DE102017203357A1 - Method for regulating the delivery rate of a prefeed pump in a fuel supply system of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Förderleistung einer elektromotorisch angetriebenen Vorförderpumpe in einer Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs, welche Vorförderpumpe den Kraftstoff einer Hochdruckpumpe zuführt, in welcher der Kraftstoff für eine Einspritzung in die Zylinder einer Brennkraftmaschine weiter verdichtet wird, und wobei die Förderleistung der Vorförderpumpe unter Berücksichtigung von im sich vom Ausgang der Vorförderpumpe zum Eingang der Hochdruckpumpe erstreckenden Niederdrucksystem einstellenden Druckschwingungen geregelt wird. Dabei werden als Indikator für solche Druckschwingungen entweder Drehzahlschwingungen der Vorförderpumpe oder des diese antreibenden Elektromotors oder mechanische oder akustische Auswirkungen der Druckschwingungen auf die Wand einer Kraftstoffleitung im Niederdrucksystem verwendet und gegebenenfalls geeignet modifiziert als Regelgröße einem Regler zurückgeführt.The invention relates to a method for controlling the delivery of an electric motor-driven prefeed pump in a fuel supply system of a motor vehicle, which feed the fuel to a high-pressure pump, in which the fuel for an injection in the cylinder of an internal combustion engine is further compressed, and wherein the delivery rate of the prefeed pump Considering regulated in the itself from the output of the feed pump to the input of the high pressure pump extending low pressure system adjusting pressure oscillations. Here are used as an indicator of such pressure oscillations either speed oscillations of the feed pump or this driving electric motor or mechanical or acoustic effects of pressure oscillations on the wall of a fuel line in the low pressure system and possibly suitably modified as a controlled variable fed back to a controller.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung der Förderleistung einer elektromotorisch angetriebenen Vorförderpumpe in einer Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs, welche Vorförderpumpe den Kraftstoff einer Hochdruckpumpe zuführt, in welcher der Kraftstoff für eine Einspritzung in die Zylinder einer Brennkraftmaschine weiter verdichtet wird, und wobei die Förderleistung der Vorförderpumpe unter Berücksichtigung von im sich vom Ausgang der Vorförderpumpe zum Eingang der Hochdruckpumpe erstreckenden Niederdrucksystem einstellenden Druckschwingungen geregelt wird. Zum Stand der Technik wird neben der
In heutigen Kraftfahrzeugen mit mit Direkteinspritzung arbeitenden Brennkraftmaschinen ist es üblich, die Vorförderpumpe vorgesteuert zu betreiben, d.h. deren Förderleistung (bspw. durch Drehzahlregelung des diese Pumpe antreibenden Elektromotors) angepasst an den jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einzustellen. In entsprechenden Kennfeldern sind dann jedoch eine Vielzahl von Störeinflüssen und somit Sicherheitsfaktoren (genauer eigentlich „Unsicherheitsfaktoren“) zu berücksichtigen, welche zu einer eigentlichen zu hohen Förderleistung und somit zu unnötigem Energieverbrauch führen.In today's motor vehicles with internal combustion engines operating with direct injection, it is customary to pilot-operate the prefeed pump, i. their delivery rate (eg. By speed control of this pump driving electric motor) adjusted adjusted to the respective operating point of the internal combustion engine. In corresponding maps, however, are then a variety of disturbing factors and thus safety factors (more precisely, actually "uncertainty factors") to be considered, which lead to a really too high flow rate and thus to unnecessary energy consumption.
Demgegenüber günstiger ist ein in der eingangs genannten
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein demgegenüber einfacheres Verfahren zur Regelung der Förderleistung einer Vorförderpumpe nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen.Object of the present invention is to demonstrate a contrast simpler method for controlling the delivery rate of a prefeed pump according to the preamble of claim 1.
Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist dadurch gekennzeichnet, dass als Indikator für solche Druckschwingungen entweder Drehzahlschwingungen oder Drehzahlschwankungen der Vorförderpumpe oder des diese antreibenden Elektromotors oder mechanische oder akustische Auswirkungen der Druckschwingungen auf die Wand einer Kraftstoffleitung im Niederdrucksystem verwendet werden und gegebenenfalls geeignet modifiziert als Regelgröße einem Regler zurückgeführt werden. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche. Beansprucht wird im Übrigen neben einem solchen Verfahren auch eine Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs beansprucht, deren Vorförderpumpe nach einem solchen Verfahren betrieben wird, und weiterhin eine elektronische Steuer- und Recheneinheit oder ein darauf installiertes Computerprogramm oder Computerprogrammprodukt beansprucht, welche(s) gestaltet ist, ein solches Verfahren auszuführen. The solution to this problem results from the features of claim 1 and is characterized in that are used as an indicator of such pressure oscillations either speed oscillations or speed fluctuations of the feed pump or this driving electric motor or mechanical or acoustic effects of pressure oscillations on the wall of a fuel line in the low pressure system and optionally suitably modified as a control variable to be fed back to a controller. Advantageous developments are content of the dependent claims. In addition to such a method, a fuel supply system of a motor vehicle is claimed, whose prefeed pump is operated according to such a method, and further claims an electronic control and processing unit or a computer program or computer program product installed thereon, which is (s) designed such Perform procedure.
Aufbauend auf dem gewürdigten Stand der Technik werden bestimmte Ausprägungen von Druckschwingungen oder Druckpulsationen im Kraftstoff-Niederdrucksystem in modifizierter Form quasi als Regelgröße verwendet (und damit zu einem Regler als eine Eingangsgröße zurückgeführt), wofür erfindungsgemäß keine direkte Druckmessung (des Kraftstoffdrucks) im Niederdrucksystem erfolgt, sondern geeignete Auswirkungen dieser Druckschwingungen oder Druckpulsationen im Kraftstoff-Niederdrucksystem beobachtet werden bzw. als Indikator für Druckschwingungen verwendet werden. Die Vorförderpumpe bzw. deren Förderleistung wird also dahingehend geregelt, dass sich bestimmte Druckpulsationen oder Druckschwingungen im Kraftstoff-Niederdrucksystem einstellen.Building on the acknowledged state of the art, certain forms of pressure oscillations or pressure pulsations in the low-pressure fuel system in modified form are used as a controlled variable (and thus returned to a controller as an input variable), for which according to the invention no direct pressure measurement (of the fuel pressure) takes place in the low-pressure system, but appropriate effects of these pressure oscillations or pressure pulsations in the low-pressure fuel system are observed or used as an indicator of pressure oscillations. The prefeed pump or its delivery rate is thus regulated to the effect that set certain pressure pulsations or pressure oscillations in the low-pressure fuel system.
Ein bevorzugter Indikator für solche Druckpulsationen ist eine durch solche Pulsationen oder Druckschwingungen quasi von außen aufgeprägte Drehunförmigkeit der Vorförderpumpe bzw. des diese antreibenden Elektromotors. Die auf die Hochdruckpumpe zurückzuführenden Druckpulsationen im Kraftstoff-Niederdrucksystem sind nämlich dermaßen stark oder intensiv, dass diese auf die Vorförderpumpe zurückwirken und diese bzw. deren elektrischen Antriebsmotor zu Drehschwingungen anregen. Insbesondere die Motor-Drehschwingungen können äußerst einfach festgestellt werden, da die Drehzahl der Vorförderpumpe bereits für die Kommutierung des Elektromotors sehr genau erfasst werden muss.A preferred indicator of such pressure pulsations is a rotation irregularity of the prefeed pump or of the electric motor driving the same quasi imparted by such pulsations or pressure oscillations from the outside. The attributable to the high-pressure pump pressure pulsations in the low-pressure fuel system namely are so strong or intense that these act on the prefeed pump and stimulate these or their electric drive motor to torsional vibrations. In particular, the engine torsional vibrations can be determined extremely easily, since the speed of the prefeed pump must already be detected very accurately for the commutation of the electric motor.
Solange es also im Niederdrucksystem zu praktisch keiner Dampfblasenbildung kommt, erzeugt die Hochdruckpumpe relativ große Druckschwingungen im Niederdrucksystem. Die Frequenz der Druckschwingungen ist dabei an die Drehzahl der Brennkraftmaschine bzw. deren Nockenwelle gekoppelt und daher jederzeit bekannt. Mit dem Entstehen von Dampfbasen verringern sich diese Druckschwingungen. Da die Druckschwingungen andererseits die Drehzahl der elektrisch angetriebenen Vorförderpumpe beeinflussen, sind diese durch eine Auswertung von deren bzw. dessen Drehzahl ohne einen zusätzlichen Sensor (und somit unter Verwendung bereits vorhandener Sensorik) erfassbar. Es wird daher vorgeschlagen, die Drehzahl der Vorförderpumpe oder des diese antreibenden Elektromotors im Hinblick auf Schwingungen im Frequenzbereich der Hochdruckpumpe auszuwerten und das entsprechende Signal auch zur Regelung der Vorförderpumpe bzw. deren Förderleistung zu benutzen. Ein vorgegebener Sollwert oder Zielwert für diese Schwingungen oder Drehschwingungen kann dabei in einem Kennfeld bspw. über der Drehzahl und der Fördermenge der Hochdruckpumpe in einer elektronischen Steuereinheit, welche das erfindungsgemäße Regelverfahren durchführt bzw. steuert, abgelegt sein.As long as there is virtually no vapor bubble formation in the low-pressure system, the high-pressure pump generates relatively large pressure oscillations in the low-pressure system. The frequency of the pressure oscillations is coupled to the rotational speed of the internal combustion engine or its camshaft and therefore known at any time. With the formation of vapor bases, these pressure oscillations are reduced. Because the pressure oscillations on the other hand affect the speed of the electrically driven feed pump, they are detected by an evaluation of their or its speed without an additional sensor (and thus using already existing sensors). It is therefore proposed to evaluate the rotational speed of the prefeed pump or of the electric motor driving the same with respect to oscillations in the frequency range of the high-pressure pump and to use the corresponding signal also for controlling the prefeed pump or its delivery rate. A predetermined desired value or target value for these oscillations or torsional vibrations can be stored in a characteristic field, for example, over the rotational speed and the delivery quantity of the high-pressure pump in an electronic control unit which performs or controls the control method according to the invention.
Gleiches vorgesehen sein bzw. analog vorstehenden Ausführungen verfahren werden kann bei einer alternativen Ausführungsform, wonach anstelle der Drehzahlschwingungen der Vorförderpumpe eine andere Auswirkung der Druckschwingungen im Niederdrucksystem quasi als Regelgröße verwendet wird. Hierbei kann es sich um mechanische oder akustische Auswirkungen der besagten Druckschwingungen auf die Wand einer Kraftstoffleitung im Niederdrucksystem handeln. Hierfür können bspw. Dehnmessstreifen auf einer solchen Kraftstoffleitung vorgesehen und deren Signale geeignet ausgewertet werden. Aufbauend darauf kann dann eine Regelung bspw. für die Drehzahl des die Vorförderpumpe antreibenden Elektromotors den jeweiligen Betriebspunkt des Kraftstoff-Niederdrucksystems in den gewünschten Arbeitsbereich führen, in welchem dann solche Druckschwingungen auftreten, welche bei der Systemauslegung als günstig festgelegt wurden.The same can be provided or analogous to the above embodiments can be moved in an alternative embodiment, according to which, instead of the speed oscillations of the feed pump another effect of the pressure oscillations in the low-pressure system is used quasi as a controlled variable. These may be mechanical or acoustic effects of said pressure oscillations on the wall of a fuel line in the low-pressure system. For this example, strain gauges can be provided on such a fuel line and their signals are suitably evaluated. Based on this, a regulation, for example, for the rotational speed of the electric motor driving the prefeed pump, can lead the respective operating point of the low-pressure fuel system into the desired working range, in which then such pressure oscillations occur which were determined to be favorable in the system design.
Im übrigen sollte, soweit es die Hochdruckpumpe zulässt, ein Zielwert für solche Druckschwingungen im Niederdrucksystem derart festgelegt sein, dass eine geringe Menge von Dampfblasen im Niederdrucksystem entsteht, da dann ein ergonomischer Betrieb der Vorförderpumpe gewährleistet ist und mit einfacher und robuster Regelung auch ein zu hoher Kraftstoffdruck im Niederdrucksystem diagnostiziert werden kann. Im Übrigen stellen sich mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gegenüber dem heute noch üblichen Stand der Technik verringerte Druckpulsationen ein, was die mechanische Belastung des Niederdrucksystems reduziert. Unerheblich ist es im Übrigen, an welcher Stelle des Niederdrucksystems die Dampfblasenbildung erfolgt, d.h. dies muss nicht notwendigerweise nahe der Hochdruckpumpe erfolgen. In diesem Zusammenhang kann man auch gezielt eine Dampfblasenbildung hervorrufen, bspw. indem man einen Abschnitt einer Kraftstoffleitung des Niederdrucksystems gezielt beheizt.Moreover, as far as the high-pressure pump permits, a target value for such pressure oscillations in the low-pressure system should be set in such a way that a small amount of vapor bubbles is produced in the low-pressure system, since then an ergonomic operation of the prefeed pump is ensured and with too simple and robust control Fuel pressure in the low pressure system can be diagnosed. Incidentally, with the method according to the invention, reduced pressure pulsations occur compared with the state of the art that is still customary today, which reduces the mechanical load on the low-pressure system. Incidentally, it is irrelevant at which point of the low-pressure system the vapor bubble formation takes place, i. this does not necessarily have to be done near the high pressure pump. In this context, one can also specifically cause a vapor bubble formation, for example. By selectively heating a portion of a fuel line of the low pressure system.
Die hier vorgeschlagene Regelung kann mit einer Vorsteuerung kombiniert sein oder werden. In diesem Sinne wird durch die Vorsteuerung in Abhängigkeit insbesondere vom aktuellen Betriebspunkt der durch die Hochdruckpumpe und die dieser vorgeschaltete Vorförderpumpe mit Kraftstoff versorgten Brennkraftmaschine, ggf. auch in Abhängigkeit von weiteren Randbedingungen, wie Temperaturen, bspw. eine bestimmte Pumpendrehzahl und somit die Förderleistung der Vorförderpumpe eingestellt bzw. vorgegeben, welcher dann die erfindungsgemäße Regelung überlagert wird. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die aus der vorgeschlagenen Regelung ermittelte Ansteuerung der Vorförderpumpe bzw. des diese antreibenden Elektromotors auf einen bestimmten Bereich (bspw. für die Drehzahl) eingeschränkt wird, wobei dieser beschränkte Bereich insbesondere vom jeweiligen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine abhängig sein kann.The regulation proposed here may or may not be combined with a precontrol. In this sense, by the feedforward in response to particular from the current operating point of the pre-feed pump fueled by the high-pressure pump and this fuel-supplied internal combustion engine, possibly also in response to other boundary conditions, such as temperatures, eg. A specific pump speed and thus the flow rate of the prefeed pump set or predetermined, which then the control of the invention is superimposed. In this case, it can also be provided that the control of the prefeed pump or of the electric motor driving it, determined from the proposed control, is limited to a specific range (for example for the rotational speed), whereby this limited range can be dependent on the particular operating point of the internal combustion engine.
Der Vollständigkeit halber sei noch darauf hingewiesen, dass die Einstellung bzw. Regelung der Förderleistung der Vorförderpumpe nicht zwangsweise über deren Drehzahl bzw. über die Drehzahl des antreibenden Elektromotors erfolgen muss, wenngleich dies vorliegend an mehreren Stellen so beschrieben ist. Alternativ oder zusätzlich hierzu können auch ein bestimmtes Drehmoment oder eine bestimmte Stromstärke des elektrischen Strom des Elektromotors gezielt eingestellt werden oder die elektrische Spannung bzw. ein Tastverhältnis des ansteuernden pulsweitenmodulierten Signals gezielt eingestellt bzw. geregelt werden.For the sake of completeness it should be pointed out that the setting or regulation of the delivery rate of the prefeed pump does not necessarily have to take place via its rotational speed or via the rotational speed of the driving electric motor, although this is described here in several places. Alternatively or in addition to this, a specific torque or a specific current intensity of the electric current of the electric motor can be set in a targeted manner or the electric voltage or a pulse duty factor of the triggering pulse-width-modulated signal can be set or regulated in a targeted manner.
Mit vorliegender Erfindung ist es somit möglich, ohne einen weiteren Sensor die Vorförderpumpe jeweils in einem günstigen Betriebspunkt zu betreiben, welcher sich dadurch auszeichnet, dass sich eine sehr geringe Menge von Dampfblasen im geförderten Kraftstoff bildet, welche insbesondere nicht anwächst, ohne dass die Pumpe einen unnötig hohen Druck erzeugt. Gleichzeitig wird die Bauteilbelastung durch reduzierte Druckschwingungen im Niederdruck-Kraftstoffsystem reduziert.With the present invention, it is thus possible, without another sensor to operate the prefeed each in a favorable operating point, which is characterized in that a very small amount of vapor bubbles in the funded fuel forms, which in particular does not grow without the pump generates unnecessarily high pressure. At the same time, the component load is reduced by reduced pressure oscillations in the low-pressure fuel system.
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