DE4341948C2 - Kraftstoff-Einspritzanlage für eine Brennkraftmaschine mit getakteter Kraftstoffpumpe - Google Patents

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kenn­ zeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs, vorteilhafte Ausbil­ dungen der Erfindung beschreiben die Unteransprüche.

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.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden an­ hand der in der Zeichnung wiedergegebenen Blockschaltbilder er­ läutert.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Claims (5)

1. Kraftstoff-Einspritzanlage für eine mit unterschiedlichen Lasten und/oder Drehzahlen betriebene Brennkraftmaschine mit zumindest einem über eine kraftstoffbedarfsabhängig getakte­ te elektromotorische Pumpe (6) belieferten Einspritzventil (1, 2, 3, 4), dem in einem Steuergerät (5) maschinenbetriebsabhängig erzeugte Öff­ nungsimpulse (t_ö) zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Taktung der Pumpe (6) mit der Frequenz der Öffnungsimpulse (t_ö) und mit bedarfsabhängig veränderbarem Tastverhältnis erfolgt.

2. Einspritzanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Einrichtungen (7) zur Gewinnung der Taktimpulse für die Pumpe (6) unmittelbar aus den Öffnungsimpulsen (t_ö) vorgesehen sind.

3. Einspritzanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (7) die Dauern der Öffnungsimpulse (t_ö) mit ei­ nem die Auslegung des mindestens einen Einspritzventils (1, 2, 3, 4)) und/oder der Pumpe (6) berücksichtigenden Faktor (k) multipli­ zieren.

4. Einspritzanlage nach Anspruch 3 für den Fall einer Pumpe (6) mit Rücklauf, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen (7) dem Produkt (t_ö.k) einen Summanden (a) hinzufügen, der ei­ ner Sicherheits-Kraftstoffmenge entspricht.

5. Einspritzanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß im Wege der Taktimpulse für die Pumpe (6) ein derart bemessenes Zeitvergrößerungsglied (8) vorgesehen ist, daß die Einschaltung der Pumpe (6) nach dem Öffnen des zu­ mindest einen Einspritzventils (1, 2, 3, 4) erfolgt.