DE4440900A1

DE4440900A1 - Kraftstoff-Zuführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4440900A1
Application number: DE4440900A
Authority: DE
Inventors: Charles H Tuckey; Kirk D Doane
Original assignee: Walbro Corp
Current assignee: Walbro Corp
Priority date: 1993-11-15
Filing date: 1994-11-15
Publication date: 1995-05-18
Anticipated expiration: 2014-11-16
Also published as: JPH07180629A; US5542395A; FR2712634B1; JP2859821B2; DE4440900C2; FR2712634A1

Description

Beschreibung

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kraftstoff-Zuführ einrichtung für eine Brennkraftmaschine sowie ein Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdrucks an einer Brennkraftmaschine.

Es ist bereits bekannt, Kraftstoff einer Brennkraftmaschine mittels einer druckgeregelten, elektrisch betriebenen Kraft stoffpumpe und einer Einweg-Kraftstoffleitung zuzuführen, die die Pumpe mit den Einspritzvorrichtungen der Brennkraft maschine verbindet. Beispielsweise offenbart die US- 4,951,636 eine Kraftstoff-Zuführeinrichtung für eine Brenn kraftmaschine, bei der eine von einem elektrischen Motor an getriebene Kraftstoffpumpe unter Druck stehenden Kraftstoff einer oder mehreren Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen der Brennkraftmaschine zuführt. Ein Druckfühler spricht auf einen Druckunterschied zwischen der Einspritzvorrichtung und dem Saugrohr der Brennkraftmaschine an, um ein an der Kraft stoffpumpe angelegtes impulsbreitenmoduliertes Signal so zu regeln, daß ein im wesentlichen konstanter Druckunterschied zwischen dem Kraftstoffund der Verbrennungsluft an der Ein spritzvorrichtung aufrechterhalten wird. Die US-5,001,934; 5,044,344 und 5,148,792 offenbaren weitere Kraftstoff-Zu führeinrichtungen, bei denen die Kraftstoffzufuhr von dem Kraftstoffdruck abhängig ist.

Zu den vielen Auslegungskriterien für Kraftstoff-Zuführein richtungen von Brennkraftmaschinen gehört die Möglichkeit, ausreichend Kraftstoff bei hohen Temperaturen der Brenn kraftmaschine bzw. des Kraftstoffs zu liefern, um die Brenn kraftmaschine zu starten und zu betreiben. Ein typischer "hot soak"-Test für Kraftstoff-Zuführeinrichtungen besteht darin, ein Kraftfahrzeug bei hoher Umgebungstemperatur zu betreiben, bis die Brennkraftmaschine heiß ist und dann den Betrieb der Brennkraftmaschine und somit des Kühlsystems der Brennkraftmaschine zu beenden, während die hohe Umgebungs temperatur aufrechterhalten wird, so daß die Maschinentempe ratur und die Temperatur unter der Motorhaube merklich an steigen. Unter diesen Bedingungen kann der Kraftstoff inner halb des Kraftstoffverteilers der Brennkraftmaschine ver dampfen. Wenn man dann versucht, das Kraftfahrzeug zu be tätigen, kann es geschehen, daß die Brennkraftmaschine nicht anspringt, oder daß sie - falls sie anspringt - im Leerlauf versagt oder unrund läuft.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kraftstoff-Zuführeinrichtung für eine Brennkraftmaschine so wie ein Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdrucks zu schaf fen, bei denen sich unter normalen Betriebsbedingungen ein zufriedenstellendes Betriebsverhalten ergibt und bei hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftstoffs im Vergleich zum Stand der Technik ein verbessertes Betriebs verhalten zeigt. Außerdem soll die Erfindung wirtschaftlich herstellbar und zur Massenproduktion geeignet sein. Genauer gesagt, soll die Kraftstoff-Zuführeinrichtung sowie das Verfahren gemäß der Erfindung so beschaffen sein, daß das Warmstart-, Leerlauf- und Anfahrt-Verhalten verbessert wird.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfin dung sind in den Ansprüchen definiert.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Kraftstoffdruck an der Brennkraftmaschine dadurch geregelt, daß die Kraftstofftemperatur sowohl oberhalb wie auch unterhalb eines vorgegebenen Temperatur-Schwellwertes abgefühlt wird. Unterhalb des Schwellwertes wird an der Ma schine eine vorgegebene, im wesentlichen konstante Kraft stoff-Druckeigenschaft aufrechterhalten, beispielsweise eine im wesentlichen konstante Druckdifferenz an der Kraftstoff- Einspritzvorrichtung bzw. an den Kraftstoff-Einspritzvor richtungen, wie dies von den oben erwähnten U.S. Patenten gelehrt wird. Oberhalb des Temperatur-Schwellwertes wird der Kraftstoffdruck an der Brennkraftmaschine automatisch über die vorgegebene Temperatureigenschaft hinaus erhöht. Diese Druckerhöhung ist vorzugsweise eine vorgegebene Funktion der Temperatur, beispielsweise eine schrittweise Druckerhöhung bei dem vorgegebenen Temperatur-Schwellwert oder ein all mählich (z. B. linearer) Druckanstieg als Funktion der Tem peratur zwischen dem vorgegebenen Temperatur-Schwellwert und einem zweiten höheren Temperatur-Schwellwert. Auf diese Weise wird der Kraftstoffdruck an der Brennkraftmaschine bei hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine bzw. des Kraft stoffs automatisch erhöht, wodurch der Warmstart der Brenn kraftmaschine verbessert sowie ein unrunder Leerlauf und ein "Anfahrtsstottern" bei extrem heilen Bedingungen verringert werden.

Eine Kraftstoff-Zuführeinrichtung für eine Brennkraftmaschi ne gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung umfaßt eine Kraftstoffpumpe, die in Abhängigkeit von der an gelegten elektrischen Leistung unter Druck stehenden Kraft stoff an die Brennkraftmaschine abgibt. Ein Druckfühler lie fert ein Drucksignal als Funktion des Auslaßdrucks der Kraftstoffpumpe. Eine elektrische Schaltung legt in Abhän gigkeit von dem Drucksignal elektrische Leistung an die Pum pe an. Ein Temperaturfühler ist mit der Schaltung verbunden, um das Pumpen-Leistungssignal automatisch so zu ändern, daß der Auslaßdruck der Kraftstoffpumpe erhöht wird, wenn die Temperatur an dem Temperaturfühler den vorgegebenen Schwell wert überschreitet. Der Temperaturfühler spricht vorzugs weise auf die Kraftstofftemperatur an, kann statt dessen jedoch auf die Umgebungstemperatur unter der Motorhaube im Bereich der Brennkraftmaschine ansprechen. Der Temperatur fühler kann mit dem Druckfühler integriert ausgebildet sein, um das Drucksignal oberhalb des vorgegebenen Temperatur- Schwellwertes automatisch zu modifizieren. Statt dessen kann der Temperaturfühler ein getrenntes Fühlerelement sein, das ein elektrisches Temperatursignal erzeugt, welches von der Leistungssteuerschaltung der Pumpe dazu verwendet wird, das Signal des Druckfühlers zu modifizieren, welches das primäre Pumpen-Steuersignal der Kraftstoffzuführeinrichtung ist.

Anhand der Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Er findung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine fragmentarische schematische Darstellung einer Kraftstoff-Zuführeinrichtung für eine Brenn kraftmaschine;

Fig. 2 ein Blockdiagramm der in Fig. 1 fragmentarisch dargestellten Kraftstoff-Zuführeinrichtung;

Fig. 3 und 4 Blockdiagramme von Abwandlungen des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels;

Fig. 5 ein Blockdiagramm, das die Betriebsweise der Kraftstoff-Zuführeinrichtung veranschaulicht.

Fig. 1 zeigt eine Kraftstoff-Zuführeinrichtung 10 mit einem Kraftstoffverteiler 12 in Form einer Verteilerleiste, die unter Druck stehenden Kraftstoff von einer Motor-Pumpenein richtung 14 (Fig. 2) empfängt, und einem Saugrohr 16, das über einen Einlaßfilter (nicht gezeigt) Verbrennungsluft von atmosphärischem Druck oder über einen Turbolader (nicht ge zeigt) Verbrennungsluft erhöhten Drucks empfängt. Eine oder mehrere Kraftstoff-Einspritzvorrichtungen 18 sind zwischen dem Kraftstoffverteiler 12 und dem Saugrohr 16 angeordnet und sprechen auf elektrische Signale einer Steuereinheit der Brennkraftmaschine oder dergleichen an, um unter Druck ste henden Kraftstoff aus dem Kraftstoffverteiler 12 in das Saugrohr 16 bei den Einlaßöffnungen der zugehörigen Zylinder abzugeben.

Eine Steuereinheit 20 ist an dem Kraftstoffverteiler 12 in nerhalb eines Gehäuses 22 angebracht. Die Steuereinheit 20 enthält einen Druckfühler 24 mit einem ersten Eingang, der auf den Kraftstoffdruck in dem Kraftstoffverteiler 12 an spricht, und einem zweiten Eingang, der als Referenzeingang dient und mit dem Saugrohr 16 durch eine Leitung 26 ver bunden ist, um auf den Luftdruck in dem Saugrohr 16 anzu sprechen. Ein Temperaturfühler 28 ist in dem Gehäuse 22 angeordnet und spricht auf die Temperatur des Kraftstoffs innerhalb des Kraftstoffverteilers 12 an. Der Druckfühler 24 und der Temperaturfühler 28 liefern entsprechende elektri sche Signale an eine Ausgleichsschaltung 30, die elektrische Leistung von dem elektrischen System des Kraftfahrzeugs in Form einer Batterie 32 empfängt und ein Steuersignal an die Treiberschaltung der Pumpe (Fig. 2) abgibt, um elektrische Leistung an die Motor-Pumpeneinrichtung 14 anzulegen.

Es wird nun auf Fig. 2 Bezug genommen. Der Druckfühler 24 besteht vorzugsweise aus einem piezoelektrischen Meßdehn fühler, wie er in der US 5,001,934 offenbart ist. Der Druckfühler 24 gibt ein elektrisches Signal an einen Ver stärker 34 innerhalb der Ausgleichsschaltung 30 als direkte Funktion des Kraftstoffdrucks innerhalb des Kraftstoffver teilers 12 ab. Das Ausgangssignal des Verstärkers 34 wird dem invertierenden Eingang eines Verstärkers 36 zugeführt, dessen nicht invertierender Eingang eine Referenzspannung empfängt, die den Soll-Auslaßdruck der Pumpe bei normalen Betriebsbedingungen darstellt. Das Ausgangssignal des Ver stärkers 36 wird einem impulsbreiten Modulations-Verstärker 38 zugeführt, der ein Steuersignal an eine Ausgangslei stungsschaltung 40 abgibt. Das Ausgangssignal der Leistungs schaltung 40 schaltet alternierend zwischen hochpegeligen und niederpegeligen digitalen Werten bei einer Frequenz und/oder einer relativen Einschaltdauer, vorzugsweise einer festliegenden und veränderlichen Einschaltdauer um, die sich als Funktion des Soll-Auslaßdruckes der Pumpe ändert. Der Leistungskreis 40 weist vorzugsweise einen FET-Schalter auf, der die Leistungsquelle 32 des Fahrzeugs (Fig. 1) abwech selnd mit dem Motor 42 der Motorpumpeneinrichtung 14 verbin det bzw. von ihr trennt. Der Motor 42 treibt die Pumpe 44 der Motorpumpeneinrichtung 14, um unter Druck stehenden Kraftstoff aus einem Kraftstoffvorrat 46 dem Kraftstoffver teiler 12 (Fig. 1) zuzuführen. Die Motorpumpeneinrichtung 14 kann wie in der US 5,122,039 oder der US 5,148,792 ausge bildet sein.

Der Temperaturfühler 28, der ein Thermistor oder ein anderer geeigneter Temperaturfühler sein kann, ist mit einer Tempe raturausgleichsschaltung 48 innerhalb der Ausgleichsschal tung 30 verbunden. Die Temperaturausgleichsschaltung 48 ver gleicht das Eingangssignal des Temperaturfühlers 28 mit einem vorgegebenen Temperatur-Schwellwert, d. h. vorgegeben als Funktion von Außenlegungsparameter und/oder Soll-Be triebseigenschaften der Brennkraftmaschine, und liefert ein Temperaturausgleichssignal an den nicht invertierenden Ein gang des Verstärkers 36 als vorgegebene Funktion der Tempe ratur oberhalb des Temperatur-Schwellwertes.

Diese vorgegebene Funktion kann eine Schrittfunktion 50 sein, wodurch eine vorgegebene Spannung zu der Referenz spannung an dem nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 36 oberhalb des Temperatur-Schwellwertes des Temperaturaus gleichs 48 addiert wird, so daß der Druckreferenzwert auto matisch erhöht wird und dadurch der effektive Wert des an die Motorpumpeneinrichtung 14 angelegten elektrischen Lei stungssignals und somit der Pumpenauslaßdruck automatisch erhöht werden. Vorzugsweise liegt die schrittweise Drucker höhung des Pumpenauslaßdrucks in der Größenordnung von 15 bis 20%, wie z. B. einer Erhöhung von 0,689 bar (10 psi) über einen nominellen Kraftstoffdruck von 3,79 bar (55 psi), wenn die Kraftstofftemperatur einen Schwellwert von 93°C (200°F) erreicht. Alternativ hierzu kann die Temperaturaus gleichsschaltung 48 ein Kompensationssignal in den nicht invertierenden Eingang des Verstärkers 36 anlegen, der für eine lineare Erhöhung 52 zwischen dem unteren und oberen Temperaturschwellwert sorgt, wodurch der Pumpenauslaßdruck bei Temperaturänderungen zwischen diesen Schwellwerten auto matisch linear erhöht wird. Beispielsweise kann der Pumpen auslaßdruck automatisch um 0,689 bar (10 psi) über den nomi nellen Betriebsdruck von 3,79 bar (55 psi) erhöht werden, während sich die Kraftstofftemperatur zwischen einem unteren Schwellwert von 37,8°C (100°F) und einem unteren Schwell wert von 121°C (250°F) ändert. In jedem Fall wird der Kraftstoffdruck an der Brennkraftmaschine automatisch als Funktion der Temperatur der Brennkraftmaschine bzw. des Kraftstoffs erhöht, um die Start-, Leerlauf- und Anfahrt eigenschaften der Brennkraftmaschine bei hohen Temperaturen zu verbessern.

Fig. 3 zeigt eine Abwandlung der Fig. 2, bei der der Tempe raturfühler 28a in den Druckfühler 24a eingebaut ist. Unter halb des vorgegebenen Schwellwertes arbeitet der Druckfühler 24a in der gleichen Weise wie der Druckfühler 24 in Fig. 2, d. h. er gibt ein Signal an den Verstärker 36 zum Vergleich mit dem vorgegebenen Referenzwert ab, um den impulsbreiten Modulationsverstärker 38 und den Pumpenmotor anzutreiben. Oberhalb des Temperaturschwellwertes des Temperaturfühlers 28a ändert der Temperaturfühler 28a die Betriebseigenschaf ten des Druckfühlers 24a so, daß das Ausgangssignal des Druckfühlers sich automatisch, wie oben beschrieben, als Treppen- oder Linearfunktion der Temperatur, als kombinierte Funktion von Temperatur und Druck ändert.

Fig. 4 zeigt eine weitere Abwandlung 56 des Ausführungsbei spiels der Fig. 1 und 2, bei der der Druckfühler 24 an der Kraftstoffpumpe angeordnet ist, wie dies in der oben er wähnten US 5,044,344 oder 5,148,792 offenbart ist. Der Tem peraturfühler 28 ist so angeordnet, daß er auf die Tempera tur der Brennkraftmaschine oder die Umgebungstemperatur an der Brennkraftmaschine unterhalb der Motorhaube anspricht.

Im übrigen entspricht die Betriebsweise des Ausführungs beispiels der Fig. 4 derjenigen des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 und 2.

Fig. 5 ist ein Blockdiagramm, das die Betriebsweise sämt licher Ausführungsbeispiele der Fig. 1 bis 4 veranschau licht. Das Temperatur-Eingangssignal wird der Temperatur- Ausgleichsfunktion 48 zugeführt, die entweder eine treppen förmige oder lineare Ausgleichseigenschaft liefert, welche zu dem Solldruck-Referenzpunkt addiert wird. Die Differenz zwischen dieser Summe und dem Ausgangssignal des Druckfüh lers bzw. Druckübertragers 24 oder 24a wird durch den Aus gleichsverstärker 36 dem Impulsbreitenverstärker 38 zuge führt, der die Ausgangsschaltung 40 und die Pumpenmotor einrichtung 14 antreibt. Der Ausgangsdruck der Pumpe, ent weder an der Pumpe (Fig. 4) oder an dem Kraftstoffverteiler (Fig. 2 und 3) wird von dem Druckfühler 24 oder 24a über wacht, um das Druckfühlersignal zu erzeugen.

Das Druck-Referenzeingangssignal für den Verstärker 38 kann bei der Herstellung der Kraftstoff-Zuführeinrichtung einge stellt werden, oder er kann von dem Steuercomputer der Brennkraftmaschine oder der Bedienungsperson verstellt wer den. In der gleichen Weise kann die treppenförmige oder li neare Funktion der Temperaturausgleichsschaltung 48 zum Zeitpunkt der Herstellung eingestellt oder aber veränderlich ausgebildet werden. Nicht-lineare Funktionen 52 und/oder mehrfache Schwellwerte und Regelgradienten können verwendet werden. In diesem Zusammenhang versteht es sich, daß die oben erwähnten speziellen Druck- und Temperaturwerte ledig lich als Beispiele anzusehen sind.

Claims

1. Kraftstoff-Zuführeinrichtung für eine Brennkraft maschine, mit einer Kraftstoffpumpe (44), die in Abhängig keit von der angelegten elektrischen Leistung unter Druck stehenden Kraftstoff an die Brennkraftmaschine abgibt, einer ersten Einrichtung (24, 34), die ein elektrisches Signal als Funktion des Auslaßdruckes der Kraftstoffpumpe (44) erzeugt, einer zweiten Einrichtung (36, 38, 40), die in Abhängigkeit von dem elektrischen Signal elektrische Leistung an die Pumpe (44) anlegt, und einer dritten Einrichtung (28, 48, 50, 52), die mit der zweiten Einrichtung (36, 38, 40) verbunden ist, um die an die Pumpe (44) angelegte Leistung automatisch so zu ändern, daß der Auslaßdruck (44) erhöht wird, wenn die Temperatur an der dritten Einrichtung (28, 48, 50, 52) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.

2. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (28, 48, 50, 52) mit der zweiten Einrichtung (36, 38, 40) so verbunden ist, daß die an die Pumpe (44) angelegte Leistung als vor gegebene Funktion der Temperatur oberhalb des Schwellwertes selbsttätig geändert wird.

3. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine Treppenfunktion ist.

4. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert ungefähr 93°C (200°F) beträgt.

5. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Er höhung des Auslaßdruckes der Pumpe (44) ungefähr 15 bis 20% beträgt.

6. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebene Funktion eine lineare Funktion ist.

7. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die dritte Einrichtung (28, 48, 50, 52) auf die Temperatur des Kraftstoffs anspricht.

8. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine einen Kraftstoffverteiler (12) aufweist, der mit der Pumpe (44) verbunden ist, wobei sowohl die drit te Einrichtung (28, 48, 50, 52) wie auch die erste Einrichtung (24, 34) an dem Kraftstoffverteiler (12) angeordnet sind, um auf die Temperatur und den Druck des Kraftstoffs an dem Kraftstoffverteiler (12) anzusprechen.

9. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Brennkraftmaschine ein Luft-Saugrohr (16) aufweist und die erste Einrichtung (24) ein Referenzeingangssignal aus dem Ansaugrohr (12) empfängt.

10. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drit te Einrichtung (28, 48, 50, 52) auf die Umgebungstemperatur an der Brennkraftmaschine anspricht.

11. Kraftstoff-Zuführeinrichtung nach einem der vor hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die drit te Einrichtung (28, 48, 50, 52) einen Temperaturfühler (28) aufweist, der ein elektrisches Signal als Funktion der Tem peratur erzeugt, und daß die zweite Einrichtung (36, 38, 40) auf das Temperatursignal anspricht, um das elektrische Si gnal der ersten Einrichtung (24, 34) als Funktion der Tempe ratur oberhalb des Schwellwertes zu modifizieren.

12. Verfahren zum Regeln des Kraftstoffdrucks an einer Brennkraftmaschine zum Verbessern des Betriebsverhaltens bei hohen Temperaturen der Brennkraftmaschine bzw. des Kraft stoffs, das folgende Schritte umfaßt:

(a) Die Kraftstofftemperatur sowohl unterhalb als auch oberhalb eines vorgegebenen Schwellwertes wird ab gefühlt;
(b) unterhalb des Schwellwertes wird eine vor gegebene konstante Druckeigenschaft an der Brennkraftmaschi ne aufrechterhalten und oberhalb des Temperaturschwellwertes wird der Kraftstoffdruck an der Brennkraftmaschine über die vor gegebene Druckeigenschaft hinaus selbsttätig erhöht.