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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Überprüfung
der Funktionsfähigkeit einer Tankentlüftungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Erkennung
einer verstopften Verbindungsleitung zwischen einem Kraftstoffdämpfespeicher
der Tankentlüftungsvorrichtung und dem Kraftstofftank.
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Zur
Einhaltung gesetzlich vorgeschriebener Emissionsgrenzwerte verfügen
moderne Kraftfahrzeuge über eine Tankentlüftungsvorrichtung.
Kernstück der Tankentlüftungsvorrichtung ist ein
Kraftstoffdämpfespeicher, welcher vorzugsweise als Aktivkohlebehälter
ausgestaltet ist. Die im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoffdämpfe
werden dem Aktivkohlebehälter über eine Verbindungsleitung
zugeführt, dort von der Aktivkohle absorbiert und auf diese
Weise gespeichert. Der Aktivkohlebehälter muss von Zeit
zu Zeit regeneriert werden. Dazu wird der Kraftstoffdämpfespeicher über
eine Tankentlüftungsleitung und ein darin angeordnetes
Tankentlüftungsventil mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine
des Kraftfahrzeugs verbunden. Die absorbierten Kraftstoffdämpfe
werden aufgrund des im Saugrohr herrschenden Unterdrucks in den
Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine gesaugt und nehmen dann zusammen
mit der Frischluft am Verbrennungsvorgang teil. Auf diese Weise
wird die Emission von Kraftstoffdämpfen aus dem Kraftstofftank
in die Umgebung sicher vermieden.
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Strengere
Gesetzgebungen sehen vor, dass die Funktionsfähigkeit der
Tankentlüftungsvorrichtung überprüft
werden muss. So ist beispielsweise aus der
DE 10 2005 054 880 B3 ein
Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit der Tankentlüftungsvorrichtung
bekannt, gemäß dem zunächst die Tankentlüftungsvorrichtung mittels
des Saugrohrunterdrucks evakuiert wird und durch Auswertung des
Druckverlaufs in der Tankentlüftungsvorrichtung deren Dichtheit überprüft
wird.
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Ferner
ist aus der
DE 198
36 102 C2 ein Verfahren zur Plausibilisierung eines Tankdrucksensors
bekannt.
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Es
ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine
Vorrichtung bereitzustellen, mittels denen eine weiterführende Überprüfung
der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
möglich ist.
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Diese
Aufgabe wird durch das verfahren und die Vorrichtung gemäß den
unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
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Das
Verfahren gemäß dem Anspruch 1 dient der Überprüfung
der Funktionsfähigkeit einer Tankentlüftungsvorrichtung
für eine Brennkraftmaschine, wobei die Tankentlüftungsvorrichtung
einen Kraftstoffdämpfespeicher aufweist, welcher mit einem
Kraftstofftank der Brennkraftmaschine derart verbunden ist, dass
dort entweichende Kraftstoffdämpfe dem Kraftstoffdämpfespeicher
zugeführt werden. Der Kraftstoffdämpfespeicher
ist ferner mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine derart verbunden,
dass während eines Tankentlüftungsvorgangs die
im Kraftstoffdämpfespeicher enthaltenen Kraftstoffdämpfe
als Regeneriergas in den Ansaugtrakt geleitet werden. Gemäß dem
Verfahren wird während des Tankentlüftungsvorgangs
die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas zu zumindest zwei unterschiedlichen
Zeitpunkten ermittelt. Die ermittelten Werte für die Kraftstoffkonzentration
im Regeneriergas werden mit jeweils zugeordneten Referenzwerten
verglichen, wobei die Referenzwerte die Kraftstoffkonzentration
im Regeneriergas für den Fall repräsentieren, dass
dem Kraftstoffdämpfespeicher während des Tankentlüftungsvorgangs
keine zusätzlichen Kraftstoffdämpfe zugeführt
werden. Die Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
erfolgt dann basierend auf den Vergleich der ermittelten Werte für
die Kraft stoffkonzentration im Regeneriergas mit den jeweils zugeordneten
Referenzwerten.
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Dieses
Verfahren erlaubt eine weitergehende Überprüfung
der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung.
Insbesondere kann überprüft werden, ob ein Defekt
in der Verbindungsleitung zwischen dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffdämpfespeicher
vorliegt. Als mögliche Defekte sind eine Verstopfung oder eine
Leckage der Verbindungsleitung denkbar. Der Erfindung liegt die
Idee zugrunde, dass bei einer intakten Verbindungsleitung die ermittelten
Werte für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas
erkennbar von den Referenzwerten abweichen, da der Kraftstoffdämpfespeicher
permanent mit Kraftstoffdämpfen beladen wird. Die Referenzwerte
können dabei durch entsprechende Versuchsreihen in einem
Labor gewonnen werden.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird die Tankentlüftungsvorrichtung
als fehlerhaft beurteilt, falls die ermittelten Werte für
die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas gleich groß sind
wie die jeweils zugeordneten Referenzwerte oder sich die ermittelten
Werte für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas
um weniger als eine vorgegebene Differenz von den jeweils zugeordneten
Referenzwerten unterscheiden.
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Dieser
Ausgestaltung liegt die Idee zugrunde, dass bei einer intakten Tankentlüftungsvorrichtung
und unter normalen Umständen dem Kraftstoffdämpfespeicher
permanent aus dem Kraftstofftank ausgasende Kraftstoffdämpfe
nachgeführt werden. Die Tatsache, dass die Aktivkohle auch
während des Tankentlüftungsvorgangs ständig
mit neuen Kohlenwasserstoffen beladen wird, hat natürlich
Auswirkungen auf die Zusammensetzung des Regeneriergases: Bei einer
funktionsfähigen Tankentlüftungsvorrichtung weicht
der tatsächliche Verlauf der Konzentration an Kohlenwasserstoffen
im Regeneriergases immer deutlich von dem durch die Referenzwerte
vorgegebenen Verlauf ab, da diese die Kraftstoffkonzentration im
Regeneriergas für den Fall repräsentieren, dass
dem Kraftstoffdämpfespeicher während des Tankentlüftungsvorgangs
keine zusätzlichen Kraftstoffdämpfe zugeführt
werden. Insofern ist die Tankentlüftungsvorrichtung als
fehlerhaft zu beurteilen, falls die ermittelten Werte für
die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas gleich groß sind
wie die jeweils zugeordneten Referenzwerte oder sich die ermittelten
Werte für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas um
weniger als eine vorgegebene Differenz von den jeweils zugeordneten
Referenzwerten unterscheiden. Als mögliche Fehler kommen
dabei beispielsweise eine Verstopfung oder eine Leckage der in Betracht.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 3 bilden die Referenzwerte
Wertegruppen, wobei jede Wertegruppen einer bestimmten Ausgangskraftstoffkonzentration
im Regeneriergas zugeordnet ist.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 4 wird die für
den Vergleich heranzuziehende Wertegruppe von Referenzwerten in
Abhängigkeit von dem ersten ermittelten Wert für
die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas bestimmt.
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Da
die Regenerierung des Kraftstoffdämpfespeichers im Fahrbetrieb
ausgehend von unterschiedlichen Beladungszuständen des
Kraftstoffdämpfespeichers vorgenommen werden, muss zunächst
die (Ausgangs-)Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas ermittelt
werden. Dies geschieht vorteilhafterweise unmittelbar zu Beginn
des Tankentlüftungsvorgangs. Anhand dieser Ausgangskraftstoffkonzentration
bzw. Ausgangsbeladung kann dann die entsprechende Wertegruppe von
Referenzwerten für dieselbe Ausgangskraftstoffkonzentration
ermittelt und als Basis für einen Vergleich herangezogen
werden. Die Wertegruppen von Referenzwerten können dabei
durch entsprechende Versuchsreihen experimentell im Labor bestimmt
werden, bei welchen der Verlauf der Konzentration an Kohlenwasserstoffen
im Regeneriergas während eines Tankentlüftungsvorgangs
ausgehend von unterschiedlichen Ausgangskraftstoffkonzentrationen
ermittelt wird.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 sind die Referenzwerte
in Abhängigkeit einer Regeneriergasmenge, welche während
des Tankentlüftungsvorgangs der Brennkraftmaschine zugeführt
wird, abgespeichert.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 6 wird die Regeneriergasmenge
ermittelt, welche während des Tankentlüftungsvorgangs
der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Die ermittelten
Werte für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas
bei der jeweiligen Regeneriergasmenge werden mit entsprechenden
Referenzwerten für die jeweils selbe Regeneriergasmenge
verglichen.
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Durch
diese Ausgestaltungen des Verfahrens wird eine eindeutige Korrelation
zwischen dem Referenzwerten und den ermittelten Werten für
die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas gewährleistet.
Ferner wird auf diese Weise die Vergleichbarkeit der Referenzwerte
mit den ermittelten Werten für die Kraftstoffkonzentration
auch bei wechselnden Spülraten sichergestellt. Die Ermittlung
der Referenzwerte kann dabei im Labor bei konstanten Spülraten
bzw. Regeneriergasvolumenströmen durchgeführt
werden. Auf diese Weise wird sichergestellt, dass für jeden
ermittelten Wert für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas
auch ein entsprechender, vergleichbarer Referenzwert vorhanden ist.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 7 wird die Funktionsfähigkeit
der Tankentlüftungsvorrichtung nur dann beurteilt, wenn
eine Temperatur, welche ein Maß für die Temperatur
im Kraftstofftank ist, einen vorgegebenen Grenzwert übersteigt.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 8 wird die Beurteilung
der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
nur dann durchgeführt, wenn der Kraftstofftank eine vorgegebene
Mindestfüllmenge aufweist.
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Gemäß der
Ausgestaltung nach Anspruch 9 erfolgt die Beurteilung der Funktionsfähigkeit
der Tankentlüftungsvorrichtung nur dann, wenn die Kraftstofffüllmenge
im Kraftstofftank eine vorgegebene Maximalfüllmenge unterschreitet.
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Die
Temperatur im Kraftstofftank und der Füllstand an Kraftstoff
haben einen unmittelbaren Einfluss auf die Verdampfungsneigung des
Kraftstoffs im Kraftstofftank. Eine höhere Verdampfungsneigung
des Kraftstoffs im Kraftstofftank führt zu einem deutlicheren
Unterschied zwischen den ermittelten Werten für die Kraftstoffkonzentration
im Regeneriergas und den jeweils zugeordneten Referenzwerten. Dies
hängt damit zusammen, dass der Kraftstoffdämpfespeicher
während des Tankentlüftungsvorgangs vermehrt mit
Kraftstoffdämpfen aus dem Kraftstofftank beladen wird.
Diese Ausgestaltungen des Verfahrens erlauben daher eine verlässlichere
Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung.
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In
einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 10 wird die Tankentlüftungsvorrichtung
als zumindest teilweise funktionsfähig beurteilt, falls
die bei dem Tankentlüftungsvorgang zuerst ermittelte Kraftstoffkonzentration
im Regeneriergas kleiner ist als die bei einem nachfolgenden Tankentlüftungsvorgang
zuerst ermittelte Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas bei jeweils
derselben zugeführten Regeneriergasmenge.
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Dies
ist dadurch zu begründen, dass bei einem Anstieg der zuerst
gemessenen Kraftstoffkonzentration bei zwei nacheinander durchgeführten
Tankentlüftungsvorgängen bei jeweils derselben
zugeführten Regeneriergasmenge davon auszugehen ist, dass
der Kraftstoffdämpfespeicher in der Zwischenzeit mit Kraftstoffdämpfen
neu beladen wurde. Aus diesem Grund kann die Tankentlüftungsvorrichtung
insofern als teilweise funktionsfähig beurteilt werden,
dass die Verbindungsleitung zwischen Kraftstofftank und Kraftstoffdämpfespeicher
weder verstopft noch Leckage aufweist.
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Durch
eine Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 11 kann die Ausgestaltung
des Verfahrens nach Anspruch 10 noch in soweit verbessert werden,
dass zwischen dem Tankentlüftungsvorgang und dem nachfolgenden
Tankentlüftungsvorgang ein Betankungsvorgang des Kraftstofftanks
stattgefunden hat.
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Durch
den Betankungsvorgang wird aufgrund der Umwälzung des Kraftstoffs
und der größeren Kraftstoffmenge im Tank die Ausgasungsneigung
des Kraftstoffs verstärkt. Ist deshalb zwischen den Tankentlüftungsvorgängen
ein Betankungsvorgang erfolgt, so ist davon auszugehen, dass bei
einer voll funktionsfähigen Tankentlüftungsvorrichtung
die Ausgangskraftstoffkonzentration bei dem nach dem Betankungsvorgang durchgeführten
Tankentlüftungsvorgang größer ist als
die Ausgangskraftstoffkonzentration bei dem vor dem Betankungsvorgang
durchgeführten Tankentlüftungsvorgang. Auf diese
Weise kann die Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
noch zuverlässiger gestaltet werden.
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Die
Steuervorrichtung gemäß dem Anspruch 12 ist dafür
ausgebildet, dass Verfahren gemäß dem Anspruch
1 durchzuführen. Auf die Vorteile, welche eine solche Steuervorrichtung
bietet, wird auf die Ausführungen zum Anspruch 1 verwiesen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels
mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert.
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In
den Figuren sind:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer zugeordneten
Tankentlüftungsvorrichtung;
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2 ein
Diagramm, in dem Referenzwerte für die Kraftstoffkonzentration
im Regeneriergasstrom über den Regeneriergasvolumenstrom
dargestellt ist;
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3 ein
Diagramm, in dem die Referenzwerte für die Kraftstoffkonzentration
im Vergleich zu den tat sächlich während eines
Tankentlüftungsvorgangs ermittelten Konzentrationswerte über
dem Regeneriergasvolumenstrom dargestellt sind.
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In 1 ist
ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt.
Die Brennkraftmaschine 1 weist mindestens einen Zylinder 2 und
einen in dem Zylinder 2 beweglichen Kolben 3 auf.
Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über
einen Ansaugtrakt 4 in einen von dem Zylinder 2 und
dem Kolben 3 begrenzten Brennraum 5 eingeleitet.
Stromabwärts einer Ansaugöffnung 6 befinden
sich in dem Ansaugtrakt 4 ein Luftmassensensor 7 zur
Erfassung des Luftdurchsatzes im Ansaugtrakt 4, eine Drosselklappe 8 zur
Steuerung des Luftdurchsatzes, ein Saugrohr 9 und ein Einlassventil 10,
mittels dem der Brennraum 5 mit dem Ansaugtrakt 4 wahlweise
verbunden oder getrennt wird.
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Die
Zündung des Brenngemisches geschieht mittels einer Zündkerze 11.
Die durch die Verbrennung erzeugte Antriebsenergie wird über
eine Kurbelwelle 12 an den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges
(nicht dargestellt) übertragen. Ein Drehzahlsensor 13 erfasst
die Drehzahl der Brennkraftmaschine 1.
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Die
Verbrennungsabgase werden über einen Abgastrakt 14 der
Brennkraftmaschine 1 abgeführt. Der Brennraum 5 wird
mittels eines Auslassventils 15 mit dem Abgastrakt 14 wahlweise
verbunden oder von diesem getrennt. Die Abgase werden in einem Abgasreinigungskatalysator 16 gereinigt.
Im Abgastrakt 14 befindet sich ferner ein so genannter
Lambda-Sensor 17 zur Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas.
Bei dem Lambda-Sensor 17 kann es sich dabei sowohl um einen
binären Lambda-Sensor 17 als auch um einen linearen
Lambda-Sensor 17 handeln.
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Die
Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner eine Kraftstoffversorgungseinrichtung
mit einem Kraftstofftank 18, einer Kraftstoffpumpe 19,
einer Hochdruckpumpe 20, einem Druckspeicher 21 und
zumindest einem steuerbaren Einspritzventil 22 pro Zylinder 2.
Der Kraftstofftank 18 weist einen verschließbaren Einfüllstutzen 23 zum
Einfüllen von Kraftstoff auf. Der Kraftstoff wird mittels
der Kraftstoffpumpe 19 in eine Kraftstoffversorgungsleitung 24 gefördert.
In der Kraftstoffversorgungsleitung 24 sind die Hochdruckpumpe 20 und
der Druckspeicher 21 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 20 hat
die Aufgabe, dem Druckspeicher 21 den Kraftstoff mit hohem
Druck zuzuführen. Der Druckspeicher 21 ist dabei
als gemeinsamer Druckspeicher 21 für alle Einspritzventile 22 ausgebildet.
Von ihm aus werden alle Einspritzventile 22 mit druckbeaufschlagtem
Kraftstoff versorgt. Im Ausführungsbeispiel handelt es
sich um eine Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei
der der Kraftstoff mittels des in den Brennraum 5 ragenden
Einspritzventils 22 direkt in den Brennraum 5 eingespritzt
wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung
nicht auf diese Art der Kraftstoffeinspritzung beschränkt
ist, sondern auch auf andere Arten der Kraftstoffeinspritzung, wie
beispielsweise Saugrohreinspritzung, anwendbar ist.
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Die
Brennkraftmaschine 1 weist ferner eine Tankentlüftungsvorrichtung
auf. Zu der Tankentlüftungsvorrichtung gehört
ein Kraftstoffdämpfespeicher 25, welcher beispielsweise
als Aktivkohlebehälter ausgebildet ist und über
eine Verbindungsleitung 26 mit dem Kraftstofftank 18 verbunden
ist. Die in dem Kraftstofftank 18 entstehenden Kraftstoffdämpfe
werden über die Verbindungsleitung 26 permanent
in den Kraftstoffdämpfespeicher 25 geleitet und
dort von der Aktivkohle adsorbiert. Der Kraftstoffdämpfespeicher 25 ist über
eine Entlüftungsleitung 27 mit dem Saugrohr 9 der
Brennkraftmaschine 1 verbunden. In der Entlüftungsleitung 27 befindet
sich ein steuerbares Tankentlüftungsventil 28.
Der Durchfluss am Tankentlüftungsventil kann beispielsweise
durch ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal) eingestellt
werden. Ferner ist der Kraftstoffdämpfespeicher 25 über
eine Belüftungsleitung 29 und ein darin angeordnetes
steuerbares Belüftungsventil 30 mit der Umgebung
verbunden, sodass dem Kraftstoffdämpfespeicher Frischluft
zugeführt werden kann.
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In
bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine 1,
insbesondere im Leerlauf oder bei Teillast, herrscht aufgrund des
starken Drosseleffekts durch die Drosselklappe 8 ein großes
Druckgefälle zwischen der Umgebung und dem Saugrohr 9.
Während eines Tankentlüftungsvorgangs, bei dem
das Tankentlüftungsventil 28 und das Belüftungsventil 30 geöffnet
sind, kommt es daher zu einem Spüleffekt, bei dem die in
dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 gespeicherten
Kraftstoffdämpfe als Regeneriergas in den Ansaugtrakt bzw.
das Saugrohr 9 geleitet werden, sich dort mit der Ansaugluft
vermischen und zusammen mit der Ansaugluft an der Verbrennung in
den Brennräumen 5 teilnehmen. Die Kraftstoffdämpfe
bzw. das Regeneriergas verursachen eine Veränderung der
Zusammensetzung des Brenngemisches und der Abgase. Gleichzeitig
strömt über die Belüftungsleitung 29 Frischluft
in den Kraftstoffdämpfespeicher 25. Auch während
des Tankentlüftungsvorgangs strömen immer neue
Kraftstoffdämpfe von dem Kraftstofftank 18 in
den Kraftstoffdämpfespeicher 25.
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Der
Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 31 zugeordnet,
in welcher kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen (KF1 bis KF5)
softwaremäßig implementiert sind. Die Steuervorrichtung 31 ist
mit sämtlichen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 1 über
Signal- und Datenleitungen verbunden. Insbesondere ist die Steuervorrichtung 31 mit
dem Belüftungsventil 30, dem Tankentlüftungsventil 28,
dem Luftmassensensor 7, der Drosselklappe 8, dem
Einspritzventil 22, der Zündkerze 11,
dem Lambda-Sensor 17 und dem Drehzahlsensor 13 verbunden.
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Teile
der Brennkraftmaschine 1 und der Steuervorrichtung 31 bilden
eine Lambda-Reglereinrichtung. Die Lambda-Reglereinrichtung umfasst
insbesondere den Lambda-Sensor 17, einen in der Steuervorrichtung 31 softwaremäßig
implementierten Lambda-Regler 33, sowie die Einspritzventile 22 und
deren Ansteuermechanismus, mit dem die Öffnungszeiten der
Einspritzventile 22 und damit die zugemessene Kraftstoffmenge gesteuert
werden. Die Lambda-Reglereinrichtung bildet einen geschlossenen
Lambda-Regelkreis und ist derart ausgestaltet, dass eine von dem
Lambda-Sensor 17 erfasste Abweichung der Abgaszusammensetzung von
einem vorgegebenen Lambda-Sollwert korrigiert wird. Wird bei dem
Tankentlüftungsvorgang das Tankentlüftungsventil 28 geöffnet,
so strömen aufgrund des Druckgefälles Kraftstoffdämpfe
von dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 in den Ansaugtrakt 4 bzw.
das Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine 1. Diese
Kraftstoffdämpfe, deren Konzentration in der Ansaugluft
zunächst unbekannt ist, führen zu einer Veränderung
des Brenngemisches, d. h. zu einer geänderten Menge an
Kohlenwasserstoffen im Brenngas, und nach der Verbrennung zu einer
entsprechenden Veränderung der Abgaszusammensetzung. Der
von dem Lambda-Sensor 17 gemessene Lambda-Wert weicht dadurch
von dem Sollwert (beispielsweise Lambda = 1) ab. Es kommt also zu
einer Regelabweichung, welche durch den Lambda-Regler 33 registriert
und durch eine entsprechende Veränderung der Regler-Ausgangsgröße
ausgeregelt wird. Dies geschieht durch Vorgabe einer entsprechenden
Stellgröße für die Einspritzventile 22,
wodurch die eingespritzte Kraftstoffmenge entsprechend verändert
wird, bis die Störung ausgeregelt ist. Dieser Vorgang wird
auch als Einspritzmengenkorrektur bezeichnet.
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Mittels
der Lambda-Reglereinrichtung ist es möglich, die Kraftstoffkonzentration
im Regeneriergas zu ermitteln. Dazu wird das zunächst geschlossene
Tankentlüftungsventil
28 durch ein entsprechendes
pulsweiten-moduliertes Signal geöffnet und derart gesteuert,
dass ein geringer aber definierter Regeneriergasvolumenstrom ṁ durch
das Tankentlüftungsventil strömt. Die dadurch
verursachte Änderung des Brenngemisches führt
auch zu einer Veränderung der Abgaszusammensetzung, was
durch den Lambdasensor
17 bzw. den Lambdaregler
33 registriert
wird. Das öffnen des Tankentlüftungsventils
28 führt
zu einer Abweichung des Ausgangswerts des Lambdareglers
33 bzw.
des Lambdasensors
17 im Vergleich zum Zeitpunkt vor dem öffnen des
Tankentlüftungsventils
28. Der Ausgangswert des
Lambdareglers
33 oder alternativ des Lambdasensors
17 vor
dem öffnen des Tankentlüftungsventils
28 wird
im Folgenden als Basisausgangswert bezeichnet. Die Differenz ΔLAMBDA
zwischen dem Ausgangswert des Lambdareglers
33 bzw. des
Lambdasensors
17 nach dem öffnen des Tankentlüftungsventils
und dem Basisausgangswert stellt ein Maß für die
durch das Regeneriergas zusätzlich zugeführte
Kraftstoffmenge dar. Unter Kenntnis des Regeneriergasvolumenstroms ṁ am Tankentlüftungsventil
kann die Kraftstoffkonzentration C
Fuel im
Regeneriergas berechnet werden:
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Dabei
ist K eine Umrechnungskonstante.
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In
der Steuervorrichtung sind Referenzwerte für die Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas in Abhängigkeit
von der ab Beginn des Tankentlüftungsvorgangs, d. h. ab
dem öffnen des Tankentlüftungsventils, zugeführten
Regeneriergasmenge mtot abgespeichert. Die
Referenzwerte geben dabei die Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas wieder, welche sich ergibt, wenn der Kraftstoffdämpfespeicher 25 während
des Tankentlüftungsvorgangs nicht zusätzlich mit
Kraftstoffdämpfen neu beladen wird. Die Referenzwerte sind
dabei in Abhängigkeit von einer Ausgangskraftstoffkonzentration
CFuel,start, welche sich unmittelbar beim Öffnen des
Tankentlüftungsventils 28 vorliegt, in Form von
Wertegruppen zusammengefasst. Die Referenzwerte einer Wertegruppe
stellen daher den Verlauf der Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas ausgehend von einer bestimmten Ausgangskraftstoffkonzentration
CFuel,start während des Tankentlüftungsvorgangs
dar. Die Referenzwerte können beispielsweise mittels einer
einfachen Versuchsanordnung und entsprechenden Testreihen im Labor
gewonnen werden. Beispielsweise ist es möglich den Kraftstoffdämpfespeicher über
eine Entlüftungsleitung mit einer entsprechenden Vakuumquelle
(beispielsweise einer Vakuumpumpe) zu verbinden, welche das Saugrohr
der Brennkraftmaschine als Vakuumquelle ersetzt. In der Entlüftungsleitung
ist ein steuerbares Ventil und ein Durchflussmesser angeordnet,
mit denen der Regene riergasvolumenstrom eingestellt und die Regeneriergasmenge
gemessen werden kann. Der Kraftstoffdämpfespeicher muss
ferner über eine Belüftungsleitung mit der Umgebung
verbunden werden, so dass sich bei dem simulierten Tankentlüftungsvorgang ein
Spülstrom und ein Druckausgleich einstellen. Ab Beginn
des Spülvorgangs wird der Regeneriergasvolumenstrom aufsummiert.
Ferner wird in regelmäßigen Anständen,
d. h. bei bestimmten Werten für die zugeführte
Regeneriergasmenge mtot,1 bis mtot,5 (siehe 2),
die Kraftstoffkonzentration CFuel im Regeneriergas
ermittelt. Die Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergasstrom unmittelbar nach dem Beginn des Spülvorgangs ergibt
die Ausgangskraftstoffkonzentration CFuel,start.
Es werden Messreihen für mehrere verschiedene Ausgangskraftstoffkonzentrationen
CFuel,start1 bis CFuel,start3 durchgeführt,
welche einfach durch unterschiedliche Ausgangsbeladung des Aktivkohlebehälters
mit Kraftstoffdämpfen erreicht werden kann. Werden diese
Werte in Form eines Diagramms ausgezeichnet, ergibt sich eine Darstellung
gemäß der 2. Tatsächliche
Messwerte für die Kraftstoffkonzentration im Regeneriergas
sind zwar nur für die Stützstellen mtot,1 bis
mtot,5 und für die Ausgangskraftstoffkonzentrationen
CFuel,start1 bis CFuel,start3 vorhanden,
jedoch können Zwischenwerte durch Interpolation berechnet
werden.
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Im
Folgenden wird ein Ausführungsbeispiel für ein
Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der
Tankentlüftungsvorrichtung näher erläutert.
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Ist
ein Tankentlüftungsvorgang zur Regenerierung des Kraftstoffdämpfespeichers 25 durchzuführen, so
wird ein geeigneter Betriebszustand der Brennkraftmaschine 1,
beispielsweise der Leerlauf oder der untere Teillastbereich, abgewartet,
in welchem ein ausreichender Unterdruck im Saugrohr 9 herrscht.
Liegen geeignete Betriebsbedingungen vor, so wird der Tankentlüftungsvorgang
durch Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 begonnen.
Ab dem Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 wird
die zugeführte Regeneriergasmenge mtot, welche
das Tankentlüftungsventil 28 durchströmt,
gemessen. Da es sich bei dem Tankentlüftungsventil 28 vorzugsweise
um ein elektrisch betätigtes Ventil handelt, dessen Durchfluss über
ein PWM-Signal genau gesteuert werden kann, kann auf einfache Weise
die Regeneriergasmenge unter Kenntnis der Taktrate des Tankentlüftungsventils 28 ermittelt
werden.
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Nach
dem Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 und
des Belüftungsventils 29 strömen die
im Kraftstoffdämpfespeicher 25 gespeicherten Kraftstoffdämpfe über
die Entlüftungsleitung 27 in das Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine 1,
vermischen sich dort mit der angesaugten Frischluft, strömen
zusammen mit dieser in die Brennräume 5 der Brennkraftmaschine 1 und
nehmen dort an der Verbrennung teil. Dadurch ergibst sich eine Veränderung
der Brenngemischzusammensetzung und folglich eine Veränderung
der Abgaszusammensetzung, was von dem Lambdasensor 17 als
Störung erkannt wird. Der Lambdaregler 33 nimmt
daraufhin eine entsprechende Korrektur der über die Einspritzventile 22 zugeführten
Kraftstoffmenge vor, um die Zusammensetzung des Brenngemisches bzw.
des Abgases wieder auf einen entsprechend vorgegebenen Sollwert
einzuregeln. Unter Kenntnis des Reglerausgangswerts ΔLAMBDA
bzw. des Korrekturwerts für die eingespritzte Kraftstoffmenge,
welcher letztendlich der über das Regeneriergas zugeführten
Kraftstoffmenge entspricht, und dem über das Tankentlüftungsventil 28 strömenden
Regeneriergasvolumenstrom kann gemäß Gleichung
1 auf die Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas geschlossen werden.
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Zur
Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
werden nun an zumindest zwei, vorteilhafter Weise jedoch an mehreren
unterschiedlichen Zeitpunkten Messungen durchgeführt. Zu
jedem Zeitpunkt ergibt sich dabei eine bestimmte Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas und ein bestimmte zugeführte
Regeneriergasmenge mtot, welche einander
eindeutig zugeordnet sind. Vorteilhafterweise wird die erste gemessene
Kraftstoffmengenkonzentration CFuel im Regeneriergas,
welcher einer bestimmten Regeneriergasmenge mtot zugeord net
ist, dazu verwendet, eine vergleichbare Wertegruppe von Referenzwerten
als Vergleichsbasis auszuwählen. Dazu wird in dem Kennfeld,
in welchem die Wertegruppen von Referenzwerten gespeichert sind,
die Wertegruppe herangezogen, welche den ermittelten Wert für
die Kraftstoffkonzentration CFuel im Regeneriergas
bei derselben gesamten Regeneriergasmenge aufweist. Diese Wertegruppe
von Referenzwerten wird daraufhin als Vergleichsbasis für
die Überprüfung der Funktionsfähigkeit
der Tankentlüftungsvorrichtung verwendet. Da die Wertegruppen
in dem Kennfeld (siehe 2) diskrete Referenzwerte aufweisen,
kann es vorkommen, dass keiner der darin abgespeicherten Referenzwerte
zu der ermittelten Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas entspricht. Aus diesem Grund ist es möglich,
eine passende Wertegruppe an Referenzwerten durch Interpolation
zwischen den abgespeicherten, diskreten Wertegruppen rechnerisch
zu bestimmen und dann als Vergleichsbasis heranzuziehen.
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In 3 ist
die Kraftstoffkonzentration CFuel im Regeneriergas über
der Regeneriergasmenge mtot als Diagramm
dargestellt. Die während des Tankentlüftungsvorgangs
tatsächlich ermittelten Werte für die Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas sind dabei als Kreuze
dargestellt. Sie stellen den mit einer gestrichelten Linie gekennzeichneten
Verlauf der Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas während des Tankentlüftungsvorgangs
dar. Aufgrund des Spülvorgangs im Kraftstoffdämpfespeicher 25 und
der dadurch bewirkten Regenerierung der Aktivkohle nimmt die Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas im Laufe des Tankentlüftungsvorgangs,
d. h. mit zunehmender Regeneriergasmenge mtot ab.
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In 3 sind
die der entsprechenden Wertegruppe zugeordneten Referenzwerte als
Kreise eingezeichnet. Sie repräsentieren den durch eine
durchgehende Linie gekennzeichneten Verlauf der Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas während
eines Tankentlüftungsvorgangs für den Fall, dass
der Kraftstoffdämpfespeicher 25 ohne zusätzliche
Zufuhr bzw. Beladung von Kraftstoffdämpfen regeneriert
wird.
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Wir
in 3 zu erkennen ist, nimmt die Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas im Falle der gestrichelten
Linie langsamer ab als im Fall der durchgezogenen Linie (Referenzwerte).
Dies ist dadurch erklärbar, dass in der Regel während
des Tankentlüftungsvorgangs Kraftstoffdämpfe vom
Kraftstofftank 18 über die Verbindungsleitung 26 in
den Kraftstoffdämpfespeicher 25 strömen
und diesen permanent mit zusätzlichen Kraftstoffdämpfen
beladen. Im Gegensatz dazu findet bei der Ermittlung der Referenzwert
keine zusätzliche Beladung des Kraftstoffdämpfespeichers 25 statt,
weshalb die Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas hier schneller abnimmt.
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Ist
daher die Verbindungsleitung 26 zwischen dem Kraftstofftank 18 und
dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 in einem intakten
Zustand, so muss zumindest einer der ermittelten Werte für
die Kraftstoffkonzentration CFuel im Regeneriergas
größer sein als der jeweils zugeordnete Referenzwert
bei derselben Regeneriergasmenge mtot. In
diesem Fall kann die Tankentlüftungsvorrichtung zumindest
insoweit als funktionstüchtig beurteilt werden, dass die
Verbindungsleitung zwischen dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffdämpfespeicher
intakt ist. Ferner kann auch ausgesagt werden, dass aufgrund der
Reaktion des Lambdareglers 33 in Erwiderung auch das Öffnen
des Tankentlüftungsventils 28 das Tankentlüftungsventil 28 als
funktionsfähig beurteilt werden kann.
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Sind
jedoch die ermittelten Werte für die Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas gleich groß wie die
zugehörigen Referenzwerte oder unterscheiden sich die Werte
für die Kraftstoffkonzentration CFuel im
Regeneriergas um weniger als eine vorgegebene Differenz bzw. um
weniger als einen vorgegebenen Toleranzbetrag von den jeweils zugeordneten
Referenzwerten so wird ein Defekt der Tankentlüftungsvorrichtung
im Sinne einer Verstopfung oder einer Leckage in der Verbindungsleitung 26 zwischen
dem Kraftstofftank 18 und dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 erkannt.
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Zur
Verbesserung der Genauigkeit des Verfahrens wird die Funktionsfähigkeit
der Tankentlüftungsvorrichtung nur dann beurteilt, wenn
eine Temperatur, welche ein Maß für die Temperatur
im Kraftstofftank 18 darstellt, einen bestimmten Grenzwert überschreitet.
Diese Temperatur kann beispielsweise die Umgebungstemperatur sein,
welche mittels eine Sensors (nicht dargestellt) gemessen wird. Grund
dafür ist, dass eine ausreichende Ausgasung von Kraftstoffdämpfen
im Kraftstofftank 18 nur ab einer bestimmten Temperatur
stattfindet. Dadurch wird vermieden, dass aufgrund zu niedriger
Temperaturen eine Fehldiagnose der Tankentlüftungsvorrichtung
erfolgt.
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Das
Verfahren kann auf vorteilhafter Weise dahingehend verbessert werden,
dass eine Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
nur dann vorgenommen wird, wenn der Kraftstofftank 18 eine
vorgegebene Mindestfüllmenge aufweist. Der Grund ist darin
zu sehen, dass erst ab einer bestimmten Mindestfüllmenge
an Kraftstoff eine ausreichende Ausgasung an Kraftstoffdämpfen
stattfindet. Auch auf diese Weise können Fehldiagnosen
verhindert werden.
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Das
Verfahren kann vorteilhafter Weise dahingehend verbessert werden,
dass eine Beurteilung der Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsvorrichtung
nur dann vorgenommen wird, wenn im Kraftstofftank 18 weniger
als eine vorgegebene Maximalfüllmenge enthalten ist, da
bei zu vollem Kraftstofftank 18 nur eine geringe Ausgasung
an Kraftstoffdämpfen stattfinden kann. Auch auf diese Weise
können Fehldiagnosen verhindert werden.
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Das
Verfahren kann auch dahingehend ausgestaltet werden, dass zumindest
dann eine Verblockung oder eine Leckage der Verbindungsleitung 26 zwischen
dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffdämpfespeicher ausgeschlossen
werden kann, falls der bei einem Tankentlüftungsvorgang
zuerst ermittelte Wert für die Kraftstoffkonzentration
CFuel im Regeneriergas kleiner ist als der
bei einem nachfolgenden Tankentlüftungsvorgang zuerst ermittelte
Wert für die Kraftstoffkonzentration CFuel bei
derselben Regeneriergasmenge mtot. Auch
dies ist ein eindeutiger Hinweis dafür, dass keine Verstopfung
oder Leckage der Verbindungsleitung zwischen dem Kraftstofftank 18 und
dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 vorliegt. Vorteilhafter
Weise werden der Tankentlüftungsvorgang und der nachfolgende
Tankentlüftungsvorgang so gewählt, dass dazwischen
ein Betankungsvorgang des Kraftstofftanks 18 stattgefunden
hat. Durch den Betankungsvorgang steigt nicht nur die Füllmenge
im Kraftstofftank sondern es ergibt sich auch ein Vermischungsvorgang
des Kraftstoffs, wobei beide Effekte zu einem verstärkten
Ausgasen von Kraftstoffdämpfen führen.
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Das
oben beschriebene Ausführungsbeispiel für ein
Verfahren zur Beurteilung der Funktionsfähigkeit einer
Tankentlüftungsvorrichtung ermöglicht eine weitergehende
Funktionsüberprüfung, insbesondere dahingehend,
ob die Verbindungsleitung 26 zwischen dem Kraftstofftank 18 und
dem Kraftstoffdämpfespeicher 25 verstopft ist
oder eine Leckage aufweist. Die Ermittlung der Referenzwerte kann
durch einfache Versuchsreihen im Labor durchgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005054880
B3 [0003]
- - DE 19836102 C2 [0004]