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Stand der Technik
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Es sind Brennkraftmaschinen mit einem System zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff bekannt, welches eine Kraftstoffleitung für den Kraftstoff aufweist. Das System zur Versorgung der Brennkraftmaschine ist typischer Weise in einer Umgebung der Brennkraftmaschine angeordnet. Diese Umgebung ist beispielsweise in einem Raum, insbesondere in einem so genannten Motorraum, eines Kraftfahrzeugs angeordnet. Dabei wird die Kraftstoffleitung durch die Brennkraftmaschine erwärmt. Dies trifft ganz besonders auf Situationen zu, in denen die zuvor betriebene und damit erwärmte Brennkraftmaschine abgestellt wird und so die Wärme der Brennkraftmaschine durch Abstrahlung an die Umgebung und dabei auch an das System zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff abgegeben wird. In einer solchen Phase wird die Umgebung der Brennkraftmaschine durch und durch erwärmt, was auch als „heat soak phase“ bezeichnet wird. Dies kann zum Beispiel beim Wiederstart, auch bei Start-Stopp Automatik, zu unzulässig hohen Kraftstofftemperaturen führen. Die Kraftstofftemperaturen, unter denen die Komponenten eines Common-Rail-Systems betrieben werden dürfen, sind begrenzt, so dass ein Wiederstart nach einer solchen Heat Soak Phase mit unzulässig hohen Temperaturen zu Komponenten- oder Systemschädigungen bis hin zum Systemausfall führen kann.
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Ausführungsformen der Erfindung
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Gemäß einem ersten Gesichtspunkt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Versorgung einer Brennkraftmaschine mit Kraftstoff vorgesehen, welches eine Kraftstoffleitung für den Kraftstoff aufweist. Das System ist in einer Umgebung der Brennkraftmaschine angeordnet, wobei die Kraftstoffleitung des Systems durch die Brennkraftmaschine mittels Abstrahlung von Wärme erwärmt wird. Dabei ist das Ermitteln einer Temperatur und das Bestimmen einer Temperaturschwelle vorgesehen. Nach dem Erreichen der Temperaturschwelle wird der Kraftstoff im Kraftstoffsystem bewegt. Diese Maßnahme bzw. dieser Verfahrensschritt hat den Vorteil, dass durch die Bewegung des Kraftstoffs im Kraftstoffsystem übermäßig erwärmter Kraftstoff, d. h. ein Kraftstoff, der die Temperaturschwelle erreicht hat, aus dem Bereich bewegt wird, wo ein wesentlicher Teil der Wärmeübertragung stattfindet. Das Bewegen des Kraftstoffs führt dazu, dass der Kraftstoff insbesondere zwischen einem Kraftstoffbehälter bzw. zwischen einer Niederdruckpumpe (Vorförderpumpe) und einer Hochdruckpumpe durch Kraftstoffleitungen bewegt wird und dabei verhältnismäßig gut gekühlt wird. Diese Kraftstoffleitungen (Zulauf von der Niederdruckpumpe oder dem Kraftstoffbehälter zur Hochdruckpumpe, Rücklauf von der Hochdruckpumpe zum Kraftstoffbehälter oder der Niederdruckpumpe) können bspw. in einem Bereich verlegt bzw. angeordnet sein, bei dem ein großer Temperaturunterschied vorliegt. Ein solcher Bereich ist beispielsweise ein Fahrzeugunterboden bzw. ein zur Fahrbahn gerichteter Bereich eines Kraftfahrzeugs, an dem entlang die Kraftstoffleitung oder die Kraftstoffleitungen verlegt sind. D. h., dass die Kraftstoffleitungen im direkten Wärmeaustausch zur Umgebung des Kraftfahrzeugs stehen. Durch dieses Bewegen des Kraftstoffs wird erwartungsgemäß Kraftstoff nachgefördert, der eine geringere Temperatur aufweist. Wird in einer solcher Situation ein Wiederstart der Brennkraftmaschine vorgenommen, führt dies dazu, dass die Brennkraftmaschine und weitere Teile des Systems zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff mit kühlerem Kraftstoff als zuvor versorgt werden. Dies hat insbesondere den Vorteil, dass ggf. ganz besonders ein Niederdruckkreislauf zwischen dem Kraftstoffbehälter und einem Eingang (Einlass, Eintritt) zu einer Hochdruckpumpe mit nur beschränkt erwärmtem bzw. durch die oben beschriebene Anordnung gekühltem Kraftstoff versorgt wird. Dadurch sinkt eine Temperaturbelastung der Hochdruckpumpe. Zudem verringert sich dadurch auch die Temperatur in einem Hochdruckkreislauf - beispielsweise einem Hochdruckspeichersystem (Common Rail System) - da auch dieser in der Folge mit ggf. nur beschränkt erwärmtem Kraftstoff versorgt wird. Ein Wiederstart einer Brennkraftmaschine erfolgt dadurch mit zulässig temperiertem Kraftstoff.
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Dadurch ist eine Gefahr, dass mechanische Teile von Hochdruckpumpen zu hohen Temperaturen ausgesetzt sind, verringert bzw. nicht mehr gegeben. Die Zuverlässigkeit des Systems zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff, insbesondere eines Hochdruckteils des Systems, ist somit gesteigert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass - bei dem Erreichen der Temperaturschwelle von einer niedrigeren Temperatur aus - der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung ruht. Dies führt dazu, dass der Kraftstoff im Kraftstoffsystem extra wieder in Bewegung gesetzt wird. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt ist vorgesehen, dass nach dem Erreichen der Temperaturschwelle von einer niedrigeren Temperatur aus eine Förderleistung der Niederdruckpumpe erhöht wird.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass die Temperatur des Kraftstoffsystems durch Messen mittels eines Sensorelements oder durch ein Temperaturmodell ermittelt wird. Ganz besonders ist vorgesehen, dass die Temperatur des Kraftstoffsystems für die Situation zwischen der Niederdruckpumpe und einem Eingang (Einlass, Eintritt) zu einer Hochdruckpumpe steht und dementsprechend für diesen Ort ermittelt wird. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung soll der Kraftstoff in einen Kraftstoffbehälter gefördert, insbesondere zurückgefördert, werden. Dies hat den Vorteil, dass der Kraftstoff, welcher eine erhöhte Temperatur aufweist (so festgestellt wird, dass eine Temperatur über der Temperaturschwelle ist) in einen Kraftstoffbehälter gefördert, insbesondere zurückgefördert, wird. Dies hat den Vorteil, dass der Kraftstoff sich in dem Kraftstoffbehälter mit bereits dort befindlichem Kraftstoff vermischt und somit dieser Kraftstoff in dem Kraftstoffbehälter typischer Weise und erwartungsgemäß eine Temperatur annimmt, die sich durch die Zufuhr des hineingeförderten Kraftstoffs zwar erhöht aber vorteilhafter Weise aufgrund des dort zuvor herrschenden erwartungsgemäß deutlich niedrigeren Temperaturniveaus nur geringfügig erhöht. Ein derartiges Kraftstoffgemisch würde dann bei einem Wiederstart mit deutlich reduzierter Temperatur dem Kraftstoffversorgungssystem zugeführt werden. Durch das Fördern des erwärmten Kraftstoffs in den Kraftstoffbehälter zurück, wird typischer Weise Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter wieder in das Kraftstoffversorgungssystem in Richtung zu der Hochdruckpumpe bzw. einem Einspritzventil gefördert. Da dabei vorgesehen ist, dass die Kraftstoffleitungen zumindest abschnittsweise in einem Bereich verlegt bzw. angeordnet sind, bei dem ein großer Temperaturunterschied vorliegt (z. B. Fahrzeugunterboden bzw. ein zur Fahrbahn gerichteter Bereich eines Kraftfahrzeugs, an dem entlang die Kraftstoffleitung oder die Kraftstoffleitungen verlegt sind) und bspw. der größte Anteil einer Länge der Kraftstoffleitung zwischen einem Kraftstoffbehälter und dem Eingang zur Hochdruckpumpe dort angeordnet ist, lässt sich eine Kühlwirkung erzielen. Der Kraftstoff wird also auf dem Weg zum Kraftstoffbehälter und auf dem Weg vom Kraftstoffbehälter zur Hochdruckpumpe in den Kraftstoffleitungen gekühlt, wenn er bewegt wird. Dies hat den Vorteil, dass auch eine Temperatur der Bauteile - d. h. der kraftstoffführenden Teile, wie Kraftstoffleitung, Kraftstofffilter, Kraftstoffpumpe - aktiv gesenkt wird.
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Es ist insbesondere vorgesehen, dass die Niederdruckpumpe (Vorförderpumpe) geregelt betrieben wird. Diese Reglung führt dazu, dass die Menge des umlaufenden Kraftstoffes auf die für den Betriebszustand notwendige Menge - verglichen mit einer ungeregelten/gesteuerten Vorförderpumpe - reduziert wird. In den Betriebsfällen, in denen eine Kühlung des Kraftstoffs gewünscht wird, ist dann vorgesehen, dass die Vorförderpumpe in einem derart geregelten Betrieb betrieben wird, in dem mehr als die notwendige Menge gefördert wird, die der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfordert.
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Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung ist vorgesehen, dass das System zur Versorgung der Brennkraftmaschine verfahrensgemäß betrieben wird, während die Brennkraftmaschine stillsteht, also nicht betrieben wird. Beim Stillstand der Brennkraftmaschine führt das Verfahren zu einer Senkung der Temperatur. Dabei wird davon ausgegangen, dass der Kraftstoff im Kraftstoffbehälter bzw. der nachgeförderte Kraftstoff in die kraftstoffführende Leitung eine geringere Temperatur aufweist. Wird die Brennkraftmaschine nicht befeuert, aber bspw. durch den Antriebsstrang des rollenden Kraftfahrzeugs angetrieben (z. B. beim Ausrollen/„Segeln“ im Start-Stopp-Betrieb oder bei einer Fahrt des Kraftfahrzeugs im Gefälle (Motorbremse)) ist vorgesehen, dass in den Betriebsfällen, in denen eine Kühlung des Kraftstoffs gewünscht wird, dann vorgesehen ist, dass die Vorförderpumpe in einem derart geregelten Betrieb betrieben wird, in dem mehr als die notwendige Menge gefördert wird, die der Betriebszustand der Brennkraftmaschine erfordert. Dies bedeutet in diesen Fällen beispielsweise, dass die Vorförderpumpe Kraftstoff fördert, obwohl der Betrieb der Brennkraftmaschine im geschobenen Betrieb keine Förderung erforderlich macht. Des Weiteren ist in einem weiteren Verfahrensschritt die Berücksichtigung einer zusätzlichen Umgebungstemperatur vorgesehen.
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Des Weiteren ist ein Computerprogramm vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren auszuführen. Zudem ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist. Nicht zuletzt ist ein Steuergerät vorgesehen, welches dazu ausgebildet ist, alle Schritte eines der Verfahren auszuführen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt. Es zeigen:
- 1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einem System zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff,
- 2 ein Verfahren zum Betreiben eines Systems zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Kraftstoff.
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1 zeigt ein System 10 zur Versorgung einer Brennkraftmaschine 13 mit Kraftstoff 16. Dieser Kraftstoff 16 ist typischer Weise zunächst in einem Kraftstoffbehälter 19 gelagert. Mittels einer Kraftstoffleitung 22 und einer Niederdruckpumpe (Vorförderpumpe) 25 (Kraftstoffpumpe, insbesondere elektrische Kraftstoffpumpe) wird mittels eines Ansaugteils 26 der Kraftstoffleitung 22 der Kraftstoff 16 aus dem Kraftstoffbehälter 19 herausgepumpt. Die Kraftstoffleitung 22 leitet diesen Kraftstoff 16 zu einer weiteren Pumpe 28, welche beispielsweise einen hier gezeigten Hochdruckteil des Systems 10 mit dann unter Hochdruck befindlichem Kraftstoff 16 versorgt. Diese Pumpe 28 ist beispielsweise eine Hochdruckpumpe. In diesem Fall versorgt diese Pumpe 28 einen Hochdruckspeicher 31 mit Kraftstoff 16, der über hier nicht näher bezeichnete Versorgungsleitungen zu Einspritzventilen 34 zugeleitet wird, von denen eines beispielhaft bezeichnet ist. Hier ist beispielhaft an der Kraftstoffleitung 22 ein Sensorelement 37 angeordnet, welches in wärmeleitendem Kontakt zur Kraftstoffleitung 22 oder gar in wärmeleitendem Kontakt zum Kraftstoff 16 ist, so dass eine Temperatur ermittelt werden kann bzw. ermittelt wird. Der Kraftstoff 16, der Kraftstoffbehälter 19, Teile der Kraftstoffleitung 22 und die Niederdruckpumpe 25 sind (nicht ausschließlich und nicht ausschließend) Teile eines Niederdruckbereichs 40. Teile eines hier nicht näher bezeichneten Hochdruckbereichs sind, beginnend mit der Pumpe 28, des Weiteren der Hochdruckspeicher 31, die Einspritzventile 34 und die Verbindungsleitung zwischen dem Hochdruckspeicher 31 und den Einspritzventilen 34 (diese Aufzählung schließt andere Teile des Hochdruckbereichs, die hier nicht erwähnt sind, nicht aus).
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Das System 10 weist des Weiteren ein Steuergerät 43 auf, welches beispielsweise mittels einer elektrischen Steuerleitung 46 die Niederdruckpumpe 25 ansteuert. Des Weiteren weist das System 10 eine elektrische Datenleitung 49 auf, mittels derer das Steuergerät 43 Daten vom Sensorelement 37 empfangen kann. Zudem ist eine Steuerleitung 52 vorhanden, mittels derer das Steuergerät 43 ein Einspritzventil 34 ansteuern kann. Auch hier ist wiederum nur eine Steuerleitung 52 dargestellt. Die anderen Einspritzventile 34 sind ebenfalls durch derartige Steuerleitungen 52 anzusteuern. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Steuergerät 43 mit einem maschinenlesbaren Speichermedium 55 ausgestattet, auf welchem beispielsweise ein Computerprogramm 58 gespeichert ist, welches so programmiert bzw. ausgebildet ist, dass es in der Lage ist alle Schritte eines der in dieser Beschreibung offenbarten Verfahren auszuführen. Das System 10 ist zudem in einem Raum 61 angeordnet, der beispielsweise ein Motorraum ist, der beispielsweise in einem Kraftfahrzeug baulich vorgesehen ist.
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Beim Betreiben eines derartigen Systems 10 kann sich eine Situation einstellen, bei der die Brennkraftmaschine 13, da durch vorhergehende oder laufende Verbrennungsvorgänge erwärmt, Wärme Q an ihre Umgebung abgibt. Zu dieser Umgebung gehört zwangsläufig das System 10 zur Versorgung der Brennkraftmaschine 13 mit Kraftstoff 16. Die in dieser Umgebung befindliche Kraftstoffleitung 22 für den Kraftstoff 16 wird durch die Wärme Q erwärmt. Ein typischer Fall für einen derartigen Vorgang liegt insbesondere vor, wenn die Brennkraftmaschine 13 abgestellt wurde und beispielsweise die Brennkraftmaschine 13 nicht mehr aktiv gekühlt wird, d. h. eine Kühlflüssigkeit in der Brennkraftmaschine 13 nicht mehr zu einem Wärmetauscher („Kühler“) transportiert wird und/oder kein kühlender Luftstrom mehr durch den Staudruck des fahrenden Kraftfahrzeugs in den Motorraum (Raum 61) gelangt. Um zu vermeiden, dass bei einem Wiederstart der Brennkraftmaschine zu heißer Kraftstoff 16 zur Pumpe 28 oder in der Folge in den Hochdruckspeicher 31 bzw. in die Einspritzventile 34 gelangt, ist vorgesehen, dass eine Temperatur T ermittelt und eine Temperaturschwelle T_SW bestimmt ist und dass nach dem Erreichen der Temperaturschwelle T_SW der Kraftstoff 16 im Kraftstoffsystem bzw. System 10 bewegt wird. D. h., 2, es wird in einem Schritt S1 die Temperatur T ermittelt und für den Fall, dass die Temperaturschwelle T_SW erreicht ist, im Schritt S2 der Kraftstoff 16 im System 10 bewegt. Es wird dabei insbesondere die Temperatur T des Kraftstoffsystems bzw. Systems 10 bestimmt und hier insbesondere die Temperatur der Kraftstoffleitung 22 bzw. direkt eine Temperatur T des Kraftstoffs 16. Die Bestimmung der Temperatur T kann sowohl über das bereits erwähnte Sensorelement 37 oder alternativ durch ein Temperaturmodell ermittelt bzw. berechnet werden. Das Temperaturmodell kann beispielsweise in dem bereits erwähnten Computerprogramm 58 berücksichtigt sein. Im Zusammenhang mit dem Bewegen des Kraftstoffs 16 im Kraftstoffsystem bzw. System 10 ist vorgesehen, dass eine Förderleistung der Niederdruckpumpe 25 erhöht wird. Eine Erhöhung der Förderleistung kann dabei beispielsweise von einer Null-Leistung, bei der die Niederdruckpumpe 25 nicht antreibt - oder von einer Förderleistung der Niederdruckpumpe 25 aus erfolgen, bei der bereits mit hier unbestimmter Förderleistung der Kraftstoff 16 bereits in Bewegung war, erhöht werden. D. h., dass beim Erreichen der Temperaturschwelle T_SW der Kraftstoff 16 in der Kraftstoffleistung 22 in einem der beiden genannten Fälle ruhen kann. Diese Temperaturschwelle T_SW ist applizierbar, d. h. die Temperaturschwelle T_SW ist für eine Betriebssituation oder an eine spezielle Situation der Vorrichtung anpassbar.
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Wie bereits erwähnt, ist vorgesehen, dass die Temperatur des Systems 10 zwischen der Niederdruckpumpe 25 und einem Einspritzventil 34 ermittelt wird. Es ist dabei insbesondere vorgesehen, dass die Temperatur des Systems zwischen dem einer Niederdruckpumpe 25 und der anderen Pumpe 28 ermittelt wird, d. h. in dem Bereich, der der so genannte Niederdruckbereich 40 des Systems 10 ist. Bei dem Bewegen des Kraftstoffs 16 ist insbesondere vorgesehen, dass der Kraftstoff 16 in einen Kraftstoffbehälter 19 gefördert und hier ganz besonders zurückgefördert wird, Schritt S3. Im Rahmen des Verfahrens ist vorgesehen, dass sich die Brennkraftmaschine 13 entweder in einem befeuerten Betrieb oder einem unbefeuerten Betrieb befindet, wenn in dem Schritt S1 die Temperatur bestimmt wird. In einer weiteren Variante ist vorgesehen, dass nicht nur die Temperatur T des Kraftstoffs oder eines Gegenstands, der mit dem Kraftstoff verbunden ist, oder der Wert einer entsprechenden Simulation ermittelt wird, so dass dann zusätzlich eine Umgebungstemperatur T_U, d. h. beispielsweise einer Umgebungstemperatur außerhalb des Raums 61, d. h. beispielsweise der Umwelt, berücksichtigt wird.
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Mittels dieser zweiten Temperatur T_U ist es möglich, mittels des Computerprogramms (Software) einen so genannten Zweipunktschalter zu realisieren. Basierend auf der bestimmten Temperatur, die beispielsweise für die Kraftstofftemperatur steht und der Umgebungstemperatur, ist es möglich, mittels dieses Zweipunktschalters den so genannten Nachlauf des Steuergeräts 43 zu beeinflussen. Bei kritischen Temperaturen (hohen Temperaturen) wird der Nachlauf - nach einem befeuerten Betrieb der Brennkraftmaschine, wenn Brennkraftmaschine bzw. das Kraftfahrzeug bereits abgestellt ist - verlängert, um die Niederdruckpumpe 25 aktiv halten zu können und die Temperaturen T weiter auswerten zu können. Erreicht die Temperatur T einen Wert unterhalb der Temperaturschwelle T_SW, wird die Niederdruckpumpe 25 ausgeschaltet und der Nachlauf des Steuergeräts 43 beendet. Die Erwärmung durch Abstrahlung der heißen Motorwärme wird dadurch auf unkritische Werte limitiert.
