DE4341948C2

DE4341948C2 - Fuel injection system for an internal combustion engine with a clocked fuel pump

Info

Publication number: DE4341948C2
Application number: DE4341948A
Authority: DE
Inventors: Wilhelm Trautmann; Hinrich Krueger; Stefan Herzig; Alf Degen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1992-12-22
Filing date: 1993-12-09
Publication date: 2003-08-14
Anticipated expiration: 2013-12-10
Also published as: DE4341948A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Einspritzanlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Brennkraftmaschinen, die mit unterschiedlichen Drehzahlen und/oder unterschiedlichen La sten betrieben werden, finden sich insbesondere in Gestalt von Antriebsmaschinen für Kraftfahrzeuge.The invention relates to a fuel injection system according to the preamble of claim 1. Internal combustion engines that with different speeds and / or different La are operated in the form of Driving machines for motor vehicles.

Gegenüber Einspritzanlagen, deren Pumpen unabhängig von dem je weiligen Kraftstoffbedarf mit konstanter Drehzahl angetrieben werden und die demgemäß stets die dem maximalen Kraftstoffbe darf der Maschine entsprechende Kraftstoffmenge liefern müssen, bieten Einspritzanlagen mit kraftstoffbedarfsabhängig getakte ten Pumpen eine Reihe von Vorteilen. So braucht die Pumpe in Last- und Drehzahlbereichen der Maschine, in denen diese nicht die maximale Kraftstoff-Fördermenge benötigt, nur mit reduzier ter Leistung zu arbeiten. Die überschüssige Fördermenge, die mittels eines mit einem Druckregler bestückten Rücklaufs wieder in den Kraftstofftank zurücktransportiert werden muß, wird da durch zumindest erheblich verringert. Daraus folgt eine Scho nung der zur Speisung der Pumpe vorgesehenen elektrischen Bat terie und eine Erhöhung der Lebensdauer der Pumpe. Infolge Ver ringerung der rückgeführten Kraftstoffmenge bleibt die Tempera tur des Kraftstoffs im Kraftstofftank niedriger als bei Ein spritzanlagen mit konstant arbeitenden Kraftstoffpumpen, wo durch die Kraftstoff-Verdampfungsemissionen drastisch gesenkt werden. Schließlich kann, da mit einer getakteten Pumpe der Ma schine in jedem Betriebspunkt die erforderliche Kraftstoffmenge genau dosiert zugeführt werden kann, gegebenenfalls auf das Rücklaufsystem verzichtet werden. Der Druckregler kann als Si cherheitsventil dann direkt in die Pumpe integriert werden. Zur Glättung des Druckverlaufs des Kraftstoffs kann in der Vorlauf leitung ein Druckspeicher angeordnet sein.Compared to injection systems, the pumps of which are independent of each fuel demand driven at constant speed and are therefore always the maximum fuel may supply the machine with the appropriate amount of fuel, offer injection systems with fuel cycles that are dependent on fuel requirements pumps have a number of advantages. So the pump needs in Load and speed ranges of the machine in which they are not the maximum fuel flow required, only with reduced work. The excess output that by means of a return equipped with a pressure regulator has to be transported back to the fuel tank is there by significantly reducing at least. This results in a lap of the electrical bat terie and an increase in the life of the pump. As a result of Ver the tempera remains reduced the fuel in the fuel tank is lower than when On spraying systems with constantly operating fuel pumps, where drastically reduced by fuel evaporative emissions become. Finally, since the Ma the required amount of fuel at every operating point can be supplied precisely metered, if necessary on the Return system can be dispensed with. The pressure regulator can be used as Si safety valve can then be integrated directly into the pump. to Smoothing the pressure curve of the fuel can be in the lead line a pressure accumulator can be arranged.

Kraftstoff-Einspritzanlagen mit getaktet betriebenen Kraft stoffpumpen sind aus dem Stand der Technik der Klasse F 02 M 37/08 der IPC in unterschiedlichen Ausführungen bekannt:
Die Anordnungen nach den DE 31 19 899 A1 und 36 17 247 A1 sehen eine Variation des Tastverhältnisses, d. h. der Einschaltdauer der Pumpe, in Abhängigkeit von dem Signal eines Luftmengenmes sers bei konstanter Frequenz des der Pumpe zugeführten Taktsi gnals vor. Diese Abhängigkeit des Betriebs der Pumpe von dem jeweiligen Luftmengenmessersignal funktioniert aber nur im sta tionären Betrieb der Maschine und außerhalb der Vollastanrei cherung. Soweit in diesem Stand der Technik auch eine Variation der Frequenz der Taktimpulse für die Pumpe (bei konstanter Ein schaltdauer der Pumpe) vorgesehen ist, besteht kein Zusammen hang zwischen dieser Taktfrequenz einerseits und der jeweiligen Drehzahl der Brennkraftmaschine. Dies ist insofern nachteilig, als beispielsweise in einem Kraftfahrzeug jeder Einschaltimpuls für die Kraftstoffpumpe eine Schwankung der Batteriespannung verursacht, die ihrerseits Einfluß auf die Betätigungszeitpunk te der Einspritzventile und damit auf die eingespritzte Kraft stoffmasse hat. Dies ist insbesondere dann von Nachteil, wenn Einspritzvorgänge teils bei eingeschalteter Pumpe, teils bei ausgeschalteter Pumpe erfolgen.Fuel injection systems with clocked fuel pumps are known from the prior art in class F 02 M 37/08 of the IPC in different versions:
The arrangements according to DE 31 19 899 A1 and 36 17 247 A1 provide a variation of the duty cycle, ie the duty cycle of the pump, as a function of the signal of an air quantity sensor at a constant frequency of the clock signal supplied to the pump. This dependency of the operation of the pump on the respective air flow sensor signal only works in steady-state operation of the machine and outside of full load enrichment. As far as in this state of the art a variation of the frequency of the clock pulses for the pump (with a constant duty cycle of the pump) is provided, there is no connection between this clock frequency on the one hand and the respective speed of the internal combustion engine. This is disadvantageous in that, for example, each switch-on pulse for the fuel pump in a motor vehicle causes a fluctuation in the battery voltage, which in turn has an influence on the actuation times of the injection valves and thus on the injected fuel mass. This is particularly disadvantageous if injection processes take place partly with the pump switched on and partly with the pump switched off.

Aus dem bereits zitierten Stand der Technik und aus der US 4 800 859 ist auch die Erzeugung von Taktimpulsen in Gestalt unterschiedlich hoher Erregerspannungen für die Pumpenmotoren unter Einschaltung von Vorwiderständen bekannt, die einen re lativ hohen Energieverbrauch bewirken. Außerdem ermöglicht die amerikanische Lösung nur zwei Erregungsstufen für den Pumpenmotor, d. h. nur zwei Pumpendrehzahlen, was wiederum zu einer Anpassung der jeweils geförderten Kraftstoffmenge an den je weiligen Kraftstoffbedarf der Maschine nicht ausreicht.From the prior art already cited and from US 4,800,859 is also the generation of clock pulses in shape different excitation voltages for the pump motors known with the involvement of series resistors that a re cause relatively high energy consumption. In addition, the American solution only two excitation levels for the pump motor, d. H. only two pump speeds, which in turn leads to one Adjustment of the amount of fuel delivered to each the fuel requirement of the machine is insufficient.

Schließlich offenbart die DE 40 36 905 A1 eine Einspritzanlage für die Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs mit einem Asyn chronmotor als Antriebsmotor für die Kraftstoffpumpe, deren Fördermenge über eine Veränderung der Frequenz und/oder der Ef fektivspannung des Ansteuersignals dieses Motors gesteuert wird. Die Steuerung erfolgt dabei über eine Austastung von Be reichen innerhalb wenigstens einer Halbwelle des Ansteuersi gnals. Abgesehen davon, daß diese Lösung einen aufwendigen Pum penmotor erfordert, steht auch bei ihr die Frequenz der Ansteu erung der Pumpe in keinem Zusammenhang mit der jeweiligen Dreh zahl der Brennkraftmaschine.Finally, DE 40 36 905 A1 discloses an injection system for the internal combustion engine of a motor vehicle with an Asyn chronmotor as a drive motor for the fuel pump, the Delivery rate via a change in frequency and / or Ef effective voltage of the control signal of this motor controlled becomes. The control takes place via a blanking of Be range within at least one half-wave of the drive gnals. Apart from the fact that this solution requires a complex pump pen motor requires, the frequency of the control is also with it pump in no connection with the respective rotation number of internal combustion engine.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Kraftstoff-Einspritzanlage unter Wahrung ihrer Vorteile so aus zubilden, daß sowohl im stationären als auch im instationären Betrieb (z. B. Beschleunigung mit Beschleunigungsanreicherung) der Brennkraftmaschine ohne Beeinträchtigung der Arbeitsweise der Einspritzventile eine gute Anpassung der Fördermenge der Kraftstoffpumpe an den Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine sichergestellt ist.The invention has for its object a generic Fuel injection system while preserving its advantages to form that both in the stationary and in the non-stationary Operation (e.g. acceleration with acceleration enrichment) the internal combustion engine without affecting the operation the injection valves a good adjustment of the delivery rate Fuel pump to meet the fuel requirements of the internal combustion engine is ensured.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.The inventive solution to this problem consists in the drawing features of the main claim, advantageous training The invention describes the subclaims.

Bei der Erfindung sind die eingangs diskutierten Nachteile des Standes der Technik auf sehr einfache Weise durch Identität der Frequenzen der Öffnungsimpulse für die Einspritzventile und der Taktimpulse für die Kraftstoffpumpe vermieden. Wie Anspruch 2 zum Ausdruck bringt, ist es möglich, die in einem Steuergerät gewonnenen Öffnungsimpulse für die Einspritzventile unmittelbar zur Gewinnung von Taktimpulsen für die Kraftstoffpumpe heranzu ziehen. Dabei kann es gemäß Anspruch 3 sinnvoll sein, die jeweilige Einschaltung des Pumpenmotors so lange zu verzögern, daß sie erst bei geöffnetem Einspritzventil erfolgt.In the invention, the disadvantages discussed above are State of the art in a very simple way by identity of Frequencies of the opening pulses for the injection valves and the Clock pulses for the fuel pump avoided. Like claim 2 expresses, it is possible in a control unit obtained opening impulses for the injection valves immediately to obtain clock pulses for the fuel pump pull. It can be useful according to claim 3, the respective Delay switching on the pump motor until that it only takes place when the injector is open.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an hand der in der Zeichnung wiedergegebenen Blockschaltbilder er läutert.Two embodiments of the invention are set out below hand the block diagrams shown in the drawing purifies.

In beiden Fällen ist eine Vierzylinder-Brennkraftmaschine mit den einzelnen Brennräumen individuell zugeordneten Einspritz ventilen 1, 2, 3 und 4 angenommen. Es handelt sich in diesen Ausführungsbeispielen um elektromagnetische Einspritzventile, denen Öffnungsimpulse über die dargestellten Leitungen zuge führt werden, die in einem üblichen elektronischen Steuergerät 5 in Abhängigkeit von verschiedenen Parametern der nicht darge stellten Brennkraftmaschine erzeugt sind. Derartige, beispiels weise mit Kennfeldspeichern ausgerüstete Steuergeräte sind im Serieneinsatz, und da außerdem ihr Aufbau im einzelnen für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung ist, brauchen sie nicht näher beschrieben zu werden.In both cases, a four-cylinder internal combustion engine with individually assigned injection valves 1 , 2 , 3 and 4 is assumed. These exemplary embodiments are electromagnetic injection valves, to which opening pulses are supplied via the lines shown, which are generated in a conventional electronic control unit 5 as a function of various parameters of the internal combustion engine (not shown). Such control devices, for example equipped with map memories, are used in series production, and since their structure is of minor importance for the invention, they need not be described in more detail.

Zur Speisung der Einspritzventile 1 bis 4 mit Kraftstoff dient eine Kraftstoffpumpe, deren elektrischer Antriebsmotor in bei den Figuren mit 6 bezeichnet ist. Auch der Aufbau derartiger Pumpen ist bestens bekannt und braucht daher hier nicht erläu tert zu werden.A fuel pump is used to supply the injection valves 1 to 4 with fuel, the electric drive motor of which is denoted by 6 in the figures. The structure of such pumps is well known and therefore need not be explained here.

Betrachtet man nun das Ausführungsbeispiel nach Fig. 1, so werden die im Steuergerät 5 erzeugten Öffnungsimpulse t_ö den Magnetwicklungen der Einspritzventile 1 bis 4 direkt zugeführt. Sie dienen auch zur Ansteuerung des Pumpenmotors 6, jedoch un ter Zwischenschaltung der - hier in das Steuergerät 5 inte grierten - Einrichtung 7, die zur Gewinnung der Taktimpulse für den Pumpenmotor 6 die Dauer der jeweiligen Einspritzimpulse t_ö mit einem Faktor k multipliziert und diesem Produkt einen kon stanten Summanden a hinzufügt. Dieser - gegebenenfalls kenn feldabhängige - Multiplikator k dient zur Berücksichtigung der Auslegung der Einspritzventile und der Pumpe. Der Summand a ist im Hinblick auf die Sicherstellung einer Kraftstoffördermenge der Pumpe gewählt, die eine Sicherheitsmenge darstellt und bei Vorhandensein eines Rücklaufs zur Wärmeabfuhr von der Pumpe dient.If one now considers the exemplary embodiment according to FIG. 1, the opening pulses t _ö generated in the control device 5 are fed directly to the magnetic windings of the injection valves 1 to 4 . They are also used to control the pump motor 6 , but with the interposition of the device 7 - integrated here in the control unit 5 - which multiplies the duration of the respective injection pulses t _ö by a factor k to obtain the clock pulses for the pump motor 6 and this product add a constant summand a. This - possibly characteristic-dependent - multiplier k serves to take into account the design of the injection valves and the pump. The summand a is chosen with a view to ensuring a fuel delivery quantity of the pump, which represents a safety quantity and is used to dissipate heat from the pump in the presence of a return.

Durch die Heranziehung der Öffnungsimpulse t_ö zur Gewinnung der Taktimpulse für den Pumpenmotor 6 ist einerseits der Zusammen hang zwischen der jeweiligen Förderleistung der Kraftstoffpumpe und dem Kraftstoffbedarf der Brennkraftmaschine und anderer seits die Übereinstimmung der "Betätigungsfrequenzen" von Ein spritzventilen und Pumpe und damit die Abhängigkeit der Taktim pulse für den Pumpenmotor von der jeweiligen Maschinendrehzahl sichergestellt.By using the opening pulses t _ö to obtain the clock pulses for the pump motor 6 , on the one hand, the relationship between the respective delivery rate of the fuel pump and the fuel requirement of the internal combustion engine and, on the other hand, the correspondence of the “actuation frequencies” of an injection valve and pump and thus the dependence of the Clock pulse for the pump motor is ensured by the respective machine speed.

Während das beschriebene Ausführungsbeispiel infolge Integrati on der Einrichtung 7 in das Steuergerät 5 eine Modifizierung bestehender Steuergeräte erfordert, zeigt Fig. 2 eine Ausfüh rung der Erfindung, die außerhalb des Steuergeräts 5 als Ein richtung eine zusätzliche Auswertelogik 8 vorsieht. Auch hier werden die im Steuergerät 5 erzeugten Öffnungsimpulse t_ö für die Einspritzventile 1 bis 4 unmittelbar zur Gewinnung von Taktimpulsen für den Pumpenmotor 6 herangezogen. Zu diesem Zweck werden sie der erwähnten Auswertelogik 8 zugeführt, die einerseits die im Zusammenhang mit der Einrichtung 7 in Fig. 1 beschriebenen Vorgänge ausführt, andererseits in diesem Ausfüh rungsbeispiel ein Zeitverzögerungsglied bekannten Aufbaus ent hält, das die erzeugten Taktimpulse erst dann zum Pumpenmotor 6 gelangen läßt, wenn zumindest eines der Einspritzventile 1 bis 4 geöffnet ist.While the described embodiment as a result Integrati on the device 7 in the control unit 5 requires modification of existing control units, Fig. 2 shows an exporting tion of the invention, the direction outside the control unit 5 as an additional evaluation logic 8 provides. Here, too, the opening pulses t _ö generated in the control unit 5 for the injection valves 1 to 4 are used directly to obtain clock pulses for the pump motor 6 . For this purpose, they are supplied to the mentioned evaluation logic 8 , which on the one hand carries out the operations described in connection with the device 7 in FIG. 1, on the other hand in this embodiment, a time delay element known construction ent ent that the generated clock pulses only then reach the pump motor 6 leaves when at least one of the injection valves 1 to 4 is open.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Kraftstoff- Einspritzanlage geschaffen, die mit einfachen Maßnahmen eine genaue Berücksichtigung der jeweiligen Arbeitsweise der Brenn kraftmaschine beim Betrieb des Pumpenmotors sicherstellt.The invention accordingly provides a generic fuel Injection system created with simple measures exact consideration of the respective working method of the Brenn ensures engine when operating the pump motor.

Claims

1.Fuel injection system for an internal combustion engine operated at different loads and / or speeds, with at least one injection valve ( 1 , 2 , 3 , 4 ) supplied via an electromotive pump ( 6 ) which is clocked depending on the fuel requirement and which is generated in a control unit ( 5 ) depending on the machine operation Opening pulses (t _ö ) are supplied, characterized in that the pump ( 6 ) is clocked at the frequency of the opening pulses (t _ö ) and with a duty cycle which can be changed as required.

2. Injection system according to claim 1, characterized in that devices ( 7 ) for obtaining the clock pulses for the pump ( 6 ) are provided directly from the opening pulses (t _ö ).

3. Injection system according to claim 2, characterized in that the devices ( 7 ) the durations of the opening pulses (t _ö ) with egg nem the design of the at least one injection valve ( 1 , 2 , 3 , 4 )) and / or the pump ( 6 ) multiplying factor (k) taking into account.

4. Injection system according to claim 3 in the case of a pump ( 6 ) with return, characterized in that the devices ( 7 ) add the product (t _ö .k) a summand (a) which corresponds to egg ner safety fuel quantity.

5. Injection system according to one of claims 1 to 4, characterized in that in the way of the clock pulses for the pump ( 6 ) such a dimensioned time enlarging element ( 8 ) is provided that the activation of the pump ( 6 ) after opening the at least one Injection valve ( 1 , 2 , 3 , 4 ) takes place.