-
Stand der Technik
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine entsprechende
Vorrichtung zur Diagnose der Funktionsfähigkeit von Kraftstoffdampfzwischenspeichern,
insbesondere von Aktivkohlefiltern, in Tankentlüftungssystemen.
Weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind ein Computerprogramm
und ein Computerprogrammprodukt, welche zur Durchführung
des Verfahrens geeignet sind.
-
Bei
Kraftfahrzeugen treten Kraftstoffausdampfungen aus dem Kraftstoffbehälter
bzw. Tank auf. Um eine Emission dieser flüchtigen Kohlenwasserstoffe
aus dem Tank insbesondere bei Kraftfahrzeugen mit Otto-Motoren zu
vermeiden bzw. in Grenzen zu halten, sind in der Regel Einrichtungen
zum Auffangen der Kraftstoffausdampfungen, sogenannte Kraftstoffdampfzwischenspeicher,
vorgesehen. Typischerweise ist hierfür ein Aktivkohlefilter
(AKF) bzw. Aktivkohlebehälter vorgesehen. Die Entlüftungsleitung
des Kraftstoffbehälters mündet in diesen Aktivkohlefilter.
Eine weitere Leitung führt vom Aktivkohlefilter zum Saugrohr
des Motors. In dieser Leitung ist in der Regel ein Tankentlüftungsventil
(Regenerierventil) vorgesehen.
-
Die
Aktivkohle adsorbiert den im Kraftstoffdampf enthaltenen Kraftstoff
bzw. die flüchtigen Kohlenwasserstoffe. Zur Regenerierung
bzw. Spülung des Aktivkohlefilters wird das Tankentlüftungsventil geöffnet,
so dass die Leitung zwischen dem Aktivkohlebehälter und
dem Saugrohr frei wird. Aufgrund des im Saugrohr herrschenden Unterdrucks
wird Frischluft durch die Aktivkohle gesaugt. Die Frischluft nimmt
den adsorbierten Kraftstoff im Spülstrom wieder auf und
führt ihn der Verbrennung im Motor zu. Durch eine regelmäßige
Regenerierung der Aktivkohle bleibt der Aktivkohlefilter für
neu ausdampfenden Kraftstoff aufnahmefähig.
-
Der
Kraftstoffdampfzwischenspeicher bzw. der Aktivkohlefilter stellt
ein zentrales emissionsrelevantes Bauteil im Tanksystem dar. Der
Aktivkohlefilter ermöglicht es, Emissionen, die durch die
Ausdampfung von Kraftstoff bzw. Benzin aus dem Kraftstoffbehälter
verursacht werden, in Grenzen zu halten bzw. gesetzlich festgelegte
Emissionsgrenzwerte für Verdunstungsverluste einzuhalten.
Hierfür ist ein funktionsfähiger, mit entsprechender
Speicherkapazität ausgestatteter Aktivkohlefilter erforderlich.
-
Es
besteht jedoch das Problem, dass ein Aktivkohlefilter in seiner
Funktion gestört sein kann. Beispielsweise kann der Aktivkohlefilter
mit Flüssigkeiten, insbesondere mit flüssigen
Kohlenwasserstoffen bzw. mit Kraftstoff überflutet werden.
Hierdurch sinkt das Adsorptionsvermögen für flüchtige
Kohlenwasserstoffe drastisch und es kann zum Austritt von flüssigem
Kraftstoff kommen. Eine Regeneration eines teilweise oder vollständig
gefluteten Aktivkohlefilters nimmt eine lange Zeitspanne in Anspruch.
In dieser Zeit ist die Funktionsfähigkeit stark eingeschränkt. Darüber
hinaus kann die Aktivkohle teilweise oder vollständig durch
schwerflüchtige Anteile des Kraftstoffs dauerhaft belegt
werden. Die Speicherkapazität des Aktivkohlefilters sinkt
dann erheblich und die Funktionsfähigkeit des Aktivkohlefilters
ist dauerhaft eingeschränkt. In anderen Fällen
kann beispielsweise durch eine mechanische Beanspruchung, zum Beispiel
durch Erschütterungen, die Aktivkohle beschädigt
werden, so dass auch hier eine Minderung der Speicherkapazität
und eine Einschränkung der Funktionsfähigkeit
des Aktivkohlefilters eintritt.
-
Es
besteht somit das Bedürfnis, die Funktionsfähigkeit
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers bzw. des Aktivkohlefilters
zu überwachen und eine Diagnose des Aktivkohlefilters vorzunehmen.
-
Es
sind bereits verschiedene Verfahren bekannt, die den Beladungszustand
eines Aktivkohlefilters ermitteln. Diese Ermittlung erfolgt mit
dem Ziel, die Regeneration der Aktivkohle vor allem im Hinblick auf
die Häufigkeit der Regenerationsdurchläufe zu optimieren.
Beispielsweise beschreibt die Offenlegungsschrift
DE 199 35 886 A1 ein Steuersystem
für die Dampfrückführung bei Motoren
mit Direkteinspritzung. Die Spülung des Aktivkohlefilters
bzw. die Dampfrückführung ist bei Motoren mit
Direkteinspritzung beim Betrieb im Schichtmodus normalerweise nicht
möglich. Daher muss der Motor in regelmäßigen
Abständen im homogenen Modus arbeiten, um die Spülung
vorzunehmen. Der Betrieb im Schichtmodus, der im Hinblick auf den
Kraftstoffverbrauch von Vorteil ist, ist durch die notwendige Spülung
des Aktivkohlebehälters eingeschränkt. Daher wird
gemäß der
DE 199 35 886 A1 der Beladungszustand des
Aktivkohlefilters ermittelt, um die Häufigkeit der Spülvorgänge
zu minimieren. Hierfür wird ein mit Aktivkohle befüllter
Dampfsensorbehälter mit Temperatursensoren ausgestattet,
die über gemessene Temperaturunterschiede einer Ermittlung
des Kohlenwasserstoffgehaltes in dem Dampfrückführungssystem
erlauben.
-
Die
Veröffentlichung einer japanischen Patentanmeldung
JP 2004 35 35 55 A beschreibt
die Verwendung von Gewichtsensoren, Dampfdrucksensoren und Dampftemperatursensoren,
um den Adsorptionsstatus in einem Aktivkohlefilter zu überprüfen.
-
Auch
die internationale Veröffentlichung
WO 2004/083619 A1 beschreibt
die Verwendung von Temperatursensoren, um den Sättigungsgrad
eines Aktivkohlebehälters zu bestimmen.
-
Mit
diesen bekannten Verfahren lassen sich Aussagen zum Beladungszustand
des Aktivkohlefilters im Tankentlüftungssystem eines Kraftfahrzeuges machen.
Allerdings ist es mit diesen Verfahren nicht möglich, die
Funktionsfähigkeit des Aktivkohlefilters zu überprüfen.
Beispielsweise kann mit diesen Verfahren nicht festgestellt werden,
ob Teile der Aktivkohle dauerhaft mit schwerflüchtigen
Anteilen des Kraftstoffs belegt sind, wobei die Funktionsfähigkeit des
Aktivkohlefilters langfristig eingeschränkt ist. Die Erfindung
stellt sich daher die Aufgabe, ein Verfahren zur Überprüfung
bzw. zur Diagnose der Funktionsfähigkeit von Kraftstoffdampfzwischenspeichern
in Tankentlüftungssystemen bereitzustellen. Durch die Sicherstellung
eines funktionsfähigen Kraftstoffdampfzwischenspeichers
kann gewährleistet werden, dass die Umwelt sicher vor Kraftstoffverdunstungsemissionen
geschützt wird. Zudem soll die Diagnose des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
als emissionsrelevantes Bauteil ermöglicht werden, wie sie
möglicherweise in Zukunft gesetzlich gefordert sein wird.
-
Offenbarung der Erfindung
-
Vorteile der Erfindung
-
Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit
von Kraftstoffdampfzwischenspeichern in Tankentlüftungssystemen,
wie es im Anspruch 1 beschrieben ist, gelöst. Weitere unabhängige
Ansprüche befassen sich mit einer entsprechenden Messvorrichtung
bzw. mit einem Computerprogramm und einem Computerprogrammprodukt,
die zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens geeignet
sind. Bevorzugte Ausführungsformen hiervon sind in den
Unteransprüchen dargestellt.
-
Das
erfindungsgemäße Verfahren erlaubt eine Diagnose
der Funktionsfähigkeit von Kraftstoffdampfzwischenspeichern,
insbesondere von Aktivkohlefiltern, in Tankentlüftungssystemen
mit wenigstens einem Tank und wenigstens einem Kraftstoffdampfzwischenspeicher,
indem zunächst eine Ist-Füllungsgradänderung
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers in Folge von Adsorptions- oder
Desorptionsvorgängen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen
im Kraftstoffdampfzwischenspeicher ermittelt wird. Die ermittelte
Ist-Füllungsgradänderung wird mit einer Soll-Füllungsgradänderung
verglichen und aus dem Vergleich wird auf die Funktionsfähigkeit des
Kraftstoffdampfzwischenspeichers geschlossen. Die ermittelte Ist-Füllungsgradänderung
stellt ein Maß für die vorhandene Speicherkapazität
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers dar. Durch den Vergleich mit
einer geeigneten Soll-Füllungsgradänderung bzw.
einer Referenz-Speicherkapazität kann festgestellt werden,
ob die für die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
erforderliche Speicherkapazität in ausreichender Weise
gegeben ist.
-
Auf
diese Weise lässt sich ermitteln, ob die erforderliche
Speicherkapazität des Aktivkohlefilters vollständig,
teilweise oder nicht mehr vorhanden ist. Sollte die vorhandene Speicherkapazität
bzw. die ermittelte Ist-Füllungsgradänderung einen
gewissen Schwellenwert unterschreiten bzw. ein bestimmtes Delta
gegenüber der Soll-Füllungsgradänderung
aufweisen, kann auf die nicht mehr vorhandene bzw. nicht ausreichende
Funktionsfähigkeit des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
geschlossen werden, so dass beispielsweise eine entsprechende Fehlermeldung
oder ein Fehlereintrag in der Fahrzeugsteuerung bewirkt wird.
-
In
einer besonders bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens geht das Verfahren von einem hohen Füllungsgrad
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers vor Beginn von Desorptionsvorgängen
aus und erfasst eine Füllungsgradänderung infolge
einer Desorption von Kohlenwasserstoffen. Hierbei wird das Verfahren
bei Betriebsparametern durchgeführt, die auf einen gefüllten
Kraftstoffdampfzwischenspeicher bzw. einen gefüllten Aktivkohlefilter
schließen lassen. Mit Vorteil wird auf diese Weise eine
gute Trennschärfe des erfindungsgemäßen
Verfahrens erzielt. Bei einem hohen Füllungsgrad des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
ist davon auszugehen, dass die gesamte vorhandene Speicherkapazität
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers weitgehend ausgenutzt ist.
Nach einer vorzugsweise vollständigen Desorption der Kohlenwasserstoffe
von der Aktivkohle kann somit mit Vorteil die gesamte vorhandene
Speicherkapazität des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
ermittelt werden. Mit besonderem Vorteil kann das erfindungsgemäße
Verfahren beispielsweise nach einer Betankung des Kraftfahrzeuges
erfolgen, wobei nach der Betankung in der Regel der Kraftstoffdampfzwischenspeicher
hoch gefüllt ist. Bevorzugt wird das erfindungsgemäße
Verfahren nach einer gewissen Wartezeit nach der Betankung durchgeführt,
um sicherzustellen, dass sich die Tankatmosphäre in ihrem
Kohlenwasserstoffanteil eingeschwungen hat bzw. dass der Kraftstoffdampfzwischenspeicher
entsprechend gefüllt ist. Durch die Berücksichtigung
eines hohen Füllungsgrades des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
als Ausgangszustand kann beispielsweise eine Standardisierung des
Verfahrens erfolgen, so dass besonders zuverlässige Aussagen über
die Speicherkapazität und die Funktionsfähigkeit
des zu untersuchenden Kraftstoffdampfzwischenspeichers getroffen
werden können.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens erfolgt die Desorption von Kohlenwasserstoffen aus dem
Kraftstoffdampfzwischenspeicher im Zuge einer Entlüftung des
Tanks, insbesondere indem ein Tankentlüftungsventil geöffnet
wird. Ein Abfließen von insbesondere gasförmigem
Kohlenwasserstoff aus dem Kraftstoffdampfzwischenspeicher wird durch
den im Saugrohr des Motors herrschenden Unterdruck bewirkt, der durch
die Öffnung des Tankentlüftungsventils bzw. des
Regenerierventils zwischen dem Kraftstoffdampfzwischenspeicher und
dem Saugrohr auf den Kraftstoffdampfzwischenspeicher wirkt. Durch
diesen Unterdruck wird Frischluft durch das Medium bzw. das Schüttgut
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers, insbesondere durch die Aktivkohle,
gesaugt. Die Frischluft nimmt den adsorbierten Kraftstoff auf und
strömt dem Druckgefälle folgend über
das Tankentlüftungsventil zum Verbrennungsmotor.
-
Bei
dem Öffnen des Tankentlüftungsventils kann es
sich um das regelmäßige Öffnen des Tankentlüftungsventils
zur erforderlichen Regeneration des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
handeln, das beim regulären Betrieb des Kraftfahrzeugs durchgeführt
wird. Andererseits ist es auch möglich, dass das Öffnen
des Tankentlüftungsventils insbesondere zum Zweck der Ermittlung
der Speicherkapazität gemäß der Erfindung
bzw. zur Diagnose des Kraftstoffdampfzwischenspeichers erfolgt.
Das Öffnen des Tankentlüftungsventils kann mit
Vorteil zeitlich so gesteuert werden, dass eine vollständige
Desorption des Kraftstoffdampfzwischenspeichers stattfindet, d.
h. dass im Wesentlichen der gesamte adsorbierte Kohlenwasserstoff
freigesetzt wird. Andererseits kann es erfindungsgemäß bevorzugt
sein, dass nur eine teilweise Desorption erfolgt, die beispielsweise
zeitlich limitiert und definiert ist. Die ermittelte Ist-Füllungsgradänderung
bezogen auf die entsprechende Zeit bzw. auf die vollständige
Desorption bzw. Regeneration des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
wird mit einer geeigneten Referenzgröße abgeglichen
und hieraus auf die vorhandene Speicherkapazität geschlossen,
die durch einen Abgleich mit einem geeigneten Referenzwert für
die Soll-Füllungsgradänderung Rückschlüsse
auf die Funktionsfähigkeit erlaubt.
-
Mit
besonderem Vorteil wird bei der Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens für den Vergleich der Ist-Füllungsgradänderung
mit einem Referenzwert bzw. mit der Soll-Füllungsgradänderung
nur der Anteil der Kohlenwasserstoffe berücksichtigt, der
auf Adsorptions- oder Desorptionsvorgänge von Kohlenwasserstoffen
in dem Kraftstoffdampfzwischenspeicher, insbesondere an der Aktivkohle,
zurückzuführen ist. Dies ist mit besonderem Vorteil
dann möglich, wenn die Verdunstung bzw. Ausgasung aus dem
Tank verhältnismäßig klein ist, so dass
sie vernachlässigt werden kann. Wenn im Wesentlichen keine
Verdunstung bzw. Ausgasung von Kohlenwasserstoffen aus dem Tank
bzw. dem Kraftstoff im Tank erfolgt, sinkt die Konzentration von Kohlenwasserstoff
im Spülstrom bis auf ungefähr 0 ab. Die bis zu
diesem Zeitpunkt abgeflossenen Kohlenwasserstoffe waren im Kraftstoffdampfzwischenspeicher
gespeichert.
-
Sollte
während der Spülung bzw. Regeneration des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
eine Verdunstung im Tank erfolgen, ist es mit besonderem Vorteil
vorgesehen, diese Verdunstung von Kohlenwasserstoffen entsprechend
zu berücksichtigen. In diesen Ausführungsformen
wird vorzugsweise die vom Tank abgeflossene Kohlenwasserstoffmasse, die
insbesondere auf die Kraftstoffverdunstung während der
Tankentlüftung bzw. während der Regeneration des
Kraftstoffdampfzwischenspeicher zurückzuführen
ist, nicht mit in den Vergleich einbezogen und beispielsweise rechnerisch
berücksichtigt.
-
Mit
besonderem Vorteil werden Zustandsgrößen im Tank
und/oder in der Tankumgebung berücksichtigt, um die Ausgasung
bzw. Verdunstung des Kraftstoffs im Tank zu bestimmen. Durch Bestimmung
dieser Zustandsgrößen werden erfindungsgemäß Aussagen über
die verdunsteten Kohlenwasserstoffmassen im Tank getroffen und bei
dem Vergleich gemäß der Erfindung berücksichtigt.
Bei diesen Zustandsgrößen im Tank und/oder in
der Tankumgebung handelt es sich vorzugsweise um den Tankdruck,
die Tankfüllung, die Tanktemperatur und/oder die Außentemperatur.
Bei Berücksichtigung einer oder mehrerer dieser Größen
lassen sich Aussagen zur Verdunstung bzw. Ausgasung von Kohlenwasserstoffen
im Tank machen. Die Berücksichtigung dieser Zustandsgrößen
kann auf Programmebene und/oder durch Messung mit entsprechender
Sensorik erfolgen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann
mit besonderem Vorteil der Tankdruck gemessen werden, insbesondere
der Tankdruck im abgesperrten Tanksystem. Dies kann die Grundlage
für die Ermittlung der Kohlenwasserstoffmassen bedingt
durch die Verdunstung im Kraftstofftank bilden. Die Messung des
Tankdrucks in diesem Zusammenhang ist hierbei besonders bevorzugt,
da in vielen Systemen geeignete Einrichtungen zur Druckmessung und
zur Absperrung gegen die Atmosphäre in Tankentlüftungssystemen
beispielsweise für die Tankleckdiagnose bereits vorhanden
sind und so die zusätzlichen Kosten für das erfindungsgemäße
Verfahren gering gehalten werden können.
-
In
einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens wird eine Ist-Füllungsgradänderung
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers erfasst, die in Folge einer
Adsorption von gasförmigen Kohlenwasserstoffen im Kraftstoffdampfzwischenspeicher,
insbesondere an der Aktivkohle, auftritt. Vorzugsweise wird hierbei
das Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit bei Betriebsparametern
durchgeführt, die vor Beginn der Adsorptionsvorgänge
einen niedrigen Füllungsgrad des Kraftstoffdampfzwischenspei chers
kennzeichnen. Beispielsweise kann das erfindungsgemäße
Verfahren nach einer Regeneration des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
durchgeführt werden. Nach einer Regeneration ist davon
auszugehen, dass der Kraftstoffdampfzwischenspeicher weitgehend
geleert ist. Mit besonderem Vorteil kann in diesen Ausführungsformen
eine Ist-Füllungsgradänderung ermittelt werden,
die auf einer Adsorption von Kohlenwasserstoffen im Kraftstoffdampfzwischenspeicher
bei oder nach einer Befüllung des Tanks mit Kraftstoff
beruht.
-
Die
Ermittlung der Ist-Füllungsgradänderung im Kraftstoffdampfzwischenspeicher
kann mit verschiedenen Methoden erfolgen. In einer besonders bevorzugten
Ausführungsform erfolgt die Ermittlung der Ist-Füllungsgradänderung
durch Erfassung des Restsauerstoffgehaltes im Abgas der Verbrennungsmaschine.
Durch Messung des Restsauerstoffgehaltes im Abgas beispielsweise
während der Tankentlüftung bzw. der Regeneration
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers lassen sich im Vergleich mit
dem Zustand im regulären Betrieb des Motors Aussagen zum
Kohlenwasserstoffgehalt in den Tankentlüftungsgasen machen.
Mit besonderem Vorteil wird hierfür bereits vorhandene
Sensorik im System genutzt. Der Restsauerstoffgehalt im Abgas nach
Verbrennung des Kraftstoffs im Motor gibt bekanntermaßen
Aufschluss über das Verhältnis von Luft und Kraftstoff
im Verbrennungsgemisch. Üblicherweise erfolgt daher eine
Messung des Sauerstoffgehalts im Abgas durch sogenannte Lambdasonden.
Durch einen entsprechenden Lambdaregelungskreislauf wird das Verhältnis
von Luft und Kraftstoff im Verbrennungsgemisch optimal eingestellt.
Mit besonderem Vorteil wird die Kohlenwasserstoffkonzentration im Abgas
während der Desorption oder Adsorption im Kraftstoffdampfzwischenspeicher
durch Erfassung der Abweichung wenigstens einer Größe
ermittelt, die durch die Lambdaregelung angesteuert wird. Mit der
ermittelten Konzentration und dem Volumenstrom kann die Ist-Füllungsgradänderung
bestimmt werden. Beispielsweise kann hierfür die Steuerung der
Kraftstoffeinspritzmenge verwendet werden, die in Abhängigkeit
vom Restsauerstoffgehalt im Abgas geregelt wird. Hierbei kann der
zu messende Kohlenwasserstoffmassenstrom vom Kraftstoffdampfzwischenspeicher
basierend auf der Abweichung der Lambdaregelung berechnet werden,
dabei ist der Frischluftmassenstrom und der Kraftstoffmassenstrom
bekannt. Der besondere Vorteil dieser Ausführungsformen
liegt darin, dass auf bestehende Sensorik und Steuerungselemente
des Systems zurückge griffen werden kann, so dass keine
weiteren wesentlichen Kosten zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens im Kraftfahrzeug entstehen.
-
In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Ermittlung
der Ist-Füllungsgradänderung durch Erfassung der
Temperatur im Tankentlüftungssystem, insbesondere im Kraftstoffdampfzwischenspeicher.
Durch Adsorptions- und Desorptionsvorgänge an Adsorptionsmedien,
beispielsweise an Aktivkohle, werden bekanntermaßen Temperaturänderungen
im Speicher- und insbesondere im Adsorptionsmedium bewirkt. Durch
Erfassung dieser Temperaturänderungen durch geeignete Sensoren
lassen sich Rückschlüsse auf den Beladungszustand des
Mediums ziehen. Dies kann erfindungsgemäß ausgenutzt
werden, indem durch entsprechende Anordnung von Temperatursensoren
und Erfassung der Temperaturunterschiede die Füllungsgradänderung während,
vor und/oder nach den Desorptions- und Adsorptionsvorgängen
gemessen wird.
-
In
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Ist-Füllungsgradänderung
durch Erfassung der Kohlenwasserstoffkonzentration im Tankentlüftungssystem
und mit besonderem Vorteil am Tankentlüftungsventil ermittelt.
In bevorzugter Weise erfolgt die Erfassung der Kohlenwasserstoffkonzentration
durch einen üblichen Kohlenwasserstoffsensor.
-
In
einer weiteren besonders bevorzugten Ausführungsform wird
die Ist-Füllungsgradänderung durch Erfassung des
Gewichts des Kraftstoffdampfzwischenspeichers, insbesondere des
Aktivkohlefilters, ermittelt. Vorzugsweise wird das Gewicht vor und
nach den Adsorptions- bzw. Desorptionsvorgängen bestimmt
und aus der Gewichtsdifferenz durch Abgleich mit geeigneten Referenzwerten
auf die Ist-Füllungsgradänderung geschlossen.
Es können übliche Gewichtssensoren eingesetzt
werden. Beispielsweise kann das Gewicht des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
durch die statische Auslenkung einer die Eigenschaften einer Feder
aufweisenden Lagerung des Kraftstoffdampfzwischenspeichers im Gravitationsfeld
bestimmt werden. Die statische Auslenkung kann beispielsweise mit
einem Wegsensor erfasst werden. In einer anderen Ausführungsform kann
das Gewicht aus der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten,
schwingungsfähigen, insbesondere elastisch gelagerten Kraftstoffdampfzwischenspeichers
bestimmt werden. Die Schwingungsfrequenz kann beispielsweise mittels eines Schwingungssensors
erfasst werden. Die elastische Lagerung selbst kann auf unterschiedliche
Weise ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Anordnung des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
aufliegend auf Federelementen möglich. Eine andere Ausführungsform
sieht eine elastische Aufhängung vor. Mit besonderem Vorteil
lassen sich durch die Erfassung des Gewichts bzw. der Gewichtsveränderung
Rückschlüsse auf die möglicherweise vorhandene
Füllung bzw. Flutung des Aktivkohlefilters mit flüssigen
Medien, z. B. mit Wasser oder Kraftstoff, ziehen.
-
Die
beispielhaft beschriebenen Mittel zur Ermittlung der Ist-Füllungsgradänderung
können einzeln oder in Kombination miteinander für
das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden.
Hierbei können jeweils einzelne oder mehrere Sensorelemente
vorgesehen sein. Mit besonderem Vorteil erfolgt die Messung unter
Verwendung der Lambdasensorik und/oder der Lambdaregulation in Kombination
mit einem oder mehreren weiteren Sensoren. Erfindungsgemäß sind
aus Kostengründen insbesondere solche Ausführungsformen
bevorzugt, die auf bereits vorhandene Sensorik eines Kraftfahrzeugs zurückgreifen.
Andererseits kann es auch bevorzugt sein, die für die Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Sensorik
und/oder Steuerung neu zu implementieren.
-
Der
Vergleich der ermittelten Ist-Füllungsgradänderung,
die gegebenenfalls um die Kohlenwasserstoffmassen aus der Verdunstung
im Tank reduziert sein kann, mit der Soll-Füllungsgradänderung erfolgt
in einem üblichen Steuerungselement, welches beispielsweise
Bestandteil eines Steuergerätes für das Kraftfahrzeug
sein kann. Erfindungsgemäß können ein
oder mehrere Soll-Füllungsgradänderungswerte als
Referenzwerte hinterlegt, insbesondere gespeichert sein. Aus dem
Vergleich der Ist-Füllungsgradänderung als Maß für
die vorhandene Speicherkapazität mit einer Soll-Füllungsgradänderung
wird auf die Funktionsfähigkeit des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
geschlossen. Mit besonderem Vorteil werden ein oder mehrere Schwellenwerte für
die Soll-Füllungsgradänderung als Maß für
die erforderliche Speicherkapazität des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
vorgegeben. Beim Unterschreiten eines oder mehrerer dieser Schwellenwerte
wird mit Vorteil eine Fehlermeldung produziert, die die nicht mehr
vorhandene Funktionsfähigkeit des Kraftstoffdampfzwischenspeichers
oder den Grad der Funktionsfähigkeit signalisiert.
-
Die
Erfindung umfasst weiterhin eine entsprechende Vorrichtung zur Diagnose
der Funktionsfähigkeit von Kraftstoffdampfzwischenspeichern
in Tankentlüftungssystemen mit wenigstens einem Tank und
wenigstens einem Kraftstoffdampfzwischenspeicher. Die erfindungsgemäße
Vorrichtung weist wenigstens ein Mittel zur Ermittlung einer Ist-Füllungsgradänderung
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers und wenigstens ein Mittel zum
Vergleich der Ist-Füllungsgradänderung mit einer Soll-Füllungsgradänderung
als Maß für die erforderliche Speicherkapazität
des Kraftstoffdampfzwischenspeichers auf. Mit besonderem Vorteil
ist das Mittel zur Ermittlung der Ist-Füllungsgradänderung
eine Lambdasonde oder eine Lambdaregelungseinrichtung. Andere bevorzugte
Mittel zur Ermittlung der Ist-Füllungsgradänderung
sind beispielsweise Temperatursensoren, Kohlenwasserstoffsensoren und/oder
Gewichtsensoren. Bezüglich weiterer Merkmale der erfindungsgemäßen
Vorrichtung wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
-
Das
vorstehend beschriebene Verfahren kann mit Vorteil als Computerprogramm
in einem Rechengerät, insbesondere in einem Steuergerät
oder einer elektrischen Kontrolleinheit eines Kraftfahrzeuges implementiert
sein und dort ablaufen. Ein entsprechender Programmcode kann auf
einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein, den das
Steuergerät oder das Rechengerät lesen kann. Die
Erfindung umfasst daher ein entsprechendes Computerprogramm bzw.
ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, das zur Durchführung
des beschriebenen Verfahrens geeignet ist.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
der Zeichnungen in Verbindung mit den Ausführungsbeispielen. Hierbei
können die verschiedenen Merkmale jeweils für
sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
-
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
-
In
den Zeichnungen zeigen:
-
1 eine
Darstellung eines üblichen Tankentlüftungssystem
aus dem Stand der Technik,
-
2 eine
Darstellung eines Tankentlüftungssystems mit Tank, Kraftstoffdampfzwischenspeicher
und Sensorik zur Durchführung von bevorzugten Ausführungsformen
des erfindungsgemäßen Verfahrens und
-
3 eine
Darstellung eines weiteren Tankentlüftungssystems mit Tank,
Kraftstoffdampfzwischenspeicher und Sensorik zur Durchführung
einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens.
-
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
-
In
der 1 ist ein Tankentlüftungssystem der Kraftstoffversorgung
eines Verbrennungsmotors 1 dargestellt, dass für
den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Dem Verbrennungsmotor 1 wird über
ein Saugrohr 2 Luft zugeführt. Die Versorgung mit
Kraftstoff erfolgt aus dem Tank 3. Um das Entweichen von
Kraftstoffdämpfen aus dem Tank 3 in die Umgebung
zu verhindern, ist ein Tankentlüftungssystem vorgesehen,
das einen Kraftstoffdampfzwischenspeicher 4 in Form eines
Aktivkohlefilters, ein in der Belüftungsleitung des Aktivkohlefilters 4 angeordnetes
Absperrventil 5 und ein in der Leitung zwischen Aktivkohlefilter 4 und
Saugrohr 2 angeordnetes Tankentlüftungsventil 6 umfasst.
Flüchtige Kohlenwasserstoffe, die aus der Verdunstung des
Kraftstoffs im Kraftstofftank 3 resultieren, gelangen über eine
Leitung in den Aktivkohlefilter 4. Hier werden die flüchtigen
Kohlenwasserstoffe an der Aktivkohle adsorbiert. Der in dem Tank 3 verdampfende
Kraftstoff wird in dem Aktivkohlefilter 4 gespeichert.
Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 können über
das geöffnete Tankentlüftungsventil 6 und
das Saugrohr 2 der gespeicherte Kraftstoff bzw. die gasförmigen
Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlefilter 4 der Verbrennung
im Verbrennungsmotor 1 zugeleitet werden. Aufgrund der
sich dabei einstellenden Druckverhältnisse wird gleichzeitig
der Aktivkohlefilter 4 bei geöffnetem Absperrventil 5 mit
Frischluft gespült. Aufgrund des im Saugrohr 2 herrschenden
Unterdrucks wird die Frischluft durch die Aktivkohle im Aktivkohlefilter 4 gesaugt.
Die Frischluft nimmt den adsorbierten Kraftstoff auf und führt
ihn durch das Saugrohr 2 der Verbrennung im Verbrennungsmotor 1 zu.
-
Neben
den Komponenten eines üblichen Tankentlüftungssystems,
wie sie in 1 gezeigt sind, zeigt 2 darüber
hinaus ein Steuergerät 11, das zur Steuerung der
Tank entlüftung über das Öffnen und Schließen
der genannten Ventile 5, 6 dient. Der Übersichtlichkeit
halber sind die verschiedenen Elemente des Tankentlüftungssystems
in 2 mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 bezeichnet.
Das Steuergerät 11 steuert über ein Kraftstoffzumessmittel 12 die
Zufuhr von Kraftstoff aus dem Tank 3. Dem Steuergerät 11 werden
darüber hinaus verschiedene Signale zugeführt,
die den Betriebszustand der Brennkraftmaschine sowie das Kraftstoff-Luftgemisch
charakterisieren. So ist beispielsweise ein mit 13 bezeichneter
Sensor stellvertretend dargestellt für die Erfassung der
den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signale.
Ein Sensor 14 dient zur Erfassung der Abgaszusammensetzung
in einem Abgasrohr 15 der Brennkraftmaschine.
-
Während
der Regenerierung des Aktivkohlefilters 4 gelangen auf
oben beschriebene Weise Kohlenwasserstoffdämpfe in das
Saugrohr 2 des Verbrennungsmotors 1 und werden
von diesem angesaugt. Damit in dem Verbrennungsmotor 1 die
richtige Kraftstoffmenge zur Verfügung steht, wird von dem
Steuergerät 11 die Einspritzmenge reduziert und
das Kraftstoffzumessmittel 12 entsprechend angesteuert.
-
Um
die Funktionsfähigkeit des Aktivkohlefilters 4 zu überwachen,
so dass sicher gestellt ist, dass keine Kraftstoffstoffdämpfe
aus dem Tank 3 in die Umgebung freigesetzt werden, wird
erfindungsgemäß die vorhandene Speicherkapazität
des Aktivkohlefilters 4 ermittelt und überwacht.
Als Maß für die vorhandene Speicherkapazität
wird eine Ist-Füllungsgradänderung ermittelt,
die in Folge von Desorptions- oder Adsorptionsvorgängen
an dem Aktivkohlefilter 4 auftritt. Aus einem Vergleich
der ermittelten Ist-Füllungsgradänderung mit einer
vorgebbaren Soll-Füllungsgradänderung als Maß für
die erforderliche Speicherkapazität lassen sich Rückschlüsse
ziehen, ob und/oder inwieweit die erforderliche Funktionsfähigkeit
des Aktivkohlefilters 4 gegeben ist.
-
Die
in 2 gezeigte Ausführungsform eines Kraftstoffversorgungssystems
bzw. eines Tankentlüftungssystems zur Durchführung
des erfindungsgemäßen Verfahrens weist verschiedene
Mittel zur Erfassung des Gewichts des Aktivkohlefilters 4 auf,
um die Ist-Füllungsgradänderung zu ermitteln. Diese
Mittel können jeweils für sich oder in Kombination
miteinander verwirklicht sein.
-
Der
Aktivkohlefilter 4 ist in einer schwingungsfähigen
Aufhängung 16, 17 gelagert. Diese Lagerung
kann beispielsweise wie hier schematisch dargestellt an einem Karosserieteil 17 durch
Federn 16 realisiert sein. In anderen Ausführungsformen können
statt der Federn Anschlussgummischläuche oder dergleichen
vorgesehen sein. Weiterhin kann statt einer schwingungsfähigen
Aufhängung eine aufliegende Lagerung des Aktivkohlefilters
auf Federelementen vorgesehen sein. Zur Erfassung des Gewichts des
Aktivkohlefilters 4 kann die statische Auslenkung wenigstens
einer der Federn 16 im Gravitationsfeld bestimmt werden.
Hierzu ist vorzugsweise ein Wegsensor 18 vorgesehen, der
die Auslenkung des Aktivkohlefilters 4 im Gravitationsfeld
ermittelt. Die Beladung des Aktivkohlefilters verursacht eine bestimmte
Massenzunahme des Aktivkohlefilters 4. Dies bedingt eine
bestimmte Auslenkung des schwingungsfähig aufgehängten
Aktivkohlefilters 4, die über den Wegsensor 18 erfassbar
ist. Zur Bestimmung dieser Gewichtskraft ist der Fahrzeugaufbau vorzugsweise
waagerecht angeordnet. Im Falle einer nicht waagerechten Anordnung
des Fahrzeugaufbaus kann die Bestimmung der Gewichtskraft vorzugsweise
korrigiert werden, z. B. auf Basis des Neigungswinkels.
-
In
einer anderen Ausführungsform, die ebenfalls in der 2 dargestellt
ist, ist es vorgesehen, dass der Aktivkohlefilter 4 in
Schwingungen versetzt wird. Durch die Messung der Schwingungsfrequenz wird
die Gesamtmasse des Aktivkohlefilters 4 bestimmt. Dieses
Verfahren ist beispielsweise dann mit Vorteil einsetzbar, wenn Schwingungen
der Karosserie des Fahrzeugs den Aktivkohlefilter 4 zu
Schwingungen anregen. Die Bestimmung der Frequenz kann durch einen
Frequenzsensor 19 erfasst werden. Mit zunehmender Beladung
des Aktivkohlefilters 4 nimmt die Frequenz ab, so dass
aufgrund der Frequenzabnahme bzw. aus der ermittelten Frequenz in Vergleich
mit einem Referenzwert auf die Masse und damit auf die Beladung
des Aktivkohlefilters 4 mit Kohlenwasserstoffen geschlossen
werden kann.
-
Zur
Bestimmung der Ist-Füllungsgradänderung wird der
ermittelte Wert vorzugsweise mit einem vorgebbaren Referenzwert
verglichen. Beispielsweise kann eine Gewichtsbestimmung des Aktivkohlefilters 4 nach
einer Tankentlüftung mit Regenerierung und Spülung
des Aktivkohlefilters vorgenommen werden. Der ermittelte Wert wird
mit einem Referenzwert verglichen, der einen voll befüllten
Aktivkohlefilter 4 repräsentiert. Aus dieser Differenz
ergibt sich die Ist-Füllungsgradänderung, die
ein Maß für die vorhandene Speicherkapazität
des Aktivkohlefilters 4 ist. In einer anderen Ausführungsform
wird eine Gewichtsbestimmung des Aktivkohlefilters 4 nach
einer Betankung des Kraftfahrzeugs und nach Einpendeln der Tankatmosphäre
vorgenommen. Dieser ermittelte Wert wird mit einem Referenzwert
verglichen, der einen entleerten Aktivkohlefilter, beispielsweise
nach einer Tankentlüftung und Spülung des Aktivkohlefilters
repräsentiert. Aus dem Absolutwert dieser Differenz lässt
sich auf die Ist-Füllungsgradänderung schließen,
die Aussagen über die vorhandene Speicherkapazität
des Aktivkohlefilters 4 erlaubt. Aus einem Vergleich der
ermittelten Ist-Füllungsgradänderung des Aktivkohlefilters 4 mit
einer Soll-Füllungsgradänderung lassen sich Aussagen über
die Funktionsfähigkeit des Aktivkohlefilters 4 treffen.
-
Alternativ
oder zusätzlich zu der beschriebenen Sensorik kann die
Ist-Füllungsgradänderung durch Erfassung des Restsauerstoffgehalts
im Abgas erfolgen. Dies erfolgt vorzugsweise durch den Sensor 14,
der als Lambdasonde die Abgaszusammensetzung in dem Abgas des Verbrennungsmotors 1 erfasst.
Insbesondere durch Erfassung der Abweichung wenigstens einer Größe,
die durch eine Lambdaregelung angesteuert wird, beispielsweise der Kraftstoffzumessung,
lässt sich die Ist-Füllungsgradänderung
ermitteln, die beispielsweise auf einer Desorption von Kohlenwasserstoffen
beruht, die aus dem Aktivkohlefilter 4 während
einer Tankentlüftung abfließen und dem Verbrennungsmotor 1 zugeleitet werden.
-
In 3 ist
ein weiteres Tankentlüftungssystem eines Verbrennungsmotors 1 gezeigt,
das für die Durchführung einer weiteren Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen ist.
Der Übersichtlichkeit halber sind die verschiedenen Elemente
des Tankentlüftungssystems mit den gleichen Bezugszeichen
wie in den 1 und 2 bezeichnet.
Zur Ermittlung der Ist-Füllungsgradänderung sind
zwei Temperatursensoren 31, 32 vorgesehen, die
die Temperatur im Aktivkohlefilter 4 erfassen. Bei der
Adsorption von Kohlenwasserstoffen an Aktivkohle wird Energie in
Form von Wärme freigesetzt. Diese Adsorptionswärme
ist mit Temperatursensoren messbar. Daher lässt sich der
Beladungszustand des Aktivkohlefilters 4 über
eine Temperaturmessung mittels der Temperatursensoren 31, 32 erfassen.
Durch einen Vergleich der mit den Temperatursensoren 31, 32 erfassten
Temperaturen mit geeigneten Referenzwerten lässt sich die
Ist-Füllungsgradänderung ermitteln, so dass erfindungsgemäß auf
die vorhandene Speicher kapazität des Aktivkohlefilters 4 und
durch Vergleich mit einer Soll-Füllungsgradänderung
auf die Funktionsfähigkeit des Aktivkohlefilters 4 geschlossen
werden kann. Erfindungsgemäß kann es vorgesehen
sein, dass mehrere Temperatursensoren im Aktivkohlefilter 4 angeordnet
sind. In anderen Ausführungsformen ist nur ein Temperatursensor
vorgesehen. Mit besonderem Vorteil befinden sich der oder die Temperatursensoren
innerhalb des Aktivkohlefilters 4.
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19935886
A1 [0007, 0007]
- - JP 2004353555 A [0008]
- - WO 2004/083619 A1 [0009]