DE3617247A1 - Steuerschaltung und verfahren zur steuerung der drehzahl einer elektrischen kraftstoffpumpe fuer brennkraftmaschinen - Google Patents
Steuerschaltung und verfahren zur steuerung der drehzahl einer elektrischen kraftstoffpumpe fuer brennkraftmaschinenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Steuerschaltung nach der
Gattung des Hauptanspruchs sowie ein Verfahren zur
Steuerung der Drehzahl einer elektrischen Kraftstoff
pumpe für Brennkraftmaschinen mittels einer Steuer
schaltung. Steuerschaltungen der genannten Art dienen
insbesondere dazu, die Geräusch- und Wärmeentwicklung
der Kraftstoffpumpe von Kraftfahrzeugen im Teillast
und Leerlaufbetrieb durch Verminderung der Drehzahl
der Kraftstoffpumpe zu reduzieren.
Eine solche Steuerschaltung ist aus der DE-OS 31 19
899 bekannt. Bei dieser Steuerschaltung wird die Er
regung der Kraftstoffpumpe an den Kraftstoffbedarf
der Brennkraftmaschine beispielsweise dadurch ange
paßt, daß durch Vorschalten eines Widerstandes die Er
regung verringert wird. Nachteil dieser Schaltung
ist, daß sie nicht allen Anforderungen an die Bereit
stellung einer ausreichenden Fördermenge (l/h) ge
recht wird.
Die erfindungsgemäße Steuerschaltung hat demgegenüber
den Vorteil, daß die Kraftstoffversorgung optimal ge
währleistet und unter allen Betriebsbedingungen eine
ausreichende Fördermenge (l/h) zur Verfügung gestellt
wird. Insbesondere wird die Kraftstoffpumpe bei einem
Zusammenbruch der Versorgungsspannung etwa im Leer
lauf der Brennkraftmaschine durch die Stabilisierungs
stufe mit einer Mindestspannung versorgt, so daß die
Kraftstoffpumpe mit einer Mindestdrehzahl läuft und
eine entsprechende Mindestkraftstoffversorgung auf
rechterhält.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnah
men sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbes
serungen der im Hauptanspruch angegebenen Steuerschal
tung möglich. Besonders vorteilhaft ist es, daß die
maximale Fördermenge der Kraftstoffpumpe erhöht und
die Kraftstoffversorgung bei Ausfällen von Teilen der
Steuerschaltung sichergestellt wird.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der
Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung mit
den wichtigsten Schaltungselementen; und
Fig. 2 eine Steuerschaltung gemäß Fig. 1 mit Darstel
lung der zugehörigen Bauelemente.
In Fig. 1 sind die einzelnen Schaltungselemente in
einem Blockschaltbild zusammengefaßt, aus dem die
Funktion der Steuerschaltung ersichtlich ist.
Eine elektrische Kraftstoffpumpe 10 wird von einem an
einer Klemme St anliegenden Steuersignal über eine
Steuersignal-Auswertestufe 12 und eine Endstufe 14 an
gesteuert. Dabei wird die Ansteuerspannung der Kraft
stoffpumpe 10 von der Steuersignal-Auswertestufe 12
variiert und zwar mit sinkendem Kraftstoffbedarf der
Brennkraftmaschine im Teillastbetrieb und im Leerlauf
gesenkt. Die Kraftstoffpumpe 10 kann aber auch statt
mit Hilfe einer variablen Spannung mittels eines va
riablen Tastverhältnisses gesteuert werden.
Eine von dem an der Klemme St anliegenden Steuersig
nal und dem Ausgangssignal der Steuersignal-Auswerte
stufe 12 unabhängig arbeitende Stabilisierungsstufe
16 versorgt die Endstufe 14 und damit die Kraftstoff
pumpe 10 zur Aufrechterhaltung einer Mindestförder
menge mit einer Mindestspannung, so daß Schwankungen
und Zusammenbrüche einer Versorgungsspannung U B ausge
glichen werden.
Die Stabilisierungsstufe 16 kann bei entsprechender
Auslegung und Beschaltung die Kraftstoffpumpe 10 auch
direkt, also unabhängig von der Endstufe 14, an
steuern und auch so eine Mindestförderleistung gewähr
leisten.
Durch eine Überwachungslogik 18 wird ein Ausfall der
Steuerschaltung bzw. der Endstufe 14 und/oder der
Steuersignal-Auswertestufe 12 sowie der Stabili
sierungsstufe 16 erfaßt und in diesem Fall die Kraft
stoffpumpe 10 über eine Vollaststufe 20 mit Spannung
versorgt, wodurch auch dann die Kraftstoffversorgung
sichergestellt ist. Die Überwachungslogik 18 kann
auch so ausgelegt werden, daß sie bei einem Ausfall
der Endstufe 14 die Kraftstoffpumpe 10 direkt, d.h.
unabhängig von der Vollaststufe 20, ansteuert und die
Kraftstoffversorgung aufrechterhält. Durch die
Vollaststufe 20 wird die Endstufe 14 überbrückt und
die Kraftstoffpumpe 10 an die volle, nicht durch Ver
luste der Endstufe verminderte Versorgungsspannung U B
gelegt, so daß die maximale Fördermenge bereitge
stellt wird.
Die Steuersignal-Auswertestufe 12 ist so ausgelegt,
daß sie von einem bestimmten an der Klemme St anlie
genden Signalpegel an die Kraftstoffpumpe 10 über die
Vollaststufe 20 oder auch direkt ansteuert, so daß
die maximale Förderleistung ohne Verluste in der End
stufe 14 erbracht wird.
Wie in Fig. 1 dargestellt, kann die Vollaststufe 20
auch so mit dem Anlasserkontakt Kl 50 einer nicht dar
gestellten Brennkraftmaschine verbunden werden, daß
die Kraftstoffpumpe 10 während des Startvorgangs unab
hängig von der Endstufe 14 mit maximaler Spannung an
gesteuert wird und so die maximale Fördermenge lie
fert.
Aus Fig. 2 ist ersichtlich, daß die Stabilisierungs
stufe 16 einen Widerstand Rl von beispielsweise 100 Ω
und eine Zenerdiode ZD 10 aufweist, die zwischen der
Versorgungsspannung U B und Masse liegen. Die Stabili
sierungsstufe 16 stellt eine die Mindestförderlei
stung der Kraftstoffpumpe 10 gewährleistende Spannung
zur Verfügung, die zwischen dem Widerstand Rl und der
Zenerdiode ZD 10 abgegriffen wird. Mit dieser Span
nung wird ein Leistungstransistor Tl (BD 649) der End
stufe 14 so angesteuert, daß - bei Schwankungen oder
Zusammenbrüchen der Versorgungsspannung U B beispiels
weise im Leerlauf der Brennkraftmaschine, bei denen
die Steuersignal-Auswertestufe 12 kein oder ein nur
schwaches Ausgangssignal an die Endstufe 14 liefert,
- die Kraftstoffpumpe 10 mit einer Mindestspannung
versorgt wird und so eine Mindestförderleistung auf
rechterhält. Dazu ist der Leistungstransistor Tl
über seinen Kollektor mit der Versorgungsspannung U B
und über seinen Emitter mit der Kraftstoffpumpe 10
verbunden.
Die Steuersignal-Auswertestufe 12 wird über die Klem
me St mit dem Steuersignal beaufschlagt. Sie weist
vier Komparatorstufen 22 bis 28 auf, die jeweils
einen Operationsverstärker mit Beschaltungswiderstän
den umfassen. Das Steuersignal wird jeweils über
einen Widerstand von beispielsweise 10 k Ω an die
nicht invertierenden Eingänge der Operationsverstär
ker der Komparatorstufen 22 bis 28 gelegt, deren in
vertierende Eingänge mit über Spannungsteiler aus der
Versorgungsspannung U B gewonnenen Referenzspannungen
beaufschlagt werden. Durch die Wahl der zwischen
nicht invertierendem Eingang und Ausgang der jewei
ligen Operationsverstärker liegenden Rückkopplungswi
derstände und der am Ausgang der Verstärker liegenden
Widerstände liefert die Steuersignal-Auswertestufe 12
je nach Stärke des Eingangs- bzw. Steuersignals vier
bestimmte verschiedene Ausgangsspannungsstufen.
Die Ausgangssignale der Operationsverstärker der
ersten bis dritten Komparatorstufen 22 bis 26 werden
an die Endstufe 14, d.h. an die Basis des Leistungs
transistors Tl gelegt, wodurch die Kraftstoffpumpe 10
über den Leistungstransistor Tl mit drei verschie
denen Spannungsstufen versorgt wird.
Wird die maximale Förderleistung der Kraftstoffpumpe
10 gebraucht, so wird ab einem bestimmten Pegel des
Steuersignals über die vierte Komparatorstufe 28 der
Steuersignal-Auswertestufe 12 die Vollaststufe 20
direkt angesteuert und so im Leistungstransistor Tl
zwangsweise auftretende Spannungsverluste vermieden.
Dazu wird das Ausgangssignal der vierten Komparator
stufe 28 über einen Widerstand R 2 von beispielsweise
2 k Ω an die Basis eines Transistors T 2 (BC 108) ge
legt, der im leitenden Zustand ein Relais 30 mit der
Versorgungsspannung U B verbindet. Ein Schließkontakt
32 des Relais 30 überbrückt den Leistungstransistor
Tl und verbindet die Kraftstoffpumpe 10 direkt mit
der Versorgungsspannung U B. Daraufhin liefert die
Kraftstoffpumpe 10 bei voller Drehzahl die maximale
Fördermenge.
Am Ausgang der Endstufe 14, also am Emitter des Lei
stungstransistors Tl, ist die Überwachungslogik 18 an
geschlossen, die andererseits mit der Versorgungsspan
nung U B verbunden ist. Die Überwachungslogik 18 weist
vier NAND-Glieder 34 bis 40 auf, die so miteinander
verschaltet sind, daß als Ausgangssignal der Überwa
chungslogik 18 immer dann ein Spannungspotential er
scheint, wenn am Ausgang der Endstufe 14 kein Signal
vorhanden ist.
Dazu wird das Ausgangssignal der Endstufe 14 an den
ersten Eingang des ersten NAND-Glieds 34 gelegt, des
sen zweiter Eingang mit der Versorgungsspannung U B
verbunden ist. Das dadurch gewonnene Signal wird auf
beide Eingänge eines zweiten NAND-Gliedes 36 gelegt
und dadurch invertiert. Mit diesem invertierten Sig
nal wird ein Eingang des dritten NAND-Glieds 38 beauf
schlagt, dessen zweiter Eingang das Ausgangssignal
des vierten NAND-Glieds 40 zugeleitet bekommt. Am
ersten Eingang des vierten NAND-Glieds 40 liegt das
Ausgangssignal des dritten NAND-Glieds an und am zwei
ten Eingang des vierten NAND-Glieds die über einen
Tiefpaß R 3, C geleitete Versorgungsspannung U B. R 3
hat hier einen Wert von 62 kΩ und C von 0,47 µF.
Wenn nun die Steuerschaltung bzw. die Steuersignal-
Auswertestufe 12 und/oder die Endstufe 14 und die Sta
bilisierungsstufe 16 ausfallen und am ersten Eingang
des ersten NAND-Glieds 34 kein Signal anliegt, er
scheint am Ausgang der Überwachungslogik 18 eine Span
nung, die über den Widerstand R 2 an die Basis des
Transistors T 2 gelegt wird; dieser verbindet darauf
hin das Relais 30 mit der Versorgungsspannung U B . In
diesem Fall wird also die Vollaststufe 20 aktiviert,
so daß der Schließkontakt 32 den Leistungstransistor
Tl überbrückt. Dadurch wird die Kraftstoffpumpe 10 di
rekt mit der Versorgungsspannung U B verbunden und ar
beitet mit höchster Drehzahl. Bei Ausfall der Steue
rung oder Teilen davon wird also durch die Uberwa
chungslogik 16 sichergestellt, daß die maximale För
dermenge der Kraftstoffpumpe 10 zur Verfügung steht.
Aus Fig. 2 ist außerdem ersichtlich, daß das Relais
30 der Vollaststufe 20 auch mit dem Anlasserkontakt
Kl 50 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine so
verbindbar ist, daß beim Anlassen der Brennkraftma
schine der Leistungstransistor Tl der Endstufe 14
überbrückt und die Kraftstoffpumpe 10 direkt an die
Versorgungsspannung U B gelegt wird. Dadurch wird wäh
rend des Startvorgangs die maximale Förderleistung
der Kraftstoffpumpe bereitgestellt.
Eine Entkopplung der einzelnen Elemente bzw. Elemente
gruppen der Steuerschaltung findet durch die in Fig.
2 nicht einzeln mit Bezugszeichen versehenen Dioden
(1 N 4001) statt.
Als Steuersignal können an die Klemme St aus verschie
denen Motorparametern wie Drehzahl, Motorlast, Kraft
stoffdruck, Verbrauchssignal usw. gewonnene Span
nungen angelegt werden. Die Ansteuerung der Kraft
stoffpumpe kann auch durch ein mit Mikroprozessoren
ausgerüstetes Steuergerät erfolgen, wobei die Größen
Start, Drehzahl, Motorlast usw. auch mit Hilfe von
Software aufbereitet und ausgewertet werden können,
bevor daraus ein an die Klemme St, an die Endstufen
14 oder direkt an die Kraftstoffpumpe 10 zu legendes
Steuersignal gewonnen wird.
Auch in diesem Fall wird von der Stabilisierungsstufe
16 eine Mindestspannung und damit eine Mindestförder
leistung der Kraftstoffpumpe 10 gewährleistet und der
Betrieb der Kraftstoffpumpe 10 durch die Überwachungs
logik 16 überwacht.
Mit steigender Kraftstofftemperatur läßt die Förder
leistung der Kraftstoffpumpe 10 nach. Um dies auszug
leichen, kann aus der Motor- bzw. Ansauglufttempera
tur oder einer Kombination aus beiden indirekt die
Kraftstofftemperatur ermittelt werden. Dadurch kann
eine erste Korrektur der Fördermenge als Funktion der
Kraftstofftemperatur mittels eines Korrekturkennfel
des vorgenommen und mit Hilfe der Steuerschaltung be
rücksichtigt werden.
Eine weitere Korrektur der Fördermenge kann auf Grund
der momentanen Versorgungs- oder Bordnetzspannung
durchgeführt werden, indem z. B. ein zusätzliches Kor
rektursignal an die Klemme St gelegt wird.
Claims (16)
1. Steuerschaltung zur Steuerung der Drehzahl einer
elektrischen Kraftstoffpumpe für Brennkraftmaschinen,
gekennzeichnet durch eine Spannungseinbrüche der Ver
sorgungsspannung (U B ) der Steuerschaltung ausglei
chende Stabilisierungsstufe (16).
2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Stabilisierungsstufe (16) unab
hängig von einem der Steuerschaltung eingegebenen
Steuersignal ist.
3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Stabilisierungsstufe (16) eine
mit der Kraftstoffpumpe (10) zugeordnete Endstufe
(14) der Steuerschaltung ansteuert.
4. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß eine die Aufrechterhal
tung der Funktion der Kraftstoffpumpe (10) gewährlei
stende Überwachungslogik (18) zur Überwachung der
Steuerschaltung vorgesehen ist.
5. Steuerschaltung nach Anspruch 4, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Überwachungslogik (18) die Funktion
der Endstufe (14) und/oder einer der Endstufe (14) zu
geordneten Steuersignal-Auswertestufe (12) sowie der
Stabilisierungsstufe (16) überwacht.
6. Steuerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Überwachungslogik (18) bei Aus
fall der Endstufe (14) die Kraftstoffpumpe (10) an
steuert.
7. Steuerschaltung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge
kennzeichnet, daß die Überwachungslogik (18) bei Aus
fall der Steuersignal-Auswertestufe (12) und der Sta
bilisierungsstufe (16) die Kraftstoffpumpe (10) an
steuert.
8. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet, daß eine die Kraftstoffpumpe
(10) ansteuernde Vollaststufe (20) vorgesehen ist,
durch die die Kraftstoffpumpe (10) zur Abgabe der ma
ximalen Fördermenge direkt mit der Versorgungsspan
nung (U B ) verbindbar ist.
9. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik
(18) der Vollaststufe (20) so zugeordnet ist, daß
diese bei Ausfall der Endstufe (14) und/oder der
Steuersignal-Auswertestufe (12) und der Stabili
sierungsstufe (16) aktiviert wird und die Kraftstoff
pumpe (10) direkt mit der Versorgungsspannung (U B )
verbindet.
10. Steuerschaltung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch
gekennzeichnet, daß die Vollaststufe (20) von der
Steuersignal-Auswertestufe (12) direkt ansteuerbar
ist.
11. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
10, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignal-Aus
wertestufe (12) mehrere Komparatorstufen (22, 24, 26,
28) aufweist, von denen eine die Vollaststufe (20) an
steuert.
12. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 8 bis
11, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollaststufe (20)
zusätzlich über eine Anlasserklemme (Kl 50) der Brenn
kraftmaschine ansteuerbar ist, so daß die Kraftstoff
pumpe (10) beim Start der Brennkraftmaschine mit
voller Drehzahl läuft und die maximale Fördermenge er
bringt.
13. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung
der Kraftstoffpumpe (10) durch verschiedene Motorpara
meter veränderbar ist.
14. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstofftempera
tur bei der Steuerung der Kraftstoffpumpe (10) berück
sichtigbar ist.
15. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane Höhe
der Versorgungsspannung (U B ) bei der Steuerung der
Kraftstoffpumpe (10) berücksichtigbar ist.
16. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer elek
trischen Kraftstoffpumpe für Brennkraftmaschinen mit
tels einer Steuerschaltung dadurch gekennzeichnet,
daß eine Spannungseinbrüche der Versorgungsspannung
(U B ) der Steuerschaltung ausgleichende Stabili
sierungsstufe (16) zur Gewährleistung einer Mindest
drehzahl und damit einer Mindestförderleistung der
Kraftstoffpumpe (10) vorgesehen ist.
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