DE10001829A1

DE10001829A1 - Bedarfsgesteuertes Regelungsverfahren von Kraftstoffförderpumpen bei Mehrpumpensystemen

Info

Publication number: DE10001829A1
Application number: DE2000101829
Authority: DE
Inventors: Klaus Joos; Jens Wolber; Thomas Frenz; Hansjoerg Bochum; Markus Amler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-01-18
Filing date: 2000-01-18
Publication date: 2001-07-19

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Regelung der Kraftstofförderung in einem Kraftstoffördersystem (1) mit mehreren Kraftstofförderaggregaten (3, 4), wobei das Kraftstoffördersystem (1) über ein Steuergerät (8) geregelt wird, über welches ein Taktmodul (10) und ein Relais (11) angesteuert werden. Im Steuergerät (8) wird der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine mittels eines Drucksensors im Kraftstoffsystem oder aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Einspritzzeit, Motordrehzahl und Kraftstoffdruck, ermittelt. In Abhängigkeit von Über-/bzw. Unterschreiten von Schwellwerten (23, 27) wird einem Hauptkraftstofförderaggregat (3) ein zusätzliches Kraftstofförderaggregat (4) unter Berücksichtigung von dessen Einschalt-/bzw. Ausschaltcharakteristik (19, 21) zugeschaltet oder abgeschaltet.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine Strategie zur Regelung von Elektro kraftstoffpumpen bei einem Mehrpumpensystem zur Kraftstoffversorgung von Brennkraftmaschinen. Bei großen Motoren reicht oft eine Elektrokraftstoffumpe zur Deckung des gesamten Kraftstoffbedarfes bei Vollast nicht aus, so daß zur Deckung des Kraftstoffbedarfes in diesem Betriebszustand bei großen Brennkraftmaschinen Mehrpumpensysteme eingesetzt werden.

Stand der Technik

DE 35 20 660 A1 bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum sicheren Betrieb einer Brennkraftmaschine. Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zum sicheren Betrieb einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Dieselmotors, werden zwei Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt. Diese führen aus einem Vorratstank der Kraftstoffdosiereinrichtung in Gestalt einer Einspritzpumpe Kraftstoff zu, wobei die Kraftstoffzufuhr über die Steuereinrichtung, unter Beobachtung äußerer Brennkraftmaschinenparameter gesteuert wird. Entweder fördern beide Elektrokraftstoffpumpen oder im Normalbetrieb lediglich eine durch Zufallsauswahl bestimmte Elektrokraftstoffpumpe. Bei einer Fehler situation fördern wieder beide Elektrokraftstoffpumpen, wobei bei Erkennung einer Notsituation beide Elektrokraftstoffpumpen auf Absaugen des Kraftstoffes durch Umpolen geschaltet werden können.

Es ist ferner ein Kraftstoffördersystem bekannt, insbesondere für Kraftfahrzeuge, bei dem zwei hydraulisch parallel geschaltete Elektrokraftstoffpumpen vorge sehen sind. Beide Elektrokraftstoffumpen sind in ihrer jeweiligen Leistung deutlich unterschiedlich und können beide parallel mit Bordnetzspannung betrieben werden. Durch geeignete Auswahl und Kombination der Elektrokraftstoffpumpen lassen sich Kennlinien-Fördermengen V* in Abhängig keit von der zur Verfügung stehenden Spannung U_B realisieren, wodurch sich eine optimale Kraftstoffversorgung, sowohl unter Kaltstartbedingungen, als auch bei Nennbetrieb gewährleisten läßt.

Mit dieser Lösung läßt sich einerseits eine angepaßte Kraftstoffversorgung sicherstellen, andererseits geht damit eine erhebliche Belastung des Bordnetzes einher.

Darstellung der Erfindung

Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen bedarfsgerechten Ansteuerung von Kraftstofförderaggregaten eines Mehrpumpeneinspritzsystemes, lassen sich Benzineinspritzsysteme für z. B. 8 Zylinderbrennkraftmaschinen mit Aufladung sowie für 12 Zylinderbrennkraftmaschinen realisieren. Die Integration eines zusätzlichen Kraftstofförderaggregates in das Einspritzsystem, trägt künftigen Motorenentwicklungen Rechnung, die höhere Fördermengen fordern und evtl. mit höherem oder variablem Kraftstoffdruck verglichen mit heutigen Konzepten betrieben werden. Im Teillastbereich erfolgt die Deckung des gesamten Kraftstoffbedarfes durch die Hauptelektrokraftstoffpumpe. Übersteigt der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine einen Schwellwert, so wird über das Steuergerät entweder über ein Relais oder über ein Taktmodul, ein zusätzliches Kraftstofförderaggregat angesteuert. Dies belastet die Bordnetzspannung erst dann, wenn sie zugeschaltet wird und zur Bedarfsdeckung des Kraftstoffbedarfes der Brennkraftmaschine unbedingt erforderlich ist. In den Lastbereichen, in denen dieser Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschinen durch die Hauptelektrokraftstoffpumpe gedeckt wird, ist das Bordnetz des Fahrzeuges lediglich durch diese Hauptelektrokraftstoffpumpe belastet. Durch das Zuschalten eines weiteren Verbrauchers in Gestalt der zusätzlichen Elektrokraftstoffpumpe ausgelöste Spannungseinbrüche lassen sich mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren vermeiden.

Die Berücksichtigung der Ein- und Ausschaltcharakterisitk der Zusatz- Elektrokraftstoffpumpe vermeidet beim Zuschalten oder Abschalten auftretende Druckschwankungen auf der Hochdruckseite des Kraftstoffversorgungssystems, wodurch sich eine hohe Druckgenauigkeit erreichen läßt. Die Beibehaltung eines weitgehend konstanten Druckniveaus auf der Hochdruckseite eines Kraftstoffversorgungssystems gestattet es, die Kraftstoffeinspritzmenge genauestens dosiert zu halten.

Durch die Anordnung eines Drucksensors in der Kraftstoffversorgungsleitung zur Brennkraftmaschine kann der dort herrschende Kraftstoffdruck laufend überwacht werden. Durch den der Kraftstoffversorgungsleitung zugeordneten Drucksensor, läßt sich ein Druckabfall - beispielsweise der Ausfall eines der Kraftstofförder aggregate bei Vollast - unmittelbar erkennen, so daß über das Steuergerät Notlaufroutinen aktiviert werden können, die eine Drehzahl- oder Lastbegrenzung an der Brennkraftmaschine auslösen. Durch das rechtzeitige Erkennen eines Ausfalles eines der Kraftstofförderaggregate lassen sich Verbrennungsaussetzer vermeiden; die Gewährleistung der Verbrennung durch Drehzahl bzw. Last begrenzung der Brennkraftmaschine, abgestimmt auf die Förderkapazität des Hauptkraftstofförderaggregates, verhindert ferner die Beschädigung des Kata lysators durch Verpuffung unverbrannten Luft/Kraftstoffgemisches.

Mittels des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, läßt sich neben einer bedarfsgeregelten Ansteuerung von Kraftstofförderaggregaten mit mehreren Elektrokraftstoffpumpen, auch ein Kraftstoffversorgungssystem als Vorförder system für die Benzin-Direkteinspritzung mit Vordrücken oberhalb von 6 bar realisieren.

Zeichnung

Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 ein Kraftstoffversorgungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung in schematischer Darstellung,

Fig. 2 Kraftstoffbedarf einer Brennkraftmaschine bzw. Förderleistungscharakteristik von Haupt- und Zusatz- Elektrokraftstoffpumpe gemeinsam aufgetragen z. B. über verschiedene Motorbetriebszuständen von Schub bis Vollast

Fig. 3 die Förderleistungscharakteristik des Hauptkraftstofförderaggre gates,

Fig. 4 die Fördercharakteristik eines zusätzlichen Kraftstofförderaggre gates und

Fig. 5 ein Ablaufdiagramm zur Ansteuerung zweier Elektrokraft stoffpumpen durch ein Steuergerät.

Ausführungsvarianten

In Fig. 1 ist in schematischer Darstellung ein Kraftstoffversorgungssystem wiedergegeben.

Das Kraftstoffversorgungssystem 1 umfaßt einen Vorratstank 2 für Kraftstoff, aus dem ein Hauptkraftstofförderaggregat 3 sowie ein zusätzliches Kraft stofförderaggregat 4 Kraftstoff fördern. Mit ihren jeweiligen saugseitigen Enden 3.1 bzw. 4.1 tauchen die beiden Kraftstofförderaggregate 3, 4 in dem im Vorratstank enthaltenen Kraftstoffvorrat ein, saugen diesen an, und fördern den angesaugten Kraftstoff auf ihre jeweilige Druckseite 3.2 bzw. 4.2 in eine Versorgungsleitung 6 zur Brennkraftmaschine. Die Versorgungsleitung 6 zur Brennkraftmaschine ist mit einem Abzweig 5 versehen, der zu einer im Vorratstank 2 untergebrachten Saugstrahlpumpe führt, mit welcher der bzw. die Dralltöpfe der Elektrokraftstoffpumpen während des Betriebs aktiv befüllt werden. In der Darstellung nach Fig. 1 ist dem Hauptkraftstofförderaggregat 3 und dem Zusatzkraftstofförderaggregat 4 ein gemeinsamer Dralltopf zugeordnet; es könnte aber auch jedem der Kraftstofförderaggregate 3, 4 ein eigener separater Dralltopf zugeordnet sein.

In der Versorgungsleitung 6 zur Brennkraftmaschine auf der Hochdruckseite 13 des Kraftstoffversorgungssystemes 1 ist ein Filterelement 7 enthalten, welches Verunreinigungen aus dem Kraftstoff herausfiltert. In Strömungsrichtung des Kraftstoffes gesehen dahinterliegend, befindet sich ein Drucksensor 9, über den der Kraftstoffdruck kontinuierlich abgefragt wird, und an ein Steuergerät 8 übermittelt wird.

Über das Steuergerät 8 erfolgt via Taktmodul 10 die Ansteuerung des Hauptkraftstofförderaggregates 3, während das zusätzliche Kraftstofförder aggregat 4 über ein ebenfalls mit dem Steuergerät 8 verbundenes Relais angesteuert wird. Neben der Ansteuerung des zusätzlichen Kraftstofförderaggregates 4 durch das Relais 11 können beide Kraftstofförder aggregate 3, 4, auch über ein gemeinsames Taktmodul 10 oder über zwei separate Taktmodule angesteuert werden.

Grob vereinfacht, läßt sich das Kraftstoffversorgungssystem 1 in einem unterhalb der gestrichelten, entlang der druckseitigen Enden 3.2 bzw. 4.2 der beiden Kraftstofförderaggregate 3, 4 liegenden Niederdruckteil, sowie einen gegen überliegenden erstreckenden Hochdruckteil 13 unterteilen.

In Fig. 2 ist der Kraftstoffbedarf einer Brennkraftmaschine bzw. Förderleistungscharakteristik von Haupt- und Zusatz-Elektrokraftstoffpumpe gemeinsam aufgetragen z. B. über verschiedene Motorbetriebszuständen von Schub bis Vollast, wiedergegeben.

Im Kennlinienverlauf 16 gemäß Fig. 2 spiegelt sich aus den Kennlinienverläufen gemäß 16.1 in Fig. 3 und dem Kennlinienverlauf von 16.2 gemäß Fig. 4 die Überlagerung der beiden Kennlinien wider.

Die Kennlinie 16.1 gemäß Fig. 3 stellt den Verlauf der Förderleistung des Haupt kraftstoffaggregates dar. Mit Bezugszeichen 19 ist der Einfluß der Hoch laufcharakteristik des zusätzlichen Kraftstofförderaggregates 4 kenntlich gemacht, der ab einer ersten Zuschaltschwelle 18 einsetzt. Ist die Zuschaltschwelle 18 - beispielsweise am Steuergerät 8 gemäß Fig. 1 auf 90 Liter pro Stunde bei p_sys,max voreingestellt - erreicht, wird über das Steueraggregat 8 via Relais 11 das zusätzliche Kraftstofförderaggregat 4 mit einem Kennlinienverlauf 16.2 gemäß Fig. 4 zugeschaltet. Die in Fig. 4 im Kennlinienverlauf 16.2 sich widerspiegelnde Einschaltcharakteristik 21 des zusätzlichen Kraftstofförderaggregates 4 entspricht exakt dem Einfluß 19 der Hochlaufcharakteristik gemäß des Kennlinienverlaufes 16.1.

Aus dem in Fig. 5 dargestellten Ablaufdiagramm geht die erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahrensweise hervor.

Zu Beginn der Kraftstoffbedarfsermittlungsroutine 22 gemäß Fig. 5 wird innerhalb einer ersten Vergleichsoperation 23 geprüft, ob der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine noch unterhalb einer ersten Schwelle 18, der Zuschaltschwelle für die Zuschaltung eines zusätzlichen Kraft stofförderaggregates liegt oder nicht. Es wird festgestellt, ob die Brenn kraftmaschine sich im Teillastbereich befindet, so daß die Kraftstoffversorgung ausschließlich durch das Hauptkraftstofförderaggregat 3 bestritten werden kann. Das Hauptkraftstofförderaggregat 3 wird über das Taktmodul 10 gesteuert und hat beispielsweise eine maximale Fördermenge von 120 Litern pro Stunde bei maximalem Systemdruck P_sys,max im Kraftstoffversorgungssystem 1 gemäß Fig. 1. Bei einer solchen Konfiguration liegt der Zuschaltschwellwert 18 beispielsweise bei einer Fördermenge von 90 Litern pro Stunde. Solange die Brennkraftmaschine im Teillastbereich betrieben wird, bleibt das zusätzliche Kratstofförderaggregat 4 abgeschaltet. Dieses wird erst bei Überschreitung der Zuschaltschwelle 18 zugeschaltet, wobei das Hochfahren des zusätzliche Kraftstofförderaggregates 4 über die Ansteuerung 24 des Zusatz kraftstofförderaggregates 4 und dessen Hochfahren gemäß der Charakteristik, die in der Kennlinie 16.2 gemäß Fig. 4 gezeigt ist, erfolgt. Im gleichen Maße, wie bei Überschreiten des Zuschaltschwellwertes 18 das zusätzliche Kraft stofförderaggregat 4 hochfährt, erfolgt die Regelung 25 des Haupt kraftstofförderaggregates 3 gemäß dessen Kennlinie 16.1 in Fig. 3.

Die Herunterregelung der geförderten Kraftstoffmenge gemäß des Kennlinienverlaufes 16.1 erfolgt durch parallele Ansteuerung der beiden Kraftstofförderaggregate 3 oder 4 via Steuergerät 8. Gemäß des Kennlinienverlaufes 16.1 wird der Einfluß 19 der Einschaltcharakteristik durch die dargestellte Ausbuchtung im Verlauf der Kennlinie 16.1 markiert. Anstelle der in Fig. 2 dargestellten Ausbuchtung kann auch eine rampenförmig gestufte Hochschalt- bzw. Abschaltcharakteristik am betreffenden zusätzlichen Kraftstofförderaggregat vorliegen. Die durch den Sprung markierte Fördermengenreduzierung durch das Hauptkraftstofförderaggregat wird durch das parallele Hochfahren des zusätzlichen Kraftstoffördermengenaggregates 4 kompensiert.

Mit Bezugszeichen 26 ist die normale Bedarfsregelung des Kraft stofförderaggregates 3 bezeichnet, welche über das Steuergerät via Taktmodul 10 erfolgt. Beide Kraftstofförderaggregate 3 bzw. 4 lassen sich von dem Steuergerät 8 auch gemeinsam ansteuern.

In der sich anschließenden Vergleichsroutine 27 wird verglichen, ob der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine unterhalb eines bestimmten Ab schaltschwellwertes gesunken ist, ab dem das Abschälten des zusätzlichen Kraftstofförderaggregates 4 erfolgen kann. Solange der Kraftstoffbedarf nicht unterhalb des Abschaltschwellwertes gemäß der Vergleichsroutine 27 abgesunken ist, werden beide Kraftstofförderaggregate 3 bzw. 4 parallel betrieben. Sobald der Kraftstoffbedarf der Verbrennungskraftmaschine jedoch unter den Ab schaltschwellwert gemäß der Vergleichsroutine 27 abgesunken ist, beispielsweise auf einen Wert auf eine Fördermenge von 70 Litern pro Stunde, erfolgt eine Abschaltung des zusätzlichen Kraftstofförderaggregates 4 und dessen Herunterfahren gemäß der Kennlinie 16.2 aus Fig. 4.

Dementsprechend erfolgt parallel ein Hochregeln des Hauptkraft stofförderaggregates 3 unter Berücksichtigung der Ausschaltcharakteristik des zusätzlichen Kraftstofförderaggregates 4 gemäß Bezugszeichen 29 im Ablaufdiagramm 22 und die Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine erfolgt ausschließlich über das Hauptkraftstofförderaggregat 3 durch dessen Ansteuerung gemäß Bezugszeichen 30.

Daran schließt sich eine Rückverzweigung 31 im Ablaufdiagramm 22 zur ersten Vergleichsoperation 23 an; es wird kontinuierlich der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine abgefragt, so daß bedarfsgeregelt das Zuschalten eines weiteren Kraftstofförderaggregates 4 erfolgen kann.

Mittels des der Versorgungsleitung 12 der Brennkraftmaschine zugeordneten Drucksensors 9, kann ein Ausfall eines der Kraftstoffaggregate 3 bzw. 4 in Gestalt von Elektrokraftstoffpumpen rechtzeitig erkannt werden, so daß über das Steuergerät 8 Notlaufroutinen in Gestalt einer Drehzahl- und Lastmomentbegrenzung aktiviert werden können und Komponenten, wie beispielsweise der Katalysator vor Verbrennungsaussetzern wirksam geschützt ist.

Ein solcherart ausgelegtes und betreibbares Kraftstoffversorungssystem 1, hat genügend Kapazitätsreserven, um große Verbrennungskraftmaschinen z. B. mit 8 Zylindern mit Aufladung oder gar mit 12 Zylindern, die hohe Fördermengen bei Vollast erfordern, mit Kraftstoff zu versorgen, und bietet genügend Reserven, um zukünftige Brennkraftmaschinengenerationen ebenfalls angemessen mit Kraftstoff versorgen zu können.

Daneben läßt sich das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren auch bei Vorfördersystemen bei Benzin-Direkteinspritzung mit Vordrücken von mehr als 6 bar sinnvoll einsetzen.

Bezugszeichenliste

1

Kraftstoffversorgungssystem

2

Vorratstank

3

Hauptkraftstofförderaggregat

3.1

Saugseite

3.2

Druckseite

4

Zusatzkraftstofförderaggregat

4.1

Saugseite

4.2

Druckseite

5

Abzweigsaugstrahlpumpe

6

Versorgungsleitung Druckseite

7

Filterelement

8

Steuergerät

9

Drucksensor

10

Taktmodul

11

Relais oder elektronischer Schalter

12

Versorgungsleitung zur Brennkraftmaschine

13

Hochdruckseite

14

Kraftstoffbedarf Brennkraftmaschine

15

Förderleistung Hauptkraftstofförderaggregat plus zusätzliches Kraftstofförderaggregat

16

Kennlinie gesamt

16.1

Kennlinie Hauptkraftstofförderaggregat

16.2

Kennlinie zusätzliches Kraftstofförderaggregat

17

Förderleistung Hauptkraftstofförderaggregat

18

Zuschaltschwelle für zusätzliches Kraftstofförderaggregat

19

Einfluß Einschaltcharakteristik

20

Förderleistung zusätzliches Kraftstofförderaggregat

21

Einschaltcharakteristik zusätzliche Kraftstofförderaggregat

22

Ablaufdiagramm

23

Vergleich Zuschaltschwelle

24

Ansteuerung Zusatzkraftstofförderaggregat

25

Regelungsroutine Hauptkraftstofförderaggregat unter Berücksichtigung Einschaltcharakteristik Zusatz-Elektrokraftstoffpumpe

26

Bedarfsregelung Hauptkraftstofförderaggregat

27

Vergleichsroutine Abschaltschwelle

28

Abschalten zusätzliches Kraftstofförderaggregat

29

Regelroutine Hauptkraftstofförderaggregat unter Berücksichtigung Ausschaltcharakteristik Zusatz-Elektrokraftstoffpumpe

30

Bedarfsregelung Hauptkraftstofförderaggregat

31

Verzweigung

32

Knoten

Claims

1. Verfahren zur Regelung der Kraftstofförderung in einem Kraftstoffversorgungssystem (1) mit Kraftstofförderaggregaten (3, 4), wobei das Kraftstoffversorgungssystem (1) über ein Steuergerät (8) geregelt wird, über welches ein Taktmodul (10) und ein Relais oder elektronischer Schalter (11) angesteuert werden und über welches der Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine mittels eines Kraftstoffdrucksensors (9) oder aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von Über/bzw. Unterschreiten von Schwellwerten (23, 27) einem Hauptkraftstofförderaggregat (3) ein zusätzliches Kraftstofförderaggregat (4), unter Berücksichtigung seiner Ein- bzw. Ausschaltcharakteristik (21), zugeschaltet wird.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Überschreiten eines ersten Schwellwertes (18) das Zusatzkraftstofförder aggregat (4) zugeschaltet wird.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Schwellwert (18) zwischen 50% und 100% der maximalen Kraftstoff- Fördermenge des Hauptkraftstofförderaggregates (3) liegt.

4. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß abhängig vom Unterschreiten eines zweiten Schwellwertes das Zusatz kraftstofförderaggregat (4) abgeschaltet wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwellwert einen Bruchteil des ersten Schwellwertes beträgt.

6. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt- Kraftstofförderaggregat (3) vom Steuergerät (8) über ein Taktmodul (10) angesteuert wird.

7. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zusatzkraftstofförderaggregat (4) über ein Relais (11) oder elektronischen Schalter angesteuert wird.

8. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt- und das Zusatzkraftstofförderaggregat (3, 4) über das Taktmodul (10) vom Steuergerät (8) gemeinsam angesteuert werden.

9. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Haupt- und das Zusatzkraftstofförderaggregat (3, 4) über je ein eigenes Taktmodul (10) vom Steuergerät (8) angesteuert werden.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit des vom Drucksensor (9) ermittelten Signales im Steuergerät (8) Notlauffunktionen, wie Last- und Drehzahlgrenzen, sowie die Einspritzmengenbegrenzung aktiviert werden.