DE19828933A1 - Kraftstoff-Versorgungssystem und Kraftfahrzeug mit einem solchen System - Google Patents
Kraftstoff-Versorgungssystem und Kraftfahrzeug mit einem solchen SystemInfo
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Abstract
Ein Kraftstoff-Versorgungssystem zum Versorgen einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, mit Kraftstoff aus einem Vorrat, umfassend eine Kraftstoff-Förderpumpe, wenigstens einen Filter zum Filtern von durch die Kraftstoff-Förderpumpe aus dem Vorrat geförderten Kraftstoff und eine Diagnoseeinrichtung zum Bewerten eines Druckabfalls des geforderten Kraftstoffs an dem Filter und zum Einschalten eines Signals, wenn der Druckabfall eine vorgegebene Grenzdruck-Differenz überschreitet. Das Signal dient als Hinweis darauf, daß der Filter verstopft ist und ersetzt werden muß.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoff-Versorgungssystem zum
Versorgen einer Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff aus einem Vorrat,
welches eine Kraftstoff-Förderpumpe und wenigstens einen Filter zum Filtern
von durch die Kraftstoff-Förderpumpe aus dem Vorrat gefördertem Kraftstoff
umfaßt. Ein solches Kraftstoff-Versorgungssystem ist aus DE 44 14 281 A1
bekannt. Sie betrifft ferner ein Kraftfahrzeug, das mit einem solchen Kraft
stoff-Versorgungssystem ausgestattet ist.
Der oder die Kraftstoffilter eines solchen Kraftstoff-Versorgungssystems
werden in bestimmten Intervallen gewechselt, die beim Einsatz von Kraft
fahrzeugen in der Regel Fahrleistungen zwischen 40 000 und 100 000 km
entsprechen, oder sie werden als Lebensdauer-Kraftstoffilter ausgelegt, das
heißt sie sind mit der Kraftstoff-Förderpumpe, der sie vor- und/oder nach
geschaltet sind, in einer Baugruppe fest verbunden und werden gemeinsam
mit der Kraftstoff-Förderpumpe ausgewechselt, wenn diese Störungen zeigt.
In ersterem Fall werden die Kraftstoffilter meist lange vor dem tatsächlichen
Ablauf ihrer Lebensdauer ausgewechselt, wodurch dem Betreiber der Ver
brennungskraftmaschine bzw. des Kraftfahrzeugs unnötige Kosten für Material
und Wartung entstehen. Trotzdem kann es bei unerwartet heftigem Schmutz
anfall im Kraftstoff (zum Beispiel, wenn ein fast vollständig, bis auf einen
Bodensatz, entleerter Kraftfahrzeugtank neu befüllt und dabei der Bodensatz
aufgewirbelt wird), zu einem Zusetzen des Filters noch während seiner
vorgesehenen Lebensdauer kommen. Solange die Durchlässigkeit des Filters
noch ausreicht, um die zum Betrieb der Verbrennungskraftmaschine erforder
liche Kraftstoffmenge zu fördern, bemerkt der Betreiber diesen Zustand
nicht, so daß die Kraftstoff-Förderpumpe lange Zeit einer stärkeren Be
anspruchung ausgesetzt sein kann als der, für die sie ausgelegt ist, was zu
einem verfrühten Ausfall der Kraftstoff-Förderpumpe führen kann und
wiederum erhebliche Kosten für den Betreiber verursacht. Bei Kraftstoff-
Versorgungssystemen mit Lebensdauer-Kraftstoffiltern tritt dieses Problem in
ähnlicher Weise auf.
Das erfindungsgemäße Kraftstoff-Versorgungssystem mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß ein
besonders zuverlässiger und wirtschaftlicher Betrieb der Verbrennungskraftma
schine möglich ist. Der Betreiber der Verbrennungskraftmaschine kann sich
anhand des Signals über den Verschmutzungsgrad des oder der Filter infor
mieren und diese solange in Betrieb lassen, bis sie tatsächlich einen Ver
schmutzungsgrad erreicht haben, der es erforderlich macht, sie auszutau
schen. Dies ermöglicht es in vielen Fällen, die Filter länger als für die
oben erwähnte Lebensdauer bzw. Fahrleistung in Betrieb zu lassen. Anderer
seits wird er über eine unvorhergesehene - möglicherweise noch während
der vorgesehenen Lebensdauer der Filter - aufgetretene Verschmutzung
informiert und kann dagegen Maßnahmen ergreifen, noch bevor dies zu
Schäden an der Kraftstoff-Förderpumpe geführt hat.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der
Erfindung sind den Zeichnungen, der Beschreibung und den Ansprüchen
entnehmbar.
Zeichnungen
Fig. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Kraftstoff-Versorgungssystem.
Fig. 2 zeigt die zeitliche Entwicklung des Druckabfalls an einem Kraft
stoffilter, durch den eine schmutzbelastete Flüssigkeit gepumpt
wird.
Fig. 1 zeigt stark schematisiert - das Kraftstoff-Versorgungssystem eines
Kraftfahrzeugs. Ein Tank 1 enthält einen Vorrat 2 an Kraftstoff. Eine
Öffnung in der Wand des Tanks 1 ist durch einen Flansch 5 verschlossen,
der Teil eines Kraftstoff-Fördermoduls ist. Das Kraftstoff-Fördermodul
umfaßt ferner eine elektrische Kraftstoffpumpe 3, die an dem Flansch 5 so
befestigt ist, daß ihr Einlaßende mit einem davor angeordneten Kraftstoff-
Vorfilter 4 in den Vorrat 2 eintaucht. Eine Kraftstoff-Förderleitung 6 ver
läuft von der Kraftstoffpumpe 3 durch den Flansch 5 und einen Kraftstoffil
ter 7 zu einem Kraftstoffzuteiler 8, der Einspritzventile (nicht dargestellt)
einer Brennkraftmaschine versorgt. Eine Kraftstoffrückleitung verläuft über
einen Druckregler 10 und durch den Flansch 5 zurück in den Tank 1.
Die elektrische Kraftstoffpumpe 3 wird von der Batterie 11 des Kraftfahr
zeugs über durch den Flansch 5 geführte Zuleitungen 13, 14 mit Energie
versorgt. Eine Diagnoseschaltung 12 hat zwei Eingänge, von denen einer mit
einem Punkt 15 an der mit dem Pluspol der Batterie verbundenen Zuleitung
14 verbunden ist und der andere direkt an den Pluspol der Batterie ange
schlossen ist. Die an den Eingängen der Diagnoseschaltung 12 anliegenden
Potentiale unterscheiden sich durch die Spannung, die an der Zuleitung 14
zwischen dem Pluspol der Batterie 11 und dem Punkt 15 aufgrund von
deren Eigenwiderstand abfällt. Diese Spannung ist dem von der Kraftstoff
pumpe 3 aufgenommenen Strom proportional und ist somit ein Maß fuhr die
Leistungsaufnahme der Kraftstoffpumpe 3.
Die Abgabeleistung der Kraftstoffpumpe 3 ist gegeben durch das Produkt
aus Volumendurchsatz und der Differenz zwischen Eingabe- und Ausgabe
druck der Kraftstoffpumpe 3. Diese Druckdifferenz ist gleich der Summe der
Drücke, die an den anderen Elementen des Kraftstoffkreislaufs vom Tank 1
zum Kraftstoffzuteiler 8 und zurück abfallen, das heißt im wesentlichen
gleich der Summe der Druckabfälle am Druckregler 10, dem Kraftstoffilter
7 und dem Kraftstoffvorfilter 4. Das Verhältnis von Druckabfall zu Volu
mendurchsatz am Druckregler 10 ist durch die Konstruktion des Druckreglers
vorgegeben und ändert sich nicht mit der Zeit, der Druckabfall am Kraft
stoffilter 7 bzw. -vorfilter 4 nimmt mit steigendem Verschmutzungsgrad zu,
wie in Fig. 2 dargestellt. Dabei ist der Druckabfall am Vorfilter 4 deutlich
kleiner als der am Kraftstoffilter 7. Die Druckdifferenz, und damit die
Abgabeleistung der Kraftstoffpumpe 3, ist überwiegend durch den Druck
abfall am Kraftstoffilter 7 bestimmt.
Fig. 2 (Druckdifferenz D in kPa und Zeit Z in min.) zeigt einen typischen
Verlauf des Druckabfalls an einem Kraftstoffilter mit der Zeit, gemessen
nach DIN ISO 4020, jedoch mit doppelter Staubkonzentration (0,8 g/l) und
ohne Rußzusatz. Man erkennt, daß in einer ersten Phase des Betriebs des
Filters, mit A bezeichnet, der Druckabfall gering ist und sich nur langsam
mit der Zeit ändert. An einem Punkt B ist ein Druckabfall erreicht, der
gegenüber dem Druck, bei dem der Druckregler 10 sich öffnet (und der in
oder Regel wenige bar beträgt), nicht mehr vernachlässigbar ist und zu einer
spürbaren Mehrbelastung der Kraftstoff
pumpe 3 führt. Jenseits des Punkts B nimmt mit zunehmender Verengung
der Poren des Filters durch sich ablagernden Schmutz der Druckabfall mit
der Zeit schnell zu. In diesem Bereich ist die Lebensdauer des Filters
überschritten, und er sollte ausgewechselt werden. In der praktischen Anwen
dung ergibt sich - auf einer längeren Zeitskala - dieselbe Entwicklung des
Druckabfalls am Filter, wie in Fig. 2 gezeigt.
Zurück zu Fig. 1. Die Diagnosevorrichtung 12 ist an eine Einrichtung zum
Erfassen des Betriebszustands der Verbrennungskraftmaschine (nicht gezeigt)
angeschlossen und erhält von dieser ein Aktivierungssignal, wenn ein vor
gegebener Betriebszustand erfaßt wird. Dieser Betriebszustand kann z. B. das
Laufen der Verbrennungskraftmaschine im Leerlauf mit einer Nenndrehzahl
sein. Diesem Betriebszustand entspricht ein bestimmter, reproduzierbarer
Kraftstoffverbrauch des Motors und dementsprechend ein bestimmter, re
produzierbarer Durchsatz durch die Pumpe und die Filter. Das Aktivierungs
signal veranlaßt die Diagnoseschaltung 12, in diesem Zustand die Spannungs
differenz zwischen ihren zwei Eingängen mit einer vorgegebenen Spannungs
differenz zu vergleichen und ein Signal auszugeben, wenn die gemessene
Spannungsdifferenz sich als größer erweist. Das Signal bringt eine Warn
leuchte 16 im Armaturenbrett des Fahrzeugs zum Aufleuchten, die den
Fahrer darauf aufmerksam macht, daß der Kraftstoffilter ausgetauscht werden
muß.
Alternativ kann die Einrichtung zum Erfassen des Betriebszustands der
Verbrennungskraftmaschine eingerichtet sein, um eine Mehrzahl von Be
triebszuständen zu erkennen und ein Aktivierungssignal an die Diagnose
einrichtung 12 auszugeben, das es dieser ermöglicht festzustellen, welcher
aus der Mehrzahl möglicher Betriebszustände erfaßt worden ist und dement
sprechend einen zu diesem Betriebszustand passenden Grenzwert der Span
nungsdifferenz aus einer Mehrzahl von vorgegebenen Spannungsdifferenzen
auszuwählen, um die an den Eingängen anliegende Spannungsdifferenz damit
zu vergleichen.
Ein solcher Betriebszustand kann auch ein Beschleunigungszustand oder ein
Zustand des Fahrens mit hoher Geschwindigkeit sein. In einem solchen
Zustand ist der Volumendurchsatz durch die Filter und damit der Druck
abfall am Kraftstoffilter 7 relativ hoch im Vergleich zu einem Leerlaufzu
stand, und infolge dessen ist eine Diagnose des Zustands der Filter mit
höherer Empfindlichkeit möglich.
Gemäß einer weiteren Alternative enthält die Einrichtung zum Erfassen des
Betriebszustands eine Einrichtung zur Ermittelung des Kraftstoffverbrauchs
pro Fahrstreckeneinheit. Letztere Einrichtungen sind bekannt und brauchen
hier nicht beschrieben zu werden. Das von der Einrichtung zum Erfassen
des Betriebszustands ausgegebene Aktivierungssignal repräsentiert den er
mittelten Kraftstoffverbrauch. Die Diagnoseeinrichtung vergleicht die an den
Eingängen anliegende Spannungsdifferenz mit einem in Funktion des Kraft
stoffverbrauchs gewählten Grenzwert.
Bei einer weiteren alternativen Ausgestaltung des Kraftstoff-Versorgungs
systems sind dem bzw. jedem von der Erfassungseinrichtung erfaßten Be
triebszustand der Verbrennungskraftmaschine mehrere Grenzwerte von gestaf
felter Größe zugeordnet, die jeweils zunehmenden Verschmutzungsgraden des
Filters entsprechen. Jedem dieser Grenzwerte ist eine Signalleuchte 16
zugeordnet, die von der Diagnosevorrichtung eingeschaltet wird, wenn der
entsprechende Grenzwert überschritten ist. So kann der Benutzer an der Zahl
der eingeschalteten Signalleuchten erkennen, wie dringlich die Auswechslung
des Filters ist.
Claims (7)
1. Kraftstoff-Versorgungssystem zum Versorgen einer Verbrennungskraftma
schine mit Kraftstoff aus einem Vorrat (2), welches eine Kraftstoff-
Förderpumpe (3) und wenigstens einen Filter (4, 7) zum Filtern von
durch die Kraftstoff-Förderpumpe (3) aus dem Vorrat (2) gefördertem
Kraftstoff umfaßt, gekennzeichnet durch eine Diagnoseeinrichtung (12)
zum Bewerten eines Druckabfalls des geförderten Kraftstoffs an dem
Filter (4, 7) und zum Schalten eines Signals, wenn der Druckabfall
eine vorgegebene Grenz-Druckdifferenz überschreitet.
2. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diagnoseeinrichtung (12) eingerichtet ist, einen Versorgungs
strom der elektrisch betriebenen Kraftstoff-Förderpumpe (3) zu messen
und zu entscheiden, daß der Druckabfall die Grenz-Druckdifferenz
überschreitet, wenn der gemessene Versorgungsstrom einen Grenzwert
überschreitet.
3. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diagnoseeinrichtung den Versorgungsstrom der Kraftstoff-Förder
pumpe (3) anhand eines Spannungsabfalls an wenigstens einem Teilstück
einer elektrischen Zuleitung (14) der Kraftstoff-Förderpumpe (3) er
mittelt.
4. Kraftstoff-Versorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Erfassen des Betriebszu
stands der Verbrennungskraftmaschine, wobei die Diagnoseeinrichtung
(12) das Bewerten des Druckabfalls und gegebenenfalls das Schalten nur
durchführt, wenn wenigstens ein vorgegebener Betriebszustand erfaßt
wird.
5. Kraftstoff-Versorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,
daß die Diagnoseeinrichtung (12) das Bewerten des Druckabfalls und
gegebenenfalls das Einschalten durchführt, wenn einer unter mehreren
vorgegebenen Betriebszuständen erfaßt wird, wobei die Grenz-Druckdif
ferenz in Abhängigkeit vom jeweils erfaßten Betriebszustand vorgegeben
ist.
6. Kraftstoff-Versorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da
durch gekennzeichnet, daß die Diagnoseeinrichtung eingerichtet ist, um
den Druckabfall mit einer Mehrzahl vorgegebener Grenz-Druckdifferen
zen zu vergleichen und bei Überschreitung jeder dieser Grenz-Druckdif
ferenzen ein Signal zu schalten.
7. Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoff-Versorgungssystem nach einem der
vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Anzeigevorrich
tung (16), die für einen Fahrer des Fahrzeugs wahrnehmbar angeordnet
ist und deren Zustand durch das Signal bzw. die Signale geschaltet
wird.
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