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Gebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft Verfahren und Systeme zur Steuerung
des Kraftstoffsystems eines Dieselmotors, insbesondere während
eines Starts und Motorbetriebs nach dem Start unter kalten Umgebungsbedingungen.
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Hintergrund und Kurzdarstellung
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Fahrzeugmotoren
können zum Betrieb unter Verwendung von Dieselkraftstoffen
konfiguriert sein. Bei geringen Umgebungstemperaturen, wie zum Beispiel
bei einem Motorkaltstart, kann jedoch Wachs aus dem Dieselkraftstoff
abgeschieden werden. Das abgeschiedene Wachs kann einen Kraftstofffilter
verstopfen und dabei auch die Fließfähigkeit des
Kraftstoffs reduzieren. Die Wachsmenge, die aus dem Kraftstoff abgeschieden
wird, hängt von den Kraftstoffeigenschaften und der Umgebungstemperatur ab,
bei der das Fahrzeug gestartet wird. Somit reduziert das abgeschiedene
Wachs im Kraftstoff den Druck des Niederdruckkraftstoffsystems und
die Leistung des Hochdruckkraftstoffsystems und kann, wenn das Ausmaß stark
genug ist, eine Beschädigung des Kraftstoffsystems verursachen.
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Es
können verschiedene Strategien verwendet werden, um die
Wachsabscheidung aus Dieselkraftstoffen zu verringern und zu entfernen.
Bei einem beispielhaften Lösungsansatz kann der Betriebsmodus
einer Versorgungspumpe, die Kraftstoff mit Druck beaufschlagt und
druckbeaufschlagten Kraftstoff der Kraftstoff-Verteilerleitung und
den Kraftstoffeinspritzventilen zuführt, als Reaktion auf
die Kraftstofftemperatur eingestellt werden. Somit kann die Versorgungspumpe
in einem energieintensiveren, druckgesteuerten Modus oder einem
energieeffizienteren, volumengesteuerten Modus betrieben werden.
Bei dem oben genannten beispielhaften Lösungsansatz kann
die Pumpe im druckgesteuerten Modus betrieben werden, bis die Kraftstofftemperatur eine
Schwelltemperatur erreicht, um das Wachs im Kraftstoff zu entfernen.
Bei einem anderen beispielhaften Lösungsansatz können Kraftstoffvorwärmer verwendet
werden, um den Kraftstoff zu erwärmen und das Problem des
Wachsaufbaus zu beheben.
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In
der
EP 1 319 821 A2 wird
von Osaki noch ein weiterer beispielhafter Lösungsansatz
dargestellt. In der
EP
1 319 821 A2 ist ein Motorkraftstoffsystem mit einem Kraftstoffrezirkulationskanal
zum Rezirkulieren von von der Versorgungspumpe abgegebenem, erwärmtem
Kraftstoff durch einen Kraftstofffilter konfiguriert. Insbesondere
bei Motorkaltstarts, wenn die Temperatur des in die Versorgungspumpe
gesaugten Kraftstoffs geringer als eine Schwelltemperatur ist, wird
die durch den Rezirkulationskanal fließende Kraftstoffmenge
erhöht, während die zu dem Kraftstofftank zurückgeführte
Kraftstoffmenge verringert werden kann.
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Die
Erfinder haben jedoch mehrere potentielle Probleme bei solchen Lösungsansätzen
erkannt. Als Beispiel kann ein Kompromiss zwischen erhöhter Kraftstoffökonomie
und Gewährleistung ausreichender Wachsentfernung vorliegen.
Insbesondere beim Einstellen des Betriebsmodus der Versorgungspumpe
als Reaktion auf Kraftstofftemperatur, wenn die Temperatur niedrig
eingestellt ist (zum Beispiel, um die Kraftstoffökonomie
zu verbessern), kann es unter einigen Bedingungen zu ungenügender
Wachsentfernung kommen. Als Alternative dazu, wenn die Temperatur
höher eingestellt ist (um ausreichende Wachsentfernung
zu gewährleisten), kann dies unter bestimmten Bedingungen
die hohe Arbeitslast der Pumpe mehr als nötig verlängern,
wodurch die Kraftstoffökonomie nachteilig beeinflusst wird.
Zum Beispiel kann ein Kraftstoffsystem selbst bei niedrigen Temperaturen
im druckgesteuerten Modus betrieben werden, obgleich Wachs entfernt
worden ist. Somit kann eine fortdauernde hohe Arbeitsbelastung der Pumpe
unnötig sein. Des Weiteren können Schwankungen
der Kraftstoffqualität und -eigenschaften stark beeinflussen,
wie viel und bei welchen Temperaturen Wachs gebildet oder entfernt
wird.
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Somit
können in einem Beispiel einige der obigen Probleme durch
ein Verfahren zum Betrieb eines Kraftstoffsystems in einem Motor
behoben werden, wobei das Kraftstoffsystem eine Versorgungspumpe
zur Druckbeaufschlagung von von einer Niederdruckförderpumpe
erhaltenem Kraftstoff, einen Kraftstofftank, einen Kraftstofffilter
zum Filtern von Kraftstoff, eine Kraftstoff-Verteilerleitung und
ein Kraftstoffeinspritzventil enthält. Ein beispielhaftes Verfahren
umfasst während eines Motorkaltstarts Betrieb der Versorgungspumpe
und Einstellung des Betriebsmodus zwischen mindestens einem druckgesteuerten
Modus und einem volumengesteuerten Modus auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur
und eines Kraftstoffdrucks.
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In
einem Beispiel kann der Betrieb der Versorgungspumpe in einem Fahrzeugkraftstoffsystem als
Reaktion sowohl auf eine Temperatur als auch auf einen Druck des
Kraftstoffs eingestellt werden. Hier kann die Versorgungspumpe zu
Beginn eines Motorkaltstarts und während des Motorbetriebs
unter kalten Umgebungsbedingungen für eine Zeitdauer in dem
energieintensiveren, druckgesteuerten Modus betrieben werden, um
die Kraftstofftemperatur schnell auf eine erste Schwelltemperatur
und einen ersten Schwelldruck zu erhöhen. Nach Erreichen
der Schwelltemperatur und des Schwelldrucks kann der Versorgungspumpenbetrieb
auf den energieeffizienteren, volumengesteuerten Modus geschaltet
werden. Durch Betrieb der Versorgungspumpe als Reaktion sowohl auf
eine Temperatur als auch auf einen Druck des Kraftstoffs können
erhebliche Kraftstoffökonomievorteile erreicht werden.
Zum Beispiel kann die Kombination einer höhere Druckschwelle
und einer niedrigeren Temperaturschwelle dazu ausreichen, eine verbesserte
Wachsentfernung und eine vergrößerte Fließfähigkeit
des Kraftstoffs zu ermöglichen. In einigen Beispielen kann
die Kombination aus hohem Druck und niedriger Temperatur einen kürzeren
Pumpenbetrieb mit sich bringen, wodurch der Kraftstoffverbrauch
des Fahrzeugs verringert wird.
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Weitere
Verbesserungen der Kraftstofffließfähigkeit und
der Wachsentfernung können durch Rezirkulieren mindestens
eines Teils des durch die Versorgungspumpe druckbeaufschlagten und
erwärmten Kraftstoffs in den Einlass eines oder mehrerer
Systemkraftstofffilter entlang jeweiligen Rezirkulationskanälen
erreicht werden. Fluss durch die Rezirkulationskanäle kann
durch ein jeweiliges oder mehrere jeweilige Wärmerezirkulationsventile
reguliert werden. Somit kann der erwärmte Rückführkraftstoff unabhängig
von dem Betriebsmodus der Versorgungspumpe rezirkuliert werden.
Die Menge des durch die Kraftstofffilter rezirkulierten Rückführkraftstoffs
kann auch als Reaktion auf die Kraftstofftemperatur und/oder den
Kraftstoffdruck durch Regulieren des Rückführkraftstoffflusses
durch die Wärmerezirkulationsventile eingestellt werden.
Während des Betriebs der Pumpe in dem volumengesteuerten Modus kann
die Ansammlung und die Entfernung von Wachs am Kraftstofffilter
durch Analyse des Drucks am Filterauslass festgestellt werden. Durch
Einstellung des Rezirkulationsflusses auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur
und/oder eines Kraftstoffdrucks kann Wachsentfernung beschleunigt
und die Qualität der Kraftstoffeinspritzung verbessert
werden. Durch Feststellung und Differenzierung von Filterverstopfung
aufgrund von Wachsansammlung von Filterverstopfung aufgrund von
Fremdstoffen (das heißt Verunreinigungen wie beispielsweise
Staub) kann des Weiteren die Qualität des Motor- und Pumpenbetriebs
verbessert werden. Es versteht sich, dass die obige Kurzdarstellung
zur Vorstellung einer Auswahl an Konzepten in vereinfachter Form
dargeboten wird, die in der ausführlichen Beschreibung
weiter beschrieben werden. Sie soll keine Schlüssel- oder
wesentlichen Merkmale des beanspruchten Erfindungsgegenstands identifizieren,
dessen Schutzumfang lediglich durch die der ausführlichen
Beschreibung folgenden Ansprüche definiert wird. Des Weiteren
ist der beanspruchte Erfindungsgegenstand nicht auf die Implementierungen
beschränkt, die irgendwelche oben oder in irgendeinem Teil
der vorliegenden Offenbarung angeführten Nachteile lösen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt
ein beispielhaftes Fahrzeugsystemlayout, das Einzelheiten eines
Kraftstoffsystems enthält.
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2 zeigt
ein ausführliches Ausführungsbeispiel des Kraftstoffsystems
von 1.
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3 zeigt
ein detailliertes Flussdiagramm zum Betrieb des Kraftstoffsystems
von 1 zur Reduzierung von Wachsabscheidung gemäß der
vorliegenden Offenbarung.
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4 zeigt
ein detailliertes Flussdiagramm zur Feststellung von Filterverstopfung
aufgrund von Wachsansammlung in dem Kraftstoffsystem von 1 gemäß der
vorliegenden Offenbarung.
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Ausführliche Beschreibung
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Die
folgende Beschreibung betrifft Systeme und Verfahren zum Betrieb
eines Kraftstoffsystems in einem Dieselmotor. Wie in den 1–2 dargestellt,
kann das Kraftstoffsystem mit einem oder mit mehreren Rezirkulationsventilen
zum Rezirkulieren von erwärmtem Rückführkraftstoff
durch einen oder mehrere Kraftstofffilter konfiguriert sein. Durch
Rezirkulieren von Dieselkraftstoff, der im Anschluss an die Druckbeaufschlagung
und Abführung von einer Versorgungskraftstoffpumpe erwärmt
worden ist, kann Wachsentfernung beschleunigt werden. Eine Motorsteuerung
kann dazu konfiguriert sein, durch Durchführung einer Steuerroutine,
wie die in 3 dargestellte Routine, während
Motorkaltstarts den Betrieb der Versorgungspumpe zumindest zwischen
einem energieintensiveren, druckgesteuerten Modus und einem energieeffizienteren,
volumengesteuerten Modus als Reaktion sowohl auf Kraftstofftemperatur
als auch auf Kraftstoffdruck einzustellen. Weiterhin kann die Motorsteuerung
Kraftstoffrezirkulation durch die Kraftstofffilter als Reaktion
auf die Kraftstofftemperatur und/oder den Kraftstoffdruck einstellen.
Durch Einstellung des Kraftstoffpumpenbetriebs als Reaktion auf
eine Kraftstofftemperatur und einen Kraftstoffdruck kann Wachsabscheidung
aus dem Dieselkraftstoff ohne längeren Hochleistungspumpenbetrieb
reduziert werden. Die Motorsteuerung kann weiterhin eine Diagnoseroutine,
wie zum Beispiel die in 4 dargestellte Routine, durchführen,
um festzustellen, ob ein Kraftstofffilter Verstopfungsprobleme hat,
und um weiterhin eine Verstopfung aufgrund von Wachsansammlung von
einer Verstopfung aufgrund der Ansammlung von Verunreinigungsstoffen
wie beispielsweise Staub zu differenzieren. Auf diese Weise kann
ermittelt werden, ob der Filter gegebenenfalls ausgetauscht werden
muss. Durch Reduzierung der Wachsabscheidung aus dem Dieselkraftstoff
kann die Fließfähigkeit des Kraftstoffs erhöht und
die Leistung des Kraftstoffsystems verbessert werden. Darüber
hinaus können durch Reduzierung der Betriebsdauer der Kraftstoffpumpe
in dem energieintensiveren Modus auch Kraftstoffökonomievorteile
erreicht werden.
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1 zeigt
ein beispielhaftes Fahrzeugsystem 100. Bei der gezeigten
Ausführungsform handelt es sich bei dem Fahrzeugsystem 100 um
ein Dieselfahrzeugsystem. Die Antriebskraft des Fahrzeugsystems
kann durch den Motor 10 erzeugt werden. Der Motor 10 enthält
zwei Reihen 14, wobei jede Reihe sechs Zylinder 16 enthält.
Obgleich der Motor 10 als ein 12-Zylinder-V-Viertaktmotor
gezeigt wird, versteht sich, dass der Motor auch eine andere Zylinderkonfiguration
(zum Beispiel in Reihe oder gegenüberliegend) und/oder
eine andere Anzahl von Zylindern (zum Beispiel sechs oder acht)
aufweisen kann.
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Der
Motor 10 des Fahrzeugsystems 100 enthält
ein Kraftstoffsystem 20. Das Kraftstoffsystem 20 enthält
Kraftstoff-Verteilerleitungen 102, eine Versorgungspumpe 104 und
Kraftstoffeinspritzventile 106. Die Kraftstoff-Verteilerleitungen 102 können
miteinander verbunden sein und können jeweils eine Kammer
zur Aufnahme von Kraftstoff zur anschließenden Einspritzung
in Zylinder 16 durch die Kraftstoffeinspritzventile 106 bereitstellen.
In dem gezeigten Beispiel kann jede Kraftstoff-Verteilerleitung 102 den Kraftstoffeinspritzventilen 106 in
der entsprechenden Reihe 14 entlang einem Hochdruckeinspritzventilkanal 108 druckbeaufschlagten
Kraftstoff zuführen. Die Kraftstoff-Verteilerleitung 102 kann
einen oder mehrere Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksensoren/-schalter 126 zur
Erfassung von Kraftstoff-Verteilerleitungsdrücken (Pfuel_rail) und einen oder mehrere Kraftstoff-Verteilerleitungstemperatursensoren 128 zur Erfassung
von Kraftstoff-Verteilerleitungstemperaturen (Tfuel_rail)
enthalten und diese mit einer Motorsteuerung 12 verbinden.
Der Einfachheit halber werden nur ein Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksensor/-schalter 126 und
ein Verteilerleitungstemperatursensor 128 gezeigt. Es können
auch zusätzliche Kraftstoff-Verteilerleitungsdruckregler
enthalten sein. In dem gezeigten Beispiel können die Kraftstoffeinspritzventile 106 der
Direkteinspritzart sein, obgleich sie natürlich auch der
Saugkanaleinspritzart sein können. Darüber hinaus
kann jeder Zylinder mehr als ein Einspritzventil enthalten, wobei
einige der Einspritzventile der Direkteinspritzart sind, während
andere der Saugkanaleinspritzart sind.
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Kraftstoff
kann durch die Versorgungspumpe 104 druckbeaufschlagt und
entlang einem Hochdruckverteilerleitungskanal 110 zu den
Kraftstoff-Verteilerleitungen 102 weitergeleitet werden.
In einem Beispiel kann die Versorgungspumpe 104 durch die Drehung
des Motors 10, wie zum Beispiel einer Motorkurbelwelle
und/oder einer Motornockenwelle, angetrieben werden. Als Alternative
dazu kann die Versorgungspumpe 104 durch einen optionalen
Elektromotor angetrieben werden.
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Die
Steuerung 12 kann dazu konfiguriert sein, den Betrieb der
Versorgungspumpe auf Grundlage einer Temperatur und eines Drucks
des Kraftstoffs mindestens zwischen einem druckgesteuerten Modus
(hier auch als PCV-Modus bezeichnet) und einem volumengesteuerten
Modus (hier auch als VCV-Modus bezeichnet) zu wechseln. Bei Betrieb
im PCV-Modus kann die Pumpe somit dahingehend betrieben werden,
durch Betrieb einer weit geöffneten Drossel die gewünschte
Versorgung bereitzustellen. Somit kann die Pumpe im PCV-Modus im
Vergleich zum VCV-Modus mit einer hohen Last betrieben werden und
mehr Energie (zum Beispiel 5 kW mehr) verbrauchen. Des Weiteren
kann die Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs im PCV-Modus einen
schnelleren Anstieg der Kraftstofftemperatur ermöglichen.
Bei Betrieb im VCV-Modus kann die Versorgungspumpe dagegen dahingehend
betrieben werden, ein gewünschtes Kraftstoffvolumen bereitzustellen.
Somit kann die Pumpe im VCV-Modus mit einer geringeren Last betrieben
werden und kann energieeffizienter und somit kraftstoffeffizienter
sein.
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Eine
Niederdruckförderpumpe 112 kann dazu konfiguriert
sein, Niederdruckkraftstoff aus dem Kraftstofftank 114 anzusaugen
und in die Versorgungspumpe 104 zur anschließenden
Druckbeaufschlagung und Einspritzung zu leiten. In einem Beispiel
kann der Kraftstofftank 114 einen (nicht gezeigten) Kraftstoff-Sensor
zur Ermittlung einer Kraftstoffart im Tank enthalten. Durch die
Förderpumpe 112 angesaugter Niederdruckkraftstoff
kann entlang einem Niederdruckkanal 116 nach Durchfließen
eines ersten Kraftstofffilters 118 zur Versorgungspumpe 104 geleitet
werden. Der erste Kraftstofffilter 118 kann dazu konfiguriert
sein, Fremdstoffe, wie zum Beispiel Staub und Wasser, aus dem Kraftstoff
zu entfernen, um den Rest des Kraftstoffsystems des Fahrzeugs zu
schützen.
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Die
Kraftstoff-Verteilerleitungen 102 können des Weiteren
dazu konfiguriert sein, Kraftstoff über einen Rückflusskanal 122 in
den Niederdruckrezirkulationskanal 120 zurückzuführen
und dadurch Kraftstoffdruck zu reduzieren. Ein Druckminderventil
am (nicht gezeigten) Verteilerleitungsauslass kann den Rückfluss
des Kraftstoffs aus der Kraftstoff-Verteilerleitung in den Rezirkulationskanal 120 regulieren. Ebenso
kann von den Einspritzventilen 106 zurückgeführter
Kraftstoff über einen Einspritzventilrückflusskanal 124 auch
in den Rezirkulationskanal 120 geleitet werden. Des Weiteren
kann die Versorgungspumpe 104 dazu konfiguriert sein, Kraftstoff über
einen Pumpenrückflusskanal 130 in den Rezirkulationskanal 120 zurückzuführen
und dadurch Kraftstoffdruck zu reduzieren. Ein (nicht gezeigtes)
Druckminderventil am Pumpenauslass kann den Rückfluss des
Kraftstoffs aus der Versorgungspumpe in den Rezirkulationskanal
regulieren. Somit kann der von der Versorgungspumpe, den Kraftstoffeinspritzventilen
und/oder der Verteilerleitung zurückgeführte Kraftstoff
auch als Rückführkraftstoff bezeichnet werden.
Bei Dieselmotoren kann Wachs bei niedriger Temperatur, wie sie zum
Beispiel bei einem Motorkaltstart vorliegt, aus dem Kraftstoff abgeschieden werden.
In solch einem Fall kann ein erster Kraftstofffilter 118 verstopft
werden, wodurch die Fließfähigkeit des Kraftstoffs
verringert wird. In schweren Fällen können eine
Beschädigung der Versorgungspumpe und ein Absterben des
Motors folgen. Zur Behebung der Wachsansammlung und Aufrechterhaltung
der Fließfähigkeit des Kraftstoffs kann Rückführkraftstoff (das
heißt durch die Versorgungspumpe mit Druck beaufschlagter
Kraftstoff, der von der Versorgungspumpe, den Einspritzventilen
und/oder der Kraftstoff-Verteilerleitung zurückgeführt
wird) in den Einlass des ersten Kraftstofffilters 118 rezirkuliert
werden. Somit kann der Kraftstoff während der Druckbeaufschlagung
auch schnell erwärmt werden. Durch Rezirkulieren von erwärmtem
Kraftstoff durch den Kraftstofffilter kann somit Wachsentfernung
am Filter beschleunigt werden und potentielle Probleme, die mit
der Wachsansammlung am Filter zusammenhängen, können überwunden
werden.
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Insbesondere
bei der Rezirkulierung kann der erwärmte Rückführkraftstoff
zum Rezirkulationskanal 120 zurückgeführt
werden, von wo er durch einen Rezirkulationszweigkanal 132 in
den Einlass des ersten Kraftstofffilters 118 rezirkuliert
werden kann. Ein Wärmerezirkulationsventil 134 kann
den Rückführkraftstofffluss, der in den ersten
Kraftstofffilter 118 eintritt, regulieren. Der verbleibende
Rückführkraftstoff kann entlang einer Rückführleitung 136 zum Kraftstofftank 114 zurückgeführt
werden. In einem Beispiel kann das Wärmerezirkulationsventil
bei niedrigeren Kraftstofftemperaturen ganz geöffnet werden,
und sämtlicher Rückführkraftstoff kann
rezirkuliert werden, während bei höheren Kraftstofftemperaturen
das Wärmerezirkulationsventil ganz geschlossen werden kann
und sämtlicher Rückführkraftstoff zum
Kraftstofftank zurückgeführt werden kann. In einem
anderen Beispiel kann das Wärmerezirkulationsventil nur
teilweise geöffnet werden, so dass mindestens ein Teil
des Rückführkraftstoffs rezirkuliert wird. Die
Motorsteuerung kann Fluss durch das Rezirkulationsventil durch Einstellen
eines Öffnungsgrads des Wärmerezirkulationsventils und/oder
einer Öffnungsdauer des Wärmerezirkulationsventils
als Reaktion auf die Kraftstofftemperatur und/oder den Kraftstoffdruck
regulieren.
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Obgleich
das gezeigte Beispiel einen einzigen Kraftstofffilter zeigt, können
bei anderen Ausführungsformen, wie unter Bezugnahme auf 2 weiter
dargelegt wird, zwei oder mehr Filter enthalten sein. Jeder Filter
kann Rückführkraftstoff von jeweiligen Rezirkulationszweigkanälen
empfangen. In einem Beispiel kann Fluss durch jeden Kanal durch
jeweilige Wärmerezirkulationsventile reguliert werden. Ein
Kraftstoffdruck am Filter kann der Motorsteuerung durch einen (nicht
gezeigten) Filterdrucksensor/-schalter, der am Auslass des Filters
positioniert ist, zugeführt werden. Zusätzliche
Sensoren, wie zum Beispiel ein Kraftstofftemperatursensor, können auch
enthalten sein.
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Somit
können die Förderpumpe 112, der Niederdruckkanal 116,
der Rezirkulationskanal 120, der Rezirkulationszweigkanal 132,
die Rückflusskanäle 122, 124, 130,
der erste Kraftstofffilter 118 und das Wärmerezirkulationsventil 134 einen
Niederdruckabschnitt des Kraftstoffsystems 20 bilden. Ebenso
können die Versorgungspumpe 104, die Versorgungskanäle 110, 108,
die Kraftstoff-Verteilerleitungen 102 und die Kraftstoffeinspritzventile 106 einen
Versorgungsabschnitt des Kraftstoffsystems 20 bilden.
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Die
Motorsteuerung 12 kann mit verschiedenen Sensoren gekoppelt
sein und zum Empfang der verschiedensten Sensorsignale von den verschiedenen
Sensoren konfiguriert sein. Die Sensoren können einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor,
einen Drosselöffnungsgradsensor, einen Motordrehzahlsensor,
einen Batterieladungszustandssensor, einen Zündschaltersensor,
einen Bremsschaltersensor, einen Zahnradsensor, einen Fahreranforderungssensor,
verschiedene Temperatursensoren, darunter einen Motorkühlmittelsensor,
einen Kraftstoff-Verteilerleitungssensor 128, einen Kraftstoff-Verteilerleitungsdruckregler,
einen Einlasstemperatursensor, einen Abgastemperatursensor und verschiedene
Drucksensoren/-schalter, darunter einen Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksensor/-schalter 126 und
einen Filterdrucksensor/-schalter, enthalten. Des Weiteren kann
die Motorsteuerung 12 mit verschiedenen Aktuatoren des
Fahrzeugsystems gekoppelt sein und kann weiterhin dazu konfiguriert sein,
den Betrieb der verschiedenen Aktuatoren, darunter der Kraftstoffeinspritzventile 106,
der Versorgungspumpe 104 und des Wärmerezirkulationsventils 134,
zu steuern.
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Wie
unter Bezugnahme auf 3 weiter dargelegt, können
das Wärmerezirkulationsventil 134 und die Versorgungspumpe 104 durch
die Steuerung 12 als Reaktion auf einen Kraftstoff-Verteilerleitungsdruck
betrieben werden. Während eines Motorkaltstarts kann die
Steuerung gemäß ihrer Konfiguration die Versorgungspumpe 104 nur
unter Bedingungen, unter denen die Kraftstofftemperatur und der
Kraftstoffdruck unter einer vorbestimmten Schwelle liegen, in dem
energieintensiveren PCV-Modus betreiben. Die Motorsteuerung kann
weiterhin dazu konfiguriert sein, den Betrieb des Wärmerezirkulationsventils 134 als
Reaktion auf die Kraftstofftemperatur und/oder den Kraftstoffdruck
einzustellen, wodurch die Menge an rezirkuliertem, erwärmtem
Rückführkraftstoff eingestellt wird. Auf diese
Weise kann die Versorgungspumpe für einen ausreichenden
Zeitraum im PCV-Modus betrieben werden, um eine Menge an heißem
Rückführkraftstoff, der durch die Kraftstofffilter
rezirkuliert wird, zu erhöhen. Durch Einstellung eines
Flusses erwärmten Rückführkraftstoffs
durch die Kraftstofffilter kann Wachsansammlung verringert werden
und die Fließfähigkeit des Kraftstoffs kann aufrechterhalten
werden. Durch Aufrechterhaltung der Fließfähigkeit
des Kraftstoffs kann die Dauer, über die die Versorgungspumpe
im energieintensiveren Modus eventuell betrieben werden muss, verringert
werden, wodurch Kraftstoffökonomievorteile erzielt werden.
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2 zeigt
eine alternative Ausführungsform 200 des Kraftstoffsystems 20 von 1.
Es versteht sich, dass zuvor in 1 vorgestellte
Komponenten ähnlich nummeriert sein können und
der Kürze halber möglicherweise nicht neu vorgestellt
werden.
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Wie
dargestellt, kann die Förderpumpe 112 dazu konfiguriert
sein, Kraftstoff auf niedrigem Druck aus dem Kraftstofftank 114 abzusaugen
und ihn nach Durchfließen des ersten Kraftstofffilters 118 und
des zweiten Kraftstofffilters 218 in die Versorgungspumpe 104 einzuleiten.
Somit kann der zweite Kraftstofffilter 218 stromaufwärts
des ersten Kraftstofffilters 118 positioniert sein. Bei
alternativen Ausführungsformen können mehr oder
weniger Filter verwendet werden. Die Kraftstofffilter 118 und 218 können ähnliche
Filtrationseigenschaften haben. Als Alternative dazu können
die verschiedenen Filter verschiedene Filtrationseigenschaften haben.
In einem Beispiel kann der erste Kraftstofffilter 118 dazu
konfiguriert sein, 10 μm Filtration bei 100% Fluss auszuführen,
während der zweite Kraftstofffilter 218 dazu konfiguriert
sein kann, 4 μm Filtration bei 100% Fluss auszuführen. Bei
einigen Ausführungsformen kann/können der erste
und/oder der zweite Kraftstofffilter darüber hinaus mit
einer Niederdruckpumpe gekoppelt sein, die sich innerhalb oder außerhalb
des Kraftstofftanks befindet, um Kraftstoff durch den Filter zu
pumpen. Der Auslass des Kraftstofffilters 118 und/oder 218 kann weiterhin
einen Filterdrucksensor/-schalter 226 (hier nur am Filter 218 gezeigt)
zur Erfassung von Kraftstoffdrücken am Einlass zur Versorgungspumpe
(Pfilter) enthalten. Ebenso kann ein (nicht
gezeigter) Filterkraftstofftemperatursensor zur Erfassung von Kraftstofftemperaturen
am Auslass des Filters in dem Kraftstoffsystem (Tfilter)
und zur Weiterleitung derselben an die Motorsteuerung 12 enthalten
sein.
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Bei
einigen Ausführungsformen kann die Versorgungspumpe 104 eine
(nicht gezeigte) Hilfspumpe, wie zum Beispiel eine integrierte Zahnradpumpe
oder eine elektrische Niederdruckpumpe, enthalten, um das Erreichen
höherer Kraftstoffdrücke zu ermöglichen.
Eine (nicht gezeigte) Drossel kann Kraftstofffluss von der Hilfspumpe
in die Versorgungspumpe 104 regulieren. Ein Luftentfernungsmodul 204 kann
wahlweise enthalten sein, um in das Kraftstoffsystem gesaugten Luftüberschuss
zu entfernen.
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Rückführkraftstoff
von den Kraftstoff-Verteilerleitungen 102, den Kraftstoffeinspritzventilen 106 und
der Versorgungspumpe 104 kann entlang der Rückführleitung 136 zu
dem Kraftstofftank 114 zurückgeführt
werden oder durch die Kraftstofffilter 118 und 218 durch
den Rezirkulationskanal 120 rezirkuliert werden. Bei einigen
Ausführungsformen kann ein Rückflussventil am
Auslass der Einspritzventile enthalten sein, um den Einspritzventilrückführungskrafstofffluss
in den Rezirkulationskanal zu regulieren. Bei alternativen Ausführungsformen
kann eine Drossel zur Regulierung des Einspritzventilrückführkraftstoffflusses
in den Rezirkulationskanal verwendet werden. Ein Kraftstoffkühler 206 kann
wahlweise im Rezirkulationskanal 120 zum Kühlen
des Rückführkraftstoffs enthalten sein.
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Unter
bestimmten Bedingungen, wie zum Beispiel bei Motorkaltstart, wenn
Kraftstofftemperaturen niedrig sind, kann mindestens ein Teil des Rückführkraftstoffs
durch die Kraftstofffilter 118 und 218 rezirkuliert
werden, anstatt zum Kraftstofftank 114 zurückgeführt
zu werden. Somit kann Rückführkraftstoff beim
Passieren und Druckbeaufschlagen durch die Versorgungspumpe 104 erwärmt
werden. Insbesondere kann der erwärmte Rückführkraftstoff
von dem Rezirkulationskanal 120 durch den Rezirkulationszweigkanal 132 in
den Einlass des ersten Kraftstofffilters 118 und durch
den Rezirkulationszweigkanal 232 in den Einlass des zweiten
Kraftstofffilters 218 rezirkuliert werden. Ein erstes Wärmerezirkulationsventil 134 kann
die Menge an Rückführkraftstofffluss, der in den
ersten Kraftstofffilter 118 eintritt, regulieren, während
ein zweites Wärmerezirkulationsventil 234 die
Menge an Rückführkraftstofffluss, der in den zweiten
Kraftstofffilter 218 eintritt, regulieren kann. Der verbleibende
Rückführkraftstoff kann entlang der Rückführleitung 136 zum
Kraftstofftank 114 zurückgeführt werden.
Während die dargestellte Ausführungsform zwei
Kraftstofffilter und zwei Wärmerezirkulationsventile zeigt,
können bei alternativen Ausführungsformen der
zweite Wärmerezirkulationszweigkanal und das zweite Wärmerezirkulationsventil
weggelassen werden, und die Menge an durch die beiden Kraftstofffilter
fließendem Rückführkraftstoff kann durch
Einstellung des Flusses durch ein einziges Wärmerezirkulationsventil,
wie zum Beispiel ein erstes Wärmerezirkulationsventil 134,
reguliert werden.
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Wie
in 3 weiter dargelegt, kann Fluss durch das (erste
und zweite) Wärmerezirkulationsventil durch die Steuerung 12 als
Reaktion auf eine Kraftstofftemperatur und/oder einen Kraftstoffdruck eingestellt
werden. In einem Beispiel kann die Motorsteuerung dazu konfiguriert
sein, das erste und das zweite Wärmerezirkulationsventil
nacheinander vollständig zu öffnen und vollständig
zu schließen, wobei die Reihenfolge des Öffnens
und Schließens auf der Kraftstofftemperatur und/oder dem
Kraftstoffdruck basiert. In einem anderen Beispiel kann die Motorsteuerung
dazu konfiguriert sein, das erste und das zweite Rezirkulationsventil
teilweise vollständig geöffnet zu halten, wenn
die Kraftstofftemperatur unter einer Schwelltemperatur liegt. Auf
diese Weise kann durch Verwendung von zwei oder mehr Rezirkulationskanälen
zum Rezirkulieren von Rückführkraftstoff durch
die Kraftstofffilter eine angemessene Wärme bereitgestellt
werden, um Wachs effektiv von den Filtern zu entfernen.
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Obgleich
die dargestellte Ausführungsform den Einspritzventilrückfluss
und den Verteilerleitungsrückfluss, die in den Niederdruckrezirkulationskanal 120stromaufwärts
der Wärmerezirkulationsventile geleitet werden, zeigt,
versteht sich, dass bei alternativen Ausführungsformen
jeder des Einspritzventilrückflusses, des Verteilerleitungsrückflusses und
des Pumpenrückflusses darüber hinaus oder wahlweise
auch in den Niederdruckkanal 116 geleitet werden kann.
In einem Beispiel kann der Rückfluss (von den Einspritzventilen
und/oder der Kraftstoff-Verteilerleitung) an einer Stelle stromabwärts der
Kraftstofffilter in den Niederdruckkanal 116 geleitet werden.
Als Alternative dazu kann der Rückfluss an einer stromaufwärts
des ersten Kraftstofffilters 118 und/oder des zweiten Kraftstofffilters 118 liegenden Stelle
in den Niederdruckkanal geleitet werden. Ebenso kann Pumpenrückfluss
wahlweise zu dem Niederdruckkanal 116 im Wesentlichen stromabwärts
der Filter an einer Stelle knapp stromaufwärts der Versorgungspumpe
und jeglicher zugehöriger Hilfspumpe zurückgeführt
werden.
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Die
Motorsteuerung 12 kann dazu konfiguriert sein, eine Steuerroutine
durchzuführen, wie in 3 weiter
dargelegt wird, um den Betriebsmodus der Versorgungspumpe einzustellen
und weiterhin Fluss durch die Rezirkulationsventile während
eines Motorkaltstarts einzustellen. Durch Rezirkulation von erwärmtem
Rückführkraftstoff durch die Kraftstofffilter
während eines Motorkaltstarts kann die Menge an aus dem
Dieselkraftstoff abgeschiedenem Wachs reduziert werden, wodurch
Filterverstopfung verringert wird. Des Weiteren kann die Fließfähigkeit
des Kraftstoffs verbessert werden. Durch Einstellung des Betriebsmodus
der Versorgungspumpe als Reaktion sowohl auf eine Kraftstofftemperatur
als auch auf einen Kraftstoffdruck können große
Kraftstoffökonomievorteile erzielt werden.
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Nunmehr
auf 3 Bezug nehmend, kann die Routine 300 bei 302 Bestätigung
eines Motorkaltstartzustands enthalten. In einem Beispiel kann Bestätigung
eines Motorkaltstartzustands Bestätigung, dass eine Katalysatortemperatur
unter einer Schwelltemperatur (wie zum Beispiel einer Anspringtemperatur)
liegt, enthalten. In einem anderen Beispiel kann ein Motorkaltstartzustand
Bestätigung, dass das Fahrzeug für länger
als einen Schwellzeitraum in einem Motor-aus-Zustand gewesen ist,
enthalten. In noch einem anderen Beispiel kann Bestätigung
eines Motorkaltstartzustands Bestätigung, dass, nach einem
vorherigen Motorbetrieb, sich die Motortemperatur auf eine Umgebungstemperatur
abgekühlt hat, enthalten.
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Somit
kann auf Grundlage der Art des Motorkaltstartzustands die Temperatur,
bei der die Motorkaltstartroutine eingeleitet wird, variieren. Wenn
kein Motorkaltstartzustand vorliegt, kann die Routine enden.
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Wenn
ein Motorkaltstart bei 304 bestätigt wird, können
Motorbetriebsbedingungen geschätzt und/oder gemessen werden.
Diese können zum Beispiel Schätzen einer Temperatur
und eines Drucks des Kraftstoffs im Tank und Bestimmen der Kraftstoffart
im Kraftstofftank (zum Beispiel Mineraldiesel oder Biodiesel, einen
Prozentanteil von Biodiesel usw.) enthalten. Darüber hinaus
können diese Schätzen einer Temperatur und eines
Drucks des Kraftstoffs in der Kraftstoff-Verteilerleitung, einer
Temperatur und eines Drucks des Kraftstoffs an den Filtern usw.
enthalten.
-
Bei 305 kann
auf Grundlage der bzw. des bei 304 geschätzten
Kraftstofftemperatur und/oder Kraftstoffdrucks Fluss durch das bzw.
die Wärmerezirkulationsventil(e) eingestellt werden. Das
heißt, eine Menge an Rückführkraftstoff,
der rezirkuliert wird, wird eingestellt. In einem Beispiel können
die Wärmerezirkulationsventile nacheinander geöffnet
und geschlossen werden. Zum Beispiel kann das zweite Kraftstoffwärmerezirkulationsventil 234 vollständig geöffnet
werden, während das erste Kraftstoffwärmerezirkulationsventil 134 vollständig
geschlossen wird, wenn die Kraftstofftemperatur geringer ist als
eine erste Temperatur (wie zum Beispiel 20°C). Dann kann
das erste Wärmerezirkulationsventil 134 vollständig
geöffnet werden, wenn die Kraftstofftemperatur über
der ersten Temperatur liegt, aber niedriger ist als eine zweite
Temperatur (wie zum Beispiel unter 35°C). Ebenso kann das
zweite Wärmerezirkulationsventil 234 vollständig
geschlossen werden, nachdem die Kraftstofftemperatur eine dritte
Temperatur (wie zum Beispiel über 30°C) erreicht
hat, während das erste Wärmerezirkulationsventil 134 vollständig geöffnet
bleibt. Dann kann das erste Wärmerezirkulationsventil 134 vollständig
geschlossen werden, nachdem die Kraftstofftemperatur eine vierte
Temperatur (wie zum Beispiel über 45°C) erreicht
hat. In einem anderen Beispiel können sowohl das erste
als auch das zweite Wärmerezirkulationsventil teilweise geöffnet
werden, um einen Teilfluss durch beide Ventile zu ermöglichen,
wenn die Kraftstofftemperatur unter einem Schwellwert liegt.
-
In
einem Beispiel kann Einstellung der Menge an Rückführkraftstoff,
der durch die Rezirkulationsventile rezirkuliert wird, Verringern
der Menge an Rückführkraftstoff, der durch den
bzw. die Kraftstofffilter rezirkuliert wird, und entsprechend Erhöhen
einer Menge an Rückführkraftstoff, der zu dem
Tank zurückgeführt wird, wenn die Kraftstofftemperatur
ansteigt, enthalten. Hier kann die Menge an rezirkuliertem Rückführkraftstoff
durch Verkleinern des Öffnungsgrads der Wärmerezirkulationsventile
verringert werden. Als Alternative oder zusätzlich dazu kann
die Menge an rezirkuliertem Rückführkraftstoff durch
Verringern der Öffnungsdauer des Wärmerezirkulationsventils
verringert werden.
-
Obgleich
die erwähnten Beispiele den Ventilbetrieb als Reaktion
auf Kraftstofftemperatur einstellen, kann in alternativen Beispielen
der Ventilbetrieb einfach als Reaktion auf Kraftstoffdruck und/oder Kraftstofftemperatur
eingestellt werden. Auf diese Weise kann durch Verwendung von mehreren
Wärmerezirkulationskanälen und Wärmerezirkulationsventilen
die Menge an heißem Rückführkraftstoff,
der durch die Kraftstofffilter geleitet wird, erhöht werden, wodurch
ein schnelleres Entfernen von Kraftstoffwachs unter Motorkaltstartbedingungen
ermöglicht wird.
-
Bei 306 kann
die Versorgungspumpe im PCV-Modus betrieben werden. Somit kann der PCV-Modus
einen voreingestellten Betriebsmodus der Versorgungspumpe bei anfänglichem
Motorbetrieb darstellen. In einem Beispiel kann die Versorgungspumpe
für mindestens eine vorbestimmte Dauer, wie zum Beispiel
für 30 Sekunden, im PCV-Modus betrieben werden. In einem
Beispiel kann die Dauer eine Mindestzeitdauer darstellen, die dazu
erforderlich ist, den Dieselkraftstoff auf eine erste (geringere) Temperaturschwelle
zu bringen. Die Temperaturschwelle kann eine Temperatur darstellen,
bei der Wachsabscheidung aus dem Dieselkraftstoff wesentlich reduziert
sein kann. In einem Beispiel kann die Dauer ein vorbestimmter fester
Wert sein. In einem anderen Beispiel kann die Dauer bei jedem Motorkaltstart
auf Grundlage vorheriger Betriebszyklen, wie zum Beispiel auf Grundlage
einer vorherigen Anzeige der Kraftstofffilterverstopfung, neu kalibriert werden.
Wenn sich zum Beispiel eine größere Wachsmenge
im vorherigen Zyklus angesammelt hatte, kann die Dauer des PCV-Modusbetriebs
verlängert werden. Im PCV-Modus kann die Versorgungspumpe
mit weit geöffneter Drossel und voller Leistung betrieben
werden, um eine schnelle Druckbeaufschlagung des Kraftstoffs zu
ermöglichen. Somit kann die Motorsteuerung während
des PCV-Modus auch dazu konfiguriert sein, das Kraftstoffvolumen,
das zur Bereitstellung eines Solldrucks zur anschließenden
Verwendung im VCV-Modus erforderlich ist, zu lernen.
-
Bei 308 kann
die Temperatur des durch die Versorgungspumpe druckbeaufschlagten
Kraftstoffs (zum Beispiel wie durch die Kraftstoff-Verteilerleitungstemperatur
Tfuel_rail dargestellt) geschätzt
werden, und es kann ermittelt werden, ob Tfuel_rail größer ist
als eine erste Schwelltemperatur T1 (zum
Beispiel 20°C). In einem Beispiel kann ein Kraftstoff-Verteilerleitungstemperatursensor
verwendet werden, um die Kraftstofftemperatur zu schätzen.
Die erste Schwelltemperatur kann eine Mindesttemperatur darstellen, um
Schwellfließfähigkeit des Kraftstoffs zu ermöglichen.
Des Weiteren kann die erste Schwelltemperatur bei jedem Zyklus auf
Grundlage vorheriger Betriebszyklen eingestellt werden. Wenn die
Kraftstofftemperatur unter der ersten Schwelltemperatur liegt, kann
die Routine zu 306 zurückkehren und die Versorgungspumpe
weiter im druckgesteuerten (PCV-)Modus betreiben.
-
Wenn
hingegen die Kraftstofftemperatur über der ersten Schwelltemperatur
liegt, dann kann bei 310 ermittelt werden, ob Tfuel_rail eine zweite Schwelltemperatur erreicht
hat. In einem Beispiel kann die zweite Schwelltemperatur auf Grundlage der
Kraftstoffart, wie durch den Kraftstoffartsensor ermittelt, eingestellt
werden. Zum Beispiel kann ein unterer Schwellwert zugeordnet werden,
wenn die Kraftstoffart Biodiesel ist, und es kann ein höherer Schwellwert
zugeordnet werden, wenn die Kraftstoffart Mineraldiesel ist. In
anderen Beispielen ist die Kraftstoffart jedoch möglicherweise
nicht bekannt. Durch Betrachtung sowohl des Kraftstoffdrucks als auch
der Kraftstofftemperatur bei der Wahl des Pumpenmodus und bei der
Steuerung der Kraftstoffrezirkulation ist es möglich, verschiedenen
Kraftstoffarten im Hinblick auf Bereitstellung von Wachsentfernung Rechnung
zu tragen, während auch übermäßiger
Betrieb bei hoher Arbeitslast der Pumpe reduziert wird.
-
Während
des Zustands, während dessen die Kraftstofftemperatur über
der ersten und der zweiten Schwelltemperatur liegt, kann die Steuerung
bei 312 den Betrieb der Versorgungspumpe im druckgesteuerten
Modus unterbrechen und den Pumpenbetrieb auf den kraftstoffeffizienten,
volumengesteuerten (VCV-)Betrieb umschalten. Somit kann die Versorgungspumpe
im VCV-Modus mit weniger als weit geöffneter Drossel und
reduzierter Last betrieben werden. Hier kann die Versorgungspumpe
dazu konfiguriert sein, ein Volumen des durch die Pumpe fließenden
Krafstoffs einzustellen, um den Druck bereitzustellen. Die Steuerung
kann die Flussvolumen, die den verschiedenen Drücken entsprechen,
während vorheriger Zyklen bei Betrieb im PCV-Modus lernen. Demgemäß kann
die Steuerung ein Kennfeld aktualisieren, das im Speicher der Steuerung
gespeichert werden kann. Das Kennfeld kann zur Bestimmung der Volumeneigenschaften,
die bei Pumpenbetrieb im VCV-Modus erforderlich sind, verwendet
werden.
-
Wenn
bei 310 die Kraftstofftemperatur nicht die zweite Schwelltemperatur
erreicht hat, das heißt die Kraftstofftemperatur zwischen
der ersten und der zweiten Schwelltemperatur liegt, kann bei 318 ein Kraftstoffdruck
(Pfuel_rail) geschätzt werden.
In einem Beispiel kann ein Kraftstoff-Verteilerleitungsdrucksensor/-schalter
zur Schätzung des Kraftstoffdrucks verwendet werden. Bei 320 kann
ermittelt werden, ob Pfuel_rail größer
ist als ein erster Schwelldruck (zum Beispiel 4,5 kPa). Der erste
Schwelldruck kann auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen, wie
zum Beispiel einer Motordrehzahl, einer Motorlast (oder einem Treiberdrehmoment),
einer Menge an im Tank verbleibendem Kraftstoff (oder einer Kraftstoffverbrauchsrate)
usw., eingestellt werden. Zum Beispiel kann der Druck als Reaktion
auf Kraftstofffüllstände durch eine einfache Transferfunktion
auf Grundlage des Kraftstofffüllstands eingestellt werden.
Somit kann die erste Druckschwelle einen Druck darstellen, über
dem Wachsabscheidung wesentlich reduziert werden kann, wenn auch
Betrieb über der ersten Schwelltemperatur vorliegt.
-
In
dem Zustand, in dem die Kraftstofftemperatur über dem ersten
Schwellwert aber unter dem zweiten Schwellwert liegt und weiterhin
der Kraftstoffdruck über dem ersten Schwelldruck liegt,
kann die Routine zu 312 zurückkehren und die Versorgungspumpe
im VCV-Modus betreiben. Das heißt, wenn die Kraftstofftemperatur über
der ersten Schwelltemperatur liegt und der Kraftstoffdruck über
dem ersten Schwelldruck liegt, wird die Versorgungspumpe in einen
VCV-Modus gezwungen, um eine verbesserte Kraftstoffökonomie
zu ermöglichen. Unter diesen Bedingungen kann eine wesentlich
geringere Wachsabscheidung erwartet werden. Unter diesen Bedingungen
kann die Fließfähigkeit des Kraftstoffs somit
besser sein, und ein unnötiger längerer Betrieb
der Pumpe im druckgesteuerten Modus kann beendet werden, wodurch
der Energieverbrauch verringert wird. Während des Zustands,
in dem die Kraftstofftemperatur über dem ersten Schwellwert
aber unter dem zweiten Schwellwert liegt und des Weiteren der Kraftstoffdruck
unter dem ersten Schwelldruck liegt, kann die Routine hingegen zu 306 zurückkehren
und die Versorgungspumpe im PCV-Modus betreiben. Das heißt,
wenn der Kraftstoffdruck unter dem ersten Schwelldruck liegt, kann
die Versorgungspumpe im energieintensiven PCV-Modus bleiben, selbst
wenn die Kraftstofftemperatur über der ersten Schwellwerttemperatur
liegt.
-
Bei 314 kann
die Steuerung bei Betrieb der Pumpe im VCV-Modus weiterhin eine
Diagnoseroutine durchführen, wie in 4 weiter
dargelegt wird, um Kraftstofffilterverstopfung auf Grundlage eines Kraftstofffilterdrucks
zu identifizieren. Insbesondere kann die Steuerung Kraftstofffilterverstopfung
anzeigen und zwischen Filterverstopfung durch Wachsansammlung und
Verstopfung durch Ablagerung von Fremdstoffen (wie zum Beispiel
Staub und Wasser) differenzieren.
-
Somit
hängt die aus Dieselkraftstoff abgeschiedene Wachsmenge
sowohl von den Temperatur- als auch von den Druckeigenschaften des
Kraftstoffsystems ab. Die Temperatur- und die Druckeigenschaften
von Wachsabscheidung im Filter können darüber
hinaus von der Art des verwendeten Dieselkraftstoffs abhängen
(zum Beispiel auf Grundlage darauf, ob der Kraftstoff ein Biodiesel
oder ein Mineraldiesel ist, und der Kalteigenschaften des Kraftstoffs).
Somit kann die Wachsentfernung am Filter durch Einstellung eines
Pumpenbetriebsmodus auf Grundlage von Kraftstofftemperatur und Kraftstoffdruck
verbessert werden. Somit kann die Kombination aus einer Temperatur-
und Druckschwelle wesentlich niedrigere zu verwendende Temperaturschwellen
gestatten. Bei beispielsweise Betrieb mit Biodieselkraftstoffen,
wobei die Kombination aus einer niedrigeren Kraftstofftemperatur
und einem höheren Kraftstoffdruck eine wesentliche Fließfähigkeit
des Kraftstoffs und Wachsentfernung ermöglichen kann, kann
somit die Verwendung einer niedrigeren Temperaturschwelle und einer
höheren Druckschwelle einen Betrieb der Pumpe für
eine kürzere Zeit im PCV-Modus ermöglichen. Die
Verwendung einer nur auf Kraftstofftemperaturen reagierenden Routine kann
hingegen wesentlich höhere Temperaturschwellen mit sich
bringen, wodurch die Dauer der Pumpe im PCV-Modus verlängert
wird. Auf diese Weise kann durch Einstellung eines Pumpenbetriebsmodus
auf Grundlage von Kraftstofftemperatur und Kraftstoffdruck die Versorgungspumpe
so lange im PCV-Modus betrieben werden, bis sowohl die Kraftstofftemperatur
als auch der Kraftstoffdruck Schwellwerte erreicht haben. Durch
Umschalten des Betriebs der Versorgungspumpe in den VCV-Modus, nachdem
die Kraftstofftemperatur und der Kraftstoffdruck den Schwellwert
erreicht haben, können Wachsabscheidungs- und Kraftstofffilterverstopfungsprobleme
verringert werden, ohne die Kraftstoffökonomie des Fahrzeugs
negativ zu beeinflussen.
-
Nunmehr
auf 4 Bezug nehmend, wird eine Diagnoseroutine 400 dargestellt.
Die Diagnoseroutine kann während eines Kaltstartbetriebs
durchgeführt werden, insbesondere wenn sich die Versorgungspumpe
im VCV-Modus befindet. In einem Beispiel kann die Diagnoseroutine 400,
wie dargestellt, als Teil einer Motorkaltstartroutine 300 bei
Schritt 314 durchgeführt werden.
-
Die
Routine 400 kann bei 402 die Bestätigung
enthalten, dass die Versorgungspumpe im VCV-Modus betrieben wird.
Somit kann dies die Bestätigung enthalten, dass die Kraftstofftemperatur (Tfuel_rail) über der zweiten Temperaturschwelle
liegt. Wenn sich die Versorgungspumpe nicht im VCV-Modus befindet
und sich die Versorgungspumpe beispielsweise im PCV-Modus befindet,
dann kann die Routine enden. Wenn ein VCV-Modus bestätigt
wird, dann kann bei 404 der Filterkraftstoffdruck (Pfilter) geschätzt werden. In einem
Beispiel kann ein Drucksensor/-schalter am Auslass des ersten Kraftstofffilters
zur Schätzung des Kraftstoffdrucks verwendet werden. In
einem anderen Beispiel, wenn das Kraftstoffsystem mehr als einen
Kraftstofffilter enthält, wie zum Beispiel bei der Ausführungsform
von 2, kann ein Drucksensor/-schalter 226,
der am Auslass des zweiten Kraftstofffilters oder am Einlass zur
Versorgungspumpe positioniert ist, zur Schätzung des Kraftstoffdrucks
verwendet werden. Bei alternativen Ausführungsformen kann
jeder Kraftstofffilter einen Drucksensor/-schalter am Auslass enthalten,
und die Druckdaten von beiden Filtern können zur Schätzung eines
durchschnittlichen Filterkraftstoffdrucks verwendet werden.
-
Bei 406 kann
ermittelt werden, ob Pfilter über einem
zweiten Schwelldruck liegt. In einem Beispiel können die
Druckdaten für eine vorbestimmte Dauer überwacht
werden, während die Versorgungspumpe im VCV-Modus betrieben
wird. Wenn der Filterdruck über der zweiten Druckschwelle
liegt, dann kann die Steuerung bei 408 eine Kraftstofffilterverstopfung aufgrund
von Wachsansammlung anzeigen. Wenn der Filterdruck hingegen unter
der zweiten Druckschwelle liegt, dann kann die Steuerung bei 410 eine Kraftstofffilterverstopfung
aufgrund von Ansammlung von Fremstoffen, wie zum Beispiel Staub,
anzeigen. Bei 412 kann die Steuerung Filterverstopfung
und die Art der Verstopfung durch Einstellung eines Diagnosecodes
anzeigen.
-
Als
ein Beispiel kann zu Beginn eines Motorkaltstarts, wenn die Kraftstofftemperatur
gering ist, der Kraftstofffilterdruck geschätzt werden.
Somit kann während eines Motorkaltstarts mindestens ein Teil
des Drucks am Kraftstofffilter Wachs anzeigen, der sich aus dem
Dieselkraftstoff abgeschieden hat und am Filter gefangen wurde.
Der Druck stromabwärts des Filters (und stromaufwärts
der Versorgungspumpe) kann ein niedriger Druck sein und kann wesentliche
Arbeit durch die Versorgungspumpe zur Zirkulation durch das Kraftstoffsystem
erfordern. Während erwärmter Rückführkraftstoff
durch den Kraftstofffilter rezirkuliert wird und/oder danach, kann dann
der Druck überwacht werden. In einem Beispiel kann, wenn
erwärmter Rückführkraftstoff durch den Filter
geleitet wird, aufgrund eines schnellen Schmelzens des Wachses und
einer Zunahme der Fließfähigkeit des Kraftstoffs
der Druck stromabwärts des Filters zunehmen (zum Beispiel
leicht zunehmen, um den zweiten Schwelldruck zu erreichen). In einem
anderen Beispiel kann der Kraftstofffilter durch Staub und andere
partikelförmige Stoffe verstopft werden. In diesem Fall
beeinflusst das Durchfließen des erwärmten Rückführkraftstoffs
möglicherweise nicht wesentlich den Filterdruck. Auf Grundlage
der Änderung des Filterdrucks kann die Motorsteuerung somit feststellen,
ob es zu einer Wachsansammlung am Filter gekommen ist und ob sie
durch die Rezirkulation des erwärmten Rückführkraftstoffs
ordnungsgemäß behoben wurde. Auf Grundlage der
Art der Verstopfung kann dann ein Diagnosecode eingestellt werden.
Somit kann der Filter einen häufigeren Austausch erfordern,
wenn das Verstopfungsproblem auf Staub und verwandte Materialien
zurückzuführen ist. Wenn das Verstopfungsproblem
hingegen auf Wachsansammlung zurückzuführen ist,
braucht der Filter möglicherweise nicht ausgetauscht zu
werden. Wenn der Filter aufgrund von staubverwandten Problemen verstopft
ist, dann kann somit ein Diagnosecode, der letztendlich einen Filteraustausch
vorschlägt, eingestellt werden. Darüber hinaus
kann dem Fahrer die Verwendung eines Kraftstoffs besserer Qualität
vorgeschlagen werden.
-
Bei 414 können
die Einzelheiten des aktuellen Betriebszyklus in der Steuerung zur
Kalibrierung von Druck- und Temperaturschwellen zwecks Umschaltung
des Pumpenbetriebs zwischen PCV- und VCV-Modus und Pumpenbetriebsdauern
in anschließenden Zyklen gespeichert werden. Insbesondere kann
die Steuerung die erste Schwelltemperatur, den ersten Schwelldruck
und den zweiten Schwelldruck für anschließende
Zyklen auf Grundlage einer vorherigen Anzeige von Kraftstofffilterverstopfung
einstellen. Das heißt, es kann auf Grundlage der Ergebnisse
der Diagnoseroutine ermittelt werden, ob das Passieren des erwärmten
Rückführkraftstoffs durch den Kraftstofffilter
die Wachsansammlungsprobleme während des aktuellen Zyklus
angemessen behoben hat. Als ein Beispiel kann, wenn festgestellt
wird, dass ein größeres Ausmaß an Wachsansammlung bei
einem vorherigen Zyklus erfolgt ist, oder dass die Wachsansammlung
mit dem anfänglichen Betrieb der Pumpe im PCV-Modus nicht
effektiv behandelt wurde, die Dauer des anfänglichen Betriebs
der Versorgungspumpe im PCV-Modus in einem anschließenden
Zyklus oder in anschließenden Zyklen verlängert
werden (zum Beispiel mehr als 30 Sekunden). Als anderes Beispiel
kann, wenn festgestellt wird, dass die Wachsansammlung angemessen
behoben wurde, die Dauer des anfänglichen Betriebs der
Versorgungspumpe im PCV-Modus in dem anschließenden Zyklus
oder in den anschließenden Zyklen verringert oder beibehalten
werden (zum Beispiel bei 30 Sekunden). Wenn ein größeres
Ausmaß an Wachsansammlung festgestellt wird, können/kann
ebenso die erste Schwelltemperatur und/oder der erste Schwelldruck
in Erwartung von mehr Wachsansammlung in zukünftigen Zyklen
erhöht werden. Darüber hinaus kann die Menge an
erwärmtem, durch die Filter rezirkuliertem Rückführkraftstoff
vergrößert werden. Auf diese Weise können potentielle
Wachsansammlungsprobleme antizipiert werden und der Betrieb des
Kraftstoffsystems kann entsprechend angepasst werden.
-
Auf
diese Weise kann durch Einstellung des Betriebs einer Kraftstoffversorgungspumpe
als Reaktion auf Kraftstofftemperatur und Kraftstoffdruck Wachsansammlung
auf energieeffiziente Weise für die verschiedensten Kraftstoffarten
und Betriebsbedingungen behoben werden.
-
Durch
weitere Einstellung der Rezirkulation von erwärmtem Kraftstoff
durch Kraftstofffilter als Reaktion auf Kraftstofftemperatur und/oder
Kraftstoffdruck kann Wachsentfernung an den Kraftstofffiltern beschleunigt
werden. Darüber hinaus können mit Wachs zusammenhängende
Probleme durch Aktualisierung von Pumpen- und Rezirkulationsventilbetriebseigenschaften
auf Grundlage von vorherigen Diagnosen von Filterverstopfung effizienter
und effektiver behoben werden.
-
Es
sei darauf hingewiesen, dass die hier enthaltenen beispielhaften
Steuerungs- und Schätzungsroutinen mit verschiedenen Systemkonfigurationen
verwendet werden können. Die hier beschriebenen bestimmten
Routinen können eine oder mehrere einer Anzahl von Verarbeitungsstrategien,
wie zum Beispiel ereignisgesteuert, interruptgesteuert, Multitasking,
Multithreading und dergleichen, darstellen. Somit können
verschiedene dargestellte Handlungen, Betätigungen oder
Funktionen in der dargestellten Reihenfolge oder parallel durchgeführt
werden oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso
muss die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsweise die Merkmale
und Vorteile der beispielhaften Ausführungsformen, die
hier beschrieben werden, erreichen, sie ist lediglich zur besseren
Veranschaulichung und Beschreibung vorgesehen. Eine oder mehrere
der dargestellten Handlungen, Funktionen oder Betätigungen
kann/können in Abhängigkeit von der verwendeten
bestimmten Strategie wiederholt durchgeführt werden. Des
Weiteren können die beschriebenen Betätigungen,
Funktionen und/oder Handlungen einen in das computerlesbare Speichermedium
im Steuersystem zu programmierenden Code graphisch darstellen.
-
Darüber
hinaus versteht sich, dass die hier beschriebenen Systeme und Verfahren
beispielhaft sind und dass diese bestimmten Ausführungsformen oder
Beispiele nicht einschränkend betrachtet werden sollen,
da zahlreiche Variationen in Betracht kommen. Demgemäß enthält
die vorliegende Offenbarung alle neuen und nicht offensichtlichen
Kombinationen der verschiedenen Systeme und Verfahren, die hier
offenbart werden, sowie irgendwelche und alle Äquivalente
davon.
-
Ein
erfindungsgemäßes Fahrzeugsystem umfasst Folgendes:
einen
Motor;
ein Kraftstoffsystem, das Folgendes enthält:
eine
Versorgungspumpe zur Druckbeaufschlagung von aus dem Kraftstofftank
erhaltenem Kraftstoff;
eine Kraftstoff-Verteilerleitung zur
Zuführung von druckbeaufschlagtem Kraftstoff zu einem Kraftstoffeinspritzventil;
einen
ersten Kraftstofffilter zum Filtern von der Versorgungspumpe aus
dem Kraftstofftank zugeführtem Kraftstoff;
einen zweiten
Kraftstofffilter zum Filtern von der Versorgungspumpe aus dem Kraftstofftank
zugeführtem Kraftstoff, wobei der zweite Kraftstofffilter
stromabwärts des ersten Filters positioniert ist;
einen
ersten Rezirkulationskanal zum Rezirkulieren von von der Kraftstoff-Verteilerleitung,
dem Kraftstoffeinspritzventil und/oder der Versorgungspumpe zu einem
Einlass des ersten Kraftstofffilters zurückgeführtem
Rückführkraftstoff;
einen zweiten Rezirkulationskanal
zum Rezirkulieren von von der Kraftstoff-Verteilerleitung, dem Kraftstoffeinspritzventil
und/oder der Versorgungspumpe zu einem Einlass des ersten Kraftstofffilters
zurückgeführtem Rückführkraftstoff;
ein
erstes Wärmerezirkulationsventil, das im ersten Rezirkulationskanal
positioniert ist, zum Einstellen einer Menge an durch den ersten
Kraftstofffilter rezirkuliertem Rückführkraftstoff;
ein
zweites Wärmerezirkulationsventil, das im zweiten Rezirkulationskanal
positioniert ist, zum Einstellen einer Menge an durch den zweiten
Kraftstofffilter rezirkuliertem Rückführkraftstoff;
und
ein Steuersystem, das dazu konfiguriert ist:
während
eines Motorkaltstarts die Versorgungspumpe auf Grundlage einer Kraftstofftemperatur
und eines Kraftstoffdrucks zu betreiben; und
mindestens einen
Teil des Rückführkraftstoffs auf Grundlage der
Kraftstofftemperatur und/oder des Kraftstoffdrucks durch den ersten
und/oder den zweiten Kraftstofffilter zu rezirkulieren.
-
Dabei
umfasst bevorzugt das Betreiben der Versorgungspumpe auf Grundlage
einer Kraftstofftemperatur und eines Kraftstoffdrucks Folgendes:
während
eines ersten Zustands, in dem die Kraftstofftemperatur unter einer
ersten Schwelltemperatur liegt, Betreiben der Pumpe in einem druckgesteuerten
Modus;
während eines zweiten Zustands, in dem die
Kraftstofftemperatur über einer zweiten Schwelltemperatur
liegt, Betreiben der Pumpe in einem volumengesteuerten Modus;
während
eines dritten Zustands, in dem die Kraftstofftemperatur über
der ersten Schwelltemperatur, aber unter der zweiten Schwelltemperatur
liegt, und in dem weiterhin der Kraftstoffdruck unter einem ersten Schwelldruck
liegt, Betreiben der Pumpe im druckgesteuerten Modus; und
während
eines vierten Zustands, in dem die Kraftstofftemperatur über
der ersten Schwelltemperatur, aber unter der zweiten Schwelltemperatur
liegt, und in dem weiterhin der Kraftstoffdruck über dem
ersten Schwelldruck liegt, Betreiben der Pumpe im volumengesteuerten
Modus.
-
Dabei
umfasst weiter bevorzugt das Rezirkulieren von Rückführkraftstoff
auf Grundlage der Kraftstofftemperatur und/oder des Kraftstoffdrucks
mit Anstieg der Kraftstofftemperatur Verringern einer Menge an Rückführkraftstoff,
der durch den ersten und/oder zweiten Kraftstofffilter rezirkuliert
wird, während eine Menge an Rückführkraftstoff,
der zum Kraftstofftank zurückgeführt wird, erhöht
wird, umfasst, wobei die Menge an rezirkuliertem Rückführkraftstoff
dadurch verringert wird, dass ein Öffnungsgrad des ersten
und/oder zweiten Wärmerezirkulationsventils verkleinert
wird und/oder eine Öffnungsdauer des ersten und/oder zweiten
Wärmerezirkulationsventils verkürzt wird.
-
Insbesondere
ist dabei das Steuersystem weiterhin dazu konfiguriert während
des zweiten Zustands,
eine Kraftstofffilterverstopfung aufgrund
von Wachs, wenn der Kraftstofffilterdruck über einem zweiten Schwelldruck
liegt, anzuzeigen;
eine Kraftstofffilterverstopfung aufgrund
von Fremdstoffen, wenn der Kraftstofffilterdruck unter dem zweiten
Schwelldruck liegt, anzuzeigen; und
eine Kraftstofffilterverstopfung
durch Einstellen eines Diagnosecodes anzuzeigen.
-
In
einem weiter bevorzugten System umfasst das Rezirkulieren von Rückführkraftstoff
auf Grundlage der Kraftstofftemperatur und/oder des Kraftstoffdrucks
nacheinander vollständiges Öffnen und vollständiges
Schließen des ersten und des zweiten Wärmerezirkulationsventils,
wobei die Reihenfolge des Öffnens und Schließens
auf der Kraftstofftemperatur und/oder dem Kraftstoffdruck basiert.
-
In
einem weiter bevorzugten System umfasst das Rezirkulieren von Rückführkraftstoff
auf Grundlage der Kraftstofftemperatur und/oder des Kraftstoffdrucks
zumindest teilweises Öffnen des ersten und des zweiten
Wärmerezirkulationsventils, wenn die Kraftstofftemperatur
unter einer ersten Temperatur liegt.
-
Bezugszeichenliste
-
Fig. 1
- Injector
return
- Einspritzventilrückfluss
- Rail
return
- Verteilerleitungsrückfluss
- Pump
return
- Pumpenrückfluss
Fig. 2 - Injector
return
- Einspritzventilrückfluss
- Rail
return
- Verteilerleitungsrückfluss
- Pump
return
- Pumpenrückfluss
Fig. 3 - 302
- Motorkaltstart?
- 304
- Schätzen
und/oder Messen von Motorbetriebsbedingungen
- 305
- Einstellen
von Fluss durch das (die) Wärmerezirkulationsventil(e)
- 306
- Betreiben
der Hochdruckpumpe im PCV-Modus
- 312
- Betreiben
der Hochdruckpumpe im VCV-Modus
- 314
- Durchführen
einer Filterdiagnose (4)
- 318
- Schätzen
von Pfuel_rail
Fig. 4 - 402
- VCV-Modus?
- 404
- Schätzen
von Pfilter
- 408
- Mit
Wachs verstopfter Filter
- 410
- Mit
Fremdstoffen verstopfter Filter
- 412
- Einstellen
von Diagnosecode
- 414
- Speichern
von aktuellen Zyklusdaten zur Kalibrierung von Schwellwerten bei
einem oder mehreren anschließenden Zyklen
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
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des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
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-
Zitierte Patentliteratur
-
- - EP 1319821
A2 [0004, 0004]
