WO2016134881A1 - Verfahren zur steuerung einer vakuumpumpe - Google Patents

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Carsten Sczesny
Daniel ZIEHR
Benjamin Pyrdok
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Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
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    • F04C2270/70—Safety, emergency conditions or requirements
    • F04C2270/701—Cold start

Definitions

  • the invention is based on a method for controlling an electrically operated vacuum pump.
  • An electric vacuum pump may cover the entire vacuum requirement of a vehicle, especially in electric, hybrid and diesel vehicles, as well as in gasoline direct injection.
  • the EVP is used when the internal combustion engine does not provide sufficient vacuum for operation of the brake booster and vacuum-controlled actuators in, for example, vehicles with engines reduced in size for energy-saving reasons.
  • Controlled and callable vacuum independent of the powertrain, an EPP contributes to the reduction of CO2 emissions of conventional internal combustion engines.
  • Electric vacuum pumps are dimensioned very sparingly in order to save weight and materials.
  • the electrically operated pump has long idle times of 50% to 95% of the engine run time, that is; The internal combustion engine is often in operation while the vacuum pump is stopped.
  • the vacuum pump is supplied with pressurized oil from the internal combustion engine.
  • oil will remain in the work area or even run down.
  • the object is achieved with a method for controlling a vacuum pump in the vacuum supply of a motor vehicle with an oil supply for lubrication and sealing by a drive motor, wherein the vacuum pump is electrically operated and connected to a controller, wherein the following steps occur: detecting whether the internal combustion engine is switched off was, starting the vacuum pump at a speed below the working speed, shutdown after a preset time (ts).
  • the method is advantageously designed so that the shutdown is detected only for interruption of the ignition when parking the vehicle.
  • the preset time is less than 20 seconds, so as not to alarm the driver by a long "run on”.
  • the air flow rate is realized by opening suitable supply air ducts.
  • the supply air ducts are mounted in the housing of the vacuum pump.
  • At least one supply air channel consists of a flushing channel which is connected to a flushing function of a filter.
  • the controller is an independent pump controller or part of the controller of the vehicle.
  • Fig. 2 shows a course with rinsing function.
  • Fig. 1 shows the method in the simplest embodiment.
  • step 1 the drive motor is switched off by the driver and this state is detected by the control of the vehicle.
  • step 2 With the presence of the state “shutdown" of the internal combustion engine or the electric motor in an electrically driven vehicle, the pump is started in step 2.
  • the shutdown differs from the idle state present in start-stop automatics.The method does not become this idle state retriggered.
  • the electric vacuum pump With the shutdown of the prime mover, the electric vacuum pump is started and runs at a minimum speed for a set time of up to 20 minutes. In this case, a certain residual amount of the oil is conveyed out while still warm state of the pump. It makes sense to produce a certain air flow. This can be done with different measures in the vacuum system, only supply air ducts must be opened.
  • FIG. 2 schematically illustrates the method when such a backwashing function is present in the vehicle.
  • the fuel vapors generated in the fuel tank are directed into a fuel vapor storage.
  • the fuel vapor storage has an activated carbon filter.
  • the activated carbon filter the hydrocarbons emerging from the fuel are collected and retained. Once the maximum particle load is reached, the activated carbon filter must be rinsed.
  • a purge valve of the intake of an internal combustion engine is connected to the fuel vapor storage and pulled by vacuum of an electric vacuum pump, a flow through the filter.
  • the fuel vapors thus enter the air intake area of the internal combustion engine and are co-combusted, even if the negative pressure in the intake tract is insufficient.
  • activated carbon filters are often used. However, these act as a throttle relative to the air supply, so it is more negative pressure needed to maintain a flow rate. By reducing engine displacement, there is less volume available for vacuum generation. Furthermore, modern engines are increasingly operated with open throttle, whereby less negative pressure for a flushing operation is available.
  • the purge air function must be represented by an electric rinse pump.
  • the flushing function is realized via an electric vacuum pump with an additional connection to the flushing valve.
  • a control in step 3 is inquired whether a purge function is integrated.
  • the controller may be integrated in the overall control of the vehicle or be a controller of the vacuum system. If, according to the design of the vehicle, there is no flushing function, only step 2 is carried out and the pump is started.
  • step 4 the flushing valve of the flushing circuit is opened in step 4 and the pump is thereby ventilated. There is no build up of a vacuum.
  • step 2 in turn, the pump is started at a low speed in relation to the working speed, for example at a speed of 1000 rpm.
  • the pump works for a set period of time, which may be short, for example 5 seconds. By using a lower speed, the pump is spared and the operating noise is minimized.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe in der Vakuumversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ölversorgung zur Schmierung durch einen Antriebsmotor vorgeschlagen, wobei die Vakuumpumpe elektrisch betrieben ist und mit einer Steuerung verbunden ist, mit folgenden Schritten: Detektieren, ob der Antriebsmotor abgeschaltet wurde, Starten der Vakuumpumpe mit einer Drehzahl unter der Arbeitsdrehzahl, Abschalten nach einer voreingestellten Zeit (ts).

Description

Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung einer elektrisch betrie- benen Vakuumpumpe.
Stand der Technik Um den erhöhten Anforderungen des Klimaschutzes gerecht zu werden, sehen sich die Automobilhersteller gezwungen, die CO2 Emissionen ihrer Fahrzeugflotten zu reduzieren und so den aufkommenden Normen zu entsprechen. Bis sich der Elektroantrieb technisch und wirtschaftlich nachhaltig darstellen lässt, behält der Verbrennungsmotor wohl seine dominierende Stellung als Antriebsquelle für Pkw und Nutzfahrzeuge. Begleitend zu verschiedenen Maßnahmen sollen die Reibungswiderstände der Verbrennungskraftmaschine bezüglich Wasser- und Vakuumpumpen reduziert werden. Anstatt also einen mit dem Motor mitdrehenden Antrieb für Pumpen zu verwenden, sieht man elektrische Pumpen als Lösung an, die nur bei Bedarf zugeschaltet werden und im Ruhezustand keinerlei zusätzlichen Reibwiderstand aufweisen.
Eine elektrische Vakuumpumpe, EVP deckt dabei unter Umständen den gesamten Vakuumbedarf eines Fahrzeugs ab, speziell in Elektro-, Hybrid- und Dieselfahrzeugen, sowie bei der Benzindirekteinspritzung. Darüber hinaus kommt die EVP zum Einsatz, wenn der Verbrennungsmotor bei z.B. Fahrzeuge mit aus Energieersparnisgründen verkleinerten Motoren kein ausreichendes Vakuum zum Betrieb des Bremskraftverstärkers und unterdruckgesteuerter Aktuatoren liefert. Durch gesteuerten und abrufbaren Unterdruck unabhängig vom Antriebsstrang, trägt eine EVP zur Reduktion des CO2 Ausstoß konventioneller Verbrennungsmotoren bei. Elektrische Vakuumpumpen werden dabei sehr sparsam dimensioniert, um Gewicht und Materialien einzusparen.
Nasslaufende Vakuumpumpen starten umso schlechter; wenn Öl im Inneren einen definierten maximalen Pegel überschreitet. Dies begründet sich in der Auslegung einer Unterdruckpumpe auf das Arbeitsmedium Luft, wobei Öl für die Schmierung und Dichtung der Pumpen notwendig ist. Das zugeführte Öl hat einen deutlich hö- here Viskosität und wir dementsprechend langsamer verdrängt.
In einem Fahrzeug-Vakuumsystem weist die elektrisch betriebene Pumpe lange Stillstandzeiten von 50% bis 95% der Motorlaufzeit auf, das heißt; der Verbrennungsmotor ist häufig im Betrieb, während die Vakuumpumpe steht.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors wird die Vakuumpumpe mit unter Überdruck stehendem Öl aus dem Verbrennungsmotor versorgt. Wird die Pumpe abgestellt, verbleibt Öl im Arbeitsraum oder läuft sogar noch zu.
Beim nächsten Start der Pumpe muss dann zunächst das angesammelte Öl ausgeschoben werden. Das ist im warmen Zustand noch problemlos möglich, aber in der Situation eines Kaltstartes ein Problem. Kühlt der Motor und die Vakuum- pumpe aus, muss die Vakuumpumpe nach dem Start gegen den Widerstand des kalten, hochviskosen Öls arbeiten.
Zur Lösung des Problems gibt es unterschiedliche Ansätze. Baut man ein Ventil zwischen Verbrennungsmotor und Pumpe ein, damit die Ölversorgung bei stehen- dem Aggregat unterbunden ist, erhöht man die Kosten. Auch eine Dosierschmierung ist nur mit erhöhtem baulichen Aufwand pumpenseitig zu realisieren.
Es sind auch Lösungen mit Abiaufbohrungen im Pumpenraum und am Gehäuse möglich, die aber wiederum die Leitungsfähigkeit der Pumpe beeinträchtigen können.. Es ist daher die Aufgabe der Erfindung den Betrieb einer Vakuumpumpe so zu optimieren, dass ein Kaltstart der Pumpe auch bei kleiner elektrischer Motorleistung ohne Problem möglich ist.
Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe in der Vakuumversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ölversorgung zur Schmierung und Dichtung durch einen Antriebsmotor, wobei die Vakuumpumpe elektrisch betrieben und mit einer Steuerung verbunden ist, wobei folgende Schritte ablaufen: Detektieren, ob der Verbrennungsmotor abgeschaltet wurde, Starten der Vakuumpumpe mit einer Drehzahl unter der Arbeitsdrehzahl, Abschalten nach einer voreingestellten Zeit (ts).
Dadurch, dass die Vakuumpumpe nachläuft, wird Öl aus dem Arbeitsraum der Pumpe entfernt, was unter geringer Drehzahl geschehen kann, um keine übermäßigen Geräusche zu erzeugen.
Das Verfahren ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass die Abschaltung nur für Unterbrechung der Zündung beim Abstellen des Fahrzeugs detektiert wird.
Vorteilhafterweise beträgt die voreingestellte Zeit unter 20s, um den Fahrer auch nicht durch langes„Nachlaufen" zu beunruhigen.
Es ist von Vorteil, wenn mit Betrieb der Vakuumpumpe mit geringer Drehzahl nach Abschaltung des Verbrennungsmotors ein Luftdurchsatz eingestellt wird. Dadurch wird verhindert, dass die langsam laufende Pumpe Unterdruck erzeugt und womöglich wieder Öl ansaugt.
Der Luftdurchsatz wird dabei durch Öffnen geeigneter Zuluftkanäle realisiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Zuluftkanäle im Gehäuse der Vakuumpumpe angebracht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht mindestens ein Zuluftkanal aus einem Spülkanal, der mit einer Spülfunktion eines Filters verbunden ist. Um das Verfahren zu realisieren ist die Steuerung einen eigenständige Pumpensteuerung oder Teil der Steuerung des Fahrzeugs.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
Fig. 1 zeigt einen Verlauf des beispielhaften Verfahrens,
Fig. 2 zeigt einen Verlauf mit Spülfunktion. Fig. 1 zeigt das Verfahren in der einfachsten Ausgestaltung. In Schritt 1 wird der Antriebsmotor vom Fahrer ausgeschaltet und dieser Zustand von der Steuerung des Fahrzeugs detektiert. Mit dem Vorliegen des Zustand„ Abschaltung" der Verbrennungsmaschine oder des Elektromotors in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug wird die Pumpe im Schritt 2 gestartet. Das Abschalten unterscheidet sich von dem Ruhezustand, der in Start-Stopp-Automatiken vorliegt. Das Verfahren wird nicht durch diesen Ruhezustand angetriggert.
Mit der Abschaltung der Antriebsmaschine wird die elektrische Vakuumpumpe gestartet und läuft bei einer minimalen Geschwindigkeit für eine eingestellte Zeit von bis zu 20 Minuten nach. Dabei wird eine gewisse Restmenge des Öls im noch warmen Zustand aus der Pumpe herausgefördert. Dazu ist es sinnvoll einen gewissen Luftdurchsatz herzustellen. Dies kann mit unterschiedlichen Maßnahmen im Vakuumsystem erfolgen, es müssen nur Zuluftkanäle geöffnet werden.
Eine Möglichkeit zu Realisierung der Zuluft erfolgt dabei innerhalb der Pumpe durch konstruktive Zuluftkanäle im Gehäuse der Pumpe. Eine weitere Möglichkeit das Verfahren durchzuführen, besteht in der Ausführungsform unter Verwendung einer Rückspülung wie sie in der nicht vorveröffentlichten Anmeldung DE 102014224750 ausgeführt ist.
In Figur 2 wird das Verfahren schematisch dargestellt, wenn im Fahrzeug eine sol- che Rückspülfunktion vorhanden ist.
In moderne Kraftfahrzeuge existieren in der Regel Tankentlüftungssysteme. Die im Kraftstofftank entstehenden Kraftstoffdämpfe werden in einen Kraftstoffdampfspeicher geleitet. Der Kraftstoffdampfspeicher weist einen Aktivkohlefilter auf. Im Aktivkohlefilter werden die aus dem Kraftstoff austretenden Kohlenwasserstoffe aufgefangen und zurückgehalten. Sobald die maximale Partikelbeladung erreicht ist, muss der Aktivkohlefilter gespült werden.
Über ein Spülluftventil wird der Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Kraftstoffdampfspeicher verbunden und durch Unterdruck einer elektrischen Vakuumpumpe ein Volumenstrom durch den Filter gezogen. Die Kraftstoffdämpfe gelangen so in den Luftansaugbereich des Verbrennungsmotors und werden mitverbrannt, auch wenn der Unterdruck im Ansaugtrakt nicht ausreichend ist.
Um politische Emissionsziele zu erreichen werden oftmals sehr feine Aktivkohlefilter eingesetzt. Diese fungieren aber als Drossel gegenüber der Luftzufuhr, es wird also mehr Unterdruck zur Aufrechterhaltung eines Volumenstroms benötigt. Durch Verringerung des Hubraums in Motoren steht weniger Volumen zur Vakuumerzeugung zur Verfügung. Des Weiteren werden moderne Motoren vermehrt mit offenen Drosselklappen betrieben, wodurch weniger Unterdruck für einen Spülvorgang zur Verfügung steht.
Somit muss die Spülluftfunktion über eine elektrische Spülpumpe dargestellt werden. Alternativ wird die Spülfunktion über eine elektrische Vakuumpumpe mit einem zusätzlichen Anschluss an das Spülventil realisiert. Nachdem im Schritt 1 der Motor abgeschaltet wurde, wird eine Steuerung in Schritt 3 abgefragt, ob eine Spülfunktion integriert ist. Die Steuerung kann in der Gesamtsteuerung des Fahrzeugs integriert oder einen Steuerung des Vakuumsystems sein. Sollte entsprechend der Bauart des Fahrzeugs keine Spülfunktion vorhanden sein wird lediglich Schritt 2 ausgeführt und die Pumpe gestartet.
Ist aber eine Spülfunktion in Fahrzeug verbaut und die Steuerung entsprechend eingerichtet, wird in Schritt 4 das Spülventil des Spülkreislaufs geöffnet und die Pumpe dadurch belüftet. Es findet dadurch kein Aufbau eines Vakuums statt. In Schritt 2 wird wiederum die Pumpe bei bei einer im Verhältnis zur Arbeitsdrehzahl geringer Drehzahl, beispielsweise bei einer Drehzahl von 1000 rpm gestartet. Die Pumpe arbeitet für einen eingestellten Zeitraum, der kurz sein kann, beispielsweise 5 Sekunden. Durch die Verwendung einer geringeren Drehzahl wird die Pumpe geschont und das Betriebsgeräusch minimiert.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe in der Vakuumversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ölversorgung zur Schmierung durch einen Antriebsmotor, wobei die Vakuumpumpe elektrisch betrieben und mit einer Steuerung verbunden ist, gekennzeichnet durch die Schritte: Detektieren, ob der Antriebsmotor abgeschaltet wurde, Starten der Vakuumpumpe mit einer Drehzahl unter der Arbeitsdrehzahl, Abschalten nach einer voreingestellten Zeit (ts).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung nur für Unterbrechung der Zündung oder beim elektrischen Antrieb beim Abstellen des Fahrzeugs erfolgt.
3. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die voreingestellte Zeit unter 20s beträgt.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Betrieb der Vakuumpumpe mit geringer Drehzahl nach Abschaltung des Antriebmotors ein Luftdurchsatz eingestellt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdurchsatz durch Öffnen geeigneter Zuluftkanäle erfolgt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftkanäle im Gehäuse der Vakuumpumpe angebracht werden.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zuluftkanal aus einem Spülkanal besteht, der mit einer Spülfunktion eines Filters verbunden ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung einen eigenständige Pumpensteuerung ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung Teil der Steuerung des Fahrzeugs ist.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor ist.
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