Bedarfsgeregelte Pumpen sparen Kraftstoff

So ermöglicht eine Regelelektronik nicht nur die Umstellung auf verschleißarme bürstenlose Motoren, sondern sie bietet noch weitere Ansätze zur Effizienzsteigerung. Durch Integration der Elektronik in den Flansch etwa entsteht ein wirtschaftlich und technisch vorteilhaftes Modul. Auch die Nutzung berührungsfreier Sensortechniken zur Füllstandsmessung im Tank, eine Selbstdiagnose der Pumpe sowie eine wirtschaftliche Lösung zur Erkennung von Leckagen lassen sich in die Elektronik integrieren.

Beitrag zur CO₂-Minderung

Als Faustregel kann gelten, dass der Einsatz einer Pumpenregelung den CO₂-Ausstoß eines klassischen 1,8 l-Motors um 1,5 bis 2 g CO₂ pro Kilometer verringern kann. Damit nicht genug: Ist die Regelelektronik erst einmal vorhanden, erschließt sie bei geringem Mehraufwand weitere Vorteile und kann dabei auf Systemebene sogar die Kosten senken. Neben Wirtschaftlichkeit und Komfort lässt sich auch die Zuverlässigkeit des Kraftstofffördersystems durch die Elektronik weiter erhöhen.

Die Bedarfsregelung einer Kraftstoffpumpe realisiert Continental je nach Kundenanforderungen auf unterschiedlichen Wegen. So kann zum Beispiel der Kraftstoffdruck vor dem Motor mit einem Sensor gemessen werden. Die Regelelektronik passt die Förderleistung der Pumpe stets so an, dass der Solldruck aufrecht erhalten bleibt (Regelkreis). Es geht aber auch ohne Sensor: Entsprechend dem Master-Slave Prinzip beispielsweise kann die Motorsteuerung der Pumpenelektronik die Sollfördermenge vorgeben. Als Ideal kann die Integration der Elektronik in den Flansch selbst gelten, weil damit erstens die Kabelstrecke noch weiter verkürzt wird und zweitens der Montageaufwand für den OEM sinkt: Am Band muss nur ein einziges Gerät eingebaut werden. Neben Einsparungen bei Montage und Logistik sinken die Kosten für Kupfer, Steckverbinder und Gehäuse.

Modularität erleichtert den Einstieg

Grundsätzlich lassen sich die Vorteile der Bedarfsregelung mit allen Pumpenmotoren nutzen, denn Continental setzt auf abgestufte Modularität. Auch bei konventionellen Gleichstrommotoren ist die Bedarfsregelung durch gepulste Signale (PWM) möglich. Einen höheren Wirkungsgrad jedoch haben bürstenlose Motoren (EC-Motoren), deren elektrisches Rotationsfeld in der Regelelektronik erzeugt wird. Allein durch solche Motoren kann der CO₂-Ausstoß zusätzlich um rund 0,3 g/km bei Ottomotoren und um rund 0,5 g/km bei Dieselmotoren gesenkt werden. Derzeit ist Continental Markführer bei bürstenlosen Motoren für Kraftstoffpumpen.

EC-Motoren weisen nicht nur einen dramatisch verringerten mechanischen Verschleiß auf. Sie eignen sich auch besser für wechselnde Kraftstoffqualitäten. Verunreinigte Kraftstoffe (so genannter "Bad Fuel") können hier kein schnelleres Abbrennen von Kohlebürsten bewirken. Daher eignen sich bürstenlose Motoren auch für aggressive Kraftstoffe bis hin zu E 100 (reiner Alkohol). Dank konsequenter Modularität lassen sich die EC-Motoren der Continental Produktfamilien 1:1 gegen herkömmliche Motoren austauschen. Bemusterung und Serienstart haben bereits begonnen.

Schnelligkeit ist Trumpf

Im Auto werden EC-Motoren aus Kostengründen ohne Drehzahlsensor verbaut. Prinzip bedingt entsteht daher beim Motoranlauf eine kleine Zeitlücke, bis die aktuelle Motordrehzahl aus den Stromgegenpulsen des Motors errechnet werden kann. Da der präzise Kraftstoffförderdruck jedoch möglichst schnell erreicht sein muss, setzt Continental in der Regelelektronik auch ASICs als Baustein ein. Damit verkürzt sich das Zeitfenster bis zur Drehzahl-Synchronisation auf lediglich 100 ms. Andere Lösungen ohne ASIC benötigen höhere Synchronisationszeiten (bis 500 ms) und liegen damit deutlich über den Vorgaben der OEMs. In Kombination mit druckfesten Pumpen, Rückschlagventil und Überdruckventil entsteht durch den ASIC-Einsatz ein Kraftstofffördersystem, das auch strengste Emissionsanforderungen trotz häufiger Motorstarts erfüllen hilft.

Modularisierte Fördereinheiten

Modularität spielt bei integrierten Fördereinheiten ebenfalls eine große Rolle. Da es Kraftstofftanks heute in den unterschiedlichsten und teilweise komplexen Geometrien gibt, muss jede Fördereinheit an die Flanschgröße, die Höhe und den Durchmesser des verfügbaren Bauraums angepasst werden. Continental realisiert das mit einem Baukasten, der unterhalb des Flansches für Standardisierung sorgt. Damit ist Continental in der Lage, 70 bis 80% der Anwendungsfälle zu bedienen – ohne Mehraufwand. Als Vorteil erweist sich dabei das historisch im Unternehmen vorhandene Tanksystem-Know-how. Mit diesem Detailwissen kann Continental die Gesamtverantwortung für die Kraftstoffförderung einschließlich aller Schnittstellen des Subsystems Fördereinheit zum Tank hin übernehmen.

Zusätzliche Potenziale der Elektronik nutzen

Konsequent genutzt, erweist sich die Regelelektronik der Pumpe als Wegbereiter für weitere Vorteile. Dazu zählt zum Beispiel die Option, auf verschleißfreie Sensoren zur Füllstandsmessung im Tank umzustellen. Heutige Systeme basieren in der Regel auf Niveausensoren mit Schleifkontakten. In eine Pumpenelektronik dagegen lässt sich recht einfach die Auswertung von lebensdauerfesten Sensoren integrieren, wie etwa Ultraschallsensoren oder kapazitiven Fühlern. Um für alle Anforderungen eine Lösung bieten zu können, hat Continental mit dem berührungslos arbeiten MAPPS Füllstandsgeber eine verschleißfreie Lösung für Anwendungen, in denen noch keine Regelelektronik verfügbar ist.

Mit der großen Bedeutung der Effizienz werden jedoch immer mehr Fahrzeuge eine umpenregelung erhalten. Dieser Fortschritt lässt sich beispielsweise nutzen, um den Pumpenverschleiß zu überwachen. Sinkt durch Alterung die Förderquote, so kann die Elektronik nachregeln und diesen Drift ausgleichen. Daraus lassen sich über Diagnostikprogramme der Verschleiß der Pumpenstufe oder die Verblockung des Kraftstofffilters Pro-Aktiv erkennen und eine Servicewarnung ableiten.

Eine weitere wichtige Option ist die Erkennung von Tankleckagen im Rahmen einer o­n-Board-Diagnose (OBD II). Diese Funktion muss heute separat realisiert werden und ließe sich künftig einfacher in die Regelelektronik der Kraftstoffpumpe integrieren.