DE10028156A1

DE10028156A1 - Kraftstoffanlagen-Leckerkennung

Info

Publication number: DE10028156A1
Application number: DE10028156A
Authority: DE
Inventors: William John Corkill
Original assignee: Jaguar Cars Ltd
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 1999-07-06
Filing date: 2000-06-07
Publication date: 2001-01-18
Also published as: GB0016166D0; US6283098B1; GB2354330A; GB2354330B

Abstract

Eine Fahrzeugkraftstoffanlage weist eine fahrzeuginterne Diagnostik für eine Leckprüfung mit Korrektur für verschiedene Betriebsbedingungen auf. Eine elektronische Steuereinheit (ECU) ist zur Durchführung eines regelmäßigen zweiteiligen Lecktests bei laufendem Motor angeordnet. Teil A umfasst das Luftleermachen des Kraftstofftanks, das Überwachen des Rückströmens und das Aufzeichnen des Druckanstiegs dP_A über einen vorbestimmten Zeitraum A nach Anstieg des Drucks auf einen vorbestimmten Wert p2. Teil B umfasst das Messen des Betrags dP_B, um den der Druck in dem Tank aufgrund der Erzeugung von Dämpfen über einen vorbestimmten Zeitraum B nach Entlüften und Schließen der Kraftstoffanlage über den Atmosphärendruck steigt. Die ECU berechnet einen für ein Austreten stellvertretenden Wert X aus der Differenz zwischen dP_A und dP_B unter Verwendung eines Maßstabfaktors K, der von den Messwerten der Betriebsbedingungen abhängig ist, welche den Kraftstoffstand / das freie Volumen des Kraftstofftanks und/oder die Umgebungstemperatur umfassen können.

Description

Diese Erfindung betrifft eine Fahrzeugkraftstoffanlage mit fahrzeuginterner Diagno stik für eine Verdunstungsleckprüfung.

Fahrzeugkraftstoffanlagen müssen die Abgase von Kraftstoffdämpfen reinigen. Dies geschieht durch Auffangen der von dem Kraftstofftank emittierten Dämpfe in einem kohlenstoffhaltigen Reinigungsbehälter zur Absorption der Dämpfe. Der Be hälter wird bei laufendem Motor durch Saugen von Luft durch den Behälter in den Motor von den gesammelten Dämpfen gereinigt, wobei auf einen Krümmerunter druck gesetzt wird. Die Anlage ist mit Ausnahme der Entlüftung an die Atmosphäre mittels des Reinigungsbehälters abgedichtet. Eine fahrzeuginterne Verdunstungs leckprüfung ist erforderlich, um sicherzustellen, dass ein Austreten aus der abge dichteten Anlage annehmbare Grenzen nicht übersteigt. Typische bekannte Leck prüfungsanlagen werden in den US-Patenten 5,333,590 und 5,765,121 beschrie ben.

Das letztere Patent beschreibt einen einfachen Test, bei dem der Krümmerunter druck zum Auspumpen des Kraftstofftanks verwendet und die Rückführung des Tankdrucks auf Atmosphärendruck ("Rückströmen") überwacht wird. Wenn das Rückströmen einen bestimmten Schwellenwert R übersteigt, wird angenommen, dass die Anlage ein unannehmbares Leck aufweist. Liegt das Rückströmen unter R, wird angenommen, dass kein derartiges Leck vorhanden ist. Lecks unter einer bestimmten Größe können mit dieser einfachen Anlage nicht zuverlässig festge stellt werden, da die Erzeugung von Dämpfen aus dem Kraftstoff in dem Tank be wirken kann, dass sich der Druck in der luftleer gemachten Anlage schneller wieder aufbauen kann als kleine Lecks.

Zudem hängt das Rückströmen bei einer bestimmten Leckgröße vom Volumen der Dämpfe ab, das heißt das Volumen des freien Raums über dem Kraftstofftank und in dem Reinigungsbehälter und den Verbindungsleitungen. Das Volumen der Dämpfe selbst steht in direktem Zusammenhang mit dem Kraftstoffstand.

Zur Verbesserung des Ansprechvermögens des einfachen Rückströmtests müssen daher Maßnahmen ergriffen werden, um verschiedene Betriebsbedingungen zu berücksichtigen, insbesondere den Kraftstoffstand und die Rate der Erzeugung von Dämpfen in dem Tank.

Das U.S. Patent 5,333,590 verwendet beispielsweise einen Schwellenwert R, der nicht fest ist, sondern in Beziehung zum Volumen der Dämpfe und der Kraftstoff temperatur steht.

Die Verbesserung des Ansprechvermögens der Leckprüfung durch Verwendung eines zweiteiligen Tests ist ebenfalls bekannt. Der erste Teil ist ein Rückströmtest, bei dem die Drucksteigerung über einen bestimmten Zeitraum (Zeitraum_A) ge messen wird. Es wird ein zweiter Teil durchgeführt, bei dem der Druckanstieg der gegenüber der Atmosphäre geschlossenen Anlage über einen zweiten Zeitraum (Zeitraum_B) überwacht wird. Der zweite Teil gibt einen Hinweis auf die Erzeugung von Dämpfen in dem Tank unter den vorliegenden Bedingungen. Es wird ein kon stanter Maßstabfaktor verwendet, um einen während des zweiten Teils ermittelten Anteil des Druckanstiegs abzuziehen, so dass ein Wert erhalten wird, der das Maß des Rückströmens aufgrund eines Austretens in den Tank im ersten Teil des Tests besser wiedergibt.

Die vorliegende Erfindung ist darauf gerichtet, die Prüfung von Verdunstungslecks von Kraftstoffanlagen weiter zu verbessern, um das zuverlässige Feststellen kleine rer Lecks unter unterschiedlichen Umgebungs- und Betriebsbedingungen zu er möglichen.

Erfindungsgemäß umfasst eine Fahrzeugkraftstoffanlage mit fahrzeuginterner Dia gnostik für eine Leckprüfung:

a) einen Kraftstofftank zur Aufnahme von Kraftstoff zur Zufuhr an einen Ver brennungsmotor;
b) einen mit dem Raum in dem Tank oberhalb des Kraftstoffs verbundenen Reinigungsbehälter;
c) ein Behälterentlüftungsventil (CVV) zur Verbindung des Reinigungsbehälters mit der Atmosphäre;
d) ein Reinigungsventil zur Verbindung des Reinigungsbehälters mit dem Motor und
e) eine zur Überwachung von Druck und Kraftstoffstand im Tank sowie von an deren Motor-, Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen und zur Steuerung des Öffnens und Schließens der Ventile angeordnete elektronische Steuer vorrichtung (ECU);
f) wobei das CVV und das Reinigungsventil durch die ECU zur Entlüftung des Tanks an die Atmosphäre über den Reinigungsbehälter (Reinigungsventil geschlossen, CVV offen) und zur Entleerung von Dämpfen aus dem Behälter durch Ermöglichen eines Ansaugens von Luft mittels des Krümmerunter drucks durch den Behälter (beide Ventile offen) gesteuert werden;
g) wobei die ECU zur Durchführung eines regelmäßigen zweiteiligen Lecktests bei laufendem Motor angeordnet ist;
h) wobei ein Teil des Lecktests Folgendes umfasst:
- a) Luftleermachen des Tanks bei offenem Reinigungsventil und ge schlossenem CVV;
- b) Überwachen des Druckanstiegs im Tank, wobei beide Ventile ge schlossen sind, und
- c) Aufzeichnen des Druckanstiegs dP_A über einen vorbestimmten Zeit raum A nach der Erhöhung des Drucks auf einen vorbestimmten Wert p2;
i) wobei der andere Teil des Lecktests folgendes umfasst:
- a) Entlüften des Tanks an die Atmosphäre über das CVV, dann Abdich ten des Tanks durch Schließen des CVV und
- b) Messen des Betrags dP_B, um den der Druck in dem Tank aufgrund der Erzeugung von Dämpfen über einen Zeitraum (Zeitraum_B) nach Schließen des CVV über den Atmosphärendruck steigt und
j) wobei das ECU so angeordnet ist, dass es einen für das Austreten stellver tretenden Wert X aus der Differenz zwischen dP_A und dP_B unter Verwen dung eines Maßstabfaktors K, der von den Messwerten der Betriebsbedin gungen abhängig ist, errechnet.

Die Werte K werden bevorzugt in einer 2-dimensionalen Abbildung gespeichert, die einen Wert K für Kombinationen gemessener Werte des Kraftstoffstands und der Umgebungstemperatur gibt. K kann auch gegen andere relevante Parameter abge bildet werden. Der Lecktest spricht auf das Volumen der Dämpfe in der Anlage an, doch es ist praktischer, den Kraftstoffstand zu messen, der in einfachen und direk tem Verhältnis zum Volumen der Dämpfe steht, da Fahrzeuge mit Mitteln zum Er fassen des Kraftstoffstands ausgestattet sind. Die gemessenen Drücke stehen in direkterem Verhältnis zur Kraftstofftemperatur denn zur Umgebungstemperatur, doch es ist praktischer, die Umgebungstemperatur zu verwenden, für die in den meisten Fahrzeugen für gewöhnlich ein Sensor vorhanden ist, denn einen zusätzli chen Temperatursensor eigens für die Kraftstofftemperatur vorzusehen.

Der von der Erfindung in Betracht gezogene verbesserte Kraftstoffanlagentest wird bevorzugt unter Verwendung der vorhandenen elektronischen Motorsteuervorrich tung und des Kraftstoffanlagen-Drucksensors des Fahrzeugs, der für andere Zwec ke verwendet wird, implementiert. Demzufolge können die Vorteile der Erfindung bei sehr geringen Mehrkosten verwirklicht werden.

Diese und weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden bei Berücksichtigung der folgenden eingehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung besser verständlich.

Innerhalb dieser Beschreibung wird häufig auf die Begleitzeichnungen Bezug ge nommen.

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Fahrzeugkraftstoffanlage mit fahrzeu ginterner Diagnostik für eine Leckprüfung, welche die Prinzipien der Erfindung ver wendet;

Fig. 2 ist eine Tabelle, die die in der elektronischen Steuervorrichtung der Ausfüh rung von Fig. 1 gespeicherten Informationen zeigt;

Fig. 3 ist eine Kurve der Druckänderungen, die in einem ersten Teil des in der in Fig. 1 gezeigten Anlage durchgeführten Lecktests auftreten und

Fig. 4 ist eine Kurve der Druckänderungen, die in einem zweiten Teil des in der in Fig. 1 gezeigten Anlage durchgeführten Lecktests auftreten.

Ein zweiteiliger Diagnosevorgang zur Leckprüfung wird automatisch zu vorbe stimmten Intervallen durch eine in Fig. 1 sichtbare elektronische Steuervorrichtung (ECU) 10 durchgeführt. Der Test wird abgebrochen, wenn derartige Bedingungen vorliegen (Hin- und Herschwappen des Kraftstoffs, starke Beschleunigung, etc. ), dass kein zuverlässiges Testergebnis erwartet werden kann.

Die ECU 10 ist mit einem Kraftstoffsender 11 für das Erfassen des Stands des Kraftstoffs 12 in einem Kraftstofftank 13, einem Umgebungstemperatur- Messwertaufnehmer 14 und einem Kraftstofftankdruck-Messwertaufnehmer 15 ver bunden.

Die ECU steuert ein Dämpferegelungsventil (VMV) 16 und ein normalerweise offe nes Behälterentlüftungsventil (CVV) 18. Das CVV steuert den Luftstrom durch eine gefilterte Leitung 19, die einen kohlenstoffhaltigen Reinigungsbehälter 20 zur Ab sorption der Kraftstoffdämpfe mit einer Entlüftungsöffnung 22 verbindet. Das VMV 16 verbindet in geöffnetem Zustand den Reinigungsbehälter 20 mittels der Leitun gen 38 und 39 mit dem Einlasskrümmer 17 des Fahrzeugmotors.

Die in Fig. 1 ersichtliche geschlossene Kraftstoffanlage umfasst ferner ein Unter druck-/Druckminderungsventil in einem Stutzen 25, der die Kraftstoffeinlassleitung 26 des Kraftstofftanks 13 verschließt. Von einem Überrollventil 31 an der Oberseite des Tanks 13 erstreckt sich eine Leitung 30 sowohl zum Reinigungsbehälter 20 als auch zum VMV 16. Ein Fahrverlustdämpfesteuerventil 32 verbindet die Leitung 30 mit dem oberen Teil der Kraftstoffeinlassleitung 26 über eine Abzweigungsleitung 33.

Wenn der Fahrzeugmotor nicht läuft, schließt die ECU das VMV 16 und öffnet das CVV 18, so dass Kraftstoffdämpfe durch Kohlenstoff in dem Reinigungsbehälter absorbiert werden, bevor sie an die Außenluft gelangen. Ferner kann Luft über den Reinigungsbehälter 20 in die Kraftstoffanlage eindringen, wenn der Druck in dem Tank aufgrund der Kondensation von Dämpfen unterhalb des Atmosphärendrucks sinkt. Wenn der Motor läuft, öffnet die ECU von Zeit zu Zeit sowohl das VMV 16 als auch das CVV 18, so dass mittels eines Krümmerunterdrucks Luft durch den Reini gungsbehälter angesaugt wird, um Kraftstoffdämpfe aus dem Behälter zu beseiti gen.

Der diagnostische Leckprüfvorgang erfolgt in zwei Teilen. In Teil A werden die durch den Drucksensor 15 gemessenen Druckänderungen in dem Tank 13 in Fig. 3 dargestellt. Während einer Entleerphase 34 schließt die ECU das CVV 18 und öff net das VMV 16, so dass durch einen Krümmerunterdruck Luft und Dämpfe aus dem Tank 13 und dem Behälter 20 gepumpt werden, bis ein gewünschter Druck p1 erreicht wird. Der Entleerphase folgt eine Halteabschnitt 35 von mehreren Sekun den Dauer, damit sich die Bedingungen in dem Tank einem stabilen Zustand nä hern können und um eine Variabilität aufgrund der Entleergeschwindigkeit (welche durch den Wert des Krümmerunterdrucks beeinflusst wird, welcher wiederum durch die Motorlast und die Drosselklappenstellung beeinflusst wird) zu verringern. Nach der Haltephase schließt die ECU sowohl das VMV 16 als auch das CVV 18, wo durch die Anlage abgedichtet wird. Der durch den Drucksensor 15 angezeigte Tankdruck wird durch die ECU während einer Rückströmphase 36 überwacht. Zu dem Zeitpunkt, da der Tankdruck wieder auf p2 zurückkehrt, beginnt die ECU das Auszählen von Zeitraum_A, überwacht den Druck p3 am Ende von Zeitraum_A und berechnet und speichert die Druckdifferenz dP_A = p2 - p3.

In Teil B, der vor oder nach Teil A stattfinden kann, sind die Druckänderungen in dem Tank 13 wie in Fig. 4 dargestellt. Nach einer anfänglichen Entlüftung 37, damit sich der Druck dem Atmosphärendruck angleichen kann, schließt die ECU sowohl das CVV 18 als auch das VMV 16 und beginnt Zeitraum_B. Während Zeitraum_B steigt der Druck normalerweise aufgrund der Erzeugung von Dämpfen, kann jedoch unter bestimmten Umständen fallen, beispielsweise wenn derartige Umgebungsbe dingungen vorliegen, dass in dem Tank Dämpfe kondensieren. Am Ende von Zeit raum_B überwacht die ECU den Tankdruck p4 und berechnet und speichert die Druckerhöhung gegenüber dem Atmosphärendruck dP_B = p4 - p_atm.

Die ECU prüft die Umgebungstemperatur und den Kraftstoffstand und sucht den Maßstabfaktor K aus einer in der ECU gespeicherten Tabelle (siehe Fig. 2) heraus. Somit wird K gegen die Umgebungstemperatur und den Kraftstoffstand/das Volu men der Dämpfe aufgetragen.

Die ECU berechnet eine auf ein Leck hinweisende Variable X unter Verwendung der Beziehung:

X = dP_A - K . dP_

Die ECU vergleicht X mit einem Schwellenwert R, der ein fester Wert sein kann oder gegen den Kraftstoffstand oder andere der ECU verfügbare Informationen aufgetragen werden kann. Liegt X über dem Schwellenwert R, wird von der ECU eine Leckwarnung erzeugt.

Die Werte für K in der Tabelle von Fig. 4 werden durch Durchführen des zweiteili gen Tests, der bei einer Kraftstoffanlage mit einem Leck mit einer bei verschiede nen Betriebsbedingungen festzustellenden ungefähren Größe beschrieben wird, empirisch ermittelt.

K kann gegen den Umgebungsdruck, die Motordrehzahl oder die Motorlast oder eine Kombination dieser gemessenen Variablen mit dem Kraftstoffstand und der Umgebungstemperatur aufgetragen werden.

Es versteht sich, dass die oben beschriebene erfindungsgemäße Ausführung ledig lich der Veranschaulichung einer Anwendung der Prinzipien der Erfindung dient. Es können zahlreiche Abwandlungen an den beschriebenen Verfahren und der be schriebenen Vorrichtung vorgenommen werden, ohne von der wahren Wesensart und dem Schutzumfang der Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Fahrzeugkraftstoffanlage mit fahrzeuginterner Diagnostik für eine Leckprü fung, die folgendes umfasst:

a) einen Kraftstofftank zur Aufnahme von Kraftstoff zur Zufuhr an einen Verbrennungsmotor;
b) einen mit dem Raum in dem Tank oberhalb des Kraftstoffs verbundenen Reinigungsbehälter;
c) ein Behälterentlüftungsventil (CVV) zur Verbindung des Reinigungsbe hälters mit der Atmosphäre;
d) ein Reinigungsventil zur Verbindung des Reinigungsbehälters mit dem Motor und
e) eine zur Überwachung von Druck und Kraftstoffstand im Tank sowie von anderen Motor-, Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen und zur Steue rung des Öffnens und Schließens der Ventile angeordnete elektronische Steuervorrichtung (ECU);
f) wobei das CVV und das Reinigungsventil durch die ECU zur Entlüftung des Tanks an die Atmosphäre über den Reinigungsbehälter (Reini gungsventil geschlossen, CVV offen) und zur Entleerung von Dämpfen aus dem Behälter durch Ermöglichen eines Ansaugens von Luft mittels des Krümmerunterdrucks durch den Behälter (beide Ventile offen) ge steuert werden;
g) wobei die ECU zur Durchführung eines regelmäßigen zweiteiligen Lecktests bei laufendem Motor angeordnet ist;
h) wobei ein Teil des Lecktests folgendes umfasst:
- a) Luftleermachen des Tanks bei offenem Reinigungsventil und ge schlossenem CVV;
- b) Überwachen des Druckanstiegs im Tank, wobei beide Ventile ge schlossen sind, und
- c) Aufzeichnen des Druckanstiegs dP_A über einen vorbestimmten Zeitraum A nach der Erhöhung des Drucks auf einen vorbestimm ten Wert p2;
i) wobei der andere Teil des Lecktests Folgendes umfasst:
- a) Entlüften des Tanks an die Atmosphäre über das CVV, dann Ab dichten des Tanks durch Schließen des CVV und
- b) Messen des Betrags dP_B, um den der Druck in dem Tank auf grund der Erzeugung von Dämpfen über einen Zeitraum (Zeit raum_B) nach Schließen des CVV über den Atmosphärendruck steigt und
j) wobei das ECU so angeordnet ist, dass es einen für das Austreten stell vertretenden Wert X aus der Differenz zwischen dP_A und dP_B unter Verwendung eines Maßstabfaktors K, der von den Messwerten der Be triebsbedingungen abhängig ist, errechnet.

2. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen, die einen Wert für K für gemessene Werte des Kraftstoffstands geben, verwendet.

3. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen, die einen Wert für K für gemessene Werte der Umgebungsluft temperatur geben, verwendet.

4. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen, die einen Wert für K für gemessene Werte des Umgebungs drucks geben, verwendet.

5. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen, die einen Wert für K für gemessene Werte der Motordrehzahl geben, verwendet.

6. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen, die einen Wert für K für gemessene Werte des eine Motorlast angebenden Krümmerunterdrucks geben, verwendet.

7. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen aus einer zweidimensionalen Abbildung oder einer Tabelle, die einen Wert für K für gemessene Werte von zwei beliebigen der folgenden, nämlich Kraftstoffstand, Lufttemperatur, Umgebungsdruck, Motordrehzahl und Krümmerunterdruck geben, verwendet.

8. Fahrzeugkraftstoffanlage nach Anspruch 1, wobei die ECU gespeicherte In formationen aus einer zweidimensionalen Abbildung oder einer Tabelle, die einen Wert für K für gemessene Werte des Kraftstoffstands und der Umge bungstemperatur geben, verwendet.

9. Verfahren zur Durchführung eines zweiteiligen Lecktests für ein Fahrzeug mit einem durch eine elektronische Steuervorrichtung gesteuerten Motor, einer Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank, einem Reinigungsbehälter, einem Behälterentlüftungsventil (CVV) und einem Reinigungsventil, wobei der Test folgendes umfasst:
Ermitteln, ob der Motor läuft;
Entleeren des Tanks bei offenem Reinigungsventil und geschlossenem CVV;
Überwachen eines Druckanstiegs in dem Tank, wobei beide Ventile geschlos sen sind;
Aufzeichnen des Druckanstiegs dP_A über einen vorbestimmten Zeitraum "A" nach Ermittlung eines Druckanstiegs auf einen vorbestimmten Wert p2; und
dann Entlüften des Tanks auf Atmosphärendruck über das CVV, dann Ab dichten des Tanks durch Schließen des CVV; und Messen des Betrags dP_B, um den der Druck in dem Tank aufgrund der Erzeugung von Dämpfen über einen Zeitraum (Zeitraum_B) nach Schließen des CVV über den Atmosphä rendruck steigt, und Berechnen eines für das Austreten stellvertretenden Werts X aus der Differenz zwischen dP_A und dP_B unter Verwendung eines Maßstabfaktors K, der von den Messwerten der Betriebsbedingungen abhän gig ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Speicherns eines Werts für K in der ECU, der einem gemessenen Wert des Kraft stoffstands entspricht, umfasst.

11. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Speicherns eines Werts für K in der ECU, der einem gemessenen Wert der Umgebungs lufttemperatur entspricht, umfasst.

12. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Speicherns eines Werts für K in der ECU, der einem gemessenen Wert des Umgebungs drucks entspricht, umfasst.

13. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Speicherns eines Werts für K in der ECU, der einem gemessenen Wert der Motordrehzahl entspricht, umfasst.

14. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Speicherns eines Werts für K in der ECU, der einem gemessenen Wert des eine Motorlast angebenden Krümmerunterdrucks entspricht, umfasst.

15. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt des Speicherns eines Werts für K in der ECU, der einem gemessenen Wert zwei beliebiger der folgenden, nämlich Kraftstand, Lufttemperatur, Umgebungsdruck, Mo tordrehzahl und Krümmerunterdruck entspricht, umfasst.

16. Verfahren nach Anspruch 9, welches weiterhin den Schritt umfasst, dass die ECU gespeicherte Informationen aus einer zweidimensionalen Abbildung oder einer Tabelle, die einen Wert für K für gemessene Werte des Kraftstoffstands und der Umgebungstemperatur geben, verwendet.