DE102005033384B4

DE102005033384B4 - Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine direkteinspritzende Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102005033384B4
Application number: DE200510033384
Authority: DE
Inventors: Karl Mayr; Franz Eibenberger; Jonas WACHTER; Guido Klose; Christian Treml; Peter Menzl; Simon Lösch
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2005-07-16
Filing date: 2005-07-16
Publication date: 2015-02-12
Anticipated expiration: 2025-07-17
Also published as: DE102005033384A1

Abstract

Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine direkteinspritzende Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einer vorzugsweise im Kraftstofftank angeordneten, hinsichtlich ihres Förderstromes geregelt betriebenen Kraftstoffpumpe, die über einen Kraftstofffilter vorzugsweise Dieselkraftstoff zum Eingang einer Hochdruckpumpe fördert, wobei die Kraftstoffpumpe druckgeregelt betrieben wird, um am Eingang der Hochdruckpumpe ein bestimmtes Druckniveau einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Heizung des beheizbaren Kraftstofffilters in Abhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffes und der erforderlichen Förderleistung oder einer Änderung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe angesteuert wird.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine direkteinspritzende Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einer vorzugsweise im Kraftstofftank angeordneten, hinsichtlich ihres Förderstromes geregelt betriebenen Kraftstoffpumpe, die über einen Kraftstofffilter vorzugsweise Dieselkraftstoff zum Eingang einer Hochdruckpumpe fördert, wobei die Kraftstoffpumpe druckgeregelt betrieben wird, um am Eingang der Hochdruckpumpe ein bestimmtes Druckniveau einzustellen. Zum bekannten Stand der Technik wird auf die DE 101 62 989 C1 verwiesen.
Übliche mit Dieselkraftstoff betriebene Kraftfahrzeuge sind mit einer elektromotorisch angetriebenen Intank-Kraftstoffpumpe ausgestattet, die über eine Vorlaufleitung und einen Kraftstofffilter die das Druckniveau für die Hochdruck-Direkteinspritzung bereitstellende Kraftstoff-Hochdruckpumpe mit Diesel-Kraftstoff aus dem Fahrzeugtank versorgt. Diese Intank-Kraftstoffpumpe wird im weiteren als Kraftstoffpumpe bezeichnet, während die Kraftstoff-Hochdruckpumpe nur mehr Hochdruckpumpe genannt wird. Die Kraftstoffpumpe kann im einfachsten Fall mit Konstantförderung bzw. im Ein/Aus-Betrieb arbeiten, alternativ aber auch drehzahlgeregelt betrieben werden, wobei vorzugsweise eine Anpassung an den jeweiligen Betriebspunkt (Drehzahl und Last) der Brennkraftmaschine erfolgt. Während eine ungeregelte Kraftstoffpumpe einen ungünstigen Wirkungsgrad besitzt, da sie grundsätzlich für den „worst-case”, d. h. im Hinblick auf eine Kombination der ungünstigsten Toleranzen des Gesamtsystems ausgelegt sein muss, können drehzahlgeregelte Systeme zwar an den geschätzten (unterschiedlichen) Kraftstoffbedarf angepasst werden, jedoch muss bei den restlichen Systemtoleranzen ebenfalls der „worst-case” zur Auslegung herangezogen werden.
In der eingangs genannten DE 101 62 989 C1 ist eine demgegenüber günstigere Schaltungsanordnung zum Regeln einer regelbaren Kraftstoffpumpe sowie ein Verfahren zum Regeln von deren Förderleistung beschrieben, wobei neben einer Vorsteuerung insbesondere auch der Istwert des Kraftstoffdrucks vor einer Hochdruckpumpe nicht nur ermittelt, sondern auch präzise eingestellt wird.
Bekanntlich sind Kraftstofffilter für Dieselkraftstoff elektrisch beheizbar, um bei sehr kalten Temperaturen ein Versulzen des Kraftstoffs im Filter zu verhindern, d. h. um den Fahrzeugbetrieb auch bei solch niedrigen Temperaturen sicherzustellen, bei denen das einwandfreie Fließverhalten des Kraftstoffs nicht mehr garantiert ist. Die Heizung des Kraftstofffilters wird im einfachsten Fall nur über die Kraftstofftemperatur gesteuert. In diesem Fall sollte nur eine relativ geringe Heizleistung vorgesehen sein, um im ohnehin schon kritischen Kaltbetrieb das elektrische Bordnetz des Kraftfahrzeugs nicht zu stark zu belasten. Modernere Kraftstofffilter steuern sich daher bedarfsgerecht selbsttätig, d. h. werden nur dann beheizt, wenn dies tatsächlich notwendig ist. Dabei sind diese Filter teils auch in der Lage, ihren Standzeitstatus bzw. das Erreichen des Lebensdauer-Endes an eine elektronische Steuer- und Überwachungseinheit zu melden, jedoch sind diese Filter aufgrund der aufwändigen Elektronik und Sensorik relativ teuer. Im übrigen beschränkt sich auch bei Einsatz einer bedarfsgeregelten Filterheizung die Eigendiagnosefähigkeit des Gesamtsystems (auch für drehzahlgeregelte Systeme) auf den Zustand des Kraftstofffilters.
Eine demgegenüber vereinfachte Ansteuerung für die Beheizung eines Kraftstofffilters in einer Kraftstoff-Fördereinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung. Die Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung des beheizbaren Kraftstofffilters in Abhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffes und der erforderlichen Förderleistung oder einer Änderung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe angesteuert wird. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche.
Zunächst liegt somit ein druckgeregeltes System vor, welches über geeignete Ansteuerung der Kraftstoffpumpe den Kraftstoffdruck am Eingang der Hochdruckpumpe regelt. Der Energieverbrauch des Niederdrucksystems kann dabei durch Regelung des Drucks auf den minimal zulässigen Wert vorteilhafterweise signifikant reduziert werden, indem die Kraftstoffpumpe quasi bedarfsabhängig betrieben wird. Vorteilhafterweise ist dadurch eine Überwachung hinsichtlich einer Veränderung des Leistungsbedarfs des Systems, d. h. der Kraftstoff-Fördereinrichtung bzw. genauer der Kraftstoffpumpe davon, möglich, wodurch grundsätzlich Fehler im System erkannt bzw. festgestellt werden können. Insbesondere kann damit auch eine einfache und geeignete Steuerung der Heizung des Kraftstofffilters erfolgen und zwar über die Erfassung des notwendigen Ansteuersignals der Kraftstoffpumpe für einen bestimmten Istwert des geregelten Kraftstoffdrucks im Eingangsbereich der Hochdruckpumpe, sowie unter Berücksichtigung der aktuellen Kraftstofftemperatur. Steigt dieses besagte Ansteuersignal, das unter definierten Betriebszuständen zum Erreichen eines bestimmten Kraftstoffdrucks notwendig ist, an, so liegt je nach Temperatur des Kraftstoffs ein Versulzen des Kraftstofffilters (und somit Heizbedarf) oder eine Verschmutzung des Kraftstofffilters vor. Die Änderung des besagten Ansteuersignals ist nämlich praktisch proportional zur Änderung des Druckverlusts im Kraftstoffsystem. Damit kann der „Verschmutzungsstatus” des Filters ohne weitere aufwändige Sensorik relativ exakt erfasst und bspw. für eine Serviceanzeige herangezogen werden. Grundsätzlich kann dabei vorzugsweise ein Regler, der die Kraftstoffpumpe geeignet ansteuert, die Veränderungsgeschwindigkeit des Regler-Ausgangssignals bzw. hierdurch der Ansteuerleistung der Kraftstoffpumpe erfassen und damit den Zustand des Kraftstoffsystems diagnostizieren. Vorzugsweise passt sich der bzw. ein Regler zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe (hinsichtlich deren Förderleistung) als Referenz für Zusatzfunktionen, wie bspw. die Steuerung der Filterheizung oder der Systemdiagnose adaptiv an, um Systemdriften zu korrigieren.
Zum druckgeregelten Betrieb der Kraftstoffpumpe benötigt wird vorzugsweise im Eingangsbereich der Hochdruckpumpe (bzw. an dieser selbst) ein Drucksensor für den herangeführten Kraftstoff. Dort kann ggf. darüber hinaus ein Temperatursensor (bspw. mit dem Drucksensor kombiniert) vorgesehen sein. Dann kann auch die elektrische Heizung des beheizbaren Kraftstofffilters in Abhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffes und der erforderlichen Förderleistung der Kraftstoffpumpe bedarfsgerecht (und somit mit minimiertem Energieverbrauch) angesteuert werden, und zwar unter Einbindung einer (bzw. Zugriff auf eine) ohnehin bereits vorhandene elektronischen Steuereinheit (bspw. das sog. Steuergerät der Brennkraftmaschine) vorteilhafterweise mittels eines einfachen Relais. Am Kraftstofffilter selbst ist somit keine weitere aufwändige Elektronik und Sensorik mehr erforderlich.
Die Ansteuerung der elektromotorisch angetriebenen Kraftstoffpumpe kann wahlweise direkt oder über einen externen Verstärker (der bspw. über ein PWM-Signal vom Steuergerät der Brennkraftmaschine versorgt wird) oder über ein eigenes Pumpensteuergerät (das über einen Datenbus mit dem Steuergerät der Brennkraftmaschine kommuniziert) im Sinne einer Drehzahlregelung erfolgen. Vorzugsweise ist der Regler für die Kraftstoffpumpe also im besagten Steuergerät der Brennkraftmaschine integriert; grundsätzlich kann ein Regler zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe und/oder eine Überwachungslogik für das Kraftstoffsystem, insbesondere für das Kraftstofffilter, in einem elektronischen Steuergerät der Brennkraftmaschine oder einer zentralen elektronischen Überwachungseinheit integriert oder zumindest funktional in diese(s) eingebunden sein. Ferner kann die druckgeregelte Ansteuerung der Kraftstoffpumpe zumindest einen Vorsteuerwert, insbesondere hinsichtlich des zu erwartenden Kraftstoffbedarfs, berücksichtigen, d. h. der Druckregler kann vorgesteuert werden (bspw. anhand der Änderung der Stellung des Fahrpedals des Fahrzeug-Führers), womit das dynamische Ansprechverhalten des Systems signifikant gesteigert werden kann. Im übrigen kann bei geeigneter Wahl eines höheren Druckwertes vor der Hochdruckpumpe letztere mit einem geringeren Druckanhebungsfaktor ausgestattet werden, d. h. es ist der Einsatz einer „kleineren” und somit günstigeren Hochdruckpumpe möglich.
Im Sinne einer vorteilhaften Weiterbildung kann im Eingangsbereich der Hochdruckpumpe ein druckbeaufschlagter Kraftstoffspeicher vorgesehen sein, d. h. ein solcher Kraftstoffspeicher, der den geregelten Förderdruck der Kraftstoffpumpe beibehält. Hierbei kann es sich bspw. um einen Blasen-, Membran- oder Feder/Kolbenspeicher handeln. Mit einem solchen Kraftstoffspeicher kann das (übliche) Überstromventil in der Hochdruckpumpe entfallen und der erforderliche Kraftstoffvolumenstrom für die Versorgung der Hochdruckpumpe auf den tatsächlichen Verbrauch der Brennkraftmaschine und eine geringe Kühl- und Schmiermenge abgesenkt werden, ohne dass die Dynamik des Hochdruckaufbaus verschlechtert wird; bei geeigneter Speicherauslegung ist sogar eine Verbesserung dieser Dynamik möglich, wobei noch darauf hingewiesen sei, dass durchaus eine Vielzahl von Details abweichend von obigen Erläuterungen gestaltet sein kann, ohne den Inhalt der Patentansprüche zu verlassen.

Claims

Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine direkteinspritzende Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einer vorzugsweise im Kraftstofftank angeordneten, hinsichtlich ihres Förderstromes geregelt betriebenen Kraftstoffpumpe, die über einen Kraftstofffilter vorzugsweise Dieselkraftstoff zum Eingang einer Hochdruckpumpe fördert, wobei die Kraftstoffpumpe druckgeregelt betrieben wird, um am Eingang der Hochdruckpumpe ein bestimmtes Druckniveau einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass eine elektrische Heizung des beheizbaren Kraftstofffilters in Abhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffes und der erforderlichen Förderleistung oder einer Änderung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe angesteuert wird.
Kraftstoff-Fördereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Eingangsbereich der Hochdruckpumpe ein Drucksensor und ein Temperatursensor für den herangeführten Kraftstoff vorgesehen sind.
Kraftstoff-Fördereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler zur Ansteuerung der Kraftstoffpumpe und/oder eine Überwachungslogik für das Kraftstoffsystem, insbesondere für das Kraftstofffilter, in einem elektronischen Steuergerät der Brennkraftmaschine oder einer zentralen elektronischen Überwachungseinheit integriert oder in diese(s) eingebunden ist.
Kraftstoff-Fördereinrichtung nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Eingangsbereich der Hochdruckpumpe ein druckbeaufschlagter Kraftstoffspeicher vorgesehen ist.
Betriebsverfahren für eine Kraftstoff-Fördereinrichtung für eine direkteinspritzende Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine, die eine hinsichtlich ihres Förderstromes geregelt betriebenen Kraftstoffpumpe aufweist, die über einen elektrisch beheizbaren Kraftstofffilter vorzugsweise Dieselkraftstoff zum Eingang einer Hochdruckpumpe fördert, wobei die Kraftstoffpumpe druckgeregelt betrieben wird, um am Eingang der Hochdruckpumpe ein bestimmtes Druckniveau einzustellen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Heizung des beheizbaren Kraftstofffilters in Abhängigkeit von der Temperatur des Kraftstoffes und der erforderlichen Förderleistung oder einer Änderung der Förderleistung der Kraftstoffpumpe angesteuert wird.
Betriebsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass anhand des Leistungsbedarfs der Kraftstoffpumpe eine Systemdiagnose durchgeführt wird.