DE2808731A1

DE2808731A1 - Verfahren zum betrieb einer kraftstoffeinspritzanlage und kraftstoffeinspritzanlage

Info

Publication number: DE2808731A1
Application number: DE19782808731
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl Ing Schillinger
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1978-03-01
Filing date: 1978-03-01
Publication date: 1979-09-06
Also published as: JPH0125892B2; US4260333A; JPS54124122A; DE2808731C2; GB1602550A

Description

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aufnehmer erfaßt und, gegebenenfalls nach Umsetzung in eine elektrische Größe, einem Steuergerät zugeführt, welches den so gemessenen Istdruckwert mit einem gewünschten Mindestsolldruckwert des Kraftstoffs vergleicht. Je nach der festgestellten Regelabweichung wird dann die Versorgungsspannung der Elektrokraftstoffpumpe so geändert, daß die geförderte Gesamtmenge des Kraftstoffs vergrößert oder verkleinert wird, so daß der gewünschte Systemdruck bei nur geringer rückgeführter Kraftstoffmenge aufrechterhalten und die als Störgröße auftretende Kraftstoffraehr- oder Kraftstoffminderverbrauchsmenge ausgeregelt wird.

Eine ein solches Regelverfahren bei geringem Kraftstoffumlauf durchführende Kraftstoffeinspritzanlage umfaßt einen Druckaufnehmer, der den Systemdruck des Kraftstoffs als Istwert erfaßt und einem Steuergerät zuführt, welches die zugeführte Istwertgröße mit einem gewünschten Sollwert des Kraftstoffdrucks in der Einspritzanlage vergleicht und entsprechend die der Elektrokraftstoffpumpo zugeführte Versorgungsspannung ändert. Zur Aufrechterhaltung des notwendigen Systemdrucks ist eine Festdrossel vorgesehen, die parallel zum Verbraucher, d.h. zur Gemischregeleinrichtung bzw. den Einspritzdüsen liegt und über die eine konstante Kraftstoffmenge fließt. Vom Druckaufnehmer wird der an der Festdrossel abfallende Kraftstoffdruck als Systemdruck erfaßt und weitergeleitet.

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Betrieb einer Kraftsboffeinspritzanlage sowie einer Kraftstoffeinspritzanlage nach der Gattung des Ilauntanspruchs bzw. dem ersten Vorrichtungsanspruch. Es ist bei Kraftstoffeinspritzanlagen bekannt, den Versorgungsbereich mit Kraftstoff so auszulegen,

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daß unter allen Uniständen eine ausreichende Xraftstoffmenqe von dera üblicherweise als IJlektrokraftstoffpumpe ausgebildeten Kraftstofförderaggragat bereitgestellt wird, damit die Brennkraftmaschine, der die Einspritzanlage zugeordnet ist, auch bei hohen Kraft.stoffVerbrauchswerten (Vollgas) ohne Störung betrieben worden kann. Da aber üblicherweise die effektiv verbrauchte Kraftstoffu'.enge geringer, zum Teil erheblich geringer ist als die von der auf maximalen Verbrauch ausgelegten Elektrokraf tstof. rpunpe geförderten Menge, ergibt sich ein starker Kraftstoffumlauf, denn der nicht verbrauchte Kraftstoff wird über eiao Pucklaxbung zum Kraftstoffbehälter zurück-je führt. Durch diesen starkan Kraftstoffumlauf kann es zu einer erheblichen steigerung der Kraftstofftemperatur im Tank oder Kraftstoffbehälter koramen, so daß leicht siedende Kräftig toffkomponenten zur Ausgasen neigen. Abgesehen von dem hierdurch möglichen Kraftstoffverlust ergibt sich dadurch eine Gasblasenbildung insbesondere im Bereich der Elektrokraftstoffpurapu, da durch das Ansaugen ein die Gasblasenbildung fördernder Unterdrück entsteht.

Nachteilig ist bei den bekannten Systemen zur Zuführung des Kraftstoffdrucks zu einem Gemischregler mit Hilfe einer ElektrokraftstOiifpumpe weiterhin, daß diese auch bei Leerlauf oder Teillast des Motors mit voller Leistung arbeitet und daher eine Lebensdauerreduzierung nicht auszuschließen ist. Auch ist die elektrische Leistungsaufnahme der Elektrokraftstoff— pumpe unter allen Fahrbedingungen der Brennkraftmaschine maximal bei entsprechend hoher Geräuschbildung.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemüße Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des flauptanspruchs hat demgegenüber den Vorteil, daß

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die von der Elektrokraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffmenge im Verhältnis der von der Gemischregeleinrichtung bzw. den Einspritzdüsen zum Betrieb der Brennkraftmaschine verbrauchten Nutzmenge variiert und den Bedürfnissen daher feinfühlig angepaßt werden kann. Dadurch verringert sich erheblich die jeweils zum Kraftstoffbehälter zurückzuführende Kraftstoffrnenge; sie entspricht nahezu der Konstantmenge an Kraftstoff, die durch eine Festdrossel fließt, an welcher der abfallende Systemdruck erfaßt wird. Aufgrund des geringeren Kraftstoffumlaufs ist die Kraftstofferwärmung im System geringer, außerdem ist die Verlustleistung der den Kraftstoff fördernden Pumpe geringer.

Durch das langsamere Ausgasen leichtsiedender Kraftstoffkomponenten bei geringerer Kraftstofftemperatur im Kraftstoffbehälter wird die Heißförderung des Kraftstoffs erleichtert.

Besonders vorteilhaft ist, daß wegen der Anpassung der Förderleistung der Elektrokraftstoffpumpe an die jeweils benötigte Nutzmenge des Kraftstoffs die Lebensdauer der Pumpe zum Teil erheblich ansteigt, da diese weniger Umdrehungen pro Zeiteinheit durchführen muß. Hierdurch wird auch die Kommutierung beim Elektromotor, der Elektrokraftstoffpumpe erleichtert.

Als weitere Vorteile seien genannt die Reduzierung des Pumpengeräusches bei Leerlauf und Teillast der Brennkraftmaschine, die verringerte elektrische Leistungsaufnahme der Pumpe, der Ausgleich der Hinderfördermenge bei heißem Kraftstoff durch Gasblasenförderung und der Ausgleich, der dadurch erzielt wird, daß Auswirkungen der jeweiligen Betriebsspannung des Bordnetzes und der Fördermengenstreuung der jeweiligen Elektrokraftstoffpumpe auf den Systendruck im wesentlichen beseitigt sind.

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Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des iiri Hauptanspruch angegebenen Verfahrens möglich. Besonders vorteilhaft ist, daß zur Aufrechterhaltung des notwendigen Systemdrucks nicht mehr ein üblicher Druckregler, beispielsweise ein Kolbendruckregler verwendet wird, sondern eine Festdrossel, über die eine Konstantmenge an gefördertem Kraftstoff fließt und deren Druckabfnil als Systemdruck von einem Druckaufnehmer erfaßt wird. Dieser Druckaufnehmer erzeugt eine vorzugsweise elektrische Ausgangsgröße, die dem Istwert des Systemdrucks proportional ist, und führt diese einem Steuergerät zu, welches den Effektivwert der der Elektrokraftstoffpumpe zugeführten Spannung entsprechend verändert, beispielsweise durch Takten (zeitweiliges Unterbrechen).

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in Jer nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Ks zeigen Fig. 1 ein Blockschaltbild der Linspritzgosarntanlaye n;i t geregelter Kraftstof förderung, Fig. 2 die Einspriuzgesaratanlage in detaillierterer Darstellung und Fig. 3 anhand von Kennlinien der einzelnen verwendeten Elemente ein Kreisdiagramra der Wirlcungsabhängigkeit, aus dem auch die Regelcharakteristik des der Dlektrokraftstoffpumpe die Versorrju:icjsoffektivspannung zuführenden Steuergeräts hervorgeht.

Beschreibung der Erfindungsbeispiele

Die Erfindung eignet sich grundsätzlich für jede Art der Versorgung einer gemischbildenden Anlage für eine Brennkraftmaschine mit .Kraftstoff mit Hilfe eines Kraftstofförderaggre-

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gats, bei dem die Förderleistung so ausgelegt ist, daß stets eine gewisse Übermenge an Kraftstoff gefördert und daher, sofern nicht durch den jeweiligen Betrieb der Brennkraftmaschine doch verbraucht, zum Kraftstoffbehälter zurückgeführt werden muß.

Solche Kraftstoffversorgungsanlagen mit starkern Kraftstoffumlauf sind besonders häufig als Kraftstoffeinspritzanlagen ausgebildet, bei denen eine Elektrokraftstoffpumpe unter allen Betriebsbedingungen mit maximaler Leistung Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter ansaugt und der Gemischregeleinrichtung bzw. den Einspritzventilen oder -düsen zuführt. Die folgenden Erläuterungen beziehen sich daher auch auf eine solche Einspritzanlage, wobei in Fig. 1 lediglich das Blockschaltbild der Elemente dargestellt ist, die die Elektrokraftstoffpumpe EKP mit einer solchermaßen in ihrem Effektivwert veränderten, cjeregelten Vers orgung s spannung Ueff versorgen, daß bei Aufrechterhaltung eines vorgegebenen Systemdrucks auch starken Schwankungen dor durch die Brennkraftmaschine verbrauchten Mutzmenge Q an Kraftstoff Rechnung getragen v/erden kann.

Der Grundgedanke vorliegender Erfindung besteht darin, daß die Elektrokraftstoffpumne EKP nicht mit konstanter Spannung betrieben wird, sondern ihr in Abhängigkeit zur jeweils erforderlichen, sich ändernden Kraftstoffnutzmenge Q eine Versorgungsspannung mit veränderlichem Effektivwert zugeführt wird, der beispielsweise auch durch Takten, also zeitweiliges Unterbrechen einer kontanten Versorgungsspannung eingestellt werden kann. Hierzu ist ein Steuergerät ST vorgesehen, welches an seinem Ausgang die der Elektrokraftstoffpumpe zuzuführende Effektivspannung Ueff erzeugt. Das Steuergerät ST ist so aus-

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gebildet, daß es eine ihm zugeführte Steuerspannung Ust mit einer konstanten Sollwartspannung Usoll vergleicht, wobei die Sollwertspannung Usoll· ein Maß für den gewünschten Systemdruck ist. Die zugeführte Steuerspannung Ust entspricht dem Istwert des Systemdrucks und geiangt vom Ausgang eines Druckaufnehmers DA zum Steuergerät ST. Der Druckaufnehmer DA erfaßt den jeweiis in der Einspritzaniage vorherrschenden Systemdruck p_o und führt ausgangsseitig eine diesem Systemdruck ρ entsprechende Istwertgröße (Steuerspannung Ust) dem Steuergerät ST zu. Erfaßt wird der Systemdruck ps vom Druckaufnehmer DA im Bereich einer Festdrossel DR, durch welche bei konstantem Druck eine entsprechende Konstantmenge Q„ des von der Elektrokraftstoffpumpe EKP geförderten Kraftstoff fließt. Demnach setzt sich entsprechend Fig. 1 die von der Pumpe geförderte Kraftstoffgesamtmenge Qges zusammen zu Qges = Q_K + Q_n,

wobei Q die Nutzmenge des Kraftstoffs darstellt, die entsprechend Fig. 2 zur Gemischregeleinrichtung GMR und von dieser zu den Einspritzventilen oder Γ.inapritzdüsen ED fließt.

Im einzelnen stellt sich die Einspritzanlage nach Fig. 2 so dar, daß die Festdrossel DR zu den Nutzverbrauchern (Gemischregeleinric!itun <j GMR und Einspritzdüsen ED) parallel geschaltet ist und eine konstante Kraf tstof f menge Q₁, führt, solange der Systemdruck p_o konstant ist. Ändert sich die von den echten Verbrauchern, nämlich die vom Gemischregler GMR und den Einspritzdüse:!-! L¹D bezogene Kraf ts te ff menge CL., dann wirkt sich diese Änderung als StürgrüCc aus, denn bei zunächst als konstant angenommener Gcsai;itüiJ:cdermenge Qger» der Kraf tstof förderpumpe "KP ergibt sie}) iiierJ.irch auch eine Änderung der über die Festdross-sl DR fließenden Kraf tstof f menge 7L, und damit eine Änderung dos Systemdrucks n_c.. Dar Druckaufnehraer DA er-

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faßt die positive oder negative Änderung des Systemdrucks ρ und erzeugt eine sich entsprechend ändernde Ausgangsgröße, nämlich die dem Steuergerät 3T zugeführte Istwert-Steuerspannung U_c.. Im Steuergerät ST wird dann entgegengesetzt zur Änderung der zugeführten Istwertsteuerspannung U und damit zur Änderung des Systemdrucks ρ der Effektivwert Ueff der an der Elektrokraftstoffpumpe EKP anliegenden Versorgungsspannung verstellt.

Die Verstellung wirkt sich so aus, daß, wie weiter unten noch anhand des in Fig. 3 dargestellten Kreisdiagramms genauer erläutert wird, die Effektivspannung Ueff der EKP bei einem Absinken des Systemdrucks ρ vergrößert und bei einem Ansteigen desselben verkleinert wird. Es ergibt sich hierdurch eine Drehzahländerung des das eigentliche Pumpensystem der Elektrokraftstof fpumpe antreibenden Elektromotors und damit auch eine geänderte Fördermenge Qges, die bewirkt, daß der Systemdruck ρ wieder den Sollwert annimmt. Hierdurch ist die Regelschleife geschlossen.

Die zum Kraftstoffbehälter KB zurückgeführte Kraftstoffmenge ist dann die Summe der über die Festdrossel DR fließenden, sich innerhalb des Regelhubs nur geringfügig ändernden Konstantmenge Q_K und des Kraftstoffmengenanteils, der als Überschuß der Gemischregeleinrichtung GMR zugeführt worden ist und über die Leitung RL1 in die Rückflußleitung von der Drossel DR einmündet. Es ergibt sich dann die Gesamtrückflußmenge <3_ΏΤ an nicht verbrauchtem, jedoch von der Elektrokraftstoffpumpe geförderten Kraftstoff.

Wichtig für eine einwandfreie Funktion der Anlage ist noch, daß die Kennlinie im Steuergerät STG so verlaufen sollte, daß auch bei geringen Änderungen des Systemdrucks ρ und damit

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der von dem Druckaufnehmer DA abgegebenen Steuerspannung Ust die Tumpenspannung Ueff um einen erheblichen Wert verstellt wird. Außerdem ist die Festdrossel DR bevorzugt örtlich nahe an der Gemischregeleinrichtung GMR angebracht, damit durch Störmungswiderstände keine Systemdruckabweichungen entstehen, die dann nicht ausgeregelt werden.

Das Kreisdiagramm der Fig. 3 zeigt im einzelnen, wie die Regelung verläuft. In jedem Quadranten des in Fig. 3 gezeigten Koordinatensystems ist die Kennlinie eines der vier für die Regelung verwendeten Hauptelemente dargestellt, nämlich im ersten Quadranten die Kennlinie der Elektrokraftstoffpumpe als geförderte Kraftstoffmenge Q übeijfcler zugeführten effektiven Versorgungsspannung Ueff. Im zweiten Quadranten ist die Kennlinie der Drossel DR angegeben, nämlich die Drosseldurchflußmenge Q an Kraftstoff über dem an der Drossel anliegenden Druck ρ . Der dritte Quadrant zeigt den Kennlinienverlauf des Druckaufnehmers DA, d.h. die von ihm abgegebene Steuerspannung Ust über dem Systemdruck ρ , während der vierte Quadrant die sehr flach verlaufende und daher auf Systemdruckabweichungen vergleichsweise stark reagiei"ende Kennlinie des Steuergeräts ST angibt, d.h. den Verlauf der Ausgangsspannung Ueff als Eingangsspannuntj der Elektrokraftstof fpumpe, wodurch sich der Kreis v/ieder schließt, über der dem Steuergerät zugeführten Steuerspannung Ust vom Druckaufnehmer DA.

Aus dem Kreisdiagramm der Fig. 3 wird deutlich, daß bei vergleichsweise konstanter, durch die Festdrossel DR fließender Kraftstoffmenge Π., erhebliche Unterschiede in der effektiv geregelten ilutzmengn o,, bestehen, die zwischen einem minimalen Nutzmengenv/ert O . und einem maximalen IJutzmengenwert Q._T

^J N im η ^J ^Nmax

liegen kann. Es ergibt sich ein Differenzwert AQ, den die

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Regelung beeinflussen kann und der quantitativ nahezu genau so groß ist wie die nicht durch Regelung beeinflußbare Kraft stoffmenge, die sich aus der Summe von Q (Konstantmenge der über die Festdrossel fließenden Kraftstoffmenge) und der minimalen Kraftstoffmenge Q._T . ergibt. Dieser erhebliche Regelhub wird durch nur sehr geringe Abweichungen vom gewünsch ten Systemdruck ρ erzielt.

CJ

Im folgenden v/erden die Kennlinien der einzelnen, im Kreisdiagramm gezeigten Elemente noch in Form mathematischer Abhängigkeiten angegeben:

Qges	= K₁ ·	Ueff	+	^K2	5	^K7	• Ueff_Q	(EKP)
Ps	= K₃ .					(DR)
⁰St	^{= K}4 '	^PS ⁺	K	^ps	(DA)
Ueff	^{= K}6 *	⁰St	-	• ⁸St	(ST)

Im einfachsten Fall kann das Steuergerät ST als Operationsverstärker ausgebildet sein, dessen einem Eingang eine konstante Soll-Bezugsspannung U ,, zugeführt wird entsprechend dem gewünschten Sollsystemdruck, und dessen anderem Eingang die vom Druckaufnehmer DA gelieferte Steuerspannung Ust zugeführt ist. Es ergibt sich dann eine um einen mittleren ?iert in ihrer Amplitude schwankende Ausgangsspannung als Versorgungsspannung für die Elektrokraftstoffpumpe. Wie erwähnt wird aber bevorzugt, den Effektivwert der Spannung dadurch zu verändern, daß eine in ihrer Amplitude konstante Spannung verwendet und durch Takten in ihrem Effektivwert verändert wird.

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Claims

Dipl. Ing. Peter Otte _7O33 Herrenberg (Kuppingen)

Patentanwalt Eifelstraße 7

Telefon (O 70 32) 319 99

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Firma Robert Bosch GmbH, 7000 Stuttgart

Patentansprüche:

Verfahren zum Betrieb einer Kraf tstof feinspritzanlage, bei dem der Kraftstoffeinspritzanlage der jeweils zum Betrieb einer Brennkraftmaschine benötigte Kraftstoff von einem Kraftstofförderaggregat (Elektrokraftstoffpumpe) unter Druck zugeführt wird, welches Kraftstoff aus einem Kraftstoffbehälter ansaugt, und wobei überschüssiger Kraftstoff über eine Rückleitung zum Kraftstoffbehälter zurückgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß der an der Gemischregeleinrichtung bzw. den von ihr bedienten Einspritzventilen anliegende Kraftstoffdruck (p ) erfaßt und, gegebenenfalls nach Umsetzung in eine elektrische Größe, mit einem Drucksollwert verglichen wird und daß unter Auswertung der festgestellten Druckregelabweichung die der Kraftstoff örderpumpe zugeführte Versorgungsspannung derart geändert wird, daß unter Aufrechterhaltung eines gegebenen Systemsolldrucks die umlaufende Kraftstoffmenge verringert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von der Elektrokraftstoffpumpe geförderte Kraftstoffgesamtmenge dadurch verändert wird, daß dem das Pumpensystem antreibenden Elektromotor ein veränderlicher Effektivwert seiner Versorgungsspannung zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,

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daß der veränderliche Effektivwert der Versorgungsspannung der Elektrokraftstoffpumpe dadurch gewonnen wird, daß eine konstante Versorgungsspannung je nach der benötigten Kraftstoffmenge getaktet wird.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Teil der von der Elektrokraftstoffpumpe geförderten Kraftstoffmenge über eine Drosselstelle fließen läßt und den Druckistwert an der Drossel erfaßt.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drosselstelle parallel zur Kraftstoffverbrauchenden Gemischrega!einrichtung geschaltet ist und ausgangsseitig mit der Rückleitung verbunden ist.
6. Kraftstoffeinspritzanlage, bestehend aus einer aus zugeführten äußeren Daten Giner Brennkraftmaschine die jeweils benötigte Kraftstoffmenge bestimmenden Gemischregeleinrichtung, mindestens einem von dieser angesteuerten Einspritzventil (Einspritzdüse) sowie einem Kraftstofförderaggregat (Eloktrokraftstoffpumpe), welches aus einem Kraftstoffbehälter Kraftstoff ansaugt und unter Druck der Gemischregeleinrichtung bzw. dem (den) Einspritzventil(en) zuführt, wobei überschüssiger Kraftstoff über eine Rückleitung zum Kraftstoffbehälter zurückgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Druckaufnehmer (DA) vorgesehen ist, der im Bereich der Gemischregeleinrichtung (GMR) den Systemistdruck (p,) des Kraftstoffs erfaßt und als Istwertgröße einem Steuergerät (ST) zuführt, welches nach Vergleich mit einem Sollwert den Effektivwert der der Elektrokraftstoffpumpe (EKP) zugeführten Versorgungsspannung (Ueff) derart ändert, daß durch Änderung der geförderten Kraftstoffmenge der Sy-

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stemsolldruck erreicht ist.

Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine mit der von der Elektrokraftstoffpumpe (EKP) kommenden Hauptförderleitung örtlich nahe am Gemischregler (GMR) verbundene Festdrossel (DR) vorgesehen ist, deren Auslaß mit der zum Kraftstoffbehälter zurückführenden Leitung verbunden ist und deren Druckabfall vom Druckaufnehmer (DA) gemessen wird.

Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelkennlinie des Steuergeräts sehr flach verläuft, derart, daß kleine Systemdruckänderungen große Änderungen der der Elektrokraftstoffpumpe zugeführten Effektivspannung (Ueff) bewirken.

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