DE3937362C2 - Kraftstoffzuführsystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffzuführsystem nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei herkömmlichen Kraftstoffzuführsystemen für Brennkraftmaschinen wird Kraftstoff vom Tank zur Brennkraftmaschine mittels einer Förderpumpe konstanten Durchsatzes gefördert, und überschüssiger Kraftstoff wird von der Brennkraftmaschine zum Kraftstoffvorrat zurückgeführt. Dieser zurückgeführte Kraftstoff nimmt Wärme von der Brennkraftmaschine zum Kraftstoffvorrat mit, und auf diese Weise werden die Temperatur und der Dampfdruck im Kraftstoffvorrat erhöht. Ein Ablassen des zu hohen Dampfdruckes an die Atmosphäre hat nicht nur eine Umweltverschmutzung zur Folge, sondern beeinträchtigt auch den Kraftstoffverbrauch. Eine zu hohe Temperatur im Kraftstoffvorrat kann auch eine Dampfsperre an der Kraftstoffpumpe zur Folge haben, und zwar insbesondere dann, wenn das Kraftstoffniveau relativ niedrig ist. Ein derartiger konstanter Pumpenbetrieb hat auch einen erhöhten Energieverbrauch wie auch eine verringerte Lebensdauer der Kraftstoffpumpe und des Kraftstoffilters zur Folge.

Die US-PS 4 649 884 zeigt ein Kraftstoffeinspritzsystem für eine Brennkraftmaschine, bei der eine elektrisch betriebene Förderpumpe konstanten Durchsatzes verwendet wird. Überschüssiger Kraftstoff wird zum Kraftstoffvorrat in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Kraftstoffzuführeinrichtung und dem Saugrohr der Brennkraftmaschine zurückgeführt.

Die US-PS 4 789 308 zeigt ein Kraftstoffzuführsystem für eine Brennkraftmaschine, bei dem der Auslaßdruck einer elektrisch betriebenen Kraftstoffpumpe abgefühlt und der Motorstrom der Kraftstoffpumpe in Abhängigkeit von diesem Auslaßdruck geregelt wird.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Steuereinrichtung für die Förderpumpe eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine zu schaffen, bei der durch Druckschwankungen des Kraftstoffs und der Ansaugluft bedingte Schwankungen der Kraftstoffördermenge vermieden werden.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Durch den erfindungsgemäß vorgesehenen Druckdifferenzfühler wird die Druckdifferenz an der Kraftstoffzufuhreinrichtung im wesentlichen konstant gehalten, so daß die während einer bestimmten Aktivierungszeit der Einspritzvorrichtung zugeführte Kraftstoffmenge im wesentlichen konstant und unabhängig von Druckschwankungen im Saugrohr bleibt. Auch Schwankungen der Kraftstoffzufuhr, die durch wärmebedingte Druckschwankungen des Kraftstoffs hervorgerufen werden können, werden durch die Erfindung vermieden. Die erfindungsgemäß ausgebildete Steuereinrichtung eignet sich aufgrund ihrer Einfachheit zur Massenproduktion und besitzt eine hohe Lebensdauer. Da Kraftstoff nur bei Bedarf abgegeben wird, ergibt sich ein geringer Energieverbrauch bei gleichzeitig erhöhter Lebensdauer der Kraftstoffpumpe und des Kraftstoffilters.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Anhand der Zeichungen werden Ausführungsbeispiele der Erfin­ dung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Kraftstoff­ systems gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 2 eine Schnittansicht einer Anordnung der elektroni­ schen Steuereinrichtung für die Kraftstoffpumpe des Ausfüh­ rungsbeispiels in Fig. 1;

Fig. 3 eine der Fig. 2 entsprechende Schnittansicht eines abgewandelten Ausführungsbeispiels;

Fig. 4 ein schematisches elektrisches Schaltdiagramm der elektronischen Steuereinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;

Fig. 5 eine der Fig. 1 entsprechende Ansicht eines Kraftstoffsystems gemäß einem weiteren Ausführungsbei­ spiel.

Fig. 1 zeigt ein Kraftstoffsystem 10 mit einer von einem elektrischen Motor getriebenen Kraftstoffpumpe 12, die innerhalb eines Kraftstoffvorrates 14 in Form eines Kraft­ stofftankes angeordnet ist und unter Druck stehenden Kraft­ stoff durch eine Kraftstoffleitung 16 an eine Kraftstoffzufuhreinrichtung in Form einer Kraftstoff­ schiene 18 abgibt. Die Kraftstoffschiene 18 ist an der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) angebracht. Überschüssi­ ger Kraftstoff in der Kraftstoffschiene 18 wird zu dem Kraftstoffvorrat 14 durch Rückführleitungen 20, 22 und ein Rückschlagventil 24 zurückgeführt. Das Rückschlagventil 24 hält den Kraftstoff in der Kraftstoffschiene 18 zurück, wenn die Kraftstoffpumpe 12 nicht arbeitet, daß heißt, wenn die Brennkraftmaschine anhält.

Mehrere Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 26, 28, 30 und 32 sind zwischen der Kraftstoffschiene 18 und einem Saugrohr 34 der Brennkraftmaschine angebracht, wobei die Düsen der einzelnen Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 26-32 angrenzend an den Einlässen 36-42 der zugehörigen Zylinder der Brennkraftmaschine angeordnet sind. Verbren­ nungsluft wird dem Saugrohr 34 durch ein Luftfilter bei Atmosphärendruck oder durch einen Turboauflader zugeführt, der von der Brennkraftmaschine angetrieben wird und Luft bei einem Druck abgibt, der sich mit dem Betrieb der Brennkraftmaschine und/oder der Drosselstellung usw. ändert.

Ein Druckdiffe­ renz-Fühler 46 empfängt ein erstes Eingangssignal als Funktion des Drucks innerhalb der Kraftstoffschiene 18 und ein zweites Eingangssignal als Funktion des Drucks innerhalb des Saugrohres 34. Diese Eingangssignale können durch beliebige Druckübertrager zugeführt werden. Der Fühler 46 erzeugt ein elektrisches Signal in Abhängigkeit von der Druckdifferenz zwischen der Kraftstoffschiene 18 und dem Saugrohr 34. Dieses Signal, das bei dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 in Analogform vorliegt, wird einem Impulsbreitenmodulations-Verstärker 48 zugeführt. Der Verstärker 48 empfängt ferner elektrische Gleichstromlei­ stung von dem elektrischen System des Fahrzeugs und gibt ein impulsbreitenmoduliertes Ausgangssignal 50 ab, mit dem der elektrische Motor der Förderpumpe 12 beaufschlagt wird. Das impulsbreitenmodulierte Ausgangssignal des Verstärkers 48 hat vorzugsweise eine konstante Frequenz und ein Tastver­ hältnis, das sich als Funktion, vorzugsweise als inverse lineare Funktion, des Druckdifferenz-Signals des Fühlers 46 ändert.

Wenn die Druckdifferenz klein ist, beispielsweise wäh­ rend einer Beschleunigung der Brennkraftmaschine, wenn der Kraftstoffbedarf groß ist, so ist das Tastverhältnis des Ausgangssi­ gnals 50 groß. Die durchschnittliche Gleichstromleistung, mit der die Förderpumpe 12 versorgt wird, ist somit ebenfalls groß, und die Förderpumpe 12 wird entsprechend betätigt. Wenn auf der anderen Seite die Druckdifferenz groß ist, zum Beispiel wenn die Brennkraftmaschine sich im Leerlauf befindet und daher der Kraftstoffbedarf niedrig ist, so ist das Tastverhältnis des Ausgangssignals 50 des Ver­ stärkers entsprechend niedrig, und die Förderpumpe 12 wird auf einem entsprechend niedrigeren Niveau betätigt.

Fig. 2 veranschaulicht, wie die elektronische Steuerein­ richtung der Förderpumpe 12, die den Druckfühler 46 und den Verstärker 48 umfaßt, als gedruckte Schaltung 52 an einem Körper 54 aus wärmeleitendem Material wie zum Beispiel rost­ freiem Stahl angebracht ist. Durch den Körper 54 erstreckt sich ein Kraftstoffkanal 56 mit einer Einlaßöffnung 58, der Kraftstoff von der Förderpumpe 12 zugeführt wird, und einer Auslaßöffnung 60, die mit der Kraftstoffschiene 18 (Fig. 1) verbunden ist. Der Körper 54 ist somit mit der Kraftstoffleitung 16 in Fig. 1 in Reihe geschaltet, so daß Kraftstoff, der durch die Leitung 16 fließt, Wärme von der elektronischen Steuereinrichtung abzieht und diese entspre­ chend kühlt. Der Druckdifferenz-Fühler 46 besitzt einen Druckeingang, der durch einen Querkanal 62 im Körper 54 mit dem Kraftstoffkanal 56 verbunden ist, und einen zweiten Druckeingang, der durch einen Anschluß 64 und einen Schlauch 66 mit dem Saugrohr 34 (Fig. 1) verbunden ist. Die gedruckte Schaltung 54 einschließlich des Fühlers 46 ist von einem Deckel 67 umgeben, so daß eine Baueinheit 68 gebildet wird.

Fig. 3 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel 70 der die Steuereinrichtung enthaltenden Baueinheit, welche in der Rückführleitung 20, 22 (Fig. 1) zwischen der Kraftstoff­ schiene 18 und dem Kraftstoffvorrat 14 angeordnet werden kann. Bei der Baueinheit 70 sind das Rückschlagventil 24 sowie eine zur Strömungsdämpfung dienende Drosselöffnung 72 innerhalb des Kraftstoffkanals 56 angeordnet. Ein Deckel 24 bildet mit dem Körper 54 einen geschlossenen Hohlraum 76, der von einer Membran 78 aus rostfreiem Stahl oder derglei­ chen in zwei Kammern unterteilt wird. Die obere Kammer des Hohlraumes 76 ist durch eine Durchlaßöffnung 80 mit dem Kraftstoffkanal 56 verbunden. Die untere Kammer des Hohlraums 76 ist durch eine Durchlaßöffnung 82 im Deckel 24 mit der Atmosphäre verbunden. Auf diese Weise arbeitet die Membran 78 als Dämpfungseinrichtung, die Druckschwankungen im Kraftstoffzuführsystem dämpft.

Fig. 4 zeigt ein digital arbeitendes Ausführungsbeispiel 84 der elektronischen Steuereinrichtung für die Förder­ pumpe. Der Druckfühler 46 ist durch eine Differenzstufe 86 mit einem Mikroprozessor 88 verbunden, der so programmiert ist, daß er ein impulsbreitenmoduliertes Signal 50 (Fig. 1) an einen Leistungsverstärker 90 abgibt. Der Pumpenmotor 92 ist mit dem Leistungsverstärker 90 verbunden, um Kraftstoff nach Bedarf abzugeben, wie oben beschrieben wurde.

Fig. 5 zeigt ein anderes Ausführungsbeispiel eines Kraft­ stoffsystems 94, bei dem eine einzelne Kraftstoffein­ spritzvorrichtung 26 innerhalb des zentralen Kanals 96 eines Drosselkörpers 98 angeordnet ist, um Kraftstoff durch ein Drosselventil 100 hindurch an das Saugrohr 34 der Brennkraftmaschine abzugeben. Im übrigen entspricht das Kraftstoffsystem 94 in Fig. 5 dem in Fig. 1 gezeig­ ten Kraftstoffsystem 10.

Bei allen Ausführungsbeispielen wird die Kraftstoffpumpe nach Bedarf betätigt, im Gegensatz zu Kraftstoffpumpen mit konstanter Fördermenge, wodurch der Energieverbrauch verrin­ gert und die Lebensdauer sowohl der Kraftstoffpumpe wie auch des Kraftstoffilters (nicht gezeigt) erhöht werden. Da die Kraftstoffpumpe nur entspechend dem Bedarf betrieben wird, ist die Menge des zum Kraftstofftank zurückgeführten Kraft­ stoffes wesentlich vermindert, wodurch die Wärmeabgabe an den Kraftstofftank entsprechend reduziert ist.

Es versteht sich, daß zahlreiche Abweichungen von den beschriebenen Ausführungsbeispielen möglich sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Beispielsweise könnte der Druckdifferenz-Fühler 46, der vorzugsweise die Form einer integralen Fühlereinheit aus Silizium oder einem anderen Festkörpermaterial hat, die Form getrennter elektrischer oder mechanischer Fühler annehmen, deren Ausgangssignale einem Differenzverstärker oder dergleichen zugeführt werden. Andere Typen elektrisch betriebener Kraftstoffpumpen können verwendet werden, beispielsweise mechanische Kraftstoffpum­ pen, deren Ausgang durch ein elektronisches Magnetventil moduliert wird. Wenngleich eine Impulsbreitenmodulation der Pumpentreibspannung bevorzugt wird, könnte jedoch auch eine Frequenzmodulation oder eine Gleichstrom- bzw. Spannungsre­ gelung verwendet werden.

Claims (8)

1. Steuereinrichtung für die Förderpumpe eines Kraftstoffsystems für eine Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch einen Druckdifferenzfühler (46) für den Kraftstoffdruck stromab der Förderpumpe (12) und den Luftdruck im Saugrohr (34) als Eingangsgrößen und mit einem Ausgangssignal, welches die elektrische Leistung an die Förderpumpe (16) steuert, indem die Pumpendrehzahl derart variiert wird, daß an der Kraftstoffzufuhreinrichtung (18) eine im wesentlichen konstante Druckdifferenz aufrechterhalten wird.

2. Steuereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal impulsbreitenmodulierte Gleichstromleistung mit konstanter Frequenz und mit einem in Abhängigkeit von der Druckdifferenz veränderlichen Tastverhältnis an die Förderpumpe (12) abgebbar ist.

3. Steuereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Kraftstoff-Rückführeinrichtung (20, 22, 24) mit einem Rückschlagventil (24), das bei abgeschalteter Förderpumpe (12) Kraftstoff in der Kraftstoffzufuhreinrichtung zurückhält.

4. Steuereinrichtung nach einem der vorhergehenden Steueransprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie zur Kühlung an einem wärmeleitenden Körper (54) angebracht ist, der einen von dem Kraftstoff durchflossenen Kraftstoffkanal (56) enthält.

5. Steuereinrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil (24) in dem Kraftstoffkanal (56) des Körpers (54) angeordnet ist.

6. Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kraftstoffkanal (56) eine Drosselöffnung angeordnet ist.

7. Steuereinrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine an dem Körper (54) angebrachte Dämpfungseinrichtung (74-82) zum Dämpfen von Druckschwankungen in dem durch den Kraftstoffkanal (56) strömenden Kraftstoff.

8. Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Dämpfungseinrichtung einen in dem Körper (54) gebildeten Hohlraum (76) aufweist, der von einer Membran (78) in zwei Kammern unterteilt wird, von denen die eine mit dem Kraftstoffkanal (56) und die andere mit der Atmosphäre verbunden ist.