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GEBIET
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Die
vorliegende Offenbarung betrifft ein mechanisches, rückflußfreies
Brennstoffsystem, und spezieller ein anpassungsfähiges Brennstofffördermodul
in einem konventionellen, mechanischen, rückflußfreien Brennstoffsystem, in
dem ein Rückdruck
benutzt wird, um den Brennstoffbedarf des Verbrennungsmotors abzuschätzen und
die Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe einzustellen.
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HINTERGRUND
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Die
Feststellungen in diesem Abschnitt liefern nur Hintergrundinformationen
für die
vorliegende Offenbarung und umreißen keinen Stand der Technik.
Konventionelle Fahrzeugbrennstoffsysteme, wie jene, die in Kraftfahrzeugen
eingebaut sind, können ein „Brennstoffrückflußsystem" einsetzen, wodurch ein
Brennstoffversorgungsrohr benutzt wird, um einem Verbrennungsmotor
Brennstoff zuzuführen
und eine Brennstoffrückführleitung
benutzt wird, um ungenutzten Brennstoff in einen. Brennstofftank
zurückzuführen; deshalb
die Bezeichnung „Brennstoffrückführsystem". Solche Brennstoffrückführsysteme
erfordern den Gebrauch sowohl einer Versorgungsleitung zum und eine
Rückflußleitung
vom Verbrennungsmotor. Modernere Fahrzeuge verwenden typischerweise
ein „rückflußfreies
Brennstoffsystem", das
entweder mechanisch oder elektronisch gesteuert werden kann.
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Was
derartige rückflußfreie Brennstoffsysteme
betrifft, wie ein mechanisches rückflußfreies Brennstoffsystem
(„MRFS” = mechanical
returnless fuel system), so wird nur eine Brennstoffleitung von einem
Brennstofftank benutzt, weshalb keine Rückflußleitung vom Verbrennungsmotor
zum Brennstofftank erforderlich ist. Als Ergebnis lie fert ein MFRS
nur das von einem Verbrennungsmotor benötigte Brennstoffvolumen, jedoch
arbeitet die Brennstoffpumpe mit 100% Kapazität unabhängig vom Motorbedarf, wobei überschüssiger Brennstoff
durch ein Brennstoffpumpenmodul über
einen Druckregler abgeführt wird.
Weil die Brennstoffpumpe unabhängig
vom Motorbedarf mit 100% betrieben wird, wird mehr elektrische Energie
verbraucht, als es der Fall sein würde, wenn die Pumpeng in Übereinstimmung
mit einem solchen Motorbedarf variiert werden könnte. Zusätzlich kann, wenn die Pumpe
mit 100% ihrer Geschwindigkeitskapazität betrieben wird, der Pumpenverschleiß größer sein,
als wenn die Pumpe bei einem Bruchteil der 100% Geschwindigkeitskapazität betrieben
wird. Schließlich
sind Lärm,
Vibration und Rauheit größer, insbesondere
beim Motorleerlauf, als das andererseits der Fall wäre, wenn
die Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe gesteuert werden könnte. Bei
einem MRFS tritt keine Wechselwirkung mit einem elektronischen Steuermodul
oder Karosseriesteuermodul auf.
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Elektronische
rückflußfreie Brennstoffsysteme
(„ERFS” = electronic
returnless fuel systems) benutzen typischerweise einen Drucksensor
in der Motor-Brennstoff-Schiene,
der mit einer elektronischen Steuereinheit („ECU” = electronic control unit)
kommuniziert. Die ECU kann dann mit einer Steuerung der Brennstoffpumpe
kommunizieren, die eine Impulsbreitenmodulation („PWM”” = pulse
width modulation) durchführen
kann, beispielsweise um das an der Brennstoffpumpe anliegende Spannungsniveau zu
steuern. Durch Steuerung des an der Pumpe anliegenden Spannungsniveaus
kann die Pumpgeschwindigkeit der Brennstoffpumpe und demgemäß ihr Fördervolumen
gesteuert werden. Während
solche aktuellen MRFS und ERFS sich im allgemeinen für ihre Anwendungen
als geeignet erwiesen haben, ist jede doch mit ihrem Teil an Beschränkungen
behaftet.
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Eine
Beschränkung
des aktuellen MRFS ist, daß ihre
Brennstoffpumpen nur mit einer Geschwindigkeit betrieben werden,
das heißt
bei 100% ihrer Kapazität,
unabhängig
von der Motordrehzahl oder dem Brennstoffbedarf des Motors. Der
Betrieb in dieser Weise kann zu frühzeitigen Pannen und erforderlichen
Auswechslungen der Brennstoffpumpen führen. Außerdem sind Lärm, Vibration
und Rauheit aufgrund des ständigen
Pumpenbetriebs bei 100% der Kapazität größer als bei einer Brennstoffpumpe,
die ihre Geschwindigkeit verändert.
Zusätzlich
hat die Brennstoffpumpe bei 100% der Kapazität einen höheren Stromverbrauch und verringert
dadurch die Brennstoffökonomie
durch höhere
Belastung der Batterie und dadurch der Lichtmaschine und folglich des
Brennstoffverbrauchs des Motors.
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Eine
Beschränkung
des aktuellen ERFS ist es, daß die
Steuerung der Brennstoffpumpe durch Nutzung der Fahrzeug-ECU und
weitere Kommunikation mit einer Steuereinheit für die Brennstoffpumpe erfolgt.
Eine solche Kommunikation mit der Fahrzeug-ECU erfordert eine extensive
Software-Programmierung und Querverbindungen von Entwicklungsgruppen
zwischen den Lieferanten von Brennstoffsystemen und dem Lieferanten
der Fahrzeug-ECU. Weiterhin sind Komponenten wie freiliegende Drucksensoren
erforderlich, die von der Brennstoffleitung am Motor vorspringen
und den Zugang zum Motor für
Mechaniker begrenzen und ein Hindernis für benachbarte Teile bilden.
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Was
deshalb benötigt
wird, ist eine Vorrichtung, die nicht unter den obigen Begrenzungen
leidet. Dies wiederum wird eine Vorrichtung bieten, die ähnlich wie
ein MRFS arbeitet, eine Geschwindigkeitssteuerung der Brennstoffpumpe
entsprechend den Brennstoffanforderungen des Motors gestattet, keine Querabstimmung
mit den Lieferanten der Fahrzeugkarosserie-ECU und keine Kommunikation
mit der Fahrzeug-ECU erfordert, den Verbrauch an elektrischer Energie
senkt und Lärm,
Vibration und Rauheit reduziert.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Ein
anpassungsfähiges
Brennstoffversorgungsmodul für
ein mechanisches rückflußfreies Brennstoffsystem
benutzt einen Drucksensor, der Teil des Brennstoffpumpenmoduls ist,
innerhalb eines Gehäuses,
das traditionell einen Druckregler, eine Versorgungsmündung für eine Strahlpumpe
und ein Überdruckventil
enthält.
Der Drucksensor kommuniziert mit einem Spannungssteuerungsmodul
für die Brennstoff pumpe,
das mit der Brennstoffpumpe zusammenwirkt, um zur Aufrechterhaltung
eines durchschnittlichen Rückdrucks
an dem im Gehäuse
befindlichen Drucksensor die Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe
zu verändern.
Die Änderung
der Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe umfaßt zunächst die Eingabe eines ermittelten
Drucks in eine kontinuierlich arbeitende logische Routine einer
Triggerschaltung, die einen absoluten Wert der Differenz zwischen
dem ermittelten Druck und einem mittleren Druck mit einem vorgegebenen
Rückdruck
vergleicht. Falls der absolute Wert größer als der vorgegebene Rückdruck
ist, wird eine Logikroutine einer Steuerschaltung ausgelöst.
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Die
Steuerschaltung vergleicht den ermittelten Druckwert mit einer Hochdruckschwelle
und einer Niederdruckschwelle und justiert die Geschwindigkeit der
Brennstoffpumpe, wenn der ermittelte Druck jenseits dieser Schwellen
liegt. Durch Einstellung der Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe
wird der durch den Drucksensor festgestellte Rückdruck der Brennstoffpumpe
so nahe wie möglich
an den durchschnittlichen Druck herangeführt. Die Triggerschaltungsroutine
wird kontinuierlich ausgeführt,
während
die Steuerschaltung betrieben wird, wenn sie durch die Triggerschaltung
angefordert wird.
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Weitere
Anwendungsgebiete erschließen sich
aus der hier vorgesehenen Beschreibung. Es sollte beachtet werden,
daß die
Beschreibung und die speziellen Beispiele lediglich der Erläuterung
und nicht der Begrenzung des Umfangs der vorliegenden Offenbarung
dienen sollen.
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ZEICHNUNGEN
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Die
hier beschriebenen Zeichnungen dienen nur der Erläuterung
und nicht dem Zweck, den Umfang der vorliegenden Offenbarung in
irgendeiner Weise einzuschränken.
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1 ist
eine Seitenansicht eines Kraftfahrzeugs, das die allgemeine Lage
von Motor und Brennstoffsystem zeigt;
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2 ist
eine perspektivische Ansicht eines Brennstoffpumpenmoduls;
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3 ist
eine Seitenansicht eines Brennstoffpumpenmoduls, die die Position
eines Druckreglers und einer Strahlpumpe zeigt;
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4 ist
die Seitenansicht eines Gehäuses, die
einen Druckregler und andere interne Betriebselemente darstellt;
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5 ist
eine seitliche Querschnittsansicht des in 4 gezeigten
Gehäuses,
die eine Versorgungsmündung
für eine
Strahlpumpe, ein Überdruckventil
und einen Druckregler zeigt,
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6 ist
ein Ablaufdiagramm, das einen allgemeinen Logikverlauf zur Steuerung
der Brennstoffpumpe gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt;
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7 ist
ein Ablaufdiagramm, das die Steuerlogik zur Steuerung der Brennstoffpumpe
gemäß der vorliegenden
Erfindung darstellt und
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8 ist
ein Diagramm, das die bei der Steuerung der Brennstoffpumpe des
Brennstoffsystems gemäß der vorliegenden
Erfindung benutzten Rückdruckniveaus
darstellt.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Die
folgende Beschreibung ist ihrer Natur nach nur beispielsweise zu
verstehen und dient nicht der Absicht, die vorliegende Offenbarung,
ihre Anwendung und ihren Gebrauch zu begrenzen. Es sollte beachtet
werden, daß in
allen Zeichnungen einander entsprechende Bezugszahlen gleiche oder
einander entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
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Unter
Bezugnahme auf die 1 bis 9 wird ein
anpassungsfähiges
Brennstofffördermodul
für ein mechanisches,
rückflußfreies
Brennstoffsystem („AMRFS” = a mechanical
returnless fuel system) beschrieben, in dem eine Brennstoffpumpe 20 sich
dem Bedarf des Verbrennungsmotors 12 anpaßt. Die 1 stellt
ein Fahrzeug, wie ein Auto, dar, mit einem Verbrennungsmotor 12,
einer Brennstoffleitung 14, einem Brennstofftank 16 und
ein Brennstoffpumpenmodul 18. Das Brennstoffpumpenmodul 18 fügt sich
in den Brennstofftank 16 ein, gewöhnlich als hängende Komponente
und gewöhnlich
eintauchend in eine unterschiedliche oder umgeben von einer unterschiedlichen
Menge flüssigen
Brennstoffs im Brennstofftank 16, wenn der Brennstofftank 16 flüssigen Brennstoff
enthält.
Eine Brennstoffpumpe 20 (2) innerhalb
des Brennstoffpumpenmoduls pumpt über die Brennstoffleitung 14 Brennstoff
zum Verbrennungsmotor 12. Die 2 stellt
eine Ausführungsform
eines Brennstoffpumpenmoduls 18 dar, das durch eine Öffnung 22 (3)
in einer oberen Wand 24 des Brennstofftanks 16 abgesenkt
und eingebaut werden kann. Alternativ kann ein solches Brennstoffpumpenmodul
an einer Seitenwand eines Brennstofftanks eingebaut oder positioniert
werden, es wird jedoch als Beispiel das Modul benutzt, das in den 2 und 3 dargestellt
ist. Während
das Brennstoffpumpenmodul 18 der 2 einen
im wesentlich in horizontaler Richtung länglichen Behälter 28 zeigt,
kann der Behälter 28 mehr
vertikal zylindrisch oder in anderer Form gestaltet sein, deren
jede für
die Lehren der vorliegenden Erfindung geeignet ist.
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Fortsetzend
mit den 2 und 3 erfolgt eine
detailliertere Erläuterung
des Brennstoffpumpenmoduls 18, das die Erfindung anwendet,
bevor Einzelheiten der Erfindung dargelegt werden. Das Brennstoffpumpenmodul 18 benutzt
einen an der Wand 24 des Brennstofftanks 16 angebrachten Brennstoffpumpenmodulflansch 30.
Der Flansch 30 bildet eine Dichtung, beispielsweise mittels
eines O-Rings, mit der oberen Wand 24 und ist am Brennstofftank 16 befestigt.
Erste und zweite Behälterstangen 32 und 34 befestigen
den Behälter 28 des
Brennstoffpumpenmoduls in an sich bekannter Weise an der inneren
Bodenwand des Brennstofftanks 16 mit oder ohne vorspannendes
Element, wie eine Feder. Von der Oberseite des Flansches 30 aus
ragt eine Brennstoffleitung 36 hervor, um dem Verbrennungsmotor 12,
und insbesondere den Einspritzvor richtungen 38-44,
flüssigen
Brennstoff zuzuführen.
Die 3 zeigt auch eine Fahrzeugbatterie 46,
ein Spannungssteuerungsmodul 48 für die Brennstoffpumpe, elektrische
Stromleitungen 50, 52 zwischen der Batterie 46 und
dem Spannungssteuerungsmodul 48 und elektrische Stromleitungen 54, 56 zwischen
dem Spannungssteuerungsmodul 48 und der Brennstoffpumpe 20.
Die elektrischen Stromleitungen 54, 56 werden
benutzt, um die an der Brennstoffpumpe 20 anliegende Spannung
zu verändern,
deren Hauptquelle für
elektrische Leistung der Brennstoffpumpe 20 durch die Stromleitungen 54, 56 zugeführt werden kann,
die mit dem Kabelbaum des Fahrzeugs verbunden sein können. Eine
Steuerleitung 60 gestattet die Steuerung zwischen dem Spannungssteuerungsmodul 48 und
einem Drucksensor 92, der später erläutert wird. Ein Brennstoffilter 64 einer
sockenartigen Bauform kann am Bodeneinlaß der Brennstoffpumpe 20 angebracht
sein, während
ein Filtergehäuse 66 einen
Lebenszeit-Brennstoffilter 68 aufnimmt, der die Brennstoffpumpe 20 umgibt.
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Die 4 stellt
eine Seiteansicht eines Gehäuses 94 dar,
das am Brennstoffpumpenmodul 18 angebracht ist. Das Gehäuse 94 kann,
wie dargestellt, einen Druckregler 62, ein Überdruckventil 74 und
eine Versorgungsmündung 70 für eine Strahlpumpe
aufnehmen. Die Versorgungsmündung
für eine
Strahlpumpe ist nicht auf die durch 70 gekennzeichnete
Position beschränkt,
sondern kann sich auch nahe dem Boden der Brennstoffpumpe 20 befinden,
wie durch die Position 72 angezeigt. In noch anderen Anwendungen
kann eine Kombination von Mündungen
vorgesehen sein, wie bei Anwendungen mit Allradantrieb.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf die 3-5 wird
der Brennstoff im Brennstofftank 16 und im Behälter 28 durch
den Brennstoffilter 64, auch als Filtersocke bekannt, in
die Pumpe 20 angesaugt. Entsprechend den Pfeilen 96 durchquert
der Brennstoff die Pumpe 20 und gelangt in den die Pumpe 20 umgebenden
Filter 68 und dann in das den Druckregler 62 beherbergende
Gehäuse 94,
das Überdruckventil 74,
die Versorgungsmündung 70 für die Strahlpumpe
und den Drucksensor 92. Nach dem Eintritt in das Gehäuse 94 teilt
sich der Brennstoffstrom, wobei einiger Brennstoff entsprechend
dem Pfeil 93 zum Flansch 30 und in die Brennstoffleitung 36 fließt, um dem
Motor 12 zugeführt
zu werden. Weil keine Brennstoffrückflußleitung vom Motor 12 vorhanden ist,
wird aller Brennstoff, der in die Brennstoffleitung 36 und
die Brennstoffleitung 14 (1) fließt, im Motor 12 verbrannt.
Zugleich fließt
etwas Brennstoff entsprechend dem Pfeil 78 zur Versorgungsmündung 70 für die Strahlpumpe
und dann in Übereinstimmung mit
dem Pfeil 86 in das Rohr 88, durch das es über ein
Mündungselement
wie eine Strahlpumpe 90 in den Behälter 28 zurückgeführt wird.
Die Strahlpumpe 90 erzeugt einen Venturi-Effekt und zieht
deshalb Brennstoff aus dem Brennstofftank 16 in den Behälter 28.
Das Mündungselement 90 verursacht
auch einen Rückdruck
in das Gehäuse 94 stromauf
vom Mündungsstück 90.
Falls der Druck im Gehäuse 94 ein
vorgegebenes Niveau überschreitet, öffnet sich ein Überdruckventil 74 und
gestattet ein Überströmen des
Brennstoffs n den Behälter 28.
Im Gehäuse 94 ist
auch ein Drucksensor 92 aufgenommen, dessen Funktion als
Teil der Lehre der vorliegenden Erfindung kurz erläutert wird.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf die 3-5 und
zusätzliche
Bezugnahme auf die 6-8 wird nun
die Funktionsweise der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert. Die 6 stellt ein
Ablaufdiagramm des allgemeinen Ablaufs der Steuerlogik zu Steuerung
der erfindungsgemäßen Brennstoffpumpe
dar. Im allgemeinen gibt der Drucksensor 92 des Brennstoffördermoduls 18 („FDM” = fuel
delivery module) einen Rückdruckwert
in eine Triggerschaltung 80 ein. Wenn ein gewisses Kriterium
innerhalb der Triggerschaltung getroffen wird, geht die Steuerung
auf die Steuerschaltung 82 über. Entsprechend der Auswertung
durch die Steuerschaltung 82 steuert ein Steuermodul 48 für die Brennstoffpumpenspannung
die an der Brennstoffpumpe 20 anliegende Spannung unter
Anwendung von Techniken, die Widerstände oder Pulsbreitenmodulation
(„PWM” = pulse
width modulation) einsetzen. Somit wird durch Veränderung
der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden Spannung die
Steuerung der Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe 20 bewirkt.
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Dies
fortsetzend entläßt, wenn
der Rückdruck
im Gehäuse 94 größer ist
als ein vorgegebener Druck, das Überdruckventil 74 entsprechend
dem Pfeil 76 Brennstoff und Druck in den Brennstofftank 16,
und insbesondere in den Behälter 28,
um zu verhin denn, daß der
Brennstoffdruck einen gewissen vorgegebenen Druck überschreitet.
Der abgeführte Brennstoff
kann erneut von der Brennstoffpumpe 20 über die am Boden der Brennstoffpumpe 20 gezeigte Filtersocke 64 angesaugt
werden. Zusätzlich
entläßt das Mündungselement 90 nicht
zur Verbrennung bestimmten Brennstoff, wie durch den Pfeil 86 dargestellt.
Die Strömung
gemäß Pfeil 86 kann über ein Strahlpumpenrohr 88 verlaufen
und bei der Strahlpumpe 90 in den Bodenbereich des Behälters 28 gerichtet
werden. Nicht in den Behälter 28 abgeführter Brennstoff
strömt
gemäß dem Strömungspfeil 93,
der Hochdruckbrennstoff auf dem Weg zum Motor 12 darstellt,
in die Brennstoffleitung 14. Die 5 zeigt auch
durch den Strömungspfeil 78 eine
Brennstoffströmung,
die entweder aus der Mündung 70 oder aus
dem Überdruckventil 74 ausgeleitet
werden kann, falls ein Fahrzeug derart ausgestattet ist. Um es näher auszuführen, kann
die Mündung 70 nur
erforderlich sein, falls das Brennstoffördermodul keine Strahlpumpen
einsetzt, oder eine Strahlpumpe oder Pumpen, die durch eine „Hauptseiten"-Strömung angetrieben
werden, wie eine Strömung,
die nicht durch den Druckregler geführt wird.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf die 4-8 kann
der Druckregler 92 innerhalb des Gehäuses 94 angeordnet
sein, das auch den Druckregler 62, die Mündung 70 und
das Überdruckventil 74 enthält. Der
Drucksensor 92 stellt kontinuierlich den Brennstoffdruck
stromab vom Druckregler 62 fest und insbesondere stellt
er den Druck zwischen dem Druckregler und der Mündung 70 oder der Strahlpumpe 90 fest.
Durch Überwachung
des Rückdrucks
innerhalb des Gehäuses 94 kann
der Brennstoffbedarf des Motors 12 abgeschätzt werden.
Im allgemein en, wenn der Motorbedarf gering ist, wie beim Leerlaufbetrieb,
hat der Rückdruck
sein Maximum, und wenn der Motorbedarf am größten ist, wie bei weit geöffneter
Drossel („WOT” = wide
open throttle), befindet sich der Rückdruck bei einem Minimum.
Durch Überwachung
des Rückdrucks
im Gehäuse 94 und
Veränderung
der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden Spannung kann
die Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe 20 und damit das Fördervolumen
in Übereinstimmung
mit dem vom Motor benötigten
Volumen verändert
werden. Durch Überwachung
des Rückdrucks
mittels des Drucksensors 92 können Eingaben bei einem logischen Schaltkreis
im Spannungssteuermodul 48 erfolgen, um dadurch Spannungsänderungen
an die Pumpe 20 weiterzuleiten.
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Eine
detailliertere Erläuterung
der vorlegenden Erfindung erfolgt nun unter Bezugnahme auf die 3-8.
Das Spannungssteuermodul 48 empfängt eine Eingabe vom Brennstofffördermodul 18 in Form
eines durch den Drucksensor 92 festgestellten Rückdrucks.
Der Rückdruck,
beispielsweise in Kilopascal (kPa), wird in eine Triggerschaltung 100 im
in 7 dargestellten Druckeingabeblock eingegeben. Die
Triggerschaltung 100 ist eine kontinuierliche Routine,
die den vom Drucksensor 92 abgelesenen Druck innerhalb
des Gehäuses 94 zwischen
der Mündung 70 und
dem Druckregler 62 überwacht.
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Nach
dem Einlesen des Rückdrucks „P" in die Triggerschaltung 100 beim
Eingabeblock 102 gelangt er zum Entscheidungsblock 104,
wo er mit dem mittleren Druck „Pmean" verglichen
wird. Pmean ist das gewünschte Niveau des am Drucksensor 92 abgelesenen
Rückdrucks
und kann berechnet werden als (Pmax + Pmin)/2, wie in 8 dargestellt.
Durch Steuerung des Rückdrucks
durch Veränderung
der Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe, um stets bei oder so nahe
wie möglich
bei Pmean zu sein, wird sichergestellt,
daß der
Brennstoffverbrauch des Motors und die Brennstoffzufuhr zur Strahlpumpe 90 so
ausgeglichen wie möglich
sein werden. Falls der absolute Wert des Unterschieds zwischen P
und Pmean größer ist als ein vorgegebener
Druckwert, etwa 5 kPa, wie durch „R" im Entscheidungsblock 104 dargestellt, übergibt
die Triggerschaltung 100 die Steuerung an den Eingabeblock 106,
der es zuläßt, daß die Steuerung
die Triggerschaltung verläßt und in
die Steuerschaltung 108 eingeht. Wenn jedoch der Druckunterschied
zwischen P und Pmean nicht größer ist
als der vorgegebene Druckwert von 5 kPa, führt die Triggerschaltung die
Steuerung an den Beginn der Triggerschaltung 100 zurück, um die
Iteration zu beginnen.
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Bei
der obigen Erläuterung
stellt 5 kPa einen Toleranzwert dar, um den der Rückdruck
von Pmean entweder nach oben oder nach unten
abweichen darf, bevor eine Korrektur zurück zu Pmean aufgerufen wird.
Wenn der ermittelte Druck größer als
5 kPa, wird vom Motor 12 angenommen, daß er sich in einem Betriebszustand
befindet, in dem die Geschwindigkeit in einem Ausmaß zunimmt
oder abnimmt, daß die Änderung
der Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe erforderlich werden kann.
Die Steuerschaltung 108 wird eine solche wahrgenommene
Notwendigkeit bestätigen.
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Wenn
die Steuerung einmal zur Steuerschaltung 108 fortgeschritten
ist, hat die Steuerlogik der Triggerschaltung 100 ermittelt,
daß, weil
der festgestellte Druck wenigstens 5 kPa vom mittleren Druck (Pmean) entfernt ist, der Motor 12 mehr
oder weniger Brennstoff anfordert als durch den Drucksensor 92 festgestellt
wird. Im allgemeinen wird der Drucksensor 92 einen abnehmenden
oder bleibend abgesenkten Rückdruck
feststellen, wenn der Motor 12 eine zunehmende oder bleibend
erhöhte
Brennstoffmenge anfordert, wie während
einer Beschleunigung des Motors oder dauerhaft hohen Fahrzeuggeschwindigkeiten.
In gleicher Weise wird der Drucksensor 92 einen zunehmenden
bzw. oder bleibend erhöhten Rückdruck
feststellen, wenn der Motor 12 eine abnehmende oder bleibend
abgesenkte Brennstoffmenge anfordert, wie während einer Verzögerung des
Motors oder dauerhaft geringen Fahrzeuggeschwindigkeiten.
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Nach
Eintreten in die Logik der Steuerschaltung 108, wird der
durch den Drucksensor 92 gemessene Rückdruck mit einer hohen Druckschwelle ("PHI th")
im Entscheidungsblock 110 verglichen. PHI th ist eine Grenzschwelle, die so gewählt ist,
daß sie
einen gewissen Prozentsatz niedriger liegt als der maximale Betriebsdruck
des Brennstoffsystems, oder sie kann alternativ mit Rücksicht
auf die Lebensdauer auf den zulässigen
Rückdruck
auf den Druckregler 92 beschränkt sein. Beispielsweise könnte PHI th so eingestellt
sein, daß der
Wert 5% oder 10% unter dem maximalen Brennstoffbetriebsdruck liegt.
Fährt man
in der Steuerschaltung 108 fort, schreitet, wenn die Antwort
auf die im Entscheidungsblock 100 gestellte Frage „Ja" (J) ist, die Logik
zum Entscheidungsblock 112 fort, wo nach dem Betriebszustand der
Brennstoffpumpe 20 gefragt ist. Der Entscheidungsblock 112 fragt,
ob die Betriebsweise der Brennstoffpumpe 20 auf „hoch" eingestellt ist,
was die Betriebsweise der Brennstoffpumpe 20 mit der maximalen
Brennstoffpumpleistung ist, oder wenigstens die Betriebsweise mit
der Brennstoffpumpleistung, die fähig ist, die höchste Anforderung
oder mehr als die höchste
Anforde rung des Motors 12 zu bedienen. Falls das Ergebnis
dieser Nachfrage „Ja" ist, dann schreitet
die Logik zum Block 14 fort, in dem die an der Brennstoffpumpe
anliegende Spannung umgeschaltet oder gewechselt wird, wenn ein
Umschaltmodus abgerufen wird. Das heißt, die an der Brennstoffpumpe 20 anliegende
Spannung wird gesenkt, um die Geschwindigkeit der Pumpe zu verlangsamen,
was wiederum den Brennstoffdruck bis auf oder nahe an Pmean absenkt.
Wiederholt: Pmean ist ein durchschnittlicher
Rückdruck,
der derart berechnet ist, daß in Übereinstimmung
mit dem in 8 dargestellten Rückdruck
Pmean = (Pmax +
Pmin)/2 ist.
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Zurückkehrend
zum Entscheidungsblock 110 schreitet die Logik zum Entscheidungsblock 116 fort,
wenn das Ergebnis der Fragestellung „Nein" (N) ist. Beim Entscheidungsblock 116 erfolgt
eine Nachfrage, ob der ermittelte oder gemessene Brennstoffrückdruck „P", gemessen vom Drucksensor 92,
niedriger ist als PLow th.
PLow th ist eine
Grenzschwelle, die so gewählt
ist, daß sie
einen gewissen Prozentsatz höher
liegt als der minimale Betriebsdruck des Brennstoffsystems. Beispielsweise
könnte
PLow th so eingestellt
sein, daß der
Wert 5% oder 10% über
dem minimalen Brennstoffbetriebsdruck liegt. Die Grenzschwellen
PLow th und PHi th können so
eingestellt sein, daß der
durchschnittliche Betriebsdruck Pmean der Durchschnitt
dieser Werte ist, aber das ist nicht erforderlich.
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Falls
die Antwort auf die Frage beim Entscheidungsblock 116 „Ja" ist, dann schreitet
die Logik zum Entscheidungsblock 118 fort, wo die Logik
fragt, ob die Betriebsweise der Brennstoffpumpe 20 auf ihre „Niedrig"-Betriebsweise eingestellt
ist. Falls die Brennstoffpumpe auf ihre „Niedrig"-Betriebsweise eingestellt ist und der
Drucksensor einen Brennstoffdruck unter seinem PLow th-Wert feststellt, bedeutet dies, daß der Motor 12 eine
solche Menge Brennstoff fordert, daß der Druck gefallen ist oder
fällt.
Um den Druckabfall zu kompensieren und dem Motor 12 ein größeres Brennstoffvolumen
zuzuführen,
schreitet die Logik zum Block 114 fort, wo die an der Brennstoffpumpe 20 anliegende
Spannung derart geändert oder
umgeschaltet wird, daß die
Geschwindigkeit der Brennstoffpumpe 20 so erhöht wird,
daß Druck
und Volumen des Brennstoffs ansteigen und sich der Rückdruck
in Richtung auf das Rückdruck-Niveau Pmean bewegt und dieses erreicht.
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Obwohl
oben logische Pfade zur Druckänderung
angesprochen wurden, verursachen verschiedene Pfade keine Änderung
der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden Spannung, des
Fördervolumens
oder des Rückdrucks.
Die erste Situation tritt ein, falls sich beim Entscheidungsblock 112 eine
Antwort „Nein" ergibt, die zweite
tritt ein, wenn sich beim Entscheidungsblock 118 eine Antwort „Nein" ergibt, und eine
dritte, wenn sich beim Entscheidungsblock 116 eine Antwort „Nein" ergibt. In allen
drei Situationen schreitet die Logik zum Block 120 fort,
derart, daß sich
keine Änderung
der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden Spannung ergibt.
Da beim Block 120 keine Änderung der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden
Spannung erfolgt, kehrt die Steuerung zur Triggerschaltung 100 zurück, wo der
Rückdruck „P" wieder beim Eingabeblock 102 in
die Routine eingegeben wird. In ähnlicher
Weise verläßt selbst dann,
wenn beim Block 114 als Ergebnis der Nachfragen bei den
Entscheidungsblöcken 110-112 und 116-118 eine Änderung
der an der Brennstoffpumpe 120 anliegenden Spannung erfolgt,
die Steuerung die Steuerschaltung 108 und kehrt zur Triggerschaltung 100 zurück. Eine Änderung
der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden Spannung und
damit des Rückdrucks
innerhalb des Brennstoffsystems, kann erreicht werden durch Anwendung
einer Halbleitervorrichtung, beispielsweise zur Sicherstellung einer schnellen
Umschaltung ohne irgendeine auffällige Druckveränderung
oder Welligkeiten in der Hochdruck-Brennstoffleitung 14, 36.
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Während das
Ablaufdiagramm der 7 Betriebsweisen der Brennstoffpumpe,
wie eine hohe und eine niedrige Betriebsweise, darstellt, können zusätzliche
Einstellungen der Pumpengeschwindigkeit benutzt werden, um spezieller
den Anforderungen an den Brennstoffdruck gerecht zu werden. Bei einer
solchen Anordnung kann eine Tabelle benutzt werden, um die Geschwindigkeit
der Brennstoffpumpe einzustellen. Beispielsweise kann beim Block 114, statt
die Pumpengeschwindigkeit von hoch nach niedrig zu ändern, etwa
auf eine Tabelle zugegriffen werden, um aus einem weiten Bereich
von Geschwindigkeiten auszuwählen,
um den Druckanforderungen der Routine zu entspre chen, um den Druck nach
Pmean zurückzuführen. Als Alternative zu speziellen
Geschwindigkeiten kann eine kontinuierlich veränderliche Brennstoffpumpe benutzt
werden, um den Brennstoffanforderungen der Routine zu entsprechen.
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Die 8 ist
ein Diagramm 121, welches, wie oben erläutert, die bei der Steuerung
des Brennstoffsystems gemäß dem Ablaufdiagramm
in 7 benutzten Rückdruckniveaus
darstellt. Insbesondere zeigt das Diagramm 121 die Drücke Pmax 122, PHi th 124, Pmean 126,
PLow th 128 und
Pmin 130. Pmax 122 kann einer
Strömungssituation
des Brennstoffs zugeordnet sein, wie Motorleerlauf, oder dem maximal
zulässigen
Druck basierend auf der Strapazierfähigkeit des Druckreglers 62 und,
beispielssweise, der Gesamtanordnung des Brennstoffpumpenmoduls 18. Pmin kann einer Situation des Brennstoffdrucks
zugeordnet sein, wie dem nötigen
Minimaldruck zur Sicherstellung einer ordnungsgemäßen Funktion
der Strahlpumpe 90. PHi th 124 und PLow th 128 sind, wie bereits diskutiert,
Schwellenwerte, die Einstellpunkte für den Rückdruck, beispielsweise 5%-10%
von den Drücken
Pmax und Pmin entfernt.
Wenn die Rückdrücke über die
Schwellenwerte hinweg bewegen, werden durch die Routine nach 7 den
Rückdruck
P betreffende Korrekturmaßnahmen
abgerufen.
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Fortsetzend
mit einer Erläuterung
der benutzten Drücke
kann PHi th 90% von
Pmax betragen, während PLow th 110% oder das 1,1-fache von Pmin betragen
kann. Das Überdruckventil 74 kann
so eingestellt sein, daß es
sich bei Drücken
unterhalb des Niveaus Pmax schließt. Obwohl
das Überdruckventil 74 in 5 gezeigt
ist, kann das Überdruckventil 74 entfallen,
wegen der Spannungssteuerung der Brennstoffpumpe 20 gemäß den Lehren
der vorliegenden Erfindung. Anders ausgedrückt, weil die Geschwindigkeit
der Brennstoffpumpe 20 und somit der Rückdruck gemäß den Lehren der vorliegenden
Erfindung verändert
werden, kann das Überdruckventil 74 nicht benötigt werden,
um hohe Drücke
auszugleichen. Nichtsdestoweniger kann das Überdruckventil 2 zum Ausgleich
hoher Drücke
beibehalten werden, die auftreten, wenn die Brennstoffpumpe nicht
in Betrieb ist, wie an heißen
Tagen unmittelbar nach dem Abschalten des Motors, bei abgestorbenem
Motor, oder bei elektrisch oder mit Benzin betriebenen Hybridfahrzeugen,
wenn der Verbrennungsmotor an heißen Tagen wiederholt über einer heißen Straßenfläche gestoppt
wird. Während
der Perioden, in denen der Verbrennungsmotor gestoppt ist, findet
eine Einstellung der an der Brennstoffpumpe 20 anliegenden
Spannung nicht statt.
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Es
gibt viele Vorteile durch die Lehren der vorliegenden Erfindung.
Zunächst
erfährt
die Brennstoffpumpe 20 als Ergebnis der durch das Spannungssteuerungsmodul 48 durchgeführten Steuerung
kontinuierliche Änderungen
ihrer Geschwindigkeit. Obwohl verschiedene Bauformen eines Steuerungsmoduls 48 möglich sind,
ist ein Schalter auf Widerstandsbasis oder eine PWM (Impulsbreitenmodulation)
mit Nutzung einer Betriebszyklussteuerung möglich. Ein anderer Vorteil
besteht darin, daß beim Laufen
des Motors die Brennstoffpumpe 20 nicht mit 100% ihrer
Pumpkapazität
betrieben wird, elektrische Energie eingespart. Weil elektrische
Energie eingespart wird, wird beim Verbrennungsmotor 12, der
einer die (nicht gezeigte) Batterie 48 mit elektrischer
Energie versorgenden Lichtmaschine Drehenergie zuführt, von
der Lichtmaschine weniger Drehenergie vom Motor 12 verbraucht,
und somit Benzin im Verbrennungsverfahren eingespart und die Brennstoffkilometerleistung
des Fahrzeugs erhöht.
Zusätzlich
kann die Lebensdauer der Brennstoffpumpe erhöht und Lärm, Vibration und Rauheit verringert
werden, weil die Brennstoffpumpe 20 im Vergleich mit herkömmlichen
MRFS-Versionen der Pumpe, die, solang der Motor in Betrieb ist,
bei 100% der Kapazität
laufen, mit verringerten und veränderten
Geschwindigkeiten betrieben wird. Ein anderer Vorteil besteht darin,
daß das
anpassungsfähige
MRFS gemäß der vorliegenden
Lehre fähig
ist, ein herkömmliches
MRFS in aktuell in Betrieb befindlichen Fahrzeugen zu ersetzen,
falls eine Reparatur oder ein Austausch des herkömmlichen MRFS erforderlich wird.
Schließlich
bietet das AMRFS der vorliegenden Lehre einige der Vorteile eines
ERFS ohne jede Wechselwirkung mit einer elektronischen Steuereinheit
eines Fahrzeugs. Das heißt,
nur die Steuerung des AMRFS wird genutzt.