WO2016071285A1 - Verfahren zum erstellen eines kennlinienfelds einer fluidpumpe, verwendung eines limitierten ventils, verwendung eines stufenventils und steuergerät für ein fluidfördersystem - Google Patents

Verfahren zum erstellen eines kennlinienfelds einer fluidpumpe, verwendung eines limitierten ventils, verwendung eines stufenventils und steuergerät für ein fluidfördersystem Download PDF

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fluid pump
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PCT/EP2015/075473
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Gerald BEHRENDT
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for creating a characteristic ⁇ line field of a fluid pump of a pressure-dependent Fluid once- system for a work area of the fluid pump.
  • the invention further relates to the use of a limited valve, the use of a step valve and a control device for a fluid delivery system.
  • Fluid delivery systems are used, for example, as KraftStoff formula- systems in motor vehicles.
  • Such Fluid thoroughly ⁇ systems have a fluid pump, which is driven by an electric motor and are pressure-dependent.
  • a drive current of the electric motor for controlling the fluid pump it is advantageous to establish a relationship to the pressure in the fluid delivery system.
  • Such a relationship Zvi ⁇ rule the driving current for the electric motor and the pressure in the fluid delivery system can be produced by means of a characteristic ⁇ field. Values for activation can be read from the characteristic field.
  • the object of the invention is to provide a process for improved creation of a characteristic field of a fluid pump of a pressure-dependent ⁇ fluid delivery system for a working area of the fluid pump. It is a further object of the invention to show the use of a limited valve and the use of egg ⁇ nes tap valve as calibration valves and a control device for a fluid delivery system.
  • the object is achieved by a method for producing a characteristic field of a fluid solved pump of a pressure-dependent fluid delivery system in an Ar ⁇ beits Colour the fluid pump.
  • the fluid delivery system in this case comprises a current-controlled electric motor, which is controlled by an engine control unit with a drive current.
  • the fluid pump is ration ⁇ ben from the electric motor. The method comprises the steps:
  • the method additionally comprises the following step:
  • the characteristic map ranges and values of pressure and rotational speed, and thus can be assigned clear ⁇ lines.
  • the fluid delivery system is designed as KraftStoff preparesystem for a motor vehicle and designed for gasoline.
  • the recorded characteristic field comprises characteristic curves of constant drive current, which is a dependency between the speed of the fluid pump and the pressure in the fluid delivery system.
  • the method additionally comprises the following step:
  • the fluid delivery system is ⁇ example, as a KraftStoff formulasystem ⁇ for a motor vehicle and designed for diesel. Since fluid pumps are designed for diesel at ⁇ DERS than gasoline pumps, by these excluded staltung a leveling of the characteristic curves accurately SUC ⁇ gen.
  • the parameters characterizing the fluid delivery system comprise at least one of the following parameters:
  • a positive displacement pump such as diesel can not be operated at zero flow, bauartbe ⁇ dingt.
  • the fluid delivery system further comprises a calibration valve, which at an off Lassseite the fluid pump is arranged and opens ⁇ in dependence ⁇ speed of a predetermined pressure to provide a pressure-dependent calibration function and wherein the step of recording additionally depends on the calibration function.
  • a calibration valve By a calibration valve can take place a clear assignment of drive current and pressure. This is he ⁇ sufficient that in a recorded pressure characteristic curve, a kink is generated by opening the valve. This supports the leveling of the later recorded characteristic field for the drive current.
  • the Ka ⁇ librierventil is designed as one of the following valve types: Threshold pressure valve; limited valve; Stage valve.
  • valve types each produce one or more kinks in the pressure characteristic of the fluid delivery system, and thus allow further anchor points for a leveling of the characteristic field.
  • the brier Kali is formed ⁇ valve to derive a predetermined maximum Vo ⁇ volume flow from the fluid delivery system when the Ka ⁇ librierventil is formed as limited valve.
  • the calibration valve is adapted to derive a predetermined maximum flow rate from the fluid delivery system per stage when the calibration valve is madebil ⁇ det as stage valve.
  • the step of adjusting the drive current and changing a flow volume is carried out after switching on the fluid pump.
  • a limited valve as calibration valve in a fuel feed system is ver ⁇ turns.
  • a method according to the first aspect can be performed.
  • a step valve is set up as a calibration valve in a fluid delivery system.
  • a method may also be performed by ⁇ according to the first aspect.
  • the fluid delivery system comprises:
  • control unit is set up to carry out a method according to the first aspect.
  • FIG. 1 shows a fluid delivery system (schematic illustration);
  • FIG. 2 shows a field of a plurality of pressure characteristics of a fluid system;
  • Figure 3 is an exemplary representation of a family of characteristics of an industrial pump (Pump Manual 2004, GRUNDFOS, page 119);
  • FIG. 4 shows a flow chart for a method according to an embodiment of the invention
  • Figure 5 is an exemplary illustration of a characteristic field of a fluid pump according to an embodiment of the dung OF INVENTION ⁇ ;
  • Figure 6 is a schematic representation of a controlled system
  • FIG. 7 shows a further exemplary illustration of a Kennli ⁇ nienfelds a fluid pump according to an embodiment of the invention
  • FIG. 8 shows another exemplary illustration of a characteristic line field ⁇ a plurality of printing characteristics of a Fluidsys ⁇ tems
  • FIG. 9 shows two exemplary characteristic fields with markings for a leveling
  • FIG. 10 shows another exemplary characteristic field with leveling markings
  • Figure 11 is a schematic representation of a valve
  • FIG. 12 is another schematic representation of a valve
  • FIG. 13 shows a further schematic representation of a valve
  • FIG. 14 shows an exemplary characteristic field of pressure characteristics and current characteristics
  • Figure 15 is another exemplary characteristic curves of pressure ⁇ characteristics and power characteristics.
  • FIG. 1 shows a fluid delivery system 10.
  • the fluid delivery system 10 is a fuel delivery system for
  • the fluid delivery system 10 may be laid out ⁇ for pumping diesel.
  • the fuel in this case the gasoline, is supplied by the fluid delivery system 10 to an injection system (so-called fuel rail system).
  • fuel rail system for reasons of clarity, a representation of both the tank, as well as the Einsprit zstrom omitted in Figure 1.
  • the exemplary embodiment is a so-called pre-conveyor system.
  • the fluid delivery system 10 includes an electric motor 11.
  • the electric motor 11 is current controlled in exporting ⁇ approximately example.
  • the electric motor 11 is controlled by an engine control unit 12.
  • the engine control unit has a control unit 12a and a zuslegili ⁇ che processing unit in the embodiment.
  • the calculation unit 12a is spatially ge of the engine control unit 12 separates in ⁇ alternatively ⁇ ven embodiments and thus swapped.
  • the electric motor 11 drives a fluid pump 13.
  • the fluid pump 13 is inrangsbei ⁇ game a fuel pump.
  • the electric motor 11 is connected to the fluid pump 13 via a mechanical coupling 17.
  • the fluid pump 13 pumps gas via a fluid line 15 from the tank through the fluid delivery system 10 and via a line 16 to the Einsprit zstrom.
  • a calibration valve 14 is connected and hydraulically coupled to the fluid pump 13.
  • the calibration valve 14 is connected and hydraulically coupled to the fluid pump 13.
  • the calibration valve 14 is connected and hydraulically coupled to the fluid pump 13.
  • the calibration valve 14 via the hydraulic connection 18 to the line 16 and thus connected to the fluid pump 13.
  • the calibration valve 14 is adapted to open at a predetermined pressure at ⁇ play, 8,.
  • the electric motor 11 is controlled by the engine control unit 12 so that the fluid pump 13 runs at a certain speed of the engine 11. In a ⁇ al ternatives design no calibration valve 14 is provided for hen.
  • a filter 16 a is installed in line 16. It is a fuel filter. Other embodiments may be other filters or fluid-influencing components.
  • the filter 16 may be omitted in a further Fully ⁇ staltung.
  • a pressure sensor 19 attached ⁇ closed.
  • the pressure sensor 19 measures a fluid pressure in the line 16 after the filter 16a.
  • the Sig nal ⁇ of the pressure sensor 19 is evaluated in an evaluation unit 19a.
  • the evaluation unit 19a provides 12 to the engine control ⁇ device, in the exemplary embodiment of the computing unit 12a of the Mo ⁇ tor horrinates 12, an evaluated pressure signal for plausibility bilmaschine ready.
  • Figure 2 shows a graph showing a driving current for the electric motor 11 (axis of ordinate) on the rotational speed (Abs ⁇ zissenachse) for different pressures.
  • the pressures are increasing from function 21 through 22 all the way to function 25.
  • FIG. 3 shows by way of example a schematic representation of a family of characteristics of an industrial pump in general.
  • the delivery height (ordinate axis) is applied above the rotational speed (abscissa ⁇ senachse).
  • This example is the "pump manual" in 2004, Grundfos, page 119, taken. Such a presentation would also be desirable for the ver ⁇ spent fluid pump 13.
  • FIG. 4 shows a flow chart according to an embodiment of the method.
  • a drive current is set to a predetermined value, for example, 3A.
  • a flow volume of the fluid delivery system 10 is changed.
  • a corresponding characteristic pressure behavior in the fluid delivery system 10 can be generated at the drive current set in step 41.
  • the speed is proportional to the delivery volume of the fluid pump 13.
  • the change in the volume flow will be obtained automatically when ⁇ game example, by an increase in pressure in the fluid delivery system 10 is established. This can be done even in ⁇ run the operation, such as a start-up of fluid delivery system 10th
  • step 43 pressure data of the fluid delivery system 10 are recorded.
  • the pressure sensor 19 ver ⁇ applies.
  • This creates a data set that represents the changed to the on ⁇ set drive current depending through ⁇ flow volume the pressure in the fluid delivery system.
  • step 44 it is evaluated whether all predetermined values for the generation of the characteristic field are present. Absent in ⁇ play data to a certain predetermined actuation current for the electric motor 11, the steps 41, 42 and 43 are repeated in accordance with different parameters.
  • a characteristic field is created from the recorded data.
  • pressure values are assigned to a ⁇ a drive current provided a speed respectively.
  • the characteristics field is leveled and aligned using anchor points and edge parameters as described below.
  • FIG. 5 shows an example of such a characteristic field.
  • the individual functions from below upwardly ascending and STEL len is a drive current.
  • the rotation speed is applied, 10.
  • the edge portions of the characteristic ⁇ field correctly, it is necessary that characteris ⁇ tables parameters are left. So a leveling of the characteristic field is necessary.
  • the zero flow rate of the fluid pump 13 is used for a fluid pump 13 for pumping gasoline. More Para ⁇ meter resulting from a maximum speed of the electrical ⁇ rule engine 11, a maximum delivery volume of the fluid pump 13 or a minimum operating current of the electric motor 11. These parameters are characteristic of each under ⁇ Kunststoffmug certain fluids at different pressures. Output pressure and applied pressure in the fluid pump 13 are, in the case of the zero flow, identical, so that the fluid is not conveyed and thus a delivery volume is zero. The- The parameters and the resulting measured data serve as anchor points for the characteristic field.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a controlled system.
  • Block 61 represents a control module that uses a characteristic diagram for a fuel system for fluid control passage ⁇ lung.
  • the block 61 has two inputs 62, 63, an input 62 is for the speed and input 63 is for the drive current.
  • the output of the block 61 is a pressure value 64.
  • FIG. 7 shows an example of a characteristic field for a diesel fluid delivery system.
  • the pressure is plotted against the speed.
  • the individual diagonal curves are curves of increasing current.
  • an additional calibration valve 14 is used in the fluid delivery system 10 in a further embodiment.
  • the Kali ⁇ brier valve 14 generates, as shown in Figure 8, a kink in the pressure curves 81 to 84. In this way, the Kenni ⁇ enfeld can be leveled for the drive current, since an anchor ⁇ point is created for alignment.
  • FIG. 10 shows a further illustration for a characteristic field for diesel. Important anchor points are also not defined here.
  • a positive displacement pump For example, a zero flow rate can not be used for Nivel ⁇ lation, since the way in which promotes a positive displacement pump, allows a zero flow rate.
  • a special calibration valve 14 a ⁇ is set.
  • a different number and different embodiments of Venti ⁇ len conceivable.
  • a limited valve as ⁇ shown in Fi gure 11 schematically used.
  • the limited Ven ⁇ til leaves after it has been opened to drain only a defined amount (minimum flow).
  • the limited valve opens at 3 bar and then allows a constant outflow of 5 l / h.
  • a pressure-dependent inlet 112 leads to a resistance (valve flap), which is represented schematically by a spring 110. If the pressure is high enough, the outlet 111 is released and the fluid can drain off.
  • FIG 12 shows a schematic representation of a calibration ⁇ valve 14 according to a further embodiment.
  • the calibration valve 14 is a step valve.
  • the stage valve made light ⁇ it to drain different bypass flows of the fluid at different pressure levels.
  • a pressure-dependent inlet 121 leads to a resistance (valve flap), which is represented schematically by a spring 120. If the pressure is high enough, the outlet 121 is released and the fluid can drain off. If the pressure continues to increase, in addition, the outlet 122 is released, so that the discharge amount increases.
  • valve flap resistance
  • the outlet 121 is released and the fluid can drain off.
  • the outlet 122 is released, so that the discharge amount increases.
  • differing ⁇ che numbers of stages with different values and off ⁇ let press conceivable. It is important here that the recorded pressure characteristics of the fluid pump 13 have different buckling have stages. On the basis of this, the characteristic field of the on ⁇ control current curves can be leveled.
  • a further embodiment of the calibration valve 14 is a step valve, which allows drainage only within a certain pressure range.
  • Figure 13 shows a schematic Dar ⁇ provision of such a valve.
  • the valve is closed bar ge ⁇ at 1, open at 2 bar and closes again at 3 bar completely. Between 2, 3 bar is a constant amount of 5 1 / hr. drained.
  • a pressure coupling 131 executes on ei ⁇ NEN resistance which is schematically Darge ⁇ represents by a spring 130th If the pressure is high enough, the Bypassvolu- is meneingang released 132 and the fluid can flow through the newly ⁇ if shared bypass volume output 133rd If the pressure continues to increase, the valve locks.
  • FIG. 14 shows various pump characteristics.
  • Bold print are characteristics of the fluid delivery system 10 (Abszissenach ⁇ se: Speed; ordinate: pressure and drive current). It can be seen that the pressure characteristics shown in bold have different kinks. Based on these kinks, the characteristic field of the drive current (thin lines) can now be leveled. The measurement can be carried out speed-controlled. That is, the speed is driven off by the control of the electric motor 11. This can be done, for example, when switching on the fluid pump 13.
  • Figure 15 is similar to Figure 14 different charac ⁇ ka, however, for various types of valves (abscissa: Rotation speed; ordinate: pressure and drive current).
  • the existing valve by the modified additional characteristics enable a proper calibration during a Be ⁇ drive of the fluid delivery system under various realistic conditions.
  • the current control can be switched on and the drive current can be increased slightly.
  • a calibration valve opens and the characteristic ⁇ field can be aligned at this anchor point.
  • This on ⁇ control current can be used to level the characteristic field.
  • Such leveling is applicable at all times, also and especially during operation.
  • Such a bypass function does not affect the operation and does not affect the characteristic ⁇ field of the drive current (see Figure 10).
  • the characteristic ⁇ field remains the same even with use of the bypass valve or arguenven ⁇ TILs (generally of Kalibrierventils 14).

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Kennlinienfelds einer Fluidpumpe (13) eines druckabhängigen Fluidfördersystems (10) in einem Arbeitsbereich der Fluidpumpe (13). Das Fluidfördersystem (10) umfasst hierbei einen stromgesteuerten elektrischen Motor (11), der von einem Motorsteuergerät (12) mit einem Ansteuerstrom angesteuert wird. Die Fluidpumpe (13) wird von dem elektrischen Motor (11) angetrieben. Das Verfahren umfasst den Schritt des Einstellens des Ansteuerstroms auf einen vorbestimmten Wert, sowie den Schritte des Veränderns eines Durchflussvolumens des Fluidfördersystems (10), nach dem der Ansteuerstrom eingestellt ist. Des Weiteren wird eine einen Druck in dem Fluidfördersystem beschreibende Datenmenge in Abhängigkeit der Veränderung des Durchflussvolumens aufgenommen. Die Schritte des Einstellens, Veränderns und Aufnehmens werden für eine vorbestimmte Anzahl Wiederholungen und vorbestimmte Ansteuerströme wiederholt. Aus der aufgenommenen Datenmenge wird ein Kennlinienfeld erstellt. Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Verwendung eines limitierten Ventils, eine Verwendung eines Stufenventils und ein Steuergerät für ein Fluidfördersystem (10).

Description

Beschreibung
Verfahren zum Erstellen eines Kennlinienfelds einer Fluidpumpe, Verwendung eines limitierten Ventils, Verwendung eines Stufen- ventils und Steuergerät für ein Fluidfördersystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erstellen eines Kenn¬ linienfelds einer Fluidpumpe eines druckabhängigen Fluidförder- systems für einen Arbeitsbereich der Fluidpumpe. Die Erfindung betrifft des Weiteren die Verwendung eines limitierten Ventils, die Verwendung eines Stufenventils und ein Steuergerät für ein Fluidfördersystem .
Fluidfördersysteme werden beispielsweise als KraftStoffförder- Systeme in Kraftfahrzeugen eingesetzt. Derartige Fluidförder¬ systeme weisen eine Fluidpumpe auf, die von einem elektrischen Motor angetrieben wird und sind druckabhängig. Zur Steuerung eines Ansteuerstroms des elektrischen Motors zur Regelung der Fluidpumpe ist es vorteilhaft, einen Zusammenhang zum Druck im Fluidfördersystem herzustellen. Eine derartige Beziehung zwi¬ schen dem Ansteuerstrom für den elektrischen Motor und dem Druck in dem Fluidfördersystem kann mittels eines Kennlinien¬ felds hergestellt werden. Werte zur Ansteuerung können aus dem Kennlinienfeld ausgelesen werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur verbesserten Erstellung eines Kennlinienfelds einer Fluidpumpe eines druck¬ abhängigen Fluidfördersystems für einen Arbeitsbereich der Fluidpumpe aufzuzeigen. Es ist weiter Aufgabe der Erfindung, die Verwendung eines limitierten Ventils und die Verwendung ei¬ nes Stufenventils als Kalibrierventile sowie ein Steuergerät für ein Fluidfördersystem aufzuzeigen.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Erstellen eines Kennlinienfelds einer Fluid- pumpe eines druckabhängigen Fluidfördersystems in einem Ar¬ beitsbereich der Fluidpumpe gelöst. Das Fluidfördersystem um- fasst hierbei einen stromgesteuerten elektrischen Motor, der von einem Motorsteuergerät mit einem Ansteuerstrom angesteuert wird. Die Fluidpumpe wird von dem elektrischen Motor angetrie¬ ben. Das Verfahren umfasst hierbei die Schritte:
- Einstellen des Ansteuerstroms auf einen vorbestimmten Wert;
- Verändern eines Durchflussvolumens des Fluidfördersystems , nachdem der Ansteuerstrom eingestellt ist;
- Aufnehmen einer einen Druck in dem Fluidfördersystem be¬ schreibende Datenmenge in Abhängigkeit der Veränderung des Durchflussvolumens ;
- Wiederholen der Schritte des Einstellens, Veränderns und Auf¬ nehmens für eine vorbestimmte Anzahl an Wiederholungen und vorbestimmte, verschiedene Ansteuerströme; und
- Erstellen eines Kennlinienfelds aus der aufgenommenen Daten¬ menge .
Durch die Erstellung des Kennlinienfelds aus der aufgenommenen Datenmenge können Daten, die zur Einstellung des elektrischen
Motors dienen, direkt aus dem Kennlinienfeld ausgelesen werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Verfahren zusätzlich den folgenden Schritt:
- Bestimmen von Randbereichen und/oder Randpunkten des Kennli¬ nienfelds basierend auf das Fluidfördersystem charakterisie¬ renden Parametern.
Ein Vorteil hierbei ist es, dass das Kennlinienfeld Bereichen und Werten von Druck- und Drehzahl zugeordnet und somit nivel¬ liert werden kann. Beispielsweise ist das Fluidfördersystem als KraftStofffördersystem für ein Kraftfahrzeug ausgebildet und für Benzin ausgelegt. Das Aufgenommene Kennlinienfeld umfasst Kennlinien konstanten Ansteuerstroms, die eine Abhängigkeit zwischen Drehzahl der Fluidpumpe und dem Druck im Fluidförder- system herstellen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung umfasst das Verfahren zu- sätzlich den folgenden Schritt:
- Kalibrieren des Kennlinienfelds durch Abfahren wenigstens ei¬ nes Teilbereichs einer Kennlinie.
Dadurch, dass wenigstens ein Teil der Kennlinie abgefahren wird, kann unkompliziert und praktisch eine Zuordnung des Kenn¬ linienfelds stattfinden. Das Fluidfördersystem ist beispiels¬ weise als KraftStofffördersystem für ein Kraftfahrzeug ausge¬ bildet und für Diesel ausgelegt. Da Fluidpumpen für Diesel an¬ ders konstruiert sind als Benzinpumpen, kann durch diese Ausge- staltung eine Nivellierung des Kennlinienfelds genauer erfol¬ gen .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung umfassen die das Fluid- fördersystem charakterisierenden Parameter, wenigstens einen der folgenden Parameter:
- Nullfördermenge der Fluidpumpe;
- maximale Drehzahl des elektrischen Motors;
- maximales Fördervolumen der Fluidpumpe;
- minimaler Betriebsstrom des elektrischen Motors.
Vorteilhaft bei der Verwendung solcher charakterisierenden Pa¬ rameter ist, sodass diese Parameter einfach zu erlangen sind. Somit kann bei jedem Fluidfördersystem ein Ansatzpunkt für die Zuordnung des Kennfelds stattfinden. Unterschiedliche Pumpenty- pen verlangen jedoch möglicherweise unterschiedliche Parameter. Eine Verdrängerpumpe, beispielsweise für Diesel, kann bauartbe¬ dingt nicht bei der Nullfördermenge betrieben werden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst das Fluidfördersystem weiter ein Kalibrierventil, das an einer Aus lassseite der Fluidpumpe angeordnet ist und sich in Abhängig¬ keit eines vorbestimmten Drucks öffnet, um eine druckabhängige Kalibrierfunktion bereitzustellen und wobei der Schritt des Aufnehmens zusätzlich von der Kalibrierfunktion abhängt.
Durch ein Kalibrierventil kann eine eindeutige Zuordnung von Ansteuerstrom und Druck stattfinden. Dies wird dadurch er¬ reicht, dass in einer aufgenommenen Druckkennlinie durch das Öffnen des Ventils ein Knick erzeugt wird. Dieser unterstützt die Nivellierung des später aufgenommenen Kennlinienfelds für den Ansteuerstrom.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ka¬ librierventil als eines der folgenden Ventilarten ausgebildet: Schwellendruckventil; limitiertes Ventil; Stufenventil.
Vorteilhaft bei der Ausbildung als eines dieser Ventile ist es, dass diese Ventiltypen jeweils einen oder mehrere Knicke in der Druckkennlinie des Fluidfördersystems erzeugen, und somit wei- tere Ankerpunkte für ein Nivellieren des Kennlinienfelds ermög- liehen .
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Kali¬ brierventil dazu ausgebildet, einen vorbestimmten maximalen Vo¬ lumenstrom aus dem Fluidfördersystem abzuleiten, wenn das Ka¬ librierventil als limitiertes Ventil ausgebildet ist. Alterna¬ tiv ist das Kalibrierventil dazu ausgebildet, pro Stufe einen vorbestimmten maximalen Volumenstrom aus dem Fluidfördersystem abzuleiten, wenn das Kalibrierventil als Stufenventil ausgebil¬ det ist.
Eine Zuordnung der zusätzlichen Ankerpunkte für das Kennlinien¬ feld kann verlässlicher stattfinden, wenn die abgeleiteten Vo¬ lumenströme vordefiniert sind. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt der Schritt des Einstellens des Ansteuerstroms und des Veränderns eines Durchflussvolumens im Anschluss an ein Einschalten der Fluidpumpe .
Somit kann bei Beginn des Förderns durch das Fluidfördersystems eine aktuelle Kalibrierung des Kennlinienfelds stattfinden. Dies erhöht die Genauigkeit von dem Fluidfördersystem, speziell in Hinsicht auf Alterungsprozesse.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein limitiertes Ventil als Kalibrierventil in einem KraftStofffördersystem ver¬ wendet. Hierbei kann ein Verfahren nach dem ersten Aspekt durchgeführt werden.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Stufenventil als Kalibrierventil in einem Fluidfördersystem eingerichtet. Hierbei kann ebenso ein Verfahren nach dem ersten Aspekt durch¬ geführt werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der Erfindung wird ein Steuergerät für ein Fluidfördersystem beschrieben. Das Fluidfördersystem umfasst :
- einen stromgesteuerten elektrischen Motor, der von einem Mo- torsteuergerät geregelt wird; und
- eine Fluidpumpe, die von dem elektrischen Motor angetrieben wird .
Das Steuergerät ist hierbei dazu eingerichtet, ein Verfahren nach dem ersten Aspekt durchzuführen.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren und Ausfüh¬ rungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Fluidfördersystem (schematische Darstellung) ; Figur 2 ein Feld mehrerer Druckkennlinien eines Fluidsystems; Figur 3 eine exemplarische Darstellung eines Kennlinienfelds einer Industriepumpe (Pumpenhandbuch 2004, GRUNDFOS, Seite 119) ;
Figur 4 ein Flussdiagramm für ein Verfahren gemäß einer Aus- gestaltung der Erfindung;
Figur 5 eine exemplarische Darstellung eines Kennlinienfelds einer Fluidpumpe gemäß einer Ausgestaltung der Erfin¬ dung;
Figur 6 eine schematische Darstellung einer Regelstrecke;
Figur 7 eine weitere exemplarische Darstellung eines Kennli¬ nienfelds einer Fluidpumpe gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung;
Figur 8 eine weitere exemplarische Darstellung eines Kenn¬ liniefelds mehrerer Druckkennlinien eines Fluidsys¬ tems ;
Figur 9 zwei exemplarische Kennlinienfelder mit Markierungen für eine Nivellierung;
Figur 10 ein weiteres exemplarisches Kennlinienfeld mit Nivel- lierungsmarkierugen;
Figur 11 eine schematische Darstellung eines Ventils;
Figur 12 eine weitere schematische Darstellung eines Ventils; Figur 13 eine weitere schematische Darstellung eines Ventils;
Figur 14 ein exemplarisches Kennlinienfeld von Druckkennlinien und Stromkennlinien und
Figur 15 ein weiteres exemplarisches Kennlinienfeld von Druck¬ kennlinien und Stromkennlinien.
Figur 1 zeigt ein Fluidfördersystem 10. Das Fluidfördersystem 10 ist im Ausführungsbeispiel ein KraftStofffördersystem zum
Fördern von Benzin aus einem Tank. In einer anderen Ausgestal¬ tung kann das Fluidfördersystem 10 zum Fördern von Diesel aus¬ gelegt sein. Der Kraftstoff, hier das Benzin, wird durch das Fluidfördersystem 10 einer Einsprit zanlage (sogenanntes Fuel Rail-System) zugeführt. Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde in Figur 1 auf eine Darstellung sowohl des Tanks, als auch der Einsprit zanlage verzichtet. Im Ausführungsbeispiel handelt es sich um ein sogenanntes Vorfördersystem . Ebenso kann es sich in anderen Ausgestaltungen um andere Fluidfördersysteme oder Teile eines Fluidfördersystems handeln.
Im Ausführungsbeispiel umfasst das Fluidfördersystem 10 einen elektrischen Motor 11. Der elektrische Motor 11 ist im Ausfüh¬ rungsbeispiel stromgesteuert. Der elektrische Motor 11 wird von einem Motorsteuergerät 12 angesteuert. Das Motorsteuergerät hat im Ausführungsbeispiel eine Ansteuereinheit und eine zusätzli¬ che Recheneinheit 12a. Die Recheneinheit 12a ist in alternati¬ ven Ausgestaltungen räumlich von dem Motorsteuergerät 12 ge¬ trennt und somit ausgelagert. Der elektrische Motor 11 treibt eine Fluidpumpe 13 an. Die Fluidpumpe 13 ist im Ausführungsbei¬ spiel eine Kraftstoffpumpe. Der elektrische Motor 11 ist über eine mechanische Kopplung 17 mit der Fluidpumpe 13 verbunden. Die Fluidpumpe 13 pumpt Benzin über eine Fluidleitung 15 von dem Tank durch das Fluidfördersystem 10 und über eine Leitung 16 zu der Einsprit zanlage . An einer Auslassseite der Fluidpumpe 13 ist ein Kalibrierventil 14 angeschlossen und mit der Fluid- pumpe 13 hydraulisch gekoppelt. Hierbei ist das Kalibrierventil
14 über die hydraulische Verbindung 18 mit der Leitung 16 und somit mit der Fluidpumpe 13 verbunden. Das Kalibrierventil 14 ist dazu eingerichtet, bei einem vorbestimmten Druck, bei¬ spielsweise 8 bar, zu öffnen. Der elektrische Motor 11 wird von dem Motorsteuergerät 12 so gesteuert, dass die Fluidpumpe 13 mit einer bestimmten Drehzahl des Motors 11 läuft. In einer al¬ ternativen Ausgestaltung ist kein Kalibrierventil 14 vorgese- hen.
In die Leitung 16 ist ein Filter 16a eingebaut. Es handelt sich hierbei um einen KraftStofffilter . In anderen Ausgestaltungen kann es sich um andere Filter oder fluidbeeinflussende Kompo- nenten handeln. Der Filter 16a kann in einer weiteren Ausge¬ staltung auch entfallen.
An die Leitung 16 ist des Weiteren ein Drucksensor 19 ange¬ schlossen. Im Ausführungsbeispiel misst der Drucksensor 19 ei- nen Fluiddruck in der Leitung 16 nach dem Filter 16a. Das Sig¬ nal des Drucksensors 19 wird in einer Auswertungseinheit 19a ausgewertet. Die Auswertungseinheit 19a stellt dem Motorsteuer¬ gerät 12, im Ausführungsbeispiel der Recheneinheit 12a des Mo¬ torsteuergeräts 12, ein ausgewertetes Drucksignal zur Plausi- bilisierung bereit.
Figur 2 zeigt einen Graphen, der einen Ansteuerstrom für den elektrischen Motor 11 (Ordinatenachse) über die Drehzahl (Abs¬ zissenachse) für verschiedene Drücke darstellt. Die Drücke sind von Funktion 21 über 22 bis hin zu Funktion 25 hin steigend.
Eine derartige Darstellung ist jedoch wenig geeignet, um eine Regelung der Fluidpumpe 13 vorzunehmen, da das Ergebnis des Kennlinienfelds Strom ist, wobei Strom eine Eingangsgröße war. Ein Auslesen von Werten für eine Steuerung des Fluidfördersys- tems 10 ist daher nicht ohne Umrechnung möglich.
Figur 3 zeigt beispielhaft eine schematische Darstellung eines Kennlinienfelds einer Industriepumpe im Allgemeinen. Hierbei wird die Förderhöhe (Ordinatenachse) über der Drehzahl (Abszis¬ senachse) aufgebracht. Dieses Beispiel ist dem „Pumpenhandbuch" 2004, GRUNDFOS, Seite 119, entnommen. Eine derartige Darstellung wäre auch wünschenswert für die ver¬ wendete Fluidpumpe 13.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens. Im Schritt 41 wird ein Ansteuerstrom auf einen vor- bestimmten Wert gesetzt, beispielsweise 3A.
In Schritt 42 wird ein Durchflussvolumen des Fluidfördersystems 10 verändert. Durch die Veränderung des Durchflussvolumens kann zu dem in Schritt 41 eingestellten Ansteuerstrom ein entspre- chendes, charakteristisches Druckverhalten im Fluidfördersystem 10 erzeugt werden. Im Fluidfördersystem 10 gilt hierbei, dass die Drehzahl proportional zum Fördervolumen der Fluidpumpe 13 ist. Die Veränderung des Durchflussvolumens wird hierbei bei¬ spielsweise automatisch erzielt, indem eine Druckerhöhung im Fluidfördersystem 10 aufgebaut wird. Dies kann auch im laufen¬ den Betrieb erfolgen, beispielsweise bei einem Hochfahren des Fluidfördersystems 10.
In Schritt 43 werden Druckdaten des Fluidfördersystems 10 auf- gezeichnet. Hierfür wird beispielsweise der Drucksensor 19 ver¬ wendet. Hierdurch entsteht eine Datenmenge, die zu dem einge¬ stellten Ansteuerstrom in Abhängigkeit des veränderten Durch¬ flussvolumens dem Druck im Fluidfördersystem darstellt. In Schritt 44 wird ausgewertet, ob alle vorgegebenen Werte für die Erstellung des Kennlinienfelds vorhanden sind. Fehlen bei¬ spielsweise Daten zu einem bestimmten vorgegebenen Ansteuer- strom für den elektrischen Motor 11, so werden die Schritte 41, 42 und 43 mit entsprechend veränderten Parametern wiederholt.
In Schritt 45 wird ein Kennlinienfeld aus den aufgezeichneten Daten erstellt. Hierzu werden jeweils Druckwerte zu einem ein¬ gestellten Ansteuerstrom einer Drehzahl zugeordnet. Das Kennli- nienfeld wird anhand von Ankerpunkten und Randparametern wie unten beschrieben nivelliert und ausgerichtet.
Figur 5 zeigt beispielhaft ein derartiges Kennlinienfeld. Die einzelnen Funktionen von unten nach oben hin steigend und stel- len einen Ansteuerstrom dar. Auf der Abszissenachsen-Achse ist die Drehzahl aufgetragen, auf der Ordinaten-Achse der Druck im Fluidfördersystem 10. Um auch die Randbereiche des Kennlinien¬ felds korrekt darzustellen, ist es notwendig, dass charakteris¬ tische Parameter abgefahren werden. Es ist also eine Nivellie- rung des Kennlinienfelds notwendig.
Diese Parameter werden im Verfahren des Ausführungsbeispiels, wie im Flussdiagramm in Figur 4 dargestellt in Schritt 45 auf das Kennlinienfeld aufgerechnet. Je nach Fluidfördersystem 10 können sich hierbei unterschiedliche Parameter eignen. Bei¬ spielsweise wird für eine Fluidpumpe 13 zum Pumpen von Benzin die Nullfördermenge der Fluidpumpe 13 verwendet. Weitere Para¬ meter ergeben sich aus einer maximalen Drehzahl des elektri¬ schen Motors 11, einem maximalen Fördervolumen der Fluidpumpe 13 oder einem minimalen Betriebsstrom des elektrischen Motors 11. Diese Parameter sind jeweils charakteristisch für unter¬ schiedliche, bestimmte Fluide bei unterschiedlichen Drücken. Ausgangsdruck und anliegender Druck bei der Fluidpumpe 13 sind, im Falle der Nullfördermenge, identisch, so dass das Fluid nicht befördert wird und ein Fördervolumen somit Null ist. Die- se Parameter und die hieraus resultierenden Messdaten dienen als Ankerpunkte für das Kennlinienfeld.
Figur 6 zeigt eine schematische Darstellung einer Regelstrecke. Im Ausführungsbeispiel einer Regelstrecke des Computerpro¬ gramms. Block 61 stellt einen Regelbaustein dar, der zur Rege¬ lung ein Kennlinienfeld für ein Benzinfluidsystem nutzt. Der Block 61 hat zwei Eingänge 62, 63, ein Eingang 62 ist für die Drehzahl und Eingang 63 ist für den Ansteuerstrom . Ausgangsgrö- ße des Blocks 61 ist ein Druckwert 64.
Figur 7 zeigt beispielhaft ein Kennlinienfeld für ein Diesel- fluidfördersystem . Hierbei sind ebenso, wie in Figur 5 der Druck über der Drehzahl aufgetragen. Ebenso wie in Figur 5 sind von unten nach oben die einzelnen diagonalen Kennlinien Kurven steigenden Stroms.
Um eine bessere Einordnung des Kennlinienfelds zu ermöglichen, wird in einer weiteren Ausgestaltung ein zusätzliches Kali- brierventil 14 im Fluidfördersystem 10 verwendet. Das Kali¬ brierventil 14 erzeugt, wie in Figur 8 dargestellt, einen Knick in den Druckkennlinien 81 bis 84. Hierdurch kann das Kennlini¬ enfeld für den Ansteuerstrom nivelliert werden, da ein Anker¬ punkt zur Ausrichtung geschaffen wird.
Verschiedene Eckparameter sind nach einer Aufzeichnung jedoch noch nicht definiert. Dies ist in den beiden Graphen von Figur 9 dargestellt. Zwar sind Teilbereiche (OK) der Kennlinienfelder in Figur 9 ordentlich zugeordnet (verankert) , jedoch weisen an- dere Bereiche (X) der beiden in Figur 9 dargestellten Kennli¬ nienfelder Ungenauigkeiten auf.
Figur 10 zeigt eine weitere Darstellung für ein Kennlinienfeld für Diesel. Hier sind ebenfalls wichtige Ankerpunkte nicht de- finiert . Durch die übliche Verwendung einer Verdrängerpumpe kann beispielsweise auch eine Nullfördermenge nicht zur Nivel¬ lierung verwendet werden, da die Art und Weise, mit der eine Verdrängerpumpe fördert, eine Nullfördermenge erlaubt. Um weitere Parameterwerte für die Nivellierung des Kennlinien¬ felds zu erlangen, wird ein spezielles Kalibrierventil 14 ein¬ gesetzt. Hierbei ist in unterschiedlichen Ausgestaltungen eine verschiedene Anzahl und verschiedene Ausgestaltungen von Venti¬ len denkbar.
In einer Ausgestaltung wird ein limitiertes Ventil, wie in Fi¬ gur 11 schematisch dargestellt, eingesetzt. Das limitierte Ven¬ til lässt, nachdem es einmal geöffnet ist, nur eine definierte Menge (Bypassmenge) abfließen. Beispielsweise öffnet das limi- tierte Ventil bei 3 bar und erlaubt dann einen konstanten Ab- fluss von 5 1/Std. Hierbei führt ein druckabhängiger Einlass 112 auf einen Widerstand (Ventilklappe) , der schematisch durch eine Feder 110 dargestellt ist. Ist der Druck groß genug, so wird der Auslass 111 freigegeben und das Fluid kann abfließen.
Figur 12 zeigt eine schematische Darstellung eines Kalibrier¬ ventils 14 gemäß einer weiteren Ausgestaltung. Hierbei ist das Kalibrierventil 14 ein Stufenventil. Das Stufenventil ermög¬ licht es, bei unterschiedlichen Druckstufen unterschiedliche Bypassmengen des Fluids abfließen zu lassen. Beispielsweise werden hier bei 3 bar 5 1/Std. und ab 4 bar 10 1/Std. abgelei¬ tet. Hierbei führt ein druckabhängiger Einlass 121 auf einen Widerstand (Ventilklappe) , der schematisch durch eine Feder 120 dargestellt ist. Ist der Druck groß genug, so wird der Auslass 121 freigegeben und das Fluid kann abfließen. Steigt der Druck weiter, wird zusätzlich der Auslass 122 freigegeben, so dass die Abflussmenge steigt. Selbstverständlich sind unterschiedli¬ che Anzahlen von Stufen mit unterschiedlichen Werten und Aus¬ lassdrücken denkbar. Wichtig hierbei ist, dass die aufgenomme- nen Druckkennlinien der Fluidpumpe 13 unterschiedliche Knick- stufen aufweisen. Anhand dieser kann das Kennlinienfeld der An¬ steuerstromkurven nivelliert werden.
Eine weitere Ausgestaltung des Kalibrierventils 14 ist ein Stu- fenventil, das einen Abfluss nur innerhalb eines bestimmten Druckbereichs zulässt. Figur 13 zeigt eine schematische Dar¬ stellung eines derartigen Ventils. Das Ventil ist bei 1 bar ge¬ schlossen, bei 2 bar geöffnet und schließt wieder bei 3 bar komplett. Zwischen 2, 3 bar wird eine konstante Menge von 5 1/Std. abgelassen. Hierbei führt eine Druckkopplung 131 auf ei¬ nen Widerstand, der schematisch durch eine Feder 130 darge¬ stellt ist. Ist der Druck groß genug, so wird der Bypassvolu- meneingang 132 freigegeben und das Fluid kann über den eben¬ falls freigegebenen Bypassvolumenausgang 133 abfließen. Steigt der Druck weiter, so sperrt das Ventil.
Figur 14 zeigt verschiedene Pumpenkennlinien. Fett dargestellt sind Druckkennlinien des Fluidfördersystems 10. (Abszissenach¬ se: Drehzahl; Ordinatenachse : Druck und Ansteuerstrom) . Hierbei ist ersichtlich, dass die in Fett dargestellten Druckkennlinien unterschiedliche Knicke aufweisen. Anhand dieser Knicke lässt sich nun das Kennlinienfeld des Ansteuerstroms (dünne Linien) nivellieren. Die Messung kann drehzahlgesteuert durchgeführt werden. Das heißt, die Drehzahl wird durch die Ansteuerung des elektrischen Motors 11 abgefahren. Dies kann beispielsweise beim Einschalten der Fluidpumpe 13 vorgenommen werden.
Figur 15 zeigt ähnlich wie Figur 14 verschiedene Charakteristi¬ ka, jedoch für verschiedene Ventiltypen (Abszissenachse: Dreh- zahl; Ordinatenachse: Druck und Ansteuerstrom) . Die durch das modifizierte Ventil vorhandenen zusätzlichen Charakteristika ermöglichen eine einwandfreie Kalibrierung während eines Be¬ triebs des Fluidfördersystems unter verschiedenen realistischen Bedingungen . Hierbei kann etwas unterhalb des erwarteten Arbeitspunkts die Stromregelung eingeschaltet werden und der Ansteuerstrom leicht erhöht werden. Sobald ein Drehzahlsprung eintritt, ist davon auszugehen, dass ein Kalibrierventil öffnet und das Kennlinien¬ feld kann an diesem Ankerpunkt ausgerichtet werden. Dieser An¬ steuerstrom kann zur Nivellierung des Kennlinienfelds verwendet werden. Im weiteren Arbeitsbetrieb kann wiederum drehzahlge¬ führt weitergearbeitet werden. Ein derartiges Nivellieren ist zu jedem Zeitpunkt anwendbar, auch und vor allem während des laufenden Betriebs. Eine derartige Bypassfunktion wirkt sich nicht auf den betrieb aus und beeinflusst nicht das Kennlinien¬ feld des Ansteuerstroms (vergleiche Figur 10) . Das Kennlinien¬ feld bleibt auch mit Einsatz des Bypassventils oder Stufenven¬ tils (im Allgemeinen des Kalibrierventils 14) identisch.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erstellen eines Kennlinienfelds einer Fluid- pumpe (13) eines druckabhängigen Fluidfördersystems (10) für einen Arbeitsbereich der Fluidpumpe (13), das Fluid- fördersystem (10) umfassend:
- Einen stromgesteuerten elektrischen Motor (11), der von einem Motorsteuergerät (12) mit einem Ansteuerstrom ge¬ steuert wird und die Fluidpumpe (13) antreibt;
umfassend die Schritte:
- Einstellen des Ansteuerstroms auf einen vorbestimmten Wert ;
- Verändern eines Durchflussvolumens des Fluidfördersys¬ tems (10), nachdem der Ansteuerstrom eingestellt ist; - Aufnehmen einer einen Druck in dem Fluidfördersystem
(10) beschreibende Datenmenge in Abhängigkeit der Verän¬ derung des Durchflussvolumens;
- Wiederholen der Schritte des Einstellens, Veränderns und Aufnehmens für eine vorbestimmte Anzahl an Wiederholun- gen und vorbestimmte verschiedene Ansteuerströme; und
- Erstellen eines Kennlinienfelds aus der aufgenommenen Datenmenge .
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei zusätzlich der folgende Schritt durchgeführt wird:
- Bestimmen von Randbereichen und/oder Randpunkten des
Kennlinienfelds basierend auf das Fluidfördersystem (10) charakterisierenden Parametern. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zusätzlich der
folgende Schritt durchgeführt wird:
- Kalibrieren des Kennlinienfelds durch Abfahren wenigs¬ tens einer Kennlinie eines Ansteuerstroms in wenigstens einem Teilbereich der Kennlinie. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die das Fluidfördersystem (10) charakterisierenden Parameter wenigstens einen der folgenden Parameter umfasst:
- Nullfördermenge der Fluidpumpe (13);
- Maximale Drehzahl des elektrischen Motors (11);
- Maximales Fördervolumen der Fluidpumpe (13);
- Minimaler Betriebsstrom des elektrischen Motors (11) .
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Flu¬ idfördersystem weiter ein Kalibrierventil (14) umfasst, das an einer Auslassseite der Fluidpumpe (13) angeordnet ist und sich in Abhängigkeit eines vorbestimmten Drucks öffnet, um eine druckabhängige Kalibrierfunktion bereitzu¬ stellen und wobei der Schritt des Aufnehmens zusätzlich von der der Kalibrierfunktion abhängt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Kalibrierventil (14) als eine der folgenden Ventilarten ausgebildet ist:
- Schwellendruckventil;
- Limitiertes Ventil;
- Stufenventil.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Kalibrierventil (14) dazu ausgebildet ist, einen vorbestimmten maximalen Volu¬ menstrom aus dem Fluidfördersystem (10) abzuleiten, wenn das Kalibrierventil (14) als limitiertes Ventil ausgebil¬ det ist, oder dazu ausgebildet ist, pro Stufe einen vorbe¬ stimmten maximalen Volumenstrom aus dem Fluidfördersystem (10) abzuleiten, wenn das Kalibrierventil (14) als Stufen¬ ventil ausgebildet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Schritt des Einstellens des Ansteuerstroms und des Verän- derns eines Durchflussvolumens im Anschluss an ein Ein- schalten der Fluidpumpe (13) erfolgt, während die Fluid- pumpe (13) hochgefahren wird.
9. Verwendung eines limitierten Ventils als Kalibrierventil (14) in einem Fluidfördersystem (10), das dazu eingerich¬ tet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen .
10. Verwendung eines Stufenventils als Kalibrierventil (14) in einem Fluidfördersystem (10), das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2 durchzu¬ führen .
11. Steuergerät für ein Fluidfördersystem (10), das Fluidför- dersystem (10) umfassend:
- Einen stromgesteuerten elektrischen Motor (11), der von einem Motorsteuergerät (12) geregelt wird;
- Eine Fluidpumpe (13), die von dem elektrischen Motor (11) gesteuert wird;
wobei das Steuergerät dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 durchzuführen.
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