EP3532719A1 - Verfahren zur qualitätsbestimmung von flüssigem kraftstoff - Google Patents
Verfahren zur qualitätsbestimmung von flüssigem kraftstoffInfo
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- EP3532719A1 EP3532719A1 EP17783487.6A EP17783487A EP3532719A1 EP 3532719 A1 EP3532719 A1 EP 3532719A1 EP 17783487 A EP17783487 A EP 17783487A EP 3532719 A1 EP3532719 A1 EP 3532719A1
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- F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
- F02D41/30—Controlling fuel injection
- F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
- F02D41/3809—Common rail control systems
- F02D41/3836—Controlling the fuel pressure
- F02D41/3845—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped
- F02D41/3854—Controlling the fuel pressure by controlling the flow into the common rail, e.g. the amount of fuel pumped with elements in the low pressure part, e.g. low pressure pump
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- F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
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- F02D2200/0611—Fuel type, fuel composition or fuel quality
- F02D2200/0612—Fuel type, fuel composition or fuel quality determined by estimation
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- F02D2250/04—Fuel pressure pulsation in common rails
Definitions
- the invention relates to a method for determining the quality of liquid fuel, in particular for use in motor vehicles, according to the preamble of the first claim.
- Steam blistering by the engine control generally causes fuel economy issues, such as lowering the engine temperature by water cooling, acoustics and on-board power and battery loading, for example, by the electric fan running or by increased power consumption electric fuel pump.
- High pressure area characterized in that during a
- Fuel system decreases the stiffness of the fuel significantly. This has the consequence that occurring pressure oscillations in
- resulting change in the pressure amplitude is determined by a suitable, belonging to the prior art model in the engine control from the measured values of the low pressure sensor and with a minimum value, which is dependent on the existing low pressure level, for example, compared. Exceeding this minimum value indicates the incipient steam bubble formation in the low-pressure region of the fuel system in the engine control.
- Engine control unit a fuel pump in the low pressure range of
- Fuel supply system controls so that there the fuel pressure is lowered continuously or in at least one stage.
- a value of the associated fuel temperature can then advantageously be measured by means of a temperature sensor or determined by means of a computer model in the engine control unit from data stored there and / or further measured values received there.
- Fuel temperature is measured by a temperature sensor at the hottest point of the fuel supply system, then preferably the hottest point of the fuel supply system in the
- Low pressure range outside of the fuel tank can be simulated by heating the fuel at this point.
- this method can cost, since only a low pressure sensor and possibly a temperature sensor are required, the vapor pressure behavior of a fuel fueled are recognized.
- a possibility is created to use measures to avoid vapor bubble formation in the low-pressure region of the fuel system as needed, depending on fueled fuel.
- a targeted detection of critical operating conditions caused by the onset of vapor bubble formation is made possible by characteristic measurement curves in the high or low pressure range of the fuel system.
- the necessary low-pressure fuel sensor for other functionalities possible, for example for a low-pressure fuel control or for diagnostic purposes.
- the sole figure shows an example of a diagram of a sudden change of amplitudes of measured low pressure fluctuations of a fuel pressure over a time of 30 seconds, due to a short shutdown or pressure reducing phase of a fuel pump in the low-pressure fuel circuit.
- the inventive method determines the vapor pressure behavior of a fuel tank of a motor vehicle with a designed as a piston pump fuel pump in the fuel high pressure circuit by a fuel pump in the low-pressure fuel circuit at a certain time t is impressed by means of an engine control unit a brief shutdown or pressure reduction phase.
- fuel pressure values are evaluated in the engine control unit to determine the course over time and a temperature variable, the vapor pressure behavior of the fuel and infer conclusion on a fuel quality, which then for the Continued operation of the internal combustion engine is taken into account by the engine control.
- a change in the pressure amplitude 2 of the usually occurring pressure oscillations is determined via a suitable model in the engine control from the measured values of the low pressure sensor and compared with a minimum pressure amplitude, which is dependent on the existing low pressure level, for example. A shortfall of this minimum value of the pressure amplitudes 2 of the commonly occurring pressure oscillations indicates vapor bubble formation in the low-pressure region of the fuel system. At this time, a point of the vapor pressure curve is determined by the engine controller.
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 eine sprunghafte Amplitudenverkleinerung von Niederdruckschwankungen ergibt.
Description
Verfahren zur Qualitätsbestimmung von flüssigem Kraftstoff
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 Motor-Temperatur 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 einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, über ein Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs, durch Detektion eines
Entstehungszeitpunkts von Dampfblasen und Ermittlung einer
dazugehörigen Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffversorgungsanlage, mit einer Kolbenpumpe für deren
Hochdruckbereich, 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 eine sprunghafte
Amplitudenverkleinerung von Niederdruckschwankungen 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 einer Verwendung einer Kolbenpumpe als Kraftstoffhochdruckpumpe, aufgrund deren periodischen Schwankungen unterliegenden Entnahmevolumens aus dem Niederdruckbereich, als sprunghafte Änderung der Amplitude von
gemessenen Niederdruckschwankungen bei Dampfblasenbildung.
Bei beginnender Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des
Kraftstoff Systems nimmt nämlich die Steifigkeit des Kraftstoffs hier deutlich ab. Dies hat zur Folge, dass auftretende Druckschwingungen im
Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems, hervorgerufen durch die nichtkontinuierliche Förderung des Kraftstoffs durch die Kraftstoff- Hochdruckpumpe, deutlich besser gedämpft werden. Die daraus
resultierende Änderung der Druckamplitude wird dabei über ein geeignetes, dem Stand der Technik zugehörendes Modell in der Motorsteuerung aus den Messwerten des Niederdrucksensors ermittelt und mit einem Mindestwert, der zum Beispiel abhängig vom vorhandenen Niederdruckniveau ist,
verglichen. Eine Überschreitung dieses Mindestwerts 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 Hochoder 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 sprunghaften Änderung von Amplituden gemessener Niederdruckschwankungen eines Kraftstoffdrucks 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 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 beginnender Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems die Steifigkeit des Kraftstoffs deutlich abnimmt, werden gewöhnlich auftretende Druckschwingungen, mit großer Amplitude 1 , hervorgerufen durch die nicht-kontinuierliche Förderung des Kraftstoffs durch die Kraftstoff-Hochdruckpumpe, im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems deutlich besser gedämpft. Eine Änderung der Druckamplitude 2 der gewöhnlich auftretenden Druckschwingungen wird dabei über ein geeignetes Modell in der Motorsteuerung aus den Messwerten des Niederdrucksensors ermittelt und mit einem Druckamplituden-Mindestwert, der zum Beispiel abhängig vom vorhandenen Niederdruckniveau ist, verglichen. Eine Unterschreitung dieses Mindestwerts der Druckamplituden 2 der gewöhnlich auftretenden Druckschwingungen zeigt eine Dampfblasenbildung im Niederdruckbereich des Kraftstoffsystems an. Zu diesem Zeitpunkt wird von der Motorsteuerung ein Punkt der Dampfdruckkurve bestimmt.
Claims
1 . Verfahren zur Qualitätsbestimmung von flüssigem Kraftstoff für einen Verbrennungsmotor in einem Kraftfahrzeug, über ein
Verdampfungsverhalten des Kraftstoffs, durch Detektion eines Entstehungszeitpunkts von Dampfb!asen und Ermittlung einer dazugehörigen Kraftstofftemperatur in einem Niederdruckbereich einer Kraftstoffversorgungsanlage, mit einer Kolbenpumpe für deren Hochdruckbereich, dadurch gekennzeichnet, dass während eines stationären Verbrennungsmotorbetriebs, ausgelöst durch ein
otorsteuergerät, Dampfblasenbildung im Kraftstoff bewirkt und mittels eines Drucksensors im Niederdruckbereich dadurch erkannt wird, dass eine Auswertung dessen Druckmessungen in Folge eine sprunghafte Amplitudenverkleinerung von Niederdruckschwankungen ergibt.
2. 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.
3. 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.
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