DE102016221318A1

DE102016221318A1 - Verfahren zur Qualitätsbestimmung flüssigen Kraftstoffs

Info

Publication number: DE102016221318A1
Application number: DE102016221318.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Scheuer; Johannes GEIGER; Tobias Holzinger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2016-10-28
Filing date: 2016-10-28
Publication date: 2018-05-03

Abstract

Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung von flüssigem Kraftstoff für Verbrennungsmotoren in einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs über ein Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs, durch Detektion eines Entstehungszeitpunkts von Dampfblasen und Ermittlung einer dazugehörigen Kraftstofftemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass während eines stationären Verbrennungsmotorbetriebs, ausgelöst durch ein Motorsteuergerät, Dampfblasenbildung im Kraftstoff bewirkt und mittels eines Drucksensors im Niederdruckbereich dadurch erkannt wird, dass eine Auswertung dessen Druckmessungen in Folge, bei gleichmäßiger Kraftstoffentnahme aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage, eine Verringerung eines Gradienten des Niederdruckverlaufs unter einen bestimmten Vergleichswert ergibt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung von flüssigem Kraftstoff, insbesondere zur Verwendung in Kraftfahrzeugen, nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs.
Es ist bekannt, dass die Zusammensetzung von Ottokraftstoffen variiert, zum Beispiel abhängig von der Jahreszeit. Dies unter anderem deshalb, weil bei höheren Temperaturen die leichtflüchtigen Komponenten aus dem Ottokraftstoff verdampfen. So enthält ein Ottokraftstoff im Winter im Allgemeinen mehr leichtflüchtige Komponenten als im Sommer. Dadurch variieren auch die Eigenschaften von Ottokraftstoffen, zum Beispiel ergibt sich eine Abweichung der Dampfdruckkurven von Sommerkraftstoff und Winterkraftstoff. Aufgrund der höheren leichtflüchtigen Bestandteile im Winterkraftstoff, verdampft dieser schneller als ein Sommerkraftstoff, das heißt, bei konstantem Druck bei geringerer Temperatur bzw. bei konstanter Temperatur schon bei höherem Druck. Auch die DE 34 22 506 C2 zeigt und erläutert dies anhand von verschiedenen Ottokraftstoffen.
Da das Dampfdruckverhalten eines getankten Ottokraftstoffs unbekannt ist, wird gewöhnlich für den Motorbetrieb die ungünstigste Ausprägung des Dampfdruckverhaltens des Ottokraftstoffs angenommen. Das heißt, dass für die Motorsteuerung davon ausgegangen wird, dass ein sehr schlechter Winterkraftstoff getankt wurde. Beispielsweise wird zur Sicherstellung eines robusten Heißstarts, bei dem eine Dampfblasenbildung im Kraftstoff verhindert werden soll, von der Motorsteuerung ein besonders leichtflüchtiger Winterkraftstoff mit für den Motor ungünstigstem Dampfdruckverhalten angenommen. Dies hat zur Folge, dass zum Beispiel Maßnahmen zur Vermeidung einer Dampfblasenbildung häufiger oder in einem größeren Maße zur Anwendung kommen als eventuell für den aktuell getankten Kraftstoff nötig. Die Maßnahmen zur Vermeidung einer Dampfblasenbildung durch die Motorsteuerung führen im Allgemeinen zu Nachteilen hinsichtlich des Kraftstoffverbrauchs, zum Beispiel durch eine Absenkung der MotorTemperatur durch Wasserkühlung, hinsichtlich der Akustik und der Bordnetz- und Batteriebelastung, zum Beispiel durch Betrieb bzw. Nachlauf des elektrischen Lüfters oder durch erhöhten Stromverbrauch der elektrischen Kraftstoffpumpe.
Es gibt bereits Ansätze, das Dampfdruckverhalten von Ottokraftstoff über einen zusätzlichen, speziellen Sensor zu ermitteln. Diese Ansätze haben jedoch neben einem entsprechenden Bauraumbedarf häufig ein aufwändiges und damit teures Messprinzip. Eine mögliche Umsetzung eines solchen Sensors ist in der DE 10 2013 205 452 A1 beschrieben.
Daher ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Ermittlung des Dampfdruckverhaltens von getanktem Ottokraftstoff für den Serieneinsatz im Tanksystem von Kraftfahrzeugen bereitzustellen, das weniger aufwändig gestaltet und preiswert umzusetzen ist.
Die Aufgabe wird mit den Verfahrensschritten des Anspruchs 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind Inhalt der abhängigen Ansprüche.
Nach der Erfindung ist ein Verfahren zur Qualitätsbestimmung von flüssigem Kraftstoff für Verbrennungsmotoren in einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs über ein Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs, durch Detektion eines Entstehungszeitpunkts von Dampfblasen und Ermittlung einer dazugehörigen Kraftstofftemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass während eines stationären Verbrennungsmotorbetriebs, ausgelöst durch ein Motorsteuergerät, Dampfblasenbildung im Kraftstoff bewirkt und mittels eines Drucksensors im Niederdruckbereich dadurch erkannt wird, dass eine Auswertung dessen Druckmessungen in Folge, bei gleichmäßiger Kraftstoffentnahme aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage, eine Verringerung eines Gradienten des Niederdruckverlaufs unter einen bestimmten Vergleichswert ergibt.
Wird, wie in dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgesehen, das Dampfdruckverhalten eines getankten Kraftstoffs mit Hilfe eines Drucksensors im Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage und einer Temperaturgröße ermittelt, wobei zur Bestimmung von Punkten der Dampfdruckkurve des Kraftstoffs eine Kombination des gemessenen Drucks und der Temperaturgröße des Kraftstoffs zu Zeitpunkten anfänglicher Dampfblasenbildung herangezogen wird, können diese vorteilhafterweise aufgrund von charakteristischen Messverläufen bestimmt werden.
Ein solcher charakteristischer Messverlauf entsteht, bei gleichmäßiger Kraftstoffentnahme aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage, nach Absenken des Kraftstoffdruckes, zum Beispiel durch eine entsprechende Ansteuerung dessen Kraftstoffpumpe, bei Dampfblasenbildung und wird erkannt mittels einer Auswertung von Druckmessungen im Niederdruckbereich in Folge, wenn diese eine Änderung eines Gradienten des Kraftstoff-Niederdruckverlaufs gegenüber einem bestimmten Vergleichswert ergibt. Bei einem gesteuerten Abbau des Kraftstoff-Niederdrucks nimmt bei beginnender Dampfblasenbildung im heißesten Bereich des Kraftstoffsystems die Steifigkeit des Kraftstoffs deutlich ab, der Gradient des Druckabbaus verringert sich damit ebenfalls. Bei einem gesteuerten Aufbau des Kraftstoff-Niederdrucks ist - falls im Anfangszustand Dampfblasen im Niederduck-Kraftstoffsystem vorhanden waren - der Gradient des Druckaufbaus zunächst flacher als erwartet. Wird die Schwelle der Dampfdruckkurve überschritten, fallen die Dampfblasen wieder zusammen und der Gradient des Druckaufbaus wird entsprechend steiler.
Alternativ kann das Zusammenfallen der Dampfblasen beim Druckaufbau auch über eine kurzzeitig niedrigere Stromaufnahme bzw. höhere Drehzahl der Kraftstoffpumpe erkannt werden.
Diese Änderungen der Werte des Gradienten oder der Kraftstoffpumpe werden dabei über ein geeignetes, dem Stand der Technik zugehörendes Modell in der Motorsteuerung aus den Messwerten des Niederdrucksensors ermittelt und mit einem Vergleichswert verglichen. Eine Über- bzw. Unterschreitung des Vergleichswerts lässt die beginnende Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems in der Motorsteuerung erkennen.
Dazu sehen vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens vor, dass die Dampfblasenbildung im Kraftstoff dadurch bewirkt wird, dass das Motorsteuergerät eine Kraftstoffpumpe im Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage so ansteuert, dass dort der Kraftstoffdruck kontinuierlich oder in wenigstens einer Stufe abgesenkt wird. Ein Wert der dazugehörigen Kraftstofftemperatur kann dann vorteilhafterweise mittels eines Temperatursensors gemessen oder mittels eines Rechenmodells im Motorsteuergerät aus dort gespeicherten Daten und/oder dort eingehenden weiteren Messwerten ermittelt werden.
Von besonderem Vorteil ist, wenn ein Wert der dazugehörigen Kraftstofftemperatur mittels eines Temperatursensors an der heißesten Stelle der Kraftstoffversorgungsanlage gemessen wird, dann kann bevorzugt die heißeste Stelle der Kraftstoffversorgungsanlage in deren Niederdruckbereich außerhalb des Kraftstofftanks durch Aufheizen des Kraftstoffs an dieser Stelle simuliert werden.
Vorteilhafterweise kann durch diese Verfahrensweise kostengünstig, da lediglich ein Niederdrucksensor und eventuell ein Temperatursensor benötigt werden, das Dampfdruckverhalten eines getankten Kraftstoffs erkannt werden. Somit ist eine Möglichkeit geschaffen, Maßnahmen zur Vermeidung einer Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems bedarfsgerecht, je nach getanktem Kraftstoff einzusetzen. Eine zielgerichtete Erkennung von funktionskritischen Zuständen verursacht durch einen Beginn der Dampfblasenbildung wird über charakteristische Messverläufe im Hoch- oder Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems ermöglicht. Außerdem ist eine Nutzung des notwendigen Kraftstoff-Niederdrucksensors für weitere Funktionalitäten möglich, zum Beispiel für eine Kraftstoffniederdruckregelung oder zu Diagnosezwecken.
Eine bevorzugte Durchführung des Verfahrens beschreibt die nachfolgende Beschreibung mit der zugehörigen Zeichnung.
Die einzige Figur zeigt beispielhaft ein Diagramm einer Änderung des Gradienten von gemessenen Kraftstoff-Niederdruckwerten über einer Zeit von 30 Sekunden, aufgrund einer kurzen Abstell- oder Druckminderphase einer Kraftstoffpumpe im Kraftstoff-Niederdruckkreislauf.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermittelt das Dampfdruckverhalten eines getankten Kraftstoffs eines Kraftfahrzeugs, hier mit einer als Kolbenpumpe ausgeführten Kraftstoffpumpe im Kraftstoff-Hochdruckkreislauf, indem einer Kraftstoffpumpe im Kraftstoff-Niederdruckkreislauf zu einem bestimmten Zeitpunkt t mittels eines Motorsteuergeräts eine kurzzeitige Abstell- oder Druckminderphase aufgeprägt wird. Bereits vorher und währenddessen werden mit Hilfe eines Niederdrucksensors gemessene und in der Figur dargestellte Kraftstoffdruckwerte dahingehend im Motorsteuergerät ausgewertet, aus deren Verlauf über der Zeit und einer Temperaturgröße das Dampfdruckverhalten des Kraftstoffs zu ermitteln und daraus im Rückschluss auf eine Kraftstoffqualität zu schließen, die dann für den Weiterbetrieb des Verbrennungsmotors von der Motorsteuerung berücksichtigt wird.
Zur Bestimmung von Punkten der Dampfdruckkurve des getankten Kraftstoffs wird eine Kombination des gemessenen Niederdrucks und der Temperaturgröße des Kraftstoffs zu Zeitpunkten, zu denen der Kraftstoff gerade beginnt zu verdampfen, herangezogen.
Diese Zeitpunkte, also die Zeitpunkte des Beginns der Dampfblasenbildung des Kraftstoffs, werden aufgrund eines charakteristischen Messverlaufs detektiert, wie in der Zeichnung dargestellt.
Da bei einem, zum Beispiel mittels eines Motorsteuergeräts, durch gesteuerten Abbau des Kraftstoff-Niederdrucks zu einem Zeitpunkt t, bei beginnender Dampfblasenbildung im heißesten Bereich des Kraftstoffsystems, in dessen Niederdruckbereich die Steifigkeit des Kraftstoffs deutlich abnimmt, verringert sich der Gradient des Druckabbaus damit ebenfalls. Dargestellt ist dies mittels der beiden strichpunktierten Linien 1, 2 mit dem Schnittpunkt 3, die eine jeweilig gemittelte Steigung im Kurvenverlauf der gemessen, zeitpunktabhängigen Kraftstoff-Niederdruckwerte zeigen.
Eine solche Änderung des Gradienten des Kraftstoff-Niederdruckverlaufs zum gewöhnlich auftretenden Kraftstoff-Niederdruck wird dabei über ein geeignetes Modell in der Motorsteuerung aus den Messwerten des Niederdrucksensors ermittelt und zeigt eine Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems an. Zu diesem Zeitpunkt wird von der Motorsteuerung ein Punkt der Dampfdruckkurve des Kraftstoffs mittels des zugehörigen gemessenen oder ermittelten Temperaturwerts des Kraftstoffs bestimmt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 3422506 C2 [0002]
DE 102013205452 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Qualitätsbestimmung von flüssigem Kraftstoff für Verbrennungsmotoren in einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffversorgungsanlage eines Kraftfahrzeugs, über ein Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs, durch Detektion eines Entstehungszeitpunkts von Dampfblasen und Ermittlung einer dazugehörigen Kraftstofftemperatur, dadurch gekennzeichnet, dass während eines stationären Verbrennungsmotorbetriebs, ausgelöst durch ein Motorsteuergerät, Dampfblasenbildung im Kraftstoff bewirkt und mittels eines Drucksensors im Niederdruckbereich dadurch erkannt wird, dass eine Auswertung dessen Druckmessungen in Folge, bei gleichmäßiger Kraftstoffentnahme aus dem Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage, eine Änderung eines Gradienten des Niederdruckverlaufs gegenüber einem bestimmten Vergleichswert ergibt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dampfblasenbildung im Kraftstoff dadurch bewirkt wird, dass das Motorsteuergerät eine Kraftstoffpumpe im Niederdruckbereich der Kraftstoffversorgungsanlage so ansteuert, dass dort der Kraftstoffdruck kontinuierlich oder in wenigstens einer Stufe abgesenkt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert der dazugehörigen Kraftstofftemperatur mittels eines Temperatursensors gemessen oder mittels eines Rechenmodells im Motorsteuergerät aus dort gespeicherten Daten und/oder dort eingehenden weiteren Messwerten ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert der dazugehörigen Kraftstofftemperatur mittels eines Temperatursensors an der heißesten Stelle der Kraftstoffversorgungsanlage gemessen wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die heißeste Stelle der Kraftstoffversorgungsanlage in deren Niederdruckbereich, außerhalb des Kraftstofftanks, durch Aufheizen des Kraftstoffs an dieser Stelle simuliert wird.