DE69609492T2 - System zur leckerkennung von brennstoffdämpfen - Google Patents

Description

• In gewisser Hinsicht stellt diese Erfindung eine Verbesserung des Gegenstandes einer Anmeldung dar, die vom Erfinder unter der Bezeichnung "Fuel Vapor Leak Detection System" am 04 März 1994 mit der Seriennummer 08/205 983 eingereicht wurde und nunmehr zum amerikanischen Patent 5 39.0 645 geführt hat, das am 21. Februar 1995 erteilt wurde.
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein im Fahrzeug angeordnetes System zum Detektieren des Leckens von Kraftstoffdampf aus einem Verdampfungsemissionssteuersystem eines Kraftfahrzeuges.
• Die vorstehend genannte Patentanmeldung betrifft ein Leckdetektionssystem, bei dem ein Durchflußdifferenzmeßprinzip zum Detektieren des Leckens von Kraftstoffdampf aus dem Verdampfungsemissionssystem eines Kraftfahrzeuges während eines Leckagetests Verwendung findet, bei dem das Behälterablaßsolenoidventil (CPS) geschlossen und dann derjenige Abschnitt des Verdampfungsemissionssystems unter Druck gesetzt wird, der sich aufstromseitig des CPS-Ventils relativ zum Motor befindet. Einer der signifikanten Vorteile dieses Leckdetektionssystems besteht darin, daß es weniger kompliziert und somit wirtschaftlicher und zuverlässiger ist als Systeme des Standes der Technik, die nicht vom Durchflußdifferenzmeßprinzip Gebrauch machen.
• Obwohl die vorliegende Erfindung auch ein derartiges Durchflußdifferenzmeßprinzip nutzt, macht sie dies in einer neuartigen und einzigartigen Weise, die von bestimmten variablen Größen, wie beispielsweise der Umgebungstemperatur, dem Druck, dem Ansaugkrümmerunterdruck oder der Versorgungsspannung, weniger beeinflußt wird. Daher besitzt ein Leckdetektionssystem, das die Prinzipien der vorliegenden Erfindung verkörpert, Potential für eine verbesserte Genauigkeit und für eine Vermeidung von falschen Ergebnissen, die sonst aufgrund von derartigen variablen Größen auftreten könnten. Genauer gesagt ist das erfindungsgemäße Leckdetektionssystem in der Lage, die Auswirkungen von drei externen variablen Größen zu beseitigen, indem es den Leckagestrom mit einer bekannten geeichten Bezugsleckage vergleicht. Das erfindungsgemäße Leckdetektionssystem eliminiert ferner den Bedarf nach einem relativ teuren Druckumformer, der bei solchen Systemen des Standes der Technik zum Detektieren eines Druckabfalls Verwendung findet, die nicht vom Durchflußdifferenzmeßprinzip Gebrauch machen. Das erfindungsgemäße System benötigt ferner kein Behälterentlüftungsventil, das bei derartigen Systemen des Standes der Technik Verwendung findet.
• Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft die physikalische Integration von bestimmten Komponenten des Leckdetektionssystems mit einem Kraftstoffdampfsammelbehälter. Dieser Aspekt sorgt für eine bessere Raumausnutzung (d. h. eine größere Kompaktheit), so daß bei Installation des integrierten Behälter/Systems in einem Kraftfahrzeug ein geringerer Raum benötigt wird. Diese Raumersparnisse sind besonders wichtig für viele Kraftfahrzeughersteller, die Kraftfahrzeuge erstellen müssen, die sowohl den anwendbaren Verdampfungsemissionsgesetzen und Regulierungen als auch den anwendbaren Gesetzen und Regulierungen in bezug auf eine Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs gerecht werden. Eine derartige Integration bringt den weiteren Vorteil mit sich, daß weniger Anschlüsse von Komponenten bei der Montage des Kraftfahrzeuges erforderlich sind. Dies bringt die Möglichkeit einer Kostenersparnis bei der Installation mit sich und sorgt zur gleichen Zeit für eine verbesserte Zuverlässigkeit bei der Installation.
• Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht darin, daß ein Kraftstoffdampfleckdetektionstest unabhängig davon, ob der Motor läuft oder nicht läuft, durchgeführt werden kann.
• Die vorstehend beschriebenen Merkmale zusammen mit weiteren Merkmalen und Vorteilen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung und den Patentansprüchen deutlich, die von Zeichnungen begleitet werden. Diese Zeichnungen betreffen eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß der besten Art und Weise, die gegenwärtig zur Ausführung der Erfindung vorgeschlagen wird.
• Von den Zeichnungen zeigt Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Kraftstoffdampfleckdetektionssystems, das Prinzipien der Erfindung verkörpert.
• Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Anwendungsfall der erfindungsgemäßen Prinzipien bei einem Kraftfahrzeug, das von einer Brennkraftmaschine 10 angetrieben wird, die über eine elektronische Motorsteuerung 12 gesteuert wird. Das Fahrzeug umfaßt einen Kraftstofftank 14 zum Lagern eines flüchtigen Kraftstoffs, wie beispielsweise von Benzin, der verdampft und in der Brennkammer des Motors verbrannt wird.
• Das zugehörige Verdampfungsemissionssteuersystem ist allgemein mit dem Bezugszeichen 16 versehen und umfaßt: das übliche Behälterablaßsolenoidventil (CPS) 18 mit einer Einlaßöffnung 18i und einer Auslaßöffnung 18o sowie einen Dampfsammelbehälter (manchmal als Aktivkohlebehälter bezeichnet) 20 mit einer Tanköffnung 20t, einer Entlüftungsöffnung 20v und einer Ablaßöffnung 20p.
• Das Leckdetektionssystem, das Prinzipien der Erfindung verkörpert, ist allgemein bei 22 gezeigt und umfaßt eine Druckquelle 24 in der Form einer Vorrichtung (vorzugsweise elektrisch betätigt, jedoch alternativ auf mechanische Weise betätigbar), die, wenn sie während eines Tests in Betrieb ist, in der Lage ist, den getesteten Verdampfungsemissionsraum unter Druck zu setzen, und die, wenn sie nicht in Betrieb ist, für eine Entlüftung der Behälterentlüftungsöffnung zur Atmosphäre sorgt. Ein Beispiel einer derartigen Vorrichtung 24 ist eine von einem Elektromotor angetriebene Flügelradpumpe mit einem Einlaß 241 und einem Auslaß 24q.
• Das Leckdetektionssystem 22 umfaßt ferner eine serielle Strömungsbahn mit einem ersten Durchflußmesser 26, einem zweiten Durchflußmesser 28 und einer kalibrierten Öffnung 30 in dieser Reihenfolge. Die Durchflußmesser 26, 28 bilden zusammen mit einem Differenzverstärker 32 einen Durchflußdifferenzsensor zum Abtasten der Differenz des Durchflusses durch die entsprechenden Durchflußmesser. Eine beispielhafte Vorrichtung, die für jeden Durchflußmesser verwendet werden kann, ist ein Thermistor, wobei die beiden Thermistoren in einer elektrischen Schaltung enthalten sind, die an entsprechende Eingänge 32a, 32b des Differenzverstärkers 32 geschaltet sind. Der Verstärker erfaßt die Differenz zwischen den beiden Durchflüssen durch die entsprechenden Durchflußmesser und stellt an seinem Ausgang 32c ein Ausgangssignal zur Verfügung, das die Durchflußdifferenz anzeigt. Dieses Ausgangssignal wird der Motorsteuerung 12 zugeführt, bei der es sich um einen herkömmlichen Prozessor handelt, der so programmiert ist, daß er einen Leckdetek tionstest durchführt, zusätzlich zum Steuern von anderen Motorfunktionen, einschließlich der Möglichkeit der Durchführung von anderen Diagnosetests.
• Die Behältertanköffnung 20t ist mit dem Kopfraum des Tanks 14 über eine Leitung 34 verbunden. Die Ablaßöffnung 20p steht mit der Einlaßöffnung 18i des CPS-Ventils 18 über eine Leitung 36 in Verbindung. Die Entlüftungsöffnung 20v ist mit dem Leckdetektionssystem 22 über eine Leitung 38 verbunden, die einen Zweigkreis bildet, der T-förmig in die vorstehend erwähnte serielle Strömungsbahn an einer Stelle zwischen den beiden Durchflußmessern mündet. Die Auslaßöffnung 18o des CPS-Ventils 18 steht mit dem Ansaugkrümmerunterdruck in Verbindung, der erzeugt wird, wenn der Motor 10 läuft.
• Wenn kein Lecktest durchgeführt werden soll, wird das CPS- Ventil 18 von der Motorsteuerung 12 so betätigt, daß es periodisch den im Behälter 20 gespeicherten Dampf zum Motor abläßt. Das exakte Schema für dieses Ablassen wird durch die Anforderungen des Kraftfahrzeugherstellers gesteuert.
• Wenn ein Leckdetektionstest am Verdampfungsemissionssteuersystem durchgeführt werden soll, wird das CPS-Ventil 18 von der Steuerung 12 geschlossen, und die Druckquelle 24 wird betätigt, um mit dem Einziehen von Außenluft durch ein Filter 40 und mit dem Unterdrucksetzen von demjenigen Abschnitt des Verdampfungsemissionsraumes zu beginnen, der den Tank 14, die Leitung 34, den Behälter 20, die Leitung 38 und die Leitung 36 bis zum geschlossenen CPS-Ventil hin umfaßt. Natürlich muß sich die Kappe des Einfüllstutzens des Kraftfahrzeugtanks an Ort und Stelle befinden, um den Einfüllstutzen zu schließen.
• Die von den beiden Durchflußmessern 26, 28 und der kali brierten Öffnung 30 gebildete serielle Strömungsbahn führt den gesamten Durchfluß oder einen Teil desselben von der Druckquelle 24 über den Filter 40 zur Atmosphäre zurück. Wenn die Druckquelle 24 lange genug in Betrieb gewesen ist, um den Druck innerhalb des getesteten Verdampfungsemissionsraumes relativ zur Atmosphäre auf einen vorgegebenen positiven Druck aufzubauen, führt ein kein Leck aufweisender Verdampfungsemissionsraum, wie vorstehend definiert, zu keinem Durchfluß durch die Zweigleitung 38, während der gesamte Durchfluß von der Vorrichtung 24 die serielle Strömungsbahn passiert, die aus den beiden Durchflußmessern und der kalibrierten Öffnung besteht. Unter dieser Bedingung wird der Differenzverstärker 32 mit gleichen Signalen beaufschlagt, so daß vom Verstärker ein Signal, das keine Leckage anzeigt, zum Speichern meinem Speicher der Steuerung 12 abgegeben wird.
• Wenn andererseits eine gewisse Leckage vom definierten Verdampfungsemissionsraum ausgeht, wenn die Druckquelle lange genug in Betrieb war, um den Druck auf einen gewünschten vorgegebenen positiven Druck relativ zur Atmosphäre aufzubauen, passiert ein Teil des Durchflusses von der Vorrichtung 24 die Zweigleitung 38, nachdem er den Durchflußmesser 26 in Begleitung des restlichen Teils passiert hat, der vorrückt, um den Durchflußmesser 28 und die Öffnung 30 zu passieren. Da der Durchfluß durch den Durchflußmesser 28 und die Öffnung 30 nunmehr geringer ist als der Durchfluß durch den Durchflußmesser 26, wird eine Differenz in den Eingangssignalen vom Differenzverstärker 32 detektiert, und ein entsprechendes Lecksignal wird der Steuerung 12 zugeführt, um dieses in ihrem Speicher zu speichern. Wenn das Signal größer ist als ein vorgegebener Wert, wird das Vorhandensein eines nicht akzeptierbaren Lecks angezeigt. Ein kleineres Signal zeigt die Abwesenheit eines nicht akzeptierbaren Lecks an.
• Die gestrichelte Linie, die das Leckdetektionssystem 22 in Fig. 1 umgibt, soll zeigen, daß die verschiedenen Komponenten innerhalb ihrer Grenzen eine Einheit bilden können, die direkt auf der Oberseite des Behälters 20 montiert ist. Eine derartige physikalische Integration von Komponenten sorgt für eine größere Kompaktheit eines Behälter/Leckdetektionssystems und erfordert weniger Anschlüsse von Komponenten bei der Kraftfahrzeugmontage, wodurch die Möglichkeit von Kosteneinsparungen bei der Installation und gleichzeitig die Möglichkeit einer verbesserten Installationszuverlässigkeit gegeben ist.
• Während vorstehend eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich, daß die Prinzipien der Erfindung auch auf andere äquivalente Art und Weisen innerhalb des Umfangs der nachfolgenden Patentansprüche verwirklicht werden können.

Claims (9)

1. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem (22) zur Verwendung in einem motorbetriebenen Kraftfahrzeug mit einem Verdampfungsemissionssteuersystem (16), das einen Kraftstoffdampfsammelbehälter (20) mit einem Behälterablaßventil (18) aufweist, und einem Kraftstofftank (14) zum Lagern von flüchtigem Kraftstoff, der in einer Brennkammer eines Motors (10) verbrannt wird, welcher dem Kraftstoffdampfsammelbehälter (20) zugeordnet ist, der verflüchtigten Kraftstoff vom Tank (14) sammelt, wobei das Behälterablaßventil (18) periodisch betätigt wird, um angesammelten Dampf vom Behälter (20) zum Motor (10) abzulassen, und das Leckdetektionssystem (22) dem Verdampfungsemissionssteuersystem (16) zugeordnet ist, um ein Lecken von dem Abschnitt des Verdampfungsemissionssteuersystem (16) zu detektieren, der aufstromseitig eines Einlasses des Behälterablaßventils (18) relativ zum Motor (10) angeordnet ist, und wobei das Leckdetektionssystem Einrichtungen (24) zum Unterdrucksetzen mit einem Einlaß (24i), an dem eine Quelle eines gasförmigen Mediums zur Verfügung steht, um von den Einrichtungen (24) unter Druck gesetzt zu werden, und einem Auslaß (240), an dem ein unter einen positiven Druck gesetztes Medium zur Zuführung in den Abschnitt des Verdampfungs emissionssteuersystems zur Verfügung gestellt wird, aufweist,

gekennzeichnet durch eine serielle Strömungsbahn vom Auslaß (240) der Einrichtungen (24) zum Unterdrucksetzen zurück zur Quelle des gasförmigen Mediums, wobei die serielle Strömungsbahn einen ersten Durchflußmesser (26) zum Messen des gesamten Durchflusses vom Auslaß (240) der Einrichtungen (24) zum Unterdrucksetzen, und einen zweiten Durchflußmesser (28) zum Messen des Durchflusses durch einen Abschnitt der seriellen Strömungsbahn, der sich abstromseitig des ersten Durchflußmessers (26) und einer kalibrierten Öffnungseinrichtung (30) befindet, die ebenfalls in dem Abschnitt der seriellen Strömungsbahn angeordnet ist, der abstromseitig des zweiten Durchflußmessers (28) vorgesehen ist, umfaßt,

eine Zweigströmungsbahn (38), die zu dem Abschnitt des Verdampfungsemissionssteuersystems (16) von der seriellen Strömungsbahn an einer Stelle in der seriellen Strömungsbahn abzweigt, die zwischen dem ersten Durchflußmesser (26) und dem zweiten Durchflußmesser (28) liegt, und

Einrichtungen (32) zum Erfassen einer Differenz zwischen dem vom ersten Durchflußmesser (26) und dem vom zweiten Durchflußmesser (28) gemessenen Durchfluß.

2. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem (22) nach Anspruch 1, bei dem die Einrichtungen zum Unterdrucksetzen eine elektrisch betätigte Flügelradpumpe (24) aufweisen.

3. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach Anspruch 2, bei dem die elektrisch betätigte Flügelradpumpe (24) physikalisch am Behälter (20) montiert ist.

4. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die elektrisch betätigte Flügelradpumpe, wenn sie nicht in Betrieb ist, dazu dient, eine Entlüftung vom Verdampfungsemissionssteuersystem (16) zur Quelle des gasförmigen Mediums durchzuführen.

5. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach Anspruch 4, bei dem die elektrisch betätigte Flügelradpumpe (24), wenn sie nicht in Betrieb ist, dazu dient, eine Entlüftung vom ersten Durchflußmesser (26) zur Quelle des gasförmigen Mediums durchzuführen.

6. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach Anspruch 2, 3, 4 oder 5 mit einem Filter (40), durch den die elektrisch betriebene Flügelradpumpe (24), wenn sie nicht in Betrieb ist, eine Entlüftung vom Verdampfungsemissionssteuersystem (16) mit Hilfe des ersten Durchflußmessers (26) zur Quelle des gasförmigen Mediums vorsieht.

7. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Quelle des gasförmigen Mediums atmosphärische Luft ist.

8. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach Anspruch 1 mit einem Filter (40), durch den die Einrichtungen (24) zum Unterdrucksetzen, wenn sie nicht in Betrieb sind, eine Entlüftung vom Verdampfungsemissionssteuersystem (16) zur Quelle des gasförmigen Mediums vorsehen.

9. Kraftstoffdampfleckdetektionssystem nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei dem die Einrichtungen (32) zur Erfassung einer Differenz zwischen dem vom ersten Durchflußmesser (26) und dem vom zweiten Durchflußmesser (28) gemessenen Durchfluß einen Differenzverstärker umfassen.