EP3792491B1 - Verfahren und vorrichtung zum betreiben einer drehzahlgeregelten fluidpumpe - Google Patents

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EP3792491B1
EP3792491B1 EP20200570.8A EP20200570A EP3792491B1 EP 3792491 B1 EP3792491 B1 EP 3792491B1 EP 20200570 A EP20200570 A EP 20200570A EP 3792491 B1 EP3792491 B1 EP 3792491B1
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EP
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fluid pump
pressure
threshold value
value
control current
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Heiko Jausel
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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-controlled fluid pump, in particular a fuel pump for a motor vehicle.
  • a sensor for determining a fluid pressure in particular a sensor for the fuel pressure, can be dispensed with in motor vehicles for reasons of cost. Therefore, there is no direct way for the engine control to infer the state of the fuel supply system by measuring the fuel pressure and the default values for the electronic pump control and, if necessary, to limit an overpressure by suitable measures.
  • Local monitoring of the fuel system for example by the fuel pump control electronics, can address these problems.
  • the pump current and the instantaneous speed of the pump are monitored and then, if necessary, the pressure is limited by controlling the pump current via the speed.
  • a single maximum pressure is conventionally stored, which should not be exceeded.
  • the EP 0 731 013 A2 describes a power steering device in which the steering operation is assisted by a working oil pressure generated by a hydraulic pump driven by an electric motor.
  • the invention is characterized by a method for operating a speed-controlled fluid pump and a corresponding device that is suitable for carrying out the method.
  • An electrical drive 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 outlet side of the fluid pump.
  • a threshold value for the control current is provided, which corresponds to a further maximum permissible pressure on the outlet 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 driven at most with the threshold value of the drive current if the presence of the boundary condition has been determined in order to limit the pressure on the outlet side of the fluid pump to a value provided by the boundary condition.
  • the maximum value relates to the absolute highest permissible pressure for the system in which the speed-controlled 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 on a mechanical pressure relief valve for system protection.
  • the threshold value makes it possible to provide further limitations in addition to the limitation to the maximum value for certain operating conditions that occur when the boundary conditions are present.
  • the threshold value is specified for a plurality of boundary conditions, 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 specified by the threshold value is less than or equal to the pressure specified by the maximum value. According to further embodiments, the pressure specified by the threshold value is less than the pressure specified by the maximum value.
  • a pressure limitation to pressures below the maximum permissible pressure due to the maximum value is thus possible.
  • a pressure limitation to pressures within the regular working range is possible.
  • Various boundary conditions are taken into account. It is possible to replace a conventionally provided pressure relief valve with an intelligent map evaluation. Local pressure limitation without a pressure sensor is possible. Map-supported pressure limitation in the fluid pump and pump electronics subsystem has been implemented.
  • 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.
  • Providing the threshold value includes driving the fluid pump with the maximum value of the driving current.
  • a minimum pressure is then determined on the outlet side of the fluid pump after a specified period of time has elapsed as a function of the current consumption of the fluid pump. For example, the period of time begins when the fluid pump starts.
  • 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 power consumption of the fluid pump.
  • the threshold value of the control current is provided as a function of the working pressure determined. For example, the threshold value is set to the determined working pressure.
  • the drive current is limited to the determined threshold value. This limits the working pressure.
  • the threshold is set to a value calculated from the working pressure. For example, the threshold is set to a value that is 10% greater or less than the working pressure determined.
  • the threshold value is specified once for the system and stored in a memory, for example.
  • the boundary condition includes at least one of: a predefined pattern of a profile of default values of the drive current; a passage of time; a time sequence of signals; an ambient value.
  • the ambient value is, in particular, an ambient temperature that is determined, for example, on the circuit board of the pump controller.
  • 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 power 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 fuel pressure limit becomes more accurate via the pump flow limit.
  • a possible jelly formation of diesel fuel is determined by means of the temperature evaluation. For example, the pump speed is then briefly limited and/or a warning is sent to the engine control so that it then adapts its behavior and the default value to the fuel pump.
  • the fluid pump is driven at most with the maximum value after the fluid pump was driven at most with the threshold value of the drive current when a default value for the drive current changes by a predetermined value.
  • a default value for the drive current changes by a predetermined value.
  • the actuation of the fluid pump is carried out at most with the threshold value with a time limit within a predetermined period of time.
  • the threshold value is set as the maximum value for the predetermined period of time starting from the time the fluid pump is started. After that, the maximum value is allowed as the maximum value and the restriction to the threshold value is deactivated.
  • the actuation of the fluid pump is carried out at most with the threshold value of the actuation current only within a predetermined temperature range. For example, limiting the drive current to the threshold value is only used at low temperatures. Temperatures above the specified temperature range or below the specified temperature range are only limited to the maximum value.
  • the actuation of the fluid pump is carried out at most with the threshold value of the actuation current only at predetermined default values of the actuation current. Only in certain areas for the drive current, for example is specified by a motor controller or the pump electronics as a function of a pressure requirement, the existence of the boundary condition is checked and, if necessary, the control current is limited to the threshold value.
  • FIG 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.
  • the fuel pump 102 is provided to deliver the fuel from the tank 101 .
  • the fuel pump 102 is what is known as a pre-supply pump, which can provide pressures of up to 8 bar on an outlet 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 .
  • Device 103 is set up to control or regulate fuel pump 102 .
  • the fuel pump 102 is a speed-controlled one Pump.
  • the device 103 is part of a pump control unit, for example.
  • the fuel pump 102 is thus regulated locally, and this enables the engine control to be relieved of the pressure-limiting function.
  • device 103 is part of the engine control system or is distributed among 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 due to an additional sensor.
  • figure 2 shows a current/speed diagram of fuel pump 102.
  • the speed of fuel pump 102 is plotted on the X-axis.
  • the current 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, particularly if no speed determination is made via 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 outlet side 105. If the pump current and the speed of the fuel pump 102 are monitored, it is possible by controlling the pump current via the speed to determine the actual pressure in the system 100 limit. In particular, the pressure is limited to the limit pressure that corresponds to the maximum value 201 for the control current.
  • the phase current or the current consumption of the fluid pump 102 increases as the pressure of the fuel increases.
  • the system pressures 203, 204, 205, 206 and 207 are stored in a characteristic map 200, for example.
  • the rotational speed of the fluid pump 102 is known in the device 103 since it is controlled 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 to values above normal working pressures in extreme cases. Although the system pressure can rise above the normal working pressures, it is limited to a value that is specified by the maximum value 201 for the control current. This makes it possible, for example, to do without a mechanical pressure relief valve to protect the system.
  • At least one further threshold value 202 is specified for specific operating conditions, particularly in the case of small systems. According to further embodiments, two or more threshold values 202 are specified. The threshold value 202 or the threshold values 202 depend on various boundary conditions. The threshold value 202 for the drive current is below the maximum value 201 for the drive current. The threshold 202 however, in particular, is still within the working range.
  • Threshold value 202 corresponds to a current limitation of fuel pump 102 depending on one or more boundary conditions.
  • the boundary conditions are in particular one or more of: pattern of the default value, timing, time sequence of signals, environmental values.
  • the ambient values correspond in particular to an ambient temperature of the electronics, which was determined using temperature sensor 104, for example.
  • a typical sequence of the method is given as an example below.
  • the fuel pump 102 stops, in particular according to a default 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.
  • Fuel pump 102 is started with the maximum possible control current.
  • a predetermined period of time after the start a minimum pressure is detected based on the power consumption of the fuel pump 102 .
  • the period of time is, for example, 0.2 seconds after the start.
  • the minimum pressure is 2 bar, for example.
  • a nominal working pressure is detected based on the power consumption of fuel pump 102 .
  • the further period of time is, for example, 0.3 seconds after the start.
  • the nominal working pressure is, for example, an average working pressure.
  • the nominal (average) working pressure is between 4 and 5 bar, for example.
  • 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 less than the determined working pressure.
  • the threshold value 202 is fixed. In particular, the threshold value 202 does not match the maximum value 201 for the extreme overpressure limitation match.
  • the default signal which includes default values for the drive current, is monitored. The limitation of the activation 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 reduction or an increase by 5%.
  • the limitation of the activation current or the current consumption of the fuel pump 102 to the threshold value 202 is deactivated, in particular after a predetermined period of time has expired.
  • the limitation to the threshold 202 is deactivated after a certain period of time after the start. It only becomes active again when a default value, which corresponds to a stopped fuel pump 102, is again detected for a minimum time, for example 0.3 seconds.
  • 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 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 as the engine speed increases.
  • the values for common fuels can lead to differences in the pump power 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 on the viscosity of the medium becomes clear taken into account when limiting the fuel pressure by limiting the control current to threshold value 202 . In this way, the limitation of the fuel pressure becomes more precise by limiting the activation current.
  • the device 103 or the method makes it possible to replace a conventionally provided pressure relief valve with an intelligent evaluation of the characteristics map 200 .
  • Local pressure limitation on the output side of fuel pump 102 is implemented without a pressure sensor.
  • map-based pressure limitation is possible.
  • a pressure limitation to pressures within the regular working range of the fuel pump 102 is possible.
  • a pressure limitation to pressures below the normal overpressure limitation is implemented, i.e. below the maximum value 201.
  • the pressure limitation takes place under consideration of various boundary conditions, for example temperature, signal curve of the default signal, time lapse 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.
  • activation of the limitation to pressures within the normal working range below the threshold value 202 is possible in a manner that is limited as a function of the temperature.
  • activation of the limitation to pressures within the working range below threshold value 202 is possible.
  • the pressure limitation within the normal working range below the threshold value 202 is ended, for example, as a function of specific thresholds of the default value, the passage of time, temperature or a combination of the variables mentioned.
  • the method is carried out alone in the fuel pump electronics, for example. Alternatively, the method is carried out, for example, in a distributed manner in the overall system or in the engine control 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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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.
  • Die EP 0 731 013 A2 beschreibt eine Servolenkvorrichtung, bei der der Lenkvorgang durch einen Arbeitsöldruck unterstützt wird, der von einer von einem Elektromotor angetriebenen Hydraulikpumpe erzeugt wird.
  • 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.
  • Das Bereitstellen des Schwellwerts umfasst 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.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Ansteuerstrom 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-/Drehzahl-diagramms 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 (7)

  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, dadurch gekennzeichnet, dass 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.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, 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.
  3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, 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.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem das Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms zeitlich limitiert innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne durchgeführt wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Ansteuern der Fluidpumpe (102) höchstens mit dem Schwellwert (202) des Ansteuerstroms nur innerhalb einer vorgegebenen Temperaturspanne 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 bei vorgegebenen Vorgabewerten des Ansteuerstroms durchgeführt wird.
  7. Vorrichtung zum Betreiben einer drehzahlgeregelten Fluidpumpe, die ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen.
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