DE102011016557B4

DE102011016557B4 - Verfahren zum Betreiben einer Dieselkraftstofffilterheizung

Info

Publication number: DE102011016557B4
Application number: DE102011016557.6A
Authority: DE
Inventors: Peter Schäfer; Clement Rinkert
Original assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Current assignee: BorgWarner Ludwigsburg GmbH
Priority date: 2010-05-20
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2016-11-17
Anticipated expiration: 2031-04-09
Also published as: US20110284521A1; CN102322365B; US8552345B2; DE102011016557A1; DE102010022242A1; CN102322365A

Abstract

Verfahren zum Betreiben einer Dieselkraftstofffilterheizung, die wenigstens ein PTC-Element enthält, in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Steuergerät (6) verwendet wird, um mittels Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung zu erzeugen, die an die Filterheizung (4b) angelegt wird, und aus der von der Filterheizung (4b) aufgenommenen Leistung der Bedarf einer weiteren Beheizung des Kraftstofffilters (4) ermittelt wird und wobei zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des beheizten Dieselkraftstofffilters (4) die von der Filterheizung (4b) nach einer Aufheizphase aufgenommene Leistung überwacht und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, und ein Warnsignal erzeugt wird, wenn die Leistung unter dem Schwellenwert liegt, während eine Pumpe (2) eingeschaltet ist, die dafür vorgesehen ist, Dieselkraftstoff von einem Tank zu dem Dieselkraftstofffilter (4) zu pumpen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Dieselkraftstofffilterheizung, die wenigstens ein PTC-Element enthält, in einem Kraftfahrzeug.
Aus der DE 101 52 084 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben einer Dieselkraftstofffilterheizung, die wenigstens ein PTC-Element enthält, in einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei ein Steuergerät (6) verwendet wird, um mittels Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung zu erzeugen, die an die Filterheizung (4b) angelegt wird. Ähnliche Verfahren sind aus der DE 100 53 583 A1 sowie der DE 10 2008 039 277 A1 bekannt.
Aus der DE 41 08 035 A1 ist es bekannt, ein Kraftstoffventil mit Hilfe eines Reglers zu beheizen, der die Energiezufuhr in Abhängigkeit von der Gehäusetemperatur oder der Umgebungstemperatur regelt.
Bei tieferen Temperaturen wird Dieselkraftstoff zunehmend zähflüssig und kann dann einen Kraftstofffilter nicht mehr in ausreichendem Maß durchströmen. Dies wird als Versulzung des Kraftstofffilters bezeichnet. Eine Tankheizung reicht bei Frost unter Umständen nicht aus, um eine ausreichend hohe Temperatur des Dieselkraftstoffs im gesamten Leitungssystem zu gewährleisten und somit eine Versulzung des Kraftstofffilters zu verhindern. Abhilfe schafft eine Filterheizung.
Der Bedarf an Dieselkraftstofffilterheizungen ist durch die zunehmende Verwendung von Dieselkraftstoffgemischen gestiegen, die neben einem mineralischen Anteil auch einen biosynthetisch hergestellten Anteil enthalten. Derartige Dieselkraftstoffgemische werden häufig als Biodiesel bezeichnet und an Tankstellen in unterschiedlichen Mischungsverhältnissen vertrieben. Im Allgemeinen gilt dabei, dass die Viskosität des Kraftstoffgemisches bei einer gegebenen Temperatur umso höher ist, je höher der biosynthetisch hergestellte Krafftstoffanteil ist. Bei Verwendung von Biodiesel besteht deshalb eine erhöhte Gefahr einer Versulzung des Kraftstofffilters.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Weg aufzuzeigen, wie kostengünstig die Beheizung eines Dieselkraftstofffilters realisiert werden kann.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Steuergerät verwendet, um mittels Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung zu erzeugen, die an die Filterheizung angelegt wird. Das Steuergerät kann beispielsweise ein Glühkerzensteuergerät sein, das ist bei Dieselfahrzeugen ohnehin vorhanden ist, so dass auf diese Weise kostengünstig eine Steuerung der Dieselkraftstoffheizung realisiert werden kann.
Erfindungemäß wird aus der von der Filterheizung aufgenommenen Leistung der Bedarf einer weiteren Beheizung des Kraftstofffilters ermittelt. Überraschender Weise lässt sich durch Auswertung der von der Heizung aufgenommen Leistung ermitteln, ob der Kraftstofffilter versulzt ist. Die vorliegende Erfindung nutzt nämlich den physikalischen Effekt, dass die Filterheizung von hindurchströmendem Kraftstoff gekühlt wird. Zum Beheizen eines gut durchströmten Kraftstofffilters ist deshalb eine höhere Leistung erforderlich als zum Aufheizen eines versulzten Kraftstofffilters, an dem zähflüssiger oder wachsartiger Dieselkraftstoff ansteht.
Der Bedarf einer weiteren Beheizung des Kraftstofffilters besteht dann, wenn die Viskosität des Kraftstoffs hoch ist und den Kraftstofffilter deshalb nicht oder nur langsam durchströmen kann. Hat der Dieselkraftstoff eine geringe Viskosität, kann er den Dieselkraftstofffilter gut durchströmen, so dass kein Bedarf an einer Beheizung besteht.
Aus der Leistungsaufnahme der Filterheizung kann deshalb auf den Durchströmungszustand und damit indirekt auch auf die Viskosität des Dieselkraftstoffs geschlossen werden. Durch die Auswertung der Leistungsaufnahme der Filterheizung lässt sich also mit geringem Aufwand der Beheizungsbedarf ermitteln. Diese Auswertung kann von einem Steuergerät problemlos vorgenommen werden. Insbesondere ein Glühkerzensteuergerät kann diese Auswertung leicht vornehmen, da es dafür ausgelegt ist, die Leistungsaufnahme von Glühkerzen, also elektrischen Heizungen, zu überwachen und auszuwerten.
Während herkömmliche Kraftstofffilterbeheizungen vorsorglich auf höhere Temperaturen aufgeheizt werden, als für Kraftstoffe mit geringem oder fehlenden biosynthetischen Anteil erforderlich wäre, lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren eine unnötige Beheizung des Kraftstofffilters weitgehend vermeiden. Das Bordnetz des Fahrzeugs wird deshalb durch das erfindungsgemäße Verfahren weniger belastet. Vergleichbares ist bei herkömmlichen Steuerungsverfahren ansonsten nur durch Einsatz von zwei Drucksensoren möglich, mit denen jeweils vor und hinter dem Kraftstofffilter der Druck in einer Kraftstoffleitung gemessen und aus einer hohen Druckdifferenz auf eine Versulzung des Kraftstofffilters geschlossen wird.
Der Bedarf einer weiteren Beheizung des Kraftstofffilters kann durch Auswertung der Leistungsaufnahme beim Aufheizen oder auch im kontinuierlichen Betreib, d. h. bei konstantem Heizwiderstand, ermittelt werden.
Durch Auswertung der Leistungsaufnahme beim Aufheizen der Filterheizung kann beispielsweise bei jedem Fahrzeugstart mit geringem Aufwand ermittelt werden, ob Bedarf an einer Erwärmung des Kraftstofffilters besteht, d. h. ob dieser versulzt ist. Dies ist ein wichtiger Vorteil, da eine einfache Temperaturmessung wegen der unterschiedlichen Dieselkraftstoffgemische hierfür nicht ausreicht. Eine Entlastung des Bordnetzes durch Vermeidung einer unnötigen oder unnötig intensiven Beheizung des Kraftstofffilters ist insbesondere in der Startphase eines Kraftfahrzeuges, in der das Bordnetz regelmäßig stark belastet ist, willkommen.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der elektrische Widerstand der Heizung auf einen Sollwert geregelt wird. Auf diese Weise kann die Heizung an einem optimalen Arbeitspunkt betrieben werden. Bevorzugt wird als Sollwert des elektrischen Widerstandes ein Wert gewählt, der zwischen einem Minimum und einem Wendepunkt der Widerstandstemperaturkennlinie des PTC-Elements liegt. Bevorzugt wird als PTC-Element ein keramischer Heizwiderstand verwendet.
Eine weitere vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des beheizten Dieselkraftstofffilters die von der Filterheizung nach einer Aufheizphase aufgenommene Leistung überwacht und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird. Wenn die Leistung unter dem Schwellenwert liegt, während eine Pumpe eingeschaltet ist, die dafür vorgesehen ist, Dieselkraftstoff von einem Tank zu dem Dieselkraftstofffilter zu pumpen, wird ein Warnsignal erzeugt. Eine geringe Leistungsaufnahme der Filterheizung bei eingeschalteter Kraftstoffpumpe weist nämlich darauf hin, dass der Kraftstofffilter nicht oder nur schlecht durchströmt wird. Neben einer unzureichenden Erwärmung des Dieselkraftstoffs kann ein hoher Strömungswiderstand insbesondere darauf beruhen, dass der Filter mit Fremdkörpern belastet und deshalb verstopft ist. Nach einer Aufheizphase hat der Kraftstofffilter eine so hohe Temperatur, dass als Ursache für einen zu hohen Strömungswiderstand an sich nur eine Verstopfung des Filters in Frage kommt.
Durch Auswerten der Leistungsaufnahme nach einer Aufheizphase kann deshalb vorteilhaft erkannt werden, ob der Filter bereits stark mit Fremdkörpern belastet ist und deshalb mit einem baldigen Ausfall durch Verstopfung gerechnet werden muss. Ein erfindungsgemäßes Verfahren kann den Halter eines Fahrzeugs deshalb vorteilhaft vor einem bevorstehenden Filterausfall warnen. Durch einen rechtzeitigen Filteraustausch lassen sich Schäden vermeiden.
Bevorzugt wird der Schwellenwert in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen der Kraftstofffilterheizung festgelegt, beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder der Kühlwassertemperatur. Derartige Daten können dem Steuergerät vom Motorsteuergerät des Fahrzeugs gemeldet werden oder das Motorsteuergerät kann selbst als Steuergerät für das erfindungsgemäße Verfahren verwendet werden.
Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Steuergerät die Filterheizung abschaltet, d. h. die an der Filterheizung angelegte Effektivspannung auf Null setzt, wenn die Leistungsaufnahme einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt. Wie bereits erwähnt, bedeutet eine hohe Leistungsaufnahme, dass der Kraftstofffilter gut von Dieselkraftstoff durchströmt wird. In einem solchen Fall ist eine weitere Beheizung nicht erforderlich. Bevorzugt ist dabei, dass das Steuergerät die Filterheizung nach einer vorgegebenen Zeitspanne wieder einschaltet, und durch Auswerten der Leistungsaufnahme prüft, ob Bedarf für eine weitere Beheizung besteht. Bei dem Abschalten der Filterheizung kann die Temperatur des Kraftstofffilters und damit auch die Temperatur des Dieselkraftstoffs absinken, so dass sich die Viskosität des Dieselkraftstoffs unter Umständen wieder soweit erhöht, dass eine weitere Beheizung angebracht ist. Durch ein erneutes Einschalten der Filterheizung kann dies, insbesondere bei dem dadurch bewirkten Aufheizen, leicht überprüft werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden an einem Ausführungsbeispiel unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung des Kraftstoffversorgungssystems eines Fahrzeugs und der Steuerung einer Kraftstofffilterheizung; und
2 ein schematisches Beispiel des Widerstandsverlaufs eines keramischen PTC-Widerstands.
1 zeigt schematisch den Kraftstofftank 1 eines Fahrzeugs. Von dem Kraftstofftank 1 wird Dieselkraftstoff mit einer Kraftstoffpumpe 2 zu einem Kraftstofffilter 4 und von dort zu der Einspritzanlage 7 (common rail) eines Kraftfahrzeugs gepumpt. Der Kraftstofffilter 4 enthält einen Wasserabschneider 4a, eine Heizung 4b und einen Wassersensor 4c. Die symbolisch durch eine Wendel dargestellt Filterheizung 4b enthält wenigstens ein PTC-Element, vorzugsweise ein keramisches PTC-Element, und wird von einem Glühkerzensteuergerät 6 gesteuert. Das Glühkerzensteuergerät 6 kommuniziert mit einem Motorsteuergerät 8.
Das Motorsteuergerät 8 teilt dem Glühkerzensteuergerät 6 mit, wann möglicher Weise Heizungsbedarf besteht, beispielsweise vor dem Starten eines Motors. Das Glühkerzensteuergerät 6 erzeugt dann mittels Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung und legt diese an die Filterheizung 4b an. Das Glühkerzensteuergerät 6 überwacht dann die von der Filterheizung 4b während mehreren aufeinander folgenden Spannungspulsen aufgenommene Leistung und kann daraus ermitteln, ob die Viskosität des Dieselkraftstoffs tatsächlich eine Beheizung erforderlich macht bzw. ob eine Beheizung weiterhin erforderlich ist. Hierfür wird die aufgenommene Leitung mit einem Grenzwert verglichen. Übersteigt die Leistungsaufnahme den Grenzwert, wird auf einen gut von Kraftstoff durchströmten Kraftstofffilter 4a geschlossen und die Filterheizung 4b abschaltet, indem das Glühkerzensteuergerät 6 die angelegt Effektivspannung auf Null setzt.
Bevorzugt wird der Grenzwert in Abhängigkeit von dem aktuellen Widerstandswert der Filterheizung 4b festgelegt, beispielsweise mittels einer hierfür im Glühkerzensteuergerät 6 gespeicherten Kennlinie. Indem der Grenzwert in Abhängigkeit von dem aktuellen Widerstandswert der Filterheizung 4b festgelegt ist, kann die strömungsbedingte Kühlung der Filterheizung 4b noch besser erfasst werden.
An das Motorsteuergerät 8 kann ein Drucksensor 3 angeschlossen sein, der den Druck in einer Kraftstoffleitung vor dem Kraftstofffilter 4 misst. Zusätzlich kann ein zweiter Drucksensor 5 vorgesehen sein, um den Druck in einer Kraftstoffleitung hinter dem Kraftstofffilter zu messen. Durch Auswertung der Drucksignale kann das Motorsteuergerät 8 zusätzliche Informationen über den Bedarf einer Beheizung des Kraftstofffilters 4b ermitteln und dies dem Glühkerzensteuergerät 6 mitteilen. Die Drucksensoren 3, 5 sind aber nicht unbedingt erforderlich. Einer oder sogar beide Drucksensoren können bei einem vereinfachten System auch weggelassen werden, insbesondere bei einer nachgerüsteten, d. h. nachträglich in ein Fahrzeug eingebauten Filterheizung.
Das Glühkerzensteuergerät 6 regelt den elektrischen Widerstand der Filterheizung 4b auf einen Sollwert. In 2 ist schematisch der Widerstandsverlauf eines typischen keramischen PTC-Widerstands, wie er für die Filterheizung 4b verwendet werden kann, dargestellt. Der Verlauf der Widerstandstemperaturkennlinie zeigt bei einer Temperatur T_A ein Minimum und steigt in einem daran anschließenden Temperaturintervall sprunghaft an. Bei einer Temperatur T_E folgt auf den sprunghaften Anstieg ein relativ flacher Verlauf des elektrischen Widerstands. Als Sollwert des elektrischen Widerstands wird bevorzugt ein Wert gewählt, der zwischen dem Minimum T_A und einem Wendepunkt der Widerstandstemperaturkennlinie des PTC-Elements liegt. Ein geeigneterer Sollwert ist in 2 bei der Temperatur T_N angedeutet. Der Widerstand des Sollwerts sollte so groß sein, dass der elektrische Widerstand des PTC-Elements bei tieferen Temperaturen stets kleiner als der Sollwert ist.
Das Glühkerzensteuergerät 6 kann durch Auswerten der aufgenommenen Leistung die Funktionsfähigkeit des beheizten Dieselkraftstofffilters 4a überprüfen. Dazu wird die von der Filterheizung 4b nach einer Aufheizphase aufgenommene Leistung überwacht und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Insbesondere kann die im zeitlichen Mittel beim Regeln auf den Sollwert des elektrischen Widerstands aufgenommene Leistung mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen werden. Wenn die aufgenommene Leistung bei eingeschalteter Pumpe 2 unter dem Schwellenwert liegt, wird ein Warnsignal erzeugt. In diesem Fall wird der Filter 4a nämlich trotz Aufheizen auf eine Betriebstemperatur, bei welcher der Dieselkraftstoff gut flüssig ist, nicht in ausreichendem Maße durchströmt. Wenn die Leistung unter dem Schwellenwert liegt, deutet dies deshalb darauf hin, dass der Filter mit Fremdkörpern belastet ist und deshalb ausgetauscht werden sollte.
Der Schwellenwert kann in Abhängigkeit von Umgebungsbedingung und der Kraftstofffilterheizung 4b festgelegt werden, beispielsweise in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder der Kühlwassertemperatur. Auf diese Weise lässt sich die Zuverlässigkeit des Warnsignals verbessern.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstofftank
2: Kraftstoffpumpe
3: Drucksensor
4: Kraftstofffilter
4a: Wasserabschneider
4b: Heizung
4c: Wassersensor
5: Drucksensor
6: Glühkerzensteuergerät
7: Einspritzanlage
8: Motorsteuergerät

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Dieselkraftstofffilterheizung, die wenigstens ein PTC-Element enthält, in einem Kraftfahrzeug, wobei ein Steuergerät (6) verwendet wird, um mittels Pulsweitenmodulation aus einer Bordnetzspannung eine Effektivspannung zu erzeugen, die an die Filterheizung (4b) angelegt wird, und aus der von der Filterheizung (4b) aufgenommenen Leistung der Bedarf einer weiteren Beheizung des Kraftstofffilters (4) ermittelt wird und wobei zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit des beheizten Dieselkraftstofffilters (4) die von der Filterheizung (4b) nach einer Aufheizphase aufgenommene Leistung überwacht und mit einem vorgegebenen Schwellenwert verglichen wird, und ein Warnsignal erzeugt wird, wenn die Leistung unter dem Schwellenwert liegt, während eine Pumpe (2) eingeschaltet ist, die dafür vorgesehen ist, Dieselkraftstoff von einem Tank zu dem Dieselkraftstofffilter (4) zu pumpen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Ermitteln des Bedarfs einer fortgesetzten Beheizung die während mehrerer aufeinanderfolgender Spannungspulse aufgenommene Leistung ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Widerstand der Heizung (4b) auf einen Sollwert geregelt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Sollwert des elektrischen Widerstands ein Wert gewählt wird, der zwischen einem Minimum und einem Wendepunkt der Widerstands-Temperatur Kennlinie des PTC-Elements liegt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert in Abhängigkeit von Umgebungsbedingungen der Kraftstofffilterheizung (4b) festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwellenwert in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur oder der Kühlwassertemperatur festgelegt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) die Filterheizung (4b) abschaltet, wenn die Leistungsaufnahme einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) die Filterheizung (4b) nach einer vorgegebenen Zeitspanne wiedereinschaltet und durch Auswerten der Leistungsaufnahme prüft, ob Bedarf für eine weitere Beheizung besteht.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (6) ein Glühkerzensteuergerät ist.