DE3617247C2

DE3617247C2 - Steuerschaltung und Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer elektrischen Kraftstoffpumpe für Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE3617247C2
Application number: DE19863617247
Authority: DE
Inventors: Klaus Adam; Hans Heim; Hermann Dipl Phys Dr Klein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1986-05-22
Filing date: 1986-05-22
Publication date: 1999-03-18
Anticipated expiration: 2006-05-23
Also published as: JP2618415B2; DE3617247A1; WO1987007333A1; JPS63503235A

Description

Stand der Technik

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 (1/h) ge recht wird.

Eine weitere Steuerschaltung zur Steuerung der Drehzahl eines elektrischen Motors, beispielsweise einer elektrischen Kraftstoffpumpe für Brennkraftmaschinen ist aus der DE-OS 33 10 206 bekannt. Dabei erfolgt die Beeinflussung der Drehzahl des elektrischen Motors bzw. der elektrischen Kraftstoffpumpe so, daß die Geräuschentwicklung und die Erwärmung des Motors möglichst gering gehalten wird. Zur Erreichung dieser Ziele werden gewünschte Drehzahländerungen nicht abrupt durchgeführt, sondern es wird die Stromzuführung zum Motor mit Hilfe einer Drossel beeinflußt, so daß die gewünschte Drehzahl langsam angefahren wird. Die Stromzuführung zum Elektromotor kann zusätzlich mit Hilfe von Phasenanschnittsteuerungen beeinflußt werden. Die letztendlich am elektrischen Motor anliegende Spannung läßt sich damit in kontinuierlicher Weise verändern, wodurch sich entsprechende Drehzahländerungen ergeben. Eine eigene Stabilisierungsstufe, die auch bei Spannungseinbrüchen eine Mindestspannung gewährleistet, ist bei der bekannten Steuerschaltung nicht vorhanden.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Steuerschaltung hat demgegenüber den Vorteil, daß die Kraftstoffversorgung optimal ge währleistet und unter allen Betriebsbedingungen eine ausreichende Fördermenge (1/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.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der Steuerschaltung mit den wichtigsten Schaltungselementen; und

Fig. 2 eine Steuerschaltung gemäß Fig. 1 mit Darstel lung der zugehörigen Bauelemente.

Beschreibung

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 Kl50 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 R1 von beispielsweise 100 Ω und eine Zenerdiode ZD10 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 R1 und der Zenerdiode ZD10 abgegriffen wird. Mit dieser Span nung wird ein Leistungstransistor T1 (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 recht erhält. Dazu ist der Leistungstransistor T1 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 kΩ 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 T1 gelegt, wodurch die Kraftstoffpumpe 10 über den Leistungstransistor T1 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 T1 zwangsweise auftretende Spannungsverluste vermieden. Dazu wird das Ausgangssignal der vierten Komparator stufe 28 über einen Widerstand R2 von beispielsweise 2 kΩ an die Basis eines Transistors T2 (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 T1 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 T1, 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 R3, C geleitete Versorgungsspannung U_B. R3 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 R2 an die Basis des Transistors T2 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 T1 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 Überwa 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 Kl50 einer nicht dargestellten Brennkraftmaschine so verbindbar ist, daß beim Anlassen der Brennkraftma schine der Leistungstransistor T1 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

1. Steuerschaltung zur Steuerung der Drehzahl einer elektri schen Kraftstoffpumpe (10) für Brennkraftmaschinen, mit einer Steuersignal-Auswertestufe (12), mit der abhängig vom anliegenden Steuersignal die der Kraftstoffpumpe zuführbare Versorgungsspannung (UB) veränderbar ist, mit einer Span nungseinbrüche der Versorgungsspannung (UB) der Steuerschal tung ausgleichenden Stabilisierungsstufe (16), dadurch ge kennzeichnet, daß die Stabilisierungsstufe (16) die Kraft stoffpumpe mit einer Mindestspannung versorgt, zur Erzeugung einer Mindestdrehzahl, wobei die Spannungsversorgung über die Spannungsstabilisierungsstufe (16) unabhängig von einem der Steuerschaltung eingegebenen Steuersignal ist.

2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stabilisierungsstufe (16) eine der Kraftstoffpumpe (10) zugeordnete Endstufe (14) der Steuerschaltung ansteuert.

3. Steuerschaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Aufrechterhaltung der Funktion der Kraftstoffpumpe (10) gewährleistende Überwachungslogik (18) zur Überwachung der Steuerschaltung vorgesehen ist.

4. Steuerschaltung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik (18) die Funktion der Endstufe (14) und/oder einer der Endstufe (14) zugeordneten Steuersignal-Auswertestufe (12) sowie der Stabilisierungsstufe (16) überwacht.

5. Steuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik (18) bei Ausfall der Endstufe (14) die Kraftstoffpumpe (10)ansteuert.

6. Steuerschaltung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungslogik (18) bei Ausfall der Steuersignal-Auswertestufe (12) und der Stabilisierungsstufe (16) die Kraftstoffpumpe (10) ansteuert.

7. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine die Kraftstoffpumpe (10) ansteuernde Vollaststufe (20) vorgesehen ist, durch die die Kraftstoffpumpe (10) zur Abgabe der maximalen Fördermenge direkt mit der Versorgungsspannung (U_B) verbindbar ist.

8. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, 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 Stabilisierungsstufe (16) aktiviert wird und die Kraftstoffpumpe (10) direkt mit der Versorgungsspannung (U_B) verbindet.

9. Steuerschaltung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollaststufe (20) von der Steuersignal-Auswertestufe (12) direkt ansteuerbar ist.

10. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuersignal-Auswertestufe (12) mehrere Komparatorstufen (22, 24, 26, 28) aufweist, von denen eine die Vollaststufe (20) ansteuert.

11. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Vollaststufe (20) zusätzlich über eine Anlasserklemme (Kl50) der Brennkraftmachine ansteuerbar ist, so daß die Kraftstoffpumpe (10) beim Start der Brennkraftmaschine mit voller Drehzahl läuft und die maximale Fördermenge erbringt.

12. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Förderleistung der Kraftstoffpumpe (10) durch verschiedene Motorparameter veränderbar ist.

13. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstofftemperatur bei der Steuerung der Kraftstoffpumpe (10) berücksichtigbar ist.

14. Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die momentane Höhe der Versorgungsspannung (U_B) bei der Steuerung der Kraftstoffpumpe (10) berücksichtigbar ist.

15. Verfahren zur Steuerung der Drehzahl einer elektrischen Kraftstoffpumpe für Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung mittels einer der Steuerschaltungen nach einem der Ansprüche 1 bis 14 durchgeführt wird.