DE19948170A1

DE19948170A1 - Kraftstoffversorgungseinrichtung sowie Kraftstoffpumpe

Info

Publication number: DE19948170A1
Application number: DE1999148170
Authority: DE
Inventors: Klaus Gebert
Original assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Current assignee: Kautex Textron GmbH and Co KG
Priority date: 1999-10-07
Filing date: 1999-10-07
Publication date: 2001-04-12
Anticipated expiration: 2019-10-08
Also published as: CA2321606A1; JP2001173534A; DE19948170B4; EP1091116A2; EP1091116A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug, mit wenigstens einer elektrisch betriebenen Kraftstoffpumpe (5), die in einem Schwalltopf (6) angeordnet ist und Kraftstoff aus dem Schwalltopf (6) in eine Kraftstoff-Zuleitung zu einem Motor (3) fördert und mit wenigstens einer Kraftstoff-Rücklaufleitung vom Motor (3) oder von einem Bypass in der Zuleitung (2). Die Kraftstoffversorgungseinrichtung zeichnet sich insbesondere dadurch aus, daß die Kraftstoffpumpe (5) eine elektronische Steuerung und wenigstens einen hydraulischen Steuereingang (13) aufweist und daß der hydraulische Steuereingang (13) der Kraftstoffpumpe (5) an die Kraftstoff-Zuleitung und/oder an die Kraftstoff-Rücklaufleitung angeschlossen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftmaschine, insbesondere als Kraftstoffver sorgungseinrichtung in Verbindung mit einem Kfz-Kraftstoff tank, mit wenigstens einer elektrisch betriebenen Kraftstoff pumpe, die in einem Schwalltopf angeordnet ist und Kraftstoff aus dem Schwalltopf in eine Kraftstoff-Zuleitung zum Motor fördert, und mit wenigstens einer Kraftstoff-Rücklaufleitung vom Motor oder von einem Bypass in der Kraftstoff-Zuleitung.

Solche Kraftstoffversorgungseinrichtungen finden sowohl bei Kraftfahrzeugen mit Otto-Motoren als auch bei Kraftfahrzeugen mit Diesel-Motoren Anwendung. Bei der Auslegung solcher Kraft stoffversorgungssysteme ist es wichtig, daß die Einspritzven tile des Motors unter allen Fahr- und Umgebungsbedingungen immer sicher mit Kraftstoff versorgt werden. Hierzu muß vor allen Dingen sichergestellt werden, daß am Absaugort der Kraftstoffpumpe immer ein ausreichender Kraftstoffvorrat vor handen ist, auch bei geringer im Tank verbleibender Restmenge an Kraftstoff sowie in extremen Fahrsituationen, beispiels weise bei extremer Quer- oder Längsneigung des Fahrzeugs. Um dies zu gewährleisten, ist es üblich, die Kraftstoffpumpe in einem sogenannten Schwalltopf anzuordnen, der als Reservebe hälter dient, aus welchem ständig Kraftstoff zum Motor ge fördert wird. Dieser Schwalltopf sollte in jeder Fahrsituation befüllt sein, was in der Regel mit im Tank angeordneten Saug strahlpumpen bewerkstelligt wird, die über eine Kraftstoff- Rücklaufleitung vom Motor oder bei rücklauflosen Kraftstoff versorgungssystemen über einen mittels Bypass aus der Kraft stoff-Zuleitung abgezweigten Rücklauf angetrieben werden. Diese Saugstrahlpumpen als Hilfspumpen fördern ständig Kraft stoff vom Tank in den Schwalltopf.

Über die von dem Motor geforderte maximale Vollastmenge muß eine Kraftstoffpumpe also auch den Rücklaufstrom zur Speisung einer Saugstrahlpumpe sowie gegebenenfalls eine Mehrmenge zum Ausgleich des Heißförderabfalls fördern.

Es sind Kraftstoffversorgungseinrichtungen bekannt, bei wel chen die Kraftstoffpumpe ständig eine konstante Kraftstoff menge zum Motor fördert, ungeachtet dessen, ob der Motor unter Teillast oder Vollast betrieben wird. Bei Teillastbetrieb ergibt sich hieraus ein verhältnismäßig hoher Rücklaufstrom, der aber unter Umständen gar nicht erforderlich ist, da für die Befüllung des Schwalltopfs bei Teillast nur ein geringer Rücklaufstrom ausreichend wäre. Bei Vollastbetrieb hingegen muß ein hoher Volumenstrom aus dem Tank in den Schwalltopf gefördert werden, da die Kraftstoffpumpe aus dem Schwalltopf zum Motor fördert. Gerade dann ergibt sich aber eine verhält nismäßig geringe Rücklaufmenge, weil der Motor viel Kraftstoff abnimmt.

Die Pumpe muß bei solchen Systemen also auf eine maximal mög liche Förderleistung ausgelegt sein.

Eine solche Maximalförderung ist insbesondere vor dem Hinter grund gestiegener Anforderungen an die Emissionen von Kraft stoffversorgungssystemen nicht wünschenswert. Auch ist es energetisch nicht sinnvoll, einen nicht benötigten Kraftstoff überschuß zu fördern. Schließlich werden unter Umständen die Verdampfungsverluste und Emissionen durch unnötige Mengen in den Tank zurückfließenden heißen Kraftstoffs erhöht. Bei rück lauflosen Kraftstoffversorgungssystemen besteht dieses Problem zwar nicht, die Kraftstoffpumpe muß jedoch auch bei solchen Systemen eine Maximalmenge fördern.

Es gibt daher verschiedenste Bemühungen, Kraftstoffpumpen bedarfsorientiert zu regeln bzw. zu steuern. Hierdurch wird eine Reduzierung der Bordnetzbelastung bei einem Kraftfahrzeug bewirkt. Beispielsweise kann eine Anpassung der Pumpenförder menge an den aktuellen Bedarf über eine elektronische Dreh zahlregelung der Pumpe erzielt werden. Auch ist es bekannt, die Pumpe nur zyklisch unter Verwendung eines hydraulischen Kraftstoff-Zwischenspeichers zur Versorgung der Einspritzven tile zu betreiben.

Die bekannten Maßnahmen zur Regelung bzw. Steuerung der Kraft stoffpumpen sind verhältnismäßig aufwendig. Hierzu müssen Schnittstellen zum elektronischen Motormanagement geschaffen werden. Außerdem sind zusätzliche, separate Steuergeräte er forderlich, die zwischen die Motorelektronik und eine Kraft stoffpumpe oder ein Kraftstoffördermodul geschaltet werden müssen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Kraft stoffversorgungseinrichtung der eingangs genannten Art dahin gehend zu verbessern, daß eine verhältnismäßig einfache und betriebssichere Regelung der Kraftstoffpumpe gewährleistet ist.

Die Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kraftstoffpumpe eine integrierte elektronische Steuerung und wenigstens einen hydraulischen Steuereingang aufweist und daß der hydraulische Steuereingang der Kraftstoffpumpe an die Kraftstoff-Zuleitung und/oder an die Kraftstoff-Rücklauflei tung angeschlossen ist.

Die Erfindung macht sich in vorteilhafter Art und Weise die im Tank vorliegenden Informationen, d. h. die Kraftstoffdrücke aus Vorlauf oder Rücklauf zunutze, die direkt an die in die Kraftstoffpumpe integrierte Steuerelektronik weitergegeben werden. Eine Kopplung der Kraftstoffpumpe mit einem elektro nischen Motormanagement ist so entbehrlich.

Vorzugsweise ist die Steuerung der Kraftstoffpumpe mit dieser zu einer Baueinheit zusammengefaßt, so daß wesentliche Elemen te der Kraftstoffversorgungseinrichtung im Kraftstofftank angeordnet sind. Diese Vorzüge ergeben sich insbesondere wenn die Kraftstoffpumpe mit einem elektronisch kommutierten Gleichstrommotor angetrieben wird. Solche Baueinheiten sind verhältnismäßig klein und umfassen eine motornahe angeordnete Steuerungselektronik.

Zweckmäßigerweise umfaßt die Kraftstoffpumpe wenigstens einen Drucksensor, der mit dem Steuereingang in Wirkverbindung steht. Der Drucksensor kann entweder auf den Systemdruck, d. h. des Drucks in der Kraftstoff-Zuleitung oder auf den Stau druck des Rücklaufs ansprechen.

Es sei hier besonders hervorgehoben, daß als Rücklauf nicht notwendigerweise nur vom Motor zurückfließender oder zurück laufender Kraftstoff bezeichnet ist, vielmehr soll unter Rück lauf im Sinne der Erfindung auch ein aus dem Kraftstoffzulauf zum Motor im Tank abgezweigter Volumenstrom für den Betrieb einer Saugstrahlpumpe zu verstehen sein. Die Erfindung ist auch auf allgemein als rücklauflos bezeichnete Kraftstoff versorgungssysteme anwendbar.

Vorzugsweise ist in der Rücklaufleitung eine Kalibrierein richtung vorgesehen, deren Staudruck an dem hydraulischen Steuereingang der Kraftstoffpumpe anliegt.

Beispielsweise kann an die Rücklaufleitung eine Saugstrahlpum pe zur Befüllung des Schwalltopfs während des Betriebs der Kraftstoffpumpe angeschlossen sein, wobei die Saugstrahlpumpe als Kalibriereinrichtung ausgebildet ist bzw. als Kalibrier einrichtung dient. Anhand der Druckveränderung an der Saug strahlpumpe läßt sich ermitteln, wie groß die nicht verbrauch te Kraftstoffmenge des Motors ist. Wirkt dieser Staudruck auf den Drucksensor der Kraftstoffpumpe ein, kann der Rücklauf druck bzw. die Treibmenge für die Saugstrahlpumpe konstant gehalten werden und die Kraftstoffpumpe paßt sich jeweils dem aktuellen Verbrauch an. Auf diese Art und Weise wird zuverläs sig vermieden, daß bei erhöhtem Kraftstoffverbrauch am Motor, beispielsweise bei Vollastbetrieb, die in den Schwalltopf geförderte Kraftstoffmenge abnimmt oder dem Motor zuwenig Kraftstoff zugefördert wird.

Es ist für den Fachmann ersichtlich, daß ein vollständiges Herunterregeln der Kraftstoffpumpe nicht möglich ist, da eine gewisse Mindestmenge an Kraftstoffdurchfluß zur Kühlung des Elektromotors der Kraftstoffpumpe erforderlich ist.

Es kann beispielsweise auch vorgesehen sein, daß die Saug strahlpumpe so ausgelegt ist, daß der Druck in der Rücklauf leitung dem Druck in der Zuleitung entsprechen kann, so daß so der Druck des gesamten Systems zur Steuerung der Kraftstoff pumpe abgegriffen wird. Durch diese Maßnahme kann auf ein zusätzliches Rücklaufdruckregelventil zwischen Motor und Tank verzichtet werden.

Es ist weiterhin möglich, eine Saugstrahlpumpe zur Befüllung des Schwalltopfs in einem Gehäuse mit der Kraftstoffpumpe sowie der zugehörigen Steuerungselektronik zu integrieren, wobei die Saugstrahlpumpe über eine Referenzbohrung mit dem im Pumpengehäuse vorgesehenen Drucksensor kommunizieren kann.

Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Kraftstoffversor gungseinrichtung in einem Kraftfahrzeug, mit einem Gleich strommotor und einem Pumpwerk als kraftstoffdurchströmbare Baugruppe, die sich durch Mittel zur Steuerung der Pumpe aus zeichnet, die wenigstens einen hydraulischen Steuereingang umfassen und mit dem Pumpwerk und dem Gleichstrommotor zu einer Baugruppe, vorzugsweise in einem Gehäuse, zusammengefaßt sind.

Vorzugsweise umfaßt die Steuerung wenigstens einen Drucksen sor.

Als Gleichstrommotor kann ein elektronisch kommutierter Gleichstrommotor vorgesehen sein.

Solche Motoren sind beispielsweise in den US-Patenten Nrn. 4,949,000, 5,659,217 sowie 5,874,796 beschrieben, auf die hier vollinhaltlich Bezug genommen wird. Insbesondere ein Gleich strommotor gemäß US-Patent 5,659,217 mit Radialspaltanordnung wird bevorzugt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnun gen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffversor gungseinrichtung gemäß der Erfindung mit Rücklauflei tung und Regelung der Kraftstoffpumpe über den Rück laufstaudruck einer Saugstrahlpumpe,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffversor gungseinrichtung gemäß der Erfindung mit Rücklauflei tung und Regelung der Kraftstoffpumpe über den System staudruck,

Fig. 3 eine schematische Darstellung einer Kraftstoffpumpe gemäß der Erfindung und

Fig. 4 eine schematische Schnittansicht einer Saugstrahlpum pe.

Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Kraftstoffversorgungsein richtung umfaßt einen mit 1 bezeichneten Tank mit einer Zulei tung 2 zu einem Kraftfahrzeugmotor 3 und mit einer Rücklauf leitung 4 von dem Motor 3 zurück in den Tank 1.

In dem Tank 1 sind angeordnet eine Kraftstoffpumpe 5 in einem nur schematisch dargestellten Schwalltopf 6 und eine Saug strahlpumpe 7, die über die Kraftstoff-Rücklaufleitung 4 an getrieben wird und Kraftstoff aus dem Tank 1 in den Schwall topf 6 fördert, solange die Kraftstoffpumpe 5 betrieben wird. Eine schematische Ansicht der Saugstrahlpumpe ist in Fig. 4 dargestellt.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Ausführungsbeispiel wird der Kraftstoff von der Kraftstoffpumpe 5 über einen Kraftstoffil ter 8 und einen Druckregler 9 zum Motor 3 gefördert. Zwischen dem Motor 3 und dem Druckregler 9 liegt Systemdruck in der Größenordnung zwischen 2 und 6 bar an. Der Druck in der Rück laufleitung 4 ist deutlich geringer. Der Kraftstoffstrom der Rücklaufleitung 4 treibt die Saugstrahlpumpe 7 an, wobei der Kraftstoff der Rücklaufleitung 4 in einer Düse 10 der Saug strahlpumpe 7 einen Treibstrahl 11 bildet, der einen Saug strahl 12 aus dem Tank 1 in den Schwalltopf 6 mit sich zieht.

Die Kraftstoffpumpe 5 besitzt einen mit 13 bezeichneten hy draulischen Steuereingang, der auf einen Drucksensor 14 wirkt. Der Steuereingang 13 ist bei dem in Fig. 1 dargestellten Aus führungsbeispiel an die Rücklaufleitung 4 angeschlossen und zwar zwischen dem Druckregler 9 und der Saugstrahlpumpe 7, wobei die Düse 10 der Saugstrahlpumpe 7 als Kalibrierdüse bzw. Kalibriereinrichtung wirkt, so daß an dem Steuereingang 13 der Kraftstoffpumpe 5 der Staudruck der Saugstrahlpumpe 7 anliegt. Die Regelung der Kraftstoffpumpe 5 erfolgt zweckmäßigerweise derart, daß der Fördervolumenstrom der Saugstrahlpumpe 7 kon stant ist.

Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel besitzt die Düse 10 der Saugstrahlpumpe 7 einen verhältnismäßig klei nen Durchmesser, so daß der Auslegungsdruck für die Saug strahlpumpe 7 gleich dem gewünschten Systemdruck in der Zulei tung 2 ist. Auf diese Art und Weise kann über die Kraftstoff pumpe 5 der Systemdruck direkt gesteuert werden. Hierdurch ist der bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 vorgesehene Druckregler 9 entbehrlich. Zur Begrenzung der Druckspitzen durch z. B. sich erwärmenden Kraftstoff bei abgeschalteter Kraftstoffpumpe 5 und um den Systemdruck bei abgeschalteter Kraftstoffpumpe 5 in der Zuleitung 2 aufrecht erhalten zu können, ist zwischen der Saugstrahlpumpe 7 und dem Motor 3 in der Rücklaufleitung 4 ein elektrisch betätigbares Abschaltven til 15 vorgesehen.

In Fig. 3 ist der Aufbau der Kraftstoffpumpe 5 gemäß der Er findung schematisch dargestellt. Die Kraftstoffpumpe 5 umfaßt ein mit 16 bezeichnetes Pumpwerk, welches als Seitenkanalpump werk ausgebildet ist, einen elektronisch kommutierten Gleich strommotor 17 und eine Steuerelektronik 18 für den Gleich strommotor 17. Die Steuerelektronik 18, der Gleichstrommotor 17 und das Pumpwerk 16 sind in einem Gehäuse 19 angeordnet. Mit 20 ist der Kraftstoff-Einlaß, mit 21 der Kraftstoff-Auslaß bezeichnet. Die Steuerelektronik 18 umfaßt den Drucksensor 14, welcher über den Steuereingang 13 ansprechbar ist. Die Kraft stoffpumpe 5 wird vom Kraftstoffeinlaß 20 bis zum Kraftstoff auslaß 21 vollständig mit Kraftstoff durchströmt, wobei der Kraftstoff den Gleichstrommotor 17 beim Betrieb kühlt.

Mit 22 ist ein Rückschlagventil bezeichnet, welches bei abge schalteter Pumpe ein Leerlaufen der Zuleitung 2 oder einen Druckabfall in der Zuleitung 2 verhindert.

Bezugszeichenliste

1

Tank

2

Zuleitung

3

Motor

4

Rücklaufleitung

5

Kraftstoffpumpe

6

Schwalltopf

7

Saugstrahlpumpe

8

Kraftstoffilter

9

Druckregler

10

Düse

11

Treibstrahl

12

Saugstrahl

13

hydraulischer Steuereingang

14

Drucksensor

15

Abschaltventil

16

Pumpwerk

17

Gleichstrommotor

18

Steuerelektronik

19

Gehäuse

20

Kraftstoff-Einlaß

21

Kraftstoff-Auslaß

22

Rückschlagventil

Claims

1. Kraftstoffversorgungseinrichtung für eine Brennkraftma schine, insbesondere als Kraftstoffversorgungseinrichtung in Verbindung mit einem Kraftfahrzeug-Kraftstofftank, mit wenigstens einer elektrisch betriebenen Kraftstoffpumpe, die in einem Schwalltopf angeordnet ist und Kraftstoff aus dem Schwalltopf in eine Kraftstoff-Zuleitung zum Motor fördert, und mit wenigstens einer Kraftstoff-Rücklauflei tung vom Motor oder von einem Bypass in der Zuleitung, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (5) eine elektronische Steuerung und we nigstens einen hydraulischen Steuereingang (13) aufweist und daß der hydraulische Steuereingang (13) der Kraft stoffpumpe (5) an die Kraftstoff-Zuleitung und/oder die Kraftstoff-Rücklaufleitung angeschlossen ist.

2. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Steuerung der Kraftstoffpumpe (5) mit dieser zu einer Baueinheit zusammengefaßt ist.

3. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe (5) wenigstens einen Drucksensor (14) umfaßt, der mit dem Steuereingang (13) in Wirkverbindung steht.

4. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung (4) eine Kalibriereinrichtung vor gesehen ist, deren Staudruck an dem hydraulischen Steuer eingang (13) der Kraftstoffpumpe (5) anliegt.

5. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an die Rücklaufleitung (4) eine Saugstrahlpumpe (7) zur Befüllung des Schwalltopfs (6) während des Betriebs der Kraftstoffpumpe (5) angeschlossen ist und daß die Saug strahlpumpe (7) als Kalibriereinrichtung dient.

6. Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugstrahlpumpe (7) so ausgelegt ist, daß der Druck in der Rücklaufleitung (4) dem Druck in der Zuleitung (2) entsprechen kann.

7. Kraftstoffpumpe für eine Brennkraftmaschine, insbesondere für eine Kraftstoffversorgungseinrichtung in einem Kraft fahrzeug, mit einem Gleichstrommotor und einem Pumpwerk als kraftstoffdurchströmbare Baugruppe, gekenn zeichnet durch Mittel zur Steuerung der Pumpe, die wenigstens einen hydraulischen Steuereingang (13) umfassen und mit dem Pumpwerk (16) und dem Gleich strommotor (17) zu einer Baugruppe, vorzugsweise in einem Gehäuse (19), zusammengefaßt sind.

8. Kraftstoffpumpe nach Anspruch 7, dadurch ge kennzeichnet, daß die Steuerung wenigstens einen Drucksensor (14) umfaßt.

9. Kraftstoffpumpe nach einem der Ansprüche 7 oder 8, da durch gekennzeichnet, daß als Gleich strommotor (17) ein elektronisch kommutierter Gleichstrom motor vorgesehen ist.