-
Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung einer Steuerkennlinie
eines Regenerierventils eines Kraftstoffdampf-Rückhaltesystems für eine Brennkraftmaschine,
wobei die Steuerkennlinie den aktuellen Zusammenhang zwischen einem
zur Ansteuerung des Regenerierventils dienenden, pulsweitenmodulierten
Steuersignal und einer sich einstellenden Ventilstellung beschreibt
und wobei die aktuell gültige
Mindestpulsweite des Steuersignals, die zum Öffnen des Regenerierventils
aktuell erforderlich ist, ermittelt wird durch schrittweises Erhöhen der
Pulsweite um einen Änderungsbetrag
bis zur Detektion einer Abweichung des momentanen Verhaltens der
Brennkraftmaschine gegenüber
einem stationären
Verhalten der Brennkraftmaschine.
-
Moderne
Kraftfahrzeuge mit Brennkraftmaschinen, die mit flüchtigen
Kraftstoffen betrieben werden, verfügen über einen Kraftstofftank, bei
dem die, insbesondere während
des Stillstands, ausgasenden Kraftstoffdämpfe durch einen Aktivkohlefilter
aufgefangen werden, um eine Umweltschädigung zu verhindern. Derartige
Aktivkohlefilter weisen jedoch nur ein begrenztes Fassungsvermögen auf
und müssen deshalb
während
des Fahrzeugbetriebs regeneriert werden, um anschließend wieder
Kraftstoffdämpfe aufnehmen
zu können.
Diese Regeneration des Aktivkohlefilters erfolgt durch Spülung mit
Frischluft, wobei die in dem Aktivkohlefilter angesammelten Kraftstoffdämpfe freigesetzt
werden. Der Aktivkohlefilter ist hierzu über ein steuerbares Tankentlüftungsventil
mit dem Saugrohr des Ottomotors verbunden, so dass der Ottomotor
bei geöffnetem
Tankentlüftungsventil
durch den Aktivkohlefilter Frischluft ansaugt und den Aktivkohlefilter
dadurch regeneriert.
-
Bezüglich steuerbarer
Tankentlüftungsventile
beschreibt die
EP 1
382 832 A2 beispielsweise ein Verfahren zur Einstellung
des Durchsatzes von Kraftstoffdampf durch ein Tankentlüftungsventil
mittels einer Regelung der an die Magnetspule des Ventils angelegten
Spannung.
-
Während der
Regeneration des Aktivkohlefilters gelangen die aus dem Aktivkohlefilter
freigespülten
Kraftstoffdämpfe
in das Saugrohr des Ottomotors und ändern dadurch das Gemischverhältnis und
den Füllungsgrad,
was zu einer Erhöhung
des Motormoments führt.
-
Dieser
störende
Einfluss der Regeneration des Aktivkohlefilters sollte im Betrieb
derartiger Ottomotoren durch eine Regelung kompensiert werden können, indem
beispielsweise die Drosselklappenstellung entsprechend verändert oder
die Einspritzmenge verstellt wird.
-
Im
dynamischen Betrieb eines solchen Ottomotors ist jedoch eine derartige
Regelung zur Kompensation des störenden
Einflusses der Regeneration des Aktivkohlefilters oftmals nicht
möglich,
so dass eine Korrektur über
eine geeignete Steuerung erfolgt. Die Steuerung beruht hierbei auf
einem physikalischen Modell, das die Kenntnis der Ventilkennlinie
des Tankentlüftungsventils
voraussetzt. Der Zusammenhang zwischen einem Steuersignal, mit dem der Öffnungsgrad
des Tankentlüftungsventils
vorgegeben wird, und der entsprechenden Ventilstellung des Tankentlüftungsventils
wird deshalb entweder herstellerseitig ermittelt oder durch einen
Kalibrierungsvorgang während
des Betriebes des Kraftfahrzeugs bestimmt und dann in einem Kennfeld
abgespeichert. Dieses Kennfeld wird im Folgenden auch als Steuerkennlinie
bezeichnet.
-
Ein
Kalibrierungsvorgang bringt den Vorteil, dass Änderungen im Verlauf der Steuerkennlinie
des Regenerierventils, die beispielsweise auf Fertigungstoleranzen,
Verschmutzungs- oder Alterungseffekte bzw. Temperatureinflüsse zurückzuführen sind,
bei der Steuerung zur Kompensation des Einflusses der Regeneration
des Aktivkohlefilters berücksichtigt werden
können.
-
Die
nicht vorveröffentlichte
DE 102 52 826 A1 offenbart
ein Verfahren zur Ansteuerung eines Regenerierven tils, bei dem der
Zusammenhang zwischen dem Steuersignal und der Ventilstellung in
einem Kalibrierungsvorgang ermittelt wird. Der Kalibrierungsvorgang
wird im Leerlauf der Brennkraftmaschine durchgeführt, da dann definierte Bedingungen herrschen
und sich die Brennkraftmaschine in einem stationären Zustand befindet, welcher
messtechnisch einfach erfasst werden kann. Durch schrittweises Öffnen eines
zwischen einem Aktivkohlefilter und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine
befindlichen Tankentlüftungsventils
wird das der Brennkraftmaschine zugeführte Kraftstoff-Luftgemisch
angefettet, was zu einer Änderung
von Eingangs- und Ausgangssignalen einer Motorsteuereinheit führt. So ändern sich
beispielsweise die Motordrehzahl und die Luftzahl des Abgases der
Brennkraftmaschine und aufgrund eines daraufhin einsetzenden Regelvorgangs
verändert
die Motorsteuereinheit die Drosselklappenstellung und/oder den Zündwinkel.
Aus den zur Ausregelung der Drehzahl und der Luftzahl veränderten
Größen des
Motorsteuereingriffs wird auf die aktuelle Stellung des Tankentlüftungsventils
rückgeschlossen,
und dieser Wert wird gemeinsam mit dem Wert des Steuersignals des
Tankentlüftungsventils
in einer Steuerkennlinie abgespeichert. Der Zeitpunkt, zu dem ausgehend
von den stationären Leerlaufbedingungen
erstmalig eine Änderung
des Motoreingriffs festgestellt wird, markiert den Öffnungszeitpunkt
des Tankentlüftungsventils.
Die zu diesem Zeitpunkt eingestellte Pulsweite des Steuersignals
wird als Mindestpulsweite festgehalten.
-
Nachteilig
an dem beschriebenen Kalibrierungsverfahren ist, dass die schrittweise
Erhöhung der
Pulsweite einige Zeit in Anspruch nimmt, bis der eigentliche Öffnungspunkt
des Ventils erreicht ist. Die bis zum Erreichen des Öffnungspunktes
vergehende Zeit kann je nach dem Profil der gerade vom Kraftfahrzeugführer zurückgelegten
Fahrstrecke bereits zu lang sein, um den Kalibrierungsvorgang vollständig durchzuführen. So
sind beispielsweise Streckenprofile denkbar, bei denen keinerlei
Ampeln auftreten, so dass der Fahrer niemals zum längeren Anhalten
und Einlegen des Leerlaufs veranlasst wird.
-
Der
Leerlaufbetrieb würde
in solch einem Fall lediglich für
ganz kurze Zeit zum Ende der Fahrt erfolgen. Das könnte bei
einer Häufung
solcher Fahrten dazu führen,
dass die Kalibrierung der Steuerkennlinie des Tankentlüftungsventils
für längere Zeit nicht
mehr durchgeführt
und damit die Steuerung zur Kompensation des Einflusses der Tankentlüftung auf das
Motorverhalten nicht mehr genau genug arbeiten kann. Insbesondere
vor dem Hintergrund der ständig steigenden
gesetzlichen Anforderungen an das Emissionsverhalten von Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschinen
ist eine solche Ungenauigkeit der Steuerung wenig wünschenswert.
-
Der
Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, das bekannte Verfahren
zur Ermittlung der Steuerkennlinie eines Regenerierventils zu verbessern,
und dabei insbesondere die zur Kalibrierung benötigte Zeitdauer zu verkürzen.
-
Diese
Aufgabe wird, ausgehend von dem bekannten Kalibrierungsverfahren
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
-
Der
Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die beobachtete Verzögerungs-
bzw. Totzeit zwischen dem Anlegen eines sprungsförmigen Steuersignals an das
Regenerierventil und dem Beginn der Öffnung des Ventils unvermeidlich
ist und stets dazu führt,
dass das Ventil nicht schon bei einem nur minimal von Null verschiedenen
Wert der Pulsweite des Steuersignals öffnet, sondern erst ab einem deutlich
von Null verschiedenen Wert.
-
Demzufolge
beginnt das erfindungsgemäße Verfahren
mit dem Kalibrierungsvorgang nicht mehr bei einer Pulsweite von
Null, sondern bei einem Wert, der bereits möglichst nah an dem zu erwartenden Wert
für die
Mindestpulsweite liegt. Als Startwert wählt man einen Wert, der unterhalb
einer bereits zu einem früheren
Zeitpunkt ermittelten Mindestpulsweite liegt. Diese Mindestpulsweite
ist in einem Datenspeicher des Kraft fahrzeugs abgelegt. Bei einem
allerersten Kalibriervorgang wird die Mindestpulsweite den Angaben
des Herstellers des Regenerierventils entnommen. Bei allen weiteren
Kalibriervorgängen wird
entweder die zuletzt gespeicherte Mindestpulsweite, also die Mindestpulsweite
aus einem vorhergehenden, erfolgreich durchgeführten Kalibriervorgang, oder
wieder die Mindestpulsweite des Herstellers verwendet.
-
Durch
den Beginn des Kalibrierungsvorgangs nahe unterhalb einer früher ermittelten
Mindestpulsweite wird die Zeitdauer bis zur Detektion des Öffnungspunktes
des Regenerierventils gegenüber
dem bekannten Verfahren deutlich verkürzt, so dass die Kalibrierung
auch bei kurzen Leerlaufphasen rechtzeitig beendet wird, was die
Verfügbarkeit einer
aktuell gültigen
Steuerkennlinie erhöht
und die Einhaltung auch strenger Abgasgrenzwerte sicher stellt.
Da die zu einer Änderung
der Steuerkennlinie führenden
Effekte wie Fertigungstoleranzen, Verschmutzung, Alterung oder Temperaturschwankung keine
extremen Änderungen
der Kennlinie bewirken, ist nicht zu befürchten, dass die neu zu ermittelnde Mindestpulsweite
sich deutlich in Richtung Null verändert haben könnte, weshalb
die Wahl eines Startwertes der Pulsweite nahe unterhalb der früher ermittelten
Mindestpulsweite in jedem Fall einen gültigen Wert unterhalb der neu
zu ermittelnden Mindestpulsweite ergibt.
-
Bevorzugt
wird der Startwert für
die Pulsweite des Steuersignals in einem Bereich zwischen 10% und
40% unterhalb der früher
ermittelten Mindestpulsweite gewählt,
wobei dieser Wert durch Fahr- und Prüfstandsversuche an das jeweilige
Fahrzeug sowie die jeweilige Brennkraftmaschine angepasst wird.
-
Für eine weitere
Verbesserung des erfindungsgemäßen Verfahrens
ist es von Vorteil, wenn die zu einem früheren Zeitpunkt ermittelte
Mindestpulsweite möglichst
genau bekannt ist, denn je eher der tatsächliche Öffnungspunkt des Ventils erreicht wird,
desto eher kann auch der restliche Teil der Steuerkenn linie ermittelt
und damit die gesamte für den
Kalibriervorgang benötigte
Zeit verkürzt
werden.
-
Bei
dem bekannten Kalibrierverfahren wird die Pulsweite des Steuersignals
schrittweise erhöht, wobei
das Regenerierventil mit jeder Pulsweite nur für eine gewisse Zeitdauer angesteuert
wird. Nach der jeweiligen Ansteuerung wird jeweils erst die Reaktion
der Brennkraftmaschine beobachtet, bevor die nächsten Steuerimpulse mit einer
erhöhten
Pulsweite an das Ventil angelegt werden. Die Zwischenzeit mit konstant
gehaltener Ventilansteuerung muss eingehalten werden, da eine systembedingte
Zeitverzögerung
zwischen dem Öffnen
des Regenerierventils und einer messbaren Änderung des Motorverhaltens,
z.B. der Motordrehzahl oder der Luftzahl des Abgases, berücksichtigt
werden muss. Die Zeitdauer der Ansteuerung des Ventils je Pulsweitenschritt
wird dabei relativ kurz gewählt,
um die Gesamtdauer des Kalibriervorgangs möglichst klein zu halten.
-
Für die Ermittlung
des Öffnungspunktes
und damit der Mindestpulsweite kann diese Zeitdauer jedoch zu kurz
sein. So ist es insbesondere bei geringerer Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltesystems möglich, dass
zwar das Regenerierventil offen, jedoch die hindurchströmende Menge
an Kraftstoffdampf so gering ist, dass nur minimale Drehzahl- bzw.
Luftzahländerungen
hervorgerufen werden, welche im Messrauschen des Drehzahl- bzw.
Luftzahlsensors (Lambdasonde) untergehen. Eine Lösung könnte darin bestehen, zur Ermittlung
des Öffnungspunktes
die Zeitdauer der Ansteuerung des Regenerierventils zu erhöhen, doch
würde dies
wieder dem Ziel der Kalibrierzeitverkürzung entgegen stehen.
-
Um
also auch bei sich änderndem
Massenstrom des Kraftstoffdampfes aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem
eine genaue Ermittlung der aktuell gültigen Mindestpulsweite zu
gewährleisten, wird
in einer Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, für die Dauer
dieser Ermittlung die Periodendauer des Steuersignals auf einen
gegenüber
dem Normalbetrieb des Regenerierventils veränderten Wert zu setzen und
dabei gleichzeitig die Pulsweite beizubehalten. Die Pulsweite bleibt
also gegenüber
dem bekannten Verfahren unverändert
und wird auch um einen unveränderten Änderungsbetrag
je Messschritt erhöht.
Geändert
wird lediglich die Periodendauer des pulsweitenmodulierten Steuersignals,
so dass sich das Verhältnis
aus Pulsweite zu Periodendauer ändert.
Auf diese Weise lässt
sich die im Mittel aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem
entweichende Kraftstoffmenge verändern,
bei gleichzeitiger Beibehaltung der eingestellten Ventilstellung.
-
Eine Änderung
der Periodendauer bringt neben der Änderung der aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem
geförderten
Menge an Kraftstoffdampf den Vorteil, dass zylinderselektive Störungen des
Motorbetriebes, die bei dem bekannten Verfahren beobachtet werden
konnten, vermieden werden. Das bekannte Verfahren arbeitet beispielsweise
mit 100 ms Periodendauer des pulsweitenmodulierten Steuersignals.
Alle 100ms wird also das Regenerierventil geöffnet und zusätzlicher
Kraftstoffdampf in das Saugrohr der Brennkraftmaschine befördert. Eine
Drehzahl der Brennkraftmaschine von 1200 min–1 entspricht
einer Periodendauer je Umdrehung von 50 ms, wobei bei einer Standardausführung eines
Vierzylinder-Motors die Zylinder jeweils um eine halbe Umdrehung
versetzt zueinander gezündet
werden. Bei 1200 min–1 führen demnach die Zylinder alle
100 ms gerade einen Ansaugtakt durch, so dass von der Anfettung
des Kraftstoff-Luftgemisches
infolge der Regeneration des Aktivkohlefilters stets derselbe Zylinder
betroffen ist. Eine Veränderung
der Periodendauer des Steuersignals des Regenerierventils kann also
vorteilhafterweise so gewählt
werden, dass bei der Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine gerade
keine zylinderselektive Störung
auftreten kann.
-
Da
sich insbesondere die Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltesystems als entscheidende
Einflussgröße für die bei
einer bestimmten Ventilstellung austretenden Kraftstoffmenge erwiesen
hat, wird die Periodendauer des Steuersignals bevorzugt mit der
Beladung verändert.
-
Um
bei geringer Beladung eine in ihren Auswirkungen messbare Menge
an Kraftstoff durch das Regenerierventil zu befördern, wird die Periodendauer
des Steuersignals mit abnehmender Beladung verkürzt, da dies dazu führt, dass
das Regenerierventil in gleicher Zeit häufiger auf eine gleiche Ventilstellung
geöffnet
wird, so dass die im Mittel aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem ausgespülte Kraftstoffmenge
ausreicht, um in der darauf folgenden Ruhepause eine Auswirkung
auf das Motorverhalten detektieren zu können.
-
In
einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung wird die Periodendauer
des Steuersignals linear über
einen konstanten Faktor mit der Beladung verknüpft. Je nach Brennkraftmaschine
kann jedoch auch die Anwendung eines anderen funktionalen Zusammenhangs,
bei dem die Periodendauer mit zunehmender Beladung ebenfalls zunimmt,
sinnvoll sein.
-
Die
Erfindung ist auch nicht auf die eingangs erwähnten Tankentlüftungsventile
für Ottomotoren beschränkt, sondern
auch bei anderen Brennkraftmaschinen einsetzbar, die mit flüchtigen
Kraftstoffen betrieben werden.
-
Weiterhin
ist die Erfindung nicht auf Kraftstoffversorgungssysteme mit einem
Aktivkohlefilter zur Speicherung der ausgasenden Kraftstoffdämpfe beschränkt. Es
ist vielmehr auch möglich,
dass anstelle eines Aktivkohlefilters ein anderes Bauteil verwendet
wird, das die aus dem Kraftstofftank ausgasenden Kraftstoffdämpfe aufnehmen
kann, um eine Umweltschädigung
zu verhindern.
-
Ferner
ist die Erfindung nicht auf Kraftstoffversorgungssysteme beschränkt, bei
denen das Tankentlüftungsventil
zwischen dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine und dem Aktivkohlefilter
angeordnet ist. Die Erfindung umfasst vielmehr allgemein ein Verfahren
zur Ansteuerung eines Regenerierventils eines Kraftstoffdampf-Rückhaltesystems,
wobei das Regenerierventil auch an anderer Stelle innerhalb des
Kraftstoffversorgungssystems angeordnet sein kann bzw. mehrere Regenerierventile
vorhanden sein können,
auf die das erfindungsgemäße Verfahren
jeweils einzeln anwendbar ist.
-
Andere
vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in weiteren Unteransprüchen enthalten oder
werden nachstehend zusammen mit der Beschreibung des bevorzugten
Ausführungsbeispiels der
Erfindung anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
-
1 ein
Kraftstoffversorgungssystem einer Brennkraftmaschine mit einem Abgaskatalysator;
-
2 eine
Ventilkennlinie eines Entlüftungsventils;
-
3a–c das erfindungsgemäße Verfahren in
Form eines Flussdiagramms;
-
4 ein
Zeitdiagramm eines Steuersignals und einer Kraftfördermenge.
-
Die
Darstellung in 1 zeigt eine Brennkraftmaschine 1 mit
einer Einspritzanlage, wobei die Brennkraftmaschine 1 in
herkömmlicher
Weise aufgebaut ist und deshalb nur schematisch dargestellt ist.
-
Die
Brennkraftmaschine 1 wird durch eine elektronische Steuereinheit 2 angesteuert,
wobei die Steuereinheit 2 beispielsweise den Einspritzzeitpunkt sowie
die Einspritzdauer der Einspritzanlage vorgibt.
-
Als
Eingangssignale wertet die Steuereinheit 2 die Messsignale
eines Luftmassensensors 3 sowie einer Lambda-Sonde 4 aus,
wobei der Luftmassensensor 3 in einem Ansaugtrakt 5 der
Brennkraftmaschine 1 angeordnet ist, während sich die Lambda-Sonde 4 auf
der Auslassseite der Brennkraftmaschine 1 in einem Abgaskanal 6 befindet.
-
Darüber hinaus
ist in dem Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine 1 auch
eine Drosselklappe 7 angeordnet, die den von der Brennkraftmaschine 1 angesaugten
Luftmassenstrom steuert und von der Steuereinheit 2 eingestellt
wird.
-
Ferner
ist in dem Abgaskanal 6 ein herkömmlicher Drei-Wege-Katalysator 8 angeordnet.
-
Zur
Kraftstoffversorgung ist ein Kraftstoffbehälter 9 vorgesehen,
der mit der Brennkraftmaschine 1 über eine nur schematisch dargestellte
Kraftstoffleitung 10 verbunden ist.
-
Darüber hinaus
weist der Kraftstoffbehälter 9 eine
Entlüftungsleitung 11 auf,
die in einen Aktivkohlefilter 12 mündet, wobei der Aktivkohlefilter 12 den aus
dem Kraftstoffbehälter 9 ausgasenden
Kraftstoff zwischenspeichern kann. Hierdurch wird verhindert, dass
ausgasender Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 9 austritt, was
zu einer Umweltverschmutzung führen
würde.
-
Der
Aktivkohlefilter 12 hat jedoch nur eine begrenzte Speicherfähigkeit
und muss deshalb gelegentlich mit Umgebungsluft gespült werden,
um den gespeicherten Kraftstoff aus dem Aktivkohlefilter 12 auszuspülen. Der
Aktivkohlefilter 12 ist deshalb über ein steuerbares Ventil 13 mit
der Umgebung verbunden, wobei das Ventil 13 von der Steuereinheit 2 angesteuert
wird. Darüber
hinaus ist der Aktivkohlefilter 12 über ein steuerbares Ventil 14 mit
dem Ansaugtrakt 5 der Brennkraftmaschine 1 verbunden.
-
Im
geöffneten
Zustand der Ventile 13 und 14 saugt die Brennkraftmaschine 1 also
Umgebungsluft über
den Aktivkohlefilter 12 an, wobei die in dem Aktivkohlefilter 12 gespeicherten
Kraftstoffausgasungen ausgespült
werden und dadurch das Gemisch in dem Ansaugtrakt 5 der
Brennkraftmaschine 1 anfetten, was von der Lambda-Sonde 4 gemessen
wird. Zum Spülen
des Ak tivkohlefilters 12 werden die beiden Ventile 13 und 14 also
solange geöffnet,
bis die Lambda-Sonde 4 keine Anfettung des Gemischs in dem
Ansaugtrakt 5 mehr misst, da dann die gesamten Kraftstoffausgasungen
aus dem Aktivkohlefilter 12 ausgespült sind und die Speicherfähigkeit
des Aktivkohlefilters 12 somit wieder hergestellt ist.
-
Während der
Spülung
des Aktivkohlefilters 12 wird die Füllung der Brennkraftmaschine 1 durch die
aus dem Aktivkohlefilter 12 ausgespülten Massenstroms an Kraftstoffdämpfen erhöht, was
mit einer Leistungssteigerung bzw. einer allgemeinen Änderung
des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 verbunden
ist. Die Steuereinheit 2 kompensiert diesen störenden Einfluss
der Regeneration des Aktivkohlefilters 12 jedoch durch
eine Verstellung der Drosselklappe 7 und/oder eine Änderung
des Zündwinkels
und/oder der Einspritzmenge. Hierbei berücksichtigt die Steuereinheit 2 die
von der Lambda-Sonde 4 gemessene Luftzahl λ entsprechend
einem vorgegebenen physikalischen Modell, in das auch die in einem
Kennlinienglied gespeicherte Steuerkennlinie 17 des Ventils 14 eingeht,
die exemplarisch in 2 dargestellt ist.
-
Der
Kraftstoffbehälter 9 weist
weiterhin einen Drucksensor 15 auf, der den Druck in dem
Kraftstoffbehälter 9 misst
und zur Auswertung des Messsignals mit der Steuereinheit 2 verbunden
ist.
-
Schließlich ist
in dem Kraftstoffbehälter 9 noch
ein Temperatursensor 16 angeordnet, der die Kraftstofftemperatur
misst und an die Steuereinheit 2 weitergibt. Dies ermöglicht vorteilhaft
eine Berücksichtigung
der Kraftstofftemperatur bei der Bestimmung der Kraftstoffqualität aus dem
Ausgasungsverhalten, wodurch temperaturbedingte Messfehler vermieden
werden.
-
Die
in 2 dargestellte Steuerkennlinie 17 des
Ventils 14 stellt den funktionalen Zusammenhang dar zwischen
der Ventil stellung Q und der Pulsweite PW des zur Ansteuerung des
Ventils 14 dienenden Steuersignals S. Die Kennlinie 17 ist
dabei durch zwei Kenngrößen festgelegt:
durch die minimal erforderliche Pulsweite PW_min, bei der das Ventil 14 gerade
mit dem Öffnen
beginnt, und durch die Steigung der Kennlinie, die sich aus dem
Verhältnis einer
relativen Änderung ΔQ der Ventilstellung
Q zu einem Änderungsbetrag ΔP der Pulsweite
PW ergibt. Je nach Ventil und dessen Umgebungsbedingungen kann die
Kennlinie jedoch auch einen anderen als einen linearen Verlauf haben.
-
Während des
Leerlaufs der Brennkraftmaschine 1 führt die Steuereinheit 2 einen
Kalibrierungsvorgang durch, um die Steuerkennlinie 17 des Ventils 14 zu
ermitteln. Die genaue Kenntnis der Steuerkennlinie 17 des
Ventils 14 ist wichtig, damit die Steuereinheit 2 anschließend im
normalen Betrieb der Brennkraftmaschine 1 während der
Regeneration des Aktivkohlefilters 12 bei geöffnetem
Ventil 14 den störenden
Einfluss des aus dem Aktivkohlefilter 12 ausgespülten Massenstromes
vorausberechnen und kompensieren kann. Der Ablauf dieses Kalibrierungsvorgangs
ist in den 3 in Form von Flussdiagrammen
dargestellt und wird nachfolgend beschrieben.
-
Zu
Beginn des Kalibrierungsvorgangs in 3a wird
zunächst
geprüft,
ob die Bedingungen für
die Kalibrierung erfüllt
sind. Dies ist dann der Fall, wenn die Brennkraftmaschine 1 im
Leerlauf betrieben wird, da dann die Drehzahl n der Brennkraftmaschine 1 und
die Luftzahl λ auf
vorgegebene Sollwerte geregelt werden, wodurch ein statischer Betriebszustand
vorliegt. Außerdem
wird im Leerlauf relativ wenig Kraftstoff gefördert, weshalb eine Öffnung des Ventils 14 zu
einer verhältnismäßig großen und
damit gut messbaren Änderung
im Massenstrom führt.
-
Falls
die Bedingungen für
die Kalibrierung erfüllt
sind, wird in einem nächsten
Schritt das Ventil 14 geschlossen, indem das Ventil 14 mit
einem pulsweitenmodulierten Steuersignal S mit der Pulsweite PW=0
angesteuert wird.
-
Daraufhin
werden dann die Drehzahl n und die Luftzahl λ von der Steuereinheit 2 auf
die vorgegebenen Sollwerte des Leerlaufs geregelt, bis die Sollwerte
erreicht sind.
-
In
diesem stationären
Leerlaufbetrieb werden dann die Regelgrößen gespeichert, wie der Zündwinkel
und die Stellung der Drosselklappe 7. Die Kenntnis der
Regelgrößen im stationären Leerlaufbetrieb
ist wichtig, um anschließend
die Regelabweichung und daraus die Ventilstellung des Ventils 14 in Form
von dessen Öffnungsquerschnitt
Q ableiten zu können.
-
Im
darauf folgenden Schritt wird aus der in einem Speicher der Steuereinheit 2 abgelegten
Beladung L des Aktivkohlefilters 12 durch Multiplikation mit
einem Faktor K die Periodendauer T des Steuersignals S berechnet.
Je nach Art der Brennkraftmaschine bzw. der Tankentlüftungsanlage
kann weiterhin eine Einbeziehung eines Offsets K2 sinnvoll
sein, so dass die Periodendauer über
T = K1·L
+ K2 berechnet würde. Ebenso sind andere funktionale
Zusammenhänge
zwischen Beladung L und Periodendauer T denkbar, bei denen die Periodendauer
T mit zunehmender Beladung L steigt.
-
Die
Beladung L wird während
einer normalen Regeneration des Aktivkohlefilters 12 aus
Messgrößen der
Brennkraftmaschine 1 ermittelt, wie beispielsweise der
Luftzahl λ des
Abgases.
-
In
dem dargestellten Beispiel wird der Anfangswert der Pulsweite PW
im nächsten
Schritt 20% unterhalb einer zu einem früheren Zeitpunkt ermittelten
Mindestpulsweite PW_min_alt festgelegt, wobei außerdem der Änderungsbetrag ΔPW abgezogen wird,
um die zu Beginn der nächsten
Programmschleife folgende Addition von ΔPW auszugleichen.
-
Nun
kann mit der Bestimmung der aktuell gültigen Mindestpulsweite PW_min_neu
begonnen werden. Es folgt also in 3b die
Erhöhung
der Pulsweite PW um einen vorgegebenen Änderungsbetrag ΔPW und die
Ansteuerung des Ventils 14 mit dem Steuersignal S, welches
in seinem Verlauf durch die Größen Periodendauer
T und Pulsweite PW bestimmt ist. Die Ansteuerung erfolgt für eine vorgegebene
Zeitdauer TA.
-
In 4 ist
beispielhaft das Zeitdiagramm des Steuersignals S für unterschiedliche
Periodendauern T dargestellt. Im oberen Verlauf wird das Ventil 14 gerade
zwei Mal pro Zeitdauer TA geöffnet.
Die grau hinterlegte, dreieckförmige
Fläche
soll die durch das Ventil 14 in Richtung Ansaugtrakt 5 austretende Menge
an Kraftstoffdampf darstellen. Gut zu erkennen ist die zeitliche
Verzögerung
zwischen dem Beginn der Ansteuerung des Ventils 14 und
dem tatsächlichen
Durchtritt von Kraftstoff. Sofern die Beladung des Aktivkohlefilters 12 gerade
gering ist, reicht die im Mittel während der Zeitdauer TA fließende Kraftstoffmenge
nicht aus, um messbare Änderungen
der Drehzahl n bzw. der Luftzahl λ hervorzurufen.
-
Entsprechend
der Formel T = K·L
wird die Periodendauer bei kleinerer Beladung L demnach verkleinert.
Dies ist im unteren Verlauf des Steuersignals S in 4 zu
erkennen. Nun wird das Ventil 14 vier Mal pro Zeitdauer
TA angesteuert, was zu einer Erhöhung
der mittleren Kraftstoffmenge führt,
da die Pulsweite PW gegenüber
dem oberen Verlauf beibehalten wurde.
-
Nachdem
das Ventil 14 für
eine Zeitdauer TA angesteuert wurde, wird die Drehzahl n und die
Luftzahl λ wieder
ausgeregelt, wird in dem in 3b dargestellten
Beispiel die aktuelle Luftzahl λ_akt
gemessen und es wird geprüft,
ob sich diese gegenüber dem
Sollwert verändert
hat. Ist dies nicht der Fall, kann man davon ausgehen, dass das
Ventil 14 noch geschlossen ist. Dementsprechend wird die
Pulsweite PW weiter erhöht.
Hat sich die Luftzahl λ_akt
jedoch gegenüber
der Luftzahl im Leerlauf geändert, so
wurde der Öffnungspunkt
des Ventils 14 erreicht, und die aktuell eingestellte Pulsweite
wird als aktuell gültige
Mindestpulsweite PW_min_neu gespeichert. Für einen zukünftig durchzuführenden
Kalibrierungsvorgang wird diese neu ermittelte Mindestpulsweite weiterhin
als Wert PW_min_alt abgespeichert.
-
In
den in 3c dargestellten Schritten wird dann
noch entsprechend dem bekannten Kalibrierungsverfahren der weitere
Verlauf der Steuerkennlinie 17 ermittelt.
-
Hierzu
wird die Pulsweite PW weiter schrittweise um den Änderungsbetrag ΔPW erhöht, wobei jeweils
abgewartet wird, bis die Drehzahl n und die Luftzahl λ auf die
vorgegebenen Sollwerte eingeregelt sind.
-
Dabei
werden jeweils die Regelgrößen ermittelt,
die zur Kompensation der aus dem Aktivkohlefilter 12 abgesaugten
Kraftstoffdämpfe
erforderlich sind.
-
Aus
diesen Regelgrößen wird
dann die zugehörigen
Ventilstellung Q ermittelt, wodurch jeweils eine Stützstelle
(Qi, PWi) bekannt
ist.
-
Auf
diese Weise werden nacheinander zahlreiche Stützstellen der Steuerkennlinie 17 ermittelt, bis
die Pulsweite PW einen vorgegebenen Maximalwert PW_max überschreitet.
-
Die
einzelnen Stützstellen
der Steuerkennlinie 17 werden dann in einem Kennlinienglied
im Speicher der Steuereinheit 2 abgespeichert und während des
normalen Betriebs der Brennkraftmaschine 1 verwendet, um
die bei der Regeneration des Aktivkohlefilters 12 aus dem
Aktivkohlefilter 12 ausgespülten Kraftstoffdämpfe zu
kompensieren.