WO2016012378A1 - Kühlmittelpumpe mit integrierter regelung - Google Patents

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Jens Hoffmann
Franz Pawellek
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Nidec Gpm Gmbh
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    • F05D2270/64Hydraulic actuators

Definitions

  • Coolant pump with integrated control The present invention relates to a coolant pump for conveying a
  • Coolant for an internal combustion engine in a vehicle that the
  • Combustion engine and a central engine control has.
  • coolant pumps have been developed, which allow a reliable and stepless adjustment of the volume flow of the circulating coolant.
  • the heat output of the cooling system is controlled in dependence on a current operating state. During a cold start phase, for example, the heat release is initially completely and subsequently partially prevented.
  • coolant pumps with an electrohydraulically controlled control slide for adjusting the volume flow have proven to be particularly reliable in the course of this development.
  • a pump of this type which has become known as ECF pumps (electro-hydraulic controlled flow), is disclosed, for example, in the German patent DE 10 2008 026 218 B4 by the applicant.
  • a cylindrical control slide is displaced by a hydraulic actuator around a peripheral region of an impeller of the coolant pump.
  • the hydraulic pressure of the actuator is not produced here by a closed circuit with a hydraulic oil, but applied via a side stream of the coolant. Pumps with such a coolant-based hydraulic system do not require additional dynamic sealing locations to the atmosphere and have proven themselves by a long service life and a reliable control.
  • the volume flow of the coolant that is to be required by a coolant pump is usually controlled by a central engine control ZMS of a vehicle.
  • a position of the control slide is detected for this purpose and transmitted to the central engine control ZMS.
  • the central engine control ZMS controls in dependence on further operating parameters, such as. a rotation speed of the internal combustion engine, a workload of the internal combustion engine, a fuel supply amount, a temperature, or the like, an electromagnetic valve in the hydraulic circuit.
  • a correspondingly high number of electrical lines from the central engine control ZMS to the individual members of the control loop is required.
  • an ECF pump At least two lines for power supply and signal communication are to be installed from the central engine control ZMS to the displacement sensor as well as from the central engine control ZMS to the electromagnetic valve.
  • the invention has for its object to provide a coolant pump that requires little installation effort and ensures high reliability in a corrosive environment. This object is achieved by a coolant pump with the
  • this coolant pump is characterized in that it comprises a separate pump control, which controls a proportional valve in a hydraulic circuit based on the actual value signal from the sensor and a setpoint signal from the central engine control.
  • the invention thus provides for the first time in the construction of a coolant pump a dedicated control circuit for regulating the position of a control slide by means of a hydraulic actuator.
  • the coolant pump according to the invention has a reduced number of electrical lines to the central engine control compared to a conventional system.
  • the coolant pump At the coolant pump according to the invention only a power supply line and a communication line to the central engine control ZMS are required.
  • the omitted lines and connectors simplify the construction and reduce the manufacturing cost of the coolant pump and installation costs when installed in the vehicle.
  • the susceptibility of the coolant pump can be improved because exposed in the engine compartment of the vehicle, the weather conditions and swirling grit, corrosion-sensitive connectors and / or outlet seals on the pump housing for the wiring can be saved.
  • a program routine for regulating the position of the control slide is omitted in the central engine control.
  • a processing load of the central engine control can be reduced.
  • a central motor controller with lower processing power can be used at a correspondingly lower cost, or the additional processing power can be made available for control tasks of other peripheral devices, or in favor of an increased clocking of the calculation cycles.
  • Pump control and the sensor to be designed as a common electronic component.
  • the integration in an electronic component makes it possible to dispense with external wiring to different areas of the pump structure. In this way, in turn, the assembly of the coolant pump can be simplified and it saves corrosion-sensitive connectors and / or outlet seals on the pump housing for the wiring.
  • the senor may be a displacement sensor, in particular a Hall sensor, which detects a position of the control slide.
  • the set value signal indicates a predetermined position of the control valve, or a predetermined volume flow and a rotational speed of the internal combustion engine or the coolant pump.
  • the position control in the pump control can be implemented with a simple calculation routine.
  • the computing capacity of the pump controller and the energy demand or the resulting waste heat in a sealed electronic component can be kept low.
  • the setpoint signal from the central engine control indicates a predetermined volumetric flow and a rotational speed
  • a calculation routine takes place between a volumetric flow and a position of the control spool to be controlled as a function of the pump rotational speed by the pump control.
  • the central motor control transmits as setpoint signal only a value corresponding to a volume flow, ie corresponds to a dissipated amount of heat.
  • the required heat output can be calculated by the central engine controller from the operating parameters of the internal combustion engine.
  • the pump controller may limit a travel of the control spool in an upper range of the pump speed.
  • the pump control thereby provides a protective function for components such as e.g. Seals in the cooling system to limit a maximum flow and the resulting pressure.
  • the pump controller may compare a ratio between a driving duration of the proportional valve and a resultant positional change of the control spool to a threshold value. In this way, the pump control performs an autonomous function monitoring to ensure a sufficient charge of the cooling system with coolant. Since the existing hydraulic circuit as pressure sensitive
  • the function monitoring for the early detection of leakage can be realized without the provision of other measuring elements, such as pressure gauges or other sensors in the cooling system. As a result, the number of components and wiring and the cost and installation costs can be kept low.
  • the senor may be a pressure sensor that detects a pressure of the delivered volume flow of the coolant.
  • the setpoint signal indicates a predetermined volume flow or pressure indicative of the volume flow of the delivered coolant.
  • the pressure sensor may preferably have a pressure in the Detecting the pump chamber, which is in proportion to the delivered volume flow of the coolant pump.
  • the pump controller may compare a sensed pressure of the sensor to a threshold.
  • the pump control of the alternative embodiment with a pressure sensor can perform an autonomous function monitoring to ensure a sufficient filling amount of the cooling system with coolant particularly easy.
  • the function monitoring for the early detection of a leak can also be realized in this embodiment without the provision of further measuring elements in the cooling system, whereby the number of components and wiring and the cost and installation costs can be kept low.
  • the pump controller may include a transceiver for receiving data from the central engine controller and / or sending data thereto, a microcomputer for executing a control routine, a valve driver for driving the proportional valve, and a power supply manifold for their respective ones Include supply of electrical power.
  • a control circuit of the pump controller can be realized with small dimensions and advantageous mounting options on the coolant pump.
  • Pump control have their own housing, which is integrated on the common electronic component.
  • the sensor may have its own housing integrated with the common electronic component 20. This structure also makes it possible to effectively shield electromagnetic interference radiation from the control circuit relative to the sensor.
  • the coolant to be conveyed can flow axially directed onto the impeller through a coolant inlet and out of the pump chamber via a radially directed coolant outlet, conveyed by the impeller.
  • the invention is applied to the construction of a radial pump.
  • the coolant to be conveyed can flow axially directed onto the impeller through a coolant inlet and out of the pump chamber via an axially or semi-axially directed coolant outlet on the opposite side of the impeller.
  • the invention is applied to the structure of an axial pump or a Halbaxialpumpe.
  • An electronic component according to the invention for use in a mechanically driven coolant pump of a vehicle having an internal combustion engine and a central engine control comprises a pump control and a sensor for detecting a position of a control spool in a pump chamber which limits the delivered volume flow, or a sensor for detecting a pressure of the Volume flow in the pump chamber, on.
  • the electronics required for control can be integrated with a component on the coolant pump, replaced or retrofitted.
  • a portion of the electronic component in which the pump controller is housed and a portion of the electronic component in which the sensor is housed may form an L-shaped arrangement with each other.
  • a method for controlling a mechanically driven coolant pump of a vehicle having an internal combustion engine and a central engine control comprises the following steps: calculating a target value of a parameter indicative of the flow rate of the delivered coolant as a function of operating parameters of the internal combustion engine by the central engine control ; Transmitting the setpoint from the central engine controller to a pump controller of the coolant pump; Detecting an actual value of the parameter by a sensor; Transferring the actual value from the sensor to the pump controller; and adjusting a position of a control slide, which limits the delivered volume flow of the coolant pump, as a function of the desired value and the actual value by the pump control, by means of control of a hydraulic actuator.
  • the invention is applied to a coolant pump of said embodiments.
  • An alternative method for controlling a mechanically driven coolant pump of a vehicle having an internal combustion engine and a central engine control comprises the following steps: transferring operating parameters of the internal combustion engine from the central engine control to a pump control of the coolant pump; Calculating a setpoint value of a parameter indicative of the volume flow of the delivered coolant as a function of the operating parameters of the internal combustion engine by the pump controller; Detecting an actual value of the parameter by a sensor; Transferring the actual value from the sensor to the pump controller; and adjusting a position of a control slide, which limits the delivered volume flow of the coolant pump, as a function of the desired value and the actual value by the pump control, by means of control of a hydraulic actuator.
  • the invention is applied to a coolant pump of said embodiments.
  • the parameter indicative of the volume flow of the delivered coolant may be a position of the control spool.
  • the control method can be applied to the structure of the coolant pump according to the invention mentioned above.
  • the parameter indicative of the volume flow of the delivered coolant may be a pressure in a pump chamber of the coolant pump, which corresponds to the volume flow of the delivered coolant.
  • Fig. 1 is a schematic sectional view of an inner portion of
  • FIG. 2 is a sectional view of a structure of a coolant pump with a
  • a pump controller provided with a connector for connection to a data bus
  • Fig. 3A is a sectional view of an electronic component incorporating a displacement sensor and a pump controller according to the present invention
  • 3B is a perspective view of an electronic component, in which a
  • Displacement sensor and a pump controller are integrated according to the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic block diagram of the pump controller according to the present invention.
  • an exemplary structure of the coolant pump will be described with reference to Figs.
  • the coolant pump has a pump housing 1 and a pump shaft 4 rotatably mounted therein with a pulley 3, which is driven by a belt drive by an internal combustion engine (not shown).
  • an impeller 5 is rotatably fixed, which is incorporated within a pump chamber 2 in a flow region of a cooling circuit of the internal combustion engine to cause a volume flow of the coolant.
  • the coolant is sucked through an axial inlet of the pump chamber 2, in the region of a middle radius of the impeller 5, and discharged, for example, through a radial outlet (not shown) of the pump chamber 2 facing a peripheral portion of the impeller 5.
  • the flow region of the impeller 5 can be variably covered by a control slide 7 with a cylindrical section 7a arranged coaxially with the pump shaft and a rear wall section 7b along an adjustment path running parallel to the pump shaft 4. Between the inner peripheral wall of the cylindrical portion 7a of the control slide 7 and a rear wall of the pump chamber 2 extends a sealing lip 6. In Fig. 1 and 2, the control slide 7 is in an "open position" in which the flow area of the impeller 5 is not covered becomes.
  • an axial piston pump 9 is further arranged to the rear of the impeller 5 and parallel to the pump shaft 4, the piston is actuated via a sliding shoe which slides on a swash plate 8 on the rear side of the impeller 5 together with this rotatably to the pump shaft 4 is arranged.
  • the axial piston pump 9 sucks in coolant from the flow area in the pump chamber 2 between the impeller 5 and the control slide 7 and pushes the Coolant under pressure in a hydraulic circuit 1 1, which is formed in the pump housing 1.
  • the hydraulic circuit 1 1 branches into two branches II a and 1 lb.
  • the one branch II a of the hydraulic circuit 1 1 leads on the one hand to an electromagnetic proportional valve 13 and back into the funded coolant flow.
  • the other branch II b of the hydraulic circuit 1 1 leads to an annular piston 15, which is arranged coaxially to the pump shaft 4 and assumes the function of a hydraulic actuator along the adjustment of the control slide 7.
  • a return spring 17 acts on the annular piston 15 in opposite directions
  • the electromagnetic Proporti onal venti 1 13 is opened without supplying a drive current, so that the sucked by the axial piston pump 9 refrigerant flows back substantially unpressurized via the branch I Ia of the hydraulic circuit 1 1 through the proportional valve 13 back into the funded coolant flow.
  • the branch 1 lb of the hydraulic circuit 11 no pressure builds up and the annular piston 15 remains under the action of the return spring 17 in an unactuated basic position.
  • the control slide 7, which is in communication with the annular piston 15, is held in the "open position", as shown in FIGS. 1 and 2.
  • the central engine control ZMS calculates, taking into account various operating parameters, such as a speed and work load of the internal combustion engine, a fuel supply, a temperature, a vehicle speed or the like, a volume flow of the coolant to be delivered, which corresponds to a required heat output of the internal combustion engine.
  • a volume flow of the coolant conveyed by the coolant pump depends on the flow efficiency of the impeller 5, which increases with increasing axial displacement of the position of the control spool 7 (and of the annular piston 15) in the direction of the "closed position" Degree of overlap by the cylindrical portion 7a of the control slide 7 decreases around the impeller 5.
  • the delivered volume flow of the coolant pump depends on the delivered volume flow of the coolant pump from the
  • the pump speed is forcibly determined by means of the belt drive by the speed of the internal combustion engine and includes the characteristic for vehicle operation fluctuations.
  • an exemplary structure of the pump controller 21 will be described with reference to FIG. 4.
  • the power supply manifold divides the voltage of a vehicle power source (not shown) of, for example, 12V into appropriate voltages the electronic components 23, 25, 27 of the pump controller 21 and supplies them with the required electrical power.
  • the LIN transceiver 23 allows communication of data over a data bus, eg in the LIN protocol, between the pump controller 21 and the central engine control ZMS. As shown in Fig. 2, a connector 22 for connection to a vehicle-side data bus for be provided central engine control ZMS.
  • the microcomputer 25 executes a control routine with a control routine stored in a memory (not shown) of the microcomputer 25, and calculates a pulse width modulation as a drive signal of the valve driver 27.
  • the valve driver 27 amplifies the drive signal from the microcomputer 25 by supplying a power for actuating the electromagnetic proportional valve 13 from the power supply manifold 29 in accordance with the Pul s shimmerenmodul ati on on and off.
  • the pulse width modulation as a drive signal of the valve driver 27.
  • Pump controller 21 formed together with a sensor 19 as a common electronic component 20.
  • a control circuit of the pump controller 21 and a sensor circuit may be molded in an encapsulated component.
  • an upgrade of a known ECF pump without modifications to the pump assembly can also take place.
  • the structure shown can preferably be realized with a Hall sensor as a displacement sensor 19.
  • this embodiment is not limited to a Hall sensor, as will be described later in another embodiment.
  • a displacement sensor 19 is used to detect a position of the control slide 7 along an adjustment path. Through a Hall sensor and a magnetic encoder element, which is connected to the annular piston 15, a contactless and insensitive construction is produced. The displacement sensor 19 outputs as an actual value signal the detected position of the annular piston 15 or, accordingly, of the control slide 7 along the displacement path to the pump control 21.
  • the setpoint signal that the pump controller 21 receives from the central engine control ZMS includes a predetermined position of the control slide 7.
  • the central engine control ZMS calculated based on the required heat dissipation of the
  • the predetermined position of the control slide is then calculated in dependence on the volume flow and a current pump speed, which is in a fixed speed ratio to the engine, and transmitted to the pump controller 21.
  • the setpoint signal which receives the pump controller 21 from the central engine control ZMS, contains only a desired value for a required volume flow of the coolant and further operating parameters, in particular a current speed of the internal combustion engine or the corresponding pump speed. The calculation of a setpoint value for the resulting position of the control slide 7 takes place in the pump controller 21 in this embodiment.
  • the control routine executed in the microcomputer 25, for example, corresponds to the control function of a PID gate in which a control deviation is calculated between the predetermined set value and the actual value. From the control deviation is based on a system-specific function of the hydraulic circuit 1 1, i. a Reacti ons between an on and off duration of the electromagnetic Proporti onalventil 13 and a resultant change in position of the annular piston 15 as a hydraulic actuator, a pulse width modulation for controlling the electromagnetic proportional valve 13 is calculated.
  • the pressure in the hydraulic circuit 1 1 is controlled by the on and off periods for opening and closing the proportional valve 13 such that a balance between the hydraulic pressure and the pressure of the return spring 17 in a position of the annular piston 15 and the control slide 7 is achieved and maintained, which corresponds to the predetermined setpoint of the central engine control ZMS.
  • the actual Position of the control slide 7 is in turn detected by the displacement sensor 19 and transmitted as feedback to the control of the proportional valve 13 to the pump controller 21 and entered into the microcomputer 25.
  • the displacement sensor 19 is detected by the displacement sensor 19 and transmitted as feedback to the control of the proportional valve 13 to the pump controller 21 and entered into the microcomputer 25.
  • Pump control 21 by a function monitoring to independently detect a leak in the cooling system and report to the central engine control.
  • the pump control 21 of the invention may deviate in the reaction behavior of the hydraulic circuit with the required sensitivity, ie in particular without influences of other operating parameters such as permanent fluctuations in speed and temperature to capture.
  • the pump controller 21 compares a deviation of the ratio between the on and off periods of the electromagnetic proportional valve 13 and the resulting change in position of the annular piston 15 or control slide 7 with a stored in the memory threshold.
  • the threshold value as well as other specific parameters of the coolant pump are stored in a memory section of the pump control 21.
  • the pump controller 21 issues an error message to the central engine control unit, which in turn can initiate a limited emergency operation or shutdown of the internal combustion engine.
  • the coolant pump has a pressure sensor (not shown) instead of a displacement sensor 19, which is preferably arranged between the annular piston 15 and the control slide 7.
  • the pump controller 21 performs a control in that the control slide 7 is moved to adjust the flow in a new position until the actual value signal of the detected pressure of the pressure sensor corresponds to a pressure of the predetermined volume flow, which is determined by the setpoint Signal from the central engine control is given.
  • ametrisüberwachun g of the cooling system can be easily perceived via the existing pressure sensor instead of the reaction behavior of the hydraulic actuator.
  • a threshold value is stored in a storage section of the pump controller. This threshold value corresponds to a minimum operating pressure, which is undershot, in particular in the formation of trapped air in the cooling system. After a comparison of the desired value with the detected pressure of the pressure sensor, the pump controller 21 judges whether there is a leak in the cooling system.
  • the Pumpenberichtun g 21 an error message to the central engine control, which in turn can initiate a limited emergency operation or shutdown of the internal combustion engine.
  • the electromagnetic proportional valve 13 may also be an electromotive actuated in a modified embodiment Proportional valve 13 can be used.
  • the control signal for a servomotor does not have to contain pulse width modulation.
  • a CAN interface can be provided between the pump controller 21 and the central engine control ZMS.

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Abstract

Es wird eine Kühlmittelpumpe zum Fördern eines Kühlmittels für einen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug, das den Verbrennungsmotor und eine zentrale Motorsteuerung aufweist, vorgeschlagen. Die Kühlmittelpumpe weist eine Pumpenwelle (4), die in einem Pumpengehäuse (1) drehbar gelagert ist und über einen Riementrieb (3) von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird auf. Auf der Pumpenwelle (4) ist ein Flügelrad (5) angeordnet, das in einer Pumpenkammer (2) des Pumpengehäuses (1) aufgenommen ist und ein Kühlmittel fördert. Eine Axialkolbenpumpe (9), die über eine Taumelscheibe (8) auf einer rückwärtigen Seite des Flügelrads (5) betätigt wird, leitet einen Teil des geförderten Kühlmittels in einen hydraulischen Kreislauf (11) ab, der sich von der Axialkolbenpumpe (9) über ein Proportionalventil (13) zurück zu dem geförderten Kühlmittel erstreckt und eine Abzweigung (11b) zwischen der Axialkolbenpumpe (9) und dem Proportionalventil (13) als hydraulisches Stellglied aufweist. Ein Regelschieber (7), der einen Volumenstrom des von der Kühlmittelpumpe geförderten Kühlmittels einstellt, ist in Abhängigkeit eines Drucks in dem hydraulischen Kreislauf (11) verschiebbar. Ein Sensor (19), der einen Parameter erfasst, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, gibt ein Istwert-Signal des Parameters aus. Die Kühlmittelpumpe umfasst insbesondere eine eigene Pumpensteuerung (21), die das Proportionalventil (13) in dem hydraulischen Kreislauf (11) basierend auf dem Istwert-Signal von dem Sensor (19) und einem Sollwert-Signal von der zentralen Motorsteuerung ansteuert.

Description

Besehreibung
Kühlmittelpumpe mit integrierter Regelung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kühlmittelpumpe zum Fördern eines
Kühlmittels für einen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug, das den
Verbrennungsmotor und eine zentrale Motorsteuerung aufweist.
Im Hinblick auf die Reduzierung von Kraftstoffverbrauch und Emissionen bei Fahrzeugen wurden Entwicklungen unternommen, um das Thermomanagement von Verbrennun gsmotoren effizienter zu gestalten. Hierzu wurden Kühlmittelpumpen entwickelt, die eine zuverlässige und stufenlose Einstellung des Volumenstroms des zirkulierenden Kühlmittels ermöglichen. Um die Verbrennungsmaschine für eine effiziente Verbrennung und geringe Abgasemission in einem optimalen Temperaturbereich zu halten, wird der Wärmeaustrag des Kühl Systems in Abhängigkeit eines aktuellen Betriebszustands gesteuert. Während einer Kaltstartphase wird der Wärmeaustrag beispielsweise zunächst ganz und darauffolgend teilweise unterbunden.
Im Bereich der mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpen, bei denen eine Drehung der Verbrennungsmaschine über einen Riementrieb auf eine Pumpenwelle übertragen wird, haben sich im Zuge dieser Entwicklung Kühlmittelpumpen mit einem elektrohydraulisch gesteuerten Regelschieber zur Einstellung des Volumenstroms als besonders zuverlässig erwiesen. Eine Pumpe dieser Bauform, die sich unter dem Begriff ECF-Pumpen (Electro-hydraulic Controlled Flow) etabliert hat, wird beispielsweise in der deutschen Patentschrift DE 10 2008 026 218 B4 der Anmelderin offenbart.
Bei einer solchen Kühlmittelpumpe wird ein zylindrischer Regelschieber mittels eines hydraulischen Stellgliedes um einen Umfangsbereich eines Flügelrads der Kühlmittelpumpe verschoben. Der hydraulische Druck des Stellglieds wird hierbei nicht durch einen geschlossenen Kreislauf mit einem Hydrauliköl hergestellt, sondern über einen Nebenstrom des Kühlmittels aufgebracht. Pumpen mit einem solchen Kühlmittelbasierten Hydrauliksystem erfordern keine zusätzlichen dynamischen Dichtungsstellen zur Atmosphäre und haben sich durch eine lange Lebensdauer sowie eine zuverlässige Regelung bewährt.
Der Volumenstrom des Kühlmittels, der von einer Kühlmittelpumpe gefordert werden soll, wird üblicherweise durch eine zentrale Motorsteuerung ZMS eines Fahrzeugs gesteuert. Bei einer bekannten Kühlmittelpumpe wird hierzu eine Position des Regelschiebers erfasst und an die zentrale Motorsteuerung ZMS übertragen. Die zentrale Motorsteuerung ZMS steuert in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern, wie z.B. eine Drehzahl des Verbrennungsmotors, eine Arbeitslast des Verbrennungsmotors, eine Kraftstoffzufuhrmenge, eine Temperatur, oder dergleichen, ein elektromagnetisches Ventil im Hydraulikkreislauf an.
Je nach Anzahl der zu erfassenden Parameter bzw. der hierfür erforderlichen Messglieder und der zu steuernden Stellglieder, ist eine entsprechend hohe Anzahl von elektrischen Leitungen von der zentralen Motorsteuerung ZMS zu den einzelnen Gliedern des Regelkreises erforderlich. Zum Einbau einer ECF-Pumpe sind wenigstens zwei Leitungen zur Leistungszufuhr und zur Signalkommunikation jeweils von der zentralen Motorsteuerung ZMS zu dem Wegsensor sowie von der zentralen Motorsteuerung ZMS zu dem elektromagnetischen Ventil zu installieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kühlmittelpumpe zu schaffen, die einen geringen Montageaufwand erfordert und eine hohe Betriebszuverlässigkeit in einer korrosiven Umgebung sicherstellt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kühlmittelpumpe mit den
Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Diese Kühlmittelpumpe zeichnet sich insbesondere dadurch aus, dass sie eine eigene Pumpensteuerung umfasst, die ein Proportionalventil in einem hydraulischen Kreislauf basierend auf dem Istwert-Signal von dem Sensor und einem Sollwert-Signal von der zentralen Motorsteuerung ansteuert. Die Erfindung sieht somit erstmals im Aufbau einer Kühlmittelpumpe eine dezidierte Steuerungsschaltung zur Positionsregelung eines Regelschiebers mittels eines hydraulischen Stellglieds vor. Dadurch weist die erfindungsgemäße Kühlmittelpumpe im Vergleich zu einem herkömmlichen System eine verringerte Anzahl von elektrischen Leitungen zu der zentralen Motorsteuerung auf. Insbesondere entfällt eine separate Leistungsversorgung und Kommunikationsschnittstelle jeweils zwischen der zentralen Motorsteuerung ZMS und dem elektromagnetischen Proportional itätsventi 1 , sowie der zentralen Motorsteuerung ZMS und einem Sensor zur Erfassung eines Parameters (z.B. Position des Regelschiebers), der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist.
An der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe sind lediglich eine Leistungszufuhrleitung und eine Kommunikationsleitung zu der zentralen Motorsteuerung ZMS erforderlich. Die entfallenden Leitungen und Steckverbindungen vereinfachen den Aufbau und senken die Herstellungskosten der Kühlmittelpumpe sowie die Installationskosten beim Einbau in das Fahrzeug. Darüber hinaus kann die Störanfälligkeit der Kühlmittelpumpe verbessert werden, da im Bereich des Motorraums des Fahrzeugs, der Witterungseinflüssen und aufgewirbeltem Streugut ausgesetzt ist, korrosionsempfindliche Steckverbindungen und/oder Austrittsdichtungen am Pumpengehäuse für die Verdrahtung eingespart werden.
Ferner entfällt in der zentralen Motorsteuerung eine Programmroutine zur Positionsregelung des Regelschiebers. Dadurch kann eine Verarbeitungsbelastung der zentralen Motorsteuerung verringert werden. Somit kann entweder eine zentrale Motorsteuerung mit geringerer Verarbeitungsleistung zu entsprechend geringeren Kosten eingesetzt werden, oder die entfallende Verarbeitungsleistung für Steuerungsaufgaben anderer Peripherievorrichtungen, oder zugunsten einer erhöhten Taktung der Berechnungszyklen zur Verfügung gestellt werden. Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung können die
Pumpensteuerung und der Sensor als ein gemeinsames elektronisches Bauteil ausgebildet sein. Durch die Integration in einem elektronischen Bauteil kann auf eine externe Verdrahtung zu unterschiedlichen Bereichen des Pumpenaufbaus verzichtet werden. Hierdurch kann wiederum die Montage der Kühlmittelpumpe vereinfacht werden und es werden korrosionsempfindliche Steckverbindungen und/oder Austrittsdichtungen am Pumpengehäuse für die Verdrahtung eingespart.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Sensor ein Wegsensor, insbesondere ein Hall-Sensor, sein, der eine Position des Regelschiebers erfasst. In diesem Fall gibt das Sollwert-Signal eine vorbestimmte Position des Regelschiebers, oder einen vorbestimmten Volumenstrom und eine Drehzahl der Verbrennungsmaschine oder der Kühlmittelpumpe an.
Falls das Sollwert-Signal von der zentralen Motorsteuerung und das Istwert- Signal des Wegsensors jeweils einen Positionswert des Regelschiebers angeben, lässt sich die Positionsregelung in der Pumpensteuerung mit einer einfachen Berechnungsroutine umsetzen. Dabei können die Rechenkapazitäten der Pumpensteuerung und der Energiebedarf bzw. die resultierende Abwärme in einem gekapselten elektronischen Bauteil niedrig gehalten werden.
Falls das Sollwert-Signal von der zentralen Motorsteuerung einen vorbestimmten Volumenstrom und eine Drehzahl angibt, erfolgt eine Berechnungsroutine zwischen einem Volumenstrom und einer in Abhängigkeit der Pumpendrehzahl zu regelnden Position des Regelschiebers seitens der Pumpensteuerung. Dadurch kann in der zentralen Motorsteuerung eine spezifische Berechnung anhand von individuellen Parametern der eingesetzten Kühlmittelpumpe entfallen. Die zentrale Motorsteuerung überträgt dann als Sollwert-Signal lediglich einen Wert, der einem Volumenstrom, d.h. einer abzuführenden Wärmemenge entspricht. Der erforderliche Wärmeaustrag ist von der zentralen Motorsteuerung aus den Betriebsparametern der Verbrennungsmaschine berechenbar. Somit kann eine gute Kompatibilität und Austauschbarkeit zwischen der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe und unterschiedlichen zentralen Motorsteuerungen sichergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Pumpensteuerung in einem oberen Bereich der Pumpendrehzahl einen Weg des Regelschiebers begrenzen. Die Pumpensteuerung führt hierdurch eine Schutzfunktion für Bauteile wie z.B. Dichtungen im Kühlsystem aus, um einen maximalen Volumenstrom und den daraus resultierenden Druck zu begrenzen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ferner die Pumpensteuerung ein Verhältnis zwischen einer Ansteuerungsdauer des Proportionalventils und einer resultierenden Positionsänderung des Regelschiebers mit einem Schwellwert vergleichen. Auf diese Weise führt die Pumpensteuerung eine autonome Funktionsüberwachung zur Sicherstellung einer ausreichenden Füllmenge des Kühlsystems mit Kühlmittel aus. Da hierbei der vorhandene hydraulische Kreislauf als druckempfindlicher
Messgeber genutzt wird, kann die Funktionsüberwachung zur frühzeitigen Erkennung einer Leckage ohne die Bereitstellung weiterer Messglieder, wie Druckmesser oder sonstigen Sensoren, im Kühlsystem realisiert werden. Dadurch können die Anzahl der Bauteile und Verdrahtungen sowie die Kosten und der Installationsaufwand niedrig gehalten werden.
In einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Sensor ein Drucksensor sein, der einen Druck des geförderten Volumenstroms des Kühlmittels erfasst. In diesem Fall gibt das Sollwert-Signal einen vorbestimmten Volumenstrom oder einen Druck an, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist. Der Drucksensor kann vorzugsweise einen Druck in der Pumpenkammer erfassen, der im Verhältnis zu dem geförderten Volumenstrom der Kühlmittelpumpe steht.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Pumpensteuerung einen erfassten Druck des Sensors mit einem Schwellwert vergleichen. Auf diese Weise kann die Pumpensteuerung der alternativen Ausführungsform mit einem Drucksensor eine autonome Funktionsüberwachung zur Sicherstellung einer ausreichenden Füllmenge des Kühlsystems mit Kühlmittel besonders einfach ausführen.
Die Funktionsüberwachung zur frühzeitigen Erkennung einer Leckage kann auch bei dieser Ausführungsform ohne die Bereitstellung weiterer Messglieder im Kühl System realisiert werden, wodurch die Anzahl der Bauteile und Verdrahtungen sowie die Kosten und der Installationsaufwand niedrig gehalten werden können.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Pumpensteuerung einen Sendeempfänger zum Empfangen von Daten aus der zentralen Motorsteuerung und / oder Senden von Daten an dieselbe, einen Mikrocomputer zum Ausführen einer Regelungsroutine, einen Ventiltreiber zum Ansteuern des Proporti onalven ti ls und einen Leistungszufuhrverteiler zu deren jeweiliger Versorgung mit einer elektrischer Leistung umfassen. Mit diesem Aufbau lässt sich eine Steuerungsschaltung der Pumpensteuerung mit kleinen Abmessungen und vorteilhafter Montagemöglichkeiten an der Kühlmittelpumpe realisieren. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die
Pumpensteuerung ein eigenes Gehäuse aufweisen, das an dem gemeinsamen elektronischen Bauteil integriert ist. Durch diesen Aufbau lässt sich beispielsweise elektromagnetische Störstrahlung ausgehend von der Steuerschaltung gegenüber dem im elektronischen Bauteil angeordneten Sensor, wie einem Hall-Sensor, wirksam abschirmen. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Sensor ein eigenes Gehäuse aufweisen, das an dem gemeinsamen elektronischen Bauteil 20 integriert ist. Durch diesen Aufbau lässt sich ebenfalls eine elektromagnetische Störstrahlung ausgehend von der Steuerschaltung gegenüber dem Sensor wirksam abschirmen.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das zu fördernde Kühlmittel durch einen Kühlmitteleinlass axial gerichtet auf das Flügelrad anströmen und vom Flügelrad gefördert über einen radial gerichteten Kühlmittelauslass die Pumpenkammer verlassen. Somit wird die Erfindung an dem Aufbau einer Radialpumpe angewendet.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das zu fördernde Kühlmittel durch einen Kühlmitteleinlass axial gerichtet auf das Flügelrad anströmen und vom Flügelrad gefördert über einen axial oder halbaxial gerichteten Kühlmittelauslass auf der gegenüberliegenden Seite des Flügelrads die Pumpenkammer verlassen. Somit wird die Erfindung an dem Aufbau einer Axialpumpe oder einer Halbaxialpumpe angewendet. Ein erfindungsgemäßes elektronisches Bauteil zur Verwendung in einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer zentralen Motorsteuerung weist eine Pumpensteuerung und einen Sensor zum Erfassen einer Position eines Regelschiebers in einer Pumpenkammer, der den geförderten Volumenstrom begrenzt, oder einen Sensor zum Erfassen eines Drucks des Volumenstroms in der Pumpenkammer, auf. Somit kann die zur Regelung erforderliche Elektronik mit einem Bauteil an der Kühlmittelpumpe integriert, ausgetauscht oder nachgerüstet werden.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung können ein Abschnitt des elektronischen Bauteils, in dem die Pumpensteuerung aufgenommen ist, und ein Abschnitt des elektronischen Bauteils, in dem der Sensor aufgenommen ist, eine L- förmige Anordnung zu einander bilden. Durch diese Ausgestaltung werden eine günstige Integration am Pumpenaufbau und femer eine verbesserte Abschirmung von Störstrahlung zwischen der Steuerschaltung und dem Sensor hergestellt.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Steuern einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer zentralen Motorsteuerung weist die folgenden Schritte auf: Berechnen eines Sollwerts eines Parameters, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors durch die zentrale Motorsteuerung; Übertragen des Sollwerts von der zentralen Motorsteuerung zu einer Pumpensteuerung der Kühlmittelpumpe; Erfassen eines Istwerts des Parameters durch einen Sensor; Übertragen des Istwerts von dem Sensor zu der Pumpensteuerung; und Einregeln einer Position eines Regelschiebers, der den geförderten Volumenstrom der Kühlmittelpumpe begrenzt, in Abhängigkeit von dem Sollwert und dem Istwert durch die Pumpensteuerung, mittels Ansteuerung eines hydraulischen Stellglieds. Auf diese Weise wird die Erfindung an einer Kühlmittelpumpe der genannten Ausführungsformen angewendet.
Ein erfindungsgemäßes alternatives Verfahren zum Steuern einer mechanisch angetriebenen Kühlmitteipumpe eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer zentralen Motorsteuerung weist die folgenden Schritte auf: Übertragen von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors von der zentralen Motorsteuerung zu einer Pumpensteuerung der Kühlmittelpumpe; Berechnen eines Sollwerts eines Parameters, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors durch die Pumpensteuerung; Erfassen eines Istwerts des Parameters durch einen Sensor; Übertragen des Istwerts von dem Sensor zu der Pumpensteuerung; und Einregeln einer Position eines Regelschiebers, der den geförderten Volumenstrom der Kühlmittelpumpe begrenzt, in Abhängigkeit von dem Sollwert und dem Istwert durch die Pumpensteuerung, mittels Ansteuerung eines hydraulischen Stellglieds. Auf diese alternative Weise wird die Erfindung an einer Kühlmittelpumpe der genannten Ausführungsformen angewendet. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Parameter, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, eine Position des Regelschiebers sein. Hierdurch kann das Steuerungsverfahren an dem eingangs genannten Aufbau der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe angewendet werden.
Gemäß einer Ausfuhrungsform der vorliegenden Erfindung kann der Parameter, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, ein Druck in einer Pumpenkammer der Kühlmittelpumpe sein, der dem Volumenstrom des geförderten Kühlmittels entspricht. Hierdurch kann das Steuerungsverfahren an einer alternativen Ausfuhrungsform der erfindungsgemäßen Kühlmittelpumpe angewendet werden.
Die Erfindung wird nachfolgend in einem Ausführungsbeispiel anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Schnittansicht eines inneren Bereichs der
Kühlmittelpumpe und einer Verdrahtung der Pumpensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung; Fig. 2 eine Schnittansicht eines Aufbaus einer Kühlmittelpumpe mit einer
Pumpensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung, die mit einem Stecker zur Verbindung mit einem Datenbus ausgestattet ist;
Fig. 3 A eine Schnittansicht eines elektronischen Bauteils, in dem ein Wegsensor und eine Pumpensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung integriert sind;
Fig. 3B eine perspektivische Ansicht eines elektronischen Bauteils, in dem ein
Wegsensor und eine Pumpensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung integriert sind;
Fig. 4 ein schematisches Blockdiagramm der Pumpensteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung. Nachfolgend wird ein beispielhafter Aufbau der Kühlmittelpumpe mit Bezug auf Fig.l und 2 beschrieben.
Die Kühlmittelpumpe weist ein Pumpengehäuse 1 und eine darin drehbar gelagerte Pumpenwelle 4 mit einer Riemenscheibe 3 auf, die mittels eines Riementriebs von einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) angetrieben wird. An einem freien Ende der Pumpenwelle 4 ist ein Flügelrad 5 dreh fest angeordnet, das innerhalb einer Pumpenkammer 2 in einem Strömungsbereich eines Kühlkreislaufs des Verbrennungsmotors eingebracht ist, um einen Volumenstrom des Kühlmittels zu bewirken. Das Kühlmittel wird durch einen axialen Einlass der Pumpenkammer 2, im Bereich eines mittleren Radius des Flügelrads 5, angesaugt und beispielsweise durch einen radialen Auslass (nicht dargestellt) der Pumpenkammer 2, der einem Umfangsbereich des Flügelrads 5 gegenüberliegt, ausgestoßen.
Der Strömungsbereich des Flügelrads 5 kann von einem Regelschieber 7 mit einem koaxial zur Pumpenwelle angeordneten zylindrischen Abschnitt 7a und einem Rückwandabschnitt 7b entlang eines parallel zur Pumpenwelle 4 verlaufenden Verstellwegs variabel überdeckt werden. Zwischen der inneren Umfangswand des zylindrischen Abschnitt 7a des Regelschiebers 7 und einer rückwärtigen Wand der Pumpenkammer 2 verläuft eine Dichtungslippe 6. In Fig. 1 und 2 befindet sich der Regelschieber 7 in einer„offenen Position", in welcher der Strömungsbereich des Flügelrads 5 nicht überdeckt wird.
In der Pumpenkammer 2 ist ferner zur Rückseite des Flügelrads 5 und parallel zur Pumpenwelle 4 eine Axialkolbenpumpe 9 angeordnet, deren Kolben über einen Gleitschuh betätigt wird, der auf einer Taumelscheibe 8 gleitet, die auf der rückwärtigen Seite des Flügelrads 5 gemeinsam mit diesem drehfest zur Pumpenwelle 4 angeordnet ist.
Die Axialkolbenpumpe 9 saugt Kühlmittel aus dem Strömungsbereich in der Pumpenkammer 2 zwischen dem Flügelrad 5 und dem Regelschieber 7 an und stößt das Kühlmittel unter Druck in einen hydraulischen Kreislauf 1 1 aus, der in dem Pumpengehäuse 1 ausgebildet ist. Der hydraulische Kreislauf 1 1 verzweigt sich in zwei Zweige I I a und 1 lb. Der eine Zweig I I a des hydraulischen Kreislaufs 1 1 führt einerseits zu einem elektromagnetischen Proportionalventil 13 und wieder zurück in den geförderten Kühlmittelstrom. Der andere Zweig I I b des hydraulischen Kreislaufs 1 1 führt zu einem Ringkolben 15, der koaxial zu der Pumpenwelle 4 angeordnet ist und die Funktion eines hydraulischen Stellglieds entlang des Verstellwegs des Regelschiebers 7 übernimmt. Eine Rückstellfeder 17 beaufschlagt den Ringkolben 15 in entgegengesetzter
Richtung zu dem Druck des hydraulischen Kreislaufs 11 , d.h. hinweg von dem Flügelrad 5. Der Ringkolben 15 steht mit dem Regelschieber 7 in Verbindung und verschiebt diesen mit zunehmendem Druck des hydraulischen Kreislaufs 1 1 in Richtung des Flügelrads 5.
Nachfolgend wird eine beispielhafte Funktionsweise zur Einstellung des Volumenstroms der Kühlmittelpumpe beschrieben.
Das elektromagnetische Proporti onal venti 1 13 ist ohne Zuführung eines Ansteuerstroms geöffnet, sodass das von der Axialkolbenpumpe 9 angesaugte Kühlmittel im Wesentlichen drucklos über den Zweig I Ia des hydraulischen Kreislaufs 1 1 durch das Proportionalventil 13 hindurch zurück in den geförderten Kühlmittelstrom zurückfließt. Somit baut sich in dem Zweig 1 lb des hydraulischen Kreislaufs 11 kein Druck auf und der Ringkolben 15 verbleibt unter Beaufschlagung der Rückstellfeder 17 in einer unbetätigten Grundstellung. Der Regelschieber 7, der mit dem Ringkolben 15 in Verbindung steht, wird dabei in der„offenen Position" gehalten, wie in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.
In der„offenen Position" des Regelschiebers wird, ohne Berücksichtigung der Pumpendrehzahl, ein maximal geförderter Volumenstrom ohne Abschirmung eines strömungswirksamen Bereichs des Flügelrads 5 durch den Regelschieber 7 hergestellt. Dieser Zustand stellt zugleich einen Fail-Safe Modus dar, sodass im Falle eines Ausfalls einer Stromzufuhr oder eines Defekts der Ansteuerung, d.h. eines stromlosen elektromagnetischen Proportionalventils 13, automatisch ein maximaler Volumenstrom und ein größtmöglicher Wärmeaustrag am Verbrennungsmotor sichergestellt sind. Wenn das elektromagneti sehe Proportionalventil 13 durch eine zeitlich geregelte
Zuführung eines Ansteuerstroms zeitweise geschlossen wird, kann das von der Axialkolbenpumpe 9 ausgestoßene Kühlmittel nicht über den Zweig 1 l a des hydraulischen Kreislaufs 1 1 in den Volumenstrom zurückfließen. Der von der Axialkolbenpumpe 9 aufgewendete Druck im hydraulischen Kreislauf 1 1 breitet sich von dem Rückstau am geschlossenen Proportionalventil 13 über den Zweig 11 a in den Zweig I I b aus und wirkt auf den Ringkolben 15. Der Ringkolben 15 verschiebt den Regelschieber 7 gegen die Kraft der Rückstellfeder 17 zu dem Flügelrad. Dabei wird der zylindrische Abschnitt 7a des Regel Schiebers 7 zunehmend in axiale Überschneidung mit dem Flügelrad 5 gebracht, wodurch ein wirksamer Strömungsbereich des Flügelrads 5 durch den zylindrischen Abschnitt 7a des Regelschiebers 7 radial überdeckt wird.
In einer„geschlossenen Position" des Regelschiebers 7 überdeckt der zylindrische Abschnitt 7a das Flügelrad 5 vollständig, sodass, ohne Berücksichtigung der Pumpendrehzahl, ein minimaler geförderter Volumenstrom durch volle Abschirmung eines strömungswirksamen Bereichs des Flügelrads 5 durch den Regelschieber 7 hergestellt wird.
Durch die Steuerung der Ein- und Ausschaltdauern des elektromagnetischen Proportionalventils 13 wird ein kontrollierter Rückstau im Zweig I Ia und somit ein kontrollierter Druck im Zweig 1 l b des hydraulischen Kreislaufs 1 1 aufgebaut, der auf den Ringkolben 15 und entgegen der Rückstellfeder 17 wirkt. Der Ringkolben 15 verschiebt den Regelschieber 7 zur Einstellung des geförderten Volumenstroms der Kühlmittelpumpe zwischen der obenstehend beschriebenen „offenen Position" und „geschlossenen Position". Die zentrale Motorsteuerung ZMS berechnet unter Berücksichtigung verschiedener Betriebsparameter, wie z.B. einer Drehzahl und Arbeitsbelastung des Verbrennungsmotors, einer Kraftstoffzufuhr, einer Temperatur, einer Fahrzeuggeschwindigkeit oder dergleichen, einen zu fördernden Volumenstrom des Kühlmittels, der einem erforderlichen Wärmeaustrag des Verbrennungsmotors entspricht.
Wie obenstehend beschrieben ist, hängt ein von der Kühlmittelpumpe geförderter Volumenstrom des Kühlmittels einerseits von der Strömungswirksamkeit des Flügelrads 5 ab, die bei zunehmender axialer Verschiebung der Position des Regel Schiebers 7 (und des Ringskolbens 15) in Richtung der„geschlossenen Position" mit einem steigenden Grad der Überdeckung durch den zylindrischen Abschnitt 7a des Regelschiebers 7 um das Flügelrad 5 abnimmt. Andererseits hängt der geförderte Volumenstrom der Kühlmittelpumpe von der
Pumpendrehzahl ab. Die Pumpendrehzahl ist mittels des Riementriebs durch die Drehzahl der Verbrennungsmaschine zwangsweise vorgegeben und umfasst die für den Fahrzeugbetrieb charakteristi sehen Schwankungen. Nachfolgend wird ein beispielhafter Aufbau der Pumpensteuerung 21 mit Bezug auf Fig. 4 beschrieben.
Die Pumpensteuerung 21 umfasst in einer beispielgebenden Ausführungsform einen Sendeempfänger 23, wie z.B. einen LIN-Transceiver, einen Mikrocomputer 25, einen Ventiltreiber 27 und einen Leistungszufuhrverteiler 29. Der Leistungszufuhrverteiler teilt die Spannung einer Leistungsquelle des Fahrzeug (nicht dargestellt) von beispielsweise 12V in geeignete Spannungen der elektronischen Komponenten 23, 25, 27 der Pumpensteuerung 21 auf und versorgt diese mit der erforderlichen elektrischen Leistung. Der LIN-Transceiver 23 ermöglicht eine Kommunikation von Daten über einen Datenbus, z.B. im LIN-ProtokoU, zwischen der Pumpensteuerung 21 und der zentralen Motorsteuerung ZMS. Wie in Fig. 2 dargestellt ist, kann ein Stecker 22 zur Verbindung mit einem fahrzeugseitigen Datenbus zur zentralen Motorsteuerung ZMS vorgesehen sein. Der Mikrocomputer 25 führt ein Steuerprogramm mit einer Regelungsroutine aus, das in einem Speicher (nicht dargestellt) des Mikrocomputers 25 gespeichert ist, und berechnet eine Pulsweitenmodulation als Ansteuerungssignal des Ventiltreibers 27. Der Ventiltreiber 27 verstärkt das Ansteuersignal von dem Mikrocomputer 25, indem er eine Leistungszufuhr zur Betätigung des elektromagnetischen Proportionalventils 13 von dem Leistungszufuhrverteiler 29 in Übereinstimmung mit der Pul sweitenmodul ati on ein- und ausschaltet. Bei einer in Fig. 3A und 3B gezeigten, beispielhaften Ausfuhrungsform ist die
Pumpensteuerung 21 zusammen mit einem Sensor 19 als ein gemeinsames elektronisches Bauteil 20 ausgebildet. Beispielsweise können eine Steuerschaltung der Pumpensteuerung 21 und eine Sensorschaltung in einem gekapselten Bauteil eingegossen sein. Insofern die Abmessung des gemeinsamen Bauteils der Pumpensteuerung 21 und des Sensor 19 die Abmessung eines herkömmlich eingesetzten Bauteils eines Sensors nicht überschreitet, kann zudem eine Aufrüstung einer bekannten ECF-Pumpe ohne Modifikationen am Pumpenaufbau erfolgen.
Der gezeigte Aufbau lässt sich vorzugsweise mit einem Hall-Sensor als Wegsensor 19 realisieren. Allerdings ist diese Ausführungsform nicht auf einen Hall- Sensor beschränkt, wie in einer weiteren Ausführungsform später beschrieben wird.
Bei einer Aus führungsform der in Fig. 1 dargestellten Kühlmittelpumpe wird ein Wegsensor 19 zur Erfassung einer Position des Regelschiebers 7 entlang eines Verstellwegs eingesetzt. Durch einen Hall-Sensor und ein magnetisches Geberelement, das mit dem Ringkolben 15 verbunden ist, wird ein kontaktloser und unempfindlicher Aufbau hergestellt. Der Wegsensor 19 gibt als Istwert-Signal die erfasste Position des Ringkolbens 15 bzw. dementsprechend des Regelschiebers 7 entlang des Verstellwegs an die Pumpensteuerung 21 aus.
In einer beispielhaften Aus führungsform enthält das Sollwert-Signal, das die Pumpensteuerung 21 von der zentralen Motorsteuerung ZMS empfängt, eine vorbestimmte Position des Regelschiebers 7. Hierzu berechnet die zentrale Motorsteuerung ZMS basierend auf einem dem erforderlichen Wärmeaustrag des
Verbrennungsmotors einen von der Kühlmittelpumpe zu fördernden Volumenstrom des Kühlmittels. Die vorgebestimmte Position des Regelschiebers wird anschließend in Abhängigkeit des Volumenstroms und einer derzeitigen Pumpendrehzahl, die in einem festen Drehzahlverhältnis zu dem Verbrennungsmotor steht, berechnet und an die Pumpensteuerung 21 übertragen.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform enthält das Sollwertsignal, das die Pumpensteuerung 21 von der zentralen Motorsteuerung ZMS empfängt, lediglich einen Sollwert für einen erforderlichen Volumenstrom des Kühlmitteis und weitere Betriebsparameter, wie insbesondere eine derzeitige Drehzahl der Verbrennungsmaschine oder die entsprechende Pumpendrehzahl. Die Berechnung eines Sollwerts für die resultierende Position des Regelschiebers 7 erfolgt bei dieser Ausführungsform in der Pumpensteuerung 21.
Die Regelungsroutine, die in dem Mikrocomputer 25 ausgeführt wird, entspricht beispielsweise der Regelungsfunktion eines PID-Glieds, bei der zwischen dem vorgegebenen Sollwert und dem Istwert eine Regelabweichung berechnet wird. Aus der Regelabweichung wird basierend auf einer systemspezifischen Funktion des hydraulischen Kreislaufs 1 1 , d.h. einem Reakti onsverhalten zwischen einer Ein- und Ausschaltdauer des elektromagnetischen Proporti onalventil 13 und einer resultierenden Positionsänderung des Ringkolbens 15 als hydraulisches Stellglied, eine Pulsweitenmodulation zur Ansteuerung des elektromagnetischen Proportionalventils 13 berechnet.
Zum Einhalten einer Position des Regelschiebers 7 wird der Druck im hydraulischen Kreislauf 1 1 durch die Ein- und Ausschaltdauern zum öffnen- und Schließen des Proportionalventils 13 derart gesteuert, dass ein Gleichgewicht zwischen dem hydraulischen Druck und dem Druck der Rückstellfeder 17 in einer Position des Ringkolbens 15 bzw. des Regelschiebers 7 erzielt und gehalten wird, die dem vorgegebenen Sollwert der zentralen Motorsteuerung ZMS entspricht. Die tatsächliche Position des Regelschiebers 7 wird wiederum von dem Wegsensor 19 erfasst und als Rückkopplung zur Ansteuerung des Proportionalventils 13 an die Pumpensteuerung 21 übertragen bzw. in den Mikrocomputer 25 eingegeben. Gemäß einer weiteren beispielhaften Ausführungsform führt die
Pumpensteuerung 21 eine Funktionsüberwachung durch, um eine Leckage im Kühlsystem selbstständig zu erkennen und an die zentrale Motorsteuerung zu melden.
Wenn sich durch eine Leckage Lufteinschlüsse im Kühlmittelkreislauf gebildet haben, gelangen diese auch in den hydraulischen Kreislauf 11 der Kühlmittelpumpe und mindern den Druck in dem hydraulischen Stellglied. Die Kennlinie der Rückstellfeder 17, die dem Ringkolben 15 entgegenwirkt, bleibt unverändert. Das Ungleichgewicht zwischen dem verminderten hydraulischen Druck und der unveränderten Kennlinie der Rückstellfeder 17 muss in diesem Fall dahingehend kompensiert werden, dass das Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeiten des elektromagnetischen Proportionalventils 13 erhöht wird, um den hydraulischen Druck für die gewünschte Position des Ringkolbens 15 zu erzeugen.
Aufgrund der einfachen Regelungsschleife zwischen dem Wegsensor 19 des Regelschiebers 7 und dem elektromagnetischen Proportionalitätsventil 13 im hydraulischen Kreislauf 1 1 kann die erfindungsgemäße Pumpensteuerung 21 Abweichungen im Reaktionsverhalten des hydraulischen Kreislaufs mit der erforderlichen Sensibilität, d.h. insbesondere ohne Einflüsse weiterer Betriebsparameter wie permanente Schwankungen von Drehzahl und Temperatur erfassen. Die Pumpensteuerung 21 vergleicht eine Abweichung des Verhältnisses zwischen den Ein- und Ausschaltdauern des elektromagnetischen Proportionalventils 13 und der resultierenden Positionsänderung des Ringkolbens 15 bzw. Regelschiebers 7 mit einem in dem Speicher hinterlegten Schwellwert. Der Schwellwert ist ebenso wie übrige spezifische Parameter der Kühlmittelpumpe in einem Speicherabschnitt der Pumpensteuerung 21 hinterlegt. Im Falle einer Fehlererkennung gibt die Pumpensteuerung 21 eine Fehlermeldung an die zentrale Motorsteuerang aus, die wiederum einen eingeschränkten Notbetrieb oder eine Abschaltung der Verbrennungsmaschine einleiten kann. In einer alternativen beispielhaften Ausfuhrungsform weist die Kühlmittelpumpe anstelle eines Wegsensors 19 einen Drucksensor (nicht dargestellt) auf, der vorzugsweise zwischen dem Ringkolben 15 und dem Regelschieber 7 angeordnet ist.
Bei dieser alternativen Ausführungsform führt die Pumpensteuerung 21 eine Regelung dahingehend durch, dass der Regelschieber 7 zur Einstellung des Volumenstroms in eine neue Position verschoben wird, bis das Istwert-Signal des erfassten Drucks des Drucksensors einem Druck des vorbestimmten Volumenstroms entspricht, der durch das Sollwert-Signal von der zentralen Motorsteuerung vorgegeben ist.
Bei dieser Ausführungsform kann eine Funktionsüberwachun g des Kühlsystems einfach über den vorhandenen Drucksensor anstatt über das Reaktionsverhalten des hydraulischen Stellglieds wahrgenommen werden. Wie zu der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben wurde, ist ein Schwellwert in einem Speicherabschnitt der Pumpensteuerung hinterlegt. Dieser Schwell wert entspricht einem minimalen Betriebsdruck, der insbesondere bei der Bildung von Lufteinschlüssen im Kühlsystem unterschritten wird. Nach einem Vergleich des Sollwerts mit dem erfassten Druck des Drucksensors beurteilt die Pumpensteuerung 21 , ob eine Leckage im Kühlsystem vorliegt.
Im Falle einer Fehlererkennung gibt die Pumpensteuerun g 21 eine Fehlermeldung an die zentrale Motorsteuerung aus, die wiederum einen eingeschränkten Notbetrieb oder eine Abschaltung der Verbrennungsmaschine einleiten kann. Anstelle des elektromagnetischen Proportionalventils 13 kann in einer modifizierten Ausführungsform ebenso ein elektromotorisch betätigtes Proportionalventil 13 verwendet werden. In diesem Fall muss das Ansteuersignal für einen Stellmotor keine Pulsweitenmodulation enthalten.
Ferner kann anstelle einer LIN-Schnittstelle eine CAN-Schnittstelle zwischen der Pumpensteuerung 21 und der zentralen Motorsteuerung ZMS vorgesehen sein.

Claims

Anspriche
1. Kühlmittelpumpe zum Fördern eines Kühlmittels für einen Verbrennungsmotor in einem Fahrzeug, das den Verbrennungsmotor und eine zentrale Motorsteuerung aufweist, wobei die Kühlmittelpumpe aufweist: eine Pumpenwelle (4), die in einem Pumpengehäuse (1) drehbar gelagert ist und über einen Riementrieb (3) von dem Verbrennungsmotor angetrieben wird, ein auf der Pumpenwelle (4) angeordnetes Flügelrad (5), das in einer Pumpenkammer (2) des Pumpengehäuses (1) aufgenommen ist und ein Kühlmittel fördert, eine Axialkolbenpumpe (9), die über eine Taumelscheibe (8) auf einer rückwärtigen Seite des Flügelrads (5) betätigt wird und einen Teil des geförderten Kühlmittels ableitet, einen hydraulischen Kreislauf (1 1), der sich von der Axialkolbenpumpe (9) über ein Proportional venti 1 (13) zurück zu dem geförderten Kühlmittel erstreckt und eine Abzweigung (1 lb) zwischen der Axialkolbenpumpe (9) und dem Proporti onal venti 1 (13) als hydraulisches Stellglied aufweist, einen Regelschieber (7), der einen Volumenstrom des von der Kühlmittelpumpe geförderten Kühlmittels einstellt und in Abhängigkeit eines Drucks in dem hydraulischen Kreislauf (1 1) verschiebbar ist, einen Sensor (19), der einen Parameter erfasst, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, und ein Istwert-Signal des Parameters ausgibt, gekennzeichnet dadurch, dass die Kühlmittelpumpe eine eigene Pumpensteuerung (21) umfasst, die das Proportionalventil (13) in dem hydraulischen Kreislauf (11) basierend auf dem Istwert- Signal von dem Sensor (19) und einem Sollwert-Signal von der zentralen Motorsteuerung ansteuert.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1, wobei die Pumpensteuerung (21) und der Sensor (19) als ein gemeinsames elektronisches Bauteil (20) ausgebildet sind.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (19) ein Wegsensor ist, der eine Position des Regelschiebers (7) erfasst, und das Sollwert-Signal i) eine vorbestimmte Position des Regelschiebers (7) angibt oder ii) einen vorbestimmten Volumenstrom und eine Drehzahl der Verbrennungsmaschine oder der Kühlmittelpumpe angibt.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Pumpensteuerung (21 ) in einem oberen Bereich der Pumpendrehzahl einen Weg des Regelschiebers begrenzt.
Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Pumpensteuerung (21) ein Verhältnis zwischen einer Ansteuerungsdauer des Proportionalventils (13) und einer resultierenden Positionsänderung des Regelschiebers (7) mit einem Schwellwert vergleicht.
Kühlmittelpumpe nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Sensor (19) ein Drucksensor ist, der einen Druck des geförderten Volumenstroms des Kühlmittels erfasst, und das Sollwert-Signal i) einen vorbestimmten Volumenstrom oder ii) einen Druck, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, angibt.
7» Kühlmittelpumpe nach Anspruch 6, wobei die Pumpensteuerung (21) einen erfassten Druck des Sensors (19) mit einem Schwellwert vergleicht.
8. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei die Pumpensteuerung (21) einen Sendeempfänger (23) zum Empfangen von Daten aus der zentralen Motorsteuerung und / oder Senden von Daten an dieselbe, einen Mikrocomputer (25) zum Ausführen einer Regelungsroutine, einen Ventiltreiber (27) zum Ansteuern des Proportionalventils (13) und einen Leistungszufuhrverteiler (29) zu deren jeweiliger Versorgung mit einer elektrischer Leistung umfasst.
9. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 8, wobei die Pumpensteuerung (21) ein eigenes Gehäuse aufweist, das an dem gemeinsamen elektronischen Bauteil (20) integriert ist.
10. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 2 bis 9, wobei der Sensor (19) ein eigenes Gehäuse aufweist, das an dem gemeinsamen elektronischen Bauteil (20) integriert ist.
11. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das zu fördernde Kühlmittel durch einen Kühlmitteleinlass axial gerichtet auf das Flügelrad (5) anströmt und vom Flügelrad (5) gefördert über einen radial gerichteten Kühlmittelauslass die Pumpenkammer (2) verlässt. Kühlmittelpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1, wobei das zu fördernde Kühlmittel durch einen Kühlmitteleinlass axial gerichtet auf das Flügelrad (5) anströmt und vom Flügelrad (5) gefördert über einen axial oder halbaxial gerichteten Kühlmittelauslass auf der gegenüberl i egenden Seite des Flügelrads (5) die Pumpenkammer (2) verlässt.
Elektronisches Bauteil (20) zur Verwendung in einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer zentralen Motorsteuerung, aufweisend eine Pumpensteuerung (21) und einen Sensor (19) zum Erfassen einer Position eines Regelschiebers (7) in einer Pumpenkammer (2), der den geförderten Volumenstrom begrenzt, oder einen Sensor zum Erfassen eines Drucks des Volumenstroms in der Pumpenkammer (2).
Elektronisches Bauteil (20) nach Anspruch 13, wobei ein Abschnitt des elektronischen Bauteils (20), in dem die Pumpensteuerung (21) aufgenommen ist, und ein Abschnitt des elektronischen Bauteils (20), in dem der Sensor (19) aufgenommen ist, eine L-förmige Anordnung zu einander bilden.
Verfahren zum Steuern einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer zentralen Motorsteuerung mit den folgenden Schritten:
Berechnen eines Sollwerts eines Parameters, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, in Abhängigkeit von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors durch die zentrale Motorsteuerung;
Übertragen des Sollwerts von der zentralen Motorsteuerung zu einer Pumpensteuerung (21) der Kühlmittelpumpe; Erfassen eines Istwerts des Parameters durch einen Sensor (19);
Übertragen des Istwerts von dem Sensor (19) zu der Pumpensteuerung (21); und
Einregeln einer Position eines Regelschiebers (7), der den geförderten Volumenstrom der Kühlmittelpumpe begrenzt, in Abhängigkeit von dem Sollwert und dem Istwert durch die Pumpensteuerung (21 ), mittels Ansteuerung eines hydraulischen Stellglieds.
Verfahren zum Steuern einer mechanisch angetriebenen Kühlmittelpumpe eines Fahrzeugs mit einem Verbrennungsmotor und einer zentralen Motorsteuerung mit den folgenden Schritten:
Übertragen von Betriebsparametern des Verbrennungsmotors von der zentralen Motorsteuerung zu einer Pumpensteuerung (21) der Kühlmittelpumpe;
Berechnen eines Sollwerts eines Parameters, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, in Abhängigkeit von den Betriebsparametern des Verbrennungsmotors durch die Pumpensteuerung (21 );
Erfassen eines Istwerts des Parameters durch einen Sensor (19);
Übertragen des Istwerts von dem Sensor (19) zu der Pumpensteuerung (21); und
Einregeln einer Position eines Regelschiebers (7), der den geförderten Volumenstrom der Kühlmittelpumpe begrenzt, in Abhängigkeit von dem Sollwert und dem Istwert durch die Pumpensteuerung (21), mittels Ansteuerung eines hydraulischen Stellglieds.
17. Verfahren zum Steuern nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Parameter, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, eine Position des Regelschiebers (7) ist. 18. Verfahren zum Steuern nach Anspruch 15 oder 16, wobei der Parameter, der für den Volumenstrom des geförderten Kühlmittels bezeichnend ist, ein Druck in einer Pumpenkammer (2) der Kühlmittelpumpe ist, der dem Volumenstrom des geförderten Kühlmittels entspricht.
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