DE102007053082A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstofftemperatur in einem Common-Rail-Einspritzsystem - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstofftemperatur in einem Common-Rail-Einspritzsystem Download PDF

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Abstract

Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zur Ermittlung einer ersten Kraftstofftemperatur in einem Hochdruckbereich eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems. In einem ersten Schritt wird eine zweite Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems ermittelt. In einem nachfolgenden Schritt wird die erste Kraftstofftemperatur ausgehend von der zweiten Kraftstofftemperatur mittels einer nichtstationären Energiebilanz berechnet. Unter einem weiteren Gesichtspunkt schafft die Erfindung eine Vorrichtung zur Ermittlung einer ersten Kraftstofftemperatur in einem Hochdruckbereich eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems. Die Vorrichtung umfasst eine Messschnittstelle zum Messen einer zweiten Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems sowie eine Recheneinheit zum Berechnen der ersten Kraftstofftemperatur aufgrund der zweiten Kraftstofftemperatur mittels einer nichtstationären Energiebilanz.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstofftemperatur in einem Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystem.
  • Bei Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystemen für Verbrennungsmotoren komprimiert eine Hochdruckpumpe den Kraftstoff auf ein hohes Druckniveau. Der komprimierte Kraftstoff füllt ein Rohrleitungssystem, das so genannte Rail, das bei Motorbetrieb ständig unter Druck steht. Aufgrund der Kompression durch die Hochdruckpumpe liegt die Kraftstofftemperatur im Hochdruckbereich höher als im vor der Hochdruckpumpe liegenden Niederdruckbereich, der u. a. den Kraftstofftank und Zulaufleitungen umfasst.
  • Die Kraftstofftemperatur im Hochdruckbereich des Common-Rail-Systems hat einen wesentlichen Einfluss auf den Betrieb des Systems. Die Stoffeigenschaften typischer Kraftstoffe wie z. B. Viskosität, Elastizität, Schallgeschwindigkeit und Dichte des Kraftstoffs ändern sich mit der Temperatur. Dies hat Einfluss auf die bei gegebener Öffnungsdauer der Injektoren eingespritzte Kraftstoffmenge wie auch auf die Ausbreitung von Druckwellen im System. Einige Komponenten des Systems müssen vor Überhitzung geschützt werden, wie z. B. Magnetspulen in einer Krafstoffzumesseinheit oder einem Druckregelventil, sowie Rücklaufleitungen zum Kraftstofftank und der Tank selbst. Der Spulenwiderstand der genannten Magnetspulen und damit das Verhalten von Krafstoffzumesseinheit bzw. Druckregelventil ist temperaturabhängig. Zur Kompensation temperaturabhängiger Effekte und zum Schutz des Common-Rail-Systems vor Überhitzung ist es daher wünschenswert, die Kraftstofftemperatur im Hochdruckbereich genau zu überwachen.
  • Bei typischen Common-Rail-Systemen ist im Kraftstoffkreislauf nur ein einzelner Temperatursensor vorhanden, der im Niederdruckbereich verbaut ist. Die Temperaturen im Hochdruckbereich können jedoch erheblich von der im Niederdruckbereich gemessenen Temperatur abweichen. Ein Einbau von zusätzlichen Temperatursensoren scheidet zum einen aus Kostengründen und zum anderen aufgrund schlechter Zugänglichkeit (z. B. im Injektor) aus.
  • Die DE 199 46 910 A1 offenbart ein Verfahren zur Ermittlung der Kraftstofftemperatur in einem Common-Rail-System mit sauggedrosselter Hochdruckpumpe und einer Zumesseinheit, die der Hochdruckpumpe über einen von der Zumesseinheit elektromagnetisch betätigten Stellkolben über eine Variation des Strömungsquerschnitts Kraftstoff zumisst. Dabei wird die Kraftstofftemperatur niederdruckseitig am Zulauf der Zumesseinheit und hochdruckseitig am Ausgang der Hochdruckpumpe über eine stationäre Energiebilanzgleichung mit den beteiligten Wärmeströmen ermittelt.
  • Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht daher darin, eine Kraftstofftemperatur in einem Hochdruckbereich eines allgemeinen Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit und bei geringem Kostenaufwand zu bestimmen.
  • Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Ermittlung einer Kraftstofftemperatur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Ferner angegeben wird eine Vorrichtung zur Ermittlung einer Kraftstofftemperatur mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10.
  • Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
  • Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine zweite Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich des Kraftstoffeinspritzsystems zu ermitteln, z. B. durch einen Temperatursensor, der die Kraftstofftemperatur in den unter niedrigem Druck stehenden Kraftstoffzuleitungen oder dem Kraftstofftank misst. Die erste, zu bestimmende, Kraftstofftemperatur im Hochdruckbereich wird sodann ausgehend von der ersten Kraftstofftemperatur über eine nichtstationäre Energiebilanz bestimmt.
  • Dadurch, dass die zweite Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich des Systems bestimmt wird, kann mit relativ geringen Kosten ein Temperatursensor vorgesehen werden. Der Niederdruckbereich, der u. a. Niederdruck-Kraftstoffzuleitungen und den Kraftstofftank umfasst, ist zur Installation des Temperatursensors einfach zugänglich und erfordert keine aufwändigen Abdichtungen. Die nichtstationäre Energiebilanz wiederum ermöglicht es, die zu bestimmende erste Kraftstofftemperatur zu jedem beliebigen Zeitpunkt präzise zu bestimmen, da die Berechnung sich nicht darauf beschränkt, einen stationären, sich nach theoretisch unendlich langer Zeit einstellenden Zustand zu modellieren. Vielmehr ermöglicht die nichtstationäre Energiebilanz, beliebige, zeitlich unveränderliche wie veränderliche Einflussgrößen zu berücksichtigen. Auf diese Weise kann die erste Kraftstofftemperatur im Hochdruckbereich z. B. nicht nur für einen Punkt am Ausgang der Hochdruckpumpe sondern für beliebige Punkte z. B. in Hochdruckleitungen, dem Rail oder in einem Injektor bestimmt werden, so dass Regel- oder Schutzfunktionen die jeweils präzise aktuelle Temperatur an dem benötigten Punkt bereitgestellt werden kann. Die Flexibilität und beliebige Erweiterbarkeit der nichtstationären Energiebilanz ermöglicht die Anwendung in beliebig konstruierten Common-Rail-Systemen, ohne Einschränkung auf bestimmte Bauformen wie z. B. sauggedrosselte Systeme.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst das Berechnen eine numerische Integration eines Systems gekoppelter Differenzialgleichungen. Dies ermöglicht es, bei geeigneter Wahl eines numerischen Integrationsintervalls einen zeitlichen Verlauf der zu bestimmenden ersten Kraftstofftemperatur zu ermitteln. Da mehrere Gleichungen des Gleichungssystems gleichzeitig integriert werden, wird zudem ermöglicht, mehrere Temperaturen an mehreren Punkten in ihrem zeitlichen Verlauf zu berechnen. Vorzugsweise erfolgt die Berechnung in Echtzeit, so dass z. B. Schutz-, Warn- oder Kompensationsfunktionen sich jederzeit auf die aktuell berechneten Temperaturen stützen können.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Ermittelns einer Kühlwassertemperatur, einer Umgebungslufttemperatur, einer Fahrgeschwindigkeit, einer Motordrehzahl, eines Einspritzdrucks und/oder einer Einspritzmenge vorgesehen. Der Schritt des Berechnens der ersten Kraftstofftemperatur erfolgt dabei nicht nur ausgehend von der zweiten Kraftstofftemperatur, sondern ebenso ausgehend von der Kühlwassertemperatur, von der Umgebungslufttemperatur, von der Fahrgeschwindigkeit, von der Motordrehzahl, von dem Einspritzdruck, von der Einspritzmenge oder von einer Kombination einer beliebigen Teilmenge der genannten Parameter. Dies ist besonders vorteilhaft, da die genannten Parameter typischerweise an Bord eines Kraftfahrzeugs bereitstehen, so dass keine zusätzlichen Sensoren installiert zu werden brauchen. Durch die Berücksichtigung des Einflusses der genannten Parameter kann die zu ermittelnde Kraftstofftemperatur mit größerer Genauigkeit ermittelt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist weiterhin ein Schritt des Ermittelns einer in einer Zumesseinheit und/oder in einem Druckregelventil des Kraftstoffeinspritzsystems dissipierten elektrischen Leistung vorgesehen. Dabei erfolgt das Berechnen der ersten Kraftstofftemperatur weiterhin ausgehend von der in der Zumesseinheit bzw. der im Druckregelventil dissipierten elektrischen Leistung. Da die Erwärmung des Kraftstoffs durch die elektrische Verlustleistung in der Zumesseinheit bzw. im Druckregelventil berücksichtigt wird, erhöht sich die Genauigkeit der Berechnung.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird mittels der nichtstationären Energiebilanz weiterhin mindestens eine Kraftstoffrücklauftemperatur in mindestens einem jeweiligen Kraftstoffrücklaufbereich eines Injektors, eines Druckregelventils und/oder einer Hochdruckpumpe berechnet. Dies ermöglicht z. B. die Temperatur des durch die Rücklaufleitungen in den Tank zurückfließenden Kraftstoffs zu bestimmen, so dass die Leitungen und der Tank vor Überhitzung geschützt werden können. Ferner kann ausgehend von diesen Temperaturen der Einfluss auf weitere Temperaturen durch Mischung, Wärmeleitung, Wärmestrahlung usw. berechnet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung wird mittels der nichtstationären Energiebilanz weiterhin mindestens eine Bauteiltemperatur einer Hochdruckpumpe, eines Rails, einer Kraftstoffleitung, eines Injektors und/oder eines Druckregelventils berechnet. Auf diese Weise können z. B. die genannten Bauteile vor Überhitzung geschützt werden. Ferner kann ausgehend von diesen Temperaturen der Einfluss auf weitere Temperaturen durch Wärmeleitung, Wärmestrahlung usw. berechnet werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind in der nichtstationären Energiebilanz mindestens eine Kraftstofftemperaturänderung durch eine isentrope Kompression und/oder durch eine isenthalpe Entspannung des Kraftstoffs berücksichtigt. Dies ermöglicht es, die Temperaturänderung des Kraftstoffs beim Durchgang durch eine Hochdruckpumpe oder ein Druckregelventil zu berechnen.
  • Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung sind in der nichtstationären Energiebilanz mindestens eines von Konvektion durch Kraftstoffmassenströme, Konvektion durch Luftströmung, Wärmeleitung und Strahlungswärmeaustausch berücksichtigt. Die Berücksichtigung eines jeden dieser Einflüsse ermöglicht es, die Genauigkeit der Berechnung zu erhöhen.
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsformen und beigefügter Figuren erläutert. In den Figuren zeigen:
  • 1 ein schematisches Diagramm eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems, mit einer Vorrichtung zur Bestimmung einer Kraftstofftemperatur gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und
  • 2 einen Längsschnitt eines Kraftstoffinjektors, mit Bezug auf welchen ein Verfahren gemäß einer Ausführungsform angewandt wird.
  • In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
  • 1 zeigt als schematisches Diagramm ein Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems 100 für einen Verbrennungsmotor 116, z. B. einen Dieselmotor. In einem teilweise angeschnitten gezeigten, mit Kühlwasser 114 gekühlten Zylinder 124 des Verbrennungsmotors 116 ist ein Kolben 126 beweglich angeordnet. Ein Injektor 109 zum Einspritzen von Kraftstoff in den Zylinder 124 ist am Zylinder 124 montiert.
  • Das Kraftstoffeinspritzsystem umfasst einen Kraftstofftank 101, der in nahezu gefülltem Zustand gezeigt ist. Angeordnet innerhalb des Kraftstofftanks 101 ist eine Vorförderpumpe 103, die durch ein Vorfilter 102 Kraftstoff aus dem Tank 101 ansaugt und mit niedrigem Druck von 1 bar bis maximal 10 bar durch eine Kraftstoffleitung 105 bis zu einem Kraftstofffilter 104 befördert. Von dem Kraftstofffilter 104 führt eine weitere Niederdruckleitung 105' zu einer Hochdruckpumpe 106, die den zugeführten Kraftstoff bis auf einen hohen Druck komprimiert, der je nach System typischerweise zwischen 100 bar und 2000 bar liegt. Die Hochdruckpumpe 106 speist den komprimierten Kraftstoff in eine Hochdruckleitung 107 und ein mit dieser verbundenes Rail 108 ein. Vom Rail 108 führt eine weitere Hochdruckleitung 107' zum Injektor 109.
  • Ein System von Rücklaufleitungen 110 ermöglicht den Rückfluss überschüssigen Kraftstoffs aus dem Kraftstofffilter 104, der Hochdruckpumpe 106, dem Injektor 109 und dem Rail 108 in den Kraftstofftank 101. Dabei ist zwischen das Rail 108 und die Rückflussleitung 110 ein Druckregelventil 112 geschaltet, das durch Verändern der vom Rail 108 in die Rückflussleitung 110 abfließenden Kraftstoffmenge den im Rail 108 herrschenden hohen Druck auf einem konstanten Wert einregelt.
  • Das gesamte Common-Rail-Einspritzsystem 100 wird durch ein Steuergerät 111 gesteuert, das über elektrische Leitungen 128 mit der Vorförderpumpe 103, der Hochdruckpumpe 106, dem Injektor 109, einem Drucksensor 134 am Rail 108, dem Druckregelventil 112 sowie Temperatursensoren 132, 122 am Verbrennungsmotor 116 und an der Kraftstoffzulaufleitung 105 verbunden ist. Das Steuergerät 111 verfügt über eine Messschnittstelle 118 zum Messen der Kraftstofftemperatur im Zulaufbereich des Kraftstoffeinspritzsystems 100 mittels des Sensors 122, sowie über eine Recheneinheit 120 zum Berechnen weiterer Temperaturen in weiteren Teilen des Kraftstoffeinspritzsystems 100, einschließlich von Kraftstofftemperaturen innerhalb des Hochdruckbereichs 106, 107, 108, 109, 112. Das Steuergerät steht über ein Bussystem 136 mit weiteren, nicht gezeigten Steuergeräten in Verbindung, mittels derer es auf weitere Daten wie die Umgebungstemperatur, die Fahrgeschwindigkeit oder die Motordrehzahl zurückgreifen kann.
  • Die Temperaturberechnung im Steuergerät erfolgt mittels einer nichtstationären Energiebilanz, der ein Modell des thermischen Verhaltens des Common-Rail-Einspritzsystems 100 zugrunde liegt. Das Modell berücksichtigt die durch den Antrieb der Hochdruckpumpe 106 in das System 100 eingetragene Energie ebenso wie die durch den eingespritzten Kraftstoff und Wärmeaustausch mit dem Zylinderkopf 124 und der Umgebung abgegebene Energie. Das Modell bildet diese Vorgänge durch einfache Gleichungen ab, die als System gekoppelter Differenzialgleichungen zusammengefasst vom Steuergerät 111 in Echtzeit numerisch berechenbar sind. Das Modell kommt vollständig ohne Kennfelder aus und kann für einen gegebenen Fahrzeugtyp mit Hilfe von ca. 40 Parametern an Messdaten angepasst werden, um es für diesen Fahrzeugtyp zu optimieren.
  • Bei Stillstand des Fahrzeugs ist die Lufttemperatur im Motorraum durch die Temperatur des Motorblocks 116 bestimmt, von dem warme Luft aufsteigt. Während der Fahrt dominiert die den Motorraum durchströmende Umgebungsluft. Daher wird die Motorraum-Lufttemperatur als gewichteter Mittelwert der Umgebungslufttemperatur und Temperatur des Kühlwassers 114 berechnet:
    Figure 00060001
  • Der Gewichtungsfaktor enthält dabei eine effektive Luftgeschwindigkeit, die sich aus der Fahrzeuggeschwindigkeit und der Lüftergeschwindigkeit zusammensetzt. Analog zur Motorraum-Lufttemperatur wird ferner die Temperatur an der Oberfläche des Zylinderkopfs 124 berechnet, wobei die Konstanten C1, C2 und C3 zur Anpassung an entsprechende Messergebnisse anders gewählt werden.
  • Für den Strahlungswärmeaustausch zwischen den Komponenten des Hochdruckkreislaufs 106, 107, 108, 109, 112 und dem Motorraum gilt Q . = εAσ(T4 – T4Motor ), wobei Q . den übertragenen Wärmestrom, ε den Emissionsgrad, A die Austauschfläche, σ die Stefan-Boltzmann-Konstante und T die Temperatur der jeweiligen Komponente bezeichnen. Durch Linearisierung des Strahlungsterms folgt z. B. für eine Railtemperatur von 50°C: Q . ≈ 4εAσT3Rail (TRail – TMotor) = αStrA(TRail – TMotor),
    Figure 00060002
    als Wärmeübergangskoeffizient αStr des durch Strahlung übertragenen Wärmestroms. Der konvektive Wärmeübergang im Motorraum hängt von der Geometrie im Motorraum und der aktuellen Fahrgeschwindigkeit ab. Der zugehörige Wärmeübergangskoeffizient αKonv kann jedoch in guter Näherung als konstant angesehen werden. Damit ergibt sich für die konvektiv und durch Strahlung übertragenen Wärmeströme für alle Komponenten der Ansatz Q . = αStrA(T – TZylKopf) + αKonvA(T – TAir). Im vom Steuergerät 111 auszuführenden Rechenprogramm sind die Wärmeübergangskoeffizienten αStr und αKonv jeweils zweckmäßig mit der Austauschfläche A zu einer Konstanten zusammengefasst.
  • Zur Berechnung der Massenströme in den Leitungen 105, 105', 107, 110 des Einspritzsystems 100 werden die einzelnen Massen- bzw. Volumenströme bilanziert. Für die Berechnung der Energiebilanzen ist das Produkt aus Massenstrom m . und Wärmekapazität cp ausschlaggebend. Daher sind diese Größen im Programm des Steuergeräts 111 zusammengefasst.
  • Die Verdichtung des Kraftstoffs in der Hochdruckpumpe 106 auf die Temperatur Tisentrop kann als nahezu isentrop angesehen werden. Der mit der Verdichtung einhergehende Temperaturanstieg lässt sich mit Hilfe einer Zustandsgleichung für Kraftstoffe beschreiben, die zur vereinfachten Berechnung durch Polynomansätze angenähert wird. Der so erwärmte Kraftstoff tauscht Wärme sowohl mit der Pumpe 106 als auch mit der Leitung 107 aus. Die Leitung 107 tauscht Wärme mit dem Zylinderkopf 124 und der Luft aus, so dass die zeitliche Ableitung der Temperatur TLeitung der Leitung 107 und der Temperatur TKraftstoff,Rail des Kraftstoffs am Eintritt in das Rail 108 berechnet werden können:
    Figure 00070001
  • Das Rail 108 tauscht Wärme mit der Luft und dem Zylinderkopf 124 aus und wird zusätzlich vom Körper des Druckregelventils 112 durch Kontaktwärmeleitung beheizt, die sich mit einer Konstante kKont beschreiben lässt:
    Figure 00070002
  • Zur Berechnung der Kraftstofftemperatur TKraftstoff,Ventil hinter dem Druckregelventil 112 wird angenommen, dass der Kraftstoff mit der Temperatur TKraftstoff,Rail in das Ventil 112 eintritt und dann isenthalp auf die Temperatur Tisenthalp entspannt wird. Nach der Entspannung tauscht der Kraftstoff Wärme mit dem Ventilkörper 112 aus, der die Temperatur TVentil aufweist. Dabei wird der Kraftstoff innerhalb des Ventils 112 als ideal durchmischt angenommen und hat an dessen Austritt die Temperatur TKraftstoff,Ventil.
    Figure 00070003
  • Der Ventilkörper 112 tauscht – zusätzlich zum Wärmeaustausch mit dem Kraftstoff – Wärme mit dem Rail 108, der Umgebungsluft und dem Motorraum aus und wird durch die eingebrachte elektrische Leistung Pel = RI2 geheizt. Damit lautet die Bilanz für den Ventilkörper 112, wobei der Wärmeaustausch des Ventils mit dem Kraftstoff pro Zeitintervall mit Q/Δt bezeichnet ist:
    Figure 00070004
  • Je nach Bauart des Injektors 109 kommt es weiterhin zu einem Wärmeaustausch im Injektor zwischen dem zufließenden Kraftstoffstrom und dem Rücklauf. 2 zeigt einen derartigen Kraftstoffinjektor 109 im Längsschnitt. Über einen Kraftstoffzufluss 208 fließt im Betrieb unter hohem Druck stehender Kraftstoff der Temperatur Tin aus dem Rail 108 in den Injektor 109. Der Kraftstoff wird längs der Bahn 200 in Richtung der Spitze 210 des Injektors 109 geleitet. Dabei erwärmt er sich durch kontinuierliche Wärmeaufnahme aus dem Injektor 109.
  • Im Bereich eines – bei einigen Bauarten – im unteren Bereich 210 des Injektors 109 vorgesehenen Ventils, das die Einspritzung steuert, wird im Betrieb nicht eingespritzter Kraftstoff isenthalp auf einen niedrigen Druck entspannt, dabei erwärmt und anschließend durch einen parallel zum Kraftstoffzulauf 200 verlaufenden Rücklaufkanal 206 aus dem Injektor 109 geleitet. Der rückfließende Kraftstoffstrom 206 gibt dabei Wärmeenergie an den Injektor 109 ab, den er am Rücklaufaustritt 212 mit einer Temperatur TInj,aus verlässt. Aus der Wärmeaufnahme des Kraftstoffzulaufs 200 und der Wärmeabgabe des Kraftstoffrücklaufs 206 resultiert ein Wärmeübertrag 202 vom Rücklauf 206 in den Zulauf 200. Damit kann der Injektor 109 als instationär betriebener Gegenstromwärmetauscher aufgefasst werden, der zusätzlich Wärme mit dem Motorblock austauscht, und mit einschlägigen Gleichungen bilanziert werden. Zur Vereinfachung ist dabei angenommen, dass die Wärmeübergangskoeffizienten proportional zu den auftretenden Massenströmen sind.
  • Zur Berechnung der Rücklauftemperaturen hinter der Hochdruckpumpe 106 und hinter dem Injektor 109 werden die Temperaturen in der Pumpe 106 Tisentrop bzw. am Injektoraustritt 212 TInj,aus zugrunde gelegt. In den Leitungen tauscht der Kraftstoff indirekt Wärme mit der Luft und dem Motorblock aus. Dieser Wärmeübergang wird mit dem oben erwähnten allgemeinen Ansatz beschrieben, so dass sich instationäre Bilanzen für beide Leitungen ergeben.
  • Die vorstehend entwickelten nichtstationären Energiebilanzgleichungen werden in einem System gekoppelter Differenzialgleichungen zusammengefasst, in dem vorzugsweise jeweils wie beschrieben Konstanten durch Messungen an einen gegebenen Fahrzeugtyp angepasst sind. Das Differenzialgleichungssystem lässt sich darstellen als
    Figure 00080001
    T' = J·T + G,wobei die Matrizen J und G von den Eingangsgrößen in das Modell und den Modellparametern abhängen. J ist die Jakobi-Matrix des Systems. Das Gleichungssystem wird im Steuergerät 111 implementiert und im Betrieb von diesem durch ein geeignetes Verfahren in Echtzeit numerisch integriert. Die Lösung beispielsweise mit einem expliziten Euler-Verfahren liefert für die Temperatur zum Zeitschritt i + 1: i+1T = iT + Δt·(J·iT + G), i+1T = [I + ΔtJ]·iT + Δt·G.
  • Ein implizites und inhärent stabiles Verfahren ist durch i+1T = iT + Δt·(J·i+1T + G), i+1T = [I – ΔtJ]–1·iT + Δt·G.gegeben, wobei die Matrixinvertierung aus Rechenzeitgründen analytisch erfolgt. Um die numerische Stabilität des expliziten Integrationsverfahrens zu gewährleisten, wird eine maximal zulässige Zeitschrittweite bestimmt, die z. B. 100 ms betragen kann.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - DE 19946910 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Verfahren zur Ermittlung einer ersten Kraftstofftemperatur in einem Hochdruckbereich (107, 108) eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems (100), mit den Schritten: – Ermitteln einer zweiten Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich (101105) des Kraftstoffeinspritzsystems (100); und – Berechnen der ersten Kraftstofftemperatur ausgehend von der zweiten Kraftstofftemperatur mittels einer nichtstationären Energiebilanz.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Berechnen eine numerische Integration eines Systems gekoppelter Differenzialgleichungen, insbesondere in Echtzeit, umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Schritt des Ermittelns einer Kühlwassertemperatur (114), einer Umgebungslufttemperatur, einer Fahrgeschwindigkeit, einer Motordrehzahl (116), eines Einspritzdrucks und/oder einer Einspritzmenge vorgesehen ist, wobei das Berechnen der ersten Kraftstofftemperatur weiterhin ausgehend von der Kühlwassertemperatur (114), der Umgebungslufttemperatur, der Fahrgeschwindigkeit, der Motordrehzahl (116), dem Einspritzdruck bzw. der Einspritzmenge erfolgt.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass weiterhin ein Schritt des Ermittelns einer in einer Zumesseinheit und/oder in einem Druckregelventil (112) des Kraftstoffeinspritzsystems (100) dissipierten elektrischen Leistung vorgesehen ist, wobei das Berechnen der ersten Kraftstofftemperatur weiterhin ausgehend von der in der Zumesseinheit bzw. der im Druckregelventil (112) dissipierten elektrischen Leistung erfolgt.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der nichtstationären Energiebilanz weiterhin mindestens eine Kraftstoffrücklauftemperatur in mindestens einem jeweiligen Kraftstoffrücklaufbereich (110) eines Injektors (109), eines Druckregelventils (112) und/oder einer Hochdruckpumpe (106) berechnet wird.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mittels der nichtstationären Energiebilanz weiterhin mindestens eine Bauteiltemperatur einer Hochdruckpumpe (106), eines Rails (108), einer Kraftstoffleitung (105, 110), eines Injektors (109) und/oder eines Druckregelventils (112) berechnet wird.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der nichtstationären Energiebilanz mindestens eine Kraftstofftemperaturänderung durch eine isentrope Kompression und/oder durch eine isenthalpe Entspannung des Kraftstoffs berücksichtigt sind.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der nichtstationären Energiebilanz mindestens eines von Konvektion durch Kraftstoffmassenströme, Konvektion durch Luftströmung, Wärmeleitung und Strahlungswärmeaustausch berücksichtigt sind.
  9. Computerprogrammprodukt mit Programmanweisungen, welche auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sind, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wenn die Programmanweisungen auf einem Computer oder auf einem Steuergerät ausgeführt werden.
  10. Vorrichtung (111) zur Ermittlung einer ersten Kraftstofftemperatur in einem Hochdruckbereich (107, 108) eines Common-Rail-Kraftstoffeinspritzsystems (100), mit: – einer Messschnittstelle (118) zum Messen einer zweiten Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich (101105) des Kraftstoffeinspritzsystems (100); und – einer Recheneinheit (120) zum Berechnen der ersten Kraftstofftemperatur aufgrund der zweiten Kraftstofftemperatur mittels einer nichtstationären Energiebilanz.
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