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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffsystem für ein Fahrzeugantriebssystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, wie es der Art nach im Wesentlichen aus der
DE 199 51 410 A1 bekannt ist.
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EINLEITUNG
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Verbrennungsmotoren verbrennen ein Kraftstoff-Luft-Gemisch in Zylindern zur Bewegung der Kolben zum Erzeugen von Drehmoment, das dann zum Vortrieb eines Fahrzeugs in einem Fahrzeugantriebssystem verwendet werden kann. Ein Kraftstoffsystem spritzt Kraftstoff in das Motorsystem ein, um die Zylinder mit einem erwünschten Luft-/Kraftstoff-Gemisch zu versorgen und/oder ein gewünschtes Abtriebsdrehmoment zu erzielen. In Ermangelung einer geeigneten Mischung ist eine Verbrennung möglicherweise nicht möglich.
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Unter bestimmten Bedingungen kann der Kraftstoff im Kraftstoffsystem Wärme aufnehmen, was dazu führen kann, dass sich ein Teil des Kraftstoffs von einer Flüssigphase in eine Dampfphase und eine mögliche Kombination von Flüssig- und Dampfkraftstoff in einer Kraftstoffleitung des Kraftstoffsystems ändert. Wenn dies während eines Motorstartvorgangs auftritt, kann dies zu einer verlängerten Motorkurbel führen, da eine Pumpe im System, die dazu bestimmt ist, den Kraftstoff mit einer angemessenen Geschwindigkeit und einem angemessenen Druck an den Motor zu liefern, möglicherweise nicht funktioniert, da der verdampfte Kraftstoff diese Pumpe am ordnungsgemäßen Betrieb hindern kann. Dieser Zustand kann als „Dampfsperre“ bezeichnet werden. Eine Dampfsperre kann zu einer Unterbrechung des Betriebs einer Kraftstoffpumpe führen, die den Durchfluss des Kraftstoffs im System gewährleisten soll. Sobald eine Dampfsperre aufgetreten ist, kann ein Neustart des Motors problematisch sein.
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Bestimmte Bedingungen können besonders anfällig für ein mögliches Problem sein. Wenn beispielsweise ein Motor in einem Fahrzeug abgestellt wird, kann die Wärme im Motor weiter „eindringen“ oder in den Kraftstoff im Kraftstoffsystem übertragen werden. Als Reaktion darauf kann sich der Kraftstoff ausdehnen und einen Kraftstofffluss innerhalb des Fahrzeugs zurück zum Kraftstofftank verursachen, wenn der Druck dieses Kraftstoffs einen Druck des Rückschlagventils übersteigt. Anschließend, wenn das System abkühlt, sinkt der Druck im System und je nach Flüchtigkeit des Kraftstoffs kann ein Teil des Kraftstoffs verdampfen. Wird anschließend versucht ein Fahrzeug zu starten, kann die Hochdruckpumpe ein verlängertes Kurbelintervall erfahren, bis der Kraftstoff aus dem Dampf wieder in Flüssigkeit übergeht, der Druck am Eingang zur Hochdruckpumpe zurückkehrt und die Hochdruckpumpe dann in der Lage ist, ausreichend Kraftstoff zur Verfügung zu stellen, um einen Start zu ermöglichen. Aufgrund der unterschiedlichen Bedingungen des Kraftstoffsystems kann die Startzeit variieren.
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Konventionelle Kraftstoffzufuhrsysteme können dieses Problem lösen, indem sie das Kraftstoffsystem jedes Mal, wenn ein Start eingeleitet und/oder erwartet wird, ansaugen oder neu ansaugen. Der Kraftstoff im Kraftstoffsystem muss jedoch nicht immer angesaugt oder neu angesaugt werden, da der Kraftstoff möglicherweise nicht verdampft wird. Daher kann die Energie, die zum Ansaugen des Kraftstoffsystems aufgewendet wird, entfallen, was zu einer reduzierten Leistung, reduzierter Lebensdauer, erhöhtem und unerwünschtem Lärm und einem reduzierten Kraftstoffverbrauch führt.
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Diese Probleme werden durch die Unterschiede in der Qualität und der Art der Kraftstoffe, die auf dem Automobilmarkt verfügbar sind, noch verschärft. Saisonbedingte Schwankungen des Kraftstoffs können das Problem zusätzlich erschweren. Winterkraftstoffe weisen in der Regel eine höhere Volatilität auf als Sommerkraftstoffe, weshalb die Verwendung von Winterkraftstoffen im Sommer zu einer erhöhten Anfälligkeit für diese Probleme führen kann.
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KURZDARSTELLUNG
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In einem exemplarischen Aspekt beinhaltet ein Kraftstoffsystem für ein Fahrzeugantriebssystem ein Kraftstofftemperaturbestimmungsmodul, das eine Temperatur eines Kraftstoffs bestimmt, ein Kraftstoffdruckbestimmungsmodul, das einen Druck des Kraftstoffs bestimmt, ein Prime-Bestimmungsmodul, das bestimmt, ob die bestimmte Kraftstofftemperatur über einer Verdampfungstemperatur auf einer vorbestimmten Destillationskurve liegt und der Kraftstoffdruck unter der vorbestimmten Destillationskurve bei der bestimmten Kraftstofftemperatur liegt, und eine Steuerung, die programmiert ist, um den Betrieb einer Kraftstoffpumpe als Reaktion auf das Prime-Bestimmungsmodul zu steuern, das bestimmt, dass die bestimmte Kraftstofftemperatur über einer Verdampfungstemperatur auf der vorbestimmten Destillationskurve liegt und der Kraftstoffdruck unter der vorbestimmten Destillationskurve bei der bestimmten Kraftstofftemperatur liegt.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt erfasst ein Motoröltemperatursensor eine Temperatur des Motoröls im Fahrzeugantriebssystem und das Kraftstofftemperaturbestimmungsmodul schätzt eine Temperatur des Kraftstoffs basierend auf der Motoröltemperatur.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt erfasst ein Kühlmitteltemperatursensor eine Temperatur eines Kühlmittels im Fahrzeugantriebssystem und das Kraftstofftemperaturbestimmungsmodul schätzt eine Temperatur des Kraftstoffs basierend auf der Kühlmitteltemperatur.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt erfasst ein Kraftstoffverteilerdrucksensor eine Temperatur am Kraftstoffverteilerdrucksensor und das Kraftstofftemperaturbestimmungsmodul schätzt eine Temperatur des Kraftstoffs basierend auf der Temperatur am Kraftstoffverteilerdrucksensor.
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In einem anderen exemplarischen Aspekt beinhaltet das Kraftstoffsystem weiterhin einen Kraftstofftank, eine Niederdruck-Kraftstoffpumpe mit einem Einlass in Verbindung mit dem Kraftstofftank, eine erste Kraftstoffleitung in Verbindung mit einem Auslass der Niederdruck-Kraftstoffpumpe und in Verbindung mit einem Einlass einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe, und eine zweite Kraftstoffleitung in Verbindung mit einem Auslass der Hochdruck-Kraftstoffpumpe und in Verbindung mit einem Kraftstoffeinlass eines Motors im Fahrzeugantriebssystem. Die Steuerung veranlasst den Betrieb der Niederdruck-Kraftstoffpumpe als Reaktion auf die Feststellung, dass die ermittelte Kraftstofftemperatur über einer Verdampfungstemperatur auf der vorgegebenen Destillationskurve und der Kraftstoffdruck unter der vorgegebenen Destillationskurve bei der ermittelten Kraftstofftemperatur liegt.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt erfasst ein Kraftstoffdrucksensor einen Kraftstoffdruck innerhalb der ersten Kraftstoffleitung und das Kraftstoffdruckbestimmungsmodul bestimmt basierend auf einem Kraftstoffdrucksignal vom Kraftstoffdrucksensor einen Druck des Kraftstoffs.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt wird die vorgegebene Destillationskurve unterhalb einer Destillationskurve eines tatsächlichen Kraftstoffs um eine vorgegebene Menge versetzt.
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In einem weiteren exemplarischen Aspekt veranlasst die Steuerung den Betrieb der Kraftstoffpumpe auf einen Druck oberhalb der vorgegebenen Destillationskurve, wenn das Prime-Bestimmungsmodul bestimmt, dass die ermittelte Kraftstofftemperatur oberhalb einer Verdampfungstemperatur auf der vorgegebenen Destillationskurve liegt und der Kraftstoffdruck unterhalb der vorgegebenen Destillationskurve bei der ermittelten Kraftstofftemperatur liegt.
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Auf diese Weise wird das Kraftstoffsystem nur als Reaktion auf das Bestimmen, dass eine Kraftstofftemperatur über einer Verdampfungstemperatur einer vorbestimmten Kraftstoffdestillationskurve liegt und der Kraftstoffdruck unter der vorbestimmten Destillationskurve bei der bestimmten Kraftstofftemperatur liegt, was den Betrieb einer Kraftstoffpumpe verringert, was wiederum die Energiemenge verringert, die ansonsten beim Betrieb dieser Kraftstoffpumpe verbraucht worden wäre, wodurch der Kraftstoffverbrauch verbessert, der Verschleiß der Kraftstoffpumpe verringert, die Lebensdauer und die Zuverlässigkeit der Kraftstoffpumpe erhöht und gleichzeitig das Potenzial für einen verzögerten Motorstart und/oder einen verlängerten Motorkurbelzustand minimiert wird.
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Die oben genannten Merkmale und Vorteile sowie weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind aus der folgenden ausführlichen Beschreibung einschließlich der Ansprüche und der Ausführungsformen leicht ersichtlich, wenn sie zusammen mit den beigefügten Zeichnungen genommen werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorliegende Erfindung wird verständlicher unter Zuhilfenahme der ausführlichen Beschreibung und der zugehörigen Zeichnungen, wobei gilt:
- 1 veranschaulicht ein exemplarisches Kraftstoffsystem 100 für ein Fahrzeugantriebssystem;
- 2 ist ein Funktionsblockdiagramm der Kraftstoffsystemsteuerung 118 von 1;
- 3 ist eine Grafik, die exemplarische Kraftstoffdestillationskurven veranschaulicht; und
- 4 ein Flussdiagramm eines exemplarischen Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
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1 veranschaulicht ein exemplarisches Kraftstoffsystem 100 für ein Fahrzeugantriebssystem. Das Kraftstoffsystem 100 beinhaltet einen Kraftstofftank 102 mit einer Niederdruckpumpe 104. Die Niederdruckpumpe 104 ist betreibbar, um Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 102 in eine erste Kraftstoffleitung 106 zu fördern. Die erste Kraftstoffleitung 106 erstreckt sich von der Niederdruckpumpe 104 bis zur Hochdruckpumpe 108 und beinhaltet einen ersten Drucksensor 110. Die Hochdruckpumpe 108 nimmt Kraftstoff aus der ersten Kraftstoffleitung 106 auf und dient dazu, den Druck des Kraftstoffs zu erhöhen und diesen mit dem höheren Druck einer zweiten Kraftstoffleitung 112 zuzuführen. Die zweite Kraftstoffleitung 112 kann auch als Kraftstoffverteiler bezeichnet werden. Die zweite Kraftstoffleitung 112 beinhaltet einen zweiten Drucksensor 114 und liefert Kraftstoff von der Hochdruck-Kraftstoffpumpe 108 zu einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzdüsen 116. Die Kraftstoffeinspritzdüsen 116 können zum Zuführen des Kraftstoffs zu einem Verbrennungsmotor (nicht dargestellt) verwendet werden, wie es in der Technik bekannt ist.
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Das Kraftstoffsystem 100 beinhaltet des Weiteren eine Kraftstoffsteuerung 118. Die Kraftstoffsystemsteuerung 118 steht in Verbindung mit der Niederdruckpumpe 104, der Hochdruckpumpe 108 und den Kraftstoffeinspritzdüsen 116 zum Steuern des Betriebs. Die Kraftstoffsystemsteuerung 118 steht auch mit dem ersten Drucksensor 110 und dem zweiten Drucksensor 114 in Verbindung, um Signale zu empfangen, die den Kraftstoffdruck an den entsprechenden Stellen im Kraftstoffsystem 100 anzeigen. Die Kraftstoffsystemsteuerung 118 kann auch mit anderen Sensoren, wie beispielsweise und ohne Einschränkung mit einem Motoröltemperatursensor (nicht dargestellt), einem Kühlmitteltemperatursensor (nicht dargestellt) und dergleichen verbunden sein.
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2 veranschaulicht ein Funktionsblockdiagramm, das eine exemplarische Ausführungsform der Kraftstoffsystemsteuerung 118 darstellt. Die Kraftstoffsystemsteuerung 118 beinhaltet ein Schwellenwert-Destillationskurvenmodul 200, das eine Darstellung einer Schwellenwert-Destillationskurve speichert. Die Schwellenwert-Destillationskurve, die im Schwellenwert-Destillationskurvenmodul 200 gespeichert ist, kann in Form einer Nachschlagetabelle von Werten erfolgen, die für jeden von mehreren Drücken eine Schwellenwerttemperatur bereitstellt. Alternativ kann die Darstellung der Schwellenwert-Destillationskurve in Form einer Gleichung erfolgen, wie zum Beispiel einer quadratischen Gleichung, die eine Schwellenwerttemperatur basierend auf einem Eingangsdruck ausgibt. Die Kraftstoffsystemsteuerung 118 kann weiterhin eine Niederdruckpumpensteuerung 202, ein Vergleichsmodul 204 und ein Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 beinhalten. Das Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 kann mit verschiedenen Sensoren in Verbindung stehen, wie beispielsweise einem Motoröltemperatursensor, einem Kühlmitteltemperatursensor und dergleichen, um eine Kraftstofftemperatur zu schätzen. Alternativ kann das Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 durch einen Temperatursensor (nicht dargestellt) ersetzt werden, der direkt eine Temperatur des Kraftstoffs messen kann.
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In einer exemplarischen Ausführungsform kann das Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 Temperatur-, Kraftstoffdurchfluss- und Drucksignale empfangen und basierend auf diesen Signalen eine Temperatur des Kraftstoffs im Kraftstoffsystem schätzen. So kann beispielsweise das Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 eine geschätzte Kraftstofftemperatur berechnen, basierend auf dem Folgenden:
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Wobei: Ft die geschätzte Kraftstofftemperatur ist, Ot eine Motoröltemperatur ist, X ein Koeffizient ist, der die Motoröltemperatur auf die geschätzte Kraftstofftemperatur bezieht, Ct eine Kühlmitteltemperatur ist, Y ein Koeffizient ist, der die Kühlmitteltemperatur auf die geschätzte Kraftstofftemperatur bezieht, Ff ein Kraftstofffluss ist und Z ein Koeffizient ist, der den Kraftstofffluss auf die geschätzte Kraftstofftemperatur bezieht. Die Koeffizienten können experimentell bestimmt werden. Das Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 sendet die geschätzte Kraftstofftemperatur an das Vergleichsmodul 204. Als Reaktion darauf vergleicht das Vergleichsmodul 204 die geschätzte Kraftstofftemperatur mit einer Siedepunkttemperatur auf einer vorbestimmten Kraftstoffdestillationskurve basierend auf einem gegebenen Kraftstoffdruck, um zu bestimmen, ob diese geschätzte Kraftstofftemperatur über der Siedepunkttemperatur liegt. Wenn das Vergleichsmodul 204 bestimmt, dass die geschätzte Kraftstofftemperatur über der Siedepunkttemperatur liegt, kann das Vergleichsmodul 204 ein Primärsignal an die Niederdruckpumpensteuerung 202 senden, die daraufhin die Niederdruckpumpe ansteuert.
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Unter Bezugnahme auf 3 wird die Bestimmung einer Siedepunkttemperatur in Abhängigkeit von exemplarischen Kraftstoffdestillationskurven erläutert. Die Grafik 300 von 3 repräsentiert den Kraftstoffdruck auf der horizontalen Achse 302 und die Kraftstofftemperatur auf der vertikalen Achse 304. Die Grafik 300 beinhaltet drei exemplarische Kraftstoffdestillationskurven 306 und eine vorgegebene Kraftstoffdestillationskurve 308. Jede der drei exemplarischen Kraftstoffdestillationskurven 306 veranschaulicht eine Kraftstoffdestillationskurve für jede der entsprechend unterschiedlichen Kraftstoffarten. Wie bereits erwähnt, können die Kraftstoffe, die in einem Fahrzeugantriebssystem verwendet werden und auf dem Markt zum Betanken von Fahrzeugen verfügbar sind, unterschiedliche Eigenschaften aufweisen. Jeder dieser Kraftstoffe weist eine andere Kraftstoffdestillationskurve auf. So kann beispielsweise eine Sommerkraftstoffart eine Kraftstoffdestillationskurve aufweisen, die höhere Verdampfungstemperaturen aufweist als die einer Kraftstoffdestillationskurve für eine Winterkraftstoffart. Mangels Kenntnis der tatsächlichen Kraftstoffdestillationskurve des Kraftstoffs, der einem bestimmten Fahrzeug tatsächlich zur Verfügung gestellt wird, kann eine exemplarische Darstellung des Schwellenwert-Destillationskurvenmoduls 200 (siehe 2) eine vorgegebene Kraftstoffdestillationskurve 308 speichern, die den bekannten Kraftstoffdestillationskurven der auf dem Markt verfügbaren Kraftstoffe entsprechen kann. Vorzugsweise kann die vorgegebene Kraftstoffdestillationskurve 308 jedoch Verdampfungstemperaturen beinhalten, die im Allgemeinen niedriger sind als diejenigen, deren Verfügbarkeit auf dem Markt bekannt ist, um zu gewährleisten, dass die Ansaugung unabhängig von dem für ein bestimmtes Fahrzeug bereitgestellten Kraftstoff angemessen erfolgt. Die vorgegebene Kraftstoffdestillationskurve 308 kann experimentell abgeleitet und um eine vorgegebene Menge von allen auf dem Markt erhältlichen Kraftstoffdestillationskurven abweichen. In einigen Fällen kann eine Kraftstoffdestillationskurve im „ungünstigsten Fall“ basierend auf bekannten, auf dem Markt verfügbaren Kraftstoffen gewählt werden, und die vorbestimmte Kraftstoffdestillationskurve kann so gewählt werden, dass sie einen etwas geringeren Versatz als die Kurve im „ungünstigsten Fall“ aufweist.
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Im Allgemeinen kann bei einer Kraftstofftemperatur und einem Kraftstoffdruck eine Kraftstoffdestillationskurve anzeigen, ob sich der Kraftstoff in einem gasphasenverdächtigen Zustand befindet oder nicht, und es kann dann entschieden werden, ob eine Kraftstoffpumpe zum Ansaugen des Kraftstoffsystems und zur Rückführung des Kraftstoffs in eine flüssige Phase betätigt werden soll. Der Bereich oberhalb jeder Kraftstoffdestillationskurve, wie er im Allgemeinen durch den Pfeil 310 angezeigt wird, zeigt an, dass jede Temperatur und jeder Druck, die sich oberhalb einer entsprechenden Kraftstoffdestillationskurve befinden, anzeigt, dass sich der Kraftstoff in einem verdächtigen Dampfphasenzustand befinden kann. Der Bereich unterhalb jeder Kraftstoffdestillationskurve, wie er im Allgemeinen durch den Pfeil 312 angezeigt wird, zeigt an, dass jede Temperatur und jeder Druck, die sich unterhalb einer entsprechenden Kraftstoffdestillationskurve befinden, anzeigt, dass sich der Kraftstoff in einer flüssigen Phase befindet und eine Ansaugung des Kraftstoffsystems nicht erforderlich ist.
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4 veranschaulicht ein Flussdiagramm 400 eines exemplarischen Verfahrens gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren beginnt bei Schritt 402 und fährt mit Schritt 404 fort. In Schritt 404 ermittelt die Kraftstoffsystemsteuerung 118, ob ein Auslöseereignis eingetreten ist. Wenn die Kraftstoffsystemsteuerung 118 in Schritt 404 ermittelt, dass ein Auslöseereignis eingetreten ist, fährt das Verfahren mit Schritt 406 fort. In Schritt 406 sammelt die Kraftstoffsystemsteuerung 118 Daten, die Bedingungen innerhalb des Kraftstoffsystems darstellen, die möglicherweise relevant sind, um zu bestimmen, ob eine verdächtige Dampfphasenbedingung vorliegt oder nicht. Wie vorstehend erläutert, kann die Kraftstoffsystemsteuerung 118 beispielsweise mit verschiedenen Sensoren wie einem Motoröltemperatursensor, einem Kühlmitteltemperatursensor, einem ersten Drucksensor 110, einem zweiten Drucksensor 112, einem Kraftstoffflusssignal (falls vorhanden) und dergleichen in Verbindung stehen und Signale von diesen empfangen. Das Verfahren fährt anschließend mit Schritt 408 fort.
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In Schritt 408 schätzt das Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 eine Kraftstofftemperatur basierend auf den verfügbaren Signalen und gibt die geschätzte Kraftstofftemperatur an das Vergleichsmodul 204 weiter. Das Verfahren fährt dann mit Schritt 410 fort, wobei das Vergleichsmodul 204 die vom Kraftstofftemperaturschätzmodul 206 empfangene geschätzte Kraftstofftemperatur mit einer Verdampfungstemperatur auf einer vorgegebenen Kraftstoffdestillationskurve 308 vergleicht, deren Darstellung im Schwellwert-Destillationskurvenmodul 200 gespeichert ist. Wenn das Vergleichsmodul 204 in Schritt 410 ermittelt, dass die geschätzte Kraftstofftemperatur über der entsprechenden Verdampfungstemperatur liegt, fährt das Verfahren mit Schritt 412 fort. In Schritt 412 sendet das Vergleichsmodul 204 ein Hauptbefehlssignal an die Niederdruckpumpensteuerung 202, die daraufhin die Niederdruckpumpe 104 zum Ansaugen des Kraftstoffsystems betreibt.
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Wenn die Kraftstoffsystemsteuerung 118 jedoch in Schritt 404 ermittelt, dass kein Auslöseereignis eingetreten ist, oder wenn das Vergleichsmodul 204 in Schritt 410 ermittelt, dass die geschätzte Kraftstofftemperatur nicht über der Verdampfungstemperatur liegt, fährt das Verfahren mit Schritt 414 fort, wobei das Verfahren endet.
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Das Auslöseereignis, auf das in der vorstehenden Abhandlung Bezug genommen wird, kann die Form einer beliebigen Anzahl von möglichen Bedingungen annehmen. So kann beispielsweise ein Auslöseereignis einem „Aufwachen“ eines Fahrzeugs entsprechen, bei dem das Fahrzeug ein Signal empfängt, das anzeigt, dass ein Motorstart unmittelbar bevorsteht, wie beispielsweise eine Art von Fahrereingabe, die erfasst werden kann. In manchen Fällen kann ein Fahrzeug als Reaktion auf ein Öffnen der Tür, eine Schlüsseleingabe oder dergleichen ohne Einschränkung „Aufwachen“. Wenn das Fahrzeug „aufwacht“, kann das System/Verfahren dann die relevanten Temperaturen und Drücke erfassen und entscheiden, ob eine Ansaugung erforderlich ist oder nicht.
