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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Tankleckdiagnosevorrichtung
insbesondere eines Kraftfahrzeuges gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Steuergerät und eine
Tankleckdiagnoseeinheit zur Ausführung
des Verfahrens.
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In
einem Kraftstoff enthaltenden Kraftstoffvorratstank eines Kraftfahrzeuges
entweichen fortlaufend flüchtige
Kohlenwasserstoffe. Dieser Effekt steigt mit der Temperatur und
der Unruhe bzw. dem Schwappen des Kraftstoffes an. Auch ist bei
Verbrennungsmotorgetriebenen Kraftfahrzeugen für einen einwandfreien Kraftstoffnachschub
eine Belüftung des
Kraftstoffvorratstanks zwingend erforderlich. Denn bei sich verbrauchendem
Kraftstoff muss Luft in den Tank nachströmen können, da sich im Tank sonst
ein Vakuum bilden und der Kraftstofffluss stocken würde. Der
Tank ist aber auch zu belüften,
um dem Tankinhalt ausreichend Gelegenheit zum Ausdehnen bei Erwärmung geben
zu können.
Zudem muss beim Betanken genügend
Luft aus dem Tank austreten können,
damit der eingefüllte
Kraftstoff nicht wieder zum Einfüllstutzen
heraussprudelt.
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In
solchen Kraftfahrzeugen werden daher zunehmend Tankentlüftungsanlagen
eingesetzt, bei denen der verdunstende bzw. überschüssige Kraftstoffdampf nicht
ins Freie, sondern über
eine Entlüftungsleitung
in einen Aktivkohlefilter (AKF) geleitet wird. Dieser Kraftstoffdampf
wird in dem AKF zwischengespeichert und im Betrieb des Kraftfahrzeuges über ein
getaktet ansteuerbares elektromagnetisches Tankentlüftungsventil
(TEV) an ein Saugrohr des Verbrennungsmotors und damit der Verbrennung zugeführt. Hierdurch
wird eine Emission der umweltschädlichen
Kraftstoffdämpfe
aus dem Tank in die Umgebung weitestgehend verhindert und gleichzeitig die
dem Verbrennungsmotor zugeführten
Dämpfe selbst
noch als Kraftstoff eingesetzt, wodurch sich der Kraftstoffverbrauch
erheblich reduziert.
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Aufgrund
des begrenzten Aufnahmevolumens der in dem AKF verwendeten Aktivkohle
ist weiterhin bekannt, den AKF zeitweilig zu regenerieren. Hierzu
wird bei laufendem Verbrennungsmotor Frischluft über den AKF angesaugt und der
dabei abgeführte
Kraftstoffdampf als Gemisch dem Verbrennungsmotor zur Verbrennung
zugeführt.
Die jeweilige Spülmenge
wird durch das TEV über
eine Kennfeldanpassung mit den Parametern Last und Drehzahl gesteuert,
damit die Laufeigenschaft des Verbrennungsmotors nicht beeinträchtigt wird.
Eine Lambda-Regelung überwacht
und regelt zusätzlich
die Regenerierung. Die hieraus resultierende Lamdaabweichung kann
demnach als Maß für den Beladungszustand
des AKF herangezogen werden.
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Es
wird in diesem Zusammenhang auf die in einigen Ländern, wie den USA, zukünftig geltenden verschärften gesetzlichen
Bestimmungen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen hingewiesen. Danach wird
es erforderlich sein, dass Kraftfahrzeuge, bei denen flüchtige Brennstoffe
wie Benzin eingesetzt werden, eine etwa bestehende Undichtigkeit
(Leckage) in der gesamten Brennstofftankanlage mit Bordmitteln aufgespürt werden
kann.
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Entsprechende
Verfahren und Vorrichtungen zur Tankleckdiagnose in einer Tankentlüftungsanlage eines
Kraftfahrzeuges sind beispielsweise in den Druckschriften
US 5 349 935 ,
DE 196 36 431 A1 ,
DE 198 09 384 A1 und
DE 196 25 702 A1 beschrieben. Bei
diesen wird in die Tankentlüftungsanlage
ein Überdruck
eingebracht und durch anschließendes Auswerten
des Druckverlaufs auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen.
Zudem ist aus der
DE
196 36 431 A1 bekannt, zwischen einer Pumpe und einem Referenzleck
einen Staudruck auszubilden, wodurch die Pumpendrehzahl erniedrigt
wird und sich die Stromaufnahme der Pumpe erhöht. Ist der Tank dicht, baut
sich ein höherer
Druck auf als beim Pumpen gegen das Referenzleck. Die Stromaufnahme der
Pumpe ist somit höher.
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Es
ist anzumerken, dass die Tankleckdiagnose, anstelle der Verwendung
von Überdruck,
auch mittels Unterdruck durchgeführt
werden kann, wie in der deutschen Voranmeldung
DE 100 18 441 A1 ausführlich beschrieben
ist.
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Verfahren
zur Überprüfung der
Funktionstüchtigkeit
einer Tankentlüftungsanlage
für ein
Kraftfahrzeug mittels Unterdruck sind ferner aus der
DE 197 13 085 A1 sowie
der
US 5 396 873 A bekannt
geworden.
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Es
ist weiterhin bekannt, dass eine relativ hohe Kraftstoffausgasung
zu Fehlmessungen bei der Tankleckdiagnose führt. Als Maß für erhöhte Kraftstoffausgasung wird
daher bekanntermaßen
ein gefilterter Beladungsfaktor des AKF zugrundegelegt. Der Beladungsfaktor
wird während
der Fahrt berechnet und über
eine Zeitkonstante gefiltert. Dazu wird bei laufendem Motor das
TEV öffnend
angesteuert und die sich dabei ergebende Abweichung des Lambdareglers
erfasst. Aus der erfassten Abweichung wird, zusammen mit dem ebenfalls
in der Motorsteuerung vorliegenden Volumenstrom durch das TEV, die
Kohlenwasserstoff (HC) konzentration des angesaugten Spülvolumenstroms
berechnet. Die so ermittelte HC-Konzentration der durch den AKF
angesaugten Luft gilt als Maß für die Höhe der Beladung
des AKF. Überschreitet
der Beladungsfaktor eine vorgebbare Schwelle, wird die Leckdiagnose
unterbrochen bzw. vorübergehend
gesperrt.
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Da
die Beladung nicht nur von der Höhe
der Kraftstoffausgasung abhängt,
kann mittels des Beladungsfaktors allein noch keine genaue Aussage über die
tatsächliche
Höhe der
momentanen Ausgasung gemacht werden. So kann auch bei einer sehr
hohen Kraftstoffausgasung in bestimmten Fahrzuständen der Beladungsfaktor mittels
einer hohen Spülrate künstlich
niedrig gehalten werden. Die Leckdiagnose würde in einem solchen Fall wegen
des niedrigen Beladungsfaktors und der damit vermeintlich niedrigen Ausgasung
freigegeben. Tatsächlich
käme es
allerdings wegen der tatsächlich
vorliegenden hohen Ausgasung zu Fehlergebnissen bei der Leckdiagnose.
Im Falle der vorbeschriebenen Überdruck-Diagnoseverfahren
wären die
in den USA gesetzlich vorgeschriebenen Leckgrößen nicht erfüllt. Bei
den ebenfalls genannten Unterdruckverfahren kann eine solche Fehlerkennung
zur fälschlichen
Diagnose einer undichten Tankanlage führen.
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Der
vorliegenden Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein eingangs
genanntes Verfahren anzugeben, welches Fehlmessungen bei der Tankleckdiagnose,
insbesondere bei erhöhter
Kraftstoffausgasung, vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird gelöst
durch die Merkmale der unabhängigen
Ansprüche.
Vorteilhafte Ausgestaltungen bzw. Weiterbildungen sind Gegenstand der
Unteransprüche.
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Der
Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die tatsächlich momentan vorliegende
Kraftstoffausgasung zu ermitteln und in Abhängigkeit von dem ermittelten
Ausgasungswert betroffene Diagnosefunktionen auszublenden, um dadurch
Fehldiagnosen zu vermeiden. Gemäß einer
Variante ist vorgesehen, je nach betroffener Diagnosefunktion, durch
Kompensation der durch die vorhandene Ausgasung gemessenen Störung bei
der Tankleckdiagnose eine erhebliche Verbesserung der Diagnosequalität herbeizuführen.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
sieht dazu vor, dass der Adsorptionsfilter gespült und dabei der aus dem Adsorptionsfilter über einen
vorgegebenen Zeitraum abgeführte
flüchtige
Brennstoff aufintegriert und daraus eine in dem Zeitraum sich ändernde
Beladung des Adsorptionsfilters mit dem flüchtigen Brennstoff ermittelt
wird, dass aus der Aufnahmekapazität bzw. – charakteristik des Adsorptionsfilters, dem
bereitgestellten Beladungsfaktor sowie der aufintegrierten Brennstoffmenge
bzw. der sich ändernden
Beladung die in dem Zeitraum aus dem Brennstoffbehältnis dem
Adsorptionsfilter zugeführte
Menge an ausgasendem Brennstoff berechnet wird, und dass – in Abhängigkeit
von der berechneten Menge an dem Adsorptionsfilter zugeführtem Brennstoff – ein Eingriff
an der Tankleckdiagnoseeinheit vorgenommen wird. Es wird demnach
eine Bilanzrechnung durchgeführt,
bei der aus der bei der Spülung
dem Adsorptionsfilter abgeführten
Brennstoffmasse auf die dem Adsorptionsfilter zugeführte Brennstoffmasse
geschlossen wird. Die dem Adsorptionsfilter zugeführte Brennstoffmasse
wird dabei als tatsächliche Ausgasmasse
angenommen.
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In
einer ersten Variante ist vorgesehen, dass – in Abhängigkeit von der berechneten
Menge an ausgasendem Brennstoff – wenigstens eine Leckdiagnosefunktion
unterbrochen oder gesperrt wird. Gemäß einer zweiten Variante erfolgt – ebenfalls
in Abhängigkeit
von der berechneten Menge an ausgasendem Brennstoff – eine unmittelbare
oder ggf. zeitverzögerte
Kompensation der durch die berechnete Menge an ausgasendem Brennstoff
bedingten Störung
bei der Tankleckdiagnose.
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Es
ist anzumerken, dass die genannten Eingriffe an der Tankleckdiagnosevorrichtung
entweder bei jedem vorliegenden berechneten Wert, sozusagen im Wege
einer Kompensation, oder jeweils erst bei Überschreiten der berechneten
Menge an ausgasendem Brennstoff eines vorgebbaren Schwellenwertes.
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Die
Erfindung wird nachfolgend, unter Heranziehung der Zeichnungen,
anhand eines Ausführungsbeispiels
eingehender erläutert.
Dabei zeigen
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1 schematisiert
eine Kraftstofftankanlage eines Kraftfahrzeuges, in der das erfindungsgemäße Verfahren
zur Anwendung kommt;
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2 eine
Diagrammdarstellung des zeitlichen Verlaufs der AKF-Beladung bei
unterschiedlichen AKF-Spülströmen; und
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3 ein
typischer Funktionsablauf eines erfindungsgemäßen Steuergerätes anhand
eines Flussdiagramms.
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Die 1 zeigt
ein bei einer (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine (BKM) insbesondere
eines Kraftfahrzeuges typischerweise vorgesehenes Saugrohr 10 sowie
einen Abgastrakt 12. Zur Bevorratung von Kraftstoff ist
ein Kraftstoffvorratstank 14 vorgesehen. Zum emissionsarmen
Betrieb der BKM sind eine Tankentlüftungseinrichtung 16,
ein Steuergerät 18, eine
Abgassensorik 20, sowie eine Sensorik 22, die stellvertretend
für eine
Vielzahl von die Betriebsparameter der BKM ermittelnden Sensoren
wie Drehzahlsensor, Strömungsmesser
zur Sensierung der angesaugten Luftmenge, Temperatursensor usw. steht, vorgesehen.
Auch sieht die gezeigte Vorrichtung eine Kraftstoffzumesseinrichtung 24 vor,
die beispielsweise als Anordnung eines oder mehrerer Einspritzventile
realisiert sein kann.
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Die
Tankentlüftungseinrichtung 16 enthält einen
Aktivkohlefilter (AKF) 26, der über entsprechende Leitungen 28 – 32 mit
dem Tank 14, der Umgebungsluft 34 und dem Saugrohr 10 der
BKM kommuniziert. Die entsprechenden Gas-Fließrichtungen sind durch Pfeile
angedeutet. In der Leitung 32 zum Saugrohr 10 ist
ein Tankentlüftungsventil
(TEV) 36 angeordnet.
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Der
AKF 26 speichert im Tank 14 etwa verdunstenden
Kraftstoff. Bei vom Steuergerät 18 öffnend angesteuertem
TEV 36 wird Luft 34 aus der Umgebung durch den
AKF 26 hindurch gesaugt, der dabei den gespeicherten Kraftstoff
an die eingesaugte Luft 34 abgibt. Dieses als "Tankentlüftungsgemisch" oder auch als "Regeneriergas" bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch (im folg. "HC-Masse") beeinflusst nun
die Zusammensetzung des der BKM insgesamt zugeführten Gasgemisches, das im Übrigen durch
eine der angesaugten Luftmenge 34 angepasste Zumessung
von Kraftstoff über
die Kraftstoffzumesseinrichtung 24 mitbestimmt wird. Dabei
kann der über
die Tankentlüftungsanlage 16 dem
Saugrohr 10 zugeführte
Kraftstoff in Extremfällen
einem Anteil von etwa einem Drittel bis zur Hälfte der Gesamtkraftstoffmenge
entsprechen.
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Im
Betrieb des Kraftahrzeuges bzw. der BKM oder beim Betanken des Tanks 14 bilden
sich im Tank 14 flüchtige
Kohlenwasserstoffdämpfe
(HC-Dämpfe), die über die
Leitung 28 in den AKF 26 gelangen und in diesem
in bekannter Weise reversibel gebunden werden. Das TEV 36 ist
normalerweise geschlossen. In regelmäßigen Zeitabständen wird
das TEV 36 durch die Steuereinheit 18 so angesteuert,
dass ein bestimmter Teildruck des im Saugrohr 10 bestehenden
Unterdrucks dem AKF 26 über
die Leitung 32 zugeführt
wird, was dazu führt,
dass die gespeicherten HC-Dämpfe
von dem AKF 26 über
die Leitung 32 und über
das TEV 36 in das Saugrohr 10 hineingesaugt werden,
um schließlich
der BKM zur Verbrennung und damit endgültigen Entsorgung zugeführt zu werden.
Bei diesem Vorgang der Regenerierung des AKF 26 wird über die
Leitung 30, ggf. über
ein passives Filter, Spülluft 34 in
den AKF 26 eingesaugt, wodurch der eigentliche Spülungseffekt
bewirkt wird.
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Zur
On-Board-Diagnose der Funktionsfähigkeit
bzw. Dichtheit des Tanks 14 bzw. der gesamten Tankanlage
ist eine mit dem Tank 14 über eine Leitung 38 verbundene
Leckdiagnoseeinheit 40 vorgesehen. Es ist hervorzuheben,
dass die Leckdiagnoseeinheit 40 und die Steuereinheit 18 ggf.
in einer einzigen (nicht gezeigten) Steuereinheit integriert sein
können.
Die Leckdiagnoseeinheit 40 weist eine Pumpe 42 auf,
der ein Umschaltventil 44 vorgeschaltet ist. Parallel zur
Leitung 38 ist ein Referenzleck 46 angeordnet,
Die Größe des Referenzlecks 46 ist
so gewählt,
dass sie der Größe des zu
erfassenden Tanklecks entspricht. Das Umschaltventil 44 weist
zwei Schaltstellungen auf. In der ersten Stellung wird die Pumpe 42 mit
der Leitung 48 druckleitend verbunden und pumpt dann durch
das Referenzleck 46 hindurch Außenluft 50 in die
Leitung 48. Dem Referenzleck 46 ist nach außen hin
ein Feinfilter 52 vorgeschaltet, um zu verhindern, dass
sich das Referenzleck 46 mit etwa angesaugten Teilchen
zusetzt.
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Die
genannte On-Board-Diagnose ist bspw. in der
DE 196 36 431.0 , auf die in dem
vorliegenden Zusammenhang vollumfänglich Bezug genommen wird,
ausführlich
beschrieben.
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Anhand
der 2 soll nun das dem Verfahren zugrundeliegende
Prinzip dargestellt werden. Dieses besteht in einer Bilanzgleichung,
die darauf beruht, dass ein sich bzgl. Beladung im AKF einstellender
Füllstand
zum einen von der HC-Menge abhängt,
die dem AKF über
den Spülstrom
der Tankentlüftung
entnommen wird, und zum anderen von der HC-Menge, die dem AKF durch
Ausgasung des Kraftstoffs zugeführt
wird. Der zeitliche Verlauf beim Übergang von einem zum anderen
Füllstand
aufgrund geänderter
Ausgasung oder Spülmenge
hängt wiederum
von der Aufnahmekapazität
des AKF ab.
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Wird
dem AKF über
einen gewissen Zeitraum mehr HC entnommen als aus dem Tank zufließt, dann
verringert sich dessen Füllstand.
Wird dem AKF jedoch über
einen gewissen Zeitraum weniger HC-Masse entnommen als ihm aus dem
Tank zugeführt
wird, dann erhöht
sich dessen Füllstand. Halten
sich Entnahme über
die Tankentlüftung
und Zuführung
aus dem Tank ungefähr
die Waage, dann bleibt auch der Füllstand nahezu konstant.
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Als
Bilanzgleichung lässt
sich somit schreiben: AKF_HC-Beladung = Integral(Tank_HC-Ausgasung) – Integral(AKF_HC-Entlüftung)
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Es
ist anzumerken, dass der für
die genannte Bilanzrechnung erforderliche Beladungsfaktor 'ftead' bereits als berechnete
Größe in der
Tankentlüftungsfunktion
vorliegt.
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Die 3 illustriert
typische Funktionsabläufe
eines erfindungsgemäßen Steuergerätes anhand eines
Ausführungsbeispiels.
Nach dem Start 100 der Routine wird über die Tankentlüftung ein
Spülen
des AKF veranlasst 102 und gleichzeitig ein Zeitgeber bspw.
mit dem Wert 0 gestartet 104. Danach wird die aktuelle
Motorlast der BKM erfasst 106. Basierend auf den Wert der
erfassten Last erfolgt eine Berechnung 108 der momentan
in der BKM verbrannten HC-Masse. Gleichzeitig zu den genannten Schritten wird
mittels einer Lambda-Regelung 110 festgestellt 112,
ob eine mittels der Lambda-Regelung durchgeführte Gemischadaption bereits
eingeschwungen ist. Falls nicht, wird eine erhöhte oder hohe HC-Ausgasung
im Tank angenommen 114 und daraufhin wenigstens eine Diagnosefunktion
gesperrt 116 oder eine etwa bereits vorliegende Sperrung
bestätigt.
Alternativ oder zusätzlich
kann durch entsprechende Überkompensation
der tatsächlich
geringeren Ausgasung an der Leckdiagnoseeinheit im Wege der Korrektur
eine Fehldiagnose vermieden werden. Falls die Gemischadaption bereits
eingeschwungen ist, wird weiter geprüft 118, ob eine Gemischabweichung
vorliegt. Falls nicht, wird zum Start 100 zurückgesprungen.
Andernfalls werden von der Lambda-Regelung bzw. Motorsteuerung bereitgestellte Gemisch-Korrekrurfaktoren
erfasst 120.
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Die über den
Spülstrom
dem AKF entnommene HC-Menge wird möglichst genau berechnet. Dazu
werden die genannten Gemischabweichungen, die nicht vom Spülstrom der
Tankentlüftung
herrühren,
vermieden. Dies kann, wie in dem Beispiel, dadurch geschehen, dass
abgewartet wird, bis die Gemischadaption eingeschwungen ist. Aus
der in der Lasterfassung berechneten, zur Verbrennung benötigten Kraftstoffmasse
und der Gemischkorrekturfaktoren von Lambdaregelung und Tankentlüftungsfunktion
wird dabei die über
die Tankentlüftung
aus dem AKF abgeführte
HC-Masse berechnet und über
die Zeit aufintegriert.
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Falls
eine Berechnung nicht möglich
ist, wird mit o.b. Schritt 114 weiterverfahren. Optional
kann das weitere Vorgehen davon abhängig gemacht werden, dass die
Gemischadaption bereits eingeschwungen ist und eine Gemischabweichung
vorliegt. Dies kann durch entsprechende Flaggen bei den Schritten 112 und 118 realisiert
sein. Ist dies der Fall, wird – unter
Zugrundelegung der erfassten Gemisch-Korrekturfaktoren 120 sowie
des zwischenzeitlich geänderten
AKF-Beladungsfaktors 'ftead' 126 und
der vorgegebenen AKF-Speicherkapazität oder -charakteristik 128 – die aus
dem AKF abgeführte HC-Masse
berechnet 124. Die berechneten Werte der abgeführten HC-Masse
werden anschließend über die
Zeit aufintegriert 130, wobei als Gesamtzeit die jeweils
durch den Zeitgeber 104 errechnete Momentanzeit hergenommen
wird.
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Der
Beladungsfaktor 126 wird in dem Ausführungsbeispiel zusätzlich unter
der Annahme, dass sich die tatsächliche
AKF-Beladung über
die Zeit nur langsam ändert,
zur Erfassung des momentanen "AKF-Füllstandes" stark tiefpaßgefiltert.
Alternativ kann der Füllstand
nur bei ausreichend konstanten Betriebsbedingungen erfaßt werden.
Damit ist Unabhängigkeit
von fahrdynamischen Einflüssen
gewährleistet.
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Es
ist weiter anzumerken, dass die Speicherkapazität des AKF sowie dessen "Charakteristik", d.h. die HC-Abgabe über Füllstand
und evtl. auch die Abhängigkeit
von weiteren Parametern wie Temperatur o.ä., bekannt sind, so dass mittels
des Beladungsfaktors 126 auf den AKF-Füllstand geschlossen werden
kann.
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Nachfolgend
wird die dem AKF zugeführte HC-Masse
aus der genannten Bilanzgleichung (2) berechnet 132.
Dieser HC-Volumenstrom aus dem Tank entspricht der Ausgasung im
Tank. Überschreitet
die berechnete, dem AKF zugeführte HC-Masse
eine vorgegebene, empirisch zu ermittelnde Schwelle 134,
dann wird die wenigstens eine Diagnosefunktion gesperrt 116 oder
eine vorbeschriebene Kompensation bei der Diagnose selbst durchgeführt.
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Es
ist hervorzuheben, dass der gezeigte Funktionszyklus in der Regel
mehrfach durchlaufen wird, wie mit der gestrichelten Linie 136 angedeutet, und
die jeweils ermittelten Werte der aus dem AKF abgeführten HC-Masse
dabei jeweils aufintegriert werden. Dabei spielen zeitliche Unterbrechungen keine
Rolle.