CH685133A5

CH685133A5 - Vorrichtung und Verfahren zum automatischen Prüfen von Steuerungssystemen für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen.

Info

Publication number: CH685133A5
Application number: CH327/93A
Authority: CH
Inventors: John N Rogers; George Timmerman
Original assignee: Environmental Syst Prod
Priority date: 1992-02-20
Filing date: 1993-02-03
Publication date: 1995-03-31
Also published as: CA2088030C; US5239858A; DE4301230C2; MX9300897A; DE4301230A1; CA2088030A1; JPH0642416A

Description

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Beschreibung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung, gemäss Patentanspruch 1 und auf ein Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung gemäss Anspruch 6.

Das Prüfen der funktionellen Systeme von Automobilen, Lastkraftwagen und dergleichen ist ausserordentlich hochentwickelt, so dass detaillierte Tests durchgeführt werden, welche sicherstellen, dass sowohl die Bauteile eines Automobiles vom mechanischen und elektromechanischen Standpunkt aus richtig arbeiten, als dass auch das Systemverhalten in Einklang mit vorgeschriebenen Richtlinien ist, egal ob diese auf Bundes-, Staats- oder kommunaler Ebene erlassen worden sind. Die amerikanische Bundesumweltschutzbehörde (Federai Environmental Protection Administration, EPA) hat z.B. umfangreiche Bestimmungen zur Begrenzung der Emissionen von Motorfahrzeugen erlassen. Typischerweise kann von einem Prüftechniker eine ganze Reihe von Tests unter Verwendung eines computergesteuerten Analysesystems mit Schnittstelle durchgeführt werden, welches im wesentlichen eine Echtzeitbewertung der zu prüfenden Parameter bereitstellt.

Ein Gebiet, auf welchem die Prüftechnologie hinterherhinkt, ist die Analyse des Systems und der Bauteile, die zur Steuerung der Treibstoffverdunstung aus dem Treibstofftank und der verbundenen Leitungen in die Atmosphäre verwendet werden. Ein derartiger Verlust von Treibstoff ist sowohl verschwenderisch als auch umweltunverträglich, da der verdunstete Treibstoff zusätzlich zur Erzeugung möglicher gefährlicher Situationen zur ungewollten Verschmutzung mit Kohlenwasserstoffen beiträgt. Deshalb hat die EPA Richtlinien erlassen, dass Steuerungssysteme für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen auf sauberen Betrieb hin untersucht werden müssen.

Diese Untersuchungen wurden typischerweise von Hand ohne die Vorteile automatisierter Prüfverfahren durchgeführt, welche die Untersuchung vereinfachen und ein zuverlässigeres und reproduzierbares Ergebnis bereitstellen würden.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zum Prüfen der Gesamtheit des Treibstoffverdunstungssystems eines Fahrzeugs bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren bereitzustellen, welches in automatisierter und nicht störender Art und Weise durchgeführt werden kann.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren bereitzustellen, die in bestehenden Prüfsystemen und Prüfroutinen eingesetzt werden können.

Ebenfalls ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren bereitzustellen, welche qualitative und quantitative Messungen in Bezug auf den Betrieb des Steuerungssystems für die Treibstoffverdunstung ermöglichen.

Erfindungsgemäss wird diese Aufgabe durch die

Merkmale des Anspruchs 1 bzw. Anspruchs 6 gelöst.

In Übereinstimmung mit den oben genannten und weiteren Zwecken und Merkmalen, umfasst die Methode der vorliegenden Erfindung das Befüllen des Treibstoffsystems mit einem geeigneten, nicht reagierenden Gas, ein Inertgas wie z.B. Helium. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Beladen des Systems fortgeführt, bis die Luft aus dem Treibstoffsystem vollständig entleert und durch das Inertgas ersetzt worden ist. Es kann dann ein Test zur Bestätigung der Unversehrtheit des Verdun-stungssammelkanisters des Steuerungssystems durchgeführt werden. Der Motor wird dann angelassen und zu diesem Zeitpunkt können dann andere, typischerweise automatisierte Tests in Bezug auf den Motorenbereich durchgeführt werden. Während dieser Testzeit oder falls erwünscht, unabhängig davon, wird der Auspuff des Fahrzeuges auf die Gegenwart von Inertgas überwacht.

insbesondere können die Motorbetriebsbedingungen, wie z.B. Belastung, Drehzahl oder dergleichen während des Überwachungsvorgangs variiert werden, um den sauberen Betrieb des Kanisterent-leerungsventiles zu bestätigen. Die Gegenwart von Inertgas im Auspuff kann dazu verwendet werden, die Unversehrtheit der Leitungen in dem Steuersystem für Treibstoffverdunstung und den sauberen Betrieb der anderen Komponenten des Systems zu bestätigen. Unter Verwendung einer quantitativen Messvorrichtung am Auspuff, die mit einer überwachten Einspritzung des Gases gekoppelt ist, wird die Menge des Gases, welches das System durch den Auspuff verlässt, mit derjenigen verglichen, die hineingelangt. Wenn das gewählte Gas nicht reagierend ist, spiegelt die Mengendifferenz die Systemverluste wider, so dass eine quantitative Messung derartiger Verluste durchgeführt werden kann. Derartige Analysen können gleichzeitig mit anderen automatisierten Emissionstests durchgeführt werden, um eine vollautomatisierte und vollständige Analyse des Betriebs des Fahrzeugsystems bereitzustellen.

Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Eigenschaften und Merkmale erhält man durch Beachtung der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, jedoch lediglich illustrativen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Fig. 1A und 1B, welche ein schematisches Diagramm der Vorrichtung zur Durchführung der vorliegenden Erfindung darstellt und die das dazugehörige Verfahren weiter erläutert.

Wie in den Figuren gezeigt, umfasst das Treibstoffverdunstungssystem eines typischen Automobils einen Treibstofftank 10 mit im wesentlichen üblichen Eigenschaften, der eine Einlassleitung 12 aufweist, der durch einen geeigneten, entfernbaren Tankverschlussdeckel oder -stopfen (nicht dargestellt) verschlossen werden kann. Da Benzin oder andere Kohlenwasserstofftreibstoffe flüchtig sind, füllt sich der Raum oberhalb des in dem Treibstofftank 10 befindlichen Treibstoffes sofort mit Treibstoffdämpfen, deren Menge von dem Treibstoff, der Temperatur und dem Umgebungsdruck abhängt.

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Wenn beispielsweise die Temperatur steigt, steigt auch die Menge und die Rate der Verdunstung, wodurch der Partialdruck des verdunsteten Treibstoffes in dem Tank steigt. Um zu vermeiden, dass sich ein übermässiger Druck aufbaut, ist der Tankverschlussdeckel typischerweise mit einem Überdruckventil ausgestattet, welches es ermöglicht, dass der Tank in die Atmosphäre entlüftet wird, falls der Druck in dem Tank einen voreingestellten Wert übersteigt. Durch diese Entlüftung wird der Druck auf einen sicheren Wert abgesenkt, jedoch werden die Treibstoffdämpfe unmittelbar in die Atmosphäre abgelassen.

Um ein derartiges Entlüften zu begrenzen, ist der Treibstofftank 10 zusätzlich zu einer (nicht dargestellten) Treibstoffleitung, die zum Entzug von Treibstoff für die Verbrennung in den Zylindern ausgelegt ist, mit einer zweiten typischerweise am Kopf des Tankes angeordneten Leitung 14 ausgerüstet, die zu dem Dunstsammeikanister 16 führt. Dieser Kanister 16 ist mit einem Adsorbens 18, typischerweise Aktivkohle, versehen, welches die Treibstoffdämpfe adsorbiert. Der Dunstsammeikanister 16 kann mit einem gelochten Boden oder mit einer anderen Entlüftungseinrichtung hergestellt sein, auf welchem das Adsorbens aufliegt, welches bei Expansion die Entlüftung von Luft (im Gegensatz zu Treibstoffdämpfen) aus dem Treibstofftank in die Atmosphäre zulässt und welches weiterhin zulässt, dass die umgebende Luft in den Dunstsammelkani-ster 16 hineingesaugt wird, wie dies im folgenden beschrieben wird. Das Ausströmen von Treibstoffdämpfen durch den gelochten Boden 20 wird durch das Adsorbens 18, mit welchem die Dämpfe in Kontakt kommen und an welchem sie in den Kanister adsorbiert werden, verhindert. Wenn also der Druck in dem Tank steigt, wird dieser durch die Entlüftung der in dem Treibstofftank befindlichen Luft in die Atmosphäre gesteuert, wogegen die Treibstoffdämpfe am Entweichen gehindert werden. Durch diesen Vorgang wird typischerweise die Betätigung des Überdruckventils des Tankverschlussdeckels überflüssig.

Der Dunstsammeikanister 16 ist mit der Einlassleitung 22 des Motors durch die Entleerungsleitung 24 verbunden, die mit dem Dunstsammeikanister 16 typischerweise durch ein Entleerungsventil 26 verbunden ist. Dieses Ventil 26 wird typischerweise von einem Vakuum, welches durch den Betrieb des Motors erzeugt wird, gesteuert, so dass es nicht geöffnet wird, bis der Motor läuft. Zu diesem Zweck ist das Entleerungsventil 26 an eine Unterdruckquelle 27 angeschlossen und wird von dieser geschaltet.

Das Entleerungsventil 26 kann weiterhin so ausgelegt sein, dass es sich bei einem bestimmten Unterdruck öffnet, der mit dem Motor zusammenhängt, wenn dieser eine voreingestellte Geschwindigkeit erreicht. Alternativ kann das Ventil unabhängig angetrieben und vom Bord-Computersystem des Fahrzeuges gesteuert werden.

Wenn sich das Entleerungsventil 26 öffnet, ist der Druckabfall entlang der Einlassleitung 22, der aufgrund des Luftstroms zu dem Motor entsteht, ausreichend, um den Inhalt des Dunstsammeikanisters 16 durch das Entleerungsventil 26 und die Entleerungsleitung 24 in die Einlassleitung 22 zu saugen, wo er sich mit der in der Leitung befindlichen Frischluft vermischt. Frischluft kann in den Dunstsammeikanister 16 durch den gelochten Boden 20 gesaugt werden und sich dort mit den adsorbierten Gasdämpfen mischen, die herausgesaugt werden. Die vermischten Gase in der Einlassleitung 22 treten in den Motoreinlasskrümmer 36 ein und werden dem Motor 38 zum Vermischen mit Treibstoff zum Verbrennen zugeführt.

Die ausgestossenen Gase des Verbrennungsprozesses werden in einem Auslass- oder Auspuffkrümmer 40 gesammelt, durch einen Katalysator 42 geleitet und dann durch eine Auspuffleitung 44 in die Atmosphäre entlassen. Auf diese Art und Weise werden die Benzindämpfe verwertet, anstatt dass diese verloren gehen und in die Atmosphäre entlüftet werden.

Die vorliegende Erfindung umfasst Einrichtungen, um dieses Treibstoffsystem in einer nicht-reagieren-den, umweltverträglichen Art und Weise unter Druck zu setzen. Dazu wird ein geeignetes Gas wie z.B. Helium in der Art in das Treibstoffsystem eingebracht, dass es die darin enthaltene Luft ersetzt. Eine unter Druck stehende Inertgasquelle 28 mit Druckregler 30 und Durchflussmesser 32 ist mit der Einlassleitung 12 durch einen Verschluss 34 verbunden, der mit dem auf der Einlassleitung sitzenden Tankverschluss kompatibel ist, um eine gasdichte Verbindung mit diesem herzustellen. Während die vorliegende Offenbarung die Verwendung des Edelgases Helium als Inertgas vorschlägt, ist zu bemerken, dass auch andere Gase oder Gasgemische anstelle von Helium verwendet werden können, solange sie nicht mit Benzin reagieren und nicht an dem Adsorbens 18 im Dunstsammelkani-ster 16 adsorbiert werden. Ebenso dürfen diese während der Verbrennung des Treibstoff-Luft-Gemi-sches in den Motorenzylindern nicht reagieren, und nicht durch den Durchgang durch den Katalysator 42 beeinflusst werden. Es wird erwartet, dass zumindest andere Edelgase für die erfindungsgemäs-se Verwendung ebenfalls geeignet sind.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfasst das Einleiten von Helium in den Treibstofftank, in welchem es sich mit der darin befindlichen Luft mischt und von dort in den Dunstsammelkani-ster 16 strömt. Da das Entleerungsventil 26 jetzt geschlossen ist, wird der Druck, der in dem Treibstofftank und den angeschlossenen Leitungen durch das Einleiten des Heliums aufgebaut und durch den gelochten Boden 20 des Dunstsammeikanisters 16 entlüftet. Ein Fühler 35 von bekannter Bauart kann in der Nähe des gelochten Bodens 20 angeordnet werden, um den Ausfluss des Heliums zu erfassen und somit zu bestätigen, dass der Dunstsammeikanister 16 richtig mit dem Treibstoffsystem verbunden und dessen Ein- und Auslässe nicht blockiert sind. Das Einleiten von Helium kann noch für eine ausreichende Dauer fortgeführt werden, um die Luft vollständig aus dem Treibstoffsystem zu entleeren.

Nachdem die Unversehrtheit des Dunstsammeikanisters 16 bestätigt ist, kann der Motor des Autos

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gestartet werden. Zu diesem Zeitpunkt kann ein Prüftechniker andere Tests wie z.B. Motor- und Abgastests unter Verwendung bekannter Verfahren und Technologien durchführen.

Wenn der Motor läuft, öffnet sich das Entleerungsventil 26 und saugt den Inhalt des Dunstsammeikanisters 16 in die Einlassleitung 22 und anschliessend in den Motoreinlasskrümmer 36 des Motors. Der Druck und die Durchflussrate der Inertgasquelle 28 kann durch den Druckregler 30 in Verbindung mit der Überwachung des Fühlers 35 eingestellt werden, um sicherzustellen, dass der Fluss des Inhalts des Dunstsammeikanisters 16 zum Motor gleich oder höher ist als das Einleiten von Helium in das System, so dass kein weiterer Heliumverlust durch den Boden 20 des Kanisters in die Atmosphäre erfolgt. Es wird festgestellt, dass die Überwachung des Fühlers 35 zusammen mit der Steuerung der Durchflussrate des Heliums durch die Testvorrichtung in automatisierter Art und Weise unter Verwendung bekannter Techniken durchgeführt werden kann.

Weil das Helium oder ein anderes gewähltes Gas inert und in dem, in dem Motor ablaufenden Prozess nicht reagiert, strömt es ohne Veränderung durch den Motoreinlasskrümmer 36, den Motor 38, den Auspuffkrümmer 40 und den Katalysator 42. Daher ist die Menge des Heliums, welches in das System durch die Einlassleitung 12 eintritt, gleich der Menge des Heliums, welches durch die Auspuffleitung 44 austritt. Jeder Massenverlust offenbart ein Leck in dem System, wobei das Ausmass des Verlustes die Grösse des Lecks anzeigt.

Dementsprechend können in der vorliegenden Erfindung verschiedene Probenahmetechniken verwendet werden, von denen jede an der Auspuffleitung 44 durchgeführt werden kann. In einer ersten Ausführungsform sind qualitative Probenahmeeinrichtungen 46 bekannter Art vorgesehen, wobei durch die Anwesenheit von Helium im Auspuff die Unversehrtheit der Dunstleitungen in der Treibstoffverdunstungssteuerung festgestellt und bestätigt werden kann, dass der Kanister entleert worden ist. Der Zeitpunkt der ersten Anwesenheit von Helium in dem Auspuff, während die Drehzahl des Motors variiert wird, kann dazu verwendet werden festzustellen, ob das Entleerungsventil 26 mit der richtigen Geschwindigkeit arbeitet. In derartigen Tests muss nur ein Teil des Auspuffes geprüft werden.

In einer zweiten Ausführungsform wird der gesamte Auspuff oder ein exakt bestimmter Abschnitt des Auspuffs durch eine volumetrische Rückgewinnungseinrichtung 48 erfasst. Die Konzentration des Heliums in dem Auspuff wird durch einen quantitativen Analysator 50 gemessen, wodurch der Mengenfluss des Heliums aus dem Auspuff bestimmt werden kann. Dieser Wert wird verglichen mit dem Heliumfluss in den Treibstofftank, wodurch eine quantitative Messung eines möglicherweise vorhandenen Lecks durchgeführt werden kann. Alternativ kann, wenn der Motor in einem stabilen Betriebszustand läuft, wenn also der Massenfluss pro Zeiteinheit konstant ist, eine Probe eines kontrollierten Volumens über eine kontrollierte Zeit genommen und mit dem Einlassfluss über eine entsprechende Zeit zum Zwecke der Leckanalyse verglichen werden.

Durch die Verwendung einer bekannten automatisierten Probenerfassungs- und Analysentechnik können das Durchflussprobensystem und das Messsystem an alle bekannten Motordiagnosesysteme und Computer angeschlossen werden. Dadurch kann der Probenahmevorgang automatisiert und nebeneinander mit anderen Tests des Automobils durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Prüfen eines Steuerungssystems für die Treibstoffverdunstung bei einem Fahrzeug, welches Fahrzeug mit einem Motor (38), einem Treibstofftank (10), mit einem Dunstsammeikanister (16) für verdunsteten Treibstoff, mit einem Entleerungsventil (26) für die Entleerung des Dunstsammeikanisters (16) und einer Auspuffleitung (44) ausgerüstet ist, wobei die Vorrichtung eine Inertgasquelle (28), Einrichtungen zum Verbinden der Inertgasquelle (28) mit dem zu prüfenden Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27), Einrichtungen zum Überwachen des Flusses des Inertgases in das Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27), Einrichtungen zum Bestimmen der Unversehrtheit des Dunstsammeikanisters (16) durch Bestimmung seines Ausflusses, sowie Einrichtungen zur Bestimmung der Anwesentheit des Inertgases in der Auspuffleitung (44) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Inertgas Helium ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung zum Überwachen des Inertgasflusses, Einrichtungen zum Bestimmen der Menge des in das Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27) eintretenden Inertgases umfasst und wobei die Einrichtungen zur Bestimmung der Anwesenheit des Inertgases in der Auspuffleitung (44) Einrichtungen zum Bestimmen der Menge des die Auspuffleitung (44) passierenden Inertgases umfasst.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, zur Bestimmung des Ausmasses eines Lecks im Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27), welche Einrichtungen zum Vergleichen der Menge des in das Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27) gelangenden Inertgases mit der Menge des Inertgases, welches die Auspuffleitung (44) passiert umfasst.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Einrichtungen zum Verbinden der Inertgasquelle (28) mit dem zu prüfenden Steuerungssystem zur Bestimmung des Ausmasses eines Lecks im Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27) ein Verbindungsstück umfassen, welches derart ausgebildet ist, dass es den Einlass für das Inertgas durch den Treibstoffeinlass für den Treibstofftank bildet.

6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, welches die folgenden Schritte umfasst:

i) Verbinden des Steuerungssystemes zur Bestimmung des Ausmasses eines Lecks im Steuerungssystem (14, 16, 24, 26, 27) für die Treib-

stoffverdunstung mit einer Inertgasquelle (28) und

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Einleiten des Inertgases in dieses System, während der Fahrzeugmotor ausgeschaltet ist;

ii) Überwachung des Dunstsammeikanisters (16) auf die Anwesenheit von Inertgas in diesem;

iii) Starten des Fahrzeugmotors und Laufenlassen des Motors in einer Weise, die das Öffnen des Entleerungsventiles (26) für die Kanisterentleerung erlaubt; und iv) Überwachen des Auspuffes des Fahrzeuges auf die Anwesenheit von Inertgas in diesem.

7. Verfahren nach Anspruch 6, in welchem der Schritt der Überwachung des Auspuffes das Vergleichen der Menge des Inertgases, welches den Auspuff verlässt, mit der Menge des in das System eintretenden Inertgases, wodurch das Leck des Systems bestimmt werden kann, umfasst.

8. Verfahren nach Anspruch 6, in welchem der Schritt des Startens und Laufenlassens des Motors das Variieren der Betriebsbedingungen des Motors und in welchem der Schritt der Überwachung des Auspuffes den Schritt der gleichzeitigen Überwachung der Motordrehzahl, wodurch die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Entleerungsventil (26) öffnet, bestimmt werden kann, umfasst.

9. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 1, welches die folgenden Schritte umfasst:

i) Verbinden des Steuerungssystems (14, 16, 24, 26, 27) für die Treibstoffverdunstung mit der Inertgasquelle (28) und Einleiten des Inertgases in dieses System; und ii) Laufenlassen des Fahrzeugmotors während der Überwachung des Auspuffs auf die Anwesenheit von Inertgas.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Überwachungsschritt das Variieren der Betriebsparameter des Motors und das Bestimmen des Verhältnisses zwischen den Parametern und der Anwesenheit des Inertgases in dem Auspuff umfasst.

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