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Die
Erfindung betrifft eine Wasserabscheidevorrichtung für
eine Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine, eine Kraftstoffanlage
einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zur Steuerung einer Wasserabscheidevorrichtung
für eine Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine.
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An
Brennkraftmaschinen werden zunehmend hohe Anforderungen bezüglich
deren Leistung und Wirkungsgrad gestellt. Gleichzeitig müssen
aufgrund strenger gesetzlicher Vorschriften auch die Emissionen
gering gehalten werden. Derartige Anforderungen können
gut erfüllt werden, wenn die Qualität des Kraftstoffs
für die Versorgung der Brennkraftmaschine gut ist. Die
Qualität des Kraftstoffs wird unter anderem durch einen
niedrigen Wassergehalt bestimmt. Um einen solchen zu erreichen,
ist es erforderlich, Wasser, das sich an den Kraftstoff anlagert und
in verschiedenen Bereichen der Kraftstoffanlage sammeln kann, aus
der Kraftstoffanlage abzuscheiden. Dies kann durch eine Wasserabscheidevorrichtung
erreicht werden.
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Die
DE 100 34 488 A1 offenbart
einen Kraftstofffilter, welcher von einem Filtergehäuse
mit einem Filterkopf und einem Gehäusetopf gebildet ist.
Der Filterkopf weist einen Kraftstoffeinlass und einen Kraftstoffauslass
auf. Der Gehäusetopf besitzt einen Wasserspeicherraum,
welcher mit einem Wasserablauf korrespondierend gekoppelt ist.
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Eine
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Wasserabscheidevorrichtung für
eine Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine und eine Kraftstoffanlage
einer Brennkraftmaschine zu schaf fen, die eine zuverlässige
Abscheidung von Wasser aus der Kraftstoffanlage ermöglichen
und preisgünstig sind.
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Eine
weitere Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Steuerung
einer Wasserabscheidevorrichtung für eine Kraftstoffanlage
einer Brennkraftmaschine zu schaffen, das eine präzise
Steuerung einer Wasserabscheidevorrichtung für eine Kraftstoffanlage
einer Brennkraftmaschine ermöglicht.
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Die
Aufgaben werden gelöst durch die Merkmale der unabhängigen
Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung
sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
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Die
Erfindung zeichnet sich gemäß eines ersten Aspekts
aus durch eine Wasserabscheidevorrichtung für eine Kraftstoffanlage
einer Brennkraftmaschine, mit einem Sensor zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl
eines durch die Wasserabscheidevorrichtung förderbaren
Kraftstoffs, wobei der Sensor ausgebildet ist zum Ermitteln einer
Größe, die repräsentativ ist für
den Wassergehalt des Kraftstoffs, einem stromabwärts des
Sensors zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl des Kraftstoffs
angeordneten Ventil, das mit dem Sensor gekoppelt ist, einem stromabwärts
des Ventils angeordneten Fluidauslass, und einer Steuereinheit,
die ausgebildet ist zum Bestimmen eines Istwerts des Wassergehalts
des Kraftstoffs mittels der von dem Sensor ermittelten Größe,
die repräsentativ ist für den Wassergehalts des
Kraftstoffs, und zum Freigeben des Kraftstoffflusses zu dem Fluidauslass
mittels des Ventils in Abhängigkeit von dem Istwert des
Wassergehalts des Kraftstoffs oberhalb eines vorgebbaren oberen
Wassergehalts des Kraftstoffs.
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Dies
hat den Vorteil, dass ein Einsatz eines einzigen Sensors zur Bestimmung
sowohl der Dielektrizitätszahl, die vorzugsweise zum Ermitteln
eines Mischungsverhältnis eines Kraftstoffgemisches aus verschiedenen
Kraftstoffsorten verwendet werden kann, als auch des Wassergehalts
des Kraftstoffs mög lich ist. Des Weiteren ist ein Entfernen
von Wasser aus der Kraftstoffanlage und ein Verhindern einer Beschädigung
der Brennkraftmaschine bei einem hohen Wassergehalt des Kraftstoffs
möglich.
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In
einer vorteilhaften Ausführungsform ist das Ventil derart
ausgebildet, dass das Ventil in Abhängigkeit von dem Istwert
des Wassergehalts des Kraftstoffs unterhalb eines vorgebbaren unteren Wassergehalts
des Kraftstoffs, der kleiner als der vorgebbare obere Wassergehalt
des Kraftstoffs ist, einen Kraftstofffluss zu dem Fluidauslass verhindert. Dies
hat den Vorteil, dass eine Hysterese für die Durchfluss-Sperr-Charakteristik
des Ventils zum Freigeben des Kraftstoffflusses zu dem Fluidauslass erreichbar
ist.
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Die
Erfindung zeichnet sich gemäß eines zweiten Aspekts
aus durch eine Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine mit einer
Wasserabscheidevorrichtung gemäß des ersten Aspekts,
mit einem Kraftstofftank, und einer Pumpe zur Förderung
des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank in die Brennkraftmaschine,
wobei die Wasserabscheidevorrichtung stromabwärts des Kraftstofftanks
angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass die Wasserabscheidevorrichtung
außerhalb des Kraftstofftanks angeordnet werden kann.
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Die
Erfindung zeichnet sich gemäß eines dritten Aspekts
aus durch ein Verfahren zur Steuerung einer Wasserabscheidevorrichtung
für eine Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine mit
einem Sensor zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl eines durch
die Wasserabscheidevorrichtung förderbaren Kraftstoffs,
wobei der Sensor ausgebildet ist zum Ermitteln einer Größe,
die repräsentativ ist für den Wassergehalt des
Kraftstoffs, einem stromabwärts des Sensors zur Bestimmung
der Dielektrizitätszahl des Kraftstoffs angeordneten Ventil,
das mit dem Sensor gekoppelt ist, und einem stromabwärts
des Ventils angeordneten Fluidauslass, bei dem ein Istwert des Wassergehalts
des Kraftstoffs bestimmt wird mittels der von dem Sen sor ermittelten
Größe, die repräsentativ ist für
den Wassergehalt des Kraftstoffs, und das Ventil in Abhängigkeit
vom Istwert des Wassergehalts des Kraftstoffs oberhalb eines vorgebbaren oberen
Wassergehalts des Kraftstoffs einen Kraftstofffluss zu dem Fluidauslass
freigibt.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer Kraftstoffanlage einer Brennkraftmaschine,
und
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2 ein
Ablaufdiagramm eines Programms zum Steuern einer Wasserabscheidevorrichtung
der Kraftstoffanlage der Brennkraftmaschine.
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1 zeigt
eine Kraftstoffanlage 2 einer Brennkraftmaschine 4.
Die Kraftstoffanlage 2 weist einen Kraftstofftank 20 auf,
aus dem mittels einer Pumpe 22 Kraftstoff gefördert
werden kann. Die Pumpe 22 kann vorzugsweise mit einer nicht
dargestellten Antriebswelle, die mit einer Motorwelle der Brennkraftmaschine 4 fest
gekoppelt ist, mechanisch angetrieben werden. Die Pumpe 22 ist über
eine Kraftstoffleitung 24 hydraulisch mit einem Kraftstoffspeicher 6 gekoppelt.
Der Kraftstoffspeicher 6 ist stromabwärts der
Pumpe 22 angeordnet, so dass die Pumpe 22 Kraftstoff
aus dem Tank 20 in den Kraftstoffspeicher 6 fördern
kann. Die Pumpe 22 kann vorzugsweise als Radialkolbenpumpe
oder als Reihenkolbenpumpe mit mehreren Zylindereinheiten ausgebildet
sein, wie sie zum Einsatz in Kraftstoffanlagen von Brennkraftmaschinen
bekannt sind.
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Der
Kraftstoffspeicher 6 ist des Weiteren über Leitungen
mit einem Injektor 8 oder mehreren Injektoren 8 hydraulisch
gekoppelt. Der Injektor 8 ist bzw. die mehreren Injektoren 8 sind
stromabwärts des Kraftstoffspeichers 6 angeordnet.
Jedem der Injektoren 8 ist ein Brennraum der Brennkraftmaschine 4 zugeordnet
und jeder der Injektoren 8 kann so angesteuert werden,
dass Kraftstoff in den Brennraum eingespritzt wird. Durch die Pumpe 22 kann
der Kraftstoff, der mittels der Injektoren 8 in die Brennräume der
Brennkraftmaschine 4 eingespritzt werden soll, einen relativen
hohen Einspritzdruck erreichen.
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Stromabwärts
der Pumpe 22 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 6 ist
eine Wasserabscheidevorrichtung 10 angeordnet, die einen
Sensor 12, ein Ventil 14, einen Fluidauslass 16 und
eine Steuereinheit 30 umfasst.
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Der
Sensor 12 ist stromabwärts der Pumpe 22 und
stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 6 angeordnet.
Mit dem Sensor 12 kann die Dielektrizitätszahl
des durch den Sensor 12 geförderten Kraftstoffs bestimmt
werden. Weiter kann mit dem Sensor 12 eine Größe
ermittelt werden, die repräsentativ ist für den
Wassergehalt des Kraftstoffs.
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Vorzugsweise
ist der Kraftstoff ein Kraftstoffgemisch aus mindestens zwei unterschiedlichen Kraftstoffsorten.
Insbesondere können die zwei Kraftstoffsorten Benzin und
Ethanol sein, die etwa in einem „Flexible Fuel Vehicle"
eingesetzt werden können. Ein „Flexible Fuel Vehicle"
ist ein Fahrzeug, das sowohl mit reinem Benzin, als auch mit verschiedenen ähnlichen
Kraftstoffen, wie beispielsweise Ethanol-, Bioethanol- oder Methanol-Benzin-Gemischen, betrieben
werden kann. Die mit dem Sensor 12 bestimmte Dielektrizitätszahl
des Kraftstoffs ist ein Maß für das Mischungsverhältnis
verschiedener Kraftstoffsorten des Kraftstoffs.
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Da
mit dem Sensor 12 sowohl die Dielektrizitätszahl
des durch die Wasserabscheidevorrichtung 10 geförderten
Kraftstoffs als auch die Größe ermittelt werden,
die repräsentativ ist für den Wassergehalt des
Kraftstoffs, so ist dies besonders vorteilhaft, da so der Einsatz
eines einzigen Sensors sowohl zur Bestimmung des Ethanolanteils
als auch zur Ermittlung des Wassergehalts des Kraftstoffgemischs
in einem „Flexible Fuel Vehicle" möglich ist.
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Stromabwärts
des Sensors 12 und stromaufwärts des Kraftstoffspeichers 6 und
der Injektoren 8 ist in einer von der Kraftstoffleitung 24 abzweigenden Leitung 26 das
Ventil 14 angeordnet. Stromabwärts des Ventils 14 ist
der Fluidauslass 16 angeordnet. In der Kraftstoffleitung 24 ist
stromabwärts des Sensors 12 und stromaufwärts
des Kraftstoffspeichers 6 ein weiteres Ventil 18 angeordnet,
mittels dem ein Kraftstofffluss zu dem Kraftstoffspeicher 6 freigegeben oder
verhindert werden kann.
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Der
Sensor 12 und das Ventil 14 sind über die
Steuereinheit 30 derart miteinander gekoppelt, dass das
Ventil 14 abhängig von dem Wassergehalt des Kraftstoffs
einen Kraftstofffluss zu dem Fluidauslass 16 freigeben
oder verhindern kann.
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In
alternativen Ausführungsformen können das Ventil 14 und
das weitere Ventil 18 zu einem Dreiwegeventil zusammengefasst
sein, das die Funktionen des Ventils 14 und des weiteren
Ventils 18 übernimmt.
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Des
Weiteren kann das Ventil 14 auch in bekannter Weise in
einen Kraftstofffilter integriert sein, um so die Funktion der Wasserabscheidung
für die Kraftstoffanlage 2 der Brennkraftmaschine 4 wahrzunehmen.
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Im
Folgenden soll die Funktionsweise der Kraftstoffanlage 2 der
Brennkraftmaschine 4 im Detail beschrieben werden: Kraftstoff,
insbesondere ein Kraftstoffgemisch aus mindestens zwei unterschiedlichen
Kraftstoffsorten, wie zum Beispiel Benzin und Ethanol oder Bioethanol,
wird von der Pumpe 22 aus dem Kraftstofftank 20 gefördert
und dem Sensor 12 zugeführt. Mittels des Sensors 12 wird
die Dielektrizitätszahl des Kraftstoffs aus mindestens
zwei unterschiedlichen Kraft stoffsorten bestimmt, indem zunächst
in einem ersten Schritt die Leitfähigkeit und in einem
zweiten Schritt mit Hilfe der Leitfähigkeit die Kapazität
des Kraftstoffs bestimmt wird. Aus der Kapazität des Kraftstoffs
wird in bekannter Weise die Dielektrizitätszahl des Kraftstoffs
ermittelt. Die Dielektrizitätszahl ist ein Maß für
das Mischungsverhältnis der beiden unterschiedlichen Kraftstoffsorten.
Die Leitfähigkeit wiederum kann darüber hinaus
zur Bestimmung des Wassergehalts des Kraftstoffs aus den mindestens
zwei unterschiedlichen Kraftstoffsorten verwendet werden.
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Der
Sensor 12 ist über die Steuereinheit 30 derart
mit dem Ventil 14 gekoppelt, dass je nach Wassergehalt
des Kraftstoffs das Ventil 14 einen Kraftstofffluss zu
dem Fluidauslass 16 freigeben oder verhindern kann.
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Insbesondere
kann das Ventil 14 oberhalb eines vorgebbaren oberen Wassergehalts
W_MAX_1 des Kraftstoffs den Kraftstofffluss zu dem Fluidauslass 16 freigeben.
Vorzugsweise wird zugleich ein Kraftstofffluss durch das weitere
Ventil 18 zu der Brennkraftmaschine 4 verhindert.
Damit kann erreicht werden, dass Kraftstoff mit einem hohen Wassergehalt über
den Fluidauslass 16 aus der Kraftstoffanlage 2 abgegeben
werden kann, ohne dass das in dem Kraftstoff enthaltene Wasser zu
der Brennkraftmaschine 4 gelangen kann. Damit kann eine
Schädigung der Brennkraftmaschine 4 durch Wasser
verhindert werden.
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Liegt
der Wassergehalt des Kraftstoffs unterhalb eines vorgebbaren unteren
Wassergehalts W_MAX_2, so wird ein Kraftstofffluss durch das Ventil 14 zu
dem Fluidauslass 16 verhindert. Zugleich kann der Kraftstoff über
das weitere Ventil 18 durch die Kraftstoffleitung 24 zu
dem Kraftstoffspeicher 6 gefördert werden. Vom
Kraftstoffspeicher 6 wird der Kraftstoff den Injektoren 8 zugeführt,
und von diesen in die Brennräume der Brennkraftmaschine
eingespritzt.
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Durch
die Kombination eines Sensors zur Bestimmung der Dielektrizitätszahl
eines Kraftstoffs aus mindestens zwei unterschiedlichen Kraftstoffsorten
und eines Sensors zum Ermitteln des Wassergehalts des Kraftstoffs
in dem einzigen Sensor 12 ist ein einfacher Aufbau der
Kraftstoffanlage 2 der Brennkraftmaschine 4 möglich.
Außerdem entstehen nur geringe Kosten für den
einen Sensor 12.
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Ein
Programm zur Steuerung der Wasserabscheidevorrichtung 10 für
die Kraftstoffanlage 2 der Brennkraftmaschine 4 ist
vorzugsweise auf einem Speichermedium der Steuereinheit 30 der
Wasserabscheidevorrichtung 10 des Fahrzeugs gespeichert. Das
Programm dient dazu, zu ermitteln, ob der Kraftstofffluss zu dem
Fluidauslass 16 freigegeben oder verhindert werden soll.
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Das
Programm wird vorzugsweise in einem Schritt S10 gestartet, in dem
gegebenenfalls Variablen initialisiert werden. Dies geschieht vorzugsweise bei
Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine 4.
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In
einem Schritt S11 wird ein Istwert W_ACT des Wassergehalts des Kraftstoffs
ermittelt. Der Istwert W_ACT des Wassergehalts des Kraftstoffs wird vorzugsweise
durch den Sensor 12 ermittelt.
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In
einem Schritt S12 wird überprüft, ob der Istwert
W_ACT des Wassergehalts des Kraftstoffs größer
als der vorgegebene obere Wassergehalt W_MAX_1 ist. Ist die Bedingung
des Schritts S12 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung
in dem Schritt S13 fortgesetzt. Ist die Bedingung des Schritts S12 erfüllt,
so wird die Bearbeitung in einem Schritt S14 fortgesetzt.
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In
einem Schritt S13 wird überprüft, ob der Istwert
W_ACT des Wassergehalts des Kraftstoffs kleiner als der vorgegebene
untere Wassergehalt W_MAX_2 ist. Ist die Bedingung des Schritts
S13 nicht erfüllt, so wird die Bearbeitung in dem Schritt S11 fortgesetzt.
Ist die Bedingung des Schritts S13 erfüllt, so wird die
Bearbeitung in einem Schritt S15 fortgesetzt werden.
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In
dem Schritt S14 wird der Kraftstofffluss zu dem Fluidauslass 16 mittels
des Ventils 14 freigegeben. Die Bearbeitung des Programms
wird anschließend in dem Schritt S11 fortgesetzt.
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In
dem Schritt S15 wird der Kraftstofffluss zu dem Fluidauslass 16 mittels
des Ventils 14 verhindert. Die Bearbeitung des Programms
wird anschließend in dem Schritt S11 fortgesetzt.
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Vorzugsweise
wird das Programm während des Betriebes des Fahrzeugs regelmäßig
abgearbeitet und die Bearbeitung des Programms nach Ausführung
des Schritts S14 bzw. S15 jeweils in dem Schritt S11 fortgesetzt.
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- 2
- Kraftstoffanlage
- 4
- Brennkraftmaschine
- 6
- Kraftstoffspeicher
- 8
- Injektor
- 10
- Wasserabscheidevorrichtung
- 12
- Sensor
- 14
- Ventil
- 16
- Fluidauslass
- 18
- weiteres
Ventil
- 20
- Kraftstofftank
- 22
- Pumpe
- 24
- Kraftstoffleitung
- 26
- abzweigende
Leitung
- 30
- Steuereinheit
- W_ACT
- Istwert
des Wassergehalts des Kraftstoffgemischs
- W_MAX_1
- vorgebbarer
oberer Wassergehalt des Kraftstoffgemischs
- W_MAX_2
- vorgebbarer
unterer Wassergehalt des Kraftstoffgemischs
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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