DE102016212104A1

DE102016212104A1 - Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE102016212104A1
Application number: DE102016212104.9A
Authority: DE
Inventors: Daniel Ziehr; Freddy Schönwald; Carsten Sczesny; Andreas Kutscherenko
Original assignee: Magna Powertrain Bad Homburg GmbH
Current assignee: Hanon Systems EFP Deutschland GmbH
Priority date: 2016-07-04
Filing date: 2016-07-04
Publication date: 2018-01-04
Anticipated expiration: 2036-07-05
Also published as: WO2018007302A1; DE102016212104B4

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe in der Vakuumversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ölversorgung zur Schmierung durch einen Antriebsmotor vorgeschlagen, wobei die Vakuumpumpe elektrisch betrieben ist und mit einer Steuerung verbunden ist, mit folgenden Schritten: Detektieren, ob der Antriebsmotor abgeschaltet wurde, Starten der Vakuumpumpe mit einer Drehzahl unter der Arbeitsdrehzahl, Detektion des aufgebrachten Drehmoments am BLDC-Motor, Abschalten bei Erreichung eines Schwellwertes des Drehmoments.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Steuerung einer elektrisch betriebenen Vakuumpumpe.
Stand der Technik
Um den erhöhten Anforderungen des Klimaschutzes gerecht zu werden, sehen sich die Automobilhersteller gezwungen, die CO2 Emissionen ihrer Fahrzeugflotten zu reduzieren und so den aufkommenden Normen zu entsprechen. Bis sich der Elektroantrieb technisch und wirtschaftlich nachhaltig darstellen lässt, behält der Verbrennungsmotor wohl seine dominierende Stellung als Antriebsquelle für Pkw und Nutzfahrzeuge. Begleitend zu verschiedenen Maßnahmen sollen die Reibungswiderstände der Verbrennungskraftmaschine bezüglich Wasser- und Vakuumpumpen reduziert werden. Anstatt also einen mit dem Motor mitdrehenden Antrieb für Pumpen zu verwenden, sieht man elektrische Pumpen als Lösung an, die nur bei Bedarf zugeschaltet werden und im Ruhezustand keinerlei zusätzlichen Reibwiderstand aufweisen.
Eine elektrische Vakuumpumpe, EVP deckt dabei unter Umständen den gesamten Vakuumbedarf eines Fahrzeugs ab, speziell in Elektro-, Hybrid- und Dieselfahrzeugen, sowie bei der Benzindirekteinspritzung. Darüber hinaus kommt die EVP zum Einsatz, wenn der Verbrennungsmotor bei z.B. Fahrzeugen mit aus Energieersparnisgründen verkleinerten Motoren kein ausreichendes Vakuum zum Betrieb des Bremskraftverstärkers und unterdruckgesteuerten Aktuatoren liefert.
Durch gesteuerten und abrufbaren Unterdruck unabhängig vom Antriebsstrang, trägt eine EVP zur Reduktion des CO2 Ausstoß konventioneller Verbrennungsmotoren bei. Elektrische Vakuumpumpen werden dabei sehr sparsam dimensioniert, um Gewicht und Materialien einzusparen.
Nasslaufende Vakuumpumpen starten umso schlechter, wenn Öl im Inneren einen definierten maximalen Pegel überschreitet. Dies begründet sich in der Auslegung einer Unterdruckpumpe auf das Arbeitsmedium Luft, wobei Öl für die Schmierung und Dichtung der Pumpen notwendig ist. Das zugeführte Öl hat eine deutlich höhere Viskosität und wird dementsprechend langsamer verdrängt. In einem Fahrzeug-Vakuumsystem weist die elektrisch betriebene Pumpe lange Stillstandzeiten von bis zu 99% der Motorlaufzeit auf, das heißt der Verbrennungsmotor ist häufig im Betrieb, während die Vakuumpumpe steht. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors wird die Vakuumpumpe mit unter Überdruck stehendem Öl aus dem Verbrennungsmotor versorgt. Wird die Pumpe abgestellt, verbleibt Öl im Arbeitsraum oder läuft sogar noch zu. Beim nächsten Start der Pumpe muss dann zunächst das angesammelte Öl ausgeschoben werden. Das ist im warmen Zustand noch problemlos möglich, aber in der Situation eines Kaltstartes ein Problem. Kühlen der Motor und die Vakuumpumpe aus, muss die Vakuumpumpe nach dem Start gegen den Widerstand des kalten, hochviskosen Öls arbeiten.
Zur Lösung des Problems gibt es unterschiedliche Ansätze. Baut man ein Ventil zwischen Verbrennungsmotor und Pumpe ein, damit die Ölversorgung bei stehendem Aggregat unterbunden ist, erhöht man die Kosten. Auch eine Dosierschmierung ist nur mit erhöhtem baulichen Aufwand pumpenseitig zu realisieren. Es sind auch Lösungen mit Ablaufbohrungen im Pumpenraum und am Gehäuse möglich, die aber wiederum die Leitungsfähigkeit der Pumpe beeinträchtigen können.
Es ist daher die Aufgabe der Erfindung den Betrieb einer Vakuumpumpe so zu optimieren, dass ein Kaltstart der Pumpe auch bei kleiner elektrischer Motorleistung ohne Problem möglich ist. Gelöst wird die Aufgabe mit einem Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe in der Vakuumversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ölversorgung zur Schmierung und Dichtung durch einen Antriebsmotor, wobei die Vakuumpumpe elektrisch betrieben und mit einer Steuerung verbunden ist, wobei folgende Schritte ablaufen: Detektieren, ob der Verbrennungsmotor abgeschaltet wurde, Starten der Vakuumpumpe mit einer Drehzahl unter der Arbeitsdrehzahl, Detektion des aufgebrachten Drehmoments am BLDC Motor, Abschalten bei Erreichung eines Schwellwertes des Drehmoments.
Dadurch, dass die Vakuumpumpe nachläuft, wird Öl aus dem Arbeitsraum der Pumpe entfernt, was unter geringer Drehzahl geschehen kann, um keine übermäßigen Geräusche zu erzeugen.
Das Verfahren ist vorteilhafterweise so gestaltet, dass die Abschaltung nur für Unterbrechung der Zündung beim Abstellen des Fahrzeugs detektiert wird.
Es ist von Vorteil, wenn mit Betrieb der Vakuumpumpe mit geringer Drehzahl nach Abschaltung des Verbrennungsmotors ein Luftdurchsatz eingestellt wird. Dadurch wird verhindert, dass die langsam laufende Pumpe Unterdruck erzeugt und womöglich wieder Öl ansaugt.
Der Luftdurchsatz wird dabei durch Öffnen geeigneter Zuluftkanäle realisiert.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden die Zuluftkanäle im Gehäuse der Vakuumpumpe angebracht.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht mindestens ein Zuluftkanal aus einem Spülkanal, der mit einer Spülfunktion eines Filters verbunden ist.
Um das Verfahren zu realisieren ist die Steuerung eine eigenständige Pumpensteuerung oder Teil der Steuerung des Fahrzeugs.
Beschreibung der Erfindung
Die Erfindung wird nachfolgend beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben.
1 zeigt einen Verlauf des beispielhaften Verfahrens,
2 zeigt einen Verlauf mit Spülfunktion.
1 zeigt das Verfahren in der einfachsten Ausgestaltung. In Schritt 1 wird der Antriebsmotor vom Fahrer ausgeschaltet und dieser Zustand von der Steuerung des Fahrzeugs detektiert. Mit dem Vorliegen des Zustands „ Abschaltung“ der Verbrennungsmaschine oder des Elektromotors in einem elektrisch angetriebenen Fahrzeug wird die Pumpe im Schritt 2 gestartet. Das Abschalten unterscheidet sich von dem Ruhezustand, der in Start-Stopp-Automatiken vorliegt. Das Verfahren wird nicht durch diesen Ruhezustand angetriggert.
Mit der Abschaltung der Antriebsmaschine wird die elektrische Vakuumpumpe gestartet und läuft bei einer minimalen Geschwindigkeit nach, bis das Öl aus der Pumpe gefördert ist, was anhand des Drehmoments des BLDC Motors, der die Vakuumpumpe antreibt, festgestellt werden kann. Dabei wird eine gewisse Restmenge des Öls im noch warmen Zustand aus der Pumpe herausgefördert. Dazu ist es sinnvoll einen gewissen Luftdurchsatz herzustellen. Dies kann mit unterschiedlichen Maßnahmen im Vakuumsystem erfolgen, es müssen nur Zuluftkanäle geöffnet werden.
Eine Möglichkeit zu Realisierung der Zuluft erfolgt dabei innerhalb der Pumpe durch konstruktive Zuluftkanäle im Gehäuse der Pumpe.
Eine weitere Möglichkeit das Verfahren durchzuführen, besteht in der Ausführungsform unter Verwendung einer Rückspülung wie sie in der DE 102014224750 ausgeführt ist.
In 2 wird das Verfahren schematisch dargestellt, wenn im Fahrzeug eine solche Rückspülfunktion vorhanden ist.
In modernen Kraftfahrzeugen existieren in der Regel Tankentlüftungssysteme. Die im Kraftstofftank entstehenden Kraftstoffdämpfe werden in einen Kraftstoffdampfspeicher geleitet. Der Kraftstoffdampfspeicher weist einen Aktivkohlefilter auf. Im Aktivkohlefilter werden die aus dem Kraftstoff austretenden Kohlenwasserstoffe aufgefangen und zurückgehalten. Sobald die maximale Partikelbeladung erreicht ist, muss der Aktivkohlefilter gespült werden. Über ein Spülluftventil wird der Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine mit dem Kraftstoffdampfspeicher verbunden und durch Unterdruck einer elektrischen Vakuumpumpe ein Volumenstrom durch den Filter gezogen. Die Kraftstoffdämpfe gelangen so in den Luftansaugbereich des Verbrennungsmotors und werden mitverbrannt, auch wenn der Unterdruck im Ansaugtrakt gering ist.
Um politische Emissionsziele zu erreichen werden oftmals sehr feine Aktivkohlefilter eingesetzt. Diese fungieren aber als Drossel gegenüber der Luftzufuhr, es wird also mehr Unterdruck zur Aufrechterhaltung eines Volumenstroms benötigt. Durch Verringerung des Hubraums in Motoren steht weniger Unterdruck zur Vakuumerzeugung zur Verfügung. Moderne Motoren werden vermehrt mit offenen Drosselklappen betrieben, wodurch weniger Unterdruck für einen Spülvorgang zur Verfügung steht. Somit muss die Spülluftfunktion über eine elektrische Spülpumpe dargestellt werden. Alternativ wird die Spülfunktion über eine elektrische Vakuumpumpe mit einem zusätzlichen Anschluss an das Spülventil realisiert.
Nachdem im Schritt 1 der Motor abgeschaltet wurde, wird eine Steuerung in Schritt 3 abgefragt, ob eine Spülfunktion integriert ist. Die Steuerung kann in der Gesamtsteuerung des Fahrzeugs integriert oder einer Steuerung des Vakuumsystems sein.
Sollte entsprechend der Bauart des Fahrzeugs keine Spülfunktion vorhanden sein, wird lediglich Schritt 2 ausgeführt und die Pumpe gestartet.
Ist aber eine Spülfunktion in Fahrzeug verbaut und die Steuerung entsprechend eingerichtet, wird in Schritt 4 das Spülventil des Spülkreislaufs geöffnet und die Pumpe dadurch belüftet. Es wird dadurch nur ein geringer Unterdruck aufgeabut.
In Schritt 2 wird wiederum die Pumpe bei einer im Verhältnis zur Arbeitsdrehzahl geringen Drehzahl, beispielsweise bei einer Drehzahl von 1000 rpm gestartet. Durch die Verwendung einer geringeren Drehzahl wird die Pumpe geschont und das Betriebsgeräusch minimiert. Es wird vor allem nur wenig Unterdruck aufgebaut. Die Pumpe arbeitet nur solange wie sie Öl fördern kann. Die Messung des Drehmoments am BLDC Motor der Pumpe über eine Strommessung bei konstanter Spannung ermöglicht die Einstellung eines Schwellwertes. Ist dieser erreicht oder wird unterschritten, da der Motor nicht mehr gegen das Öl im Arbeitsraum der Pumpe arbeiten muss, wird die Pumpe abgestellt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014224750 [0021]

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Vakuumpumpe in der Vakuumversorgung eines Kraftfahrzeugs mit einer Ölversorgung zur Schmierung durch einen BLDC-Antriebsmotor, wobei die Vakuumpumpe elektrisch betrieben und mit einer Steuerung verbunden ist, gekennzeichnet durch die Schritte: Detektieren, ob der Antriebsmotor abgeschaltet wurde, Starten der Vakuumpumpe mit einer Drehzahl unter der Arbeitsdrehzahl, Detektion des aufgebrachten Drehmoments am BLDC-Motor, Abschalten bei Erreichung eines Schwellwertes des Drehmoments.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung nur für Unterbrechung der Zündung oder beim elektrischen Antrieb beim Abstellen des Fahrzeugs erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Detektion des Drehmoments über eine Strommessung bei konstanter Spannungsversorgung in der Steuerung des BLDC Motors erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit Betrieb der Vakuumpumpe mit geringer Drehzahl nach Abschaltung des Antriebmotors ein Luftdurchsatz eingestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftdurchsatz durch Öffnen geeigneter Zuluftkanäle erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Zuluftkanäle im Gehäuse der Vakuumpumpe angebracht werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Zuluftkanal aus einem Spülkanal besteht, der mit einer Spülfunktion eines Filters verbunden ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung über eine eigenständige Pumpensteuerung erfolgt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung Teil der Steuerung des Fahrzeugs ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Antriebsmotor eine Verbrennungskraftmaschine oder ein Elektromotor ist.