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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erkennen einer Viskositätsänderung von Kraftstoffen.
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Stand der Technik
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Kraftstoffe unterliegen im Allgemeinen bestimmten Kraftstoffspezifikationen. Der Kraftstoff hat demnach vorgegebene Qualitätsmerkmale zu erfüllen, um einen Verbrennungsmotor leistungsgerecht und sicher betreiben zu können. Nicht überall sind jedoch Kraftstoffe hoher Qualität erhältlich. Es kommt deshalb vor, dass Motoren mit Kraftstoffen niedriger Qualität betrieben werden. Wird dies nicht erkannt, kann der Motor Schaden nehmen. Es hat sich gezeigt, dass die Kraftstoffviskosität ein geeigneter Indikator für die Kraftstoffqualität ist. Kraftstoffe hoher Qualität besitzen eine hohe Viskosität, Kraftstoffe niedriger Qualität besitzen eine niedrige Viskosität.
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Es ist deshalb wünschenswert, eine Möglichkeit anzugeben, die Viskosität des eingesetzten Kraftstoffes einfach und sicher beurteilen zu können, um somit insbesondere auf den Gebrauch von Kraftstoffen schlechter Qualität reagieren zu können.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Erkennen einer Viskositätsänderung von Kraftstoffen mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird zum Erkennen einer Viskositätsänderung eines eingesetzten Kraftstoffes, welcher von einer Förderpumpe gefördert wird, ein Druckunterschied zwischen einer Ansaug- und einer Abgabeöffnung eines Fördermechanismus der Förderpumpe für eine bestimmte Fördermenge über einen längeren Zeitraum ermittelt. Anhand des zeitlichen Verlaufs des Druckunterschieds ist es möglich, eine Änderung der Viskosität einfach und schnell zu erkennen.
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Für die Ermittlung des Druckunterschieds werden bevorzugterweise der Ist-Antriebsstrom des Antriebsmotors der Förderpumpe sowie die Ist-Temperatur des geförderten Kraftstoffs herangezogen. Dabei werden die Temperatur beispielsweise mittels eines einfachen Temperatursensors und der Strom kostengünstig über die Leistungselektronik der Förderpumpe gemessen. Es kann somit auf aufwendige, zusätzliche und kostenintensive Sensoren verzichtet werden.
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Erfindungsgemäß wird der Druckunterschied für eine bestimmte Fördermenge über einen längeren Zeitraum ermittelt, so dass sich ein Druckunterschiedsverlauf ergibt. Anhand dieses Druckverlaufs sind Unstetigkeiten, wie Sprünge, plötzliche Steigungen bzw. Abfälle, welche ein Anzeichen für eine Viskositätsänderung sind, einfach zu erkennen. Eine Unstetigkeit im Druckverlauf kann einerseits von einer Viskositätsänderung oder andererseits von einem Filterwechsel in der Kraftstoffpumpe hervorgerufen werden. Dabei ist eine Unstetigkeit, die von einer Viskositätsänderung herrührt, von einer Unstetigkeit, die ein Filterwechsel versursacht, zu unterscheiden. Es hat sich gezeigt, dass die von einem Filterwechsel hervorgerufene Unstetigkeit deutlich größer als die von einer Viskositätsänderung hervorgerufene Unstetigkeit ist. Es bietet sich an, den Betrag der Unstetigkeit (”Differenz vorher/nachher”) mittels eines Schwellwertvergleichs zu beurteilen, wobei vorzugsweise zwei Schwellwerte verwendet werden. Unterschreitet der Betrag der Unstetigkeit einen ersten Schwellwert, so ist davon auszugehen, dass es sich weder um eine Viskositätsänderung, noch um einen Filterwechsel handelt. Liegt der Betrag der Unstetigkeit über dem ersten Schwellwert und unterhalb eines zweiten Schwellwerts, so handelt es sich um eine Viskositätsänderung. Überschreitet der Betrag der Unstetigkeit den zweiten Schwellwert, so ist von einem Filterwechsel auszugehen.
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Damit eine Unstetigkeit bzw. ein Unterschied im Druckunterschiedsverlauf bevorzugterweise richtig zugeordnet werden kann, wird in einer bevorzugten Ausführungsform der die Erfindung ausführenden Recheneinheit, beispielsweise der Regelelektronik der Förderpumpe, über ein Signal mitgeteilt, dass es sich bei der einzutretenden oder der bereits eingetretenen Unstetigkeit im Druckunterschiedsverlauf um einen vorgenommenen Filterwechsel handelt.
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Beruht der Druckunterschied auf einer Viskositätsänderung, so sieht eine weitere bevorzugte Ausgestaltung vor, Maßnahmen zu ergreifen, die das System vor einer möglichen Schädigung schützen. Eine solche Maßnahmeist ein Notlaufbetrieb, in dem der Motor nur noch mit geringen Drehzahlen betreibbar ist. Eine zusätzliche oder alternative Möglichkeit könnte darin bestehen, dem Benutzer des Fahrzeugs zu signalisieren, eine Werkstatt anzufahren bzw. dafür zu sorgen, den Kraftstoff alsbald abpumpen zu lassen bzw. zu wechseln.
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Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 zeigt schematisch eine Förderpumpe, die zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens besonders geeignet ist.
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2 zeigt in einem Diagramm Druckunterschiede in Abhängigkeit von der Fördermenge für zwei unterschiedliche Kraftstoffpumpen-Filterzustände.
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3 zeigt in einem Diagramm Druckunterschiede in Abhängigkeit von der Fördermenge für zwei unterschiedliche Kraftstoffviskositäten.
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4 zeigt in einem Diagramm einen Verlauf des Kraftstoffpumpenantriebsstrom in Abhängigkeit von der Zeit mit einer Viskositätsänderung und einem Filterwechsel.
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Ausführungsform(en) der Erfindung
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In 1 ist eine Förderpumpe 100 aufweisend einen Förderteil 120 und einen Elektronikteil 121 mit geregeltem Elektroantrieb dargestellt. Der Förderteil 120 besitzt eine Ansaugöffnung 122, eine Abgabeöffnung 123 und einen dazwischen angeordneten Fördermechanismus 124, wobei über die Ansaugöffnung 122 ein Kraftstoff angesaugt und über die Abgabeöffnung 123 abgegeben wird. Zwischen der Ansaugöffnung 122 und der Abgabeöffnung 123 herrscht während des Betriebs ein Druckunterschied Δp. Der Fördermechanismus 124 ist über eine Welle mit einem Antrieb 125, hier einem Elektromotor, verbunden. Nach der Abgabeöffnung 123 befindet sich ein Filter (nicht gezeigt) zum Filtern des geförderten Kraftstoffes.
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Der Elektronikteil 121 umfasst eine Regelbaugruppe 127 und eine Leistungsbaugruppe 128. Die Regelbaugruppe 127 empfängt eine Soll-Fördermenge Fsoll. Gleichzeitig wird der Regelbaugruppe 127 mittels eines im Förderteil vorgesehenen Fördermengen-Sensors 126 die zu dem Zeitpunkt gemessene Ist-Fördermenge Fist zugeführt. Anhand der Soll-Fördermenge Fsoll und der Ist-Fördermenge Fist errechnet die Regelbaugruppe 127 eine Soll-Drehzahl Diese wird dann der Leistungsbraugruppe 128 übermittelt, wobei die Leistungsbraugruppe 128 gleichzeitig die Ist-Drehzahl nist vom Elektromotor 125 empfängt. Anhand des Drehzahlabgleichs zwischen nsoll und nist ist es der Leistungsbraugruppe 128 möglich, den Elektromotor 125 auf die Soll-Drehzahl nsoll zu regeln.
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Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird zusätzlich im Förderteil
120 der Förderpumpe
100 ein Temperatursensor
129 angeordnet, der die Ist-Temperatur T
ist des Kraftstoffs misst. Die Ist-Temperatur T
ist wird dann wiederum an die Regelbaugruppe
127 weitergeleitet. Weiterhin erhält die Regelbaugruppe
127 die Eingabe des Ist-Antriebsstroms I
ist. Dieser wird bevorzugterweise in der Leistungsbaugruppe
128 bestimmt. Für die Erkennung der Viskositätsänderung ist gemäß der Erfindung der Druckunterschied Δp relevant. Dieser kann aufgrund des Zusammenhangs zwischen Druckunterschied Δp, Antriebsstrom I
ist, Fördermenge F
ist und Temperatur T
ist des Kraftstoffs bestimmt werden; siehe hierzu genauere Erläuterungen in der nicht vorveröffentlichten
DE 10 2010 001 150.9 .
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Wie dort beschrieben, besteht ein Zusammenhang zwischen dem Druckunterschied Δp, der Viskosität η des Kraftstoffs, dem Antriebsstrom Iist und der Temperatur Tist. Mittels der Messung von Antriebsstrom Iist und Temperatur Tist ist es möglich, den zugehörigen Druckunterschied Δp bei fester Fördermenge Fist zumindest qualitativ zu ermitteln. Bei fester Fördermenge Fist und fester Temperatur Tist ist der Antriebsstrom Iist ein Maß für die Viskosität η des Kraftstoffs. Somit kann aus dem zeitlichen Verlauf des Antriebsstromes auf den zeitlichen Verlauf der Kraftstoffviskosität geschlossen werden.
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Verschiedene der Erfindung zugrunde liegende Zusammenhänge werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2 bis 4 nur zur Veranschaulichung rein qualitativ erläutert.
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In 2 ist ein Diagramm 200 dargestellt, in dem auf der Ordinate der Druckunterschied Δp gegen die Fördermenge F auf der Abszisse aufgetragen ist. Das Diagramm 200 zeigt die Gegebenheiten in einem Niederdruckkreislauf eines Hochdruckpumpensystems mit einer Förderpumpe und einem druckseitig angeordneten Hauptfilter. In dem Diagramm 200 sind zwei Graphen 201 und 202 zu sehen, die verschiedene Verschmutzungsgrade des Hauptfilters zeigen. Der Graph 202 stellt den Druckunterschiedsverlauf mit unverschmutztem Filter dar. Zu Beginn steigt der Graph 202 bis zum Öffnungsdruck steil an. Der Öffnungsdruck ist erreicht, wenn ein Überströmventil im Niederdruckkreislauf geöffnet wird. Danach besitzt der Graph 202 nur noch eine geringe Steigung, die aus einer Druckerhöhung der Überströmventil-Kennlinie, einem Druckabfall durch den Hauptfilter und aus auftretenden Druckverlusten in den Leitungen resultiert.
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Der Graph 201 stellt den Druckunterschiedsverlauf mit verschmutztem Hauptfilter dar. Zu Beginn steigt der Graph 201 ebenso steil an wie der Graph 202. Nachdem das Überströmventil geöffnet hat, steigt der Graph 201 etwas steiler als der Graph 202 an. Die Verschmutzung des Filters führt zu einem erhöhten Gegendruck und damit zu einem höheren Druckabfall über der Förderpumpe bei gleicher Fördermenge F1.
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Für die Beurteilung der Viskosität anhand des Druckunterschieds Δp ist es demnach auch der Zustand eines ggf. vorhandenen Filters relevant.
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3 zeigt ein Diagramm 300, in dem wiederum auf der Ordinate der Druckunterschied Δp gegen die Fördermenge F auf der Abszisse aufgetragen ist. Die Graphen 303 und 304 zeigen die Druckunterschiedsverläufe mit geförderten Kraftstoffen unterschiedlicher Viskosität an. Graph 303 zeigt den Verlauf für einen Kraftstoff hoher Viskosität, Graph 304 zeigt den Verlauf für einen Kraftstoff niedriger Viskosität. Durch die unterschiedliche Strömung des Kraftstoffes sind der Gegendruck und damit der Druckabfall über der Förderpumpe im Fall von Kraftstoff hoher Viskosität höher als im Fall von Kraftstoff niedriger Viskosität. Aus diesem Grund hat der Graph 304 eine niedrigere Steigung bzw. einen geringeren Druckunterschied bei gleicher Fördermenge F1 als der Graph 303.
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In 4 ist ein Diagramm 400 dargestellt, in dem auf der Ordinate der Antriebsstrom I gegen die Zeit t auf der Abszisse aufgetragen ist. In dem Diagramm 400 ist ein Graph 405 zu sehen, der den über einen längeren Zeitraum gemessenen Antriebsstrom Iist zeigt. Innerhalb des Graphen 405 sind zwei Unstetigkeiten ΔI1 und ΔI2 gezeigt. Wie oben erläutert, kann eine Beurteilung der Unstetigkeit anhand eines Schwellwertvergleichs erfolgen. Die erste Unstetigkeit ΔI1, die größer als ein erster Schwellwert und kleiner als ein zweiter Schwellwert ist, zeigt somit eine Viskositätsänderung des Kraftstoffs an. Die zweite Unstetigkeit ΔI2, die größer als der erste und größer als der zweite Schwellwert ist, zeigt somit einen Wechsel des Filters an.
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Die Erfindung bietet die Möglichkeit, eine Beurteilung des eingesetzten Kraftstoffes ganz einfach durch Messung des Antriebsstromes für eine bestimmte Fördermenge über die Zeit durchzuführen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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