Verfahren zur Regelung einer KraftStoffförderpumpe Technisches Gebiet

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffförderpumpe, wobei die KraftStoffförderpumpe ein Pumpwerk und einen elektrisch kommutierten Elektromotor auf- weist, wobei das Pumpwerk durch den Elektromotor antreibbar ist .

Stand der Technik KraftStoffförderpumpen arbeiten oftmals nach dem Verdränger ^¬ prinzip. Das heißt durch das Rotieren eines mechanisch stei ^¬ fen Körpers innerhalb des Kraftstoffs wird dieser verdrängt und somit in eine Richtung gefördert. Veränderungen in dem zu fördernden Medium wirken sich direkt auf das notwendige Dreh- moment zum Antrieb des Pumpwerks aus.

Moderne KraftStoffförderpumpen werden durch elektronisch kom- mutierte Elektromotoren angetrieben, die bauartbedingt eine Schwankung des Abgabedrehmomentes über dem Drehwinkel besit- zen. Gepaart mit den LastSchwankungen, die typischerweise in einer nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden KraftStoffför ^¬ derpumpe auftreten, kann es zu Problemen beim Betrieb der KraftStoffförderpumpe kommen. Wenn durch die LastSchwankungen eine Überschreitung des momentan verfügbaren Abgabedrehmomen- tes entsteht, kann es zu einem Synchronisationsverlust zwi ^¬ schen dem Rotor des Elektromotors und dem den Rotor antrei ^¬ benden elektrischen Feld kommen. Dies resultiert in einem starken Drehzahlabfall und führt schließlich zu einem Still ^¬ stand der KraftStoffförderpumpe .

Des Weiteren treten in nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden KraftStoffförderpumpen, insbesondere sogenannten G-Rotor Pum- pen, im niedrigen Drehzahlbereich noch zusätzliche Einflüsse auf, die auch zu einer Schwankung des benötigten Drehmomentes über den Umdrehungen des Pumpwerks beitragen. Im Zusammen ^¬ spiel dieser periodisch mit der Drehzahl auftretenden Schwan- kungen und den rotorwinkelabhängigen Schwankungen des Drehmo ^¬ ments des Elektromotors entstehen Schwankungen im Rundlauf des Pumpwerks der KraftStoffförderpumpe . Diese Schwankungen wirken sich sowohl über Teile einer Umdrehung als auch über mehrere Umdrehungen aus. Diese Schwankungen tragen dazu bei, dass die Voraussagen der Periodendauer der elektrischen Kom ^¬ mutierung, welche zur bedarfsgerechten Kommutierung benötigt sind, ungenauer werden. Das Auftreten einer Schwankung beein ^¬ trächtigt somit die Genauigkeit der folgenden elektrischen Kommutierungen. Dies kann insbesondere bei niedrigen Drehzah- len und bestimmten Druckzuständen am Pumpwerk zu einem Kon ^¬ trollverlust der Elektronik über die KraftStoffförderpumpe führen .

Diese mangelnde Kontrolle ist besonders nachteilig, da ein Betrieb der KraftStoffförderpumpe in diesen kritischen Dreh ^¬ zahlbereichen nicht stabil gewährleistet werden kann, und so ^¬ mit nicht das volle technisch mögliche Betriebsspektrum von den KraftStoffförderpumpen ausgenutzt werden kann. Darstellung der Erfindung, Aufgabe, Lösung, Vorteile

Daher ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Ver ^¬ fahren zu schaffen, welches eine genaue Überwachung der

Schwankungen des Rundlaufs des Pumpwerks zulässt und weiter- hin derart ausgelegt ist, dass Gegenmaßnahmen gegen die Ent ^¬ stehung beziehungsweise die Verstärkung der Schwankungen ge ^¬ troffen werden können.

Die Aufgabe hinsichtlich des Verfahrens wird durch ein Ver- fahrens mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffförderpumpe, wobei die Kraft ^¬ stoffförderpumpe ein Pumpwerk und einen elektrisch kommutier- ten Elektromotor aufweist, wobei das Pumpwerk durch den Elek- tromotor antreibbar ist, wobei die Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks über der Drehzahl erfasst wird, der Wert der Schwankung normiert wird und bei einer Überschreitung einer vorgebbaren Grenze durch den normierten Wert der Gradient der Drehzahländerung des Pumpwerks begrenzt wird.

KraftStoffförderpumpen arbeiten oftmals nach dem Verdränger ^¬ prinzip oder nach dem Strömungsprinzip. Das erfindungsgemäße Verfahren ist auf KraftStoffförderpumpen beider Arbeitsprin ^¬ zipien anwendbar. Im Folgenden wird im Wesentlichen auf

KraftStoffförderpumpen, die nach dem Verdrängerprinzip arbei ^¬ ten, eingegangen. Es wird dadurch eine Anwendung für Kraft ^¬ stoffförderpumpen nach dem Strömungsprinzip explizit nicht ausgeschlossen . Zu KraftStoffförderpumpen, die nach dem Verdrängerprinzip ar ^¬ beiten, gehören insbesondere sogenannte G-Rotor Pumpen, Schraubenpumpen und Rollenzellenpumpen. Diese zeichnen sich durch eine hohe hydraulisch-mechanische Steifheit aus, was dazu führt, dass eine Änderung der Viskosität oder des Drucks des zu fördernden Mediums eine direkte Auswirkung auf das zum Antrieb des Pumpwerks benötigte Drehmoment hat. Die Entste ^¬ hung von Schwankungen im Rundlauf ist daher bauartbedingt be ^¬ günstigt . In Verbindung mit dem schwankenden Abgabedrehmoment der elek ^¬ trisch kommutierten Elektromotoren, welches bauartbedingt ist, kann so eine Schwankung im Rundlauf des Pumpwerks ent ^¬ stehen. Die Schwankung entspricht dabei der Abweichung zwi ^¬ schen dem idealen Rundlauf des Pumpwerks ohne Schwankungen und dem tatsächlichen Ist-Rundlauf. Besonders vorteilhaft wird diese Schwankung normiert, um eine vergleichbare Größe zu erhalten, die auf einfache Weise ver ^¬ arbeitet werden kann und als Grundlage für entsprechende Ge ^¬ genstrategien herangezogen werden kann.

Die KraftStoffförderpumpe weist regelmäßig ein Steuergerät auf, welches die Ansteuerung der KraftStoffförderpumpe über ^¬ nimmt. Dieses Steuergerät kann als dediziertes Pumpensteuer ^¬ gerät ausgeführt sein oder in einem anderen Steuergerät des Kraftfahrzeugs integriert sein. Auch ist eine Vernetzung von verteilten Einzelkomponenten vorstellbar. Das Steuergerät weist bevorzugt auch eine Funktonalität zur Erfassung der Schwankung des Rundlaufs auf. Auch ist das Steuergerät vor ^¬ teilhafterweise dazu ausgelegt, eine Mehrzahl von erfassten Werten abzuspeichern, diese zu verarbeiten und einen Ver ^¬ gleich zwischen mehreren Werten durchzuführen. Auch ist es vorteilhaft, wenn das Steuergerät dazu ausgebildet ist eine Normierung der erfassten Schwankung des Rundlaufs durchzufüh ^¬ ren .

Besonders vorteilhaft ist es, wenn zur Erfassung der Schwan ^¬ kung des Rundlaufs des Pumpwerks die Periodendauer der elek ^¬ trischen Kommutierung des Elektromotors fortlaufend erfasst wird, wobei die erfassten Periodendauern der elektrischen Kommutierung mit Periodendauern von vorausgegangenen elektri ^¬ schen Kommutierungen verglichen werden, wobei die Abweichung den Wert für die Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks bil ^¬ det . Die Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks kann beispielswei ^¬ se durch eine kontinuierliche Positionsüberwachung des Pump ^¬ werks oder des Rotors des Elektromotors erfasst werden. Auch sind andere Sensoriken vorstellbar, die die Bewegung des Ro ^¬ tors oder des Pumpwerks erfassen. Da diese Sensoriken jedoch aufwändig und teuer sind ist es besonders vorteilhaft, wenn die Schwankung indirekt über eine leicht erfassbare Messgröße erfasst wird, die idealerweise ohnehin erfasst wird. Es ist damit möglich die Schwankung genau zu bestimmen und zu über ^¬ wachen, ohne dass dafür Mehrkosten für zusätzliche Elemente verursacht werden.

Ein besonders vorteilhaftes Maß ist der sogenannte „Jitter", der die Abweichung einer bei konstanter Drehzahl erfassten Periodendauer für eine elektrische Kommutierung des Elektro ^¬ motors mit einer oder mehreren bei gleicher Drehzahl erfass ^¬ ten vorausgegangenen Kommutierungen darstellt. Der Jitter liefert ein gutes Maß für die aktuell auftretende Abweichung. Der Wert für den Jitter kann vorteilhafterweise ebenfalls normiert werden, um eine Vergleichbarkeit zu gewährleisten. Ein normierter Wert ist außerdem einfacher zu verarbeiten. Insbesondere ist die AntwortStrategie auf einen normierten Wert einfacher festzulegen, da dieser unabhängig von Einhei ^¬ ten ist.

Auch ist es vorteilhaft, wenn eine erfasste Periodendauer der elektrischen Kommutierung mit einem aus einer Mehrzahl von vorangegangenen Periodendauern der elektrischen Kommutierung erzeugten Mittelwert verglichen wird, wobei die Abweichung erfasst wird.

Durch das Vergleichen einer aktuell erfassten Periodendauer mit einem über mehrere Perioden gemittelten Wert ist eine hö ^¬ here Sicherheit des Ergebnisses gegen spontane und zufällige Fehler erreichbar.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel ist dadurch gekennzeich ^¬ net, dass der Vergleich der erfassten Periodendauer der elektrischen Kommutierung mit den Periodendauern von voraus ^¬ gegangenen elektrischen Kommutierungen bei einer konstanten Drehzahl stattfindet.

Durch das Heranziehen von Periodendauern bei einer konstanten Drehzahl ist eine Vergleichbarkeit der Werte gewährleistet. Durch eine Veränderung der Drehzahl, wobei mit der Drehzahl insbesondere die Drehzahl des Pumpwerks gemeint ist, wird au ^¬ tomatisch auch die Periodendauer der Kommutierung verändert, wodurch eine Vergleichbarkeit nicht mehr gegeben ist. Der Vergleich kann entweder fortlaufend ständig stattfinden oder nur dann, wenn eine Drehzahl in einem kritischen Bereich an ^¬ liegt. Zu den kritischen Bereichen zählen insbesondere die niedrigeren Drehzahlbereiche. Der Jitter steigt bei einer kritischen konstanten Drehzahl mit steigendem Druck in dem zu fördernden Medium. Alternativ steigt der Jitter bei konstan- tem Druck und fallender Drehzahl im Bereich von kritischen Drehzahlen .

Jede KraftStoffförderpumpe hat einen spezifischen Wert für den Jitter ab dessen Überschreitung mit einem sofortigen Stillstand des Pumpwerks aufgrund von einem Synchronisations ^¬ verlust zwischen dem elektrischen Feld des Elektromotors und dem Rotor zu rechnen ist. Der Unterschied zwischen einem kri ^¬ tischen Bereich, in welchem der Jitter solche Ausmaße anneh ^¬ men kann, und einem nicht kritischen Bereich ist oftmals sehr gering, so dass eine sehr genaue Überwachung des Jitters be ^¬ sonders vorteilhaft ist.

Auch ist es zu bevorzugen, wenn die Erfassung der Schwankung des Rundlaufs und die Normierung des Wertes permanent fort- laufend stattfinden. Dies ist besonders vorteilhaft, um be ^¬ sonders schnell reagieren zu können und eine möglichst nah an der Echtzeit liegende Information über das Auftreten und die Stärke von den Schwankungen des Rundlaufs zu haben. Darüber hinaus ist es vorteilhaft, die Begrenzung des Gra ^¬ dienten variabel ist, wobei der Grenzwert für den Gradienten abhängig von der Größe des erfassten und normierten Wertes ist . Eine variable Begrenzung des Gradienten der Drehzahländerung ist vorteilhaft, um abhängig von den spezifischen Umgebungs ^¬ bedingungen, die starken Einfluss auf das Verhalten des Pump- werks haben, und den jeweiligen Last zuständen eine angemesse ^¬ ne und bedarfsgerechte Begrenzung vorzunehmen. Durch eine Be ^¬ grenzung des Gradienten wird insbesondere die Geschwindig ^¬ keit, mit welcher eine Anpassung der Drehzahl des Pumpwerks vorgenommen werden kann, beeinflusst. Dies reduziert die mög ^¬ liche Dynamik des Systems, weswegen dies nur in definierten Grenzen geschehen sollte. Ein hoher Jitter entspricht einer höheren Schwankung und verlangt somit nach einer stärkeren Eingrenzung, um zuverlässig das Auftreten eines Stillstandes der KraftStoffförderpumpe zu verhindern. Einem niedrigeren normierten Jitter-Wert kann dagegen mit einer geringeren Be ^¬ grenzung des Gradienten begegnet werden, ohne einen Still ^¬ stand der KraftStoffförderpumpe zu riskieren. Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn die Begrenzung des Gra ^¬ dienten der Drehzahländerung in Abhängigkeit von der Drehzahl des Pumpwerks erfolgt. Dies ist vorteilhaft, da jeder Dreh ^¬ zahlbereich eine unterschiedlich starke Neigung zum Entstehen eines Jitters aufweist. Dementsprechend kann die Stärke der Begrenzung des Gradienten in unterschiedlichen Drehzahlberei ^¬ chen unterschiedlich ausfallen.

Auch ist es zweckmäßig, wenn der normierte Wert für die

Schwankung des Rundlaufs und/oder die Drehzahl des Pumpwerks an eine externe Instanz weitergegeben wird. Insbesondere ist die externe Instanz durch das Motorsteuergerät gebildet. Aus dem Motorsteuergerät kann unter Einbeziehung der restlichen Zustandsgrößen des Verbrennungsmotors eine geeignete Antwort auf das Entstehen von ungewollten Schwankungen des Rundlaufs des Pumpwerks gegeben werden. Aufgrund der Begrenzung des

Gradienten der Drehzahländerung wird eine Bedämpfung des Sys ^¬ tems erreicht. Die Bedämpfung wirkt wie eine zeitweilige Er ^¬ höhung der Trägheit des Systems beziehungsweise der Kraft ^¬ stoffförderpumpe, wodurch die Zeit, die vergehen kann bis ei- ne geeignete Antwort als Reaktion auf den erfassten Jitter am Elektromotor ankommt, verlängert werden kann. Dies ist vor ^¬ teilhaft, da dadurch auch die teilweise nur eine langsame Da- tenübermittlungsrate bietende Fahrzeugkommunikation schnell genug ist, um eine geeignete Antwort an den Elektromotor der KraftStoffförderpumpe zu senden, bevor es zu einem Stillstand des Pumpwerks kommt.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn der Unterschied zwi ^¬ schen der durch die elektrische Kommutierung vorgegebenen Solldrehzahl und der tatsächlichen Drehzahl des Pumpwerks er- fasst wird, wobei bei der Überschreitung einer vorgebbaren Grenze eine Meldung an eine externe Instanz erfolgt.

Aufgrund der Schwankungen im Rundlauf, welche wie bereits be ^¬ schrieben sowohl bauartbedingt als auch aufgrund von äußeren Einflüssen auftreten, kann die tatsächlich gewünschte Soll- drehzahl, welche dem Elektromotor vorgegeben wird, von der

Istdrehzahl des Pumpwerks abweichen. Die Abweichung kann hier auch minimal sein und umfasst regelmäßig einen Wert kleiner einer Umdrehung. Eine Abweichung kann zu einer negativen Be ^¬ einflussung des Systems führen. Durch eine rechtzeitige Mel- dung von Drehzahlabweichungen können rechtzeitige Gegenmaß ^¬ nahmen ausgelöst werden.

Weiterhin ist es zweckmäßig, wenn in vorgebbaren zeitlichen Abständen eine automatische Systemprüfung ausgelöst wird, wo- bei hierzu die Drehzahl des Pumpwerks auf ein oder mehrere vom aktuellen Istzustand abweichende Niveaus variiert wird, wobei jeweils die Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks er- fasst wird und der Wert der Schwankung normiert wird. Eine solche Systemprüfung ist vorteilhaft, um die Einflüsse auf das KraftStofffördersystem zu erfassen und durch geeigne ^¬ te Regelungsstrategien diesen zu begegnen. Hierbei ist der mechanische Zustand der Kraftstoffförderpumpe, der beispiels ^¬ weise durch den Einlaufzustand oder die Abnutzung bestimmt wird, ebenso relevant wie die aus dem Kraftstoff resultieren ^¬ den Faktoren, wie beispielsweise die Schmierfähigkeit, die Viskosität oder die Temperatur. Diese Faktoren sind regelmä- ßig nicht leicht zu erfassen und insbesondere das Zusammen ^¬ spiel der Faktoren kann zu Auswirkungen auf das Kraftstoff ^¬ fördersystem führen, die den Betrieb negativ beeinflussen.

Durch das Anfahren mehrere Betriebszustände und die Erfassung der Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks kann ermittelt werden, ob sich eine Veränderung hinsichtlich des entstehen ^¬ den Jitters gegenüber früheren Zeitpunkten gibt. Diese Verän ^¬ derungen können ein Indiz für eine Veränderung des Kraft ^¬ stofffördersystems sein. Über das Ablegen in einem Fehler ^¬ speicher sowie das Abgleichen mit vorgebbaren Kennwerten kann so der Zustand des KraftStofffördersystems jederzeit über ^¬ prüft werden und somit das Ausfallrisiko minimiert werden.

Außerdem ist es zu bevorzugen, wenn das Lastdrehmoment über der Drehung des Pumpwerks erfasst wird und die Schwankung des Abgabedrehmoments des Elektromotors erfasst wird, wobei aus der Überlagerung der Schwankungen der Momente die Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks über der Drehzahl ermittelt wird. Diese Methode ist besonders vorteilhaft, um durch reine Mes ^¬ sung der DrehmomentSchwankungen auf die Schwankung des Rund ^¬ laufs zu schließen.

Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn bei einer Änderung des Vorgabewertes der Drehzahl des Pumpwerks eine von der er- fassten und normierten Schwankung des Rundlaufs abhängige Be ^¬ grenzung des maximal zulässigen Gradienten der Drehzahlände ^¬ rung vorgegeben wird. Sobald die Ansteuerung der Kraftstoff ^¬ förderpumpe geändert wird, weil beispielsweise ein neuer Be ^¬ triebszustand abgedeckt werden soll, kann es zu einer Erhö ^¬ hung beziehungsweise allgemein zu einer Veränderung des Jit ^¬ ters kommen. Daher ist es vorteilhaft, wenn bei einer Verän ^¬ derung der Drehzahlvorgabe eine Begrenzung des Gradienten der Drehzahländerung vorgenommen wird, um das Entstehen oder das Vergrößern eines Jitters infolge von zu schnellen Drehzahlän ^¬ derungen zu vermeiden. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen und in der nachfolgenden Figurenbe ^¬ schreibung beschrieben. Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei ^¬ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert er ^¬ läutert. In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfin ^¬ dungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung einer alterna- tiven Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah ^¬ rens .

Bevorzugte Ausführung der Erfindung Die Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm zur Verdeutlichung des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Block 1 findet eine Erfas ^¬ sung der Schwankung des Rundlaufs des Pumpwerks statt. Dies kann beispielsweise durch die Verwendung von Positionssenso ^¬ ren geschehen. In Block 2 wird der in Block 1 erfasste Wert normiert, um eine einheitenlose Größe zu erhalten, die eine Aussage über das Ausmaß der Schwankungen zulässt. In Block 3 wird schließlich überprüft, ob der erfasste und normierte Wert über einem Grenzwert liegt. Sollte dies der Fall sein wird entlang des Pfeils 4 ein Signal ausgegeben, das zu einer Begrenzung des Gradienten der Drehzahländerung des Pumpwerks führt .

Die Figur 2 zeigt ein Flussdiagramm für ein alternativ aus ^¬ gestaltetes Verfahren. Hier wird in Block 10 die Periodendau- er einer elektrischen Kommutierung des Elektromotors erfasst. Diese ist direkt abhängig von der Drehzahl. In Block 11 wird die erfasste Periodendauer mit einer Perio ^¬ dendauer oder mit einer Mehrzahl von Periodendauern von vo ^¬ rausgegangen elektrischen Kommutierungen verglichen. Hierzu kann beispielsweis auch ein Mittelwert aus den vorangegange ^¬ nen Perioden gebildet werden.

Der Vergleichswert wird in Block 12 normiert. In Block 13 wird der normierte Wert mit einem vorgebbaren Grenzwert ver ^¬ glichen und schließlich wird entlang des Pfeils 14 ein Signal zur Begrenzung des Gradienten der Drehzahländerung ausgege ^¬ ben, sofern der Grenzwert überschritten wurde.

Die Ausführungsbeispiele der Figuren 1 und 2 weisen insbeson ^¬ dere keinen beschränkenden Charakter auf und dienen der Ver ^¬ deutlichung des Erfindungsgedankens.