DE102008002462A1

DE102008002462A1 - Kraftstoffversorgungseinrichtung

Info

Publication number: DE102008002462A1
Application number: DE200810002462
Authority: DE
Inventors: Werner Hess; Alexander Schenck Zu Schweinsberg; Udo Sieber; Uwe Kassner
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2008-06-17
Filing date: 2008-06-17
Publication date: 2009-12-24
Also published as: WO2009152876A1

Abstract

Es wird eine Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor (10) in einem Kraftfahrzeug angegeben, die einen Kraftstofftank (11), eine elektrische Kraftstoffpumpe (12) zur Kraftstoffförderung in eine Kraftstoffzuleitung (13), ein Drucks(24) aufweist, die abhängig vom Druck in der Kraftstoffzuleitung (13) die Kraftstoffpumpe (12) derart steuert, dass sie bei Überschreiten einer oberen Druckschwelle abgeschaltet und bei Unterschreiten einer unteren Druckschwelle eingeschaltet wird. Zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs schaltet die Steuereinheit (24) die Kraftstoffpumpe (12) auch immer dann ein, wenn Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) vorliegt und der Druck in der Kraftstoffzuleitung (13) mindestens um einen vorgegebenen Betrag untere die obere Druckschwelle absinkt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor oder einer Brennkraftmaschine ( US 5 701 869 , 10) weist eine im Kraftstofftank angeordnete Kraftstoffpumpe auf, die Kraftstoff aus dem Kraftstofftank über ein Rückschlagventil in eine zur Brennkraftmaschine führende Kraftstoffzuleitung fördert. An die Kraftstoffzuleitung ist ein als Federspeicher ausgebildeter Druckspeicher und ein den Druck in der Kraftstoffzuleitung messender Drucksensor angeschlossen. Eine eingangsseitig mit dem Drucksensor verbundene elektronische Steuereinheit steuert die Kraftstoffpumpe in der Weise, dass die Kraftstoffpumpe bei einem Druck, der gleich oder größer ist als eine vorgegebene obere Druckschwelle, abgeschaltet wird und der Druckspeicher allein Kraftstoff an die Brennkraftmaschine liefert und nach Absinken des Drucks auf oder unter eine vorgegebene untere Druckschwelle, die bei weitgehend leerem Druckspeicher gemessen wird, wieder eingeschaltet wird, so dass Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zum Druckspeicher und zur Brennkraftmaschine gepumpt wird. Die intervallmäßige Einschaltung der Kraftstoffpumpe hat den Vorteil, dass die Leistungsaufnahme der Pumpe insgesamt gesenkt werden kann.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungseinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass der Energiebedarf der Kraftstoffpumpe weitgehend während des Schubbetriebs des Verbrennungsmotors gedeckt wird, in der der Pumpenstrom ohne Mehrverbrauch an Kraftstoff zur Verfügung steht und nunmehr erfindungsgemäß genutzt wird, den Druckspeicher bis zu einem oberen Druckschwellwert zu spannen, bei dem die Kraftstoffpumpe zur Verringerung der Stromaufnahme wieder abgeschaltet wird. Durch die Wahl der Betriebsphasen, in denen der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb arbeitet, für das Aufladen oder Füllen des Druckspeichers wird eine merkbare Verbrauchsersparnis an Kraftstoff erzielt.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Kraftstoffversorgungseinrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Steuerung der Kraftstoffpumpe durch die Steuereinheit in der Weise festgelegt, dass die Abschaltung der Kraftstoffpumpe dann erfolgt, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung eine vorgegebene, obere Druckschwelle erreicht oder übersteigt und die Einschaltung der Kraftstoffpumpe dann erfolgt, wenn Schubbetrieb des Verbrennungsmotors vorliegt und der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung unter die obere Druckschwelle, vorzugsweise zumindest um einen vorgegebenen Betrag unter die obere Druckschwelle, absinkt oder der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung auf oder unter eine vorgegebene untere Druckschwelle abfällt. Das Vorsehen eines Minimalbetrages, um den im Schubbetrieb der Kraftstoffdruck unter die obere Druckschwelle absinken muss, damit die Kraftstoffpumpe eingeschaltete wird, ermöglicht einen definierten, stabilen Betrieb der Kraftstoffpumpe und verhindert deren flatterartiges, ständiges Ein- und Abschalten.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Druckspeicher zwischen Kraftstoffpumpe und Kraftstoffzuleitung angeordnet und ist dem Druckspeicher ein in Förderrichtung öffnendes erstes Ventil vorgeschaltet und ein im Stillstand des Verbrennungsmotors geschlossenes zweites Ventil nachgeschaltet. Das erste Ventil, dass vorzugsweise ein Rückschlagventil ist, verhindert beim Abschalten der Kraftstoffpumpe einen Rückfluss des Kraftstoffs zur Kraftstoffpumpe und das zweite Ventil stellt beim Abschalten des Verbrennungsmotors sicher, dass der Druck im Druckspeicher gehalten wird, was zu einem verbesserten Startverhalten des Verbrennungsmotors beiträgt. Das zweite Ventil kann ein von einem Motorsteuergerät gesteuertes Absperrventil sein, dass während des Motorbetriebs geöffnet gehalten wird, kann aber auch als 3/2-Wege-Ventil ausgeführt werden, um beim Abstellen des Verbrennungsmotors zwar den Druck im Druckspeicher aufrechtzuerhalten, die Kraftstoffzuleitung jedoch druckfrei zu bekommen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein Blockschaltbild einer Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs,
2 ein alternatives Ausführungsbeispiel für ein einem Druckspeicher der Kraftstoffversorgungseinrichtung gemäß 1 in Förderrichtung nachgeordnetes hydraulisches Ventil,
3 ausschnittweise ein Diagramm des Druckverlaufs in der Kraftstoffzuleitung der Kraftstoffversorgungseinrichtung gemäß 1 in Zuordnung zu einem Diagramm der Fahrzeuggeschwindigkeit über der Zeit bei einem vorgeschriebenen europäischen Abgastest.
Die in 1 dargestellte Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor 10 eines Kraftfahrzeugs weist einen mit Kraftstoff befüllbaren Kraftstofftank 11 und eine Kraftstoffpumpe 12 auf, die Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 11 in eine Kraftstoffzuleitung 13 fördert. Bei Verbrennungsmotoren mit Kraftstoff-Direkteinspritzung, ist an der Kraftstoffzuleitung 13 eine Hochdruckpumpe 14 angeschlossen, die einen Kraftstoffverteiler 15 mit unter Hochdruck stehendem Kraftstoff versorgt. Mit dem Kraftstoffverteiler 15 sind wiederum Kraftstoffeinspritzventile oder Injektoren 16 verbunden, über die Kraftstoff in Verbrennungszylinder des Verbrennungsmotors 10 eingespritzt wird. Bei Verbrennungsmotoren mit Saugrohreinspritzung entfällt die Hochdruckpumpe und der Kraftstoff wird über Kraftstoffeinspritzventile in die zu den Verbrennungszylindern führenden Saugrohre eingespritzt. Ein Motorsteuergerät 17 übernimmt die Regelung und Steuerung der Einspritzung und sonstiger Motorfunktionen. Zwischen der Kraftstoffpumpe 12 und der Kraftstoffzuleitung 13 ist ein Druckspeicher 18 angeordnet, dem ein erstes Ventil 19 vorgeschaltet und ein zweites Ventil 20 nachgeschaltet ist, jeweils in Förderrichtung der Kraftstoffpumpe gesehen. Der Druckspeicher 18 kann beispielsweise als Gasdruckspeicher oder als Federspeicher ausgebildet sein. Kraftstoffpumpe 12, Druckspeicher 18 und die beiden Ventile 19, 20 sind vorzugsweise im Kraftstofftank 11 angeordnet. Das erste Ventil 19 öffnet ausschließlich in Förderrichtung und ist vorzugsweise als Rückschlagventil ausgeführt. Das zweite Ventil 20 ist im Ausführungsbeispiel der 1 ein von dem Motorsteuergerät 17 über eine Steuersignalleitung 26 betätigtes Absperrventil 21, das bei Betrieb des Verbrennungsmotors 10 geöffnet ist und mit Abstellen des Verbrennungsmotors 10 schließt. Das erste Ventil 19 verhindert, dass bei abgeschalteter Kraftstoffpumpe 12 Kraftstoff aus dem Druckspeicher 18 zur Kraftstoffpumpe 12 zurückfließt. Das zweite Ventil 20 schließt beim Abstellen des Verbrennungsmotors 10 den Druckspeicher 18 ausgangsseitig ab, so dass der Kraftstoffdruck im Druckspeicher 18 erhalten bleibt.
In 2 ist ein alternatives Ausführungsbeispiel für das erste Ventil 19 dargestellt. Das erste Ventil 19 ist hier als 3/2-Wege-Magnetventil 22 mit drei gesteuerten Anschlüssen ausgebildet, das über die Steuersignalleitung 27 vom Motorsteuergerät 17 gesteuert wird. Von den drei gesteuerten Anschlüssen ist ein erster Anschluss 221 mit der Kraftstoffzuleitung 13, ein zweiter Anschluss 222 mit dem Ausgang des Druckspeichers 18 und ein dritter Anschluss 223 mit einem Rücklauf 23 zum Kraftstofftank 11 verbunden. Bei abgestelltem Verbrennungsmotor 10 befindet sich das 3/2-Wege-Magnetventil 22 in seiner Grundstellung, in der der Druckspeicher 18 über den zweiten Anschluss 222 abgesperrt und die Kraftstoffzuleitung 13 über den ersten Anschluss 221 und den dritten Anschluss 223 mit dem Rücklauf 23 verbunden ist. Im Stillstand des Verbrennungsmotors 10 wird somit der Druck im Druckspeicher 18 aufrechterhalten und die Kraftstoffzuleitung 13 über den Rücklauf 23 drucklos gemacht. Beim Starten des Verbrennungsmotors 10 schaltet das Motorsteuergerät 17 das 3/2-Wege-Magnetventil 22 in seine Arbeitsstellung um, in welcher Druckspeicher 18 und Kraftstoffzuleitung 13 über den ersten und zweiten Anschluss 221 und 222 miteinander verbunden sind und der Rücklauf 23 über den dritten Anschluss 223 abgesperrt ist.
Die Kraftstoffpumpe 12 wird abhängig vom Druck in der Kraftstoffzuleitung 13 mittels einer im Motorsteuergerät 17 integrierten, elektronischen Steuereinheit 24 temporär ein- und ausgeschaltet. Der Kraftstoffdruck wird im Ausführungsbeispiel der 1 mittels eines an die Kraftstoffzuleitung 13 angeschlossenen Drucksensors 25 oder Druckmessfühlers gemessen, der ein dem Messwert entsprechendes elektrisches Signal über die Signalleitung 26 an die Steuereinheit 24 gibt. Anstelle eines Drucksensors 25 kann im Motorsteuergerät 17 auch der Kraftstoffdruck modelliert werden.
Während des Motorbetriebs wird bei permanent offenem zweiten Ventil 20 die Kraftstoffpumpe 12 von der Steuereinheit 24 so gesteuert, dass sie bei Erreichen oder Übersteigen einer oberen Druckschwelle p_o des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuleitung 13, bei der der Druckspeicher 18 seinen maximalen Fülldruck aufweist, abgeschaltet wird und nach Absinken des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffzuleitung 13 auf oder unter eine untere Druckschwelle p_u zum Füllen oder Wiederaufladen des Druckspeichers 18 wieder eingeschaltet wird. Beispielhaft beträgt die obere Druckschwelle p_o = 6 bar und die untere Druckschwelle p_u = 4 bar. Zusätzlich werden zum Füllen des Druckspeichers 18 vornehmlich Betriebsphasen des Verbrennungsmotors 10, in denen er im Schubbetrieb arbeitet, genutzt, indem in jeder Phase des Schubbetriebs die Kraftstoffpumpe 12 dann eingeschaltet wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffzuleitung 13 unter die obere Druckschwelle p_o absinkt, genauer gesagt mindestens um einen vorgegebenen Betrag Δp kleiner wird als die obere Druckschwelle p_o, also der Druck in der Kraftstoffzuleitung 13 eine gegenüber der oberen Druckschwelle p_o um Δp kleinere mittlere Druckschwelle p_m erreicht oder unterschreitet. Auf diese Weise wird die im Schubbetrieb des Verbrennungsmotors 10 ohne zusätzlichen Kraftstoffverbrauch zur Verfügung stehende Energie für den Pumpenstrom ausgenutzt, um den Druckspeicher 18 wieder auf seinen Maximaldruck aufzuladen. Die Druckschwellen p_o, p_m und p_u sind in der Steuereinheit 24 abgelegt und der Schubbetrieb wird im Motorsteuergerät 17 sensiert und ein entsprechendes Schubsignal an die Steuereinheit 24 gelegt.
In 3 ist ein Diagramm des Verlaufs des Drucks p in der Kraftstoffzuleitung 13 in Zuordnung zu mehreren, aufeinanderfolgenden Fahrzeuggeschwindigkeitszyklen bei der Durchführung eines europäischen Abgastestes dargestellt. Während des Abgastestes wird das Fahrzeug in mehreren Zyklen auf eine bestimmte Geschwindigkeit beschleunigt und danach wieder die Fahrzeuggeschwindigkeit bis auf Null reduziert. Beispielhaft wird in drei wiederholt aufeinanderfolgende Zyklen Z1, Z2, Z3 das Fahrzeug zunächst auf 15 km/h bzw. auf 32 km/h bzw. auf 50 km/h beschleunigt und dann die Fahrzeuggeschwindigkeit jeweils wiederum bis auf Null reduziert. Im Zyklus Z3 wird bei der Geschwindigkeitsreduzierung die Fahrzeuggeschwindigkeit bei 35 km/h kurzzeitig konstant gehalten. Die in jedem Zyklus aufretende Zeitspanne, in welcher der Verbrennungsmotor 10 im Schubbetrieb läuft, ist im unteren Diagramm der 3 als Schubphase t_s gekennzeichnet. Während der Schubphase t_s im ersten Zyklus Z1 liegt der Kraftstoffdruck p in der Kraftstoffzuleitung 13 noch oberhalb der mittleren Druckschwelle p_m, während in der Schubphase t_s im zweiten Zyklus Z2 der Druck p bis auf die mittlere Druckschwelle p_m abgefallen ist und die Steuereinheit 24 die Kraftstoffpumpe 12 wieder einschaltet, die ihrerseits durch Fördern von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 11 in den Druckspeicher 18 den Druck wieder bis zur oberen Druckschwelle p_o anhebt. Ist die obere Druckschwelle p_o erreicht, so wird die Kraftstoffpumpe 12 wieder abgeschaltet. Während des weiteren Betriebs des Verbrennungsmotors 10 sinkt der Druck p in der Kraftstoffzuleitung 13 wieder ab, und fällt erst in der Schubphase t_s im Zyklus Z5 wieder unter die mittlere Druckschwelle p_m. Die Kraftstoffpumpe 12 wird eingeschaltet, und durch Förderung von Kraftstoff wird der Druck p in der Kraftstoffzuleitung 13 wieder bis zum Niveau der oberen Druckschwelle p_o angehoben. Ein weiteres Einschalten der Kraftstoffpumpe 12 erfolgt jeweils in der Schubphase t_s im Zyklus Z8 und im Zyklus Z11. Wenn Schubbetrieb im Zyklus Z12 auftritt (Schubphase t_s), liegt der Kraftstoffdruck p noch oberhalb der mittleren Druckschwelle p_m, sodass ein Einschalten der Kraftstoffpumpe 12 unterbleibt. Der Kraftstoffdruck p in der Kraftstoffzuleitung 13 sinkt weiter ab, und bei Auftreten der nächsten Schubphase t_s im Zyklus Z13 ist er deutlich unter die mittlere Druckschwelle p_m abgefallen. Die Kraftstoffpumpe 12 wird eingeschaltet und der Druckspeicher 18 wieder auf Maximaldruck p_o vorgespannt. Im weiteren Verlauf des Zyklus Z13 fällt der Kraftstoffdruck p ständig weiter ab, da wegen fehlenden Schubbetriebs ein Einschalten der Kraftstoffpumpe 12 unterbleibt. Der Druck p in der Kraftstoffzuleitung 13 sinkt sehr stark bis nahe der unteren Druckschwelle p_u ab, erreicht diese aber nicht, da mit dem Ende von Zyklus Z13 der Verbrennungsmotor 10 im Schubbetrieb arbeitet und damit die Steuereinheit 24 die Kraftstoffpumpe 12 wieder einschaltet, bis sie bei Erreichen der oberen Druckschwelle p_o wieder abgeschaltet wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- US 5701869 [0002]

Claims

Kraftstoffversorgungseinrichtung für einen Verbrennungsmotor (10) in einem Kraftfahrzeug, mit einem Kraftstofftank (11), einer elektrischen Kraftstoffpumpe (12), die Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (11) in eine Kraftstoffzuleitung (13) fördert, mit einem im Kraftstoffförderstrom angeordneten Druckspeicher (18) und mit einer die Kraftstoffpumpe (12) steuernden elektronischen Steuereinheit (24), die abhängig vom Druck in der Kraftstoffzuleitung (13) die Kraftstoffpumpe (12) zum Füllen des Druckspeichers (18) einschaltet und bei gefülltem Druckspeicher (19) abschaltet, dadurch gekennzeichnet, dass zum Füllen des Druckspeichers (18) Phasen (t_s) des Schubbetrieb des Verbrennungsmotors (10) genutzt werden.
Kraftstoffversorgungsreinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltung der Kraftstoffpumpe (12) erfolgt, sobald der Druck (p) in der Kraftstoffzuleitung (13) eine vorgegebene obere Druckschwelle (p_o) erreicht oder übersteigt, und die Einschaltung der Kraftstoffpumpe (12) erfolgt, sobald Schubbetrieb vorliegt und der Druck (p) in der Kraftstoffzuleitung (13) unter die obere Druckschwelle (p_o), vorzugsweise mindestens um einen vorgegebenen Betrag (Δp) unter die obere Druckschwelle (p_o) absinkt oder der Druck (p) in der Kraftstoffzuleitung (13) auf eine vorgegebene untere Druckschwelle (p_u) abfällt oder diese unterschreitet.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der Kraftstoffzuleitung (13) ein mit der Steuereinheit (24) verbundener Drucksensor (25) angeordnet ist, der ein dem gemessenen Druck (p) in der Kraftstoffzuleitung (13) proportionales elektrisches Ausgangssignal an die Steuereinheit (24) gibt.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckspeicher (18) zwischen Kraftstoffpumpe (12) und Kraftstoffzuleitung (13) angeordnet ist, dass dem Druckspeicher (18) im Kraftstoffförderstrom ein nur in Förderrichtung öffnendes erstes Ventil (19) vor- und ein im Stillstand des Verbrennungsmotors (12) geschlossenes zweites Ventil (21) nachgeschaltet ist.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Ventil (19) ein Rückschlagventil mit zur Kraftstoffpumpe (12) weisender Sperrrichtung ist.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (20) ein während des Betriebs des Verbrennungsmotors (10) aufgesteuertes Absperrventil (21) ist.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Ventil (20) ein 3/2-Wege-Magnetventil (22) mit drei gesteuerten Anschlüssen (221, 222, 223) ist, von denen ein erster Anschluss (221) mit der Kraftstoffzuleitung (13), ein zweiter Anschluss (222) mit dem Ausgang des Druckspeichers (18) und ein dritter Anschluss (223) mit einem zum Kraftstofftank (11) führenden Rücklauf (23) verbunden ist, und dass das 3/2-Wege-Magnetventil (22) während des Betriebs des Verbrennungsmotors (10) in seine Arbeitsstellung umgeschaltet ist, in der der erste Anschluss (221) mit dem zweiten Anschluss (222) verbunden und der dritte Anschluss (223) abgesperrt ist, und mit Abstellen des Verbrennungsmotors (10) in seine Ruhestellung zurückfällt, in der der erste Anschluss (221) mit dem dritten Anschluss (223) verbunden und der zweite Anschluss (222) abgesperrt ist.
Kraftstoffversorgungseinrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kraftstoffpumpe (12) und mindestens der Druckspeicher (18), vorzugsweise auch die beiden Ventile (19, 20), im Kraftstofftank (11) angeordnet sind.