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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Fluidpumpe und eine Anordnung zum Durchführen des Verfahrens.
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Stand der Technik
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Fluidpumpen werden zur Förderung von Fluiden, d. h. von Gasen und Flüssigkeiten, vielseitig eingesetzt. So werden diese bspw. in Common-Rail- Einspritzsystemen als Vorförderpumpe verwendet. Diese dient dazu, den Kraftstoff zu einer Hochdruckpumpe zu befördern. Dabei baut die Vorförderpumpe einen Druck auf, der gegen einen von einer der Hochdruckpumpe zugeordneten Drossel aufgebauten Druck wirkt. Dieser wird daher auch als Gegendruck bezeichnet.
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Bei Systemen mit elektrisch angetriebenen Fluidpumpen wird zur Einhaltung eines maximalen zulässigen Drucks ein mechanisches Überdruckventil verwendet. Alternativ kann in solchen Systemen auch ein Drucksensor eingesetzt werden. Mit Hilfe des von diesem ausgegebenen Signals kann die Ansteuerung der Pumpe beeinflusst werden.
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Zu beachten ist, dass eine Begrenzung des Drucks über die elektrische Leistung der Pumpe aufgrund der zahlreichen Toleranzeinflüsse, wie bspw. die Reibung und die elektrischen Eigenschaften des Elektromotors der Pumpe, nur mit unzureichender Genauigkeit möglich ist.
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Die Druckschrift
DE 10 2010 038 840 A1 beschreibt den Einsatz einer Fluidpumpe als Förderpumpe in einem Common-Rail-Einspritzsystem, wobei diese auch dafür verwendet wird, eine Viskositätsänderung eines Kraftstoffs, der durch die Fluidpumpe gefördert wird, zu erkennen. Dabei wird ein Druckunterschied zwischen einer Ansaugöffnung und einer Abgabeöffnung eines Fördermechanismus der Fluidpumpe für eine bestimmte Fördermenge über einen längeren Zeitraum ermittelt. Anhand des zeitlichen Verlaufs des Druckunterschieds ist es möglich, eine Änderung der Viskosität zu erkennen.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden ein Verfahren nach Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 11 vorgestellt. Ausführungsformen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen und der Beschreibung.
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Das vorgestellte Verfahren sieht ein Lernen des nominalen Strom- oder Leistungsbedarfs unter normalen Betriebsbedingungen vor. Weiterhin kann der momentane Strom- oder Leistungsbedarf mit Lernwerten verglichen werden. Auf diese Weise ist eine adaptive Gegendruckerkennung möglich. Der Betrieb der Pumpe wird dann in Abhängigkeit des Ergebnisses dieses Vergleichs fortgeführt. Es wird dann ggf. eine Limitierung des momentanen Stroms oder der momentanen Leistung vorgenommen. Durch das Lernen des nominalen Strom- oder Leistungsbedarfs kann auf ein mechanisches Überdruckventil oder einen Drucksensor verzichtet werden.
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Eine mögliche Ausführung des beschriebenen Verfahrens wird anhand einzelner Verfahrensschritte in nachstehenden Abschnitten vorgestellt.
- 1. Zunächst wird der momentane Strom, mit dem die Pumpe angetrieben wird, bspw. in Abhängigkeit von der Drehzahl der Pumpe erfasst. Dies bedeutet, dass bei der Bewertung des erfassten Werts die Drehzahl berücksichtigt wird, bei der der Wert erfasst wird. Der erfasste Wert muss kein physikalisch genauer Wert sein, sondern kann ein beliebiger, bspw. durch ein Signal repräsentierter Wert sein, der mit dem Gegendruck der Pumpe korreliert. Der Gegendruck ist der von der Fluidpumpe aufgebrachte Druck, der gegen eine der Hochdruckpumpe zugeordnete Drossel, bspw. einen Filter, aufgebracht wird.
- 2. Der erfasste Wert wird in den Lernwertspeicher übernommen, typischerweise wenn das Kraftstoffeinspritzsystem sicher entlüftet ist. Dies bedeutet, dass ein erfasster Wert verwendet wird, der bei einem entlüfteten Kraftstoffeinspritzsystem ermittelt bzw. erfasst wurde. Dies ist bspw. bei einem Einsatz in Kraftstoffeinspritzsystemen durch Erreichen einer vorgegebenen Drehzahl des Verbrennungsmotors gegeben. Dann erfolgt eine der nachstehenden Zuweisungen:
a) wenn der erfasste Wert kleiner als der bisherige Lernwert ist, wird der alte Lernwert durch den erfassten Wert ersetzt,
b) wenn der erfasste Wert größer als der bisherige Lernwert ist, wird aus dem bisherigen Lernwert und dem erfassten Wert ein gewichteter Mittelwert gebildet. Der bisherige Lernwert geht typischerweise mit höherer Gewichtung als der erfasste Wert ein.
- 3. Wenn der erfasste Wert den bisherigen Lernwert für die momentane Pumpendrehzahl um einen definierten Betrag ΔI überschreitet, wird der Wert nicht mehr für den Lernvorgang, wie dieser in Abschnitt 2b vorstehend dargestellt ist, verwendet. Der bisherige Lernwert kann dann unverändert bleiben. Zusätzlich kann von einer für die Steuerung der Pumpe vorgesehene Steuereinrichtung eine Information ausgegeben werden. Diese Information kann z. B. verwendet werden, um darauf hinzuweisen, dass ein nach der Pumpe angeordneter Filter ausgetauscht werden muss.
- 4. Bei einem weiteren Anstieg des Gegendrucks der Pumpe kann entsprechend Abschnitt 3 auch eine Limitierung des elektrischen Stroms oder der elektrischen Leistung zum Antrieb der Pumpe durch die Steuerung der Pumpe erfolgen. Dies bedeutet, dass die Größe begrenzt wird, mit der die Fluidpumpe angesteuert wird. Diese Maßnahme kann auch bei Überschreiten eines weiteren definierten Betrags getroffen werden.
- 5. Der Lernvorgang aus Abschnitt 2 kann auch als zusätzliche Größe die Fluidtemperatur berücksichtigen. Dies ist zweckmäßig, wenn der elektrische Strom oder die elektrische Leistung zum Antrieb der Pumpe von der Fluidtemperatur abhängig ist.
- 6. Durch den Lernvorgang aus Abschnitt 2a) kann der Wechsel von einem beladenen auf einen neuen Fluidfilter erkannt werden.
- 7. Der Wert ΔI, siehe Abschnitt 3, kann als Verhältnis zum gelernten Wert definiert werden. Dadurch wird der Einfluss der Fertigungsstreuung auf die Erkennungsschwellen reduziert.
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Die vorgestellte Anordnung dient insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens. Diese ist bspw. in einem Steuergerät integriert oder als solches ausgebildet.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung ein Kraftstoffeinspritzsystem mit einer Fluidpumpe.
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2 zeigt in einem Graphen die Grenzen des Lernalgorithmus.
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3 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Die Erfindung ist anhand von Ausführungsformen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
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1 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem, in diesem Fall ein Common-Rail- Einspritzsystem, das insgesamt mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet ist. Die Darstellung zeigt eine Hochdruckpumpe 12, einen Hauptfilter 14, eine Fluidpumpe 16, in diesem Fall eine elektrische Fluidpumpe, ein Steuergerät 18, einen Vorfilter 20 und einen Tank 22.
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Ein dargestelltes Bypassventil 24 kann durch das vorgestellte Verfahren entfallen, wie durch das Kreuz verdeutlicht ist.
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Die Darstellung zeigt weiterhin eine Anordnung 30, in der eine Einrichtung 32 zum Erfassen eines Werts für eine Größe, die den Betrieb der Fluidpumpe 16 charakterisiert, wie bspw. den Strom, mit dem die Fluidpumpe angesteuert wird, vorgesehen ist. Der Anordnung 30 ist weiterhin ein Lernwertspeicher 34 zugeordnet, in dem ein oder mehrere bisherige Lernwerte abgelegt ist bzw. sind. Von der Anordnung wird ein erfasster Wert mit einem bisherigen Lernwert vorgenommen. In Abhängigkeit des Vergleichs wird der Betrieb der Fluidpumpe fortgeführt. So kann bspw. auch der bisherige Lernwert unter Berücksichtigung des erfassten Werts geändert werden. Dies bedeutet, dass der auf diese Weise ermittelte Lernwert für den nächsten Vergleich dann den bisherigen Lernwert darstellt.
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Die Fluidpumpe 16 dient somit als Vorförderpumpe, die Kraftstoff aus dem Tank 22 der Hochdruckpumpe 12 zuführt, die wiederum den Kraftstoff unter hohem Druck einem Rail bzw. Hochdruckspeicher (nicht dargestellt) des Kraftstoffeinspritzsystems 10 zuführt.
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2 zeigt in einem Graphen 40, an dessen Abszisse 42 die Pumpenfördermenge und an dessen Ordinate 44 der Pumpenantriebsstrom oder die Pumpenantriebsleistung aufgetragen ist. In dem Graphen sind unterschiedliche Kennlinien der Pumpe für jeweils konstante Gegendrücke gezeigt.
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Eine erste Kurve 46 zeigt eine Kennlinie, die im Normalbetrieb gelernt wurde. Eine zweite Kurve 48 zeigt eine weitere Kennlinie, die eine Erkennungsschwelle für einen verstopften Filter darstellt. Diese ist gekennzeichnet durch eine Stromänderung ΔI1 50, die gemessen werden kann. Eine dritte Kurve 52 zeigt eine weitere Kennlinie, die eine Erkennungsschwelle für eine Druckbegrenzung darstellt. Diese ist gekennzeichnet durch eine Stromänderung ΔI2 54, die ebenfalls gemessen werden kann.
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Zu beachten ist, dass die Erkennungsschwellen nicht absolut sind, sondern durch den Abstand zu der im Normalbetrieb gelernten ersten Kurve 46 definiert sind.
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Weiterhin zeigt die Darstellung einen Punkt 56, der einen erfassten Stromwert oder Leistungswert im aktuellen Pumpenbetriebspunkt kennzeichnet. Dieser liegt unter der zweiten Kurve 48 und unter der dritten Kurve 52 und damit unter den beiden durch diese Kurven 48, 52 repräsentierten Erkennungsschwellen. Somit ist der Filter nicht verstopft und es ist keine Druckbegrenzung erforderlich.
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3 zeigt in einem Flussdiagramm einen möglichen Ablauf des vorgestellten Verfahrens. In einem ersten Schritt 60 startet das Verfahren, in einem darauffolgenden Schritt 62 wird überprüft, ob das Kraftstoffeinspritzsystem entlüftet ist. Ist dies nicht der Fall erfolgt ein Rücksprung an den Anfang zu Schritt 64. Ist das Kraftstoffsystem entlüftet, so wird in einem Schritt 66 ein momentaner Stellwert Ierfasst(n) erfasst.
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Anschließend wird in einem Schritt 68 folgende Ungleichung überprüft: Ierfasst(n) < Igelernt(n) (1) Ierfasst(n) ist dabei der erfasste Stromwert, Igelernt(n) ist der bisherige Lernwert.
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Ist diese erfüllt, so erfolgt in Schritt 70 die Zuweisung: Igelernt(n) := Ierfasst(n) (2) und damit wird ein neuer Lernwert Igelernt(n) bestimmt. Anschließend erfolgt ein Rücksprung an den Anfang zu Schritt 64.
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Ergibt die Überprüfung in Schritt 68, dass die Ungleichung (1) nicht erfüllt ist, so wird in Schritt 72 folgende Ungleichung überprüft: Ierfasst(n) > Igelernt(n) + ΔI(n)INFO (3) ΔI(n)INFO ist eine Schwelle der Stromänderung, bei der eine Information ausgegeben wird.
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Ist diese nicht erfüllt, so erfolgt in Schritt 74 die Zuweisung: Igelernt(n) := a·Ierfasst(n) + b·Igelernt(n) (4) a und b sind Faktoren, die bspw. konstant sein können.
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Das Verfahren beginnt dann wieder von vorne.
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Ergibt die Überprüfung in Schritt 72, dass die Ungleichung (3) erfüllt ist, so wird in einem Schritt 76 die Information "Grenzwert erreicht" ausgegeben. In einem weiteren Schritt 78 wird folgende Ungleichung überprüft: Ierfasst(n) > Igelernt(n) + ΔI(n)Pmax (5) ΔI(n)Pmax ist eine Schwelle der Stromänderung bezogen auf eine maximale Leistung, bei der eine Information ausgegeben wird.
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Ist diese nicht erfüllt, so erfolgt ein Rücksprung zu Schritt 64. Ist diese erfüllt, so wird der Stellwert in Schritt 80 begrenzt bzw. limitiert und es erfolgt anschließend ein Rücksprung zu Schritt 64.
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Das Verfahren ist in insbesondere für sogenannte elektrische Gearpumpen (eGP: electrical gear pump) in Common-Rail-Einspritzsystemen für Nutzfahrzeuge geeignet.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010038840 A1 [0005]
