EP0483301B1 - Kraftstoffversorgungssystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

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EP0483301B1
EP0483301B1 EP91907440A EP91907440A EP0483301B1 EP 0483301 B1 EP0483301 B1 EP 0483301B1 EP 91907440 A EP91907440 A EP 91907440A EP 91907440 A EP91907440 A EP 91907440A EP 0483301 B1 EP0483301 B1 EP 0483301B1
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fuel
supply system
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flow rate
pressure
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M69/00—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel
    • F02M69/16—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by means for metering continuous fuel flow to injectors or means for varying fuel pressure upstream of continuously or intermittently operated injectors
    • F02M69/18—Low-pressure fuel-injection apparatus ; Apparatus with both continuous and intermittent injection; Apparatus injecting different types of fuel characterised by means for metering continuous fuel flow to injectors or means for varying fuel pressure upstream of continuously or intermittently operated injectors the means being metering valves throttling fuel passages to injectors or by-pass valves throttling overflow passages, the metering valves being actuated by a device responsive to the engine working parameters, e.g. engine load, speed, temperature or quantity of air

Definitions

  • the invention relates to a fuel supply system for an internal combustion engine with an electric fuel pump, a fuel pressure regulator and a fuel metering system.
  • DE-OS 36 08 522 also describes a fuel injection system with a specially designed pressure regulator, in which an additional spring can engage by means of an electromagnet, in order to thereby obtain a controllable fuel pressure depending on the operating range of the internal combustion engine.
  • U.S. Patent 4,791,905 discloses a so-called on-demand electromagnetic fuel pump.
  • signals relating to air throughput in the intake manifold, speed, pressure in the intake manifold, water temperature and battery voltage are processed in a control unit, which in turn determines the control of the fuel pump with and without a series resistor. This achieves a large delivery rate with a high fuel requirement and a corresponding reduction in the delivery rate with a lower fuel requirement depending on the operating parameters of the internal combustion engine.
  • US Pat. No. 3,822,677 shows a fuel pump control system with a variable energy supply for the fuel pump depending on the fuel requirement.
  • a fuel supply system in an internal combustion engine in which an electric fuel pump delivers fuel from the fuel tank to the fuel rail in the usual way.
  • a pressure regulator arranged in the fuel return line keeps the fuel pressure constant.
  • a controllable valve is present in the fuel return line between the pressure regulator and the fuel tank, which valve can be closed by a control device if the control device detects that low temperatures are present when the internal combustion engine is started and a so-called cold start occurs. By closing this valve in the return line, the fuel return is prevented and an increased pressure is established in the fuel rail, which remains built up until a transition to the normal operating condition is detected.
  • the disadvantage of this fuel supply system is that the fuel return line is completely blocked, so that excess fuel cannot get back into the tank.
  • the object of the invention is therefore to create a system with high flexibility.
  • the fuel supply system according to the invention for an internal combustion engine enables the provision of different amounts of fuel with different ones using relatively simple means
  • Fuel pressures in the individual operating states of the internal combustion engine In addition to efficient and fuel-oriented fuel delivery by the fuel pump, an ideal pressure curve is also achieved, in order to ensure an optimal fuel supply, especially during the starting event, even when the internal combustion engine is hot.
  • FIG. 1 shows an overview of a fuel supply system
  • FIG. 2 each shows a pressure regulator characteristic curve according to the prior art and according to the solution according to the invention
  • FIG. 3 shows a supplementary circuit for the fuel pressure regulator to achieve the desired pressure curve.
  • FIG. 1 shows a rough overview of a fuel supply system in an internal combustion engine with spark ignition.
  • the internal combustion engine itself is designated by 10, an air intake pipe by 11 and an exhaust pipe by 12.
  • An air flow meter 13 and a throttle valve 14 which can be actuated by an accelerator pedal 15.
  • An electrical control unit 20 receives signals from the air quantity sensor 13, from the speed sensor 16 and, if appropriate, further sensors and outputs signals on the output side both to a fuel pump 23 and to at least one electromagnetic injection valve 24.
  • the fuel pump 21 receives the fuel from a fuel tank 21 and conveys it to the injection valve 24.
  • a pressure regulator 25 downstream of the fuel pump 23 serves the Keep fuel pressure at a desired level. The fuel quantity conveyed by the fuel pump 23 and lying above the requirement then returns to the tank 21 via a return line.
  • FIG. 1 The overview of a fuel supply system shown in FIG. 1 corresponds in principle to the prior art.
  • Figure 2 shows two pressure regulator characteristics.
  • the characteristic curve according to FIG. 2a corresponds to that of the prior art.
  • the pressure curve is plotted against the amount of fuel.
  • the pressure control characteristic curve according to the prior art is designed in such a way that it remains at a specific setpoint PKsetpoint above the minimum flow rate Qmin.
  • FIG. 2b shows a modified pressure regulator characteristic curve with an essentially constant pressure value between the minimum and maximum value for the return flow and an increased fuel pressure in the event that the return flow rises above Q max .
  • the increased pressure value can be used to reduce the formation of vapor bubbles during a hot start.
  • the provision of an increased fuel pressure can also be expedient during the post-starting situation, particularly when there has been a hot starting situation. The same applies in the case of acceleration.
  • the demand control of the fuel pump is expediently carried out by means of a cyclical control, which is known as such from the prior art. They are used in normal operation to ensure that the return flow does not leave the interval limited by Q min and Q max .
  • the design of the fuel pressure regulator to achieve the desired pressure curve is not a problem for the person skilled in the art; the design of the pressure regulator is even simplified since the constant pressure interval no longer has to be as large.
  • the fuel pressure regulator can be designed in such a way that an increased fuel pressure occurs with an increasing return flow quantity. This can be achieved by appropriately dimensioning the individual parts of the pressure regulator, in particular the spring located in the pressure regulator or via the shape of the return line.
  • FIG. 3 finally shows a throttled return line from the pressure regulator 25 to the tank 21, a throttle 26 with a valve 27 connected in parallel being provided in the return line itself and this valve 27 being electromagnetically controllable from the control unit 20 of FIG. 1.
  • the variation of the return line known per se to the state of the art can be ideally supplemented with a demand control of the fuel pump in order to achieve an optimal fuel supply to the internal combustion engine in all operating conditions.

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Abstract

Es wird ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine vorgeschlagen, die eine elektrische Kraftstoffpumpe, einen Kraftstoffdruckregler sowie ein Kraftstoffzumeßsystem umfaßt, wobei die Förderleistung der Kraftstoffpumpe abhängig von Betriebskenngrößen steuerbar ist und der Kraftstoffdruck mittels eine entsprechenden Druckreglerkennlinie durch Variation der Förderleistung beeinflußt werden kann.

Description

    Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe, einem Kraftstoffdruckregler sowie einem Kraftstoffzumeßsystem.
  • Bekannt ist aus der DE-OS 36 08 522 ein Kraftstoffzumeßsystem mit zwei getrennten Druckreglern sowie einem Steuerventil in Verbindung mit einem der beiden Druckregler mit dem Ziel, je nach Betriebsbereich der Brennkraftmaschine abhängig vom Zuschalten des zweiten Druckreglers einen niedrigeren oder höheren Kraftstoffdruck zu erhalten.
  • In der Beschreibungseinleitung der DE-OS 36 08 522 ist darüber hinaus eine Kraftstoffeinspritzanlage mit einem speziell ausgestalteten Druckregler beschrieben, bei dem mittels eines Elektromagneten eine Zusatzfeder zum Eingriff kommen kann, um dadurch einen steuerbaren Kraftstoffdruck je nach Betriebsbereich der Brennkraftmaschine zu erhalten.
  • Aus der DE-OS 15 76 482 ist eine Kraftstoffeinspritzanlage bekannt, bei der mittels eines in die Kraftstoffleitungen eingeschalteten temperturempfindlichen Gliedes der Druck in den zu den Einspritzventilen führenden Zweigleitungen mit steigender Kraftstofftemperatur erhöhbar ist (Anspruch 1 der DE-OS '482).
  • Die US-PS 4 791 905 offenbart eine sogenannte bedarfsgesteuerte elektromagnetische Kraftstoffpumpe. Dabei werden in einem Steuergerät Signale bezüglich Lufdurchsatz im Ansaugsrohr, Drehzahl, Druck im Ansaugrohr, Wassertemperatur und Batteriespannung in einem Steuergerät verarbeitet, das seinerseits die Steuerung der Kraftstoffpumpe mit und ohne Vorwiderstand bestimmt. Erreicht wird dadurch eine große Förderleistung bei hohem Kraftstoffbedarf und eine entsprechende Absenkung der Förderleistung bei einem geringerem Kraftstoffbedarf je nach den Betriebskenngrößen der Brennkraftmaschine.
  • Schließlich zeigt die US-PS 3 822 677 ein Kraftstoffpumpen-Steuersystem mit einer variablen Energieversorgung für die Kraftstoffpumpe je nach Kraftstoffbedarf.
  • Aus der FR-A-26 12 257 ist ein Kraftstoffversorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine bekannt, bei dem eine elektrische Kraftstoffpumpe in üblicher Weise Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter zum Kraftstoffverteiler fördert. Ein in der Kraftstoff-Rücklaufleitung angeordneter Druckregler hält den Kraftstoffdruck konstant. Zusätzlich ist in der Kraftstoff-Rücklaufleitung zwischen den Druckregler und dem Kraftstoffbehälter ein ansteuerbares Ventil vorhanden, das von einer Steuereinrichtung geschlossen werden kann, wenn die Steuereinrichtung erkennt, daß beim Start der Brennkraftmaschine tiefe Temperaturen vorliegen und ein sogenannter Kaltstartfall auftritt. Durch Schließen dieses Ventils in der Rücklaufleitung wird der Kraftstoffrücklauf unterbunden und es stellt sich im Kraftstoffverteiler ein erhöhter Druck ein, der solange aufgebaut bleibt, bis ein Übergang in die normale Betriebsbedingung erkannt wird. Dieses Kraftstoffversorgungssystem hat den Nachteil, daß der Kraftstoffrücklauf vollständig blockiert wird, so daß überschüssiger Kraftstoff nicht in den Tank zurückgelangen kann.
  • Es hat sich gezeigt, daß die bekannten Systeme nicht in allen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine optimale Ergebnisse zu liefern vermögen. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein System mit hoher Flexibilität zu schaffen.
  • Gelöst wird diese Aufgabe mit der Merkmalskombination des Anspruchs 1 bzw. 2.
    • Vorteile der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine ermöglicht mit relativ einfachen Mitteln die Bereitstellung unterschiedlicher Kraftstoffmengen mit unterschiedlichen Kraftstoffdrücken bei den einzelnen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine. Damit wird neben einer effizienten und sich am Bedarf orientierenden Kraftstofförderung durch die Kraftstoffpumpe auch ein idealer Druckverlauf erzielt, um insbesondere während des Startfalles auch bei heißer Brennkraftmaschine eine optimale Kraftstoffversorgung zu gewährleisten.
    • Zeichnung
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben und erläutert.
  • Es zeigen Figur 1 eine Übersichtsdarstellung eines Kraftstoffversorgungssystems, Figur 2 je eine Druckregler-Kennlinie nach dem Stand der Technik sowie nach der erfindungsgemäßen Lösung und Figur 3 eine ergänzende Beschaltung zum Kraftstoffdruckregler zur Erzielung des gewünschten Druckverlaufs.
    • Beschreibung der Ausführungsbeispiele
  • Figur 1 zeigt in einer groben Übersichtsdarstellung ein Kraftstoffversorgungssystem bei einer Brennkraftmaschine mit Fremdzündung. Die Brennkraftmaschine selbst ist mit 10 bezeichnet, ein Luftansaugrohr mit 11 und eine Abgasleitung mit 12. Im Luftansaugrohr 11 befindet sich ein Luftmengenmesser 13 sowie eine Drosselklappe 14, die von einem Fahrpedal 15 betätigbar ist. Mit 16 ist ein Drehzahlsensor bezeichnet. Ein elektrisches Steuergerät 20 erhält Signale vom Luftmengensensor 13, vom Drehzahlsensor 16 und gegebenenfalls weiteren Sensoren und gibt ausgangsseitig Signale sowohl an eine Kraftstoffpumpe 23 als auch an wenigstens ein elektromagnetisches Einspritzventil 24 ab. Die Kraftstoffpumpe 21 erhält dabei den Kraftstoff aus einem Kraftstofftank 21 und fördert ihn zum Einspritzventil 24. Ein Druckregler 25 stromabwärts der Kraftstoffpumpe 23 dient dazu, den Kraftstoffdruck auf einem gewünschten Wert zu halten. Die von der Kraftstoffpumpe 23 geförderte und oberhalb des Bedarfs liegende Kraftstoffmenge gelangt dann über eine Rücklaufleitung zum Tank 21 zurück.
  • Die aus Figur 1 ersichtliche Übersicht über ein Kraftstoffversorgungssystem entspricht vom Grundsatz her dem Stand der Technik.
  • Wesentlich ist nun, daß entsprechend der Erfindung eine Kombination von Bedarfssteuerung der Kraftstoffpumpe und spezieller Druckregelkennlinie vorliegt, um bei erhöhtem Mengenbedarf auch die erhöhte Menge bereitstellen zu können, und dies bei einem im jeweiligen Einzelfall gewünschten Druck.
  • Figur 2 zeigt zwei Druckreglerkennlinien. Dabei entspricht die Kennlinie nach Figur 2a derjenigen des Standes der Technik. Aufgetragen ist der Druckverlauf über der Kraftstoffmenge. Die Druckregelkennlinie nach dem Stand der Technik ist dabei so ausgelegt, daß sie oberhalb der minimalen Durchflußmenge Qmin auf einem bestimmten Sollwert PKsoll verharrt.
  • Figur 2b zeigt demgegenüber eine modifizierte Druckreglerkennlinie mit einem im wesentlichen konstanten Druckwert zwischen dem minimalen und maximalen Wert für den Rücklaufstrom und einem erhöhten Kraftstoffdruck für den Fall, daß der Rücklaufstrom über Qmax hinaus ansteigt. Der erhöhte Druckwert kann zur Verringerung der Dampfblasenbildung während eines Heißstarts herangezogen werden.
  • Über das Zusammenspiel von bedarfsgesteuerter Kraftstoffpumpe und Druckregler mit gegenüber dem Stand der Technik modifizierter Druckreglerkennlinie läßt sich damit eine in bestimmten Betriebspunkten vorteilhafte Erhöhung des Kraftstoffdrucks erzielen.
  • Neben dem Startfall kann die Bereitstellung eines erhöhten Kraftstoffdrucks auch während des Nachstartfalls zweckmäßig sein, dann besonders, wenn ein Heißstartfall vorgelegen hat. Das gleiche gilt im Beschleunigungsfall.
  • Die Bedarfssteuerung der Kraftstoffpumpe erfolgt zweckmäßigerweise mittels einer taktweisen Ansteuerung, die als solche aus dem Stand der Technik bekannt ist. Mit ihrer Hilfe wird im Normalbetrieb dafür gesorgt, daß der Rücklaufstrom das durch Qmin und Qmax begrenzte Intervall nicht verläßt.
  • Die Auslegung des Kraftstoffdruckreglers zur Erzielung des gewünschten Druckverlaufs stellt für den Fachmann kein Problem dar; die Gestaltung des Druckreglers vereinfacht sich sogar, da das Intervall konstanten Drucks nicht mehr so groß zu sein braucht. Insbesondere kann der Kraftstoffdruckregler derart ausgebildet sein, daß sich mit steigender Rücklaufmenge ein erhöhter Kraftstoffdruck einstellt. Dies ist mit einer entsprechenden Dimensionierung der Einzelteile des Druckreglers erreichbar, insbesondere der im Druckregler befindlichen Feder bzw. über die Formgebung der Rücklaufleitung.
  • Figur 3 schließlich zeigt eine drosselbare Rücklaufleitung vom Druckregler 25 zum Tank 21, wobei in die Rücklaufleitung selbst eine Drossel 26 mit einem dazu parallel geschalteten Ventil 27 vorgesehen ist und dieses Ventil 27 elektromagnetisch ausgehend vom Steuergerät 20 von Figur 1 ansteuerbar ist.
  • Auf diese Weise läßt sich die an sich als zum Stand der Technik bekannte Variation der Rücklaufleitung mit einer Bedarfssteuerung der Kraftstoffpumpe ideal ergänzen, um eine optimale Kraftstoffversorgung der Brennkraftmaschine bei allen Betriebsbedingungen zu erreichen.

Claims (8)

  1. Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe, einem Kraftstoffdruckregler in der Rücklaufleitung, durch die eine Durchflußmenge (Q) fließt sowie einem Kraftstoffzumeßsystem, wobei die Förderleistung der Kraftstoffmenge abhängig von Betriebskenngrößen steuerbar ist und der Kraftstoffdruck mittels des Kraftstoffdruckreglers mit einer entsprechenden Druckreglerkennlinie so beeinflußt wird, daß sich bei steigender Rücklaufmenge ein erhöhter Kraftstoffdruck einstellt, wobei dieser Anstieg in einem Gebiet höherer Rücklaufmengen (Q) stattfindet, relativ höher zu einem Gebiet niedrigerer Rücklaufmengen in dem die Druckreglerkennlinie im wesentlichen unabhängig von der Rücklaufmenge (Q) ist .
  2. Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer elektrischen Kraftstoffpumpe, einem Kraftstoffdruckregler in der Rücklaufleitung, durch die eine Durchflußmenge (Q) fließt sowie einem Kraftstoffzumeßsystem, wobei die Förderleistung der Kraftstoffpumpe abhängig von Betriebskenngrößen steuerbar ist und der Kraftstoffdruck mittels des Kraftstoffdruckreglers sowie über die Formgebung der Rücklaufleitung so beeinflußt wird, daß sich bei steigender Rücklaufmenge ein erhöhter Kraftstoffdruck einstellt, wobei dieser Anstieg in einem Gebiet höherer Rücklaufmengen (Q) stattfindet, relativ höher zu einem Gebiet niedrigerer Rücklaufmengen in dem die Druckreglerkennlinie im wesentlichen unabhängig von der Rücklaufmenge (Q) ist .
  3. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rücklaufleitung eine Drossel (26) und ein zur Drossel (26) parallel geschaltetes Ventil (27) vorgesehen sind, wobei das Ventil (27) vom Steuergerät (20) ansteuerbar ist zur Beeinflussung der Rücklaufmenge und damit des Kraftstoffdruckes.
  4. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Leistung der Kraftstoffpumpe wenigstens zwischen Normal- und Spizenleistung umschaltbar ist.
  5. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenleistung im Kaltstartfall oder im Heißstartfall abrufbar ist.
  6. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenleistung im Start und im Nachstartfall abrufbar ist.
  7. Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Spitzenleistung bei gewünschter Beschleunigung abrufbar ist.
  8. Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffpumpe getaktet ansteuerbar ist.
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