DE69912928T2 - Verfahren und system zur befüllung von kaltstart-kraftstofftanks - Google Patents

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Description

  • Gebiet der Erfindung
  • Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffsystem sowie ein Verfahren zur Steuerung desselben. Genauer betrifft die Erfindung ein Kraftstoffsystem von Kraftfahrzeugen, welche an einen Antrieb mit Alkohol enthaltenden Kraftstoffen angepaßt sind, mit einem Haupttank für Kraftstoff, einem Kaltstart-Tank für Kraftstoff, welcher eine hinreichende Entzündlichkeit aufweist, um bei Kaltstarts eingesetzt zu werden, sowie einem Kraftstoffleitungssystem, welches diese Tanks miteinander und mit einem Einspritzmittel des Motors des Fahrzeugs verbindet, wobei wenigstens eine Pumpe zum Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffleitungssystem ausgebildet ist.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Gegenwärtig sind viele Fahrzeuge, sogenannte Fahrzeuge mit Hybridantrieb, an einen Antrieb sowohl mit Alkohol enthaltenden Kraftstoffen als auch mit Benzin angepaßt. Solche Fahrzeuge können mit Kraftstoffen mit variablen Alkoholgehalten sowie mit reinem Benzin betrieben werden. Gebräuchliche Alkoholmischungen sind z. B. M85, d. h. 85% Methanol, und E85, d. h. 85% Ethanol, bei welchen der Benzinanteil folglich jeweils etwa 15% beträgt. Indes liegt bei dem Einsatz von Kraftstoffen mit hohem Alkoholgehalt ein Problem darin, daß sich das Fahrzeug nur schwer starten läßt; dies gilt insbesondere bei kalten Temperaturen. Beträgt die Temperatur weniger als 10°C, so verdampft der Alkohol überhaupt nicht.
  • Ein Lösungsweg für dieses Problem besteht darin, einen separaten Kaltstart-Tank vorzusehen, welcher für den Start des Motors verwendet wird. Anschließend, wenn der Motor gestartet worden ist und beginnt, warm zu werden, wird statt dessen der Haupttank mit dem Alkohol enthaltenden Kraftstoff zugeschaltet. Ein solches Kraftstoffsystem ist beispielsweise aus der US 4 911 116 A oder US 4 646 691 A bekannt.
  • Nachteilig bei diesem bekannten System ist jedoch, daß hierbei beide Tanks eine separate Befüllung erfordern. Folglich muß der Fahrer den Kraftstoffstand in beiden Tanks verfolgen, um sie rechtzeitig nachfüllen zu können. Ferner muß er zwischen zwei separaten Tankstutzen unterscheiden. Darüber hinaus, daß der Fahrer dies kompliziert und beschwerlich finden mag, besteht auch die Gefahr, daß der Fahrer den Kaltstart-Tank versehentlich mit Alkohol enthaltenden Kraftstoffen befüllt und sich das Fahrzeug folglich nur schwer starten läßt.
  • Ziel der Erfindung
  • Aus diesem Grund besteht ein Ziel der vorliegenden Erfindung darin, ein Kraftstoffsystem sowie ein Verfahren zur Steuerung desselben vorzuschlagen, bei welchen die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik überwunden werden.
  • Ein bedeutender Vorteil der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht darin, daß sämtliches Nachfüllen von Kraftstoff in den Haupttank geschehen kann, was für den Fahrer eine Erleichterung darstellt. Anschließend überführt das Kraftstoffsystem den Kraftstoff automatisch aus dem Haupttank in den Kaltstart-Tank, wenn die Umstände für eine solche Überführung geeignet sind. Ferner sind auf diese Weise weniger Tankstutzen als beim Stand der Technik erforderlich, was zu einer erhöhten Sicherheit, insbesondere im Hinblick auf die Feuergefahr bei einem Seitenaufprall, beiträgt. Viele weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Nachstehend ist die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigen:
  • 1 eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Treibstoffsystems und
  • 2 ein Fließschema der Steuerung des Treibstoffsystems gemäß 1.
  • Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen
  • Ein erfindungsgemäßes Kraftstoffsystem, wie es in 1 schematisch wiedergegeben ist, umfaßt einen Haupttank 1 und einen Kaltstart-Tank 2, welche miteinander und mit einem Einspritzmittel des Motors (nicht dargestellt) über ein Kraftstoffleitungssystem verbunden sind. Der Transport von dem Kraftstoffleitungssystem an das Einspritzmittel geschieht vorzugsweise über eine sogenannten Kraftstoffschiene. Der Kaltstart-Tank 2 ist mit Vorzug hinreichend groß, um zwischen 50 und 100 Kaltstarts durchführen zu können.
  • Das Kraftstoffleitungssystem weist einen Hauptversorgungsabschnitt und einen Kaltstart-Versorgungsabschnitt auf.
  • Der Hauptversorgungsabschnitt umfaßt eine Kraftstoffleitung 4, welche sich von dem Haupttank 1 über einen oder mehrere Kraftstoffilter 6 zu einem Druckregler 5 erstreckt. Der Druckregler 5 stellt sicher, daß der Druck auf den Kraftstoff hinter dem Druckregler 5 unabhängig vom Kraftstoffstrom konstant ist. Überschüssiger Kraftstoff wird über eine Rückleitung 7 zurück in den Haupttank 1 überführt. Die Ausspeisung von Kraftstoff aus dem Haupttank 1 geschieht mittels einer Speisepumpe 8.
  • Von dem Druckregler 5 wird der Kraftstoff anschließend über eine Leitung 9 in die Kraftstoffschiene 3 eingespeist.
  • Der Kaltstart-Versorgungsabschnitt umfaßt eine Kraftstoffleitung 10, welche sich von dem Kaltstart-Tank 2 zu einem Filter 12 erstreckt. Hier geschieht die Ausspeisung von Kraftstoff mittels einer Kaltstart-Pumpe 13. Eine Leitung 15 verbindet das Filter 12 mit der Kraftstoffschiene 3.
  • Bei normaler Fahrt, wenn sich der Motor erwärmt hat, befindet sich der Hauptversorgungsabschnitt im Einsatz, wobei Kraftstoff aus dem Haupttank 1 über die Leitung 9 in die Kraftstoffschiene 3 gefördert wird. Im Falle eines Kaltstarts wird statt dessen der Kaltstart-Versorgungsabschnitt genutzt, wobei Kraftstoff mittels der Kaltstart-Pumpe 13 über die Leitungen 10, 15 gefördert wird. Hierbei werden die in der Kraftstoffschiene 3 zurückgebliebenen Alkohol enthaltenden Kraftstoffe ausgetrieben und der Motor kann unter Einsatz von Kraftstoff aus dem Kaltstart-Tank 2 gestartet werden. Der Rückstrom von dem Druckregler 5 kann – durch ein Steuermittel 19 gesteuert – über ein Stellven til 18 in einen geeigneten Tank überführt werden. Nach einem gewissen, durch das Steuermittel 19 gesteuerten Zeitraum wird die Kaltstart-Pumpe 13 abgeschaltet und statt dessen die Speisepumpe 8 in dem Hauptversorgungsabschnitt zugeschaltet. Hierbei findet eine fortschreitende Überführung von Kraftstoff aus dem Haupttank 1 in die Kraftstoffschiene 3 statt. Die Länge des Zeitraumes, während dessen der Kaltstart-Versorgungsabschnitt genutzt werden sollte, hängt unter anderem von der Temperatur ab. Durch die Temperatur wird ferner festgelegt, ob das Kaltstart-System überhaupt genutzt werden soll. Dies wird durch das Steuermittel 19 gesteuert, welches vorzugsweise von der Steuereinheit des Motors gebildet ist.
  • Der Haupttank 1 ist mit einem Füllrohr 16 verbunden, dessen Mundstück zum Auftanken von außen zugänglich ist. Der Kaltstart-Tank 2 ist gleichfalls mit einem Füllrohr 17 verbunden, wobei dieses Rohr 17 im Gegensatz hierzu über das Stellventil 18 mit der Rückleitung 7 des Hauptversorgungsabschnittes verbunden ist.
  • Das Stellventil 18 ist mit dem Steuermittel 19 verbunden, welches beispielsweise von der Steuereinheit des Motors gebildet sein kann. Auf diese Weise ist das Ventil 18 mittels eines Relais zwischen einer Stellung, in welcher durch die Rückleitung 7 rückgeführter Kraftstoff über das Füllrohr 17 in den Kaltstart-Tank 2 überführt wird, und einer Stellung, in welcher der Kraftstoff in den Haupttank 1 rückgeführt wird, umschaltbar.
  • Das Steuermittel 19 steuert das Ventil 18 derart, daß der Kaltstart-Tank 2 nur dann befüllt wird, wenn der Alkoholgehalt des Kraftstoffes unterhalb eines vorherbestimmten Grenzwertes liegt. So werden z. B. Informationen über die Qualität des Kraftstoffes von einem Kraftstoff-Sensormittel des Motors (nicht dargestellt) an das Steuermittel 19 übermittelt. Vorzugsweise wird die Kraftstoffart mit Hilfe von Meßwerten des eingespritzten Kraftstoffvolumens, der Luftmenge und des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses, welche durch eine lineare Lambda-Sonde gemessen werden können, errechnet. Selbstverständlich kann die Qualität des Kraftstoffes jedoch auch auf andere Weise ermittelt werden. So können z. B. optische oder magnetische Sensoren in einer der Leitungen des Hauptversorgungsabschnittes vorgesehen sein.
  • Darüber hinaus stellt das Steuermittel 19 vorzugsweise sicher, daß der Kaltstart-Tank 2 während des Auftankens des Fahrzeugs, d. h. wenn dem Haupttank 1 neuer Kraftstoff zugesetzt wird, sowie über einen hieran anschließenden kurzen Zeitraum nicht befüllt wird, da die Qualität des Kraftstoffes im System zu dieser Zeit variieren kann. Bevorzugt wird dies durch das Steuermittel 19 bewirkt, welches sowohl den Kraftstoffstand im Haupttank 1 als auch den Betriebszustand des Fahrzeugs, ob dieses stillsteht oder bewegt wird, erfaßt. Steht das Fahrzeug still und steigt der Kraftstoffstand in dem Haupttank 1 zugleich an, so wird dies als ein Auftanken des Fahrzeugs interpretiert, wodurch ein Zeitzähler gestartet wird. Das Steuermittel 19 verschließt das Ventil 18, so daß eine Befüllung des Kaltstart-Tanks 2 nicht stattfinden kann, so lange der Zeitzähler nicht einen gewissen vorherbestimmten Wert erreicht hat. Selbstverständlich kann die Erfassung des Auftankzustandes auch lediglich auf der Basis des Kraftstoffstandes in dem Haupttank 1 geschehen. Indes besteht im letzteren Fall die Gefahr von fehlerhaften Ergebnissen infolge Aufspritzen des Kraftstoffes in dem Tank, während das Fahrzeug bewegt wird. Überdies kann das Steuermittel 19 selbstverständlich zur automatischen Verhinderung einer Befüllung des Kaltstart-Tanks 2 über einen gewissen, vorherbestimmten Zeitraum oder eine gewisse, vorherbestimmte Fahrstrecke seit dem Starten des Fahrzeugs, unabhängig von dem Kraftstoffstand, ausgebildet sein.
  • Das Steuermittel 19 erfaßt ferner den Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank 2, wobei eine Befüllung desselben verhindert wird, wenn dies nicht erforderlich ist.
  • So lange das Steuermittel 19 die korrekten Zustände erfaßt und es einer Nachfüllung des Kaltstart-Tanks 2 bedarf, wird das Ventil 18 derart geschaltet, daß Kraftstoff aus dem Haupttank 1 in den Kaltstart-Tank 2 überführt wird. Das Steuermittel 19 startet vorzugsweise einen Zeitzähler in Verbindung mit dem Öffnen des Ventils 18, so daß der Nachfüllvorgang über einen hinreichend langen Zeitraum stattfindet, um den Kaltstart-Tank 2 aufzufüllen.
  • Der Kaltstart-Tank 2 ist mit dem Haupttank 1 zusätzlich über eine Rückleitung 20 verbunden, so daß jegliche Überfüllung des Kaltstart-Tanks 2 automatisch in den Haupttank 1 rückgeführt wird.
  • Die Befüllung des Kaltstart-Tanks 2 geschieht ferner bevorzugt hinreichend lange, um einen bestimmten Durchstrom durch den Kaltstart-Tank 2 zu erzeugen, wobei zumindest ein Teil des alten Kraftstoffes in dem Kaltstart-Tank 2 durch neuen Kraftstoff ersetzt wird. In vorteilhafter Ausführung wird der Zeitzähler so eingestellt, daß der Kaltstart-Tank 2 mit dem etwa dreifachen seines Aufnahmevermögens befüllt wird, wobei der Überschuß in den Haupttank 1 rückgeführt wird.
  • Für den Kraftstoff in dem Kaltstart-Tank 2 ist es nachteilig, wenn er zu alt wird, da die leichten Fraktionen des Kraftstoffes mit der Zeit verdampfen und die Entzündlichkeit des Kraftstoffes dadurch vermindert wird, so daß seine Wirksamkeit als Start-Kraftstoff verschlechtert wird. Folglich ist ein Austausch des Kraftstoffes in dem Kaltstart-Tank 2 von Vorteil, wenn seine Standzeit in dem Tank zu lange wird. Dies wird durch das Steuermittel 19 bewirkt, welches den seit der letzten Befüllung des Kaltstart-Tanks 2 verstrichenen Zeitraum ermittelt. Übersteigt dieser Zeitraum einen bestimmten Grenzwert, so stellt das Steuermittel 19 sicher, daß der Kraftstoff in dem Kaltstart-Tank 2 durchgespült und ersetzt wird. Alternativ kann eine solche Ersetzung des Kraftstoffes in dem Kaltstart-Tank 2 anstelle in Abhängigkeit von der verstrichenen Zeit auch auf der Basis der zurückgelegten Fahrstrecke seit der letzten Befüllung gesteuert werden.
  • Das Steuermittel 19 erfaßt ferner vorzugsweise den Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank 2, um dem Fahrer mittels eines Warnmittels, wie einer Warnleuchte, anzuzeigen, daß der Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank 2 unterhalb eines gewissen, vorherbestimmten Minimalwertes liegt, und daß beim nächsten Auftanken des Fahrzeugs ein Kraftstoff mit für einen Kaltstart günstigen Eigenschaften, wie Benzin, gewählt werden sollte.
  • 2 zeigt ein schematisches Fließbild des Steuerprozesses des Steuermittels 19. Ein erster Schritt 201 fragt ab, ob der Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank 2 niedrig ist. Ist dies der Fall, wird der Prozeß mit dem Schritt 204 fortgeführt. Andernfalls, d. h. wenn der Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank 2 nicht niedrig ist, fragt ein Schritt 2020 ab, ob ein Auftanken stattgefunden hat, d. h. ob ein Auftank-Merker gesetzt worden ist. Ist dies nicht der Fall, so endet der Prozeß hier. Hat jedoch ein Auftanken stattgefunden, so wird der Prozeß in einem Schritt 203 über eine vorherbestimmten Stabilisierungszeit unterbrochen und sodann im Schritt 294 fortgeführt. Der Schritt 204 fragt ab, ob der Alkoholgehalt in dem Haupttank 1 hinreichend niedrig ist, d. h. ob er unterhalb eines bestimmten Grenzwertes liegt. Ist dies der Fall, so wird der Kaltstart-Tank 2 in einem Schritt 205, nach welchem der Prozeß endet, befüllt. Wurde andererseits ein zu hoher Alkoholgehalt festgestellt, wird der Prozeß unverzüglich beendet, ohne den Kaltstart-Tank 2 aufzufüllen. Ist jedoch der Alkoholgehalt in dem Kaltstart-Tank 2 im Schritt 201 niedrig, während der Alkoholgehalt in dem Haupttank 1 im Schritt 204 zugleich zu hoch ist, so wird zur Information des Fahrers auch in einem Schritt 206 eine Warnleuchte aktiviert. Der Prozeß wird während des Betriebs des Fahrzeugs vorzugsweise kontinuierlich wiederholt.
  • Wie auch aus 1 ersichtlich, kann in bevorzugter Ausführung ferner eine Rückleitung 21 in den Kaltstart-Tank 2 vorgesehen sein, welche über ein zweites Ventil 22 mit der Leitung 10 verbunden ist. Das Ventil 22 wird vorzugsweise ebenfalls durch die Steuerung mittels eines Relais betätigt und kann so geöffnet werden, daß Kraftstoff aus dem Kaltstart-Tank 2 hinaus und wieder in diesen hinein zirkulieren kann. Dies ist dann erwünscht, wenn das Kaltstart-System über einen verhältnismäßig langen Zeitraum nicht benutzt worden ist, da andernfalls die Gefahr besteht, daß sich die Kaltstart-Pumpe 13 festsetzt und Schaden nimmt. Aufgrund des Zirkulationsweges kann das Steuermittel 19 sicherstellen, daß die Kaltstart-Pumpe 13 in gewisser Regelmäßigkeit betätigt wird.
  • Das Steuermittel 19, welches die Ventile 18, 22 und Pumpen 8, 13 des Kraftstoffsystems steuert, ist bevorzugt von der Steuereinheit des Motors gebildet.
  • Die vorstehende Beschreibung ist auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung gerichtet. Indes sind verschiedene Aus führungsvarianten der Erfindung möglich. So kann beispielsweise der Aufbau des Leitungssystem unterschiedlich sein, das Steuermittel kann verschiedene separate Steuereinheiten umfassen, andere Steuerparameter können in bestimmten Fällen verwendet werden etc. Diese und andere, ähnliche Ausführungsvarianten der Erfindung sind von dem durch die beigefügten Ansprüche bestimmten Schutzbereich der Erfindung erfaßt.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung von Kraftstoffsystemen von Fahrzeugen, welche an einen Antrieb mit Alkohol enthaltenden Kraftstoffen und mit Benzin angepaßt sind, mit einem Haupttank (1) für Kraftstoff, einem Kaltstart-Tank (2) für Kraftstoff, welcher eine hinreichende Entzündlichkeit aufweist, um bei Kaltstarts eingesetzt zu werden, sowie einem Kraftstoffleitungssystem, welches diese Tanks miteinander und mit einem Einspritzmittel des Motors des Fahrzeugs verbindet, wobei wenigstens eine Pumpe (8, 13) zum Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffleitungssystem ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das System derart gesteuert wird, daß Kraftstoff aus dem Haupttank (1) in den Kaltstart-Tank (2) überführt wird, wenn der Alkoholgehalt des Kraftstoffes unterhalb eines vorherbestimmten Grenzwertes liegt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das System derart gesteuert wird, daß die Überführung in den Kaltstart-Tank (2) während des Auftankens des Fahrzeugs, d. h. wenn dem Kraftstoffsystem neuer Kraftstoff zugesetzt wird, sowie vorzugsweise über einen vorherbestimmten, hieran anschließenden Zeitraum verhindert wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftanken erfaßt wird, wenn der Kraftstoffstand in dem Haupttank (1) ansteigt, während das Fahrzeug stillsteht.
  4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Alkoholgehalt des Kraftstoffes durch Kraftstoff-Sensormittel des Motors ermittelt wird.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Kraftstoff-Sensormittel des Motors vorzugsweise eine lineare Lambda-Sonde ist.
  6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff in dem Kaltstart-Tank (2) ersetzt wird, sofern seit dem letzten Befüllen ein gewisser, vorherbestimmter Zeitraum verstrichen oder eine gewisse, vorherbestimmte Fahrstrecke zurückgelegt worden ist.
  7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Warnmittel aktiviert wird, wenn der Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank (2) unterhalb eines bestimmten Minimalwertes liegt.
  8. Kraftstoffsystem für Fahrzeuge, welche an einen Antrieb mit Alkohol enthaltenden Kraftstoffen angepaßt sind, mit einem Haupttank (1) für Kraftstoff, einem Kaltstart-Tank (2) für Kraftstoff, welcher eine hinreichende Entzündlichkeit aufweist, um bei Kaltstarts eingesetzt zu werden, sowie einem Kraftstoffleitungssystem, welches diese Tanks miteinander und mit einem Einspritzmittel des Motors des Fahrzeugs verbindet, wobei wenigstens eine Pumpe (8, 13) zum Transport von Kraftstoff durch das Kraftstoffleitungssystem ausgebildet ist und Steuermittel (19) zur Steuerung dieses Transportes vorgesehen sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (19) ferner zum Nachfüllen des Kaltstart-Tanks (2) aus dem Haupttank (1) ausgebildet ist, sofern der Alkoholgehalt des Kraftstoffes unterhalb eines vorherbestimmten Grenzwertes liegt.
  9. Kraftstoffsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (19) mit Kraftstoffstand-Sensoren des Haupttanks (1) und mit dem Steuersystem des Motors verbunden ist, wobei das Steuermittel (19) zur Verhinderung einer Überführung in den Kaltstart-Tank (2) während des Auftankens des Fahrzeugs ausgebildet ist.
  10. Kraftstoffsystem nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (19) mit Kraftstoff-Sensormitteln des Motors, vorzugsweise einer linearen Lambda-Sonde, verbunden ist, um den Alkoholgehalt des Kraftstoffes zu ermitteln.
  11. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (19) einen ersten Zeitzähler aufweist, wobei das Steuermittel (19) zum Nachfüllen des Kaltstart-Tanks (2) mit Kraftstoff aus dem Haupttank (1) ausgebildet ist, zumindest sofern seit dem letzten Auftanken ein gewisser, vorherbestimmter Zeitraum verstrichen oder eine gewisse, vorherbestimmte Fahrstrecke zurückgelegt worden ist.
  12. Kraftstoffsystem nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel (19) ferner mit einem Warnmittel verbunden ist, wobei das Steuermittel (19) zur Aktivierung des Warnmittels ausgebildet ist, wenn der Kraftstoffstand in dem Kaltstart-Tank (2) unterhalb eines bestimmten Minimalwertes liegt.
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