EP3792491A1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer drehzahlgeregelten fluidpumpe - Google Patents

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EP3792491A1
EP3792491A1 EP20200570.8A EP20200570A EP3792491A1 EP 3792491 A1 EP3792491 A1 EP 3792491A1 EP 20200570 A EP20200570 A EP 20200570A EP 3792491 A1 EP3792491 A1 EP 3792491A1
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threshold value
pressure
control current
value
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for operating a speed-regulated fluid pump, in particular a fuel pump for a motor vehicle.
  • a sensor for determining a fluid pressure can be dispensed with, in particular a sensor for the fuel pressure. Therefore, there is no direct possibility for the engine control to infer the state of the fuel supply system by measuring the fuel pressure and the default values to the electronic pump control and, if necessary, to limit excess pressure by suitable measures.
  • Local monitoring of the fuel system for example by the control electronics of the fuel pump, can address these problems. For example, the pump current and the current speed of the pump are monitored and the pressure is then limited if necessary by regulating the pump current via the speed. For this purpose, a single maximum pressure is conventionally stored, which should not be exceeded.
  • the invention is characterized by a method for operating a speed-regulated fluid pump and a corresponding one Device suitable for carrying out the method.
  • An electrical control current for the fluid pump is provided.
  • a maximum value for the control current is provided, which corresponds to a maximum permissible pressure on the output side of the fluid pump.
  • a threshold value for the control current is provided which corresponds to a further maximum permissible pressure on the output side of the fluid pump and which is specified as a function of at least one boundary condition. The threshold is lower than the maximum value.
  • the fluid pump is activated at most with the threshold value of the activation current if the existence of the boundary condition has been determined in order to limit the pressure on the output side of the fluid pump to a value provided for the boundary condition.
  • the maximum value relates to the absolute highest permissible pressure for the system in which the speed-regulated fluid pump is arranged.
  • the maximum value for the control current is used as a limit parameter in order to limit the system pressure to the maximum permissible pressure in extreme cases. This makes it possible, for example, to save a mechanical pressure relief valve for system protection.
  • the threshold value makes it possible to provide for certain operating conditions that occur when the boundary conditions are present, in addition to the limitation to the maximum value.
  • the threshold value is specified, which provides a further current limitation in order to limit the system pressure to a further maximum pressure as a function of the boundary conditions or operating conditions.
  • the pressure that is specified by means of the threshold value is less than or equal to the pressure given by the maximum value.
  • the pressure that is predetermined by the threshold value is smaller than the pressure that is predetermined by the maximum value.
  • the fluid pump is in particular a fluid pump for a motor vehicle.
  • the fluid pump is, for example, a fuel pump of a fuel delivery system of a motor vehicle.
  • the provision of the threshold value includes driving the fluid pump with the maximum value of the driving current. Subsequently, a minimum pressure on the output side of the fluid pump is determined after a predetermined period of time as a function of the current consumption of the fluid pump. For example, the time period begins at the starting time of the fluid pump. A working pressure is determined on the output side of the fluid pump after a further predetermined period of time has elapsed as a function of the current consumption of the fluid pump.
  • the threshold value of the control current is made available as a function of the determined working pressure. For example, the threshold value is set to the determined working pressure. The control current is limited to the determined threshold value. This limits the working pressure.
  • the threshold value is set to a value that is calculated from the working pressure.
  • the threshold is set to a Set value that is 10% higher or lower than the determined working pressure.
  • the threshold value is specified once for the system and stored, for example, in a memory.
  • the boundary condition comprises at least one of: a predefined pattern of a course of predefined values of the drive current; a lapse of time; a time sequence of signals; an environmental value.
  • the ambient value is in particular an ambient temperature that is determined, for example, on the circuit board of the pump control.
  • the fluid temperature corresponds to the temperature that is determined by the sensor on the controller.
  • the viscosity of the fuel depends on the temperature.
  • the viscosity of the fuel also influences the power consumption of the fuel pump.
  • the power consumption is significantly influenced with increasing speeds.
  • the values can lead to differences in the pump current consumption of around 5 to 8% for low speeds and 8 to 18% for higher speeds. In some cases, differences of around 50% are also achieved.
  • the temperature evaluation is used to determine a possible fouling of diesel fuel. For example, the pump speed is then briefly limited and / or a warning is given to the engine control so that it then adapts its behavior and the default value to the fuel pump.
  • the fluid pump is controlled at most with the maximum value after the fluid pump has been controlled with at most the threshold value of the control current, when a preset value for the control current changes by a preset value. As soon as the preset value changes by the preset value, for example reduced or increased by 5%, the limitation to the threshold value is lifted and activation at most with the maximum value is permitted.
  • the control of the fluid pump is carried out with a time limit at most with the threshold value within a predetermined period of time.
  • the threshold value is set as the maximum value for the predetermined period of time starting from the starting time of the fluid pump. Then the maximum value is allowed as the maximum value and the limitation to the threshold value is deactivated.
  • control of the fluid pump is carried out at most with the threshold value of the control current only within a predetermined temperature range.
  • the limitation of the control current to the threshold value is only used at low temperatures. At temperatures above the specified temperature range or below the specified temperature range, only the maximum value is used.
  • control of the fluid pump is carried out at most with the threshold value of the control current only with predetermined default values of the control current.
  • the existence of the boundary condition is checked and, if necessary, the control current is limited to the threshold value only in certain areas for the control current, which is specified, for example, by a motor controller or the pump electronics as a function of a pressure request.
  • Figure 1 shows a system 100, which is in particular part of a fluid delivery system of a motor vehicle.
  • the system 100 is part of a fuel delivery system for diesel or gasoline for an internal combustion engine of the motor vehicle.
  • the system 100 includes a tank 101 to store the fuel.
  • a fluid pump 102 is provided.
  • the fluid pump 102 is a fuel pump in the exemplary embodiment.
  • the fuel pump 102 is provided in order to deliver the fuel from the tank 101.
  • the fuel pump 102 is a so-called prefeed pump, which can provide pressures of up to 8 bar on an output side 105 of the fuel pump 102.
  • the fuel pump 102 conveys the fuel, for example, to a further pump 106 which applies higher pressures to the fuel, for example up to 500 bar for gasoline and up to 3000 bar for diesel.
  • the fuel pump 102 is electrically connected to a device 103.
  • the device 103 is set up to control or regulate the fuel pump 102.
  • the fuel pump 102 is a speed-regulated pump.
  • the device 103 is, for example, part of a pump control device.
  • the fuel pump 102 is thus regulated locally and this enables the engine control to be relieved of the pressure-limiting function.
  • the device 103 is part of the engine control or is distributed over a number of control units.
  • the device 103 has a temperature sensor 104 for determining the ambient temperature.
  • the temperature sensor 104 is provided on the circuit board of the device 103. The temperature can thus be evaluated easily and without additional costs on the basis of an additional sensor.
  • Figure 2 shows a current / speed diagram of the fuel pump 102.
  • the speed of the fuel pump 102 is plotted on the X axis.
  • the power consumption of fuel pump 102 is plotted on the Y axis.
  • the "speed" parameter of the X-axis can be replaced by the "pump voltage" parameter in pumps with brushed motors according to exemplary embodiments, especially if no speed determination is made using the commutator current ripple.
  • the arrow symbolizes an increasing system pressure.
  • the power consumption of fuel pump 102 corresponds to the system pressure.
  • a maximum value 201 for the control pressure is specified.
  • the maximum value 201 for the control current corresponds to a maximum permissible pressure for the system 100, in particular on the output side 105. If the pump current and the speed of the fuel pump 102 are monitored, it is possible to control the pump current via the speed to determine the actual pressure in system 100 to limit. In particular, the pressure is limited to the limit pressure which corresponds to the maximum value 201 for the control
  • the phase current or the current consumption of the fluid pump 102 increases as the pressure of the fuel increases.
  • the speed-controlled fuel pump 102 there is a good relationship for the speed between the instantaneous pump current and the pressure in the system 100.
  • This relationship is represented by the system pressures 203, 204, 205, 206 and 207.
  • the system pressures 203, 204, 205, 206 and 207 are stored in a characteristic diagram 200, for example.
  • the speed of the fluid pump 102 is known in the device 103, since it is regulated in particular on this basis.
  • the system pressure can be determined by further processing and linking the information available in the system 100 about the instantaneous phase current or the current consumption.
  • the maximum value 201 is used in the system 100 as a limit parameter in order to limit the system pressure in the extreme case to values above the normal working pressures. Although the system pressure can rise above the normal working pressures, it is limited to an upper value that is predetermined by the maximum value 201 for the control current. It is thus possible, for example, to dispense with a mechanical pressure relief valve for system protection.
  • At least one further threshold value 202 is specified.
  • two or more threshold values 202 are specified.
  • the threshold value 202 or the threshold values 202 are dependent on various boundary conditions.
  • the threshold value 202 for the control current is below the maximum value 201 for the control current.
  • the threshold value 202 in particular also lies within the working range.
  • the threshold value 202 corresponds to a current limitation of the fuel pump 102 depending on one or more boundary conditions.
  • the boundary conditions are in particular one or more of: sample of the default value, timing, temporal sequence of signals, environmental values.
  • the environmental values correspond in particular an ambient temperature of the electronics, which was determined, for example, by means of the temperature sensor 104.
  • the fuel pump 102 is at a standstill, in particular in accordance with a preset value of the engine control.
  • a request to the fuel pump 102 is detected according to a specific delivery rate. In particular, a request corresponding to a maximum delivery rate is detected.
  • the fuel pump 102 is started with the maximum possible control current.
  • a predetermined time span after the start a minimum pressure is detected on the basis of the power consumption of the fuel pump 102.
  • the time span is, for example, 0.2 seconds after the start.
  • the minimum pressure is, for example, 2 bar.
  • a nominal working pressure is detected on the basis of the power consumption of the fuel pump 102.
  • the further time span is, for example, 0.3 seconds after the start.
  • the nominal working pressure is, for example, an average working pressure.
  • the nominal (mean) working pressure is, for example, between 4 and 5 bar.
  • the control current is limited to the determined working pressure.
  • the control current is limited to a value derived from the determined working pressure, for example 10% greater or smaller than the determined working pressure.
  • the threshold value 202 is fixedly predefined. In particular, the threshold value 202 does not match the maximum value 201 for the extreme overpressure limitation.
  • the default signal which includes default values for the control current, is monitored.
  • the limitation of the control current or the current consumption of the fuel pump 102 to the threshold value 202 is lifted as soon as the default value changes by a certain amount, for example a decrease or an increase of 5%.
  • the limitation of the control current or the current consumption of the fuel pump 102 to the threshold value 202 is deactivated, in particular after a predetermined one Time has expired.
  • the limitation to the threshold value 202 is deactivated after a certain period of time after the start. It only becomes active again when a default value is detected again for a minimum time, for example 0.3 seconds, which corresponds to a stationary fuel pump 102.
  • a temperature-dependent component is used. This makes it possible to use the current or pressure limitation only at low temperatures or to adapt the threshold value 202 as a function of the ambient temperature.
  • the electronics temperature at the fuel sensor 104 is very similar to the fuel temperature.
  • the evaluation of the temperature enables the viscosity of the fuel to be taken into account.
  • the viscosity of the fuel also influences the power consumption of the fuel pump 102.
  • the power consumption is significantly influenced with increasing speeds.
  • the values for common fuels can lead to differences in the pump current consumption of around 5 to 8% for low speeds and 8 to 18% for higher speeds. In some cases, differences of around 50% are also achieved.
  • the dependency of the viscosity of the medium when limiting the fuel pressure by limiting the control current to the threshold value 202 is taken into account.
  • the limitation of the fuel pressure via the limitation of the control current becomes more precise.
  • the device 103 or the method makes it possible to replace a conventionally provided overpressure valve with an intelligent evaluation of the characteristics map 200.
  • a Local pressure limitation on the output side of the fuel pump 102 is implemented without a pressure sensor.
  • a map-supported pressure limitation is possible in the fuel pump 102 and pump electronics subsystem.
  • a pressure limitation to pressures within the regular working range of the fuel pump 102 is possible.
  • a pressure limitation is implemented to pressures below the normal overpressure limitation, i.e. below the maximum value 201.
  • the pressure limitation takes into account a wide variety of boundary conditions, for example temperature, signal curve of the default signal, timing or a combination of boundary conditions.
  • a time-limited activation of the limitation to pressures within the working range below the threshold value 202 is possible.
  • a temperature-dependent, limited activation of the limitation to pressures within the normal working range below the threshold value 202 is possible.
  • the pressure limitation within the normal working range below the threshold value 202 is terminated, for example, as a function of special thresholds of the default value, timing, temperature or a combination of the named variables.
  • the method is carried out alone, for example, in the fuel pump electronics. Alternatively, the method is carried out, for example, in a distributed manner in the overall system or in the engine control system alone. The method minimizes the influence of the viscosity of the motor vehicle and thus increases the accuracy of the pressure limitation.
  • the influences of the temperature on the viscosity of the motor vehicle and indirectly the pressure limitation are minimized and the accuracy of the pressure limitation is thereby increased.

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Abstract

Ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe (102) umfasst:- Bereitstellen eines elektrischen Ansteuerstroms für die Fluidpumpe (102),- Bereitstellen eines Maximalwerts (201) für den Ansteuerstrom, der mit einem maximal zulässigen Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe (102) korrespondiert,- Bereitstellen eines Schwellwerts (202) für den Ansteuerstrom, der mit einem weiteren maximal zulässigen Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe (102) korrespondiert und der in Abhängigkeit von mindestens einer Randbedingung vorgegeben ist, wobei der Schwellwert (202) niedriger als der Maximalwert (201) ist,- Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms, wenn ein Vorliegen der Randbedingung ermittelt wurde, um den Druck ausgansseitig der Fluidpumpe (102) auf einen für die Randbedingung vorgesehenen Wert zu begrenzen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe, insbesondere einer Kraftstoffpumpe für ein Kraftfahrzeug.
  • In Kraftfahrzeugen kann aus Kostengründen auf einen Sensor zur Ermittlung eines Fluiddrucks verzichtet werden, insbesondere auf einen Sensor für den Kraftstoffdruck. Daher besteht für die Motorsteuerung keine direkte Möglichkeit, durch eine Messung des Kraftstoffdruckes und der Vorgabewerte an die elektronische Pumpensteuerung auf den Zustand des Kraftstoffversorgungssystems zu schließen und gegebenenfalls einen Überdruck durch geeignete Maßnahmen zu begrenzen.
  • Eine lokale Überwachung des Kraftstoffsystems beispielsweise durch die Steuerelektronik der Kraftstoffpumpe kann diese Probleme adressieren. Dabei wird beispielsweise der Pumpenstrom sowie die momentane Drehzahl der Pumpe überwacht und dann durch Regelung des Pumpenstroms über die Drehzahl der Druck gegebenenfalls begrenzt. Hierzu ist herkömmlich ein einziger Maximaldruck hinterlegt, der nicht überschritten werden soll.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe anzugeben, das beziehungsweise die einen verlässlichen Betrieb der Fluidpumpe auch bei unterschiedlichen Umgebungsbedingungen ermöglicht.
  • Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe sowie einer korrespondierenden Vorrichtung, die zum Ausführen des Verfahrens geeignet ist.
  • Ein elektrischer Ansteuerstrom für die Fluidpumpe wird bereitgestellt. Ein Maximalwert für den Ansteuerstrom wird bereitgestellt, der mit einem maximal zulässigen Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe korrespondiert. Ein Schwellwert für den Ansteuerstrom wird bereitgestellt, der mit einem weiteren maximal zulässigen Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe korrespondiert und der in Abhängigkeit von mindestens einer Randbedingung vorgegeben ist. Der Schwellwert ist niedriger als der Maximalwert. Die Fluidpumpe wird höchstens mit dem Schwellwert des Ansteuerstroms angesteuert, wenn ein Vorliegen der Randbedingung ermittelt wurde, um den Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe auf einen die Randbedingung vorgesehenen Wert zu begrenzen.
  • Durch das Vorsehen des Maximalwerts und zusätzlich des Schwellwerts sind zwei zueinander unterschiedliche maximal zulässige Drücke definiert. Der Maximalwert betrifft dabei den absolut höchsten zulässigen Druck für das System, in dem die drehzahlgeregelte Fluidpumpe angeordnet ist. Der Maximalwert für den Ansteuerstrom wird als Grenzparameter verwendet, um gegebenenfalls den Systemdruck in Extremfällen auf den maximal zulässigen Druck zu begrenzen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, ein mechanisches Überdruckventil zum Systemschutz einzusparen.
  • Durch den Schwellwert ist es möglich, für bestimmte Betriebsbedingungen, die bei dem Vorliegen der Randbedingungen eintreten, zusätzlich zur Begrenzung auf den Maximalwert weitere Begrenzungen vorzusehen. Abhängig von der Randbedingung beziehungsweise einer Mehrzahl von Randbedingungen wird der Schwellwert vorgegeben, der eine weitere Strombegrenzung vorsieht, um den Systemdruck in Abhängigkeit von den Randbedingungen beziehungsweise Betriebsbedingungen auf einen weiteren maximalen Druck zu begrenzen. Der Druck, der mittels des Schwellwerts vorgegeben ist, ist kleiner oder gleich dem Druck, der durch den Maximalwert vorgegeben ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen ist der Druck, der durch den Schwellwert vorgegeben ist, kleiner als der Druck, der durch den Maximalwert vorgegeben ist.
  • Somit ist eine Druckbegrenzung auf Drücke unterhalb des durch den Maximalwert maximal zulässigen Drucks möglich. Eine Druckbegrenzung auf Drücke innerhalb des regulären Arbeitsbereichs ist möglich. Dabei werden verschiedene Randbedingungen berücksichtigt. Es ist möglich, ein herkömmlich vorgesehenes Überdruckventil durch eine intelligente Kennfeldauswertung zu ersetzen. Eine lokale Druckbegrenzung ohne Drucksensor ist möglich. Eine kennfeldgestützte Druckbegrenzung im Subsystem Fluidpumpe und Pumpenelektronik ist realisiert.
  • Die Fluidpumpe ist insbesondere eine Fluidpumpe für ein Kraftfahrzeug. Die Fluidpumpe ist beispielsweise eine Kraftstoffpumpe eines Kraftstofffördersystems eines Kraftfahrzeugs.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen umfasst das Bereitstellen des Schwellwerts ein Ansteuern der Fluidpumpe mit dem Maximalwert des Ansteuerstroms. Nachfolgend wird ein Minimaldruck ausgangsseitig der Fluidpumpe nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit einer Stromaufnahme der Fluidpumpe ermittelt. Beispielsweise beginnt die Zeitspanne beim Startzeitpunkt der Fluidpumpe. Ein Arbeitsdruck wird ausgangsseitig der Fluidpumpe nach Ablauf einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit der Stromaufnahme der Fluidpumpe ermittelt. Der Schwellwert des Ansteuerstroms wird in Abhängigkeit von dem ermittelten Arbeitsdruck bereitgestellt. Beispielsweise wird der Schwellwert auf den ermittelten Arbeitsdruck gesetzt. Der Ansteuerstrom wird auf den ermittelten Schwellwert begrenzt. Dadurch ist der Arbeitsdruck begrenzt. Alternativ wird der Schwellwert auf einen Wert gesetzt, der aus dem Arbeitsdruck errechnet wird. Beispielsweise wird der Schwellwert auf einen Wert gesetzt, der 10 % größer oder kleiner als der ermittelte Arbeitsdruck ist. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Schwellwert einmalig für das System vorgegeben und beispielsweise in einem Speicher hinterlegt.
  • Gemäß Ausführungsformen umfasst die Randbedingung mindestens eines aus: Ein vorgegebenes Muster eines Verlaufs von Vorgabewerten des Ansteuerstroms; ein Zeitablauf; eine zeitliche Abfolge von Signalen; ein Umgebungswert. Der Umgebungswert ist insbesondere eine Umgebungstemperatur, die beispielsweise an der Platine der Pumpensteuerung ermittelt wird.
  • Insbesondere bei sehr niedrigen Temperaturen und beim Erststart des Systems nach längerer Standzeit entspricht die Fluidtemperatur der Temperatur, die über den Sensor an der Steuerung ermittelt wird. Die Viskosität des Kraftstoffes ist von der Temperatur abhängig. Die Viskosität des Kraftstoffes beeinflusst auch die Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe. Insbesondere bei Strömungspumpen wird die Stromaufnahme mit steigenden Drehzahlen deutlich beeinflusst. Die Werte können dabei zu Differenzen in der Pumpenstromaufnahme von etwa 5 bis 8 % für kleine Drehzahlen und 8 bis 18 % für höhere Drehzahlen führen. In manchen Fällen werden auch Differenzen von etwa 50 % erreicht. Durch die Berücksichtigung der Umgebungstemperatur wird die Begrenzung des Kraftstoffdrucks über die Begrenzung des Pumpenstroms genauer. Alternativ oder zusätzlich wird mittels der Temperaturauswertung eine mögliche Versulzung von Dieselkraftstoff ermittelt. Beispielsweise wird dann die Pumpendrehzahl kurzzeitig begrenzt und/oder es wird eine Warnung an die Motorsteuerung abgegeben, damit diese dann ihr Verhalten und den Vorgabewert an die Kraftstoffpumpe anpasst.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen wird die Fluidpumpe höchstens mit dem Maximalwert angesteuert, nachdem die Fluidpumpe höchstens mit dem Schwellwert des Ansteuerstroms angesteuert wurde, wenn sich ein Vorgabewert für den Ansteuerstrom um einen vorgegebenen Wert ändert. Sobald sich der Vorgabewert um den vorgegebenen Wert ändert, beispielsweise um 5 % verringert oder erhöht, wird die Begrenzung auf den Schwellwert aufgehoben und ein Ansteuern höchstens mit dem Maximalwert wird erlaubt.
  • Gemäß weiteren Ausführungsformen wird das Ansteuern der Fluidpumpe höchstens mit dem Schwellwert zeitlich limitiert innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne durchgeführt. Beispielsweise wird der Schwelwert als Höchstwert für die vorgegebene Zeitspanne beginnend ab dem Startzeitpunkt der Fluidpumpe gesetzt. Danach wird der Maximalwert als Höchstwert erlaubt und die Begrenzung auf den Schwelwert wird inaktiviert.
  • Alternativ oder zusätzlich wird das Ansteuern der Fluidpumpe höchstens mit dem Schwellwert des Ansteuerstroms nur innerhalb einer vorgegebenen Temperaturspanne durchgeführt. Beispielsweise wird die Begrenzung des Ansteuerstroms auf den Schwellwert nur bei niedrigen Temperaturen verwendet. Bei Temperaturen oberhalb der vorgegebenen Temperaturspanne oder unterhalb der vorgegebenen Temperaturspanne wird lediglich auf den Maximalwert begrenzt.
  • Alternativ oder zusätzlich wird das Ansteuern der Fluidpumpe höchstens mit dem Schwellwert des Ansteuerstroms nur bei vorgegebenen Vorgabewerten des Ansteuerstroms durchgeführt. Nur in bestimmten Bereichen für den Ansteuerstrom, der beispielsweise durch eine Motorsteuerung oder die Pumpenelektronik in Abhängigkeit einer Druckanforderung vorgegeben wird, wird das Vorliegen der Randbedingung überprüft und gegebenenfalls der Ansteuerstrom auf den Schwellwert begrenzt.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Weiterbildungen ergeben sich aus den nachfolgenden, in Verbindung mit den Figuren erläuterten Beispielen. Es zeigen:
    • Figur 1
    eine schematische Darstellung eines Systems gemäß Ausführungsformen und
    Figur 2
    eine schematische Darstellung eins Strom-/Drehzahldiagramms gemäß Ausführungsformen.
  • Figur 1 zeigt ein System 100, das insbesondere Teil eines Fluidfördersystems eines Kraftfahrzeugs ist. Insbesondere ist das System 100 Teil eines Kraftstofffördersystems für Diesel oder Benzin für einen Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs. Das System 100 weist einen Tank 101 auf, um den Kraftstoff zu speichern. Eine Fluidpumpe 102 ist vorgesehen. Die Fluidpumpe 102 ist im Ausführungsbeispiel eine Kraftstoffpumpe. Die Kraftstoffpumpe 102 ist vorgesehen, um den Kraftstoff aus dem Tank 101 zu fördern. Insbesondere ist die Kraftstoffpumpe 102 eine sogenannte Vorförderpumpe, die Drücke von bis zu 8 bar an einer Ausgangsseite 105 der Kraftstoffpumpe 102 bereitstellen kann. Die Kraftstoffpumpe 102 fördert den Kraftstoff beispielsweise zu einer weiteren Pumpe 106, die den Kraftstoff mit höheren Drücken beaufschlagt, beispielsweise bis zu 500 bar bei Benzin und bis zu 3000 bar bei Diesel.
  • Die Kraftstoffpumpe 102 ist mit einer Vorrichtung 103 elektrisch verbunden. Die Vorrichtung 103 ist eingerichtet, die Kraftstoffpumpe 102 zu steuern beziehungsweise zu regeln. Insbesondere ist die Kraftstoffpumpe 102 eine drehzahlgeregelte Pumpe. Die Vorrichtung 103 ist beispielsweise Teil eines Pumpensteuergeräts. Die Kraftstoffpumpe 102 wird somit lokal geregelt und dadurch ist eine Entlastung der Motorsteuerung von der Druckbegrenzungsfunktion ermöglicht. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist die Vorrichtung 103 Teil der Motorsteuerung oder auf mehrere Steuergeräte verteilt.
  • Die Vorrichtung 103 weist einen Temperatursensor 104 zur Ermittlung der Umgebungstemperatur auf. Beispielsweise ist der Temperatursensor 104 auf der Leiterplatte der Vorrichtung 103 vorgesehen. Somit kann die Temperatur leicht und ohne zusätzliche Kosten aufgrund eines zusätzlichen Sensors ausgewertet werden.
  • Figur 2 zeigt ein Strom-/Drehzahldiagramm der Kraftstoffpumpe 102. An der X-Achse ist die Drehzahl der Kraftstoffpumpe 102 aufgetragen. Auf der Y-Achse ist die Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102 aufgetragen. Der Parameter "Drehzahl" der X-Achse kann bei Pumpen mit bürstenbehafteten Motoren gemäß Ausführungsbeispielen durch den Parameter "Pumpenspannung" ersetzt werden, insbesondere wenn keine Drehzahlbestimmung über den Kommutatorstromrippel gemacht wird. Der Pfeil symbolisiert einen zunehmenden Systemdruck. Die Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102 korrespondiert gemäß Ausführungsbeispielen mit dem Systemdruck. Ein Maximalwert 201 für den Ansteuerdruck ist vorgegeben. Der Maximalwert 201 für den Ansteuerstrom korrespondiert mit einem maximal zulässigen Druck für das System 100, insbesondere an der Ausgangsseite 105. Wenn der Pumpenstrom sowie die Drehzahl der Kraftstoffpumpe 102 überwacht werden, ist es möglich, durch die Regelung des Pumpenstroms über die Drehzahl den tatsächlichen Druck im System 100 zu begrenzen. Insbesondere wird der Druck auf den Grenzdruck begrenzt, der mit dem Maximalwert 201 für den Ansteuerstrom korrespondiert.
  • Hierbei ist es unerheblich, ob es sich um ein System mit elektronisch kommutierten Pumpen oder klassisch mechanisch kommutierten Pumpen handelt, bei denen die Drehzahl über den Stromrippel ermittelt werden kann. Typischerweise werden elektronisch kommutierte Pumpen eingesetzt.
  • Der Phasenstrom beziehungsweise die Stromaufnahme der Fluidpumpe 102 steigt mit steigendem Druck des Kraftstoffs an. Bei der drehzahlgeregelten Kraftstoffpumpe 102 besteht für die Drehzahl ein guter Zusammenhang zwischen dem momentanen Pumpenstrom und dem Druck im System 100. Dieser Zusammenhang ist durch die Systemdrücke 203, 204, 205, 206 und 207 dargestellt. Die Systemdrücke 203, 204, 205, 206 und 207 sind beispielsweise in einem Kennfeld 200 hinterlegt. Die Drehzahl der Fluidpumpe 102 ist in der Vorrichtung 103 bekannt, da insbesondere hierauf geregelt wird. Durch Weiterverarbeiten und Verknüpfen der im System 100 vorhandenen Information über den momentanen Phasenstrom beziehungsweise die Stromaufnahme ist der Systemdruck ermittelbar.
  • Der Maximalwert 201 wird im System 100 als Grenzparameter verwendet, um den Systemdruck im Extremfall auf Werte oberhalb der normalen Arbeitsdrücke zu begrenzen. Der Systemdruck kann zwar über die normalen Arbeitsdrücke steigen, ist jedoch auf einen Wert nach oben begrenzt, der durch den Maximalwert 201 für den Ansteuerstrom vorgegeben ist. Somit ist es beispielsweise möglich, auf ein mechanisches Überdruckventil zum Systemschutz zu verzichten.
  • Für bestimmte Betriebsbedingungen wird insbesondere bei kleinen Systemen mindestens ein weiterer Schwellwert 202 vorgegeben. Gemäß weiteren Ausführungsformen werden zwei oder mehr Schwellwerte 202 vorgegeben. Der Schwellwert 202 beziehungsweise die Schwellwerte 202 sind von verschiedenen Randbedingungen abhängig. Der Schwelwert 202 für den Ansteuerstrom liegt unterhalb des Maximalwerts 201 für den Ansteuerstrom. Der Schwellwert 202 liegt jedoch insbesondere auch noch innerhalb des Arbeitsbereichs.
  • Der Schwellwert 202 entspricht einer Strombegrenzung der Kraftstoffpumpe 102 abhängig von einer oder mehreren Randbedingungen. Die Randbedingungen sind insbesondere eines oder mehrere aus: Muster des Vorgabewerts, Zeitablauf, zeitliche Abfolge von Signalen, Umgebungswerte. Die Umgebungswerte entsprechen insbesondere einer Umgebungstemperatur der Elektronik, die beispielsweise mittels des Temperatursensors 104 ermittelt wurde.
  • Im Folgenden wird ein typischer Ablauf des Verfahrens beispielhaft angegeben. Zunächst steht die Kraftstoffpumpe 102, insbesondere entsprechend einem Vorgabewert der Motorsteuerung. Eine Anforderung an die Kraftstoffpumpe 102 wird entsprechend einer bestimmten Förderleistung detektiert. Insbesondere wird eine Anforderung entsprechend einer maximalen Förderleistung detektiert. Die Kraftstoffpumpe 102 wird mit maximal möglichem Ansteuerstrom gestartet. Eine vorgegebene Zeitspanne nach dem Start wird ein Minimaldruck anhand der Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102 detektiert. Die Zeitspanne beträgt beispielsweise 0,2 Sekunden nach dem Start. Der Minimaldruck ist beispielsweise 2 bar. Nach einer weiteren Zeitspanne wird ein nominaler Arbeitsdruck anhand der Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102 detektiert. Die weitere Zeitspanne ist beispielsweise 0,3 Sekunden nach dem Start. Der nominale Arbeitsdruck ist beispielsweise ein mittlerer Arbeitsdruck. Der nominale (mittlere) Arbeitsdruck ist beispielsweise zwischen 4 und 5 bar. Der Ansteuerstrom wird auf den ermittelten Arbeitsdruck begrenzt. Gemäß weiteren Ausführungsformen wird der Ansteuerstrom auf einen vom ermittelten Arbeitsdruck abgeleiteten Wert begrenzt, beispielsweise 10 % größer oder kleiner als der ermittelte Arbeitsdruck. Gemäß weiteren Ausführungsbeispielen ist der Schwellwert 202 fest vorgegeben. Insbesondere stimmt der Schwellwert 202 nicht mit dem Maximalwert 201 für die extreme Überdruckbegrenzung überein. Das Vorgabesignal, das Vorgabewerte für den Ansteuerstrom umfasst, wird überwacht. Die Begrenzung des Ansteuerstroms oder der Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102 auf den Schwellwert 202 wird aufgehoben, sobald sich der Vorgabewert um einen bestimmten Betrag ändert, zum Beispiel eine Verringerung oder eine Erhöhung um 5 %. Die Begrenzung des Ansteuerstroms oder der Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102 auf den Schwellwert 202 wird inaktiviert, insbesondere nachdem eine vorgegebene Zeitspanne abgelaufen ist. Die Begrenzung auf den Schwellwert 202 wird nach einer gewissen Zeitdauer nach dem Start inaktiviert. Sie wird erst wieder aktiv, wenn für eine Mindestzeit, beispielsweise 0,3 Sekunden, wieder ein Vorgabewert detektiert wird, der einer stehenden Kraftstoffpumpe 102 entspricht.
  • Zusätzlich wird gemäß weiteren Ausführungsbeispielen eine temperaturabhängige Komponente benutzt. Dadurch ist es möglich, die Strom- beziehungsweise Druckbegrenzung nur bei niedrigen Temperaturen zu verwenden beziehungsweise den Schwellwert 202 in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur anzupassen. Insbesondere beim ersten Start der Kraftstoffpumpe 102 unter sehr kalten Bedingungen, beispielsweise Kaltstart nach scharfem Frost, ist die Elektroniktemperatur am Kraftstoffsensor 104 sehr ähnlich der Kraftstofftemperatur.
  • Die Auswertung der Temperatur ermöglicht eine Berücksichtigung der Viskosität des Kraftstoffs. Die Viskosität des Kraftstoffs beeinflusst auch die Stromaufnahme der Kraftstoffpumpe 102. Insbesondere bei Strömungspumpen wird die Stromaufnahme mit steigenden Drehzahlen deutlich beeinflusst. Die Werte für gängige Kraftstoffe können hier zu Differenzen in der Pumpenstromaufnahme von etwa 5 bis 8 % für kleine Drehzahlen und 8 bis 18 % für höhere Drehzahlen führen. In manchen Fällen werden auch Differenzen von etwa 50 % erreicht. Durch die Berücksichtigung der Temperatur wird die Abhängigkeit der Viskosität des Mediums bei der Begrenzung des Kraftstoffdrucks über die Begrenzung des Ansteuerstroms auf den Schwellwert 202 berücksichtigt. Somit wird die Begrenzung des Kraftstoffdrucks über die Begrenzung des Ansteuerstroms genauer.
  • Durch die Vorrichtung 103 beziehungsweise das Verfahren wird es möglich, ein herkömmlich vorgesehenes Überdruckventil durch eine intelligente Auswertung des Kennfelds 200 zu ersetzen. Eine lokale Druckbegrenzung ausgangsseitig der Kraftstoffpumpe 102 wird ohne Drucksensor realisiert. Im Subsystem Kraftstoffpumpe 102 und Pumpenelektronik wird eine kennfeldgestützte Druckbegrenzung möglich. Eine Druckbegrenzung auf Drücke innerhalb des regulären Arbeitsbereichs der Kraftstoffpumpe 102 ist möglich. Zudem ist eine Druckbegrenzung auf Drücke unterhalb der normalen Überdruckbegrenzung realisiert, also unterhalb des Maximalwerts 201. Die Druckbegrenzung erfolgt unter Berücksichtigung verschiedenster Randbedingungen, beispielsweise Temperatur, Signalverlauf des Vorgabesignals, Zeitablauf oder einer Kombination von Randbedingungen. Ein zeitlich limitiertes Aktivieren der Begrenzung auf Drücke innerhalb des Arbeitsbereichs unterhalb des Schwellwerts 202 ist möglich. Alternativ oder zusätzlich ist ein temperaturabhängig limitiertes Aktivieren der Begrenzung auf Drücke innerhalb des normalen Arbeitsbereichs unterhalb des Schwellwerts 202 möglich. Alternativ oder zusätzlich ist ein durch das Vorgabesignal limitiertes Aktivieren der Begrenzung auf Drücke innerhalb des Arbeitsbereichs unterhalb des Schwellwerts 202 möglich. Die Druckbegrenzung innerhalb des normalen Arbeitsbereichs unterhalb des Schwellwerts 202 wird beispielsweise in Abhängigkeit von speziellen Schwellen des Vorgabewerts, Zeitablauf, Temperatur oder einer Kombination der genannten Größen beendet. Das Verfahren wird beispielsweise in der Kraftstoffpumpenelektronik alleine ausgeführt. Alternativ wird das Verfahren beispielsweise verteilt im Gesamtsystem oder in der Motorsteuerung alleine ausgeführt. Durch das Verfahren wird der Einfluss der Viskosität des Kraftfahrzeugs minimiert und somit die Genauigkeit der Druckbegrenzung erhöht. Alternativ oder zusätzlich werden die Einflüsse der Temperatur auf die Viskosität des Kraftfahrzeugs und indirekt der Druckbegrenzung minimiert und dadurch die Genauigkeit der Druckbegrenzung erhöht. Zudem ist es möglich, die Systemkosten für das System 100 im Vergleich zu herkömmlichen Systemen zu reduzieren, da insbesondere auf einen Drucksensor und/oder ein Überdruckventil verzichtet werden kann.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe (102), umfassend:
    - Bereitstellen eines elektrischen Ansteuerstroms für die Fluidpumpe (102),
    - Bereitstellen eines Maximalwerts (201) für den Ansteuerstrom, der mit einem maximal zulässigen Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe (102) korrespondiert,
    - Bereitstellen eines Schwellwerts (202) für den Ansteuerstrom, der mit einem weiteren maximal zulässigen Druck ausgangsseitig der Fluidpumpe (102) korrespondiert und der in Abhängigkeit von mindestens einer Randbedingung vorgegeben ist, wobei der Schwellwert (202) niedriger als der Maximalwert (201) ist,
    - Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms, wenn ein Vorliegen der Randbedingung ermittelt wurde, um den Druck ausgansseitig der Fluidpumpe (102) auf einen für die Randbedingung vorgesehenen Wert zu begrenzen.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das Bereitstellen des Schwellwerts umfasst:
    - Ansteuern der Fluidpumpe (102) mit dem Maximalwert (201) des Ansteuerstroms,
    - Ermitteln eines Minimaldrucks ausgangsseitig der Fluidpumpe (102) nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit einer Stromaufnahme der Fluidpumpe (102),
    - Ermitteln eines Arbeitsdrucks ausgangsseitig der Fluidpumpe (102) nach Ablauf einer weiteren vorgegebenen Zeitspanne in Abhängigkeit der Stromaufnahme der Fluidpumpe (102),
    - Bereitstellen des Schwellwerts in Abhängigkeit von dem ermittelten Arbeitsdruck.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Randbedingung mindestens eines umfasst aus:
    - ein vorgegebenes Muster eines Verlaufs von Vorgabewerten des Ansteuerstroms,
    - ein Zeitablauf,
    - eine zeitliche Abfolge von Signalen,
    - ein Umgebungswert, insbesondere eine Umgebungstemperatur.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem die Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Maximalwert angesteuert wird, nachdem die Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms angesteuert wurde, wenn sich ein Vorgabewert für den Ansteuerstrom um einen vorgegebenen Wert ändert.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms zeitlich limitiert innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne durchgeführt wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms nur innerhalb einer vorgegebenen Temperaturspanne durchgeführt wird.
  7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem das Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms nur bei vorgegebenen Vorgabewerten des Ansteuerstroms durchgeführt wird.
  8. Vorrichtung zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe, die ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.
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