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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes eines Kraftstoffes in einem Kraftfahrzeug, insbesondere eines Kohlenwasserstoffverbindungen enthaltenen Kraftstoffes. Das Verfahren findet insbesondere Anwendung in Kraftfahrzeugen mit zumindest zwei voneinander unterschiedlichen Antrieben, z. B. mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem elektrischen Antrieb, bzw. mit zumindest zwei voneinander unabhängigen Energiespeichern, z. B. einem Kraftstofftank und einer Batterie, also z. B. in Hybrid-Elektrofahrzeugen, oder z. B. einem Kraftstofftank und einem Gastank.
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Hybrid-Elektrofahrzeuge können in Abhängigkeit von der gewählten Antriebsart (Antrieb des Kraftfahrzeuges über den Elektroantrieb oder über die Verbrennungskraftmaschine) mit oder ohne Einsatz von Kraftstoff angetrieben werden. Die Art der Nutzung eines solchen Kraftfahrzeuges kann dazu führen, dass das Kraftfahrzeug für eine längere Periode ohne den Verbrauch von Kraftstoff, nämlich z. B. rein elektrisch, betrieben wird. Unter diesen Umständen ist es möglich, dass ein im Kraftfahrzeug bevorrateter Kraftstoff altert und einen Alterungszustand erreicht, bei dem ein störungsfreier Betrieb der Verbrennungskraftmaschine nicht mehr gewährleistet werden kann oder gar nicht möglich ist. Eine ähnliche Situation der Alterung eines Kraftstoffs kann auch in bivalent mit zwei verschiedenen Kraftstoffen angetriebenen Kraftfahrzeugen, zum Beispiel bivalente Gas- und Flüssigkraftstoff-Kraftfahrzeugen, auftreten.
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Aus diesem Grund sind für Hybrid-Elektrofahrzeuge und für andere Fahrzeuge mit der oben genannten Kombination von Energiespeichern, Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes des Kraftstoffes bekannt, bei denen üblicherweise auf die Messungen eines Tankfüllstandsensors zurückgegriffen wird. Aus einer Veränderung des Tankfüllstandes wird dabei auf ein Nachfüllen von Kraftstoff geschlossen. Auf Basis der Tankfüllstände vor und nach dem Betankungsvorgang werden dann Gewichtungsfaktoren abgeleitet, so dass ein Alterungszustand des nun im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoffgemisches (aus älterem und jüngerem Kraftstoff) bestimmbar ist. Ein derartiges Verfahren ist z. B. aus der
WO 2009/128355 A1 bekannt.
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Die bekannten Verfahren zur Ermittlung des Alterungsvorstandes sind zum Teil apparativ aufwändig und/oder zu ungenau.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest zu lindern. Insbesondere soll ein alternatives Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustandes vorgeschlagen werden, das bevorzugt eine technisch einfache, ggf. nachrüstbare und/oder möglichst genaue Bestimmung des Alterungszustandes ermöglicht.
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Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
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Es wird ein Verfahren zur Bestimmung eines Alterungszustands eine Kraftstoffes, insbesondere eines flüssigen Kraftstoffs, in einem Kraftfahrzeug vorgeschlagen, wobei der Alterungszustand anhand einer Verweildauer einer Menge eines Kraftstoffes in dem Kraftfahrzeug, insbesondere in einem Hybridkraftfahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine als einem der mehreren Antriebe, ermittelt wird. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte:
- a) Bestimmen einer maximalen Menge (ein Volumen [Liter] bzw. eine Masse [Kilogramm]) an Kraftstoff, die in einem vorgegebenen Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges bevorratbar ist;
- b) Ermittlung eines Verbrauchs des Kraftstoffes in einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges auf Basis von kumulierten Einspritzzeiten des Kraftstoffes;
- c) Bestimmen der Verweildauer des im Kraftstofftank bevorrateten Kraftstoffes; wobei die Verweildauer (mindestens oder genau) einem Zeitraum entspricht, in dem ein vorbestimmter Anteil der maximalen Menge an Kraftstoff verbraucht wurde;
- d) Bestimmen des Alterungszustands des im Kraftstofftank bevorrateten Kraftstoffes auf Basis der Verweildauer.
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Das Verfahren wird bevorzugt in der hier angegeben Reihenfolge durchgeführt, wobei die Schritte zumindest teilweise auch zeitlich parallel und/oder unmittelbar anschließend ausgeführt werden können. Es ist möglich, dass die Schritte (einzeln, gruppiert oder insgesamt) wiederholt werden. Das Verfahren wird bevorzugt im betriebsbereiten Zustand des Kraftfahrzeuges (automatisch) durchgeführt.
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In Schritt a) kann eine maximale Menge bestimmt werden, die höchstens in dem Kraftstofftank des Kraftfahrzeuges bevorratet werden kann. Der Kraftstofftank weist als Bestandteil des Kraftfahrzeuges ein festes, und damit vorbestimmtes Fassungsvermögen auf, das hierfür Berücksichtigung findet. Gegebenenfalls kann das Fassungsvermögen veränderbar und/oder vorgebbar sein.
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In Schritt b) kann der Kraftstoff-Verbrauch des Kraftfahrzeuges ermittelt werden. Dieser kann insbesondere über die Einspritzzeiten (und/oder Einspritzraten) des Kraftstoffes errechnet werden. Die Einspritzzeiten werden über die Ansteuerung der Einspritzventile der Verbrennungskraftmaschine ermittelt. In einer ersten Gruppe von Ausführungsformen kann es sich um Einspritzventile zum Einspritzen von Kraftstoff in ein Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine (MPI-Einspritzung), und in einer zweiten Gruppe von Ausführungsformen um Einspritzventile zum Einspritzen in eine Brennkammer der Verbrennungskraftmaschine (DI-Einspritzung) handeln. Diese Daten liegen in einer Steuereinheit der Verbrennungskraftmaschine vor und können für das vorliegende Verfahren genutzt werden. Bei der Ermittlung des Kraftstoff-Verbrauchs können insbesondere auch die folgenden Faktoren berücksichtigt werden: Geometrie der Einspritzdüse, Druck des Kraftstoffes, Eigenschaften des Kraftstoffes, etc.
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In Schritt c) kann die Verweildauer des im Kraftstofftank bevorrateten Kraftstoffes bestimmt werden. Dafür kann zunächst ein (vorgegebener oder vorbestimmbarer) Anteil von der maximalen Menge des Kraftstoffes festgelegt werden. Dieser Anteil kann z. B. 100 % der maximalen Menge betragen. Insbesondere beträgt der Anteil mindestens 80 % der maximalen Menge, bevorzugt mindestens 90 %. Insbesondere beträgt der Anteil höchstens 98 %, bevorzugt höchstens 95 % der maximalen Menge. Dieser Anteil kann der üblichen Menge an Kraftstoff entsprechen, die in einem Betankungsvorgang dem Kraftfahrzeug zugeführt werden kann. Dabei ist bevorzugt davon auszugehen, dass es sich hierbei um die Menge an Kraftstoff handelt, die der maximalen Menge abzüglich einer Reservemenge entspricht. Dabei ist die Reservemenge die Menge an im Kraftstofftank vorliegenden Kraftstoff, bei der eine Reserveanzeige für den Nutzer des Kraftfahrzeuges aktiviert wird.
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In Schritt c) wird also eine Annahme für die im Kraftstofftank enthaltene Menge an Kraftstoff getroffen. Diese Menge entspricht einem (prozentualem) Anteil an der maximalen Menge an Kraftstoff.
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Die in Schritt c) bestimmte Verweildauer des im Kraftstofftank bevorrateten Kraftstoffes kann somit ungefähr einem Zeitraum entsprechen, in dem eine Füllung (die Menge des Kraftstoffes, die üblicherweise im Rahmen eines Betankungsvorgangs dem Kraftfahrzeug zugeführt wird) des Kraftstofftanks über die Verbrennungskraftmaschine verbraucht wird.
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Je geringer der Verbrauch von Kraftstoff, umso mehr verlängert sich die in Schritt c) bestimmte Verweildauer.
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Es wird hier insbesondere davon ausgegangen, dass bei einem Betankungsvorgang eine Menge an Kraftstoff dem Kraftstofftank zugeführt wird, die im Wesentlichen dem oben beschriebenen Anteil entspricht.
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In Schritt d) kann der Alterungszustand des Kraftstoffes auf Basis der Verweildauer bestimmt werden. Dabei können insbesondere weitere Einflussfaktoren berücksichtigt werden, die den Kraftstoff schneller und/oder langsamer altern lassen (z. B. die Umgebungstemperatur, die Art des Kraftstoffes, etc.).
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Es wird hiermit eine Möglichkeit aufgezeigt, zur Ermittlung des Alterungsverhaltens des Kraftfahrzeuges auf Sensoren (Tankfüllstandssensor) zur Charakterisierung des Tankinhalts verzichten zu können bzw. die Ergebnisse und Schlussfolgerungen aus der Sensorik zu verifizieren. Das hier vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere von Messwerten eines Tankfüllstandsensors oder von Sensoren zur Ermittlung eines Betankungsvorgangs unabhängig und kann damit ohne Berücksichtigung dieser Messwerte durchgeführt werden.
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Das Bestimmen der Verweildauer gemäß Schritt c) kann ausschließlich auf Basis der kumulierten Einspritzzeiten erfolgen. Insbesondere werden also hierfür Betankungsvorgänge nicht erfasst und Tankfüllstände nicht ermittelt. Bevorzugt werden lediglich die Tankfüllstände nicht ermittelt.
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Die Verweildauer des im Kraftstofftank bevorrateten Kraftstoffes kann (automatisch bzw. ggf. in Rückkopplung mit einer Sensorik zur Erfassung eines Betankungsvorgangs) auf einen Ausgangswert zurückgesetzt werden, wenn der vorbestimmte Anteil der maximalen Menge des Kraftstoffs verbraucht ist.
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Zur Bestimmung des Alterungszustands kann eine (vorbekannte bzw. aktuelle) Kraftstoffqualität des bevorrateten Kraftstoffes berücksichtigt werden.
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Bevorzugt wird die Kraftstoffqualität zumindest durch
- a. einen im Kraftfahrzeug angeordneten Kraftstoffqualitätssensor; oder
- b. das Einlesen einer (ersten) Information zur Kraftstoffqualität während eines Betankungsvorgangs
- c. eine direkte Vorgabe der Kraftstoffqualität, z.B. durch Codierung des Steuergerätes für eine bestimmte Kraftstoffqualität in Abhängigkeit des Zielmarktes des Fahrzeuges
ermittelt.
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Die Kraftstoffqualität umfasst insbesondere die Art des Kraftstoffes (Diesel/ Biodiesel/ Benzin; ggf. die Oktanzahl oder Cetanzahl, ggf. den Anteil von Ethanol und anderen Alkoholarten) und bevorzugt auch den Anteil z. B. an Wasser und/oder Schwefel, etc.
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Die Kraftstoffqualität kann insbesondere durch bekannte Kraftstoffqualitätssensoren ermittelt werden. Ein solcher Kraftstoffqualitätssensor kann z. B. im Kraftfahrzeug angeordnet werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Kraftstoffqualität bei einem Betankungsvorgang von einer (kraftfahrzeugexternen) Betankungsvorrichtung an das Kraftfahrzeug übermittelt werden.
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Gerade die Übermittlung einer solchen ersten Information kann dazu verwendet werden, die Verweildauer z. B. auf einen (angepassten) Ausgangswert zurückzusetzen. Bevorzugt kann dabei eine mit dem Betankungsvorgang zugeführte Menge von Kraftstoff berücksichtigt werden.
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Insbesondere wird bei Erreichen eines Grenzwertes für den Alterungszustand zumindest einer der folgenden Schritte durchgeführt:
- a. Übermitteln einer (zweiten) Information an einen Nutzer des Kraftfahrzeuges;
- b. Start der Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeuges;
- c. Verbot eines Umschaltens der Antriebsart von der einen Antriebsart bzw. der Nutzung eines der Energiespeicher, zum Beispiel der Verbrennungskraftmaschine, auf eine alternative Antriebsart bzw. auf die Nutzung eines alternativen Energiespeichers.
- d. Aufforderung zum Werkstattbesuch
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Der Grenzwert des Alterungszustands stellt eine Grenze dar, ab der (zeitnah) eine (negative) Beeinflussung der Fahrzeugfunktion nicht mehr sicher auszuschließen ist. Das kann z. B. die Beeinflussung von Verbrennungsvorgängen oder die Reduzierung des Krafstofffördervolumens etc. betreffen. Ggf. wird dabei ein (ggf. in Abhängigkeit von der im Kraftstofftank verfügbaren Menge des Kraftstoffes) geeigneter bzw. vorgegebener Sicherheitszeitraum berücksichtigt, so dass nicht erst bei Erreichen des Grenzwertes entsprechende Maßnahmen eingeleitet werden.
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Diese an den Nutzer (Fahrer) des Kraftfahrzeuges weitergeleitete zweite Information kann z. B. eine Anzeige und/oder eine akustische Warnung für den Nutzer sein, wonach z. B. eine Werkstatt aufzusuchen oder die Verbrennungskraftmaschine ausschließlich mit der alternden Energieform zu nutzen ist. Durch die Nutzung der Verbrennungskraftmaschine (also keine (alleinige) Nutzung des alternativen Antriebs) kann der Verbrauch des (alternden) Kraftstoffes beschleunigt werden, so dass die, hinsichtlich des Alterungszustandes als kritisch angesehene Menge an Kraftstoff, zügig verbraucht wird.
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Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem über den Verbrauch des Kraftstoffes auf die Verweildauer des Kraftstoffes geschlossen wird. Der Verbrauch kann sehr präzise über die Einspritzzeiten/-raten des Kraftstoffes ermittelt werden. Insbesondere liegt dabei eine hohe Übereinstimmung mit tatsächlich stattfindenden Nachfüllvorgängen statt, weil diese üblicherweise bei Erreichen einer Reservemenge durchgeführt werden. Ggf. kann ein Zurücksetzen der Verweildauer bei einem Nachfüllvorgang durch Übermittlung einer Information oder im Rahmen eines Werkstattbesuchs erfolgen.
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Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest aufweisend eine Verbrennungskraftmaschine, die zum Antrieb des Kraftfahrzeuges oder zum Erzeugen von elektrischer Energie einen Kraftstoff verbraucht, sowie einen alternativen Antrieb für das Kraftfahrzeug; wobei die Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von einem mit dem neu vorgeschlagenen Verfahren bestimmten Alterungszustand betrieben wird.
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Die Ausführung zu dem Verfahren sind auf das Kraftfahrzeug übertragbar und umgekehrt. Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Die Figuren zeigen besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen gleiche Gegenstände. Es zeigen:
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1: eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank;
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2: ein Volumen-/Zeit Diagramm
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Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 3 mit einer Verbrennungskraftmaschine 9, die zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 3 oder zum Erzeugen von elektrischer Energie einen Kraftstoff 2 verbraucht, sowie einen alternativen Antrieb 18, insbesondere ein elektrischer Antrieb, für das Kraftfahrzeug 3. Beide Antriebe, Verbrennungskraftmaschine 9 und alternativer Antrieb 18 sind zum Antrieb des Kraftfahrzeuges 3 über den Antriebsstrang 23 (umfassend z. B. Kupplung/ Getriebe, Differentiale etc.) vorgesehen. Der alternative Antrieb 18 wird vorliegend über einen Speicher 27 für elektrische Energie mit Energie versorgt.
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Das Kraftfahrzeug 3 umfasst weiter einen Kraftstofftank 7 mit einem Fassungsvermögen für eine maximale Menge 6 des Kraftstoffes 2. Die im Kraftstofftank 7 vorliegende Menge 5 an Kraftstoff 2 weist eine Verweildauer 4 auf. Der Kraftstoff 2 wird über eine Kraftstoffleitung 19 der Verbrennungskraftmaschine 9 zugeführt. Eine Kraftstoffqualität 13 wird von einem an der Kraftstoffleitung 19 angeordneten Kraftstoffqualitätssensor erfasst und an ein Steuergerät 26 übermittelt. Dabei kann ein Kraftstoffqualitätssensor auch im Kraftstofftank 7 oder in einem Kraftstofffilter angeordnet sein. Alternativ kann die Kraftstoffqualität aus den Verbrennungsparametern ermittelt werden.
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Das Steuergerät 26 erfasst die Einspritzzeit 10 (Einspritzrate) des Kraftstoffes 2 in die Verbrennungskraftmaschine 9 und ermittelt daraus einen Verbrauch 8 des Kraftstoffes 2.
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Hier kann zusätzlich zum Kraftstoffqualitätssensor 14 im Kraftfahrzeug 3 eine erste Information 15 hinsichtlich der Kraftstoffqualität 13 auch bei einem Betankungsvorgang 16 von einer (kraftfahrzeugexternen) Betankungsvorrichtung 20 an das Kraftfahrzeug 3 übermittelt werden.
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Erreicht der Alterungszustand 1 des Kraftstoffes 2 einen Grenzwert 17 wird eine zweite Information 21 von dem Steuergerät 26 über eine Kommunikationsschnittstelle 22 (z. B. eine Anzeige im Kraftfahrzeug 3) an den Nutzer (Fahrer) des Kraftfahrzeuges 3 weitergeleitet. Diese zweite Information 21 ist z. B. eine optische Anzeige oder akustische Warnung für den Nutzer, dass z. B. eine Werkstatt aufzusuchen oder die Verbrennungskraftmaschine 9 nun z. B. ausschließlich zu nutzen ist. Durch die Nutzung der Verbrennungskraftmaschine 9 (entsprechend keine (alleinige) Nutzung des alternativen Antriebs 18) kann ein Verbrauch 8 des Kraftstoffes 2 beschleunigt werden, so dass die, hinsichtlich des Alterungszustandes 1 als kritisch angesehene Menge 5 an Kraftstoff 2 zügig verbraucht wird.
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2 zeigt ein Volumen-/Zeit Diagramm. Auf der vertikalen Achse ist ein Volumen 24 (z. B. für die Menge Kraftstoff), auf der horizontalen Achse eine Zeit 25 aufgetragen.
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Ausgehend von einem beliebigem Zeitpunkt, bei dem ggf. auch der tatsächliche Füllstand des Kraftstofftanks 3 nicht bekannt ist (hier der 0-Punkt der Zeit 25-Achse, liegt in dem Kraftstofftank 7 eine Menge 5 an Kraftstoff 2 vor. Die dargestellte Kurve zeigt einen Verbrauch 8 des Kraftstoffes 2, der über die Einspritzzeiten 10 in der Verbrennungskraftmaschine ermittelt werden kann. In Zeiträumen, in denen keine Einspritzzeiten 10 vorliegen (kein Verbrauch 8, keine Reduzierung des Volumens 24) verläuft die dargestellte Kurve horizontal.
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Erreicht die Verweildauer 4 einen Grenzwert 17 eines Alterungszustands 1 wird eine zweite Information 21 an den Nutzer (Fahrer) des Kraftfahrzeuges weitergeleitet. Diese zweite Information 21 ist z. B. eine Anzeige oder akustische Warnung für den Nutzer, dass z. B. eine Werkstatt aufzusuchen oder die Verbrennungskraftmaschine 9 nun z. B. ausschließlich zu nutzen ist. Durch die Nutzung der Verbrennungskraftmaschine 9 (entsprechend keine (alleinige) Nutzung des alternativen Antriebs 18) kann ein Verbrauch des Kraftstoffes 2 beschleunigt werden, so dass die, hinsichtlich des Alterungszustandes 1 als kritisch angesehene Menge an Kraftstoff 2 zügig verbraucht wird.
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Erreicht der Verbrauch 8 einen vorbestimmten Anteil 11 der maximalen Menge 6 des Kraftstoffes 2, wird davon ausgegangen, dass eine neuer Betankungsvorgang 16 erfolgt, so dass die Verweildauer 4 auf einen Ausgangswert 12 zurückgestellt wird.
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Hier verläuft die Kurve des Verbrauchs 8 durch den 0-Punkt der Volumen 24-Achse. Damit wird verdeutlicht, dass sich die Bestimmung der Verweildauer 4 nicht zwingend an dem tatsächlichen Füllstand eines Kraftstofftanks 7 orientiert, sondern am Verbrauch 8 eines vorbestimmten Anteils 11 einer maximalen Menge 6 des Kraftstoffes.
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Bei dem hier vorliegenden Verfahren wird allerdings der tatsächliche Füllstand nach dem Betankungsvorgang 16 nicht erkannt, insbesondere nicht mittels einer Messung einer für den Betankungsvorgang charakteristischen oder einer sich aufgrund eines Betankungsvorgangs ändernden Größe festgestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Alterungszustand
- 2
- Kraftstoff
- 3
- Kraftfahrzeug
- 4
- Verweildauer
- 5
- Menge
- 6
- maximale Menge
- 7
- Kraftstofftank
- 8
- Verbrauch
- 9
- Verbrennungskraftmaschine
- 10
- Einspritzzeit
- 11
- Anteil
- 12
- Ausgangswert
- 13
- Kraftstoffqualität
- 14
- Kraftstoffqualitätssensor
- 15
- erste Information
- 16
- Betankungsvorgang
- 17
- Grenzwert
- 18
- alternativer Antrieb
- 19
- Kraftstoffleitung
- 20
- Betankungsvorrichtung
- 21
- zweite Information
- 22
- Kommunikationsschnittstelle
- 23
- Antriebsstrang
- 24
- Volumen
- 25
- Zeit
- 26
- Steuergerät
- 27
- Speicher
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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