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    • 专利摘要:
    Ein Verfahren zur Steuerung der Lieferung von Strömungsmitteln zu einem Motor weist die Aufnahme eines Brennstoffflußratensignals auf. Eine elektrische Pumpe ist angeordnet, um Strömungsmittel zum Motor zu liefern. Die Drehzahl der elektrischen Pumpe wird, basierend auf dem Brennstoffflußratensignal, gesteuert.
    公开号:DE102004003869A1
    申请号:DE200410003869
    申请日:2004-01-26
    公开日:2004-10-14
    发明作者:Sivaprasad Peoria Akasam；Marcelo C. Peoria Algrain；Brian D. East Peoria Hoff；Kris W. Washington Johnson
    申请人:Caterpillar Inc；
    IPC主号:F01M1-02
    专利说明:
    [0001] DieseErfindung bezieht sich allgemein auf Strömungsmittelliefersysteme für Verbrennungsmotorenund insbesondere auf Steuersysteme zur Steuerung der Strömungsmittellieferungin Verbrennungsmotoren.
    [0002] HerkömmlicheVerbrennungsmotoren werden typischerweise mit einer mechanischenPumpe geschmiert, die durch den Motor über Riemen oder Zahnräder angetriebenwird. Die Drehzahl der Pumpe und daher der Öldruck und die Rate des Ölflusses sindeine Funktion der Motordrehzahl. Elektrisch betriebene Hilfsölpumpensollen verwendet werden, um beim Motorstart einen Ölfluß zum Motorso bald wie möglichsicherzustellen.
    [0003] Öl schmiertnicht nur die Motorteile sondern Öl ist auch wichtig bei derMotorkühlung.Es ist wichtig, daß ausreichend Öldruck geliefertwird, um die Motorlager aufschwimmen zu lassen und einen Kontaktvon Metall zu Metall zu verhindern. Bei der Anwendung einer mechanischen Ölpumpe,die vom Motor angetrieben wird, hängt das Ausmaß der Schmierungund die Kühlungdes Motors von der Motordrehzahl ab und ist nicht relativ zur Arbeitsbelastungdes Motors.
    [0004] DasUS-Patent 5 884 601 von Robinson offenbart ein elektrisches Pumpensystemmit variabler Drehzahl, welches die Drehzahl einer elektrischen Ölpumpe basierendauf der Motorbelastung steuert. Die Motorbelastung wird bestimmtdurch Überwachungeines Motordrehzahlsignals, welches von einem Sensor für die Motorumdrehungenpro Minute bestimmt wird. Robinson offenbart auch die Aufnahme eines Öldrucksignalsvon einem Öldrucksensor unddie Steuerung der Ölpumpengeschwindigkeit, umeine festgelegte Spezifikation des Öldruckes aufrecht zu erhalten.Robinson offenbart, daß dies die Tendenzkompensiert, daß der Öldruck abnimmt, wennder Motor sich abnutzt.
    [0005] DieOffenbarung von Robinson beschreibt jedoch kein anderes Verfahrenzur Bestimmung der Motorbelastung als durch Abfühlen der Motordrehzahl vondem Sensor fürdie Motorumdrehungen pro Minute. Das Abfühlen der Motorumdrehungen pro Minuteist oft ein nicht adäquatesVerfahren zur Bestimmung der Belastung eines Motors und zur Bestimmungder Schmieranforderungen des Motors. Beispielsweise kann ein Lastwagen,der einen steilen Hügelmit einer gegebenen Motorumdrehung pro Minute herauffährt, einviel höheresDrehmoment auf dem Motor haben als der gleiche Lastwagen, der einenHügel mitder gleichen Motorumdrehung pro Minute herunterfährt. Das Drehmoment auf demLastwagenmotor, der Bergauf fährt,wird viel höhersein, und folglich wird mehr Kraft auf die Motorlager ausgeübt, unddie Motorlager werden sich wahrscheinlicher abnutzen. Somit wirdein Ölpumpensteuersystem, welchesdie Ölpumpealleine basierend auf der Motorumdrehung pro Minute steuert, nichteine adäquateSchmierung füreinen Motor in allen Belastungszuständen liefern, ohne ein beträchtlichesAusmaß an Pumpenergiezu verschwenden.
    [0006] Dievorliegende Erfindung sieht ein Strömungsmittelliefersteuersystemvor, welches einige oder alle der zuvor erwähnten Nachteile des Standes derTechnik vermeidet.
    [0007] Gemäß einesAspektes der Offenbarung weist ein Verfahren zur Steuerung der Lieferungvon Strömungsmittelzu einem Motor die Aufnahme eines Brennstoffflußratensignals auf. Eine elektrischePumpe ist angeordnet, um Strömungsmittelzum Motor zu liefern. Die Drehzahl der elektrischen Pumpe wird basierendauf dem Brennstoffflußratensignalgesteuert.
    [0008] Gemäß einesweiteren Aspektes der Offenbarung steuert ein elektrisches Pumpensteuersystemdie Lieferung von Strömungsmittelzu einem Motor. Eine Pumpe ist angeordnet, um Strömungsmittel zueinem Motor zu pumpen. Ein Elektromotor ist angeordnet, um die Pumpeanzutreiben. Eine Steuervorrichtung ist betriebsmäßig mitdem Elektromotor gekoppelt. Die Steuervorrichtung steuert die Drehzahldes Elektromotors ansprechend auf ein Brennstoffflußratensignal.
    [0009] Gemäß einesweiteren Aspektes der Offenbarung weist ein Verfahren zur Steuerungder Lieferung von Strömungsmittelzu einem Motor die Aufnahme eines abgefühlten Öldrucksignals auf. Ein erwünschter Öldruck wirdbasierend auf dem Motordrehmoment bestimmt. Eine elektrische Pumpeist angeordnet, um Strömungsmittelzum Motor zu liefern. Die Drehzahl der elektrischen Pumpe wird basierendauf dem erwünschten Öldruck unddem abgefühlten Öldrucksignalgesteuert.
    [0010] Gemäß einesweiteren Aspektes der Offenbarung weist ein Verfahren zur Steuerungder Lieferung von Strömungsmittelzu einem Motor die Bestimmung eines Wertes auf, der ein Motordrehmomentdarstellt, und die Steuerung der Drehzahl einer elektrischen Pumpe,die angeordnet ist, um Strömungsmittelzu dem Motor basierend auf dem Motordrehmoment zu liefern.
    [0011] 1 ist eine Kurvendarstellung,die ein maximales Motordrehmoment als eine Funktion der Motorumdrehungenpro Minute veranschaulicht, und die auch den Motoröldruck veranschaulicht,der von einer herkömmlichenmechanischen Ölpumpegeliefert wird;
    [0012] 2 ist ein Blockdiagramm,welches ein beispielhaftes Pumpensteuersystem der vorliegenden Offenbarungveranschaulicht;
    [0013] 3 ist ein Blockdiagramm,welches eine Rückkoppelungssteuerschleifezur Steuerung der Lieferung von Strömungsmittel zum Motor basierend aufdem Motordrehmoment veranschaulicht;
    [0014] 4 ist ein Blockdiagramm,welches eine Rückkoppelungssteuerschleifezur Steuerung der Lieferung von Strömungsmittel zu dem Motor basierendauf dem Motordrehmoment und der Motordrehzahl veranschaulicht;
    [0015] 5 ist ein Zustandsdiagramm,welches unterschiedliche Betriebszustände des Motorbetriebs veranschaulicht;und
    [0016] 6 ist ein Blockdiagramm,welches eine Rückkoppelungssteuerschleifezur Steuerung der Lieferung von Strömungsmittel zum Motor während desVorschmier-Betriebszustandes veranschaulicht.
    [0017] Eswird nun im Detail auf die beispielhaften Ausführungsbeispiele der ErfindungBezug genommen, die in den beigefügten Zeichnungen veranschaulichtsind. Wo es immer möglichist, werden die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet,um sich auf die selben oder auf die gleichen Teile zu beziehen.
    [0018] 1 bildet einen Satz vonKurven ab, die die Beziehung zwischen dem maximalen Motordrehmomentund dem Motoröldruckveranschaulichen, der von einer herkömmlichen mechanischen Ölpumpe geliefertwird. Die Kurve 2 fürdas maximale Motordrehmoment veranschaulicht das maximale Motordrehmoment,welches von einem speziellen Motor als eine Funktion der Motorumdrehungenpro Minute geliefert werden kann. Wenn die Motorumdrehungen proMinute von einem Leerlaufzustand ansteigen, steigt das maximaleMotordrehmoment, bis es eine Spitze erreicht und dann absinkt, wenndie Motorumdrehungen pro Minute weiter steigen.
    [0019] Wiezuvor erwähntwird ein herkömmlicher Verbrennungsmotortypischerweise mit einer mechanischen Ölpumpe geschmiert, die vondem Motor überRiemen oder Zahnränderangetrieben wird. Die Drehzahl der mechanischen Ölpumpe ist somit proportionalzur Motordrehzahl. Die Kurve 4 veranschaulicht den Motoröldruck,der von einer herkömmlichenmechanischen Pumpe geliefert wird. Wenn die Motorumdrehungen proMinute von einem Motorleerlaufzustand ansteigen, steigt die Drehzahlder mechanischen Pumpe proportional an, was eine lineare Steigerungdes Motoröldruckesbewirkt. Dies sieht eine verbesserte Schmierung und Kühlung für den Motorvor, wenn die Motorumdrehungen pro Minute zunehmen. Wenn die Motorumdrehungenpro Minute die Drehzahl erreichen, bei der die Kurve 2 für das maximaleMotordrehmoment auf ihrer Spitze ist, öffnet sich ein Öldruckentlastungsventil.Für alleMotordrehzahlen überdiesen Punkt bleibt das Druckentlastungsventil offen. Dies leiteteinen übermäßigen Öldruck ab,was den Öldruckauf einem konstanten Niveau füralle Motordrehzahlen überdiesen Punkt hält.Die Kurve 4 fürden Motoröldruckist so ausgelegt, daß eineadäquateSchmierung fürden Motor vorgesehen wird, wenn er mit seinem maximalen Drehmoment über einenBereich von Drehzahlen belastet wird.
    [0020] Obwohlder Öldruckim wesentlichen konstant fürMotordrehzahlen bleibt, die größer sind,als der Punkt, bei dem das Druckentlastungsventil sich öffnet, steigtdie Ölpumpendrehzahlweiter an, wenn die Motorumdrehungen pro Minute zunehmen. Wenn dasDruckentlastungsventil sich nicht öffnen würde, würde der Öldruck der gestrichelten Linie 6 folgen. Weildie Ölpumpesich schneller dreht als nötig,um eine adäquateSchmierung fürden Motor vorzusehen, wird die Ölpumpenleistungverschwendet. Das übermäßige Öl, welchesdurch das Druckentlastungsventil abläuft, stellt verschwendete Ölpumpenergiedar. Die verschwendete Energie nimmt die Form von Wärme an,die dem Ölzugeführtwird, welche dann überdas Motorkühlsystemabgegeben wird.
    [0021] Wennder Motor beim Punkt C (siehe 1) läuft, istdas Drehmoment auf dem Motor geringer als am Punkt B, obwohl dieMotordrehzahl die gleiche bei den beiden Punkten ist. Die Motorlagersind folglich unter geringerem Druck wenn der Motor am Punkt C undnicht am Punkt B läuft,auch wenn der Motor mit der gleichen Drehzahl an den Punkten B undC läuft.Ein herkömmlichesmechanisches Pumpensystem würdeden gleichen Öldruckan den Punkt B und C liefern, weil der Motor mit der gleichen Drehzahlbei den Punkten B und C läuft.Im Gegensatz dazu liefert das Ölpumpensystem,welches hier offenbart wird, einen gesteigerten Öldruck am Punkt B, um der Steigerungdes Motordrehmomentes und der darauf folgenden Steigerung der KraftRechnung zu tragen, die auf die Lager aufgebracht wird. Wenn somitbeispielsweise ein Lastwagen einen Hügel herunterfährt unddann auf einen Hügelherauffährt,wird das Ölpumpensystemden Öldrucksteigern, wenn der Lastwagen den Hügel herauffährt, um dem gesteigerten DrehmomentRechnung zu tragen, auch wenn die Motordrehzahl konstant bleibt.Der gesteigerte Öldruckwird benötigt,um der gesteigerten Kraft auf den Lagern bei gesteigerten DrehmomentniveausRechnung zu tragen. Durch Verringerung des Öldruckes, wenn der Lastwagenden Hügelherunterfährt(beispielsweise wenn das Motordrehmoment abnimmt), kann das Ölpumpensystemsicherstellen, daß die Ölpumpenleistungwirkungsvoll verwendet wird und nicht verschwendet wird, während esimmer noch sicherstellt, daß eineadäquate Schmierungund Kühlungfür denMotor vorgesehen wird.
    [0022] EinMotor, der am Punkt A arbeitet, hat das gleiche Drehmoment wie amPunkt C, er arbeitet jedoch mit einer höheren Drehzahl beim Punkt A.Wie genauer unten beschrieben wird, kann in einem ersten Ausführungsbeispieldas Ölpumpensystemeinen konstanten Öldruckbei einem gegebenen Motordrehmoment vorsehen, ohne den Öldruck alseine Funktion der Motordrehzahl zu variieren. In einem zweiten Ausführungsbeispielkann das Ölpumpensystemden Öldrucksteigern, wenn die Motordrehzahl ansteigt – somit wird der Öldruck eineFunktion von sowohl dem Motordrehmoment als auch der Motordrehzahlsein.
    [0023] 2 veranschaulicht ein Ölpumpensteuersystem 20 gemäß einesbeispielhaften Ausführungsbeispielsder vorliegenden Offenbarung. Die Pum pensteuervorrichtung kann alsein Mikroprozessor 22 eingerichtet sein, der die Drehzahlder elektrischen Ölpumpebasierend auf verschiedenen Eingangsgrößen steuert. Der Mikroprozessor 22 kanndie Motorsteuereinheit (ECU = engine control unit) sein, der Prozessor,der den Betrieb des Motors steuert, oder alternativ kann der Mikroprozessor 22 alsein getrennter Prozessor vorgesehen werden, um die Ölpumpe zusteuern. Alternativ kann die Pumpensteuervorrichtung als eine Vielzahlvon Prozessoren eingerichtet sein.
    [0024] DerMikroprozessor 22 nimmt eine Reihe von Eingangsgrößen vonverschiedenen Sensoren auf. 2 bildetBeispiele von Eingangsgrößen ab,die zu dem Mikroprozessor 22 geliefert werden können. Der Öltemperatursensor 24 kannin dem Ölsumpfgelegen sein und liefert ein Signal, welches die Öltemperaturim Ölsumpfdarstellt. Der Öldrucksensor 26 kannin der Ölgalerieleistebzw. Ölumlauf-Railgelegen sein, die zu dem Motorblock führt. Der Öldrucksensor 26 liefertein Signal, welches den Öldruckdarstellt. Der Motordrehzahlsensor 28 kann mit der Kurbelwellegekoppelt sein. Der Motordrehzahlsensor 28 fühlt dieMotorumdrehungen pro Minute ab und gibt ein Signal aus, welchesdie Motordrehzahl darstellt. Ein Bedieneranforderungssensor 30 liefertein Signal, welches die Anforderung an den Motor darstellt, dievon einem Bediener eines Fahrzeuges oder einer Maschine angefordertwird, die bzw. das den Motor enthält. Der Bedieneranforderungssensor 30 fühlt die Lastanforderungab, die von dem Bediener angefordert wird. Beispielsweise kann derBedieneranforderungssensor 30 die Größe abfühlen, um die ein Bediener dasBeschleunigungspedal bzw. Gaspedal in einem Fahrzeug herunterdrückt. Alternativkann der Bedieneranforderungssensor 30 die Anforderungabfühlen,die von einem Fahrsteuersystem bzw. Tempomat-System angefordertwird.
    [0025] EinStromsensor 32 füreine elektrische Ölpumpefühlt denStrom ab, der von dem Elektromotor gezogen wird, der mit der Ölpumpe gekoppeltist. Ein Brennstoffflußsensor 34 fühlt dieRate des Brennstoffflusses ab, der zum Motor geliefert wird. DerLuftflußsensor 36 fühlt dieRate des Luftflusses ab, der zum Motor geliefert wird. Der Luftdrucksensor 38 fühlt denLuftdruck an der Einlaßsammelleitungdes Motors ab. Ein Lufttemperatursensor 43 fühlt dieLufttemperatur bei der Einlaßsammelleitungdes Motors ab. Ein Tastenpositionssensor 40 fühlt diePosition der Taste ab, die verwendet wird, um das Fahrzeug odereine andere Maschine zu starten, die den Motor enthält. DerTastenpositionssensor 40 liefert beispielsweise ein Signal,welches verschiedene Tastenpositionen darstellt, wie beispielsweiseAus, Bereitschaft, Lauf und Start. Der Startschalter 42 liefert einSignal, welches anzeigt, ob der Start-Druckknopf gedrückt wordenist.
    [0026] DerMikroprozessor 22 gibt ein Signal an die Motortreiberschaltung 44 aus.Die Motortreiberschaltung 44 liefert elektrische Leistungum den Elektromotor 46 anzutreiben. Der Elektromotor 46 istbetriebsmäßig angeschlossen,um die Ölpumpe 48 anzutreiben.Die Ölpumpe 48 pumpt Öl oder einanderes Strömungsmittelzum Motor, wodurch ein ausreichender Druck geliefert wird, um dieLager aufschwimmen zu lassen, und um einen Kontakt von Metall aufMetall zu verhindern. Öloder anderes Strömungsmittelwird auch auf die Motorkolben und/oder andere Motorflächen zumZwecke der Kühlungdes Motors gesprüht.
    [0027] 3 bildet ein Blockdiagrammab, welches einen beispielhaften Steueralgorithmus der vorliegendenErfindung veranschaulicht, der von der Pumpensteuervorrichtung (Mikroprozessor 22)ausgeführtwird. Der Mikroprozessor 22 nimmt ein Brennstoffflußsignalvon dem Brennstoffflußsensor 34 auf. DasBrennstoffflußsignalstellt die Rate des Brennstoffflusses zum Motor dar. Der Mikroprozessor 22 nimmtauch ein Motordrehzahlsignal vom Motordrehzahlsensor 28 auf.Im Block 50 berechnet der Mikroprozessor 22 dasMotordrehmoment. Das Motordrehmoment kann auf eine Anzahl von Artenbestimmt werden. Die Brennstoffflußrate ist die primäre Variable,die verwendet wird, um das Motordrehmoment zu bestimmen. AndereVariablen, wie beispielsweise die Motordrehzahl, der Luftdruck inder Einlaßsammelleitungund die Lufttemperatur könnenverwendet werden, um einen präziserenWert des Motordrehmomentes zu erhalten.
    [0028] EinVerfahren zur Bestimmung des Motordrehmomentes ist es, das Motordrehmomentals eine lineare Funktion der Brennstoffflußrate zu berechnen. Wenn somitder Motor bei 100% Brennstoffflußrate arbeitet, bestimmt derMikroprozessor 22, daß dasMotordrehmoment auf 100% des maximalen Motordrehmomentes ist. Wennder Motor bei 50% Brennstoffflußratearbeitet, bestimmt der Mikroprozessor, daß das Motordrehmoment bei 50%des maximalen Motordrehmomentes ist.
    [0029] AndereAnnäherungendes Motordrehmomentes könnenverwendet werden als eine lineare Beziehung, um eine genauere Bestimmungdes Motordrehmomentes vorzusehen. Eine Kurve, die das Motordrehmomentals eine Funktion der Brennstoffflußrate für einen speziellen Motor zeigt,kann experimentell oder basierend auf herkömmlichen Gleichungen erzeugtwerden. Diese Kurve kann in den Mikroprozessor 22 programmiertsein. Der Mikroprozessor 22 bestimmt dadurch das Motordrehmoment basierendauf der Brennstoffflußrateunter Verwendung einer solchen Kurve (oder unter Verwendung vonGleichungen, die die Kurve darstellen).
    [0030] Eineengere Annäherungdes Motordrehmomentes kann verwendet werden durch Bestimmung desMotordrehmomentes als eine Funktion von sowohl der Brennstoffflußrate alsauch der Motordrehzahl. Ein Motordrehzahlsignal wird von dem Motordrehzahlsensor 28 aufgenommen.Wie zuvor kann ein Satz von Kurven erzeugt werden, die das Motordrehmomentals eine Funktion von sowohl der Brennstoffflußrate als auch der Motordrehzahlzeigen. Die Kurven könnenexperimentell füreinen speziellen Motor oder basierend auf herkömmlichen Gleichungen erzeugtwerden. Der Mikroprozessor 22 verwendet diese Kurven (oderGleichungen, die diese Kurven darstellen) zur Berechnung des Motordrehmomentesals eine Funktion der Brennstoffflußrate und der Motordrehzahl.Andere Signale könnenvon dem Mikroprozessor 22 verwendet werden, um weiter die Bestimmungdes Motordrehmomentes zu verfeinern. Beispielsweise können derLuftdruck bei der Einlaßsammelleitung,die Lufttemperatur, der Luftfluß und andereEingangsgrößen verwendet werden,um weiter das Motordrehmoment zu bestimmen. Diese Signale werdenvon Sensoren geliefert, die in 2 gezeigtsind.
    [0031] DerMikroprozessor 22 kann auch ein Signal vom Bedieneranforderungssensor 30 verwenden, umdas vorhergesagte Drehmoment auf dem Motor zu berechnen. Wenn beispielsweiseein Bediener eines Fahrzeuges auf das Beschleunigungspedal bzw. Gaspedaldrückt,kann der Mikroprozessor 22 die Größe vorhersagen, auf die dasMotordrehmoment ansteigen wird, und zwar entweder unter Verwendungvon herkömmlichenGleichungen oder basierend auf experimentell bestimmten Ansprechcharakteristiken.Der Mikroprozessor 22 kann dann den Öldruck steigern, um sich andas vorhergesagte Motordrehmoment anzupassen.
    [0032] DerBlock 50 im Mikroprozessor 22 gibt ein prozentuales Drehmomentsignal 52 aus,welches den Prozentsatz des maximalen Drehmomentes darstellt, dender Motor ausgeben kann, einen Wert zwischen 0 und 100 Prozent.Der Ausdruck "Signal", wie er hier verwendetwird, kann sich auf ein analoges Signal, ein digitales Signal odereinfach auf einen Datenwert beziehen, der von dem Mikroprozessorbestimmt wird. Das prozentuale Drehmomentsignal 52 wirdzu einer Nachschautabelle 54 geliefert, um ein erwünschtes Öldrucksignal 56 zubestimmen. Die Nachschautabelle 54 gibt ein erwünschtes Öldrucksignal 56 aus.Die Nachschautabelle 54 enthält eine Reihe von Werten, dieden erwünschten Öldruck auf unterschiedlichenNiveaus des Motordrehmomentes darstellen, und zwar von 0 bis 100Prozent des Motordrehmomentes. Die erwünschten Öldruckwerte, die in die Nachschautabelle 54 einprogrammiertsind, werden basierend auf den Kühlungs-und Schmierungsanforderungen des Motors bei jedem prozentualen Drehmomentausgewählt.Ausreichend Öldruck muß bei einemgegebenen Motordrehmoment vorhanden sein, um einen Kontakt von Metallauf Metall bei den Motorlagern zu verhindern, und um eine adäquate Kühlung desMotors vorzusehen. Als eine Alternative zur Nachschautabelle 54 kannder Mikroprozessor eine oder mehrere Berechnungen ausführen, dieden erwünschten Öldruck alseine Funktion des Drehmomentes liefern.
    [0033] Alternativkann der Mikroprozessor 22 den erwünschten Öldruck basierend auf der Berechnung einesParameters mit Beziehung zum Motordrehmoment bestimmen, beispielsweisemit Beziehung zur Motorleistungsausgabe. Beispielsweise kann derMikroprozessor die Motorleistungsausgabe basierend aus dem Motordrehmomentund der Motordrehzahl berechnen. Die Motorleistungsausgabe kanndann als eine Eingangsgröße für die Nachschautabelle 54 verwendetwerden, um einen erwünschten Öldruck zubestimmen.
    [0034] DerMikroprozessor 22 verwendet eine Rückkoppelungssteuerschleifezur Steuerung des Betriebs der Ölpumpe 48 zurErzeugung des erwünschten Öldruckes.Der Mikroprozessor 22 nimmt ein Öldrucksignal von dem Öldrucksensor 26 auf. Das Öldrucksignalwird zu dem negativen Eingang der Additionsvorrichtung 58 geliefert.Das erwünschte Öldrucksignal 56 wirdzum positiven Eingang der Additionsvorrichtung 58 geliefert.Die Additionsvorrichtung 58 gibt ein Fehlersignal 60 aus,welches die Differenz zwischen dem erwünschten Öldruck und dem abgefühlten Öldruck darstellt.Der Mikroprozessor 22 gibt das Fehlersignal 60 andie Elektromotortreiberschaltung 44 aus. Wenn das Fehlersignal 60 einpositiver Wert ist, dann ist der erwünschte Öldruck größer als der abgefühlte Öldruck.Die Motortreiberschaltung 44 spricht auf ein positivesFehlersignal an, in dem sie die Drehzahl des Elektromotors 46 steigert.Wenn das Fehlersignal 60 ein negativer Wert ist, dann istder erwünschte Öldruck geringerals der abgefühlte Öldruck.Die Motortreiberschaltung 44 spricht auf ein negativesFehlersignal an, in dem sie die Drehzahl des Elektromotors 46 verringert.Der Elektromotor 46 treibt die Ölpumpe 48 gemäß des Treibersignalsan, welches von der Motortreiberschaltung 44 aufgenommenwird.
    [0035] Alsein alternatives Merkmal kann der Mikroprozessor 22 einenerwünschten Öldruck 56 basierendauf anderen Kriterien gemäß des Motordrehmomentesbestimmen. Beispielsweise kann der Mikroprozessor 22 denerwünschten Öldruck basierend aufder Öltemperaturund/oder der Motordrehzahl zusätzlichzum Motordrehmoment bestimmen. Bei höheren Motordrehzahlen gibt esmehr Reibung auf den Lagern und dies kann somit einen geringfügig gesteigerten Öldruck erfordern,auch wenn das Motordrehmoment konstant bleibt. Bei hohen Öltemperaturen liefertdas Ölweniger Kühlungund kann somit einen geringfügiggesteigerten Öldruckerfordern, um adäquatden Motor zu kühlen,auch wenn das Motordrehmoment konstant bleibt. Somit wird der erwünschte Öldruck,der vom Mikroprozessor 22 bestimmt wird, ansteigen, wenndie Öltemperaturansteigt und/oder wenn die Motordrehzahl ansteigt, auch wenn dasMotordrehmoment konstant bleibt. Anders gesagt wird die Ölpumpgeschwindigkeitauf einem gegebenen Motordrehmoment bei höheren Öltemperaturen und/oder höheren Motordrehzahlenansteigen.
    [0036] 4 bildet ein Blockdiagrammab, welches eine alternative Steuerarchitektur 106 zurSteuerung der Ölpumpendrehzahlbasierend auf sowohl dem Motordrehmoment als auch der Motordrehzahlveranschaulicht. Das prozentuale Motordrehmomentsignal 70 wirdin eine Nachschautabelle 72 eingegeben. Das prozentualeMotordrehmomentsignal 70 wird vom Mikroprozessor 22 wiezuvor beschrieben basierend auf solchen Signalen berechnet, diedie Energieeingabe in den Motor darstellen, wie beispielsweise basierendauf dem Luftfluß unddem Brennstofffluß.Die Nachschautabelle 72 gibt ein Pumpendrehzahlsignal 74 aus.Bei einem Drehmoment von 0 Prozent gibt die Nachschautabelle 72 einPumpendrehzahlsignal 74 aus, welches eine Pumpendrehzahl von0 darstellt. Wenn das Motordrehmoment steigt, steigt das Pumpendrehzahlsignal 74,welches von der Nachschautabelle 72 ausgegeben wird. Wenn dasprozentuale Motordrehmomentsignal 70 80% Motordrehmomenterreicht, erreicht das Pumpendrehzahlsignal 74 seinen maximalenWert entsprechend einer maximalen Pumpendrehzahl. Die Beziehungzwischen dem prozentualen Motordrehmomentsignal 70 unddem Pumpendrehzahlsignal 74 kann linear sein oder kanneine nicht lineare Kurve sein, und zwar basierend auf den Schmierungsanforderungendes Motors. Fürprozentuale Drehmomentwerte über80% bleibt das Pumpendrehzahlsignal 74 konstant bei einerPumpendrehzahl von 100%.
    [0037] Diein 4 gezeigte Steuerarchitektur 106 steuertauch die Drehzahl der Ölpumpebasierend auf der Motordrehzahl. Ein Motordrehzahlsignal 76 wirdvon einem Sensor fürdie Motorumdrehungen pro Minute aufgenommen. Das Motordrehzahlsignal 76 wirdin eine Nachschautabelle 108 ausgegeben, die einen erwünschten Öldruck 78 basierendauf dem eingegebenen Motordrehzahlsignal 76 ausgibt. Der erwünschte Öldruck 78 steigtwenn die Motordrehzahl 76 ansteigt. Der erwünschte Öldruck 78 wirdin einem positiven Eingang der Additionsvorrichtung 80 eingegeben.Ein abgefühltes Öldrucksignal 82,welches von einem Öldrucksensoraufgenommen wird, wird zu einem negativen Eingang der Additionsvorrichtung 80 geliefert.Die Additionsvorrichtung gibt ein Fehlersignal 84 aus.Das Fehlersignal 84 wird zu dem Proportional-Integral-Steuerblock(PI-Steuerblock) 104 geliefert. Ein typischer PI-Steuerblock wirdim Detail spätermit Bezug auf 6 beschrieben.Der PI-Steuerblock 104 integriert das Fehlersignal 84,so daß derVerlauf des Fehlersignals 84 berücksichtigt wird, wenn man dieDrehzahl der Ölpumpesteuert. Dies hilft dabei, daß dieRückkoppelungssteuerschleifedie erwünschte Ölpumpendrehzahlerreicht. Der PI-Steuerblock 104 gibt ein Pumpendrehzahlsignal 86 aus,welches in einen positiven Eingang der Additionsvorrichtung 88 eingegebenwird. Die Additionsvorrichtung 88 addiert das Pumpendrehzahlsignal 74 mitdem Pumpendrehzahlsignal 86. Die Ausgangsgröße der Additionsvorrichtung 88 stelltdas Pumpendrehzahlsignal dar, welches zu der Motortreiberschaltung 44 geliefertwird.
    [0038] Wenndas Motordrehmoment beträchtlich ansteigt,wird der Motoröldruckaufgrund des gesteigerten Pumpendrehzahlsignals 74 steigen.Dies kann bewirken, daß dasFehlersignal 84 füreine relativ lange Zeitperiode negativ wird, und es kann sich eingroßesnegatives Pumpendrehzahlsignal 86 auf den Ausgang des PI-Steuerblockes 104 aufgrundder Integration des Fehlersignals 84 aufbauen. Dieses Problemkann korrigiert werden, in dem man ein Anti-Kommulations-Merkmal(Anti-Windup-Merkmal) in dem PI-Steuerblock 104 vorsieht.Das Anti-Kommulations-Merkmal begrenzt die Ausgangsgröße des Integratorsin dem PI-Steuerblock 104.
    [0039] EinzusätzlicherSteueralgorithmus 102 kann vorgesehen werden, um einenSchaden an der Pumpe zu verhindern, in dem er sicherstellt, daß die Ölpumpendrehzahlnicht die Nenn-Kapazitätder Pumpe überschreitet.Der Steueralgorithmus 102 wirkt dahingehend, daß er diePumpe immer dann verlangsamt, wenn der eingegebene Strom in diePumpe den maximalen Nenn-Strom der Pumpe überschreitet. Ein abgefühltes Ölpumpenstromsignal 90 wird voneinem Ölpumpenstromsensoraufgenommen, der den Strom abfühlt,der von dem Elektromotor der Ölpumpegezogen wird. Das abgefühlte Ölpumpenstromsignal 90 wirdzu einem negativen Eingang der Additionsvorrichtung 92 geliefert.Ein maximaler Ölpumpenstromwert 94 wirdzu einer Additionsvorrichtung 92 mit positivem Eingangeingegeben. Der maximale Ölpumpenstromwert 94 istein konstanter Wert, der den maximalen Nenn-Eingangsstrom für den Elektromotor der Ölpumpe darstellt.Die Additionsvorrichtung 92 subtrahiert das abgefühlte Ölpumpenstromsignal 90 vondem maximalen Ölpumpenstromwert 94.Die Additionsvorrichtung 92 gibt ein Fehlersignal 100 anden Sättigungsblock 96 aus.Der Sättigungsblock 96 gibteinen Wert von Null aus, wenn er ein positives Signal aufnimmt.Wenn der Sättigungsblock 96 einnegatives Signal aufnimmt, leitet er das negative Signal zu seinemAusgang durch. Wenn das Ölpumpenstromsignal 90 geringerals der maximale Ölpumpenstromwert 94 ist,ist das Fehlersignal 100 positiv, und der Ausgang aus demSättigungsblockist Null. Wenn das abgefühlte Ölpumpenstromsignal 90 größer alsder maximale Ölpumpenstromwert 94 ist,ist das Fehlersignal 100 negativ, und der Ausgang des Sättigungsblockes 96 istgleich dem Fehlersignal 100. Der Ausgang des Sättigungsblockes 96 wirdzum Verstärker 98 geliefert,der eine skalare Verstärkung(Gain) P hat. Der Ausgang des Verstärkers 98 wird dannin einen negativen Eingang der Additionsvorrichtung 88 eingegeben.Wenn somit das Ölpumpenstromsignal 90 dasmaximale Ölpumpenstromsignal 94 überschreitet,wirkt der Steueralgorithmus 102 dahingehend, daß er diePumpendrehzahl der Ölpumpeverringert, bis die Drehzahl unter dem Nenn-Strom des Pumpenmotorsist.
    [0040] 5 bildet ein Zustandsdiagramm 120 ab, welchesBeispiele von verschiedenen Betriebszuständen des Motorbetriebs für einenMotor in einem Lastwagen darstellt. Der Steueralgorithmus zur Steuerungder Ölpumpekann basierend auf dem Betriebszustand des Motors verändert werden.Der Motor arbeitet anfänglichin einem Aus-Zustand 124. Der Mikroprozessor bestimmt,daß derMotor im Aus-Zustand 124 ist, wenn der Zündschlüssel desLastwagens in der Aus-Position ist. Ein Bediener kann den Motorstarten, in dem er den Schlüsselin die Fahr-Position dreht und dann einen "Start-Druckknopf" herunterdrückt. Dies startet einen Vorschmier-Betriebszustand 128.Der Vorschmier-Betriebszustand 128 ist ein Betriebszustand,wo die Ölpumpebetrieben wird, um eine Schmierung für den Motor vorzusehen, bevorder Motor gestartet wird. Wenn der Bediener den Schlüssel aufAus dreht, wenn der Motor in dem Vorschmier-Betriebszustand ist,kehrt der Motor in den Aus-Betriebszustand 124 zurück. DerVorschmier-Betriebszustand 128 kann für 20 Sekundenandauern, und dann kann der Motor automatisch in einen Anlaufbetriebszustand 130 gehen.
    [0041] Wenndie Motordrehzahl einen bestimmten Wert überschreitet, wie beispielsweise550 U/min wird bestimmt, daß derMotor aus dem Anlaufbetriebszustand 130 ausgetreten istund in einen Lauf-Betriebszustand bzw. Fahr-Betriebszustand 132 eingetretenist. Wenn der Motor im Lauf-Betriebszustand 132 ist, ister entweder in einem Lauf-Betriebszustand 134 für kaltes Öl oder ineinem Lauf-Betriebszustand 136 für warmes Öl. In gewissen Ausführungsbeispielen,wenn die abgefühlte Öltemperatur über 40°C ist, istder Motor in dem Lauf-Betriebszustand 136 für heißes Öl. Wenndie abgefühlte Öltemperaturunter 40°Cist, ist der Motor in einem Lauf-Betriebszustand 134 für kaltes Öl. Wennder Motor in einem Lauf-Betriebszustand 132 ist,und der Bediener den Schlüsselschalterauf Aus dreht, tritt der Motor in einen Nachschmier-Betriebszustand 138 ein.Der Nachschmier-Betriebszustand 138 ist ein Betriebszustand,wo die Ölpumpebetrieben wird, um eine Schmierung des Motors vorzusehen, nach demder Motor abgeschaltet worden ist. Nach dem der Motor in dem Nachschmier-Betriebszustand für eine vorbestimmteZeitperiode ist, kehrt der Motor in den Aus-Betriebszustand 124 zurück. Im Aus-Betriebszustand 124 wirddie Ölpumpeabgeschaltet.
    [0042] DiePumpensteuervorrichtung kann unterschiedliche Algorithmen verwenden,um die Pumpe in unterschiedlichen Motorbetriebszuständen zu steuern. 6 bildet ein Blockdiagrammab, welches eine Rückkoppelungssteuerschleifeveranschaulicht, um die Ölpumpewährenddes Vorschmier-Betriebszustandeszu steuern. Wenn der Motor in dem Vorschmier-Betriebszustand ist, steuert der Mikroprozessor 22 die Ölpumpe,in dem er einen festgelegten Strom zu dem Elektromotor der Ölpumpe aufrechterhält.
    [0043] DieRückkoppelungssteuerschleife 150 ist eineProportional-Integral-Steuerschleife(PI-Steuerschleife). Isensor ist ein abgefühltes Stromsignal,welches von dem Stromsensor 32 der elektrischen Ölpumpe aufgenommenwird, und stellt den Strom dar, der in den Elektromotor der Ölpumpe eingegeben wird.Isensor wird zu einem negativen Eingangder Additionsvorrichtung 152 eingegeben. Iref istein konstanter Referenzstrompegel. Iref kannexperimentell bestimmt werden durch Bestimmung der optimalen Schmierungsmengefür denMotor währendder Vorschmierung.
    [0044] DieAdditionsvorrichtung 152 gibt ein Fehlersignal 154 aus,welches die Differenz zwischen Iref undIsensor ist. Das Fehlersignal 154 wirdmit einer skalaren Verstärkung(Gain) P multipliziert und zu der Additionsvorrichtung 160 geliefert.Das Fehlersignal 154 wird auch zum integrierenden Block 158 geliefert unddann mit einer skalaren Verstärkungbzw. Gain G skaliert und in die Additionsvorrichtung 160 eingegeben.Die Additionsvorrichtung 160 addiert die zwei Eingangsgrößen undgibt ein Pumpendrehzahlsteuersignal 162 aus. Die Rückkoppelungssteuerschleife 150 steuertdadurch die Drehzahl des Ölpumpenmotors,um einen konstanten Eingangsstrom gleich Iref aufrechtzu erhalten.
    [0045] Wennder Motor im Anlaufbetriebszustand 130 ist, wird die Ölpumpe abgeschaltet.Wenn der Motor in einem Lauf-Betriebszustand 136 mit warmem Öl ist, wirddie Ölpumpemit Bezug auf das Motordrehmoment und/oder auf die Motordrehzahlgesteuert, wie in den 3 oder 4 gezeigt, wie zuvor beschrieben.Wenn der Motor in dem Lauf-Betriebszustand 134 für kaltes Öl ist, wirddie Ölpumpedurch das gleiche Verfahren wie während des Vorschmier-Betriebszustandesgesteuert; d.h. die Pumpensteuervorrichtung hält einen konstanten ÖlpumpenstromIref aufrecht. Wenn das Öl kalt ist, ist es viskoserund erfordert mehr Pumpleistung um das Öl zu pumpen. Durch Steuerungder Drehzahl der Pumpe, um einen konstanten Ölpumpenstrom Iref aufrechtzu erhalten, stellt die Steuervorrichtung sicher, daß eine ausreichendeSchmierung fürden Motor vorgesehen wird, wenn das Öl kalt und viskos ist.
    [0046] Wennder Motor in dem Nachschmier-Betriebszustand 138 ist, istder Motor ausgeschaltet, und das Pumpensteuersystem betreibt weitertemporärdie Ölpumpe,um den Motor abzukühlenund insbesondere um die Turboladerlager abzukühlen. Während dieses Betriebszustandesfühlt diePumpensteuervorrichtung (beispielsweise der Mikroprozessor 22)die Öltemperaturund steuert die Ölpumpengeschwindigkeitbasierend auf der abgefühlten Öltemperatur.Wenn die Öltemperaturgrößer oder gleich50°C ist,wird die Ölpumpeso gesteuert, daß sieeine konstante Pumpendrehzahl von 3.000 U/min hält. Wenn die Öltemperaturunter 50°Cfällt,wird die Ölpumpendrehzahllinear basierend auf der Temperatur gesteuert. Somit wird die Ölpumpendrehzahllinear abnehmen, wenn die Öltemperaturabfällt,bis die Öltemperatur20°C erreicht,wobei an diesem Punkt die Ölpumpendrehzahlauf 500 U/min gehalten wird. Nach 30 Sekunden des Nachschmier-Betriebes wirddie Ölpumpeabgeschaltet.
    [0047] Dasoffenbarte Pumpensteuersystem kann auch in einem Schmiersystem verwendetwerden, welches eine Kombination einer mechanischen Ölpumpe undeiner elektrischen Ölpumpeverwendet, die parallel angeschlossen sind – d.h. die Pumpenausläße sindmit einem gemeinsamen Durchlaß verbunden.Die mechanische Pumpe ist mit dem Motor über Riemen oder Zahnräder verbunden,und somit ist die Drehzahl der mechanischen Pumpe proportio nal zurDrehzahl des Motors. Die elektrische Pumpe wird durch die Pumpensteuervorrichtungder vorliegenden Erfindung gesteuert. Die in den Nachschautabellender verschiedenen Steuerausführungsbeispieleverwendeten Werte könnendie Anwesenheit der mechanischen Pumpe berücksichtigen, so daß die elektrischePumpe eine Ölmengeliefert, die ausreicht, um den Motor zu schmieren, ohne Pumpenenergiezu verschwenden.
    [0048] AndereAusführungsbeispieleder Erfindung werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibungund aus einer praktischen Ausführung derhier offenbarten Erfindung offensichtlich. Es ist beabsichtigt,daß dieBeschreibung und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden,wobei ein wahrer Umfang der Erfindung durch die folgenden Ansprüche gezeigtwird.
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] Verfahren zur Steuerung der Lieferung eines Strömungsmittelszu einem Motor, welches folgendes aufweist: Aufnahme einesBrennstoffflußratensignals;und Steuerung der Drehzahl einer elektrischen Pumpe (48),die angeordnet ist, um Strömungsmittelzum Motor zu liefern, und zwar basierend auf dem Brennstoffflußratensignal.
    [2] Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendesaufweist: Bestimmung eines Motordrehmomentes basierend aufdem Brennstoffflußratensignal,wobei die Steuerung der Drehzahl der elektrischen Pumpe auf dem Motordrehmomentbasiert.
    [3] Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Bestimmung desMotordrehmomentes auf dem Brennstoffflußratensignal und auf dem Motordrehzahlsignalbasiert.
    [4] Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Strömungsmittelein Schmierströmungsmittelist.
    [5] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerung derDrehzahl der elektrischen Pumpe (48) weiter auf einer abgefühlten Motordrehzahlbasiert.
    [6] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerung derDrehzahl der elektrischen Pumpe (48) weiter auf einer abgefühlten Öltemperaturbasiert.
    [7] Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Steuerung derDrehzahl der elektrischen Pumpe (48) weiter auf einem Bedieneranforderungssignalbasiert.
    [8] Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendesaufweist: Abfühlendes Öldrucks; Bestimmungeines erwünschten Öldrucksbasierend auf dem Brennstoffflußratensignal;und Vergleich des abgefühlten Öldruckesmit dem erwünschten Öldruck,wobei die Steuerung der Drehzahl der elektrischen Pumpe (48)auf dem Vergleich basiert.
    [9] Verfahren nach Anspruch 1, welches weiter folgendesaufweist: Berechnung der ausgegebenen Motorleistung basierendauf dem Brennstoffflußratensignal,wobei die Steuerung der Drehzahl der elektrischen Pumpe (48) dieSteuerung der Drehzahl der elektrischen Pumpe basierend auf derausgegebenen Motorleistung aufweist.
    [10] Elektrisches Pumpensteuersystem zur Steuerung derLieferung eines Strömungsmittelszu einem Motor, welches folgendes aufweist: eine Pumpe (48),die angeordnet ist, um Strömungsmittelzu einem Motor zu pumpen; einen Elektromotor (46),der angeordnet ist, um die Pumpe (48) anzutreiben; und eineSteuervorrichtung (22), die betriebsmäßig mit dem Elektromotor (46)gekoppelt ist, wobei die Steuervorrichtung die Drehzahl des Elektromotorsbasierend auf dem Brennstoffflußratensignalsteuert.
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    同族专利:
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    US7055486B2|2006-06-06|
    引用文献:
    公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题
    法律状态:
    2010-11-18| 8139| Disposal/non-payment of the annual fee|
    优先权:
    申请号 | 申请日 | 专利标题
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