DE19518292C2 - Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungssystems - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft die Diagnose von Anlagen, die zur Entlüftung von Kraftstofftanks in Kraftfahrzeugen verwendet werden.

Bei bekannten Anlagen wird im Tank verdunsteter Kraftstoff in einem Aktivkohlefilter gespeichert, das über ein absperrbares Tankentlüftungsventil mit dem Saugrohr des Verbrennungsmotors verbunden ist. Bei geöffnetem Tankentlüftungsventil wird über eine Verbindung des Aktivkohlefilters zur Umgebung Luft angesaugt, die den zwischenge­ speicherten Kraftstoff mitreißt und der Verbrennung zuführt. Über das Tankentlüftungs­ ventil wird die angesaugte Gasmenge so gesteuert, dass einerseits das Aktivkohlefilter ausreichend mit Luft gespült wird und dass andererseits keine untolerierbar großen Stö­ rungen des Kraftstoff/Luft-Verhältnisses des dem Verbrennungsmotor zugeführten Gemi­ sches auftreten.

Auf diese Weise sollen Emissionen von Kraftstoffdämpfen aus Gründen des Umwelt­ schutzes vermieden werden.

Diese Aufgabe wird jedoch nur von Tankentlüftungsanlagen erfüllt, die keine Lecks auf­ weisen. Es existieren gesetzgeberische Forderungen zur Diagnose, nach denen auch sehr kleine Lecks (< 1 mm) während des Betriebs des Kraftfahrzeugs mit On-Board-Mitteln nachgewiesen werden können.

Ein aus der DE 41 32 055 A1 bekanntes System weist dazu ein Absperrventil in der Ver­ bindung des Aktivkohlefilters zur Umgebung auf. Zur Diagnose, die den Saugrohrunter­ druck benutzt, wird zunächst das Tankentlüftungsventil bei geschlossenem Absperrventil geöffnet und geprüft, ob sich innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne ein vorgegebener Mindestunterdruck aufbaut. Anschließend wird das Tankentlüftungsventil wieder ge­ schlossen. Der Gradient des sich im Inneren der Tankentlüftungsanlage einstellenden Druckabbaus und nachfolgenden Druckaufbaus wird zur Beurteilung der Dichtheit der Anlage ausgewertet. Ein schneller Abbau des vorher erzeugten Unterdrucks deutet auf ein Leck hin. Für die Gewinnung zuverlässiger Diagnoseaussagen wird dieses Unter­ druckverfahren vorzugsweise im Leerlauf des Verbrennungsmotors bei stillstehendem Kraftfahrzeug durchgeführt.

Aus der WO 94/15090 A1 ist ein weiteres Diagnoseverfahren bekannt geworden, das mit ei­ ner zusätzlichen Überdruckpumpe arbeitet, die ein definiertes Umgebungsluftvolumen ansaugt, dann verdichtet, und anschließend in den Tank leitet. Die Zeit, in welcher der re­ sultierende Druckanstieg im Tank wieder abklingt, wird als Maß für die Dichtheit der Anlage verwendet.

Aus der DE 43 42 431 A1 ist ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Tank­ entlüftungsanlage bekannt geworden, bei dem zunächst Maßnahmen durchgeführt wer­ den, die zu Änderungen des Drucks in der Tankentlüftungsanlage führen und bei dem die sich einstellende Druckänderungen anschließend bewertet werden. Ein in der Tankanlage oder Tankentlüftungsanlage vorhandenes Leck beeinflusst die Druckänderung. Zusätzlich wird die Druckänderung durch die Ausgasung von Kraftstoff im Kraftstofftank und in der Tankentlüftungsanlage beeinflusst. Zur Unterscheidung der beiden Einflüsse sind zwei Messzyklen vorgesehen, in denen jeweils unterschiedliche Verfahrensschritte vorge­ nommen werden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Diagnose anzugeben, die bei geringem Systemumfang zuverlässige Aussagen liefert.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch die in den unabhängigen Ansprüchen angege­ benen Merkmale jeweils gelöst.

Versuche zeigten, dass die erfindungsgemäßen Verfahren eine gegenüber bekannten, mit Unterdruck arbeitenden Verfahren gesteigerte Messempfindlichkeit aufweisen. Daher lässt sich mit Hilfe der erfindungsgemäßen Verfahren die Zuverlässigkeit von Diagnose­ aussagen steigern.

Gemäß einer ersten Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verfahren jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wiederholt wird und dass die über mehrere Wiederholungen gemittelten Kenngrößen zur Beurteilung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage ausgewertet werden.

Gemäß einer anderen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass eine periodische Druckschwingung durch periodische, direkt aufeinanderfolgende Wiederholung des Verfahrens erzeugt wird.

Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren er­ geben sich aus abhängigen Ansprüchen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbei­ spielen und mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 eine bekannte Vorrichtung, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeig­ net ist;

Fig. 2 veranschaulicht die Erfindung anhand eini­ ger, für ein Ausführungsbeispiel typischer Signalverläufe;

Fig. 3 offenbart ein Flußdiagramm eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens, und

Fig. 4 stellt zur Fig. 2 anloge Signalverläufe für ein weiteres Ausführungsbeipiel dar.

Fig. 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saugrohr 2, einem Abgasrohr 3, einem Tankentlüftungssystem, einem Regel­ kreis zur Einstellung der Zusammensetzung des von der Brenn­ kraftmaschine verbrannten Kraftstoff/Luftgemisches sowie ei­ nige dazu benötigte Stellglieder und Sensoren, deren Zusam­ menwirken durch ein Steuergerät 4 gesteuert wird.

Das Tankentlüftungssystem umfaßt einen Kraftstofftank 5, ein Speichermittel 6, das über Rohr- oder Schlauchverbindungen an den Kraftstofftank und das Saugrohr angeschlossen ist und das über eine Belüftungsöffnung 7 belüftet werden kann, einen Drucksensor 8 sowie ein Absperrventil 9 und ein Tankent­ lüftungsventil 10.

Der Gemischregelkreis weist eine Abgassonde 11 und ein Kraftstoffzumeßorgan 12 auf. Als weitere Sensoren sind ein Mittel 13 zur Erfassung der von der Brennkraftmaschine ange­ saugten Luftmenge und ein Drehzahlsensor 14 abgebildet.

Abb. 2a zeigt für ein Ausführungsbeispiel den zeitli­ chen Verlauf des Schließzustandes des Absperrventils, Fig. 2b die Variation des Öffnungszustandes des Tankentlüftungs­ ventils und Fig. 2c die vom Drucksensor erfaßte, resultie­ rende Druckschwingung.

Diese Signalverläufe ergeben sich durch die in Fig. 3 dar­ gestellten Verfahrensschritte, die durch das Steuergerät 4 ausgelöst werden.

Aus einem übergeordneten Hauptprogramm heraus schließt der Schritt S1 zum Zeitpunkt t0 das Absperrventil 9. Gleichzei­ tig oder auch danach wird im Schritt S2 das Tankentlüftungs­ ventil 10 geöffnet und im Schritt S3 die Menge des abgesaug­ ten Gases vtev erfaßt. Diese läßt sich als Produkt der Öff­ nungszeit ttev des Tankentlüftungsventils und des pro Zeit­ einheit bei diesem Öffnungszustand und den herrschenden Druckverhältnissen über das Tankentlüftungsventil fließenden Volumenstroms teν erfassen. Die Druckverhältnisse am Tankentlüftungsventil werden dabei im wesentlichen durch den Saugrohrdruck und damit durch den Betriebszustand des Ver­ brennungsmotors bestimmt, da die tankseitigen Druckschwan­ kungen aus Sicherheitsgründen beschränkt sind. Die Schwan­ kungsbreite des tankseitigen Drucks liegt dabei ca. um eine Größenordnung tiefer als die Schwankungsbreite des auf der Saugrohrseite auftretenden Druckes.

Der Volumenstrom teν kann daher direkt aus dem Saugrohr­ druck oder alternativ dazu beispielsweise aus einem Kennfeld aus Eingangsgrößen bestimmt werden, die den Saugrohrdruck­ verlauf nachbilden (Last, Drehzahl).

Sobald die vorbestimmte Gasmenge vtev abgesaugt worden ist, was durch den Vergleich von vtev mit einem Schwellwert vtev0 im Schritt S4 feststellbar ist, wird das Tankentlüftungsven­ til im Schritt S5 geschlossen. Mit dem Absaugen der Gasmenge ist ein Absinken des Druckes im Tank vom Ausgangswert P0 auf den Wert P1 verbunden, wie es in Fig. 2c dargestellt ist.

Nach dem Schließen des Tankentlüftungsventils steigt der Tankdruck wieder an, wobei die Anstiegsgeschwindigkeit mit der Größe evtl. Lecks steigt. Die Zeit tdt, die verstreicht, bis der Tankdruck einen vorgegebenen Wert, beispielsweise den Ausgangsdruck p0 wieder erreicht, ist daher ein Maß für die Größe von Lecks. Unterschreitet diese Zeit tdt, die im Schritt S6 erfaßt wird, im Schritt S7 einen Schwellwert tdt0, gilt die Anlage als undicht, was zur Ausgabe und/oder Speicherung einer Fehlermeldung im Schritt S8. führt. Daran schließt sich mit den Schritten S9 und S10, die bei intakter Anlage auch direkt vom Schritt S7 aus erreicht werden, das Öffnen des Absperrventils 9 und eine Rückkehr in das überge­ ordnete Hauptprogramm an.

Alternativ zum Vergleich der Zeit tdt mit einem Schwellwert kann auch die Zeit tlc = tdt - ttev mit einem entsprechend modifizierten Schwellwert verglichen werden.

Als weitere Alternative läßt sich der Volumenstrom vlc der durch das Leck strömenden Leckgasmenge aus dem zuvor abge­ saugten Volumen vtev = teν.ttev, das inzwischen wieder nachgeströmt ist und der gemessenen Zeit tlc wie folgt be­ rechnen:

lc = vtev/tlc

Wenn der Leckagestrom lc kleiner als ein zulässiger Soll­ wert ist, ist das System in Ordnung.

Wenn der Einfluß der Ausgasung des Kraftstoffes auf den Druckverlauf bekannt oder abschätzbar ist, kann er mit be­ rücksichtigt werden. Dieser Einfluß kann bspw. aus dem Ver­ halten des Lambdareglers während der Messung abgeschätzt werden. Der ausgasende Kraftstoff verursacht eine Lambda- Verschiebung, die über die Lambdaregelung korrigiert wird. Aus der Reglerstellgröße bzw. dem über die Einspritzventile fließenden Kraftstoff und dem vom Luftmassenmesser gemesse­ nen Luftstrom L zum Motor läßt sich der ausgasende Benzin­ dampfstrom berechnen und die Messung entweder verwerfen oder korrigieren. Die Prüfung kann auch unterdrückt werden, wenn das Tankentlüftungsventil in Betriebsbereichen betrieben wird, bei denen der berechnete Durchfluß durch das Ventil mit großen Unsicherheiten belastet ist. Eine Steigerung der Genauigkeit ergibt sich, wenn die Entnahme von flüssigem Kraftstoff aus dem Tank durch die Kraftstoffpumpe berück­ sichtigt wird. Alternativ zum Absaugen einer bestimmten Gas­ menge kann das Schließen des Tankentlüftungsventils auch vom Erreichen eines vorbestimmten Unterdrucks P1 ausgelöst wer­ den.

Den verschiedenen Alternativen dieses Ausführungsbeispiels ist gemeinsam, daß eine einzelne Schwingung, bestehend aus dem Druckabfall durch das Absaugen der vorbestimmten Gasmen­ ge und dem anschließenden Wiederanstieg zur Beurteilung der Dichtheit ausgewertet wird.

Im Rahmen eines weiteren Ausführungsbeispiels wird das Ab­ saugen periodisch wiederholt.

Dies kann so geschehen, daß das Absaugen jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wiederholt wird und daß die über mehrere Wiederholungen gemittelten Kenngrößen zur Beur­ teilung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage ausgewertet werden.

Alternativ dazu kann die Wiederholung durch das Wiedererrei­ chen eines vorbestimmten Druckes, beispielsweise des Aus­ gangsdruckes P0 ausgelöst werden. Aus der sich periodisch wiederholenden Zeit tdt wird dann ein Mittelwert gebildet und mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Die pe­ riodische Wiederholung und Mittelung liefert eine Steigerung der Zuverlässigkeit der Diagnose. Zur Veranschaulichung die­ ses Ausführungsbeispiels zeigt Fig. 2 zugehörige Signalver­ läufe.

Alternativ zur Wiederholung des Absaugens beim Wiedererrei­ chen einer Druckschwelle kann ein vorbestimmtes Volumen auch in festen Zeitabständen abgesaugt werden. Wiederholfrequenz und Volumen pro Absaugung sind dabei so ausgelegt, daß der mittlere abgesaugte Volumenstrom dem Leckagestrom ent­ spricht, den der Gesetzgeber gerade noch zuläßt. Wenn dann nach einer bestimmten Zeit der Druck P unterhalb einer Schwelle P0 liegt, ist das System ausreichend dicht. Dieses Ausführungsbeispiel wird durch die Fig. 4 veranschaulicht.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ergibt sich dadurch, daß beim Start des Verfahrens das Tankentlüftungs­ ventil bei geschlossenem Absperrventil solange geöffnet wird, bis ein bestimmter erster Unterdruckwert P01 erreicht ist. Nach dieser Initialisierung können die weiter vorn be­ schriebenen Ausführungsbeispiele durchgeführt werden.

Die Zeitdauer, in der der erste Unterdruckwert erreicht wird, hängt vom Füllstand des Kraftstofftanks ab. Je niedri­ ger der Füllstand ist, desto höher ist das Gasvolumen über dem flüssigen Kraftstoff und desto größer ist die Zeit, die benötigt wird, um den ersten Unterdruckwert zu erreichen. Analog dazu ruft das Absaugen einer bestimmten Gasmenge oder das Öffnen des Tankentlüftungsventils für eine bestimmte Zeitdauer umso kleinere Druckänderungen hervor, je niedriger der Füllstand ist. Dadurch kann die Zuverlässigkeit der Diagnoseaussage bei leerem Tank beeinträchtigt werden.

Zur Abhilfe ist in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung vorgesehen, die abgesaugte Gasmenge bzw. die Zeit­ dauer, für die das Tankentlüftungsventil geöffnet wird, mit abnehmenden Füllstand zu vergrößern.

Dies kann über eine Verlängerung der Zeitdauer geschehen, in der das Tankentlüftungsventil mit einem Öffnungssignal ange­ steuert wird. Bei getaktet angesteuerten Tankentlüftungsven­ tilen kann auch das Tastverhältnis des Öffnungssignals, d. h. das Verhältnis von Schließ- zu Offenphasen zugunsten der Of­ fenphase geändert werden. Beide Möglichkeiten können auch miteinander kombiniert werden. Als Maß für den Füllstand kann jedes im Fahrzeug vorliegende Füllstandssignal benutzt werden, was sowohl die bekannten mit einem Potentiometer ge­ koppelten Schwimmhebelgeber als auch Verfahren mit ein­ schließt, bei denen aus Druckänderungen bspw. als Folge ei­ ner Ansteuerung von Tankentlüftungs- und/oder Absperrventil auf den Füllstand geschlossen wird.

Bei einem Verfahren, daß beim Start der Diagnose das Tankentlüftungsventil bei geschlossenem Absperrventil solan­ ge öffnet wird, bis sich ein vorbestimmter Unterdruck als Startwert für die anschließend einzustellende Druckschwin­ gung ergibt, kann der Wert der zur Einstellung der Druckschwingungen periodisch abzusaugenden Volumina in Abhängig­ keit von der Geschwindigkeit bestimmt wird, mit der der vor­ bestimmte Unterdruck als Startwert erreicht wurde.

Die Abhängigkeit ist dann so zu wählen, daß der Wert der ab­ zusaugenden Volumina umso größer gewählt wird, je kleiner die Geschwindigkeit ist, mit der der Startwert erreicht wird.

Eine Veränderunge des Wertes der abzusaugenden Volumina kann durch eine Variation des Tastverhältnisses mit dem das Tankentlüftungsventil angesteuert wird und/oder durch eine Variation der Zeitdauer, während der das Tankentlüftungsven­ til mit einem bestimmten Tastverhältnis angesteuert wird, realisiert werden.

Anstelle des Tankentlüftungsventils kann auch ein Regeniersteuerungsmittel verwendet werden, daß wenigstens eine Unterdruckpumpe umfaßt. So kann es bspw. bei aufgelade­ nen Motoren nötig sein, eine solche Pumpe einzusetzen, um trotz des vergleichsweise hohen Saugrohrdrucks die erfin­ dungsgemäßen Verfahren durchführen zu können.

Claims (10)

1. Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer bei Verbrennungsmotoren verwende­ ten Tankentlüftungsanlage, bei der Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank über ein Speichermittel mit absperrbarer Belüftungsöffnung und ein Tankentlüftungsventil an das Saugrohr des Verbrennungsmotors weitergeleitet werden, bei dem über das Tankentlüftungsventil im Betrieb des Verbrennungsmotors bei abgesperrter Belüf­ tungsöffnung des Speichermittels eine vorbestimmte Gasmenge abgesaugt wird, oder solange Gas abgesaugt wird, bis ein vorbestimmter Unterdruck im Tanksystem er­ reicht ist, so dass sich in der Tankentlüftungsanlage eine Druckschwingung einstellt, und bei dem mindestens eine Kenngröße dieser Druckschwingung zur Beurteilung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitspanne wiederholt wird und dass die über mehrere Wiederholungen gemittelten Kenngrößen zur Beur­ teilung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage ausgewertet werden.

2. Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer bei Verbrennungsmotoren verwende­ ten Tankentlüftungsanlage, bei der Kraftstoffdämpfe aus einem Kraftstofftank über ein Speichermittel mit absperrbarer Belüftungsöffnung und ein Tankentlüftungsventil an das Saugrohr des Verbrennungsmotors weitergeleitet werden, bei dem über das Tankentlüftungsventil im Betrieb des Verbrennungsmotors bei abgesperrter Belüf­ tungsöffnung des Speichermittels eine vorbestimmte Gasmenge abgesaugt wird, oder solange Gas abgesaugt wird, bis ein vorbestimmter Unterdruck im Tanksystem er­ reicht ist, so dass sich in der Tankentlüftungsanlage eine Druckschwingung einstellt, und bei dem mindestens eine Kenngröße dieser Druckschwingung zur Beurteilung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage ausgewertet wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine periodische Druckschwingung durch periodische, direkt aufeinanderfolgen­ de Wiederholung des Verfahrens erzeugt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüf­ tungsventil (10) jeweils solange geschlossen wird, bis die durch das vorhergehende Öffnen des Tankentlüftungsventil (10) hervorgerufene Druckminderung wieder aus­ geglichen ist, und dass aus der über mehrere Perioden der Druckschwingung gemit­ telten Schließzeit des Tankentlüftungsventils (10) als Kenngröße der Druckschwin­ gung ein Maß für die Dichtheit der Tankentlüftungsanlage (6-10) gebildet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Tankentlüftungsanlage (6-10) als undicht beurteilt wird, wenn die Schließzeit des Tankentlüftungsventils (10) kleiner als ein vorbestimmter Wert ist.

5. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (10) jeweils nach Ablauf einer vorbestimmten Zeit wieder geöffnet wird, wobei die Wiederholfrequenz und das Volumen pro Absaugvorgang so vorbestimmt sind, dass der mittlere abgesaugte Volumenstrom einem Leckagestrom entspricht, der gerade noch zulässig ist, und dass die Tankentlüftungsanlage (6-10) als undicht beurteilt wird, wenn der über mehrere Perioden ermittelte Mittelwert der Druckschwingung nicht um einen vorbestimmten Mindestwert absinkt.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beim Start des Verfahrens das Tankentlüftungsventil (10) bei geschlossenem Ab­ sperrventil (9) solange geöffnet wird, dass sich ein vorbestimmter Unterdruck als Startwert für die anschließend einzustellende Druckschwingung ergibt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert, der zur Einstel­ lung der Druckschwingungen periodisch abzusaugender Volumina in Abhängigkeit von einem Druckgradienten bestimmt wird, mit dem der vorbestimmte Unterdruck als Startwert erreicht wurde.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Wert der abzusaugen­ den Volumina umso größer gewählt wird, je kleiner der Druckgradient ist, mit dem der Startwert erreicht wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Veränderung des Werts der abzusaugenden Volumina durch eine Variation des Tastverhältnisses mit dem das Tankentlüftungsventil (10) angesteuert wird und/oder durch eine Variation der Zeitdauer, während der das Tankentlüftungsventil (10) mit einem vorbestimmten Tastverhältnis angesteuert wird, realisiert wird.

10. Vorrichtung zur Durchführung der Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass anstelle des Tankentlüftungsventils (10) eine Regeneriersteuereinrichtung (4) verwendet wird, die wenigstens eine Unterdruck­ pumpe umfasst.