DE3102983A1

DE3102983A1 - Vorrichtung zur steuerung der brennstoffzufuhr einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3102983A1
Application number: DE19813102983
Authority: DE
Inventors: Ko Fujisawa Kanagawa Hiratsuka; Michiaki Yokohama Kanagawa Sasaki; Kiyokazu Yamamoto
Original assignee: Jidosha Denki Kogyo KK; Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Jidosha Denki Kogyo KK; Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1980-01-31
Filing date: 1981-01-29
Publication date: 1982-02-04
Also published as: DE3102983C2; GB2070802A; GB2070802B; US4426978A

Description

TER MEER - Müller ■ STEINMEISTER Nissan Motcr/Jidosha Denki

BESCHREIBUNG

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Im einzelnen befaßt sich die Erfindung mit einer Steuerung der Brennstoffpumpe anhand des Durchsatzes des von der Brennkraftmaschine zurückgeführten Brennstoffes.

Elektrische Brennstoffpumpen für Kraftfahrzeuge mit elektrischen Antriebsmotoren werden in weitem Umfange verwendet. Die Brennstoffpumpen können in Rotations- und Hubkörperpumpen unterteilt werden. Üblicherweise haben die Pumpen einen konstanten Brennstoffausstoß unabhängig von der Drehzahl und dem Brennstoffverbrauch der Brennkraftmaschine, und überschüssiger Brennstoff wird durch eine Rückleitung in den Tank zurückgeführt.

Bei derartigen Rückleitungssystemen gelangt bei langsamem Lauf der Maschine (Leerlauf) der größte Teil des Brennstoffs in den Tank zurück, so daß die Pumpe mit einem unnötig hohen Durchsatz arbeitet. Im übrigen werden störende Betriebsgeräusche der Pumpe zu dem Fahrer und den Fahrgästen in dem Wagen übertragen, da die Pumpe mit voller Drehzahl läuft, während die Brennkraftmaschine langsam läuft und nur geringe Geräusche verursacht.

Zur Überwindung dieser Nachteile sind Systeme vorgeschlagen worden, die die Maschinendrehzahl, die Fahrzeuggeschwindigkeit, den Ansaugdruck der Maschine, Änderungen des Ausgangsdrucks der Pumpe und dergleichen abtasten und den Brennstoffverbrauch der Maschine errechnen und entsprechend die Spannung oder die Stromstärke des elektrischen Antriebsstromes der Pumpe einstellen. Es ist jedoch schwierig, den Brennstoffverbrauch nach einem bestimmten Muster des Fahrzeug-

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betriebs abzutasten. Es sind daher verschiedene Sensoren erforderlich, die die erwähnten Betriebsparameter abtasten, und die Signale der Sensoren müssen durch eine komplizierte elektrische Schaltung verarbeitet werden. Systeme dieser Art sind daher sehr teuer.

Die Erfindung ist darauf gerichtet, eine einfachere Steuerungsmöglichkeit für die Brennstoffpumpe zu schaffen.

Die Erfindung ergibt sich im einzelnen aus dem kennzeichnenden Teil des Hauptanspruchs.

Die erfindungsgemäße Steuervorrichtung spricht im wesentlichen auf den Durchsatz des überschüssigen, zu dem Tank zurückgeführten Brennstoffs an und steuert die Pumpe derart, daß eine angemessene Brennstoffmenge zu der Brennkraftmaschine gelangt.

Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung des

erfindungsgemäßen Brennstoffzufuhr-

systems;
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Fig. 2 zeigt einen Druckregler für das System

der Fig. 1 mit einem erfindungsgemäß

vorgesehenen Sensor;

Fig. 3 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung

der Beziehung von Membranhub und Brennstof f ausstoß ;

Fig, 4 veranschaulicht die Arbeitsweise des Sensors;

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Fig. 5 ist ein Diagramm, das die Beziehung

von Sensorsignal und Membranhub veranschaulicht ;

Fig. 6 zeigt in einem Schaltbild eine bevorzugte Ausführungsform der Steuerung;

Fig. 7 entspricht Fig. 6 und zeigt eine zweite Ausführungsform der Steuerung; 10

Fig. 8 ist ein Diagramm zur Veranschaulichung

der Beziehung zwischen Rückstromdurchsatz und Pumpenausstoß bei dem System der Fig, 7;
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Fig. 9 entspricht Fig. 6, zeigt jedoch eine

dritte Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 10 entspricht ebenfalls Fig. 6 und zeigt eine vierte Ausführungsform der Erfin

dung;

Fig. 11 ist ein Diagramm entsprechend Fig. 8 und bezieht sich auf die Ausführungsform gemäß Fig. 10;

Fig. 12 entspricht Fig. 6 und zeigt eine

fünfte Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt ein Brennstoffzufuhrsystem für Brennkraftmaschinen mit Brennstoffeinspritzung, auf das die vorliegende Erfindung anwendbar ist. Brennstoff wird mit Hilfe einer elektrischen Pumpe 2 von einem Tank 1 über ein Dämpfungsorgan 3 zugeführt, das die Pulsation in dem Brennstoffstrom dämpft, und gelangt über ein Filter 4 und eine Brennstoffleitung 9 zu einer Einspritzdüse 5, durch die der Brenn-

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stoff in den Einlaß der Brennkraftmaschine 6 eingespritzt wird. Nicht benötigter Brennstoff wird über einen Druckregler 7 und eine Rückleitung 8 zu dem Tank 1 zurückgeführt. Die Pumpe 2 kann eine Rotationspumpe oder eine hin- und hergehend arbeitende Kolbenpumpe sein. Ein Kaltstartventil 12 dient zum Einspritzen einer zusätzlichen Brennstoffmenge in das Ansaugrohr 13, solange die Maschine kalt ist.

Gemäß Fig. 2 umfaßt der Druckregler 7 ein Gehäuse 71 mit einer Membran 72, die das Innere des Gehäuses 71 in eine Brennstoffkammer 7 3 und eine Unterdruckkammer 74 unterteilt. Die Brennstoffkammer 73 ist zu der Brennstoffleitung 9 und der Rückleitung 8 offen. Die Unterdruckkammer 74 steht über eine Unterdrucklextung 10 mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine 6 in Verbindung.

Die Membran 72 trägt ein Mittelstück 75, an dem ein Ventilglied 76 befestigt ist, das dem offenen Ende 8a der Rückleitung 8 gegenüberliegt. Auf diese Weise wird der Abstand Δ χ zwischen dem Ventilglied 76 und dem offenen Ende 8a der Rückleitung 8 entsprechend der senkrechten Stellung der Membran 72 verändert und der Rückstromdurchsatz durch die Rückleitung 8 entsprechend eingestellt. Eine Feder 77 befindet sich zwischen dem Mittelstück 75 und dem Boden der Unterdruckkammer 74 und spannt das Mittelstück 75 in Richtung des offenen Endes der Rückleitung 8 vor.

Ein Sensor S, der eine Spule umfaßt und ein wesentliches Teil der Erfindung darstellt, ist in das obere Ende eines hohlzylindrischen Trägerteils 78 eingebettet, das sich senkrecht vom Boden der Unterdruckkammer 74 erstreckt. Ein hohlzylindrischer Ansatz 75a des Mittelstücks 75 umgibt den Sensor S und wird in bezug auf den Sensor S bei der senkrechten Bewegung der Membran 72 mitgenommen. Das Mittelstück 75 und der zylindrische Ansatz 75a bestehen

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aus magnetischem Material, so daß eine elektromotorische Kraft der Sensorspule durch die Relativbewegung der Spule und des magnetischen, zylindrischen Ansatzes 75a induziert wird. Das Trägerteil 78 ist in eine becherförmige Fassung 80, die am Boden der Unterdruckkammer 74 befestigt ist, mit Hilfe eines Gewindes 7 9 eingeschraubt. Das Trägerteil 78 weist ein erweitertes unteres Kopfstück 78a auf, das in die becherförmige Fassung 80 eingreift und gegen diese mit Hilfe eines Dichtringes 81 luftdicht abgedichtet ist. 10

Wenn die in die Brennkraftmaschine eingespritzte Brennstoffmenge gegenüber der von der Pumpe 2 zugeführten Brennstoffmenge abnimmt, steigt der Brennstoffdruck in der Brennstoffkammer 73, so daß die Membran 72 nach unten gedrückt wird und der Abstand Δ χ abnimmt. Dadurch erhöht sich der Brennstoffrücklauf. Die Unterdruckkammer 74 bewirkt in bekannter Weise eine Steuerung, bei der die Differenz zwischen dem Brennstoffdruck und dem Ansaugunterdruck im Einlaß 11 der Brennkraftmaschine konstant gehalten wird, so daß die Steuerung der einzuspritzenden Brennstoffmenge erleichtert wird. Da die durch die Einspritzdüse 5 eingespritzte Brennstoffmenge von der Öffnungszeit der Einspritzdüse und der Druckdifferenz zwischen dem Brennstoffdruck und dem Ansaugunterdruck im Einlaß abhängt, bewirkt der Druckregler 7, daß die eingespritzte Brennstoffmenge lediglich eine Funktion der Öffnungszeit der Einspritzdüse 5 ist, während die Druckdifferenz die eingespritzte Brennstoffmenge nicht beeinflußt. Der Abstand 4 x der Membran 72 zu dem offenen Ende 8a der Rückleitung 8 ist proportional zu der Rücklaufmenge, wie Figur 3 zeigt.

Der Sensor S tastet elektromagnetisch die Verschiebung der Membran 72 ab, wie es aus Fig. 4 hervorgeht, und erzeugt ein Signal, das dieser Verschiebung entspricht. Bei dieser Ausführungsform liefert der Sensor eine linear abnehmende Ausgansspannung bei zunehmendem Abstand Ax, wie Fig. 5 zeigt.

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Das Ausgangssignal des Sensors S gelangt über zwei Leitungen 82 (Fig. 2) zu der Basis eines Transistors Tr in einer Brennstoffsteuerschaltung gemäß Fig. 6. Eine Vorspannung wird über einen Schalter 8 3 von einer Spannungsquelle +V an die Basis des Transistors angelegt. Der Emitter des Transistors Tr ist geerdet, und der Kollektor ist über einen elektrischen Pumpenmotor M und den Schalter 83 mit der Stromquelle verbunden. Daher dient die Steuerschaltung zum Steuern der Drehzahl des Motors, so daß dessen Drehzahl umgekehrt proportional zu dem Strömungsdurchsatz des zurückgeführten Brennstoffs ist, wie Fig. 5 zeigt.

Der jeweilige Brennstoffverbrauch kann mit relativ hoher Genauigkeit durch das erfindungsgemäße System in Verbindung mit Einrichtungen zur Abtastung des Pumpenausstoßes ermittelt werden. Der Sensor S ist dargestellt als Sensor mit einem Analog-Ausgangssignal, jedoch kann auch ein Digital-Ausgangssignal verwendet werden, wie etwa ein Reed-Relais.

Fig. 7 veranschaulicht eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Brennstoffzufuhrsystems, Der Sensor S ist ein Stellwiderstand, dessen Widerstandswert sich mit dem Durchsatz des Brennstoffs ändert. Der Stellwiderstand ist in Reihe mit dem Pumpenmotor M und mit der Spannungsquelle +V verbunden, so daß der Pumpenmotor M durch Änderungen des Strömungsdurchsatzes gesteuert werden kann. Wenn der Widerstandswert des Widerstandes zunimmt mit zunehmender Brennstoffrückführung zum Tank, nimmt die Antriebsspannung und damit der Antriebsstrom des Motors M und damit dessen Ausstoß mit zunehmendem Brennstoffrücklauf ab, so daß auch der Brennstoffverbrauch gesenkt wird, wie aus Fig. 8 hervorgeht.

Fig. 9 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, bei der ein Transistor Tr in der Antriebsschaltung des

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Brennstoffmotors derart angeordnet ist, daß bei Änderungen des Strömungsdurchsatzes in der Rückleituncr die Basisspannung des Transistors und entsprechend die Arbeitsweise des Motors geändert werden. Das System umfaßt einen Sensor S mit einer Charakteristik, die ähnlich derjenigen des Sensors gemäß Fig. 8 ist. Der Sensor liegt zwischen der Basis des Transistors Tr und Masse. Die Basis des Transistors ist über einen Vorspannwiderstand Ro mit der Spannungsquelle +V verbunden, und der Emitter des Transistors Tr steht direkt mit der Spannungsquelle +V in Verbindung. Der Motor M liegt parallel zu seiner Schutzdiode D zwischen dem Kollektor des Transistors Tr und Masse. Die Betriebscharakteristxka des Systems der Fig. 9 entsprechen weitgehend demjenigen der Figur 8.

Fig. 10 und 12 veranschaulichen vierte und fünfte Ausführungsformen der Erfindung, für die ein Sensor S verwendet wird, der abschaltet, wenn der Durchsatz des zurückgeführten Brennstoffs einen vorgegebenen Wert überschreitet, so daß die Brennstoffpumpe stufenweise gesteuert wird. Das System der Fig. 10 umfaßt einen Widerstand R und einen Sensor-Schalter S, die parallel zueinander geschaltet sind und sich in der Antriebs- und Steuerschaltung des Motors M befinden. Bei dieser Ausführungsform wirkt der Schalter S derart, daß er geöffnet wird zur Reduzierung der an den Motor M gelangenden Spannung, wenn der Strömungsdurchsatz des Brennstoffrücklaufs größer als ein vorbestimmter Wert ist, d.h. wenn der Brennstoffverbrauch der Maschine einen vorgegebenen Wert unterschreitet. Andererseits wird der Schalter geschlossen und die vorhergehende Spannung an den Motor M angelegt, wenn der Strömungsdurchsatz in der Rückleitung unter einem vorgegebenen Wert liegt, d.h. wenn der Brennstoffverbrauch der Maschine einen vorgegebenen Wert überschreitet, wie in Fig. 11 gezeigt ist.

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Bei der Ausführungsform gemäß Fig. 12 ist eine Anzahl von beispielsweise drei Widerständen R ,R~,R_ in Reihe hintereinander und mit dem Motor M vorgesehen, und ein Schalter S dient zum stufenweisen Ändern des Pumpenbetriebs entsprechend dem Strömungsdurchsatz in der Rückleitung.

Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß das erfindungsgemäße Steuersystem den Brennstoffrückstrom abtastet und ein entsprechendes Signal erzeugt, das die Spannung und den Strom der Brennstofförderpumpe steuert. Dadurch kann der Betrieb der Brennstofförderpumpe in einfacher und genauer Weise gesteuert und ein unnötiger Lauf der Pumpe verhindert werden. Die Lebensdauer der Pumpe wird erhöht, die Geräuschbelästigung im Fahrgastraum aufgrund des Pumpenbetriebs bei niedrigem Brennstoffverbrauch, d.h. im Leerlauf des Motors nimmt ab und eine Erhöhung der Temperatur des Brennstoffs im Tank wird verhindert. Durch das erfindungsgemäße System wird zugleich die Abtastung des Brennstoffverbrauchs der Maschine vereinfacht, und der Strömungsdurchsatz des der Maschine zugeführten Brennstoffs wird mit geringen Kosten genau eingestellt. Das erfindungsgemäße System kann daher zugleich als Verbrauchsmesser verwendet werden.

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Leerseite

Claims

PAT E N TA N WA LTE

TER MEER-MÜLLER-STEINMEISTER

Beim Europäischen Patentamt zugelassene Vertreter — Professional Representatives before the European Patent Office Mandataires agrees pres !'Office european des brevets

Dipl.-Chem. Dr. N. ter Meer Dipl.-lng. H. Steinmeister

Dipl.-lng, F. E. Müller <-·■ ι ,. -,

Triftstrasse A₁ S.ekerwall 7,

D-8OOO MÜNCHEN 22 D-48OO BIELEFELD 1

WG0480/273(3)/SH

st/n 29. Jan. «81

NISSAN MOTOR COMPANY, LTD. No. 2, Takara-cho, Kanagawa-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan JIDOSHA DENKI KOGYO KABUSHIKI KAISHA 1760, Higashi-Matano-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa-ken, Japan

VORRICHTUNG ZUR STEUERUNG DER BRENNSTOFFZUFUHR EINER BRENNKRAFTMASCHINE

PRIORITÄT: 31. Januar 1980, Japan, No. 55-10576
31. Januar 1980, Japan, No. 55-10577

PATENTANSPRÜCHE

ι Λ L Vorrichtung zur Steuerung der Brennstoffzufuhr einer Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Brennstoff-Pumpe zum Zuführen von Brennstoff von einem Tank zu der Brennkraftmaschine und einer Rückleitung zwischen der Brennkraftmaschine und dem Tank zum Zurückführen überschüssigen Brennstoffs, gekennzeichnet durch eine auf den

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Brennstoff-Rückstrom zwischen der Brennkraftmaschine (6) und dem Tank (1) ansprechende Steuereinrichtung zur Steuerung des Pumpenbetriebs.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Transistor (Tr) und einen Sensor (S) zum Abtasten des Rückstroms des Brennstoff und zur Erzeugung eines dessen Durchsatz entsprechenden Signals umfaßt, welches Signal des Sensors an dLe Basis des Transistors gelangt, dessen Kollektor über den Motor (M) der Pumpe mit Masse verbunden ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor in einem Druckregler (7) angeordnet ist, in dem sich eine Membran (72) befindet, deren Verschiebung dem Druck des von der Brennkraftmaschine zurückgeführten Brennstoffs entspricht und durch den Sensor erfaßbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Sensor (S) zum Abtasten des Rückstrom-Durchsatzes von der Maschine umfaßt, der einen Widerstand einschließt, dessen Widerstandswert entsprechend dem Rückstrom des Brennstoffs veränderbar ist und den Antriebsstrom bzw. die Antriebsspannung des Motors der Pumpe steuert.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Widerstandswert des Widerstandes mit zunehmendem Rückstrom-Durchsatz zunimmt und eine Senkung des Antriebsstroms bzw. der Antriebsspannung des Motors bewirkt .
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß der Widerstand (R) in Reihe mit dem Motor (M) geschaltet ist.

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7. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Steuereinrichtung einen Transistor (Tr) umfaßt, daß der Widerstand (R) zwischen der Basis des Transistors und Masse liegt und daß der Motor (M) zwischen dem Kollektor des Transistors und Masse angeordnet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

ζ eichnet, daß die Steuereinrichtung einen Widerstand (R) in Reihe mit dem Motor (M) und einen Schalter (S) zum Kurzschließen des Widerstands bei Überschreiten eines vorgegebenen Rückstromwertes und zur Senkung des Pumpenausstoßes umfaßt.
9. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η -

zeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Anzahl von in Reihe liegenden Widerständen (R₁ ,R„ ,R,,) umfaßt, die insgesamt mit dem Motor (M) in Reihe liegen, und daß ein Schalter zur stufenweisen Überbrückung der Widerstände und damit zur stufenweisen Veränderung des in Reihe mit dem Motor verbundenen Gesamtwiderstandes umfaßt,

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