WO2019105677A1 - Toleranz- und verschleisskompensation einer kraftstoffpumpe - Google Patents

Toleranz- und verschleisskompensation einer kraftstoffpumpe Download PDF

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Stefan Kleineberg
Mariz Abdelmalek
Marc VÖLKER
Andreas Sausner
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Continental Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a first method for determining a representative for a component tolerance and a state of wear of a fuel pump inflection point of a parameter course, wherein the fuel pump is provided for a fuel supply system for use in a device which is equipped with an internal combustion engine.
  • the invention further relates to a second method for calibrating such a fuel pump using the first method.
  • the invention further relates to a computer program and a computer program product for carrying out these two methods, a fuel supply system for use in a device equipped with an internal combustion engine, and a device equipped with an internal combustion engine and such a fuel supply system.
  • a device or system Under a device or system is any type of device or system to understand, which is equipped with a United combustion engine and which must be supplied for operation with a liquid fuel, in particular by passenger cars and / or commercial vehicles, but also stationary or mobile power generator. Under a liquid fuel is in particular a gasoline or diesel fuel or an alternative, liquid, combustible fuel to understand.
  • An internal combustion engine is supplied depending on the operating point in accordance with its fuel demand by a fuel pump arranged for example in a fuel tank with a force.
  • the fuel delivery through the fuel pump is done purely for cost reasons purely controlled ("open loop") and is therefore subject to no target-actual comparison, which is as such for a control (“closed loop”) characterizing. Therefore, this controlled fuel delivery is subject to a certain inaccuracy, on the one hand, a production-related component tolerance of the fuel pump and on the other hand wear of the fuel pump are the cause.
  • Such a natural wear arises in particular in a so-called positive displacement - ie a pump that works on the so-called displacement principle - over their lifetime increasingly, so that there is a deviation between a actually representing flow and a set flow rate of the fuel pump over its lifetime increasingly apparent.
  • the component tolerance of the fuel pump in turn is wear-dependent, so that it changes over the lifetime of the fuel pump. This is also referred to as a lifetime of the fuel pump ver wear-dependent changing tolerance position of the fuel pump.
  • Fuel pump at the end of their lifetime meets the requirements placed on them. However, this requires an increased energy consumption of the fuel pump.
  • An object of the invention is therefore to provide a more accurate fuel delivery.
  • a further object of the invention is to reduce the energy consumption of such a fuel pump and thus to contribute to an improved CCg balance of an engine-operated device.
  • the proposed, first method is based on a determination of a component tolerance and wear state of a fuel pump representative kink point of a parameter curve.
  • the method comprises the following steps:
  • Stepwise increasing a speed n of a fuel pump motor to increase the pressure upstream of the locked position while determining a set in the fuel pump motor phase current i, wherein the speed is increased until a valve of the fuel supply system for pressure reduction opens (OP opening point), wherein the individual speed levels, a determined value for the phase current i is assigned, and
  • phase current i - this may be a direct current or a Wech selstrom - is proportional to the pressure generated in the fuel pump p and to a first approximation proportional to the pressure p upstream of the locked point. This proportionality represents an identifiable system property.
  • a partial or complete blockage of the fuel-carrying body is to be understood as meaning a partial constriction or a complete blockage of the fuel-carrying body by means of a shut-off device.
  • the shut-off device may be, for example, a separate, actively controllable valve or a high-pressure pump, which as such has a low-pressure inlet and a high-pressure outlet, which each act in the sense of such a valve.
  • the proposed first method provides a cost-effective and effective solution for determining a component tolerance and a state of wear of a fuel pump representative kink point of a parameter curve.
  • the first method contributes to compensate for the initially mentioned inaccuracy of purely controlled th fuel delivery. This in turn contributes to an energy saving in connection with the control of the fuel pump motor and thus also to an improved CO 2 balance of a device which is equipped with an internal combustion engine.
  • the proposed second method is based on a calibration of a fuel pump using the first method described above.
  • the second method comprises the following steps:
  • a first set of value pairs of one respective phase current i and an associated rotational speed n below the break point (OP) is approximated by means of a first straight line
  • a second set of pairs of values each of a phase current i and an associated rotational speed n above the break point ( OP) is approximated by means of a second straight line and an intersection point between the two lines is determined
  • the intersection of the break point (OP) ent speaks, which corresponds to the opening time (OP) of the valve korres, wherein the intersection of a speed n 0p is assigned ,
  • a first break point (OP n ) as a reference point or initial point for an unspun fuel pump and at a second, later time (t 2 ) a second
  • Break point (OP v ) to determine the current state of wear of the fuel pump corresponding.
  • a speed difference Dh between the first break point (OP n ) and the second break point (OP v ) is determined, the speed difference Dh for energy consumption optimized control of the fuel pump until the next souzuprint generating calibration process in the sense of a fixed value to a Depending on the engine requirement, the determined speed of the fuel pump is added up.
  • the proposed second method or Kalibrie rungs vide the initially mentioned inaccuracy of the controlled fuel delivery is compensated, without having to resort to a control ("closed loop") with a sensor-based actual value acquisition.
  • this calibration process also represents a cost-effective solution, in particular in connection with a pressure-sensorless concept.
  • a pressure sensorless concept is understood to mean a fuel supply system whose low-pressure part has no pressure sensor built into the hardware.
  • the said compensation of the inaccuracy in turn contributes to an energy saving in connection with the control of the fuel pump motor and thus also to an improved CO 2 balance of a device which is equipped with an internal combustion engine.
  • the speed difference is only used from a determinable defined minimum value for calibrating the fuel pump.
  • speed differences below this minimum value can be disregarded.
  • the first and the second method during a coasting operation of the internal combustion engine or during an operating phase of the combustion tion motor performed at least approximately constant conditions condi- tions.
  • An operating phase of the internal combustion engine under at least approximately constant conditions would e.g. an idling phase in which the internal combustion engine does not emit significant torque via the crankshaft.
  • an operating phase is equally conceivable under at least approximately constant load conditions under which the internal combustion engine delivers a corresponding torque via the crankshaft.
  • the first and the second method are carried out at regular intervals to determine the representative of the component tolerance and the United schleibschreib the fuel pump break point of the parameter curve (i, n) on the one hand and the calibration of the fuel pump on the other hand over its lifetime to update .
  • the first method for determining the reference point or initial point can be carried out for the first time after a first operating time of eg 1 to 3 hours (h) or a mileage of eg 20 to 100 km, after which the fuel pump is still unworn.
  • the first and second procedures were scheduled at intervals each corresponding to a multiple of the first operating time or the first mileage, for example every 10 to 100 hours (h) or every 500 to 1000 km.
  • the intervals following the first number of operating hours or mileage do not have to be constant. For example, these intervals could be reduced and / or increased over the lifetime of the fuel pump.
  • the two methods could also be carried out, for example, after a definable number of driving cycles of the vehicle, for which corresponding intervals can be defined in an analogous manner.
  • a drive cycle is to be understood as a cycle which is defined by the process of switching on, followed by the operation of switching off an ignition.
  • the two methods could also be carried out after each filling process of a fuel tank. This would compensate for the influence of a meanwhile changing fuel quality on the two methods.
  • stepwise He increase the speed n of the fuel pump motor is proposed to increase the speed n at least substantially in the form of a speed ramp.
  • a progressive or degressive drive course is also suitable for the stepwise increase of the rotational speed n.
  • the speed n associated with the respective break point is stored non-volatilely in a memory of a control unit for sys-side utilization. Similarly, the determined speed difference non-volatile stored in the memory of the control unit for system utilization.
  • the computer program and the computer program product can each be understood in terms of a functional module architecture, such a functional module architecture having at least one function block, so that the computer program and the computer program product each equate to a device having at least one means for
  • the at least one means of the device corresponds to said at least one functional block.
  • the fuel supply system in this case comprises a low-pressure part with an electric motor-driven fuel pump for delivering fuel from a fuel tank, a shut-off for at least partial or complete, active blockage of a fuel-carrying body in a flow line of the fuel V ersorgungssystems downstream of the fuel pump to Be under defined conditions to at least reduce or even completely prevent fuel flow to an internal combustion engine, as well as at least one control unit in which the first and second methods are imaged or implemented by software.
  • the low pressure part includes a valve for pressure reduction in the overpressure case.
  • the Kraftstoffversor supply system in addition to the low-pressure part also have a high-pressure part, which is in communication with the low-pressure part in fluid communication.
  • the fuel supply system may include a high-pressure pump, which connects the low-pressure part with the high-pressure part and forms the shut-off unit.
  • the fuel supply system can have, in addition to a motor control unit, a pump control unit which is in communication communication with the engine control unit and in which the first and second methods are imaged or implemented by software.
  • the low-pressure part can be designed so that in the unlocked state of the fuel-carrying body by means of the fuel pump, a fuel pressure of up to about 3.5 bar in the low-pressure part is reached, whereas in at least partially or completely blocked state of the fuel leading point by means of the fuel pump Fuel pressure of up to about 3, 9bar can be reached at which a valve opens to reduce pressure.
  • the valve may be, for example, a valve of a fuel-carrying return line of the fuel supply system. Basically, this pressure reduction does not necessarily require such a return line. Also, for this pressure reduction would be e.g. only one valve is conceivable, which is arranged within a fuel tank and via which a fuel is returned to the fuel tank by opening the valve.
  • a use of a fuel supply system of the type described above is proposed in a device or system operated in particular with gasoline or diesel fuel, which is equipped with an internal combustion engine.
  • a device or plant which is equipped with an internal combustion engine, wherein the device or plant comprises a fuel supply system of the type described above be.
  • Fig.l is a schematic representation of a controlled
  • FIG. 3 shows a schematic, second illustration of a pre
  • FIG. 1 illustrates a purely controlled fuel supply system 2 according to the prior art.
  • a motor control unit 4 outputs depending on an operating point of a United combustion engine, a speed request to a Pumpensteu eratti 8, which is in communication with the engine control unit 4 in Medu.
  • the pump control unit 8 controls in turn an electric motor operated fuel pump 12 - also called prefeed pump - on, which is as such part of a so-called fuel delivery unit 10.
  • the rotational speed requirement n A results, for example, from a transmission characteristic curve in the form of a three-dimensional characteristic diagram 6, which can be spanned, for example, via a rotational speed n VM and a load rl of the internal combustion engine.
  • the transfer characteristic could just as well represent a complex multidimensional transfer characteristic. In both cases, the transfer characteristic is pumped out by means of an unworn fuel pump 12 and then applied for a series application.
  • Fuel filter 15 is promoted, from which a return line 16 for excess fuel leads back into the surge chamber. From the fuel filter 15, the fuel is then conveyed via a further supply line 18 to a high pressure pump 20 for further compression, which in this example generates a high pressure for a so-called common rail system ("common rail” means as much as “common line” ).
  • FIG. 2 illustrates a greatly simplified fuel supply system 2, in which in a Pumpensteu eratti 8, the previously described, proposed first and second method implemented by software or mapped.
  • the pump control unit 8 is communicating onsimpl with the electric motor operated fuel pump fuel 12, which promotes a fuel from a swirl pot within a fuel tank 9 to a high pressure pump, to which only the low pressure side inlet and variable, high pressure side outlet 26 are shown for simplicity , Further, a pressure relief valve 24 is shown as part of a return line through which excess fuel flows back into the fuel tank 9.
  • the fuel supply system 2 for supplying a combustion engine 28, for example in the form of a diesel engine.
  • the fuel supply system 2 comprises, in addition to a derdruckteil 30 and a high-pressure part 32, which communicates with the low-pressure part 30 via a high-pressure pump 20 in fluid communication connection.
  • the high-pressure pump 20 is thus both part of the low-pressure part 30 and part of the high-pressure part 32.
  • the fuel supply system 2 further comprises in addition to a motor control unit 4 and a pump control unit 8, which communicates with the engine control unit 4 in Karlunikationsver bond and in which the two methods described above software implemented or mapped. Alternatively, the two methods described above could also be represented in software in the engine control unit 4.
  • the engine control unit 4 detects an operating point-dependent fuel demand of the internal combustion engine 28 and derives therefrom a speed request to the pump control unit 8, which in turn then an electric motor operated
  • Fuel pump 12 controls a fuel delivery unit 10 for a position of a corresponding fuel delivery volume.
  • the fuel pump 12 promotes, for example, a diesel fuel from a arranged within a fuel tank 9 swirl pot 10 via a flow line 18 to the high-pressure pump 20.
  • the fuel arrives at the pressure pump 20 at a pressure of about 3 to 6bar.
  • a example of the high pressure pump 20 belonging valve eg in the form of a spring-loaded ball valve 36 limits the form in the low pressure part 30 depending on the version to about 3 to 6 bar (p max) ⁇ Excess fuel passes through a return line 34 back into the fuel tank.
  • the high pressure pump 20 which may be formed in the form of a so-called radial piston pump, further compresses the fuel depending on the application to a pressure of up to 2500 bar. If the pressure in the pump chamber exceeds a rail pressure, a motor-side outlet valve 20b, 26 (FIG. 2) opens and the fuel flows through a high-pressure line of the high-pressure part 32 to a common rail ("common line").
  • Fig. 4 illustrates a representative correlation between a rotational speed n of the fuel pump 12 and the pressure p generated in the fuel pump 12 due to a stepwise increase of the rotational speed of the fuel pump motor.
  • a speed control of the fuel pump motor both as a mechanically commutated DC motor or electronically commutated alternating current motor, can be performed in the form of a permanently excited Syn chronher machine.
  • a phase current i of the fuel pump motor can also be plotted, because the phase current i which is load-dependent in the fuel pump motor is proportional to the pressure p in the fuel pump.
  • the phase current i can be a direct current or an alternating current.
  • the pressure p in the fuel pump is in first approximation proportional to the pressure p upstream of the blocked point.
  • FIG. 5 illustrates a speed increase in thousands of stages (1000, 2000, 3000,... RPM), with the individual speed stages being held for approximately 2 s.
  • the hold time of approx. 2s is only an example. Basically, this holding time may vary depending on the configuration of the pump control unit 8, i. the fuel pump electronics, also take significantly lower values, e.g. 50 to 200ms.
  • a phase current i which sets in the fuel pump motor is then determined. This results in a value pair of a speed n and an associated phase current i for each individual speed step.
  • a first set of pairs of values of i and n is below one of the break points OP n , OP v illustrated in each case, and a second set of pairs of values of i and n above the respective break point OP n , OP v shown .
  • a first straight line is then laid through the first set of value pairs of i and n, whereas a second straight line is laid by the second set of value pairs of i and n.
  • the two straight lines intersect at a point or point of intersection, which corresponds to the respective, approximated kink point OP n , OP v .
  • the respective break point OP n , OP v is a speed n n , n v uniquely assignable.
  • the first steeper parameter curve illustrates an unsoldered or new fuel pump
  • the second flatter parameter curve illustrates an already partially worn fuel pump.
  • the two parameter curves each have a break point OP n , OP v , in which the respective straight line sections meet.
  • the two break points OP n , OP v correspond to an opening time of the valve 24 ( Figure 2), 36 an associated fuel-carrying return line of the low pressure part 30.
  • the second method further comprises the steps:
  • the proposed calibration is a calibration performed at regular intervals over a lifetime of the fuel pump 12 of a device such as a vehicle. So you can too speak of an "online calibration". It is beaten before, the calibration about after a definable duration of the fuel pump - for example, measured in hours of operation (h) - to perform regularly or after a definable mileage of the vehicle.
  • the first and second methods may be repeated at regular intervals for determining a representative state of wear, wherein the intervals following the first interval correspond to a multiple of the first operating time or number of kilometers respectively.
  • the second and each additional mileage of the vehicle could be 500 km or the second and each additional operating hours of 10 hours.
  • the second method can then be carried out for the first time, which in addition to the
  • Steps of the first method has the determination of said speed difference Dh for the purpose of calibration to the object.
  • the determination of the second break point OP v and the calibration itself are therefore subject to a regular repetition in order to update the determination of the state of wear of the fuel pump over its entire lifetime.
  • the fact that only calibrated discontinuously, the computational cost of the pump control unit 8 is kept minimal.
  • control unit in which the two methods are implemented by software, on the one hand the determination of a need and on the other hand, the determination of readiness to carry out the two methods.
  • Both the reference point or "initial point” and the following values of the second inflection point OP v to be updated are stored non-volatile in a memory of the pump control unit 8.
  • the proposed second method or calibration method the initially mentioned inaccuracy of the control th fuel delivery is compensated, without having to resort to a Re ("closed loop"). This in turn contributes to an energy saving in connection with the control of the fuel pump motor and thus also to an improved CO2 balance of the vehicle.
  • the vehicle instead of the vehicle, it may be a device or installation in the form of a stationary or mobile power generator.
  • the pump control unit 8 comprises analogous to the motor control unit 4 a data-connected to a memory system and a bus system digital microprocessor unit (CPU), a random access memory (RAM) and a memory means.
  • the CPU is adapted to execute instructions executed as a program stored in a memory system, to detect input signals from the data bus, and to output signals to the data bus.
  • the storage system may have at least one storage medium in the form of a magnetic solid and / or other non-volatile medium on which a corresponding computer program for carrying out the method is stored.
  • the program may be such that it is capable of embodying the methods described herein so that the CPU may perform the steps of such methods and thereby control the fuel pump.
  • Suitable for performing the two methods described above is a computer program having program code means for performing all steps of any one of the method claims when executing the program in the CPU.
  • the computer program can be integrated with simple means in an existing control electronics and used to control the fuel pump and its electric motor.
  • a computer program product with program code means which are stored on a computer-readable data carrier ge to perform the method according to any of the method claims, when the computer program product is executed in the CPU.
  • the computer program product can also be integrated into the pump control unit 8 as a retrofit option.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Kalibrierung einer Kraftstoffpumpe 12 zur Verwendung in einem Kraftstoffversorgungssystem 2 einer Vorrichtung vorgeschlagen, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist. Die Kalibrierung ermöglicht dabei eine energieverbrauchsoptimierte Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 12, indem eine toleranz-und verschleißbedingte Abweichung der Kraftstoffpumpe 12 hinsichtlich ihres Förderverhaltens ermittelt und bei einer motorbedarfsabhängigen Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 12 entsprechend berücksichtigt wird. Bei der Vorrichtung kann es sich dabei um einen Personenkraftwagen, ein Nutzfahrzeug und/oder einen stationären oder mobilen Stromerzeuger handeln. Es wird ferner ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen, in welchen das Verfahren jeweils softwaretechnisch abgebildet ist.

Description

Beschreibung
Toleranz- und Verschleißkompensation einer Kraftstoffpumpe
Die Erfindung betrifft ein erstes Verfahren zur Ermittlung eines für eine Bauteiltoleranz und einen Verschleißzustand einer Kraftstoffpumpe repräsentativen Knickpunktes eines Parameter verlaufes, wobei die Kraftstoffpumpe für ein Kraftstoffver- sorgungssystem zur Verwendung in einer Vorrichtung vorgesehen ist, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist. Die Erfindung betrifft ferner ein zweites Verfahren zur Kalibrierung einer solchen Kraftstoffpumpe unter Verwendung des ersten Verfahrens. Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm sowie ein Computerprogrammprodukt zur Durchführung dieser beiden Verfahren, ein Kraftstoffversorgungssystem zur Verwendung in einer Vorrichtung, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, sowie eine Vorrichtung, die mit einem Verbrennungsmotor und einem solchen Kraftstoffversorgungssystem ausgerüstet ist.
Unter einer Vorrichtung bzw. Anlage ist dabei jede Art von Vorrichtung bzw. Anlage zu verstehen, welche mit einem Ver brennungsmotor ausgerüstet ist und welche zum Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff versorgt werden muss, insbesondere Per sonenkraftwagen und/oder Nutzfahrzeuge, aber auch stationäre oder mobile Stromerzeuger. Unter einem flüssigen Kraftstoff ist dabei insbesondere ein Benzin- oder Dieselkraftstoff oder aber ein dazu alternativer, flüssiger, brennbarer Kraftstoff zu verstehen .
Ein Verbrennungsmotor wird betriebspunktabhängig entsprechend seines Kraftstoffabnahmebedarfs seitens einer z.B. in einem Kraftstofftank angeordneten Kraftstoffpumpe mit einem Kraft stoff versorgt. Die Kraftstoffförderung durch die Kraftstoff pumpe erfolgt dabei aus Kostengründen rein gesteuert ("Open Loop") und unterliegt daher keinem Soll-Ist-Vergleich, der als solcher für eine Regelung ("Closed Loop") kennzeichnend ist. Daher unterliegt diese gesteuerte Kraftstoffförderung einer gewissen Ungenauigkeit, für die einerseits eine fertigungs bedingte Bauteiltoleranz der Kraftstoffpumpe und andererseits ein Verschleiß der Kraftstoffpumpe ursächlich sind. Ein solch naturgemäßer Verschleiß stellt sich dabei insbesondere bei einer sogenannten Verdrängerpumpe - d.h. einer Pumpe, die nach dem sogenannten Verdrängungsprinzip arbeitet - über ihre Lebenszeit zunehmend ein, so dass sich eine Abweichung zwischen einer sich tatsächlich darstellenden Fördermenge und einer eingestellten Fördermenge der Kraftstoffpumpe über ihre Lebenszeit immer stärker abzeichnet. Die Bauteiltoleranz der Kraftstoffpumpe wiederum ist verschleißabhängig, so dass sie sich über die Lebenszeit der Kraftstoffpumpe ändert. Man spricht dabei auch von einer sich über die Lebenszeit der Kraftstoffpumpe ver schleißabhängig ändernden Toleranzlage der Kraftstoffpumpe.
Sowohl die Bauteiltoleranz als auch der Verschleißzustand der Kraftstoffpumpe bleiben bislang seitens eines solch rein ge steuerten Kraftstoffversorgungssystems unerfasst. Eine Ent wicklung eines Verschleißes der Kraftstoffpumpe lässt sich auch nicht sicher Vorhersagen. Daher begegnet man der eingangs erwähnten Ungenauigkeit der Kraftstoffförderung durch die Kraftstoffpumpe, indem man die Kraftstoffpumpe von Anfang an mehr fördern lässt, als es ein Kraftstoffbedarf des Verbrennungs motors tatsächlich erfordert, damit eine verschlissene
Kraftstoffpumpe zum Ende ihrer Lebenszeit die an sie gestellten Anforderungen erfüllt. Dies bedingt jedoch einen erhöhten Energieverbrauch der Kraftstoffpumpe.
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es daher, eine genauere Kraftstoffförderung bereitzustellen. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, den Energieverbrauch einer solchen Kraftstoffpumpe zu reduzieren und somit zu einer verbesserten CCg Bilanz einer mit einem Verbrennungsmotor betriebenen Vorrichtung beizutragen .
Diese Aufgaben werden durch die zwei nachfolgend vorgeschlagenen Verfahren gelöst. Das vorgeschlagene, erste Verfahren stellt dabei ab auf eine Ermittlung eines für eine Bauteiltoleranz und einen Verschleiß zustand einer Kraftstoffpumpe repräsentativen Knickpunktes eines Parameterverlaufes. Das Verfahren umfasst dabei folgende Schritte :
• unter definierten Bedingungen zumindest teilweise oder vollständige, aktive Versperrung einer kraftstoffführenden Stelle einer Vorlaufleitung des Kraftstoffversorgungs- systems stromabwärts der Kraftstoffpumpe, um einen
Kraftstofffluss zu einem Verbrennungsmotor zumindest zu verringern oder gar vollständig zu unterbinden,
• stufenweise Erhöhung einer Drehzahl n eines Kraftstoff pumpenmotors zur Druckerhöhung stromaufwärts der ver sperrten Stelle bei gleichzeitiger Ermittlung eines sich im Kraftstoffpumpenmotor einstellenden Phasenstromes i, wobei die Drehzahl so lange erhöht wird, bis ein Ventil des Kraftstoffversorgungssystems zum Druckabbau öffnet (OP = Opening Point) , wobei den einzelnen Drehzahlstufen ein ermittelter Wert für den Phasenstrom i zugeordnet wird, und
• Annäherung einer ersten Menge von Wertepaaren von je einem Phasenstrom i und einer zugeordneten Drehzahl n unterhalb des Knickpunktes (OP) mittels einer ersten Geraden, An näherung einer zweiten Menge von Wertepaaren von je einem Phasenstrom i und einer zugeordneten Drehzahl n oberhalb des Knickpunktes (OP) mittels einer zweiten Geraden und Er mittlung eines Schnittpunktes zwischen den beiden Geraden, wobei der Schnittpunkt dem Knickpunkt (OP) entspricht, der zum Öffnungszeitpunkt (OP) des Ventils korrespondiert, wobei dem Schnittpunkt eine Drehzahl n0p zugeordnet wird.
Der Phasenstrom i - dies kann ein Gleichstrom oder ein Wech selstrom sein - ist dabei proportional zum in der Kraftstoffpumpe erzeugten Druck p und in erster Näherung proportional zum Druck p stromaufwärts der versperrten Stelle. Diese Proportionalität stellt dabei eine ermittelbare Systemeigenschaft dar.
Unter einer teilweisen oder vollständigen Versperrung der kraft- stoffführenden Stelle ist dabei eine teilweise Verengung oder eine vollständige Abriegelung der kraftstoffführenden Stelle mittels einer Absperrvorrichtung zu verstehen. Bei der Absperr vorrichtung kann es sich dabei zum Beispiel um ein separates, aktiv ansteuerbares Ventil oder eine Hochdruckpumpe handeln, die als solche einen niederdruckseitigen Einlass und einen hoch druckseitigen Auslass aufweist, die jeweils im Sinne eines solchen Ventils fungieren.
Das vorgeschlagene, erste Verfahren stellt eine kostengünstige und effektive Lösung dar zur Ermittlung eines für eine Bauteil toleranz und einen Verschleißzustand einer Kraftstoffpumpe repräsentativen Knickpunktes eines Parameterverlaufes. Wie im Folgenden noch gezeigt werden wird, trägt das erste Verfahren dazu bei, die eingangs erwähnte Ungenauigkeit der rein gesteuer ten Kraftstoffförderung zu kompensieren. Dies wiederum trägt zu einer Energieeinsparung im Zusammenhang mit der Ansteuerung des Kraftstoffpumpenmotors bei und somit auch zu einer verbesserten CO2 Bilanz einer Vorrichtung, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist.
Das vorgeschlagene, zweite Verfahren stellt dabei ab auf eine Kalibrierung einer Kraftstoffpumpe unter Verwendung des zuvor beschriebenen, ersten Verfahrens. Das zweite Verfahren umfasst dabei folgende Schritte:
• unter definierten Bedingungen zumindest teilweise oder vollständige, aktive Versperrung einer kraftstoffführenden Stelle einer Vorlaufleitung des Kraftstoffversorgungs- systems stromabwärts der Kraftstoffpumpe, um einen
Kraftstofffluss zu einem Verbrennungsmotor zumindest zu verringern oder gar vollständig zu unterbinden, um einen für eine Bauteiltoleranz und einen Verschleißzustand der Kraftstoffpumpe repräsentativen Knickpunkt eines Para meterverlaufes zu ermitteln, indem
• stufenweise eine Drehzahl n des Kraftstoffpumpenmotors zur Druckerhöhung stromaufwärts der versperrten Stelle erhöht wird bei gleichzeitiger Ermittlung eines sich im Kraft stoffpumpenmotor einstellenden Phasenstromes i, wobei die Drehzahl so lange erhöht wird, bis ein Ventil des Kraft stoffversorgungssystems zum Druckabbau öffnet (OP = Opening Point) , wobei den einzelnen Drehzahlstufen ein ermittelter Wert für den Phasenstrom i zugeordnet wird, und indem
• eine erste Menge von Wertepaaren von je einem Phasenstrom i und einer zugeordneten Drehzahl n unterhalb des Knick punktes (OP) mittels einer ersten Geraden angenähert wird, eine zweiten Menge von Wertepaaren von je einem Phasenstrom i und einer zugeordneten Drehzahl n oberhalb des Knick punktes (OP) mittels einer zweiten Geraden angenähert wird und ein Schnittpunkt zwischen den beiden Geraden ermittelt wird, wobei der Schnittpunkt dem Knickpunkt (OP) ent spricht, der zum Öffnungszeitpunkt (OP) des Ventils korres pondiert, wobei dem Schnittpunkt eine Drehzahl n0p zuge ordnet wird.
Zur Kalibrierung wird dabei vorgeschlagen, zu einem ersten Zeitpunkt (ti) einen ersten Knickpunkt (OPn) als Referenzpunkt bzw. Initialpunkt für eine unverschlissene Kraftstoffpumpe und zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt (t2) einen zweiten
Knickpunkt (OPv) zum aktuellen Verschleißzustand der Kraft stoffpumpe korrespondierend zu ermitteln.
Anschließend wird eine Drehzahldifferenz Dh zwischen dem ersten Knickpunkt (OPn) und dem zweiten Knickpunkt (OPv) ermittelt, wobei die Drehzahldifferenz Dh zur energieverbrauchsoptimierten Ansteuerung der Kraftstoffpumpe bis zum nächsten durchzufüh renden Kalibrierungsvorgang im Sinne eines Festwertes auf eine motorbedarfsabhängig ermittelbare Drehzahl der Kraftstoffpumpe aufaddiert wird.
Der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle klargestellt, dass unter einer Kalibrierung im Sinne der vorliegenden Of fenbarung eine Ermittlung einer auf eine Bauteiltoleranz und einen Verschleißzustand der Kraftstoffpumpe zurückzuführende Abweichung der Kraftstoffpumpe hinsichtlich ihres Förderver haltens zu verstehen ist, wobei die tatsächlich ermittelte Abweichung bei der anschließenden Ansteuerung der Kraft stoffpumpe zur Kompensation der Ungenauigkeit der Kraft stoffpumpe berücksichtigt wird.
Durch das vorgeschlagene, zweite Verfahren bzw. Kalibrie rungsverfahren wird die eingangs erwähnte Ungenauigkeit der gesteuerten Kraftstoffförderung kompensiert, ohne dabei zu einer Regelung ("Closed Loop") mit einer sensorbasierten Ist wert-Erfassung greifen zu müssen. Insofern stellt dieses Ka librierungsverfahren auch eine kostengünstige Lösung dar, insbesondere im Zusammenhang mit einem drucksensorlosen Konzept . Unter einem solch drucksensorlosen Konzept ist dabei ein Kraftstoffversorgungssystem zu verstehen, dessen Nieder druckteil keinen hardwaremäßig verbauten Drucksensor aufweist. Die besagte Kompensation der Ungenauigkeit wiederum trägt zu einer Energieeinsparung im Zusammenhang mit der Ansteuerung des Kraftstoffpumpenmotors bei und somit auch zu einer verbesserten CO2 Bilanz einer Vorrichtung, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird die Drehzahldifferenz erst ab einem ermittelbaren definierten Mindestwert zur Kalibrierung der Kraftstoffpumpe verwendet. Somit können Drehzahldifferenzen unterhalb dieses Mindestwertes unberücksichtigt bleiben.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden das erste und das zweite Verfahren während eines Schubbetriebs des Verbren nungsmotors oder während einer Betriebsphase des Verbren- nungsmotors bei zumindest annähernd gleichbleibenden Bedin gungen durchgeführt.
Unter einem Schubbetrieb des Verbrennungsmotors ist dabei eine temporäre Unterbrechung einer Kraftstoffzufuhr zum Verbren nungsmotor zu verstehen, wenn der Verbrennungsmotor keine Leistung abgeben und stattdessen durch eine in Bewegung be findliche Fahrzeugmasse oder durch eine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mechanisch gekoppelte Schwungmasse ge schleppt werden soll.
Eine Betriebsphase des Verbrennungsmotors unter zumindest annähernd gleichbleibenden Bedingungen wäre z.B. eine Leer laufphase, in welcher der Verbrennungsmotor kein signifikantes Drehmoment über die Kurbelwelle abgibt. Allerdings ist eine Betriebsphase unter zumindest annähernd gleichbleibenden Lastbedingungen, unter welchen der Verbrennungsmotor ein entsprechendes Drehmoment über die Kurbelwelle abgibt, gleichermaßen denkbar.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung werden das erste und das zweite Verfahren in regelmäßigen Intervallen durchgeführt, um die Ermittlung des für die Bauteiltoleranz und den Ver schleißzustand der Kraftstoffpumpe repräsentativen Knickpunktes des Parameterverlaufes (i, n) einerseits sowie die Kalibrierung der Kraftstoffpumpe andererseits über ihre Lebenszeit zu ak tualisieren .
Dabei wird vorgeschlagen, das erste und das zweite Verfahren nach einer definierbaren Betriebszeit bzw. Betriebsstundenzahl der Vorrichtung oder einer definierbaren Kilometerleistung des Fahrzeugs durchzuführen. Dabei kann das erste Verfahren zur Ermittlung des Referenzpunktes bzw. Initialpunktes erstmals nach einer ersten Betriebszeit von z.B. 1 bis 3 Stunden (h) oder einer Kilometerleistung von z.B. 20 bis 100 km durchgeführt werden, nach der die Kraftstoffpumpe noch unverschlissen ist. Danach ließen sich das erste und das zweite Verfahren in Intervallen durchführen, die jeweils einem Vielfachen der ersten Be triebszeit bzw. der ersten Kilometerleistung entsprechen, etwa alle 10 bis 100 Stunden (h) bzw. alle 500 bis 1000 km. Die auf die erste Betriebsstundenzahl oder Kilometerleistung folgenden Intervalle müssen dabei nicht gleichbleibend sein. So ließen sich diese Intervalle über die Lebenszeit der Kraftstoffpumpe z.B. verkleinern und/oder auch vergrößern. Zusätzlich oder alternativ dazu ließen sich die beiden Verfahren z.B. auch nach einer definierbaren Anzahl von Fahrzyklen des Fahrzeugs durchführen, für die in analoger Weise entsprechende Intervalle definiert werden können. Unter einem solchen Fahrzyklus ist dabei ein Zyklus zu verstehen, der durch den Vorgang eines Einschaltens, gefolgt von dem Vorgang eines Ausschaltens einer Zündung de finiert wird. Zusätzlich oder alternativ dazu ließen sich die beiden Verfahren auch nach jedem Auffüllvorgang eines Kraft stofftanks durchführen. Dadurch ließe sich der Einfluss einer sich zwischenzeitlich ändernden Kraftstoffqualität auf die beiden Verfahren kompensieren.
Im Zusammenhang mit der zuvor beschriebenen stufenweisen Er höhung der Drehzahl n des Kraftstoffpumpenmotors wird dabei vorgeschlagen, die Drehzahl n zumindest im Wesentlichen in Gestalt einer Drehzahlrampe zu erhöhen. Es sei aber an dieser Stelle der Vollständigkeit halber erwähnt, dass sich zur stufenweisen Erhöhung der Drehzahl n grundsätzlich auch ein progressiver oder degressiver Ansteuerverlauf eignet.
Die dem jeweiligen Knickpunkt zugeordnete Drehzahl n wird dabei nichtflüchtig in einem Speicher einer Steuereinheit zur sys temseitigen Verwertung abgelegt. Gleichermaßen kann auch die ermittelte Drehzahldifferenz nichtflüchtig im Speicher der Steuereinheit zur systemseitigen Verwertung abgelegt werden.
Des Weiteren werden ein Computerprogramm sowie ein Computer programmprodukt zur Durchführung des ersten und zweiten Ver fahrens vorgeschlagen, wobei das Computerprogramm sowie das Computerprogrammprodukt diese beiden Verfahren softwaretech nisch abbilden.
Das Computerprogramm und das Computerprogrammprodukt können dabei jeweils im Sinne einer Funktionsmodul-Architektur ver standen werden, wobei eine solche Funktionsmodul-Architektur mindestens einen Funktionsblock aufweist, so dass das Compu terprogramm und das Computerprogrammprodukt jeweils einer Vorrichtung gleichkommen, die mindestens ein Mittel zur
Durchführung des ersten und des zweiten Verfahrens aufweist. Dabei entspricht das mindestens eine Mittel der Vorrichtung dem genannten mindestens einen Funktionsblock.
Es wird ferner ein Kraftstoffversorgungssystem zur Verwendung in einer Vorrichtung bzw. Anlage vorgeschlagen, welche mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, wobei das erste und zweite Verfahren im Kraftstoffversorgungssystem softwaretechnisch umgesetzt sind.
Das Kraftstoffversorgungsystem umfasst dabei einen Nieder druckteil mit einer elektromotorisch angetriebenen Kraft stoffpumpe zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraft stofftank, eine Absperreinheit zur zumindest teilweisen oder vollständigen, aktiven Versperrung einer kraftstoffführenden Stelle in einer Vorlaufleitung des KraftstoffVersorgungssystems stromabwärts der Kraftstoffpumpe, um unter definierten Be dingungen einen Kraftstofffluss zu einem Verbrennungsmotor zumindest zu verringern oder gar vollständig zu unterbinden, sowie zumindest eine Steuereinheit, in welcher das erste und zweite Verfahren softwaretechnisch abgebildet bzw. implemen tiert sind. Der Niederdruckteil umfasst dabei ein Ventil zum Druckabbau im Überdruckfall.
Nach einem Aspekt der Erfindung kann das Kraftstoffversor gungsystem neben dem Niederdruckteil auch ein Hochdruckteil aufweisen, der mit dem Niederdruckteil in fluider Kommunika tionsverbindung steht. Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann das Kraftstoff versorgungsystem eine Hochdruckpumpe umfassen, welche den Niederdruckteil mit dem Hochdruckteil verbindet und dabei die Absperreinheit bildet.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung kann Kraftstoffver- sorgungsystem neben einer Motorsteuereinheit auch eine Pum pensteuereinheit aufweisen, welche mit der Motorsteuereinheit in Kommunikationsverbindung steht und in welcher das erste und zweite Verfahren softwaretechnisch abgebildet bzw. implemen tiert sind.
Der Niederdruckteil kann dabei so ausgelegt sein, dass im unversperrten Zustand der kraftstoffführenden Stelle mittels der Kraftstoffpumpe ein Kraftstoffdruck von bis zu ca. 3,5bar im Niederdruckteil erreichbar ist, wohingegen im zumindest teil weise oder vollständig versperrten Zustand der kraftstoff führenden Stelle mittels der Kraftstoffpumpe ein Kraftstoffdruck von bis zu ca. ca. 3, 9bar erreichbar ist, bei dem ein Ventil zum Druckabbau öffnet. Bei dem Ventil kann es sich dabei beispiels weise um ein Ventil einer kraftstoffführenden Rücklaufleitung des Kraftstoffversorgungssystems handeln. Grundsätzlich bedarf es zu diesem Druckabbau nicht zwingend einer solchen Rück laufleitung. Auch wäre zu diesem Druckabbau z.B. nur ein Ventil denkbar, welches innerhalb eines Kraftstofftanks angeordnet ist und über welches ein Kraftstoff dem Kraftstofftank durch Öffnen des Ventils rückgeführt wird.
Des Weiteren wird eine Verwendung eines Kraftstoffversor- gungsystems der zuvor beschriebenen Art bei einer insbesondere mit Benzin- oder Dieselkraftstoff betriebenen Vorrichtung bzw. Anlage vorgeschlagen, die mit einem Verbrennungsmotor ausge rüstet ist.
Ferner wird eine Vorrichtung bzw. Anlage vorgeschlagen, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, wobei die Vorrichtung bzw. Anlage ein Kraftstoffversorgungssystem der zuvor be schriebenen Art umfasst.
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figuren darstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
Fig.l eine schematische Darstellung einer gesteuerten
Kraftstoffversorgung nach dem Stand der Technik,
Fig.2 eine schematische, erste Darstellung einer vorge
schlagenen, gesteuerten Kraftstoffversorgung,
Fig.3 eine schematische, zweite Darstellung einer vorge
schlagenen, gesteuerten Kraftstoffversorgung,
Fig.4 eine qualitative Veranschaulichung eines herausge
fahrenen Parameterverlaufs einer Kraftstoffpumpe und
Fig.5 einen vorgeschlagenen gestuften Drehzahlverlauf zur
Anwendung auf die Kraftstoffpumpe.
Gleiche oder gleichwirkende Merkmale sind über alle Figuren hinweg mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.
Fig.l veranschaulicht ein rein gesteuertes Kraftstoffversor- gungssystems 2 nach dem Stand der Technik. Eine Motorsteuer einheit 4 gibt abhängig von einem Betriebspunkt eines Ver brennungsmotors eine Drehzahlanforderung an eine Pumpensteu ereinheit 8 aus, die mit der Motorsteuereinheit 4 in Kommu nikationsverbindung steht. Die Pumpensteuereinheit 8 steuert dann ihrerseits eine elektromotorisch betriebene Kraftstoff pumpe 12 - auch Vorförderpumpe genannt - an, die als solche Teil einer sogenannten Kraftstofffördereinheit 10 ist. Die Dreh zahlanforderung nA ergibt sich dabei z.B. aus einer Übertra- gungskennlinie in Gestalt eines dreidimensionalen Kennfeldes 6, welches z.B. über einer Drehzahl nVM und einer Last rl des Verbrennungsmotors aufgespannt sein kann. Genauso gut könnte die Übertragungskennlinie aber auch eine komplexe mehrdimensionale Übertragungskennlinie darstellen. In beiden Fällen wird die Übertragungskennlinie mittels einer unverschlissenen Kraft stoffpumpe 12 herausgefahren und dann für eine Serienanwendung zugrunde gelegt.
Über eine Vorlaufleitung 14 wird ein Kraftstoff aus einem Schwalltopf der Kraftstofffördereinheit 10 bis zu einem
Kraftstofffilter 15 gefördert, von dem aus eine Rücklaufleitung 16 für überschüssigen Kraftstoff zurück in den Schwalltopf führt. Vom Kraftstofffilter 15 wird der Kraftstoff dann über eine weitere Vorlaufleitung 18 zu einer Hochdruckpumpe 20 zur weiteren Verdichtung gefördert, welche in diesem Beispiel einen Hochdruck für ein sogenanntes Common-Rail-System erzeugt ("Common Rail" heißt übersetzt so viel wie "gemeinsame Leitung") .
Fig.2 veranschaulicht ein stark vereinfacht dargestelltes Kraftstoffversorgungssystem 2, bei dem in einer Pumpensteu ereinheit 8 das zuvor beschriebene, vorgeschlagene erste und zweite Verfahren softwaretechnisch umgesetzt bzw. abgebildet sind. Die Pumpensteuereinheit 8 steht dabei in Kommunikati onsverbindung mit der elektromotorisch betriebenen Kraft stoffpumpe 12, die einen Kraftstoff aus einem Schwalltopf innerhalb eines Kraftstofftanks 9 bis zu einer Hochdruckpumpe fördert, zu welcher der Einfachheit halber nur deren nieder druckseitiger Einlass und variabler, hochdruckseitiger Auslass 26 dargestellt sind. Ferner ist ein Überdruckventil 24 als Teil einer Rückführleitung dargestellt, über welche überschüssiger Kraftstoff zurück in den Kraftstofftank 9 strömt.
Fig.3 veranschaulicht eine weitere Darstellung eines Kraft stoffversorgungssystems 2 zur Versorgung eines Verbrennungs motors 28, beispielsweise in Gestalt eines Dieselmotors. Das Kraftstoffversorgungssystem 2 umfasst dabei neben einem Nie- derdruckteil 30 auch einen Hochdruckteil 32, der mit dem Niederdruckteil 30 über eine Hochdruckpumpe 20 in fluider Kommunikationsverbindung steht. Die Hochdruckpumpe 20 ist somit sowohl Teil des Niederdruckteils 30 als auch Teil des Hoch druckteils 32. Das Kraftstoffversorgungssystem 2 umfasst ferner neben einer Motorsteuereinheit 4 auch eine Pumpensteuereinheit 8, welche mit der Motorsteuereinheit 4 in Kommunikationsver bindung steht und in welcher die beiden zuvor beschriebenen Verfahren softwaretechnisch umgesetzt bzw. abgebildet sind. Alternativ dazu könnten die beiden zuvor beschriebenen Verfahren auch in der Motorsteuereinheit 4 softwaretechnisch abgebildet sein .
Die Motorsteuereinheit 4 erfasst einen betriebspunktabhängigen Kraftstoffabnahmebedarf des Verbrennungsmotors 28 und leitet daraus eine Drehzahlanforderung an die Pumpensteuereinheit 8 ab, welche ihrerseits dann eine elektromotorisch betriebene
Kraftstoffpumpe 12 einer Kraftstofffördereinheit 10 zur Ein stellung eines entsprechenden Kraftstofffördervolumens an steuert. Die Kraftstoffpumpe 12 fördert dabei beispielsweise einen Dieselkraftstoff aus einem innerhalb eines Kraftstofftanks 9 angeordneten Schwalltopf 10 über eine Vorlaufleitung 18 bis zur Hochdruckpumpe 20. Der Kraftstoff kommt dabei mit einem Druck von ca. 3 bis 6bar an der Hochdruckpumpe 20 an. Ein z.B. zur Hochdruck pumpe 20 gehörendes Ventil z.B. in Gestalt eines federbelasteten Kugelventils 36 begrenzt dabei den Vordruck im Niederdruckteil 30 je nach Ausführung auf ca. 3 bis 6 bar (pMax) · Überschüssiger Kraftstoff gelangt über eine Rücklaufleitung 34 zurück in den Kraftstofftank 9. Die Hochdruckpumpe 20, die etwa in Gestalt einer sogenannten Radialkolbenpumpe ausgebildet sein kann, verdichtet den Kraftstoff je nach Anwendung weiter auf einen Druck von bis zu 2500bar. Übersteigt der Druck im Pumpenraum einen Raildruck, öffnet ein motorseitiges Auslassventil 20b, 26 (Fig.2) und der Kraftstoff strömt durch eine Hochdruckleitung des Hochdruckteils 32 zu einem Common Rail (engl, "gemeinsame Leitung" ) . Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann das Kraft stoffversorgungssystem 2 so ausgelegt sein, dass im unver- sperrten Zustand der kraftstoffführenden Stelle 26, 20b mittels der Kraftstoffpumpe 12 im Niederdruckteil 30 ein Kraftstoffdruck bzw. Vordruck pv (pv/ V=Vordruck) von bis zu ca. 3,5 bar erreicht wird, wohingegen im zumindest teilweise oder vollständig versperrten Zustand der kraftstoffführenden Stelle 26, 20b mittels der Kraftstoffpumpe 12 im Niederdruckteil 30 ein Kraftstoffdruck von bis zu ca. 3, 9bar erreicht wird, bei dem das Ventil öffnet (PÖD/ ÖD=Öffnungsdruck) .
Fig.4 veranschaulicht eine sich darstellende Korrelation zwischen einer Drehzahl n der Kraftstoffpumpe 12 und dem in der Kraftstoffpumpe 12 erzeugten Druck p infolge einer schrittweisen bzw. stufenweisen Erhöhung der Drehzahl des Kraftstoffpum penmotors. Zur schrittweisen bzw. stufenweisen Erhöhung der Drehzahl bedient man sich dabei einer Drehzahlregelung des Kraftstoffpumpenmotors, der sowohl als mechanisch kommutierter Gleichstrommotor oder elektronisch kommutierter Wechsel strommotor, etwa in Gestalt einer permanent erregten Syn chronmaschine ausgeführt sein kann. Anstelle des Druckes p kann auch ein Phasenstrom i des Kraftstoffpumpenmotors aufgetragen sein, denn der sich im Kraftstoffpumpenmotor lastabhängig einstellende Phasenstrom i ist proportional zum Druck p in der Kraftstoffpumpe. Der Phasenstrom i kann dabei je nach Ausführung des Kraftstoffpumpenmotors ein Gleichstrom oder ein Wechselstrom sein. Der Druck p in der Kraftstoffpumpe ist wiederum in erster Näherung proportional zum Druck p stromaufwärts der versperrten Stelle .
Zur Kalibrierung der Kraftstoffpumpe 12 wird dabei vorge schlagen, die Drehzahl n der Kraftstoffpumpe 12 stufenweise zu erhöhen, wenn das hochdruckseitige Auslassventil 20b der Hochdruckpumpe 20 (vgl. auch Bezugszeichen 26 in Fig.2) ge schlossen ist. Dies ist z.B. der Fall, wenn der Verbrennungsmotor 28 in einen Schubbetrieb übergeht, bei dem eine Kraftstoffzufuhr zum Verbrennungsmotor 28 temporär unterbrochen ist und bei dem der Verbrennungsmotor keine Leistung abgeben und stattdessen durch eine in Bewegung befindliche Fahrzeugmasse oder durch eine mit der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors mechanisch gekoppelte Schwungmasse geschleppt werden soll. Die Drehzahl n kann dabei gemäß der beispielhaften Darstellung in Fig.5 treppenförmig bzw. stufenweise erhöht werden.
Fig.5 veranschaulicht dabei eine Drehzahlerhöhung in Tausen derstufen (1000, 2000, 3000, ... U/min), wobei die einzelnen Drehzahlstufen für ca. 2s gehalten werden. Die Haltezeit von ca. 2s ist dabei nur beispielhaft zu verstehen. Grundsätzlich kann diese Haltezeit je nach Ausgestaltung der Pumpensteuereinheit 8, d.h. der Kraftstoffpumpenelektronik, auch signifikant geringere Werte annehmen, z.B. 50 bis 200ms. Zu jeder Drehzahlstufe wird dann ein sich im Kraftstoffpumpenmotor einstellender Phasenstrom i ermittelt. Somit ergibt sich für jede einzelne Drehzahlstufe ein Wertepaar von einer Drehzahl n und einem zugeordneten Phasenstrom i.
Im Ergebnis stellt sich somit eine erste Menge von Wertepaaren von i und n unterhalb eines der jeweils dargestellten Knickpunkte OPn, OPv dar und eine zweite Menge von Wertepaaren von i und n oberhalb des jeweils dargestellten Knickpunktes OPn, OPv. Durch die erste Menge von Wertepaaren von i und n wird dann eine erste Gerade gelegt, wohingegen durch die zweite Menge von Wertepaaren von i und n eine zweite Gerade gelegt wird. Die beiden Geraden schneiden sich dabei in einem Punkt bzw. Schnittpunkt, welcher dem jeweiligen, approximierten Knickpunkt OPn, OPv entspricht. Der jeweilige approximierte Knickpunkt OPn, OPv korrespondiert dabei zum Öffnungszeitpunkt (OP = Opening Point) des Ventils 24, 36. Dem jeweiligen Knickpunkt OPn, OPv ist dabei eine Drehzahl nn, nv eindeutig zuordenbar.
Der erste steilere Parameterverlauf veranschaulicht dabei eine unverschlissene bzw. neue Kraftstoffpumpe, wohingegen der zweite flachere Parameterverlauf eine bereits teilweise verschlissene Kraftstoffpumpe veranschaulicht. Die beiden Parameterverläufe weisen je einen Knickpunkt OPn, OPv auf, in dem sich die jeweiligen Geradenabschnitte treffen. Die beiden Knickpunkte OPn, OPv korrespondieren dabei zu einem Öffnungszeitpunkt des Ventils 24 (Fig.2), 36 einer zugeordneten kraftstoffführenden Rücklauf leitung des Niederdruckteils 30. Die beiden Knickpunkte OPn, OPv, denen jeweils eine Drehzahl nn, nv (n=neu, v=verschlissen) zugeordnet ist, stellen dabei je einen für eine Bauteiltoleranz und einen Verschleißzustand der Kraftstoffpumpe repräsentativen Parameterpunkt dar.
Zur Kalibrierung der Kraftstoffpumpe wird dabei vorgeschlagen, eine Drehzahldifferenz Dh zwischen dem ersten Knickpunkt nn und dem zweiten Knickpunkt nv zu ermitteln und diese Drehzahl differenz Dh dann zur energieverbrauchsoptimierten Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 12 bis zum nächsten durchzuführenden Ka librierungsvorgang im Sinne eines Festwertes auf eine motor bedarfsabhängig ermittelbare Drehzahl der Kraftstoffpumpe aufzuaddieren .
Zusammenfassend stellen sich die Schritte zur Durchführung des vorgeschlagenen ersten und zweiten Verfahrens im Folgenden wie folgt dar:
• unter definierten Bedingungen zumindest teilweise oder vollständige, aktive Versperrung einer kraftstoffführenden Stelle 26, 20b einer Vorlaufleitung des Kraftstoffver- sorgungssystems 2 stromabwärts der Kraftstoffpumpe 12, um einen Kraftstofffluss zu einem Verbrennungsmotor 28 zu mindest zu verringern oder gar vollständig zu unterbinden,
• stufenweise Erhöhung einer Drehzahl n eines Kraftstoff pumpenmotors zur Druckerhöhung stromaufwärts der ver sperrten Stelle 26, 20b bei gleichzeitiger Ermittlung eines sich im Kraftstoffpumpenmotor einstellenden Phasenstromes i, wobei die Drehzahl so lange erhöht wird, bis ein Ventil 24, 36 des Kraftstoffversorgungssystems 2 zum Druckabbau öffnet (OP = Opening Point) , wobei den einzelnen Dreh- zahlstufen ein ermittelter Wert für den Phasenstrom i zugeordnet wird, und
• Annäherung einer ersten Menge von Wertepaaren von i und n unterhalb des Knickpunktes (OP) mittels einer ersten Geraden, Annäherung einer zweiten Menge von Wertepaaren von i und n oberhalb des Knickpunktes (OP) mittels einer zweiten Geraden und Ermittlung eines Schnittpunktes zwischen den beiden Geraden, wobei der Schnittpunkt dem Knickpunkt (OP) entspricht, der zum Öffnungszeitpunkt (OP) des Ventils 24, 36 korrespondiert, wobei dem Schnittpunkt eine Drehzahl n0p zugeordnet wird.
Zur Kalibrierung der Kraftstoffpumpe 12 unter Verwendung des zuvor beschriebenen ersten Verfahrens umfasst das zweite Verfahren zudem die Schritte:
• Ermittlung eines ersten Knickpunktes OPn zu einem ersten Zeitpunkt ti im Sinne eines Referenzpunktes für eine unverschlissene Kraftstoffpumpe 12 und Ermittlung eines zweiten Knickpunktes OPv zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt t2 korrespondierend zum aktuellen Verschleiß zustand der Kraftstoffpumpe 12 und
• anschließend Ermittlung einer Drehzahldifferenz Dh zwi schen dem ersten Knickpunkt OPn und dem zweiten Knickpunkt OPv, wobei die Drehzahldifferenz Dh zur energiever brauchsoptimierten Ansteuerung der Kraftstoffpumpe 12 bis zum nächsten durchzuführenden Kalibrierungsvorgang im Sinne eines Festwertes auf eine motorbedarfsabhängig ermittelbare Drehzahl der Kraftstoffpumpe 12 aufaddiert wird .
Bei der vorgeschlagenen Kalibrierung handelt es sich um eine Kalibrierung, die über eine Lebenszeit der Kraftstoffpumpe 12 einer Vorrichtung, etwa in Gestalt eines Fahrzeugs, in re gelmäßigen Intervallen durchgeführt wird. Insofern kann man auch von einer "Online-Kalibrierung" sprechen. Es wird dabei vor geschlagen, die Kalibrierung etwa nach einer definierbaren Laufzeit der Kraftstoffpumpe - z.B. gemessen in Betriebsstunden (h) - oder nach einer definierbaren Kilometerleistung des Fahrzeugs regelmäßig durchzuführen. Dabei kann das erste Verfahren erstmals nach einer ersten Kilometerleistung von z.B. 50km oder einer Betriebszeit bzw. Betriebsstundenzahl der Kraftstoffpumpe 12 von einer Stunde durchgeführt werden zur Ermittlung einer Referenz für eine neue bzw. unverschlissene Kraftstoffpumpe (Referenzpunkt = "Initialpunkt") . Danach können das erste und zweite Verfahren in regelmäßigen Intervallen zur Ermittlung eines sich darstellenden Verschleißzustandes wie derholt werden, wobei die auf das erste Intervall folgenden Intervalle jeweils einem Vielfachen der ersten Betriebszeit bzw. Betriebsstundenzahl oder Kilometerleistung entsprechen. Z.B. könnte die zweite und jede weitere Kilometerleistung des Fahrzeugs 500 km oder die zweite und jede weitere Betriebs stundenzahl 10 Stunden betragen. Mit der erstmaligen Wieder holung des ersten Verfahrens kann dann auch erstmals das zweite Verfahren durchgeführt werden, welches zuzüglich zu den
Schritten des ersten Verfahrens die Ermittlung der besagten Drehzahldifferenz Dh zum Zwecke der Kalibrierung zum Gegenstand hat. Die Ermittlung des zweiten Knickpunktes OPv sowie die Kalibrierung selbst unterliegen demnach einer regelmäßigen Wiederholung, um die Ermittlung des Verschleißzustandes der Kraftstoffpumpe über ihre gesamte Lebenszeit zu aktualisieren. Dadurch, dass lediglich diskontinuierlich kalibriert wird, wird der Rechenaufwand der Pumpensteuereinheit 8 minimal gehalten.
Grundsätzlich bedarf es seitens einer Steuereinheit, in welcher die beiden Verfahren softwaretechnisch implementiert sind, einerseits der Feststellung einer Notwendigkeit und andererseits der Feststellung einer Bereitschaft zur Durchführung der beiden Verfahren .
Sowohl der Referenzpunkt bzw. "Initialpunkt" als auch die Folgewerte des zu aktualisierenden zweiten Knickpunktes OPv werden nichtflüchtig in einem Speicher der Pumpensteuereinheit 8 abgelegt.
Durch das vorgeschlagene zweite Verfahren bzw. Kalibrierungs verfahren wird die eingangs erwähnte Ungenauigkeit der gesteuer ten Kraftstoffförderung kompensiert, ohne dabei zu einer Re gelung ("Closed Loop") greifen zu müssen. Dies wiederum trägt zu einer Energieeinsparung im Zusammenhang mit der Ansteuerung des Kraftstoffpumpenmotors bei und somit auch zu einer verbesserten CO2 Bilanz des Fahrzeugs.
In einer weiteren Ausführungsform kann es sich anstelle des Fahrzeugs um eine Vorrichtung bzw. Anlage in Gestalt eines stationären oder mobilen Stromerzeugers handeln.
Die Pumpensteuereinheit 8 umfasst dabei analog zur Motorsteuer einheit 4 eine mit einem Speichersystem und einem Bussystem datenverbundene digitale Mikroprozessoreinheit (CPU) , einen Arbeitsspeicher (RAM) sowie ein Speichermittel. Die CPU ist ausgebildet, Befehle, die als ein in einem Speichersystem abgelegtes Programm ausgeführt sind, abzuarbeiten, Eingangs signale vom Datenbus zu erfassen und Ausgangssignale an den Datenbus abzugeben. Das Speichersystem kann zumindest ein Speichermedium in Gestalt eines magnetischen Festkörpers und/oder anderen nichtflüchtigen Mediums besitzen, auf dem ein entsprechendes Computerprogramm zur Durchführung des Verfahrens gespeichert ist. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, sodass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen und damit die Kraftstoffpumpe steuern kann.
Zur Durchführung der beiden zuvor beschriebenen Verfahren geeignet ist ein Computerprogramm, welches Programmcode-Mittel aufweist, um alle Schritte von jedem beliebigen der Verfah rensansprüche durchzuführen, wenn das Programm in der CPU ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann mit einfachen Mitteln in eine bereits bestehende Ansteuerelektronik integriert und verwendet werden, um die Kraftstoffpumpe bzw. deren Elektromotor zu steuern.
Hierfür vorgesehen ist ein Computerprogrammprodukt mit Programm code-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger ge speichert sind, um das Verfahren nach jedem beliebigen der Verfahrensansprüche durchzuführen, wenn das Computerprogramm produkt in der CPU ausgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auch als Nachrüstoption in die Pumpensteuereinheit 8 integriert werden.
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Aus führungen erläutert wurden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemp larischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, ins besondere in Hinblick auf die Funktion und Anordnung der be schriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Kalibrierung einer Kraftstoffpumpe (12) zur Verwendung in einem Kraftstoffversorgungssystem (2) einer Vorrichtung, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
• unter definierten Bedingungen zumindest teilweise oder vollständige, aktive Versperrung einer kraft- stoffführenden Stelle (26, 20b) einer Vorlaufleitung des Kraftstoffversorgungssystems (2) stromabwärts der Kraftstoffpumpe (12), um einen Kraftstofffluss zu einem Verbrennungsmotor (28) zumindest zu verringern oder gar vollständig zu unterbinden, um einen für eine Bauteiltoleranz und einen Verschleißzustand der Kraftstoffpumpe repräsentativen Knickpunkt eines Parameterverlaufes (i, n) zu ermitteln, indem
• stufenweise eine Drehzahl n des Kraftstoffpumpen motors zur Druckerhöhung stromaufwärts der ver sperrten Stelle (26, 20b) erhöht wird bei gleich zeitiger Ermittlung eines sich im Kraftstoffpum penmotor einstellenden Phasenstromes i, wobei die Drehzahl so lange erhöht wird, bis ein Ventil (24, 36) des Kraftstoffversorgungssystems (2) zum Druckabbau öffnet (OP = Opening Point) , wobei den einzelnen Drehzahlstufen ein ermittelter Wert für den Pha senstrom i zugeordnet wird, und indem
• eine erste Menge von Wertepaaren von i und n unterhalb des Knickpunktes (OP) mittels einer ersten Geraden angenähert wird, eine zweiten Menge von Wertepaaren von i und n oberhalb des Knickpunktes (OP) mittels einer zweiten Geraden angenähert wird und ein
Schnittpunkt zwischen den beiden Geraden ermittelt wird, wobei der Schnittpunkt dem Knickpunkt (OP) entspricht, der zum Öffnungszeitpunkt (OP) des Ventils (24, 36) korrespondiert, wobei dem Schnittpunkt eine Drehzahl n0p zugeordnet wird, wobei zu einem ersten Zeitpunkt (ti) ein erster Knickpunkt (OPn) als Referenzpukt für eine unver schlissene Kraftstoffpumpe (12) und zu einem zweiten, späteren Zeitpunkt (t2) ein zweiter Knickpunkt (OPv) zum aktuellen Verschleißzustand der Kraftstoffpumpe (12) korrespondierend ermittelt wird, und wobei eine Drehzahldifferenz Dh zwischen dem ersten Knickpunkt (OPn) und dem zweiten Knickpunkt (OPv) ermittelt wird, wobei die Drehzahldifferenz Dh zur energieverbrauchsoptimierten Ansteuerung der Kraft stoffpumpe (12) bis zum nächsten durchzuführenden Kalibrierungsvorgang im Sinne eines Festwertes auf eine motorbedarfsabhängig ermittelbare Drehzahl der Kraftstoffpumpe (12) aufaddiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Drehzahldifferenz Dh erst ab einem ermittelbaren definierten Mindestwert zur Kalibrierung der Kraftstoffpumpe (12) verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Verfahren während eines Schubbetriebs des Verbrennungsmotors oder während einer Betriebsphase des Verbrennungsmotors bei zumindest annähernd gleichbleibenden Bedingungen durch geführt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Drehzahl so lange erhöht wird, bis ein Ventil (24, 36) eines Niederdruckteils (30) des Kraftstoffversorgungssystems (2) zum Druckabbau öffnet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Ventil (24, 36) einer kraftstoffführenden Rücklaufleitung des Niederdruckteils (30) zum Druckabbau öffnet.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Verfahren in regelmäßigen Intervallen durchgeführt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren nach einer definierbaren Betriebsstundenzahl der Vorrichtung oder einer definierbaren Kilometerleistung des Fahrzeugs durchgeführt wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Verfahren erstmals nach einer ersten Betriebsstundenzahl von einer bis drei Stunden (h) oder einer ersten Kilometerleistung von 20 bis 100°km durchgeführt wird und danach in Intervallen, die jeweils einem Vielfachen der ersten Betriebsstundenzahl oder der Kilometerleistung entsprechen.
9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren dann alle 10 bis 20 Stunden bzw. alle 500 bis 1000 km durchgeführt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, wobei das Verfahren dann nach jedem Auffüllvorgang eines Kraftstofftanks durchgeführt wird .
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Drehzahl zumindest im Wesentlichen in Gestalt einer Drehzahlrampe erhöht wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die dem Knickpunkt (OPn, OPv) zugeordnete Drehzahl n nichtflüchtig in einem Speicher einer Steuereinheit (8) zur systemseitigen Verwertung abgelegt wird.
13. Computerprogramm zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 12.
14. Computerprogrammprodukt, umfassend Programmcode-Mittel, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, wenn die Programm code-Mittel auf einem Computer ausgeführt werden.
15. Kraftstoffversorgungsystem zur Verwendung in einer Vor richtung, die mit einem Verbrennungsmotor ausgerüstet ist, umfassend : einen Niederdruckteil (30) mit einer elektromotorisch angetriebenen Kraftstoffpumpe (12) zur Förderung von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank (9), eine Absperreinheit (12) zur zumindest teilweisen oder vollständigen, aktiven Versperrung einer kraftstofffüh renden Stelle (26, 20b) in einer Vorlaufleitung des Kraftstoffversorgungssystems (2) stromabwärts der
Kraftstoffpumpe (12), um unter definierten Bedingungen einen Kraftstofffluss zu einem Verbrennungsmotor (28) zumindest zu verringern oder gar vollständig zu unter binden, sowie zumindest eine Steuereinheit (4, 8), in welcher ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 software technisch abgebildet ist.
16. Kraftstoffversorgungsystem nach Anspruch 15, wobei neben dem Niederdruckteil (30) auch ein Hochdruckteil (32) vorgesehen ist, der mit dem Niederdruckteil (30) in fluider Kommunikationsverbindung steht.
17. Kraftstoffversorgungsystem nach Anspruch 16, wobei das Kraftstoffversorgungssystem (2) eine Hochdruckpumpe (20) umfasst, welche den Niederdruckteil (30) mit dem Hoch druckteil (32) verbindet und dabei die Absperreinheit bildet .
18. Kraftstoffversorgungsystem nach einem der Ansprüche 15 bis
17, wobei neben einer Motorsteuereinheit (4) auch eine Pumpensteuereinheit (8) vorgesehen ist, welche mit der Motorsteuereinheit (4) in Kommunikationsverbindung steht und in welcher ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 softwaretechnisch abgebildet ist.
19. Kraftstoffversorgungsystem nach einem der Ansprüche 15 bis
18, wobei der Niederdruckteil (30) so ausgelegt ist, dass im unversperrten Zustand der kraftstoffführenden Stelle (26, 12b) mittels der Kraftstoffpumpe (12) ein Kraft stoffdruck von bis zu ca. 3,5bar im Niederdruckteil (30) erreichbar ist, wohingegen im zumindest teilweise oder vollständig versperrten Zustand der kraftstoffführenden Stelle (26, 12b) mittels der Kraftstoffpumpe (12) ein Kraftstoffdruck von bis zu ca. ca. 3, 9bar erreichbar ist, bei dem ein Ventil (24, 36) zum Druckabbau öffnet.
20. Kraftstoffversorgungsystem nach Anspruch 19, wobei das Ventil (24, 36) einer kraftstoffführenden Rücklaufleitung des Kraftstoffversorgungssystems (2) zugeordnet ist.
21. Verwendung eines Kraftstoffversorgungsystems nach einem der Ansprüche 15 bis 20 bei einem mit einem Benzin- oder Dieselkraftstoff betriebenen Fahrzeug.
22. Vorrichtung mit einem Kraftstoffversorgungsystem (2) nach einem der Ansprüche 15 bis 20.
23. Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die Vorrichtung ein Fahrzeug oder ein stationärer oder mobiler Stromerzeuger ist .
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