DE102021205379A1

DE102021205379A1 - Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems

Info

Publication number: DE102021205379A1
Application number: DE102021205379.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Lerz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-05-27
Filing date: 2021-05-27
Publication date: 2022-12-01

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems (100) für eine Brennkraftmaschine (140), bei dem Kraftstoff (112) mittels einer Kraftstoffpumpe (120) in einem Kraftstoffkreislauf pumpbar ist, wobei eine Kraftstofftemperaturüberwachung vorgenommen wird, bei der eine Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder einer Umgebung des Kraftstoffversorgungssystems (110) bestimmt wird, und wobei, wenn die Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder der Umgebung über einem jeweils vorgegebenen Schwellwert (Ts) liegt, die Kraftstoffpumpe (120) zum Pumpen des Kraftstoffs (112) im Kraftstoffkreislauf veranlasst wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung.
Hintergrund der Erfindung
Bei modernen Brennkraftmaschinen erfolgt eine Zuführung von Kraftstoff über Kraftstoffinjektoren, die den Kraftstoff aus einem Hochdruckspeicher, auch als Rail oder Common-Rail bezeichnet, erhalten. Zum Fördern von Kraftstoff aus einem Kraftstofftank in den Hochdruckspeicher werden Hochdruckpumpen verwendet, denen der Kraftstoff über eine Niederdruckpumpe zugeführt wird.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems sowie eine Recheneinheit und ein Computerprogramm zu dessen Durchführung mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Betrieb eines Kraftstoffversorgungssystems für eine Brennkraftmaschine, bei dem Kraftstoff mittels einer Kraftstoffpumpe in einem Kraftstoffkreislauf (z.B. über einen Vor- und Rücklauf) pumpbar ist. Bei einer solchen Kraftstoffpumpe handelt es sich insbesondere um eine Vorförder- oder Niederdruckpumpe, die wiederum in der Regel als elektrische oder elektronische Kraftstoffpumpe (EKP) ausgebildet ist. Bei einem solchen Kraftstoffversorgungssystem, wie es auch einleitend erwähnt wurde, kann sich eine Wärmebelastung im Motorraum des Fahrzeugs negativ auf die Kraftstofftemperatur auswirken. Über Oberflächen der beteiligten - und bei oder nach einem Betrieb der Brennkraftmaschine - sehr warmen oder heißen Komponenten im gesamten System kann Wärme in den Kraftstoff eingetragen werden, insbesondere auch im Niederdruckbereich, der eigentlich nicht für besonders hohe Kraftstofftemperaturen ausgelegt ist. Dies kann sowohl über Wärmestrahlung als auch Wärmeübertrag erfolgen. Wird die Kraftstofftemperatur zu hoch, kann es zu Problemen oder gar Ausfällen an einzelnen Komponenten kommen. Ebenso kann dies aus Komponentenschutzgründen dazu führen, dass die Brennkraftmaschine zunächst nicht wieder gestartet werden kann. Es gilt daher, zu hohe Kraftstofftemperaturen zu vermeiden.
Während bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine, selbst im Leerlauf, laufend Kraftstoff gefördert bzw. nachgefördert wird, wodurch dieser bewegt und damit gekühlt wird, ist dies bei abgestellter Brennkraftmaschine, sogar im Rahmen eines sog. Start-Stopp-Betriebs, nicht der Fall. Der Kraftstoff in den Leitungen wird also nicht bewegt; eine Kühlung erfolgt nicht.
Vor diesem Hintergrund wird eine Kraftstofftemperaturüberwachung vorgeschlagen, bei der eine Temperatur des Kraftstoffs und/oder einer Umgebung des Kraftstoffkreislaufsystems bestimmt wird. Wenn die Temperatur des Kraftstoffs und/oder der Umgebung über einem jeweils zugehörigen Schwellwert liegt, wird die Kraftstoffpumpe zum Pumpen des Kraftstoffs im Kraftstoffkreislauf angesteuert. Die Kraftstoffpumpe wird also - obwohl sie aktuell für den Betrieb der Brennkraftmaschine nicht benötigt wird - trotzdem betrieben, nötigenfalls (also wenn die Temperatur bereits im Betrieb über der Schwelle liegt) gar nicht erst abgeschaltet. Dies ist bei elektronischen Kraftstoffpumpen auch ohne weiteres möglich, da diese einen eigenen elektrischen Antrieb aufweisen.
Die Temperatur des Kraftstoffs kann z.B. unter Verwendung eines Temperatursensors an oder in einer Kraftstoffleitung bestimmt (d.h. gemessen) werden, ein entsprechender Wert kann z.B. von einem Motorsteuergerät dann empfangen werden. Ebenso kann aber - alternativ oder zusätzlich - ein Temperaturmodell verwendet werden, das, z.B. aufgrund anderer, bekannter Temperaturen, die Kraftstofftemperatur abschätzt. Der Temperaturwert kann also ein Messwert oder ein rechenwert sein. Gleiches gilt für die Temperatur der Umgebung, also insbesondere im Motorraum des Fahrzeugs, ggf. außen an einer Kraftstoffleitung. Während bei z.B. direkter Messung der Kraftstofftemperatur diese unmittelbar bekannt ist, kann auch bei zu hoher Umgebungstemperatur darauf geschlossen werden, dass bzw. ob dies eine zu hohe Kraftstofftemperatur zur Folge hat. Geeignete Temperaturmodelle modellieren den Wärmeübertrag von der Messstelle Messpunkt bis zur interessierenden Stelle im Kraftstoffsystem.
Indem dann, wenn ein entsprechender Schwellwert überschritten wird, die Kraftstoffpumpe in Betrieb genommen wird, erfolgt eine Bewegung des Kraftstoffs, was eine Kühlung des Kraftstoffs bewirkt. Insbesondere wird Kraftstoff von kühleren Bereichen, insbesondere dem Tank, nachgefördert.
Hierbei wird ausgenutzt, dass typische Kraftstoffversorgungssysteme einen Rücklauf z.B. von vor und/oder nach der Hochdruckpumpe oder auch vom Hochdruckspeicher in den Kraftstofftank oder zumindest den Niederdruckbereich aufweisen. Damit wird also ein Kreislauf gebildet, in dem der Kraftstoff auch bei stehender Brennkraftmaschine - und damit stehender Hochdruckpumpe - bewegt werden kann.
Wenngleich das vorgeschlagene Vorgehen besonders dann relevant ist, wenn die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist, insbesondere sich die Kurbelwelle nicht dreht, insbesondere wenn sie gerade abgestellt worden ist - die Kraftstoffpumpe wird dann gar nicht erst abgeschaltet, sondern läuft weiter -, kann es grundsätzlich auch bei laufender Brennkraftmaschine herangezogen werden, um so z.B. mehr Kraftstoff als nötig zu fördern, der dann in den Rücklauf geht, um so eine bessere Kühlung zu erreichen.
Vorzugsweise wird die Kraftstoffpumpe solange zum Pumpen des Kraftstoffs im Kraftstoffkreislauf angesteuert, bis die Temperatur des Kraftstoffs und/oder der Umgebung unter den jeweils vorgegebenen Schwellwert gefallen ist. Denkbar ist auch, für das Ende des Pumpens des Kraftstoffs einen anderen (insbesondere tieferen) Schwellwert zu verwenden, falls erforderlich, um so eine sog. Hysterese zu implementieren. Unabhängig davon können sämtliche Schwellwerte aber applizierbar gestaltet werden, um so z.B. auf individuelle Eigenheiten eines Kraftstoffversorgungssystems reagieren zu können.
Vorteilhafterweise wird die Kraftstoffpumpe zum Pumpen des Kraftstoffs im Kraftstoffkreislauf nur dann angesteuert, wenn eine elektrische Größe einer Spannungsversorgungsquelle (z.B. einer Batterie) des Fahrzeugs, wie insbesondere eine aktuelle Spannung und/oder ein Ladestand, mindestens einen vorgegebenen Mindestschwellwert hat. Dies gilt insbesondere dann, wenn die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist, da andernfalls nämlich unter Umständen ein Wiederstart der Brennkraftmaschine (wegen zu geringer Spannung/Ladung für den Anlasser bzw. Starter) nicht mehr möglich ist. Wenn die elektrische Größe unterhalb des Mindestschwellwerts fällt, kann die Kraftstoffpumpe also ggf. auch früher (wieder) abgeschaltet werden, als dies nach der Temperatur der Fall wäre. Die stellt also eine (zusätzliche) Aktivierungs- bzw. Deaktivierungsbedingung dar.
Generell kann für diesen Betrieb der Kraftstoffpumpe im Rahmen eines sog. Nachlaufs eines Motorsteuergeräts oder eines anderen Steuergeräts, über das die Kraftstoffpumpe angesteuert wird, erfolgen. Dabei handelt es sich um eine gewisse Zeitdauer nach Ende des regulären Betriebs, in dem das Steuergerät noch aktiv ist. Sollte zum Ende einer typischen Nachlaufzeit die Temperatur noch nicht unter den Schwellwert gefallen sein, kann die Nachlaufzeit bei Bedarf auch verlängert werden. Dies kann ggf. ebenfalls applizierbar gestaltet werden.
Eine erfindungsgemäße Recheneinheit, z.B. ein Steuergerät eines Kraftfahrzeugs, ist, insbesondere programmtechnisch, dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung eines erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms oder Computerprogrammprodukts mit Programmcode zur Durchführung aller Verfahrensschritte ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes Steuergerät noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere magnetische, optische und elektrische Speicher, wie z.B. Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Download eines Programms über Computernetze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
Die Erfindung ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
Figurenliste

1 zeigt schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommen kann.
2 zeigt einen Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform.

Ausführungsform(en) der Erfindung
In 1 ist grob schematisch ein Kraftstoffversorgungssystem 100 mit elektronischer Kraftstoffpumpe 120, Hochdruckpumpe 122 und Brennkraftmaschine 140 dargestellt, bei dem die Erfindung zum Einsatz kommen kann, wie nachfolgend kurz erläutert werden soll. Insbesondere ist hierbei ein Kraftstofftank 110 vorgesehen, aus dem Kraftstoff 112 mittels der Kraftstoffpumpe 120 (auch Vorförderpumpe oder Niederdruckpumpe) entnommen und der Hochdruckpumpe 122 zugeführt werden kann. Mittels der Hochdruckpumpe 122 wird der Kraftstoff dann in einen Hochdruckspeicher 130 (ein sog. Rail) gefördert, von wo der Kraftstoff mittels Kraftstoffinjektoren 142 entnommen und in Brennräume der Brennkraftmaschine 140 eingebracht werden kann. Hierzu ist eine als Motorsteuergerät ausgebildete Recheneinheit 170 vorgesehen, die die Kraftstoffinjektoren 142 auf gewünschte Weise ansteuern kann.
Das Motorsteuergerät 170 ist außerdem dazu vorgesehen und eingerichtet, die elektronische Kraftstoffpumpe 120 sowie ggf. die Hochdruckpumpe 122 bzw. eine zugehörige Zumesseinheit anzusteuern, sodass Kraftstoff aus dem Kraftstofftank entnommen und z.B. eine gewünschte Kraftstoffmenge in den Hochdruckspeicher 130 gefördert bzw. dort ein bestimmter Druck eingeregelt werden kann. Weiterhin ist beispielhaft ein Rücklauf 150 (bzw. eine Rücklaufleitung) von der Hochdruckpumpe 122 zurück in den Kraftstofftank 110 vorgesehen. Möglich ist auch ein Rücklauf von dem Hochdruckspeicher oder einem (oder jedem) der Kraftstoffinjektoren. Auf diese Weise kann also Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 110 mittels der Kraftstoffpumpe 120 in einem Kreislauf gepumpt bzw. gefördert werden, nämlich über den Rücklauf 150 wieder zurück in den Kraftstofftank 110.
Weiterhin ist beispielhaft ein Temperatursensor 160 vorgesehen, mit dem eine Temperatur des Kraftstoffs 112 gemessen bzw. ermittelt und z.B. an das Motorsteuergerät 170 übermittelt werden kann. Möglich sind auch weitere Temperatursensoren, um z.B. die Umgebungstemperatur zu ermitteln.
In 2 ist schematisch ein Ablauf eines erfindungsgemäßen Verfahrens in einer bevorzugten Ausführungsform dargestellt, wie es z.B. bei dem in 1 gezeigten Kraftstoffversorgungssystem eingesetzt werden kann. Zunächst soll ein regulärer Betrieb 200 der Brennkraftmaschine vorliegen, bei dem auch Kraftstoff gefördert wird.
Mit Schritt 210 wird die Brennkraftmaschine abgestellt, z.B. im Rahmen eines Start-Stopp-Betriebs. Hier folgt dann - insbesondere unmittelbar - eine Kraftstofftemperaturüberwachung 220, bei der- z.B. unter Verwendung des Temperatursensors 160 aus 1 und/oder eines Temperaturmodells M - die Temperatur T des Kraftstoffs bestimmt wird. Wenn dabei die Temperatur T des Kraftstoffs über einem (insbesondere applizierbaren) Schwellwert Ts liegt, kann davon ausgegangen werden, dass die Temperatur T des Kraftstoffs zu hoch ist und Folgeschäden drohen.
Gemäß Schritt 230 wird daher die Kraftstoffpumpe zum Pumpen des Kraftstoffs im Kraftstoffkreislauf angesteuert, wodurch der Kraftstoff in den Leitungen bewegt und damit gekühlt wird. Dies kann z.B. solange erfolgen, bis die Temperatur T des Kraftstoffs unter den Schwellwert T_S oder einen noch tieferen unteren Schwellwert gefallen ist. Ggf. ist hierzu ein vorgesehener Nachlauf des Motorsteuergeräts 170 zu verlängern. Sobald die Temperatur T des Kraftstoffs unter den zugehörigen Schwellwert gefallen ist, kann die Kraftstoffpumpe abgeschaltet werden.
Die Schritte 220 und/oder 230 können als weitere Aktivierungsbedingung auch eine Überwachung der aktuellen Spannung einer üblicherweise vorhandenen Batterie eines das Kraftstoffversorgungssystem 100 aufweisenden Fahrzeugs als elektrische Größe umfassen. Nur wenn und so lange der aktuelle Wert der Batteriespannung über einem vorgegebenen oder vorgebbaren Mindestschwellwert liegt, wird Schritt 230 durchgeführt, andernfalls nicht, um andere wichtige elektrische Funktionen des Fahrzeugs wie insbesondere ein Starten nicht zu gefährden.

Claims

Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffversorgungssystems (100) für eine Brennkraftmaschine (140), bei dem Kraftstoff (112) mittels einer Kraftstoffpumpe (120) in einem Kraftstoffkreislauf pumpbar ist, wobei eine Kraftstofftemperaturüberwachung (220) vorgenommen wird, bei der eine Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder einer Umgebung des Kraftstoffversorgungssystems (110) bestimmt wird, und wobei, wenn die Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder der Umgebung über einem jeweiligen Schwellwert (Ts) liegt, die Kraftstoffpumpe (120) zum Pumpen des Kraftstoffs (112) im Kraftstoffkreislauf angesteuert wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Kraftstofftemperaturüberwachung vorgenommen wird, wenn die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Kraftstoffpumpe (120) solange zum Pumpen des Kraftstoffs (112) im Kraftstoffkreislauf veranlasst wird, bis die Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder der Umgebung unter den jeweils vorgegebenen Schwellwert (Ts) gefallen ist.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Kraftstoffpumpe (120) zum Pumpen des Kraftstoffs (112) im Kraftstoffkreislauf nur dann angesteuert wird, wenn eine aktuelle elektrische Größe einer Spannungsversorgungsquelle des Fahrzeugs mindestens einen vorgegebenen Mindestschwellwert hat.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei als Kraftstoffpumpe (120) eine Vorförderpumpe, insbesondere eine elektrische Kraftstoffpumpe, verwendet wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder der Umgebung unter Verwendung eines Temperatursensors (160) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Temperatur (T) des Kraftstoffs und/oder der Umgebung unter Verwendung eines Temperaturmodells (M) bestimmt wird.
Recheneinheit (160), die dazu eingerichtet ist, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche durchzuführen.
Computerprogramm, das eine Recheneinheit (160) dazu veranlasst, alle Verfahrensschritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, wenn es auf der Recheneinheit (160) ausgeführt wird.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm nach Anspruch 9.