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Die
Erfindung geht aus von einem Kraftstoffversorgungssystems mit einer
ersten und einer zweiten Elektrokraftstoffpumpe und einem Verfahren
zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems nach der Gattung
der unabhängigen
Ansprüche.
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Für die Benzineinspritzung
im Niederdruckbereich zwischen 2 bis 8 bar werden typischer Weise Kraftstoffversorgungssysteme
mit einer Kraftstoffpumpe eingesetzt. Es sind jedoch auch Systeme
bekannt, bei denen eine mechanisch über die Nockenwelle angetriebene
Hochdruckkraftstoffpumpe mit einer konventionellen elektrisch angetriebenen
Kraftstoffpumpe in Reihenschaltung eingesetzt werden.
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Aus
der
DE 32 47 915 A1 ist
bereits eine Kraftstoffförderanlage
für insbesondere
in Kraftfahrzeugen verwendete Brennkraftmaschinen bekannt, bei der
parallel zu einer mechanisch betriebenen Hauptförderpumpe eine Zusatzförderpumpe
geschaltet ist. Die Kraftstoffzumessung wird im Wesentlichen durch
die Fördermenge
der elektrisch steuerbaren Zusatzförderpumpe beeinflusst, wobei
die Fördermenge
der Zusatzförderpumpe
mittels eines Steuergeräts
in Abhängigkeit
von Parametern, die das Betriebsverhalten der Brennkraftmaschine
kennzeichnen, gesteuert wird.
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Vorteile
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Das
erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem
mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs
hat demgegenüber
den Vorteil, dass zwei Elektrokraftstoffpumpen eingesetzt werden
und in Abhängigkeit
vom Kraftstoffbedarf eine erste oder beide Elektro kraftstoffpumpe
betrieben werden und dass ein Umschalter vorgesehen ist, der bei
einem Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine, der unterhalb eines
Schwellenwerts liegt, die Ansteuerungsvorrichtung mit der ersten
Elektrokraftstoffpumpe verbindet und die zweite Elektrokraftstoffpumpe
stromlos schaltet, und bei einem Kraftstoffbedarf, der den Schwellenwert überschreitet,
die Ansteuerungsvorrichtung mit der zweiten Elektrokraftstoffpumpe
und die erste Elektrokraftstoffpumpe mit einer Stromversorgung verbindet.
Durch dieses Vorgehen wird in vorteilhafter Weise die Anordnung
einer weiteren Ansteuerungsvorrichtung für den Betrieb der zweiten Elektrokraftstoffpumpe
vermieden, und erlaubt es so, Aufwand und Kosten für eine weitere
Ansteuerungsvorrichtung und insbesondere die dann zusätzlich notwendigen
Leistungsbauelemente zu sparen. Außerdem ist es möglich, anstatt
eine aufwändige
Ansteuerungsvorrichtung für
jede Elektrokraftstoffpumpe vorzuhalten, einen im Vergleich zur
Ansteuerungsvorrichtung einfach aufgebauten Umschalter vorzusehen,
der eine einzige Ansteuerungsvorrichtung nach Bedarf auf eine jeweilige
Elektrokraftstoffpumpe schaltet.
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Durch
die in den Unteransprüchen
aufgeführten
Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im unabhängigen Anspruch
angegebenen Verfahrens möglich.
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Insbesondere
ist es von Vorteil
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform,
ist die Ansteuerungsvorrichtung als Teil eines Steuergeräts der Brennkraftmaschine
ausgebildet und erlaubt so einen kompakten Aufbau eines Kraftstoffversorgungssystems
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform des
Erfindungsgegenstands sieht vor, dass die erste und zweite Elektrokraftstoffpumpe
in einer Reihenschaltung angeordnet sind. Dies hat den besonderen Vorteil,
dass durch den erfindungsgemäßen Betrieb einer
solchen Anordnung der Kraftstoffdruck über einen größeren Bereich
variiert werden kann, als dies durch eine einzige Kraftstoffpumpe
möglich
wäre, ohne
dass eine zusätzliche
Ansteuerungsvorrichtung notwendig ist.
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Eine
weitere Modifikation des Erfindungsgegenstands sieht vor, dass die
erste und zweite Elektrokraftstoffpumpe in einer Parallelschaltung
angeordnet sind. Durch eine solche Anordnung lässt sich vorteilhaft die Kraftstofffördermenge über einen
größeren Bereich
einstellen, als dies durch eine einige Kraftstoffpumpe mögliche wäre, ohne
dass eine zusätzliche
Ansteuerungsvorrichtung notwendig ist.
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Vorteilhaft
ist es auch, die erste und/oder die zweite Kraftstoffpumpe als Tauchpumpe
auszubilden, so dass die Kraftstoffpumpen durch den sie umgebenden
Kraftstoff in vorteilhafter Weise gekühlt werden.
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Schließlich ist
es vorteilhaft ein Verfahren vorzusehen, in dem in Abhängigkeit
eines Kraftstoffbedarfs der Brennkraftmaschine nur die erste oder beide
Elektrokraftstoffpumpen betrieben werden,
und in dem entweder
nur die erste oder nur die zweite Elektrokraftstoffpumpe bedarfsabhängig durch
eine Ansteuerungsvorrichtung angesteuert wird.
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Zeichnungen
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Zeichnungen dargestellt sind.
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Es
zeigen:
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1 schematisch
ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems
mit in Reihe geschalteten Elektrokraftstoffpumpen;
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2 schematisch
ein Ausführungsbeispiel eines
erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems
mit parallel geschalteten Elektrokraftstoffpumpen;
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3 schematisch
die Verschaltung eines erfindungsgemäßen Umschalters.
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Beschreibung
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Für die Deckung
des Kraftstoffbedarfs einer Brennkraftmaschine ist es vorgesehen,
zwei Elektrokraftstoffpumpen einzusetzen, wobei in Abhängigkeit des
Kraftstoffbedarfs entweder eine oder zwei Elektrokraftstoffpumpen
betrieben werden. Die Erfindung geht nun von der Überlegung
aus, dass es für
eine bedarfsabhängige
Steuerung der Elektrokraftstoffpumpen ausreicht, immer nur eine
Kraftstoffpumpe bedarfsabhängig
anzusteuern.
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Demgemäß wird vorgeschlagen,
nur eine Ansteuerungsvorrichtung vorzusehen, die dann entsprechend
des abgefragten Kraftstoffbedarfs von der einen auf die andere Pumpe
umgeschaltet wird. Bei einem geringen Kraftstoffbedarf wird zunächst nur die
erste Elektrokraftstoffpumpe betrieben und bedarfsabhängig gesteuert.
Mit zunehmendem Kraftstoffbedarf wird, ab einem bestimmten Schwellenwert
die zweite Elektrokraftstoffpumpe hinzugeschaltet. Die Umschaltung
erfolgt dabei derart, dass die Ansteuerungsvorrichtung mit der zweiten
Elektrokraftstoffpumpe verbunden wird und nur diese bedarfsabhängig steuert;
die erste Elektrokraftstoffpumpe hingegen wird bspw. auf das Batteriepotential geschaltet
und somit im Wesentlichen in der Volllast betrieben. Die erste Elektrokraftstoffpumpe
stellt somit eine Grundmenge an Kraftstoff bzw. einen ersten Kraftstoffdruck
zur Verfügung.
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1 zeigt
schematisch ein Ausführungsbeispiel
eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1 für eine vierzylindrige
indirekt oder direkt einspritzende Brennkraftmaschine. Eine erste Elektrokraftstoffpumpe
EKP1, ausgebildet als Tauchpumpe, ist in einem mit Kraftstoff 45 gefüllten Kraftstofftank 40 angeordnet.
Die erste Elektrokraftstoffpumpe EKP1 fördert den Kraftstoff 45 über ein
Rückschlagventil 30 in
Richtung einer Kraftstoffsammelleitung 50, einem so genannten
Rail. Der Kraftstoff 45 wird dort über Einspritzventile 70 in
die verschiedenen Saugrohre oder Brennräume der Brennkraftmaschine
eingespritzt. Stromabwärts
der ersten Elektrokraftstoffpumpe EKP1 ist ferner parallel zum Rückschlagventil 30 eine
zweite Elektrokraftstoffpumpe EKP2 zur Förderung des Kraftstoffs in
Richtung der Kraftstoffsammelleitung 50 vorgesehen. In
dieser Pumpen-Reihenschaltung, erhöht die zweite Elektrokraftstoffpumpe
EKP2 den von der ersten Elektrokraftstoffpumpe EKP1 zur Verfügung gestellten
Kraftstoffdruck. Das zwischen Druckseite der ersten und zweiten
Elektrokraftstoffpumpe EKP1, 2 angeordnete Rückschlagventil 30 verhindert
dabei einen hydraulischen Kurzschluss zwischen der Druck- und Saugseite
der zweiten Elektrokraftstoffpumpe EKP2.
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In
einem typischen Kraftstoffversorgungssystem für eine Niederdruck-Benzineinspritzung
baut die erste Elektrokraftstoffpumpe einen Kraftstoffdruck in einem
Bereich von 2,5 bis 8 bar auf, der durch die zweite Elektrokraftstoffpumpe
EKP2 auf einen Betriebsdruck von 8 bis 15 bar erhöht wird.
Selbstverständlich
sind auch andere Druckbereiche denkbar.
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Weiterhin
kann es vorgesehen sein, das Rückschlagventil 30 durch
ein schalt- oder regelbares Ventil zu ersetzen, das je nach Ansteuerung
der Elektrokraftstoffpumpen EKP1, 2 geöffnet oder geschlossen wird.
Darüber
hinaus können
an geeigneter Stelle Kraftstofffilter, Überdruckventile, Druckregelventile,
u. ä. angeordnet
sein. Des Weiteren kann es vorgesehen sein auch die zweite Elektrokraftstoffpumpe
im Tank 40 vorzusehen, ferner können die erste EKP1 und die
zweite Elektrokraftstoffpumpe EKP2 auch in einem gemeinsamen Pumpengehäuse angeordnet
sein.
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Als
weitere Ausgestaltung ist es denkbar, mehrere Tauchpumpen, bspw.
in unterschiedlichen Kraftstofftanks, vorzusehen und als eine erste
Kraftstoffpumpe EKP1 zusammenzufassen, die dann gemeinsam auf die
Saugseite der zweiten Elektrokraftstoffpumpe geschaltet sind.
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2 zeigt
ein weiteres Kraftstoffversorgungssystem 2 mit zwei Elektrokraftstoffpumpen EKP1,
2, die beide als Tauchpumpen ausgebildet und hydraulisch parallel
geschaltet in einem mit Kraftstoff 45 gefüllten Kraftstofftank 40 angeordnet
sind. Die Druckseiten der beiden Elektrokraftstoffpumpen EKP1, 2
sind auf eine gemeinsame Leitung zusammengeführt und mit der Kraftstoffsammelleitung 50 verbunden.
Der Kraftstoff wird dann wie oben beschrieben über die Einspritzdüsen 70 in
die Saugrohre oder Brennräume
eingespritzt.
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Die
Anordnung gemäß 2 erlaubt
es nun, die Fördermenge
durch Einschalten der ersten bzw. zusätzlich der zweiten Elektrokraftstoffpumpen
zu verändern,
wobei erfindungsgemäß immer
nur eine Elektrokraftstoffpumpe mit einer Ansteuerungsvorrichtung
verbunden ist und bedarfsabhängig
gesteuert wird.
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In 3 ist
schematisch die elektrische Verschaltung einer ersten EKP1 und einer
zweiten Elektrokraftstoffpumpe EKP2 eines erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems
gezeigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel
ist ein Steuergerät 100 vorgesehen,
das einen Umschalter 200, eine Ansteuerungsvorrichtung 300 und
ein Pumpenrelais 400 ansteuert. Das Pumpenrelais 400 ist
sowohl mit der „Klemme
15" Kl.15 des Zündschalters
als auch mit der Batteriespannung UBatt verbunden.
Bei eingeschalteter Zündung
liegt an der „Klemme
15" Kl.15 das positive
Potential der Batteriespannung an, hierdurch wird das Pumpenrelais 400 betätigt und
leitet die Batteriespannung UBatt an das
Steuergerät 100 und
das Potential der Klemme 15 an die Ansteuerungsvorrichtung 300 weiter.
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In
Abhängigkeit
von erfassten und/oder ermittelten Betriebsgrößen, Parametern, Kenngrößen o. ä. bestimmt
das Steuergerät 100 einen
von der Brennkraftmaschine benötigten
Kraftstoffbedarf und steuert sowohl den Umschalter 200 als
auch die Ansteuerungsvorrichtung 300 entsprechend an. Um den
Kraftstoff bedarfsgerecht zu fördern,
ist es vorgesehen, die Elektrokraftstoffpumpen EKP1, 2 pulsweitenmoduliert
anzusteuern. Hierzu leitet das Steuergerät 100 ein entsprechend
gepulstes Signal an die Ansteuerungsvorrichtung 300 weiter,
die dann für eine
jeweils zugeschaltete Elektrokraftstoffpumpe EKP1, 2 einen entsprechend
gepulsten Strom bzw. gepulste Spannung zur Verfügung stellt.
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Der
im Ausführungsbeispiel
in 3 gezeigte Umschalter 200 ist als elektromechanischer
Umschalter ausgebildet und weist insgesamt vier Schalter 201, 202, 203, 204 auf,
die gemeinsam durch eine Ansteuerung ausgehend vom Steuergerät 100 umgeschaltet
werden können.
Der erste Schalter 201 ist am Schaltereingang mit dem Potential
der Klemme 15 verbunden, der zweite Schalter 202 mit dem Massepotential,
der dritte 203 und der vierte Schalter 204 mit
dem positiven bzw. negativen Potential der ansteuernden Ansteuerungsvorrichtung 300.
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Die
in 3 dargstellten durchgezogenen Linien stellen einen
ersten und die gestrichelten Linien einen zweiten Schaltzustand
des Umschalters 200 dar. Im ersten Schaltzustand verbindet
der Umschalter mit seinem dritten 203 und seinem vierten Schalter 204 die
Ansteuerschaltung 300 mit der ersten Elektrokraftstoffpumpe
EKP1; Massepotential und Klemme 15 sind über den zweiten 202 und
den ersten Schalter 201 „leer geschaltet", d. h. mit keinem weiteren
Verbraucher verbunden.
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Im
zweiten Schaltzustand verbindet der Umschalter 200 die
erste Kraftstoffpumpe EKP1 über den
ersten 201 und den zweiten Schalter 202 mit dem
Potential der Klemme 15 bzw. dem Massepotential während die
zweite Elektrokraftstoffpumpe EKP2 über den dritten 203 und
den vierten Schalter 204 mit der ansteuernden Ansteuerschaltung 300 verbunden ist.
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Das
dargestellte Kraftstoffversorgungssystem 1, 2 erlaubt
es, je nach gefordertem Kraftstoffbedarf entweder nur eine oder
zwei Elektrokraftstoffpumpen EKP1, 2 zu betreiben, wobei jeweils
nur eine der beiden Elektrokraftstoffpumpen EKP1, 2 mit der Ansteuerungsvorrichtung 300 verbunden
ist. Dies hat den Vorteil, dass die Ansteuerungsvorrich tung 300, die
zum Teil mit teueren Leistungsbauelementen bestückt ist, nur einmal zur Verfügung gestellt
werden braucht.
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Im
Betrieb des erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystems 1, 2 kann
es insbesondere bei einem Start der Brennkraftmaschine, also beim erstmaligen
Schließen
der Klemme 15, vorgesehen sein, zunächst mit der ersten Elektrokraftstoffpumpe EKP1
das Kraftstoffsystem zu füllen
und einen ersten Kraftstoffdruck aufzubauen. Liegt dann vorzugsweise bei
einem Kaltstart ein erhöhter
Kraftstoffbedarf vor, so ist es erfindungsgemäß vorgesehen, das Kraftstoffsystem
in dem zweiten oben dargestellten Schaltzustand zu betreiben, also
die erste Elektrokraftstoffpumpe EKP1 über die Klemme 15 mit vollem Batteriepotential
UBatt zu betreiben und die Förderleistung
bzw. den Druckaufbau der zweiten Elektrokraftstoffpumpe EKP2 bedarfsabhängig, beispielsweise über Pulsweitenmodulation,
zu steuern.
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Fällt im Normalbetrieb
der Brennkraftmaschine der Kraftstoffbedarf unter einen bestimmten Schwellenwert,
so dass der Kraftstoffbedarf allein von der ersten Elektrokraftstoffpumpe
EKP1 zur Verfügung
gestellt werden kann, wird wieder in den ersten Schaltzustand umgeschaltet.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel
steuert die Ansteuerungsvorrichtung 300 eine jeweilige
Elektrokraftstoffpumpe EKP1, 2 über
ein pulsweitenmoduliertes Signal an. Hierbei werden bestimmte Kraftstoffbedarfe
durch entsprechende Puls-Pausenverhältnisse des ansteuernden Signals
dargestellt. Mit zunehmendem Kraftstoffbedarf werden die Pausen verkürzt bis
die Versorgungsspannung bzw. Batteriespannung vollständig ohne
Pausen anliegt. Nimmt der Kraftstoffbedarf weiter zu, schaltet das
Steuergerät 100 über den
Umschalter 200 die erste Elektrokraftstoffpumpe EKP1 auf
die Versorgungsspannung Ubatt und die zweite
Elektrokraftstoffpumpe EKP2 auf die Ansteuerschaltung 300,
so dass auch die höhere Kraftstoffzufuhr
bedarfsabhängig
gesteuert werden kann. Die Umschaltung kann selbstverständlich auch schon
zu einem früheren
Zeitpunkt erfolgen, bei dem die erste Elektrokraftstoffpumpe noch
ihre Volllast erreicht hat.
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Durch
das erfindungsgemäße Vorgehen kann
der Kraftstoffbedarf sowohl im Druck als auch in der Menge geregelt
werden, wobei durch die erfindungsgemäße Anordnung zweier Elektrokraftstoffpumpen
ein größerer Kraftstoffmengenbereich
abgedeckt werden kann, als dies durch die Verwendung einer Kraftstoffpumpe
möglich
wäre.
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Der
Kraftstoffbedarf wird vornehmlich durch den Betriebszustand der
Brennkraftmaschine bestimmt, der bspw. bei einem Start, bei einem
Drehmomentwechsel oder im Normalbetrieb unterschiedlich groß ist. Die
hiernach einzuspritzende Kraftstoffmasse wird vorzugsweise von einem
Steuergerät
ermittelt und gibt so, den durch das Kraftstoffversorgungssystem
zu deckenden Kraftstoffbedarf vor. Zur Deckung des Kraftstoffbedarfs
kann nun gemäß des in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiels
der Kraftstoffdruck erhöht
werden, so dass bei gleicher Einspritzzeit mehr Kraftstoffmasse
eingespritzt werden kann, oder die Kraftstoffmenge wird, gemäß des in 2 dargestellten
Ausführungsbeispiels,
erhöht, so
dass der Kraftstoff über
einen längeren
Zeitraum ohne Versorgungsunterbrechung eingespritzt werden kann.
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Das
erfindungsgemäße Vorgehen
ist nicht auf bestimmte Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern
kann für
eine Vielzahl verschiedener Brennkraftmaschinen eingesetzt werden.
Insbesondere kann die Erfindung bei Hochdruck-Start-Systemen für Saugrohreinspritzmotoren
oder direkteinspritzende Benzinmotoren eingesetzt werden.
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Weiterhin
stellt die in 3 dargestellte Ausführungsform
nur ein mögliches
Ausführungsbeispiel dar.
Beispielsweise ist es auch möglich
die Funktionalität
der Ansteuerungsvorrichtung 300 auch im Steuergerät 100 zu
realisieren. Des Weiteren können auch
das Pumpenrelais 400 und/oder der Umschalter 200 in
einer gemeinsamen Anordnung zusammengefasst werden. Darüber hinaus
kann der Umschalter 200 nicht nur elektromechanisch, sondern auch
rein elektronisch durch Leistungsbauelemente realisiert sein.