DE3610064C2 - Steuereinrichtung für eine elektrische Brennstoffpumpe eines Fahrzeugs - Google Patents

Steuereinrichtung für eine elektrische Brennstoffpumpe eines Fahrzeugs

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Description

Die Erfindung betrifft eine Steuervorrichtung für eine elektrisch betriebene Brennstoffpumpe eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 entsprechend der JP 58-48767 A.
Aus der JP 58-172 452 A ist ein elektronisch gesteuertes Brennstoffeinspritzsystem bekannt, bei dem eine elektrisch betriebene Brennstoffpumpe, die Brennstoffeinspritzeinrichtungen unter Druck Brennstoff zuführt, in Abhängigkeit von unterschiedlichen Steuervariablen gesteuert wird. Der Betriebszustand der Brennkraftmaschine wird überwacht und die Steuervariablen werden entsprechend den vorliegenden wechselnden Betriebsbedingungen gebildet und der Steuereinrichtung des Brennstoffeinspritzsystems zugeführt. Im einzelnen wird bei der Verarbeitung der Steuervariablen ein entsprechend der Belastung der Brennkraftmaschine veränderliches Tastverhältnis für die Ansteuerung der Brennstoffpumpe bestimmt, das in Abhängigkeit davon korrigiert wird, daß die zusätzlich überwachte Spannung der Stromversorgung (Batterie) wechselnde Werte annehmen kann. Sinkt die Batteriespannung beispielsweise während des Startvorgangs erheblich ab, so wird das Tastverhältnis zur Sicherstellung einer ausreichenden Brennstoffzufuhr im Sinne einer längeren Einschaltdauer der Brennstoffpumpe zusätzlich verändert.
Aus der eingangs genannten JP 58-48 767 A ist eine Einrichtung zur Steuerung einer elektrischen Brennstoffpumpe bekannt, bei der die dem Antriebsmotor der Brennstoffpumpe zugeführte Spannung in zwei Stufen mittels eines in Reihe zum Antriebsmotor geschalteten Widerstands verändert wird. Zu diesem Zweck ist eine Schalteinrichtung parallel zu dem Widerstand vorgesehen, die im geschlossenen Zustand den Widerstand kurzschließt und damit die maximale Betriebsspannung dem Antriebsmotor zuführt. Wird die Schalteinrichtung geöffnet, dann liegt der Widerstand in Reihe zum Antriebsmotor, so daß die Betriebsspannung auf einen niedrigeren Wert vermindert und die Brennstoffpumpe mit geringerer Leistung betrieben wird. Dabei erfolgt die Steuerung der Schalteinrichtung zur Beeinflussung der dem Antriebsmotor zugeführten Betriebsspannung in Abhängigkeit von zuvor ermittelten Betriebsparametern der Brennkraftmaschine, aus welchen ein Brennstoffbedarfsmengenwert der Brennkraftmaschine sowie zumindest ein Bezugswert bestimmt wird. Ist der Brennstoffbedarfsmengenwert größer als ein dem Bezugswert entsprechender Brennstoffbedarfsmengenwert, wird die Schalteinrichtung geschlossen und die Brennstoffpumpe wird mit der höheren Leistungsstufe infolge des kurzgeschlossenen Widerstands betrieben. Unterschreitet der Brennstoffbedarfsmengenwert die dem Bezugswert entsprechende Brennstoffbedarfsmenge, dann erfolgt eine Zuschaltung des Widerstands durch die Öffnung der Schalteinrichtung, so daß bei Vorliegen des geringeren Brennstoffbedarfsmengenwerts die Brennstoffpumpe mit einer geringeren Leistung betrieben wird. Eine Berücksichtigung des im allgemeinen beim Betrieb eines Kraftfahrzeugs stark schwankenden Spannungswerts der Batterie-Stromquelle erfolgt hierbei jedoch nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Steuervorrichtung für eine elektrisch betriebene Brennstoffpumpe eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine derart auszugestalten, daß der Brennkraftmaschine auch bei einer Verminderung des Spannungswerts der Batterie-Stromquelle auf einfache Weise eine zum Betrieb ausreichende Brennstoffmenge zuführbar ist.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe mit den im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegebenen Mitteln gelöst.
Somit werden zur Gewinnung von den Betriebszustand der Brennkraftmaschine beschreibenden Betriebszustandsparametern im wesentlichen die Batteriespannung und der Brennstoffbedarf der Brennkraftmaschine entsprechend der Maschinenbelastung erfaßt und in einer Steuereinrichtung ausgewertet. In Form einer zweistufigen Anpassung der Leistung der elektrisch betriebenen Brennstoffpumpe wird einerseits eine Schalteinrichtung geschlossen, wenn eine aus dem Betriebszustandsparameter der Brennkraftmaschine erfaßte Brennstoffbedarfsmenge entsprechend der vorliegenden Betriebsbedingungen einen vorbestimmten Wert (Bezugswert) überschreitet, wobei die Brennstoffpumpe mit einer höheren Leistung angesteuert wird, und andererseits die Schalteinrichtung geöffnet, wenn die tatsächliche Brennstoffbedarfsmenge unter dem vorbestimmten Wert liegt, wobei die Brennstoffpumpe dann mit einer geringeren Leistung angesteuert wird.
Darüber hinaus wird der erfaßte Spannungswert der Batterie-Stromquelle in die Steuerung der Brennstoffpumpe einbezogen, so daß auch bei veränderlichemn Spannungswert die Zufuhr einer für den Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichenden Brennstoffmenge gewährleistet ist. Zu diesem Zweck wird mittels einer Bezugswert-Änderungseinrichtung der Bezugswert in einer Richtung verändert, in der sich der Betriebszustandswert mit einer Verringerung der Brennstoffbedarfsmenge ändert, wenn der erfaßte Spannungswert der Batterie-Stromquelle kleiner als der vorbestimmte Sollwert ist. Entsprechend dieser Steuerung wird die Brennstoffpumpe durch eine Anpassung des Bezugswerts, mit dem der die Brennstoffbedarfsmenge kennzeichnende Betriebszustandsparameter verglichen wird, beispielsweise bei Absinken des Spannungswerts der Batterie-Stromquelle auf die höhere Leistungsstufe geschaltet, so daß die Brennstoffpumpe trotz vermindertem Spannungswert eine für den Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichende Brennstoffmenge bereitstellen kann.
In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine Schaltungsanordnung der Steuereinrichtung gemäß dem Ausführungsbeispiel, und
Fig. 2 eine grafische Darstellung von Ein- und Ausschaltkennlinien eines Relais in Verbindung mit unterschiedlichen Ansaugluftmengen.
In Fig. 1 ist mit 1 eine Brennstoffpumpe bezeichnet, die mit einem Motor 2 in Form eines Gleichstrom-Motors betrieben wird. Der Gleichstrom-Motor 2 weist einen Anker 3 und eine Feldwicklung 4 auf, die zueinander in Reihe geschaltet sind und denen selektiv aus einer Batterie- Stromquelle 5 über einen Zündungsschalter 6, den Kontakt eines Stromkreisunterbrechungsrelais 7 und eine Parallelschaltung aus dem Kontakt einer Schalteinrichtung in Form eines Relais 8 und einem Festwiderstand 9 Strom zugeführt wird.
Der Zündungsschalter 6 weist einen an die Batterie-Stromquelle 5 angeschlossenen Kontakt AM, einen Anlasserkontakt ST und einen Zündungskontakt IG auf, wobei der Anlasserkontakt ST mit einem Anschluß A des Relais 7 und der Zündungskontakt IG mit einem Anschluß B des Relais 7 verbunden ist.
Das Relais 7 umfaßt einen zwischen den Anschluß B und einen Anschluß C geschalteten Arbeitskontakt 7m, eine Spule 7a, einen Spulenschutzkondensator 7c und einen Widerstand 7r, die zwischen den Anschluß B und einen Anschluß D geschaltet sind, sowie einen zwischen den Anschluß A und einen Anschluß E geschaltete weitere Spule 7b, wobei der Arbeitskontakt 7m geschlossen wird, wenn eine der Spulen 7a und 7b erregt wird. Der Anschluß D ist über einen Brennstoffpumpenhalter 10 mit Masse verbunden, während der Anschluß E direkt mit Masse verbunden ist. Der Anschluß C ist an einen Anschluß F des Relais 8 angeschlossen.
Der Brennstoffpumpenschalter 10 ist an einem in dem Ansaugsystem der Brennkraftmaschine angeordneten Ansaugluftstromfühler 12 derart angeordnet, daß er geschlossen wird, wenn der Ansaugluftstromfühler 12 eine Luftströmung erfaßt.
Das Relais 8 weist einen zwischen dem Anschluß F und einen Anschluß G geschalteten Ruhekontakt 8b und eine zwischen den Anschluß F und einen Anschluß H geschaltete Wicklung bzw. Spule 8a auf, wobei der Anschluß G mit dem Gleichstrom-Motor 2 verbunden ist und der Anschluß H an eine Steuereinrichtung 11 angeschlossen ist. Das Relais 8 stellt einen normalerweise geschlossenen Schalter (Ruhekontaktschalter) dar. Der Anschluß C des Relais 7 ist mit dem Gleichstrom-Motor 2 über den Festwiderstand 9 und direkt mit der Steuereinrichtung 11 verbunden.
Die Steuereinrichtung 11 erfaßt über ihre Verbindung mit dem Anschluß C des Relais 7 den Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 und nimmt ferner eine mit dem Ansaugluftstromfühler 12 gemessene Ansaugluftmenge Q, eine mittels eines Drehzahlmeßgebers 13 gemessene Maschinendrehzahl N, einen mit einem Ansaugdruckfühler 14 gemessenen Ansaugdruck P, eine mittels eines Wassertemperaturfühlers 15 gemessene Kühlwassertemperatur THW des Kühlwassers der Brennkraftmaschine, ein durch die Verbindung des Kontakts AM mit dem Anlasserkontakt ST an dem Zündungsschalter 6 gebildetes Anlassersignal ST usw. auf. Entsprechend diesen Daten steuert die Steuereinrichtung 11 das Ein- und Ausschalten der Spule 8a des Relais 8.
Es wird nun die Funktionsweise des Ausführungsbeispiels mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau beschrieben.
Zum Anlassen der Brennkraftmaschine wird an dem Zündungsschalter 6 der Kontakt AM sowohl mit dem Zündungskontakt IG als auch mit dem Anlasserkontakt ST in Verbindung gebracht, so daß die Spule 7b des Relais 7 erregt und dessen Arbeitskontakt 7m geschlossen wird. Hierbei ist die Brennkraftmaschine noch nicht in Betrieb, so daß der Brennstoffpumpenschalter 10 offen bleibt und daher die Spule 7a kein Strom zugeführt wird. Zu diesem Zeitpunkt wird das Signal ST an der Steuereinrichtung 11 angelegt, welche während des Anlegens des Signals ST die Spule 8a des Relais abschaltet, so daß dessen Ruhekontakt 8b geschlossen ist. Auf diese Weise ergibt der Festwiderstand 9 im wesentlichen keinen elektrischen Widerstandswert, so daß der Strom aus der Batterie-Stromquelle 5 direkt dem Gleichstrom-Motor 2 zugeführt wird, wodurch dieser anläuft und die Brennstoffpumpe 1 betreibt.
Nach dem Anlaufen der Brennkraftmaschine bleibt an dem Zündungsschalter 6 der Kontakt AM mit dem Zündungsanschluß IG verbunden, während der Brennstoffpumpenschalter 10 geschlossen ist, da zu diesem Zeitpunkt die Brennkraftmaschine schon läuft; dadurch wird der Spule 7a des Relais 7 Strom zugeführt, wodurch der Arbeitskontakt 7m geschlossen gehalten wird.
Danach steuert die Steuereinrichtung 11 nach dem Anlassen der Brennkraftmaschine das Ein- und Ausschalten der Spule 8a des Relais 8 in Abhängigkeit davon, ob die Ansaugluftmenge Q größer oder kleiner als ein vorbestimmter Bezugswert bzw. Wert (Schwellenwert) Qa ist. Der vorbestimmte Wert Qa für die Ansaugluftmenge Q wird gemäß Fig. 2 entsprechend dem Ansaugdruck P und der Maschinendrehzahl N geändert. In Fig. 2 ist mit einer Kurve WOT die Änderung des Ansaugdrucks P mit der Maschinendrehzahl N bei weit geöffneter Drosselklappe dargestellt.
Im einzelnen wird dann, wenn die Ansaugluftmenge Q größer als der vorbestimmte Wert Qa ist, von der Steuereinrichtung 11 die Spule 8a des Relais 8 abgeschaltet, so daß der Ruhekontakt 8b geschlossen wird und der Strom aus der Batterie-Stromquelle 5 dem Gleichstrom-Motor 2 zugeführt wird, ohne daß durch den Festwiderstand 9 ein wesentlicher elektrischer Widerstand gebildet wird. Wenn die Ansaugluftmenge Q geringer als der vorbestimmte Wert Qa ist, wird von der Steuereinrichtung 11 die Spule 8a des Relais 8 erregt, so daß der Ruhekontakt 8b geöffnet wird und der Strom aus der Batterie-Stromquelle 5 dem Gleichstrom-Motor 2 über den Festwiderstand 9 zugeführt wird.
Auf diese Weise wird die an den Gleichstrom-Motor 2 angelegte Spannung gesteuert, so daß dessen Drehzahl und dadurch die von der Brennstoffpumpe 1 geförderte Brennstoffmenge entsprechend den Betriebsbedingungen (Betriebszustandsparameter) der Brennkraftmaschine gesteuert werden.
Ferner wird der in bezug auf die Ansaugluftmenge Q vorgewählte vorbestimmte Wert Qa gemäß gemäß Fig. 2 entsprechend dem mittels der Steuereinrichtung 11 erfaßten Spannungswert der Batterie- Stromquelle 5 verändert. Wenn der Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, wird von der Steuereinrichtung 11 bezüglich der Ansaugluftmenge Q der vorbestimmte Wert Qa auf Qa=α geändert, so daß der Wert der Ansaugluftmenge Q unter Bezugnahme auf den vorbestimmten Wert Qa=α unterschieden wird und dementsprechend der Ruhekontakt 8b des Relais 8 geöffnet und geschlossen wird. Wenn der Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 höher als der vorbestimmte Wert ist, wird der vorbestimmte Wert Qa für die Ansaugluftmenge Q auf Qa=β (<α) geändert, so daß nunmehr der Wert der Ansaugluftmenge Q unter Bezugnahme auf den vorbestimmten Wert Qa=β unterschieden wird und dementsprechend das Öffnen und Schließen des Ruhekontakts 8b des Relais 8 gesteuert wird.
D. h., bei einem verringerten Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 spricht die Steuereinrichtung 11 auf diesen Spannungszustand durch Wahl des niedrigeren Werts α als Schwellenwert Qa an, der dem Umschalten zwischen dem Öffnen und Schließen des Ruhekontakts 8b des Relais 8 in Abhängigkeit von der Ansaugluftmenge Q dient und der die in Fig. 2 gezeigten "Auf/Zu"-Umschaltkennlinien bestimmt. Infolgedessen wird dann, wenn die Ansaugluftmenge Q größer als der vorbestimmte kleinere Wert Qa=α ist, der Ruhekontakt 8b des Relais zuverlässig auch für Betriebszustandsparameter des Ansaugdrucks P und der Maschinendrehzahl N in einem in Fig. 2 gezeigten derartigen Bereich geschlossen, in dem der Ruhekontakt 8b des Relais 8 bei höherer Batteriespannung geöffnet wird, für welche die Steuereinrichtung 11 den größeren Wert Qa=β wählt. Durch das Schließen des Ruhekontakts 8b bei dem niedrigeren Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 wird aus dieser der Strom dem Gleichstrom-Motor 2 (ohne Festwiderstand 9) direkt zugeführt, so daß die an den Gleichstrom-Motor 2 angelegte Spannung das Zuführen einer ausreichenden Brennstoffmenge mittels der Brennstoffpumpe 1 bewirkt. Auf diese Weise wird unabhängig von einer Verminderung der Batteriespannung das Einspritzen einer ausreichenden Brennstoffmenge in die Brennkraftmaschine erzielt.
Während das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel derart ausgelegt ist, daß der vorbestimmte Bezugswert bzw. Wert Qa durch Änderung von β auf α in Abhängigkeit davon angepaßt wird, ob der Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 höher oder niedriger als ein vorbestimmter Wert ist, ist es alternativ möglich, für den Spannungswert der Batterie-Stromquelle 5 eine Vielzahl vorbestimmter Spannungswerte zu wählen, so daß entsprechend der Vielzahl der vorbestimmten Spannungswerte der Wert Qa durch Wechsel zwischen einer Vielzahl von Werten angepaßt bzw. auf den gerade zutreffenden Stand gebracht werden kann.
Während ferner der Ruhekontakt 8b des Relais 8 entsprechend dem vorbestimmten Wert Qa für die Ansaugluftmenge Q geöffnet oder geschlossen wird, ist es auch möglich, das Öffnen und Schließen des Ruhekontakts 8b des Relais 8 durch Ermittlung des Öffnungsausmaßes der Drosselklappe und Bestimmung zu steuern, ob die Drosselklappe weiter als in einem vorbestimmten Ausmaß geöffnet ist. Ferner kann bei einer Brennkraftmaschine mit elektromagnetischen Brennstoffeinspritzventilen die Impulsbreite der den Einspritzventilen zugeführten elektrischen Impulse ermittelt werden und entsprechend der Impulsbreite das Öffnen und Schließen des Ruhekontakts 8b des Relais 8 gesteuert werden.
Weiterhin kann unter Berücksichtigung des Ansteigens der Brennstoffmenge entsprechend der Kühlwassertemperatur THW der Brennkraftmaschine der vorbestimmte Wert Qa auf die gleiche Weise wie entsprechend der Batteriespannung geändert werden.
Die Steuervorrichtung für die elektrische Brennstoffpumpe weist somit eine Spannungsdetektoreinrichtung zum Erfassen des Spannungszustands bzw. des Spannungswerts der Batterie-Stromquelle und eine Spannungssteuereinrichtung zum veränderbaren Steuern der an den Antriebsmotor der Brennstoffpumpe angelegten Spannung entsprechend der mittels der Spannungsdetektoreinrichtung erfaßten Batteriespannung auf, so daß auch bei niedriger Batteriespannung das Anlegen einer ausreichenden Spannung an den Antriebsmotor der Brennstoffpumpe gewährleistet und die Förderung des Brennstoffs durch die Brennstoffpumpe in einem hinsichtlich des Brennstoffverbrauchs der Brennkraftmaschine ausreichenden Ausmaß sichergestellt ist.

Claims (5)

1. Steuervorrichtung für eine elektrisch betriebene Brennstoffpumpe eines Fahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, mit
einer Maschinenbetriebszustand-Erfassungseinrichtung (12 bis 15) zur Erfassung mehrerer Betriebszustandsparameter (Q, N, P, THW),
einer Steuereinrichtung (11) zur Verarbeitung der erfaßten Betriebszustandsparameter und zur Bereitstellung eines von der Brennkraftmaschine benötigten Brennstoffbedarfsmengenwerts sowie mindestens eines aufgrund der Betriebszustandsparameter ermittelten Bezugswerts (Qa),
einer Batterie-Stromquelle (5),
einem Motor (2) für die Brennstoffpumpe,
einem zwischen die Batterie-Stromquelle (5) und den Motor (2) geschalteten Widerstand (9) sowie einer parallel zum Widerstand (9) geschalteten Schalteinrichtung (8), die von der Steuereinrichtung (11) durch Vergleichen des Brennstoffbedarfsmengenwerts mit dem Bezugswert (Qa) derart gesteuert wird, daß dann, wenn die Brennstoffbedarfsmenge größer als eine dem Bezugswert (Qa) entsprechende Bezugs-Brennstoffbedarfsmenge ist, die Schalteinrichtung (8) geschlossen wird, und dann, wenn die Brennstoffbedarfsmenge gleich oder geringer ist als die Bezugs-Brennstoffbedarfsmenge ist, die Schalteinrichtung geöffnet wird,
gekennzeichnet durch
eine Spannungswert-Erfassungseinrichtung (11, Punkt C, F) zur Erfassung eines Spannungswerts der Batterie- Stromquelle (5), und
eine Bezugswert-Änderungseinrichtung (11) zur Verringerung des Bezugswerts (Qa von β auf α), wenn der mittels der Spannungswert-Erfassungseinrichtung erfaßte Spannungswert kleiner als ein vorbestimmter Sollwert ist.
2. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bezugswert-Änderungseinrichtung (11) einen ersten oder einen zweiten Bezugswert (β, α) in Abhängigkeit von dem Ergebnis des Vergleichs zwischen dem erfaßten Spannungswert und dem vorbestimmten Sollwert wählt.
3. Steuervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betriebszustandsparameter der Brennkraftmaschine eine Ansaugluftmenge (Q), einen Öffnungsgrad eines Drosselventils oder eine Impulsbreite eines elektrischen Einspritzimpulssignals umfassen.
4. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Temperaturmeßeinrichtung (15) zur Erfassung einer Kühlwassertemperatur (THW) der Brennkraftmaschine, wobei die Bezugswert-Änderungseinrichtung (11) den Bezugswert (Qa) entsprechend der Temperatur unter Berücksichtigung einer der Temperatur entsprechenden Steigerung der Brennstoffzufuhr zur Brennkraftmaschine ändert.
5. Steuervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schalteinrichtung (8) einen Ruhekontakt (8b) und eine Wicklung (8a) aufweist, der Betriebszustandsparameter die Ansaugluftmenge (Q) umfaßt, beim Anlassen der Brennkraftmaschine die Wicklung (8a), zum Schließen des Ruhekontaktes (8b) nicht erregt ist, damit dem Motor (2) aus der Batterie-Stromquelle (5) hohe Spannung zugeführt wird, die Wicklung (8a) zum Öffnen des Ruhekontakts (8b) erregt wird, wenn die Ansaugluftmenge (Q) geringer als eine vorbestimmte Menge ist und die Erregung der Wicklung (8a) zum Schließen des Ruhekontakts (8b) unterbrochen wird, wenn die Ansaugluftmenge (Q) größer als die vorbestimmte Menge ist.
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