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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein
Verfahren zur Steuerung von Kraftstofförderaggregaten in Kraftfahrzeugen,
wobei in einem Kraftfahrzeug zwei oder mehrere elektrische Kraftstofförderaggregate vorgesehen
sein können,
ferner auf ein Kraftstoffversorgungssystem mit einer Ansteuereinheit
zum Ansteuern von Kraftstofförderaggregaten
in einem Vorratstank sowie auf ein Geländefahrzeug mit einer Ansteuereinheit
zum Ansteuern von Kraftstofförderaggregaten
in einem Vorratstank.
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DE 195 04 217 A1 offenbart eine Vorrichtung zum
Fördern
von Kraftstoff aus einem Vorratstank zur Brennkraftmaschine eines
Kraftfahrzeuges. Die Vorrichtung weist einen in einem Vorratstank
angeordneten Behälter
auf, aus dem ein Förderaggregat
ansaugt, das Kraftstoff zur Brennkraftmaschine fördert. Von der Druckseite des
Förderaggregats
zweigt eine Kraftstoffleitung ab, die in den Vorratstank mündet und
an die eine Saugstrahlpumpe angeschlossen ist. Die Saugstrahlpumpe
fördert
Kraftstoff aus dem Vorratstank in den Behälter. In der Kraftstoffleitung
ist stromaufwärts
der Saugstrahlpumpe eine Drossel angeordnet, durch die bewirkt wird,
daß der
aus der Saugstrahlpumpe austretende Kraftstoff unter einem geringeren
Druck steht als auf der Druckseite des Förderaggregats. Dadurch neigt
der aus der Saugstrahlpumpe austretende Kraftstoff im erwärmten Zustand
weniger zum Verdampfen und der Betrieb der Saugstrahlpumpe verbessert
sich.
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DE 41 18 902 A1 bezieht sich auf eine Kraftstoffbehälteranordnung
eines land- oder fortwirtschaftlich nutzbaren Fahrzeugs, bei der
ein zusätzlicher
Entnahmebehälter
für die
Bergfahrt vorgesehen ist.
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Werden bei heutigen Anwendungen in
einem Vorratstank zwei oder mehrere elektrische Kraftstoffförderaggegate
angeordnet, so können
diese alle gleichzeitig, d.h. elektrisch parallel angesteuert werden.
Somit ist sichergestellt, daß in
jeder Neigungslage des Kraftfahrzeuges die Kraftstoffversorgung
sichergestellt ist. Diesem Umstand steht als Nachteil gegenüber, daß damit
eine hohe elektrische Leistungsaufnahme der elektrischen Kraftstoffförderaggregate
einhergeht und die hohe Kraftstoffrückförderung in den Tank eine Aufheizung
des Tanks nach sich zieht. Mit dem parallelen Ansteuern aller elektrischer
Kraftstoffförderaggregate
können
störende Strömungsgeräusche und
Pumpengeräusche
verbunden sein.
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Einzelne elektrische Kraftstoffpumpen,
die in eine elektrische, parallel arbeitende Steuerung eingebunden
sind, können
nicht diagnosefähig
sein; ein Trockenlauf eines einzelnen elektrischen Kraftstoffförderaggregats
kann nicht zuverlässig
verhindert werden, da mittels der parallelen elektrischen Ansteuerung
stets alle Kraftstofförderaggregate
gleichzeitig angesteuert werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung
ist es mehrere, Kraftstofförderaggregate
fahrsituationsabhängig
anzusteuern.
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Darstellung der Erfindung:
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Bei Allradfahrzeugen, so beispielsweise
Militärkraftfahrzeugen,
lassen sich die vorhandenen Neigungswinkelinformationen über Längs- und
Querneigungswinkel des Kraftfahrzeuges dergestalt auswerten, daß in Abhängigkeit
vom ermittelten Neigungswinkel des Kraftfahrzeuges im Gelände in Kenntnis der
Einbaulage der elektrischen Kraftstoffpumpen nur dasjenige Kraftstoffförderaggregat
angesteuert wird, das ein einwandfreies Ansaugen von Kraftstoff auch
bei niedrigem Tankfüllstand
gewährleistet.
Das Ansteuern von Kraftstofförderaggregaten
abhängig von
den Neigungswinkelinformationen des Kraftfahrzeugs reduziert die
elektrische Leistungsaufnahme signifikant, da gezie t nur das Kraftstoffförderaggregat
angesteuert wird, welches eine zuverlässige Kraftstofförderung
gewährleistet.
Eine Kraftstoffrückförderung
und ein damit verbundenes Aufheizen des Tanks ist mittels des erfindungsgemäßen Ansteuerungsverfahrens
wesentlich geringer ausgeprägt;
ferner lassen sich die entstehenden Strömungsgeräusche und die Pumpengeräusche, die
beim Betrieb der Kraftstofförderaggregate
auftreten können,
auf ein Minimum reduzieren.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erfolgt die Zuschaltung der Kraftstofförderung eines weiteren Kraftstofförderaggregats
nach Ablauf einer vorwählbaren Zeitspanne.
Damit ist während
eines Übergangszeitraums
die Kraftstoffversorgung sichergestellt; es kommt zwar zu einer
zusätzlichen
elektrischen Leistungsaufnahme, jedoch nur für begrenzte Zeit. Bevorzugt
erfolgt die Abschaltung eines oder mehrerer Kraftstofförderaggregate,
wenn ein Schwellwert für die
Längs-
oder Seitenneigung des Fahrzeugchassis für eine längere Zeitspanne detektiert
wird. Bei einer kurz auftretenden Neigungsänderung kann eine Ausschaltung
zwischen verschiedenen Kraftstofförderaggregaten vermieden werden.
Je nach Geländekonfiguration,
welche das Kraftfahrzeug zu bewältigen
hat, können
die Schwellwerte für
die Fahrzeugneigung in Längs-
bzw. Querrichtung, bei deren Überschreiten
das gezielte Ansteuern eines Kraftstofförderaggregats erfolgt, individuell
vorgegeben und unabhängig
voneinander eingestellt werden.
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In vorteilhafter Ausgestaltung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
läßt sich
eine Umschaltbedingung für
ein erstes Kraftstofförderaggregat
dadurch festlegen, daß für Fahrzeugneigungen,
die größer als
ein Schwellwert kl sind, eine Abschaltung des
ersten Kraftstofförderaggregats
erfolgt. Diese Bedingung muß für eine erste
Zeitspanne t1 erfüllt sein, bis die Abschaltung
des ersten Kraftstofförderaggregats
erfolgt. Andererseits kann eine Zuschaltung des ersten Kraftstofförderaggregats
zu einem die Kraftstoffversorgung aufrechterhaltenden Kraftstofförderaggregat
dann erfolgen, wenn die jeweils detektierten Fahrzeugneigungen < Schwellwert k2 liegen. Der Schwellwert k2 ist < k1 gewählt, wodurch sich
ein Hystereseverhalten erzeugen läßt, um ein dauerndes Hin- und
Herschalten zwischen den Kraftstofförderaggregaten bei Passage
eines Geländerabschnittes
auszuschließen.
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Sind mit der Winkelvariablen β die Neigungen
eines Kraftfahrzeuges um seine Querachse im Uhrzeigersinn identifizierbar,
so läßt sich
das Verfahren in vorteilhafter Weise durch Detektion der entgegen
dem Uhrzeigersinn um die Querachse auftretenden Winkel α erweitern.
In analoger Weise kann bei detektierten negativen Winkeln α, die größer als
ein vorgebbarer Schwellwert k1 sind, als
Umschaltbedingung für
das Abschalten eines weiteren Kraftstofförderaggregats genutzt werden.
Auch diese Winkel α können für eine Zeitspanne
t2 auftreten, bis die Abschaltung des weiteren
Kraftstofförderaggregats
vorgenommen wird. Liegen die kontinuierlich auftretenden Winkel α unterhalb
des Schwellwerts k2, so kann ein erneutes
Zuschalten eines Kraftstofförderaggregats
zur Übernahme
der Kraftstoffversorgung erfolgen; für die Schwellwerte gilt, daß der Schwellwert
k2 < Schwellwert
k1 ist.
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Mittels moderner Bordelektronik,
Bordcomputer, Navigationsgeräten
oder ähnlichem
lassen sich die Daten zur Fahrzeugneigung um Quer- und/oder Längsachse
zyklisch oder auch kontinuierlich erfassen und an die Ansteuereinheit übermitteln.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Kraftstoffversorgungssystemen
eingesetzt werden, die in Allrad- oder Geländewagen eingesetzt werden.
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Zeichnung:
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Anhand einer Zeichnung sei die Erfindung nachstehend
näher erläutert.
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Es zeigt:
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1 die
Seitenansicht eines vereinfacht dargestellten Kraftfahrzeuges mit
zwei in einem Vorratstank angeordneten Kraftstofförderaggregaten
auf ebenem Untergrund,
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2 das
Kraftfahrzeug gemäß 1 während der Passage eines abschüssigen Geländeabschnittes,
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3 das
Kraftfahrzeug gemäß 1 während der Passage einer Geländesteigung
und
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4a, b ein Flußdiagramm, welches die Arbeitsweise
der Ansteuereinheit für
die mindestens zwei Kraftstofförderaggregate
erläutert.
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5a, b das Kraftfahrzeug gemäß 1 während Schrägfahrten an einer Geländesteigung
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Ausführungsbeispiele:
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1 zeigt
die Seitenansicht eines vereinfacht wiedergegebenen Kraftfahrzeuges
mit zwei in einem Vorratstank angeordneten Kraftstofförderaggregaten
auf ebenem Untergrund.
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Im Kraftfahrzeug 1 ist ein
im Bereich oberhalb der Hinterachse 3 liegender Tank 7 angeordnet. Der
Tank 7 könnte
sich ebenso gut im unteren Teil des Kraftfahrzeugs 1 zwischen
Vorder- und Hinterachse 2 bzw. 3 befinden. Im
hier gezeigten Ausführungsbeispiel
ist ein mit rechteckförmigem
Querschnitt beispielhaft ausgebildeter Tank 7 mit zwei Kraftstofförderaggregaten 5 und 6 dargestellt.
Diese können
in der Mitte des Tanks 7 vorgesehen sein; neben den hier
in der Seitenansicht dargestellten Förderaggregaten 5 und 6 können diesen
gegenüberliegend
an der anderen Seite des Tanks 7 weitere Kraftstofförderaggregate
angeordnet sein, so daß z.B.
bei rechteckförmiger
Tankgrundfläche
die Kraftstofförderaggregate
und in den vier Ecken des Tanks 7 angeordnet sind.
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Der Kraftstoff 8 im Tank 7 befindet
sich im gezeigten Beispiel auf einem relativ niedrigen Pegel 9; ein
Koordinatensystem 10 ist mit seinem Ursprung innerhalb
des Tanks 7 angeordnet. Die Y-Achse 11 verläuft senkrecht
zur Fahrtrichtung 4, während
sich die X-Achse 12 in Fahrtrichtung 4 erstreckt.
Auf ebenem Untergrund, wie in 1 dargestellt,
betragen die Winkel α und β etwa 0°, so daß in dieser
Fahrsituation des Fahrzeugs 1 anstelle vom Kraftstofförderaggregat
A, Bezugszeichen 5 und des weiteren Kraftstofförderaggregat
B, hier mit Bezugszeichen 6 bezeichnet, lediglich ein Kraftstofförderaggregat
als Hauptförderaggregat
betrieben werden kann. Die eine oder mehreren weiteren Kraftstofförderaggregate
können
hingegen abgeschaltet werden.
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2 zeigt
das Kraftfahrzeug 1 gemäß 1 während der Passage eines abschüssigen Geländeabschnitts.
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Das in Fahrtrichtung 4 den
abschüssigen Geländeverlauf 13 passierende
Kraftfahrzeug 1 ist um einen bezogen auf die sich horizontal
erstreckende X-Achse 12 des Koordinatensystems 10 um
einen negativen Winkel α nach
vorne geneigt. Dadurch neigt sich auch der Tank 7 samt
dem darin befindlichen Kraftstoff 8 nach vorne, so daß das erste
Kraftstofförderaggregat 5 vollständig von
Kraftstoff 8 umgeben ist, während das zweite Kraftstofförderaggregat 6 trockenläuft und
aufgrund seiner Einbaulage bei Neigung des Kraftfahrzeugs 1 um
den Winkel α nach vorne
keinen Kraftstoff zu fördern
vermag. Um einen Trockenlauf des weiteren Kraftstofförderaggregats 6 und
eine unnötige
elektrische Leistungsaufnahme dieser Kraftstoffpumpe zu vermeiden,
kann sie in der in 1 gezeigten
Neigungslage des Kraftfahrzeugs 1 abgeschaltet werden.
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Die Bedingung für die Abschaltung des weiteren
Kraftstofförderaggregats 6 ist
erstens, daß der Neigungswinkel α einen voreinstellbaren
Schwellwert k überschreitet;
und ferner erfolgt die Abschaltung des weiteren Kraftstofförderaggregats 6 erst
nach Ablauf einer Zeitspanne t1. Die Neigungssituation
des Kraftfahrzeugs 1 muß für eine Zeit andauern, bis die Abschaltung
des weiteren Kraftstofförderaggregats 6 durch
die Ansteuereinheit 14 erfolgt. Während der Zeitspanne t1 können
mehrere Kraftstofförderaggregate
in Betrieb sein, während
nach Ablauf der Zeitspanne t1 im gezeigten
Beispiel die Kraftstoffversorgung nur durch das erste Kraftstofförderaggregat
sichergestellt ist, bis sich die Längs- und/oder Querneigungslage
des Kraftfahrzeugs 1 im Gelände wieder ändert und durch die Bordelektronik
eine andere Neigungslage detektiert und an die Ansteuereinheit 14 übermittelt
wird.
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So ist in 3 ein Kraftfahrzeug gezeigt, welches
eine Steigung im Gelände
passiert.
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gezogen auf das horizontal ausgerichtete Koordinatensystem 10 bestehend
aus Y-Achse 11 und X-Achse 12 ist der Tank 7 entsprechend
der Neigung des Kraftfahrzeugs 1 um den Winkel β geneigt. Der
Kraftstoff 8 im Tank 7 sammelt sich demzufolge im
hinteren Bereich des Tanks 7, so daß das erste Kraftstofförderaggregat 5 beginnt,
trockenzulaufen. Hingegen ist das weitere Kraftstofförderaggregat 6 vollständig vom
Kraftstoff 8 umgeben und vermag die Förderung von Kraftstoff 8 in
der gezeigten Neigungslage an die Brennkraftmaschine aufrechtzuerhalten. Überschreitet
der hier dargestellte, bezogen auf den Ursprung des Koordinatensystems 10,
positive Winkel β einen
voreinstellbaren Schwellwert 1 und dauert die Neigung gemäß des Winkels β für eine Zeitspanne
t2 an, so erfolgt die Abschaltung des ersten
Kraftstofförderaggregats 5;
die Kraftstoffzufuhr wird dann durch das weitere Kraftstofförderaggregat 6 aufrechterhalten.
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Die Zeitspannen t1 bzw.
t2, nach denen eine Abschaltung von Kraftstofförderaggregaten,
die aufgrund ihrer Einbaulage in bestimmten Fahrsituationen im Gelände keine
Kraftstoffversorgung sicherstellen können, sind frei vorwählbar und
unabhängig voneinander
veränderbar.
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Neben den Neigungswinkeln um die
Querachse, wie in den 2 und 3 dargestellt, können mit dem
erfindungsgemäßen Verfahren
auch Neigungswinkel um die Längsachse
es Kraftfahrzeugs 1 detektiert werden. Werden im Tank 7 beispielsweise
mehr als zwei Kraftstofförderaggregate
eingesetzt, so kann beim Kippen des Kraftfahrzeugs 1 um
seine Längsachse
sichergestellt werden, daß der
Kraftstoff 8 durch die Kraftstofförderaggregate gefördert wird,
die von Kraftstoff umgeben sind, wo hingegen diejenigen Kraftstofförderaggregate
abgeschaltet werden, die aufgrund der Verkippung keinen Kraftstoff 8 mehr
fördern
können.
Anstelle von Neigungswinkeln α und β werden dann
mittels eines Koordinatensystems Neigungswinkel δ und γ gemessen
und die Kraftstoffförderaggregate
auf der jeweiligen Seite des Tanks 7 entsprechend angesteuert
oder stillgesetzt.
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Anhand des in 4 gezeigten,
grob vereinfachten Flußdiagramms
sei die Wirkungsweise der Ansteuereinheit 14 für die Kraftstofförderaggregate näher erläutert.
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In der Ansteuereinheit 14 gehen
die Daten zur Neigung des Kraftfahrzeugs 1 ein, wobei diese via
Bordelektronik kontinuierlich oder in zyklischen Intervallen übermittelt
werden können.
Wird festgestellt, daß die
Winkel α und β eng den
Wert 0° herumpendeln,
so kann bei Betrieb des Kraftfahrzeugs 1 auf ebenem Untergrund
ein Kraftstofförderaggregat 5 oder 6 als
Hauptpumpe in Betrieb bleiben, während das
bzw. die verbleibende Förderaggregat
abgeschaltet werden kann können.
In diesen Fällen
bietet es sich an, die einzelnen Kraftstofförderaggregate nacheinander
anzusteuern, um eventuell vorliegende Defekte feststellen zu können. Zum
Systemcheck kann auch das Kraftstoffdrucksignal, die Laufunruhe oder
die Lambdaregelung herangezogen werden.
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Gemäß 4a sind beim Start das Kraftstofförderaggregat
A (Bezugszeichen 5) und das weitere Kraftstofförderaggregat
B (Bezugszeichen 6) in Betrieb. In einer ersten Abfrageroutine
wird sodann ermittelt, ob ein auftretender Neigungswinkel α einen vorherbestimmbaren
Schwellwert k1 überschreitet oder nicht. Ist
dies nicht der Fall, wird in einer weiteren Abfrageroutine ermittelt,
ob α kleiner
als der Schwellwert k2 ist. Falls dies bejaht
wird, bleibt das weitere Kraftstofförderaggregat B (Bezugszeichen 6) eingeschaltet
und fördert
weiterhin Kraftstoff. Bei negativem Ergebnis der Abfrage erfolgt
eine Rückverzweigung
zum Start.
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Führt
die erstgenannte Abfrageroutine zu einem positivem Ergebnis, erfolgt
eine Abfrage, ob die Bedingung α > k1 für einen
bestimmten Zeitraum t > t1 anhällt.
Wird dies verneint, erfolgt ein Rücksprung zum Start; beide Förderaggregate
bleiben weiterhin in Betrieb. Erst wenn die Zeitspanne t den vorgegebenen Zeitwert
t1 überschreitet,
wird das weitere Kraftstofförderaggregat
B (Bezugszeichen 6) abgeschaltet.
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Was hier exemplarisch für einen
auftretenden Neigungswinkel α dargelegt
wurde, gilt ebensogut fü die
auftretenden Winkel β, γ und δ, welche
die Neigung des Fahrzeuges um die Längs- bzw. Querachse charakterisieren.
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Im in 4b dargestellten
x, y-Koordinatensystem sind die beiden Kraftstofförderaggregate
in Betrieb und zwar auch im Übergangsbereich
für einen
der Neigungswinkel α, β, γ oder δ zwischen
den Schwellwerten k1 und k2.
Erst wenn der jeweilige Neigungswinkel α den größeren der Schwellwerte, nämlich k1 dauerhaft überschreitet, wird das weitere
Förderaggregat
abgeschaltet und die Förderung
wird nur durch das erste Kraftstofförderaggregat A (Bezugszeichen 5)
gewährleistet.
Unterschreitet der Winkel α, β, γ oder δ den Schwellwert
k1, verbleibt aber oberhalb des Schwellwertes
k2, der < k1 ist, wird die Kraftstofförderung
durch das erste Kraftstofförderaggregat
A (Bezugszeichen 5) aufrechterhalten. Erst bei Unterschreitung
des Schwellwertes k2 erfolgt die Zuschaltung
des weiteren Kraftstofförderaggregats
B (Bezugszeichen 6).
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5a und b zeigen das Kraftfahrzeug
gemäß 1 während der Schrägfahrt an
einer Geländesteigung.
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Aus dieser Darstellung wird die Verkippung des
Fahrzeuges 1 um seine Längsachse 19 deutlich, wodurch
sich der Kraftstoffpegel 9 im Tank 7 entsprechend
des Querneigungwinkels γ oder δ verschiebt. Dadurch
ist im Falle einer Neigung um den Winkel δ das Kraftstofförderaggregat 5 vom
Kraftstoffniveau im Tank 7 abgeschnitten, während das
Kraftstofförderaggregat 6 vollständig vom
Kraftstoff 8 im Tank umgeben ist. Durch die Ansteuereinheit 14 wird
im Falle der Verkippung des Kraftfahrzeuges 1 um den Winkel δ um
seine Längsachse 19 das
Kraftstofförderaggregat 5 abgeschaltet,
während
das Kraftstofförderaggregat 6 die
Kraftstoffversorgung sicherstellt.
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Analog verhält es sich bei der Verkippung des
Kraftfahrzeuges 1 um seine Längsachse 19 um einen
Winkel γ,
bei dem das Kraftstofförderaggregat 5 vollständig vom
Kraftstoff 8 umgeben ist, während das Kraftstofförderaggregat 6 vom
Kraftstoff 8 abgeschnitten ist, so daß in diesem Falle das Kraftstofförderaggregat 5 die
Kraftstoffversorgung bei Verkippung um den Winkel γ sicherstellt.
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- 1
- Kraftfahrzeug
- 2
- Vorderachse
- 3
- Hinterachse
- 4
- Fahrtrichtung
- 5
- Kraftstofförderaggregat
A
- 6
- Kraftstofförderaggregat
B
- 7
- Tank
- 8
- Kraftstoff
- 9
- Kraftstoffpegel
- 10
- Koordinatensystem
- 11
- Y-Achse
- 12
- X-Achse
- 13
- Geländeverlauf
- 14
- Ansteuereinheit
- 15
- α: negativer
Winkel um Querachse
- 16
- β: positiver
Winkel um Querachse
- 17
- γ: negativer
Winkel um Längsachse 19
- 18
- δ: positiver
Winkel um Längsachse 19
- 19
- Längsachse
Fahrzeug