Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Kraftstoffver¬ sorgung bei einer Brennkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs .

Es ist bekannt, daß bei Einrichtungen zur Kraf stoffVersor¬ gung bei einer Brennkraftmaschine der Kraftstoff mit Hilfe einer Elektrokraftstoffpumpe aus dem Kraftstoffbehälter zu den Kraftstoffverteiler gefördert wird und von dort zu den Einspritzventilen gelangt. Überschüssiger Kraftstoff wird dabei üblicherweise entweder über eine Rückleitung in den Kraftstoffbehälter zurückgeführt oder mittels eines Druck¬ reglers an den Tank zurückgeführt.

Da bei unterschiedlicher Belastung der Brennkraftmaschine mehr oder weniger Kraftstoff benötigt wird, und gleichzeitig vermieden werden sollte, daß zuviel Kraftstoff umläuft, sich erwärmt und damit zuviel Wärme in den Kraftstoffbehälter ab¬ gibt, werden verschiedene Systeme zur Kraf stoffzufuhr für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen.

Ein erstes Kraftstoffzuführsystem ist aus der DE-OS 39 37 362 bekannt. Bei diesem Kraf stoffzuführsystem für eine Brennkraf maschine liefert eine Elektrokraftstoff¬ pumpe unter Druck stehenden Kraftstoff m den Kraftstoffver- teiler und damit zu den Einspritzventilen. Über eine Luftan- saugleitung wird der Brennkraf maschine Luft zugeführt. Ein Druckfühler ermittelt den Druckunterschied zwiscnen der Kraftstoffemspritzvorrichtung und der Luftansaugleitung. Ausgehend von den gemessenen Druckunterschied wird die Elektrokraftstoffpumpe mittels eines lmpulsbreitenmodulier- ten Treibersignales geregelt.

Aus der DE-OS 40 02 433 ist ein weiteres Kraftstoffzuführ¬ system bekannt, bei dem der überschüssige Kraftstoff mittels eines Druckreglers in den Tank zurückgeführt wird. In der Ruckfuhrleitung ist eine Drosselstelle angeordnet, die einen Kraftstoffgegendruck erzeugt und zwischen den Druckregler und der Drosselstelle ist ein Druckfuhler angeordnet, dessen Ausgangssignal zur Steuerung der Kraf stoffpumpe verwendet wird.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäßen Einrichtungen mit den Merkmalen der nebengeordneten Ansprüche haben demgegenubber αen Vorteil, αaß einfache und zuverlässige Möglichkeiten zur Steuerung oαer Regelung der Elektrokraf stoffpumpe beschrieben werden, wocei die Steuerung oder Regelung jeweils bedarfsorientiert erfolgt. Weitere Vorteile sind darin zu senen, daß die Auf ^¬ reizung des Kraftstoffbehälters beträchtlich reduziert wird, Gleichzeitig wird die Verdampfungsemission aus αem Kraft ^¬ stoffbehälter verringert und in vorteilhaf er Weise die Be¬ lastung des Bordnetzes reduziert.

Erzielt werden diese Vorteile, indem die Kraf stoffpumpe nicht immer gleichviel Kraftstoff fördert, sondern bedarfs¬ orientiert gesteuert oder geregelt wird, wobei die Ermitt¬ lung des Bedarfs und damit der Förderleistung der Elektro¬ kraftstoffpumpe entsprechend einem betriebspunktspezifischen Sollwert erfolgt, der jeweils ermittelt wird. Ausgehend von der für die Steuerung oder Regelung der Elektrokraftstoff¬ pumpe bzw. des Kraftstoffdruckes werden insbesondere die Drehzahl der Brennkraftmaschine und die effektive Einspritz- zeit zur Ermittlung der betriebspunktabhängigen Kraft¬ stoffördermenge berücksichtigt.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich für die in den Unteransprüchen angegebenen Merkmale. Da die Elektrokraft¬ stoffpumpe nur kurzfristig mit ihrer maximalen Leistung be¬ trieben wird, kann sie generell stärker ausgelegt werden ohne daß zuviel Kraftstoff gefördert wird. Es kann damit eine verbesserte Niederspannungsförderung für die Elektro¬ kraftstoffpumpe realisiert werden.

Da die Elektrokraftstoffpumpe über einen größeren Bereich geregelt werden kann, ist eine Reduzierung der Typenvielfalt der Kraftstoffpumpe möglich. Insbesondere im Zusammenhang mit Fahrzeugen, die mit verschiedenartigen Kraftstoffgemi¬ schen betreibbar sind, kann ein variabler Kraftstoffdruck erhalten werden, wodurch der erforderliche Linearitätsbe- reich für die Einspritzventile verkleinert werden kann. Wei¬ tere Vorteile sind mögliche Geräuschverringerungen sowie eine Senkung des Kraftstoffverbrauchs.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher

erläutert. Im einzelnen zeigt Figur 1 ein erstes Ausfüh- rungsbeispiel der Erfindung für eine Elektrokraftstoffpum- penbedarfssteuerung bei einem Kraftstoffversorgungssystem mit Kraftstoffrücklaufleitung und Druckregelung über einen mechanischen Druckregler. Figur 2 zeigt ein zweites Ausfüh¬ rungsbeispiel für eine Elektrokraftstoffpumpenbedarfsre- gelung bei einem Kraftstoffversorgungssystem ohne Kraft¬ stoffrücklaufleitung, also einem sogenannten "returnless" System. In den Figuren 3 und 4 sind die zugehörigen Auswer¬ teverfahren beschrieben.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Figur 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Elektrokraftstoffpumpen-Bedarfssteuerung dargestellt mit einer Elektrokraftstoffpumpe 10, die über den Kraftstoffvor- lauf 11 Kraftstoff zum Verteiler 12 und damit zu den Ein¬ spritzventilen 13 fördert. Der Kraftstoffverteiler 12 ist über einen mechanischen Druckregler 14 über eine Kraft¬ stoffrücklaufleitung 15 mit dem Kraftstoffbehälter 16 ver¬ bunden.

Die Elektrokraftstoffpumpe 10 ist im Kraftstoffbehälter 16 selbst eingebaut. Die Ansteuerung der Elektrokraftstoffpumpe erfolgt ausgehend vom Steuergerät 17 der Brennkraftmaschine, das einen Block 18 zur Elektrokraftstoffpumpensteuerung um¬ faßt und Ansteuersignale SI an ein Taktmodul 19 abgibt, das seinerseits die Leistungssteuerung S2 an die Elektrokraf ¬ stoffpumpe weiterleitet.

Das Steuergerät 17 erhält eine Vielzahl von Signalen S3, die von Sensoren 20 ermittelt werden und dem Steuergerät die für die Steuerung und Regelung der Brennkraftmaschine bzw. für die _A nsteuerung der Elektrokraftstoffpumpe erforderlichen

Informationen liefern. Die Sensoren 20 sind beispielsweise ein Drehzahlsensor, ein Temperatursensor, ein Drucksεnsor der beispielsweise den Saugrohrdruck im Saugrohr 21 der Brennkraftmaschine ermittelt. Weitere Größen wie beispiels¬ weise die Batteriespannung werden als Signale S4 dem Steuer¬ gerät 17 zugeführt. Das Steuergerät 17 weist weiterhin eine zentrale Prozessoreinheit CPU, in der die Berechnungen ab¬ laufen, sowie Speicher auf, in denen die erforderlichen Kennfelder, beispielsweise das Pumpenkennfeld abgelegt sind. Neben den Ansteuersignalen für die Elektrokraftstoffpumpe gibt das Steuergerät 17 weitere Signale S5 ab, dies sind insbesondere Signale zur Betätigung der Einspritzventile 13 sowie Zündsteuersignale.

Mit den dargestellten Komponenten wird im Steuergerät 17 der Kraftstoffverbrauch kv aus der ermittelten Drehzahl und der effektiven Einspritzzeit berechnet. Unter Berücksichtigung verschiedener Größen bezüglich des Druckreglers, der Heißförder¬ menge, der Pumpenstreuung ergibt sich hieraus die notwendige Fördermenge QSOLL der Elektrokraftstoffpumpe 10. Ausgehend vom ermittelten Saugrohrdruck, der Bordnetz- oder Batteriespannung sowie den im Steuergerät abgespeicherten Pumpenkennfeld sowie die Kennlinie des Elektrokraftstoffpumpen-Steuermoduls wird letztendlich ein Steuersignal für das Steuermodul berechnet, das die Leistungsaufnahme der Elektrokraftstoffpumpe steuert. Somit wird sichergestellt, daß die Elektrokraftstoffpumpe die betriebspunktabhängige Kraftstoffördermenge liefer und eine optimale Regelung erfolgt. Durch Verwendung weiterer Kennfelder bzw. Kennlinien lassen sich weitere Verbesserungen bzw. Einsparungen von Sensoren erzielen, da in diesem Fall einige Abhängigkeiten über die Kennfelder bzw. Kennlinien darstellbar sind.

In Figur 2 ist ein weiteres Kraftstoffversorgungssystem für eine Elektrokraftstoffpumpen-Bedarfsregelung dargestellt. Gleiche Bauteile sind, wo es zweckmäßig war, mit den gleichen Bezugszei¬ chen versehen. Dieses KraftstoffVersorgungssystem umfaßt eine elektische Kraftstoffpumpe 10, die den Kraftstoff vom Kraft¬ stoffbehälter 16 über ein Rückschlagventil 22 sowie ein Über¬ druckventil 23, die beide im Kraftstoffvorlauf 11 angeordnet sind, zum Kraftstoffverteiler 12 und damit zu den Einspritzven¬ tilen 13 fördert. Das Rückschlagventil 22 soll verhindern, daß Kraftstoff in den Tank zurückfließt. Das Überdruckventil 23 be¬ grenzt den Kraftstoffdruck im Kraftstoffversorgungsssystem sowie in der Elektrokraftstoffpumpe. Die beiden Ventile 22, 23 können auch in die Elektrokraf stoffpumpe 10 integriert sein und sich dann im Kraftstoffbehälter 16 befinden.

Gesteuert wird das Kraf stoffversorgungsεystem vom Steuergerät 17, das dazu einen Druckregler 25 aufweist. Dem Steuergerät 17 bzw. dem Druckregler 25 wird der Differenzdruck zwischen dem Kraf stoffdruck PKRA im Verteiler 12 und dem Saugrohrdruck PS im Saugrohr 21 zugeführt. Dieser Differenzdruck wird mit Hilfe eines Differenzdrucksensors 24 gemessen und steht als Kraft¬ stoffsystemdruck PSYS zur Verfügung. Alternativ kann der System¬ druck auch über eine Messung des Kraftstoffdruckes PKRA und einer internen Bestimmung des Systemsdruckes durch Differenzb^l- d ng mit dem Saugrohrdruck PS gebildet werden.

Dem Steuergerät 17 werden weiter Informationen zugeführt, die beispielsweise mit entsprechenden Sensoren 20 gemessen werden. Die Informationen sind beispielsweise die Drehzahl n, die Motor- te oeratur TMOT usw. Die zugehörigen Signale sind mit S3 be¬ zeichnet. Weiterhin wird die Batteriespannung als Signal S4 zu ^¬ geführt. Das Steuergerät gibt Signale S5 zur Steuerung der Zün ^¬ dung bzw. der Einspritzung ab.

Aus den ermittelten Daten sowie unter Zugrundelegung der bekann¬ ten Verhältnisse werden im elektronischen Druckregler 25 die erforderlichen Berechnungen durchgeführt. Abhängig davon werden Steuersignale S6 dem Taktmodul 19 zugeführt. Vom Taktmodul 19 werden die entsprechenden Leistungssteuerungen S7 der Elektro¬ kraftstoffpumpe 10 zugeführt. Sie stellen eine gesteuerte Ver¬ sorgungsspannung für die Elektrokraf stoffpumpe 10 dar.

Damit die in Figur 1 bzw. Figur 2 dargestellten Kraftstoffver- sorgungssysteme die richtige Kraftstoffmenge liefern, laufen im Steuergerät 17 bzw. in den zugehörigen Steuer- oder Regelein¬ richtungen, nämlich der Elektrokraftstoffpumpensteuerung 18 bzw. dem Druckregler 25 die folgenden in Figur 3 und Figur 4 angege¬ benen Programme ab:

Das in Figur 3 dargestellte erste Programm zur Bedarfssteuerung bei einer Elektrokraftstoffpumpe berechnet in einem ersten Block 26 aus den im Steuergerät 17 vorliegenden Informationen bezüg¬ lich der Einspritzzeit te sowie der Drehzahl das Produkt te x n und dividiert dieses Produkt im Block 27 durch eine motorspezi¬ fische Größe kvmot, so daß am Ausgang des Blocks 27 der Kraft¬ stoffverbrauch kv entsteht.

Zu dieser Größe wird in Block 28 die Mindestfördermenge für die Elektrokraftstoffpumpe DQSOL addiert, außerdem in Block 29 der von einer Laständerung abhängige Dynamikvorhalt QDKV.

Die dadurch erhaltene Größe wird in Block 30 weitergelεite , es sei denn, das Steuergerät hat zu diesem Zeitpunkt erkannt, daß ein Elektrokraftstoffpumpen-Vorlauf vorliegt. In Block 30 wird

dann umgeschaltet auf die Vorlaufmenge QVOR, die bei vorliegen¬ dem Elektrokraftstoffpumpen-Vorlauf weiterverarbeitet wird.

Wird vom Steuergerät erkannt, daß ein Heißstart vorliegt, er¬ folgt eine Umschaltung in Block 31 auf die dann erforderliche Sollfördermenge QHST. Wie eine Heißstarterkennung abläuft ist bekannt und soll hier nicht näher beschrieben werden. Die Fördermengen QDKV, QVOR, QHST sind in entsprechenden Kennfeldern bzw. Speichern 32, 33, 34 abgelegt. Der jeweils aktuelle Sollwert für die Fördermenge wird vom Steuergerät laufend berechnet.

In Block 35 wird der am Ausgang des Blockes 31 anstehende Wert für die Fördermenge in seinem Maximalwert QMAX sowie seinem Minimalwert QMIN begrenzt. Am Ausgang von Block 35 liegt somit der Wert für die Sollfördermenge der Elektrokraftstoffpumpe QSOLL vor.

QSOLL wird in Block 36 in Abhängigkeit vom gemessenen Umgebungs¬ druck PUMG sowie vom Systemdruck PSYS und einem weiteren Wert PS korrigiert, wobei PS1 aus dem Lastsignal TL mittels des Kennfel- des KPSTL gewonnen wird (Block 42) . Es wird dabei aus dem Druck PEKP eine Spannung UEKP bestimmt.

Nach einer weiteren Verarbeitung in Block 37, in dem unter ande¬ rem die Spannung UMODUL und die Batteriespannung U3 mitberück¬ sichtigt wird, wird das Solltastverhältnis TEKP erhalten, das in Block 38 auf einen Maximalwert TMAX sowie einen Minimalwert TMIN begrenzt wird. Das so erhaltende Solltastverhältnis an der EK? TSEKP wird entweder direkt zur Steuerung verwendet oder mittels eines Kennfeldes 39 über Block 40 als Steuertastverhältnis an den Steuermodul weitergegeben. Soll die Elektrokraftstoffpumpe ausgeschaltet werden, wird Block 40 auf Block 41 (EK? aus) u ge-

schaltet. Das Steuertastverhältnis am Steuermodul TSEKP ist der eigentliche Steuerfaktor für den Betrieb der Elektrokraftstoff¬ pumpe.

Bei dem in Figur 4 dargestellten Verfahren wird gemäß Figur 4a zunächst ebenfalls der Sollwert QSOLL für den zu fördernden Kraftstoff berechnet, ausgehend von der Einspritzzeit te und Drehzahl n der Brennkraftmaschine. Dabei ist die Vorgehensweise teilweise gleich wie bei dem Verfahren nach Figur 3. So wird in Block 26 ausgehend von der Einspritzzeit te und der Drehzahl n ein Wert gebildet, der in Block 27 durch eine motorspezifische Kenngröße dividiert wird, so daß am Ausgang des Blocks 27 die Größe kv entsteht. Diese wird in Block 28 zur Mindestfördermenge der Elektrokraftstoffpumpe DQSOL addiert, in Block 29 wird zu¬ sätzlich der Dynamikvorhalt QDKV, der im Speicher 32 in Abhän¬ gigkeit von Einspritzzeitänderungen bestimmt wird, addiert. Eine Maximal- sowie Mininalwertbegrenzung erfolgt schließlich in Block 35, an dessen Ausgang der Sollwert für die Kraftstofför¬ dermenge QSOLL entsteht.

Der Sollwert QSOLL wird in Block 36 abhängig vom Umgebungsdruck korrigiert und über einen Druck PEKP in eine Spannung umgerech¬ net. Der so gewonnene Wert UEKP wird in Block 37 mit der Batteriespannung ÜB und der Spannung UMODUL korrigiert, so daß am Ausgang des Blockes 37 ein Soll-Tastverhältnis TEKP entsteht, aus dem über das Kennfeld 39 das Steuertastverhältnis am Steuer¬ modul TSEKP gebildet wird.

Die Heißstartkorrektur erfolgt bei dem Verfahren nach Figur 4 nach Block 42. Es wird dort die Größe TEKPR addiert, wobei diese Größe gewonnen wird, indem aus dem gemessenen Systemdruck PS ein Sollwert gebildet wird und dieser in einem Regler 50 P, I,

D-Anteil geregelt wird und auf einen Maximalwert sowie einen Minimalwert begrenzt wird, wie in Figur 4b dargestellt ist.

In Block 43 wird eine Minimal-/Maximalwertbegrenzung auf TSMIN bzw. TSMAX durchgeführt. Die am Ausgang von Block 41 entstehen¬ den Werte für TSEKP werden über Block 40 entweder direkt zur Pumpensteuerung verwendet, wobei in 40 auf Null umgeschaltet wird, wenn die EKP ausgeschaltet wird.

In Figur 4b wird die Druckregelung naher beschrieben, mit der der Sollkraf stoffdruck in Abhängigkeit vom Motorbetriebspunk , z. B. Heißstart oder Kaltstart, verändert werden kann. Dabei wird unter der Bedingung, daß vom Steuergerat Heißstart erkannt wird und daß gilt: T < TNST der Systemdruck PSYSH als Sollwert für die Druckregelung weitergeleite . Unter Normalbedingungen wird PSYSN verwendet und bei Kaltstart PSYSK, die Umschaltung erfolgt im Block 44. Im Block 45 wird der Sollwert mit dem Ist¬ wert verglichen. Als Istwert dient der Kraftstoffsystemdruck PSYS. Liegt dieser aufgrund eines Differenzdrucksensors zwischen Kraftstoffdruck und Saugrohrdruck vor, so kann dieser als pdif direkt vewendet werden. Liegt dagegen lediglich der Kraftstoff- druck PKRA vor, wird durch Subtraktion des intern aus der Dreh¬ zahl n und dem Lastεignal TL gebildeten (Block 49) oder gemes¬ sener- Saugrohrdruck der Systemdruck PSYS bestimmt (Figur 4c)

BIOCK 46 stellt eine PID-Regelung dar, bei der der Integrator (I-Anteil) unter bestimmten Bedingungen zu Null gemacht wird unα außerdem eine Begrenzung des I-Anteils auf SMAX bzw SMIN irr Block 47 erfolgt. Am Ausgang des Reglers entsteht das aus αer Regelung erhaltene Solltasterhaltnis TEKP? , das in Block 40 (Figur 4a) zum Steuertastverhaltnis am Steuermodul TSEKP adα ert wird.

Eine Korrektur der Einspritzzeit erfolgt ausgehend von der gemessenen Drehzahl sowie dem Lastsignal TL entsprechend dem Druckistwert über eine Kennlinie. Wie in Figur 4c dargestellt, wird der vom Drucksensor gemessene Kraftstoffdruck PKRA in Block 48 korrigiert, indem ausgehend von der Drehzahl n und dem Last- signal TL Werte PS aus dem Kennfeld KFPNTL genommen werden und vom gemessenen Kraftstoffdruck PKRA abgezogen werden. Der so er¬ haltene Druck PSYS wird noch mit KPKRA korrigiert zur Bildung des Korrekturfaktors Fpkra. Dieser Faktor fließt für die Bestim¬ mung der Einspritzzeit ein, so daß durch eine Abweichung des Systemdruckes keine Änderung der Luftzahl verursacht wird.