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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit einer Tankentlüftungsanlage
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aufgrund
gesetzlicher Bestimmungen ist es erforderlich, die Dichtheit von
Tankentlüftungsanlagen
von Fahrzeugen zu prüfen.
So fordern beispielsweise die kalifornische Umweltbehörde (CARB)
genauso wie die amerikanische Umweltbundesbehörde (Environment Protection
Agency, EPA) eine Überprüfung der
Funktionsfähigkeit
von Tankentlüftungsanlagen
bei Kraftfahrzeugen mit bordeigenen Mitteln (On-Board-Diagnose,
OBD II). Dabei müssen
Lecks einer bestimmten Größe erfasst
werden können.
So ist es beispielsweise ab dem Modelljahr 2000 erforderlich, Lecks
ab einer Größe von 0,5
mm zu erfassen. Derartige Lecks müssen beispielsweise im Kraftfahrzeug
angezeigt werden und in einem Speicher, dessen Inhalt später abgerufen
werden kann, abgelegt werden. Zur Leckdiagnose schlagen nun die
DE 196 36 431 A1 sowie
die
DE 198 09 384
A1 vor, bei geschlossenen Mitteln zur Belüftung der Tankentlüftungsanlage,
das heißt
bei gegenüber
der Umgebung dichter Tankentlüftungsanlage
einen Über-
oder Unterdruck mittels beispielsweise einer elektrischen Pumpe
in die Tankentlüftungsanlage einzubringen.
Wenn nun ein Leck im Tank existiert, baut sich ein Teil des aufgebauten Über-/Unterdrucks durch
einen über
das Leck stattfindenden Druckausgleich wieder ab, was dann zum einen in
einem langsameren Aufbau des Über-/Unterdrucks
resultiert und zum anderen auch in einem verringerten stationären Endwert
des Über-/Unterdrucks. Über die Messung
des Drucks oder einer den Druck charakterisierenden Größe, z.B.
die Messung der Stromaufnahme des die Pumpe antreibenden Elektromotors, kann
auf diese Weise eine Aussage über
ein in der Tankentlüftungsanlage
vorhandenes Leck getroffen werden. Durch eine vor der eigentlichen
Diagnose erfolgenden sogenannten Referenzmessung, in der, wie beispielsweise
aus der
DE 196 36
431 A1 bekannt, ein Referenzleck mit einem Druck dadurch
beaufschlagt wird, dass die Pumpe durch ein Referenzleck bekannter
Größe pumpt,
kann die Genauigkeit des Verfahrens erhöht werden. Sowohl der erreichte Druck-Endwert als auch
die Anstiegsgeschwindigkeit des Drucks sind aber nicht nur von der
Leckgröße, sondern
unter anderem auch von Toleranzen der für die Leckdiagnose verwendeten
Bauteile und von in der Tankanlage stattfindenden thermodynamischen Vorgängen abhängig. So
wird die Diagnose beispielsweise durch Verdampfungs- oder Kondensationseffekte
sowie Kontraktions-/Dehnungseffekte des Tanks aufgrund von Temperaturschwankungen
im Tank beeinflusst.
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Während die
Toleranzen der für
die Prüfung der
Dichtheit der Tankentlüftungsanlage
eingesetzten Mittel, beispielsweise der Pumpe oder eines die Pumpe
antreibenden Elektromotors durch die vorerwähnte Referenzmessung und die
Messung spezifischer Korrekturterme, beispielsweise die Messung des
Leerlaufstroms oder des Referenzstroms der Pumpe wenigstens teilweise
kompensiert werden können,
ist es bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht
möglich,
den Einfluss der erwähnten
thermodynamischen Vorgänge
in der Tankentlüftungsanlage
zu berücksichtigen.
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Zwar
könnte
das Diagnoseverfahren so gestaltet werden, dass vor dem Beginn einer
aktiven Leckdiagnose der Tank dicht verschlossen wird und mittels
eines Drucksensors der sich passiv einstellende Verlauf des Drucks
im Tanksystem beobachtet wird. Dieses Verfahren lässt sich
jedoch auf eine Diagnose, bei der eine Dichtheitsprüfung aufgrund
eines Referenzlecks vorgenommen wird, nicht ohne weiteres übertragen.
Zum einen wegen der relativ großen
zeitlichen Dauer der Diagnose, die es nicht erlaubt, die Verhältnisse
vor der Diagnose ohne weiteres auf den Zeitpunkt des Diagnose-Endes
zu übertragen,
und zum anderen, weil die vorbekannten, beispielsweise aus der
DE 196 36 431 A1 und
der
DE 198 09 384
A1 bekannten Verfahren keinen Drucksensor verwenden, sondern
viel mehr gerade zur Einsparung eines solchen Drucksensors eine Betriebsgröße der den
Druck in die Tankentlüftungsanlage einbringenden
Pumpe oder des die Pumpe antreibenden Elektromotors verwenden.
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Der
Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Prüfung der
Dichtheit einer Tankentlüftungsanlage
der gattungsgemäßen Art derart
weiterzubilden, dass auch eine Kompensation der vorerwähnten thermodynamischen
Vorgänge
im Tank möglich
ist.
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Vorteile der
Erfindung
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Diese
Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Prüfung der Dichtheit einer Tankentlüftungsanlage der
eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs
1 gelöst.
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Grundidee
der Erfindung ist es, zeitnah zur Beendigung der eigentlichen Dichtheitsprüfung eine Kompensation
eventuell in der Tankentlüftungsanlage
ablaufender thermodynamischer Vorgänge oder eine Dehnung oder
Kontraktion des Tanks und dergleichen dadurch zu ermöglichen,
dass die Mittel zur Belüftung
der Tankentlüftungsanlage
nach dem Beenden des Einbringens des Über- oder Unterdrucks für einen
vorgegebenen Zeitraum geschlossen gehalten werden, der Tank also
einen vorgegebenen Zeitraum gewissermaßen sich selbst überlassen
wird und dass nach Ablauf dieses vorgebbaren Zeitraums bei weiterhin
geschlossen gehaltenen Mitteln zur Belüftung der Tankentlüftungsanlage,
d.h. bei weiterhin gegenüber
der Umgebung druckdicht verschlossenem Tank die wenigstens eine
den Druckverlauf in der Tankentlüftungsanlage
charakterisierende Größe erfasst
wird und durch Vergleich dieser Größe mit derselben Größe während des
Einbringens des Über-
oder Unterdrucks auf die Dichtheit der Tankentlüftungsanlage geschlossen wird.
Durch diese Schritte ist es möglich,
beispielsweise im Tank auftretende Kontraktionen oder Dehnungen
zu erfassen und bei der Funktionsprüfung des Tanks auf Dichtheit
zu berücksichtigen.
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Es
versteht sich, dass die Erfassung der wenigstens einen, den Druckverlauf
in der Tankentlüftungsanlage
charakterisierenden Größe nach
Ablauf der vorbestimmten Zeit, in der der Tank sich selbst überlassen
wird, bei Verfahren, bei denen beispielsweise eine Betriebsgröße der Pumpe
oder des die Pumpe antreibenden Elektromotors erfasst wird, voraussetzen,
dass diese Pumpe oder der Elektromotor zur Messung des Druckverlaufs
kurz betrieben werden müssen.
Es wird also nach Ablauf der vorgegebenen Zeit, in der der Tank
sich selbst überlassen wird,
erneut kurze Zeit Über-
oder Unterdruck in den Tank eingebracht.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen des Verfahrens sind Gegenstand der
auf Anspruch 1 rückbezogenen
Unteransprüche.
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So
sieht eine sehr vorteilhafte Ausführungsform vor, dass zeitnah
zu dem wenigstens vorübergehenden
Beenden der Einbringung weiteren Drucks, insbesondere unmittelbar
nach diesem Ereignis der vorhandene Über- oder Unterdruck durch
eine Belüftung
des Tanksystems abgebaut wird und nach dem Abbau des vorhandenen Über- oder
Unterdrucks und vor dem erneuten Erfassen der den Über- oder
Unterdruck charakterisierenden Größe die Belüftung des Tankentlüftungssystems
wieder blockiert wird. Durch diese Maßnahme werden Falschaussagen vermieden.
Wenn nämlich
am Ende der Diagnose eine Kompensationsmessung erfolgt, so ist im
Falle eines dichten Systems der dabei ermittelte Gradient ein korrektes
Maß zum
Beispiel für
eine Ausgasung im Tank. Wenn jedoch eine Leckage vorliegt, so fließt während der
Erfassung der den Über-
oder Unterdruck charakterisierenden Größe innerhalb der vorbestimmten
Zeit, nach der wenigstens vorübergehenden
Beendigung des Einbringens von Über-
oder Unterdruck in das Tanksystem, nachfolgend kurz als Kompensationsmessung
bezeichnet, aufgrund des zu diesem Zeitpunkt herrschenden Drucks
in dem Tank auch Gas aus dem Tank ab. Es kann hierbei vorkommen,
dass sich die Ausgasung und der Druckverlust über das Leck gerade kompensieren
oder dass trotz der Ausgasung sogar ein negativer Kompensationsgradient
gemessen wird. Der Schluss, in diesem Falle liege keine Ausgasung
vor, wäre
also falsch.
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Der
Druck muss daher vor der Kompensationsmessung aus dem Tank abgelassen
werden oder die Kompensationsmessung muss zu Beginn der eigentlichen
Diagnose vorgenommen werden. Wenn im Tank nämlich kein oder nur ein sehr
geringer Druck herrscht, ist der durch ein eventuelles Leck ausströmende Gasvolumenstrom
klein und strebt für den
Grenzwert eines gegen Null strebenden Drucks ebenfalls gegen Null.
Der so ermittelte Kompensationsgradient ist in diesem Falle ein
korrektes Maß für die Verdampfung.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht dabei vor,
die erneute Erfassung der den Über-
oder Unterdruck charakterisierenden Größe mit einer Wiederaufnahme
des Einbringens von Über-
oder Unterdruck mittels der Über- oder
Unterdruckquelle zu verbinden.
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Bevorzugt
ist die den Druckverlauf bei Einbringen des Über- oder Unterdrucks charakterisierende
Größe das zeitliche
Verhalten einer Betriebskenngröße einer
Druckquelle beim Einbringen des Über-
oder Unterdrucks. Auf diese Weise kann auf einen zusätzlichen
Drucksensor verzichtet werden. Vielmehr wird die den Druckverlauf
bei Einbringen des Über-
oder Unterdrucks charakterisierende Größe aus dem Verhalten der Betriebskenngröße der Druckquelle
beim Einbringen des Über-
oder Unterdrucks bestimmt.
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Als
Betriebsgröße der Druckquelle
wird dabei vorteilhafterweise die Stromaufnahme einer Pumpe und/oder
die Drehzahl eines die Druckquelle betreibenden Motors und/oder
elektrische Betriebsdaten des die Druckquelle betreibenden Motors,
beispielsweise dessen Stromaufnahme verwendet und ausgewertet.
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Zur
weiteren Steigerung der Genauigkeit der Dichtheitsprüfung sieht
eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, dass die den Über- oder
Unterdruck charakterisierende Größe in Abhängigkeit von
die Tankentlüftungsanlage
charakterisierten und/oder Umgebungsgrößen festgelegt werden.
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Die
die Tankentlüftungsanlage
charakterisierenden und/oder Umgebungsgrößen sind dabei eine oder mehrere
der folgenden Größen: Tankfüllstand, Umgebungstemperatur,
Umgebungsdruck.
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Das
Einbringen des Über-
oder Unterdruckes wird beendet, wenn eine oder mehrere der folgenden
Kriterien erfüllt
sind: Ablauf einer vorgebbaren Zeit, Erreichen eines bestimmten
Druckwertes oder einer den bestimmten Druckwert charakterisierenden
Größe, Unterschreiten
eines vorgebbaren Druckgradienten oder einer den Druckgradienten charakterisierenden
Größe.
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Weitere
Vorteile und Merkmale der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden
Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung eines Ausführungsbeispiels
der Erfindung.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 eine
Tankentlüftungsanlage,
bei welcher das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren zur
Anwendung kommt und
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2 den
Verlauf einer den Druck in dem Tanksystem charakterisierenden Größe sowie
die Schaltstellung eines das Tanksystem schließenden Ventils und einer den Über- oder
Unterdruck einbringenden Pumpe gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens
und
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3 den
Verlauf einer den Druck in dem Tanksystem charakterisierenden Größe sowie
die Schaltstellung eines das Tanksystem schließenden Ventils und einer den Über- oder
Unterdruck einbringenden Pumpe gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
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Eine
Tankentlüftungsanlage
eines Kraftfahrzeugtanksystems, dargestellt in 1,
umfasst einen Tank 10, ein Adsorptionsfilter 20,
beispielsweise ein Aktivkohlefilter, das mit dem Tank 10 über eine Tankanschlussleitung 12 verbunden
ist und eine mit der Umgebung verbindbare Belüftungsleitung 22 aufweist,
sowie ein Tankentlüftungsventil 30,
das einerseits mit dem Adsorptionsfilter 20 über eine
Ventilleitung 24 und andererseits mit einem Saugrohr 40 einer
Brennkraftmaschine über
eine Ventilleitung 42 verbunden ist.
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Durch
Verdunstung entstehen in dem Tank 10 Kohlenwasserstoffe,
die sich in dem Adsorptionsfilter 20 anlagern. Zur Regenerierung
des Adsorptionsfilters 20 wird das Tankentlüftungsventil 30 geöffnet, sodass
aufgrund des in dem Saugrohr 40 herrschenden Unterdrucks
Luft der Atmosphäre
durch das Adsorptionsfilter 20 gesaugt wird, wodurch die
in dem Adsorptionsfilter 20 angelagerten Kohlenwasserstoffe
in das Saugrohr 40 gesaugt und einer (nicht dargestellten)
Brennkraftmaschine zugeführt
werden.
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Um
die Funktionsfähigkeit
der Tankentlüftungsanlage
diagnostizieren zu können,
ist eine Pumpe 50 vorgesehen, die mit einer Schaltungseinheit 60 verbunden
ist. Der Pumpe 50 nachgeschaltet ist ein Umschaltventil 70,
beispielsweise in Form eines 3/2-Wegeventils. Parallel zu diesem
Umschaltventil 70 ist in einem separaten Zweig 80 ein
Referenzleck 81 angeordnet. Die Größe des Referenzlecks 81 ist
so gewählt,
dass sie der Größe des zu
erfassenden Lecks entspricht, beispielsweise einer zu erfassenden
Leckgröße von 0,5
mm.
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Es
versteht sich, dass das Referenzleck 81 beispielsweise
auch Bestandteil des Umschaltventils 70 sein kann, etwa
durch eine Kanalverengung oder dergleichen, sodass in diesem Falle
ein zusätzlicher Referenzteil
entfallen kann (nicht dargestellt).
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Die
Dichtheitsprüfung
der Tankentlüftungsanlage
ist in der
DE 196
36 431 A1 , auf die vorliegend vollinhaltlich Bezug genommen
wird, ausführlich
beschrieben. Es wird hierbei durch Erfassung des dem Pumpenmotor
zuzuführenden
Stroms festgestellt, ob der durch die Druckquelle
50 in
die Tankentlüftungsanlage
einzubringende Förderstrom
von dem Förderstrom
abweicht, der bei Einbringen des Überdrucks über das Referenzleck vorhanden
ist.
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In 2 und 3 ist
jeweils der zeitliche Verlauf des Stroms dargestellt, der sich ergibt,
wenn eine Spannung an die Druckquelle 50, die beispielsweise
eine Überdruckquelle
sein kann, angelegt wird. In einem mit I bezeichneten Zeitabschnitt
befindet sich das Umschaltventil 70 in der in 1 dargestellten
mit I gekennzeichneten Stellung. In dieser Stellung des Umschaltventils 70 wird
ein Förderstrom durch
die Druckquelle 50 über
das Referenzleck 80 in die Tankentlüftungsanlage eingebracht. Dabei
stellt sich ein zeitlich im Wesentlichen konstanter Strom ein, wie
es in 2 und 3 schematisch dargestellt ist.
Sobald das Umschaltventil 70 von der Stellung I in die
Stellung II umgeschaltet wird, beaufschlagt die Druckquelle 50 die
Tankentlüftungsanlage
mit einem Überdruck.
Beim Umschalten nimmt zunächst
der Motorstrom schnell ab und anschließend mit zunehmender Zeit kontinuierlich
zu, bis er einen Wert erreicht, der größer oder gleich dem Motorstrom in
der Stellung I des Umschaltventils 70 ist. Dieser Druckverlauf
das heißt
die Änderung
des Drucks über
der Zeit ist charakteristisch für
eine funktionsfähige
Tankentlüftungsanlage.
Zeigt dagegen der Druckverlauf in der Schaltstellung II des Umschaltventils,
die in 2 und 3 ebenfalls mit II bezeichnet
ist, einen zu geringen Stromanstiegsgradienten oder erreicht der
Strom nicht einen vorgebbaren ersten Schwellenwert oder unterschreitet
die zeitliche Änderung
des Stroms einen zweiten Schwellenwert, wird auf eine Leckage geschlossen.
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Dieses
Verfahren zur Dichtheitsprüfung
berücksichtigt
jedoch nicht beispielsweise im Tank stattfindende thermodynamische
Vorgänge,
wie beispielsweise Verdampfungs- oder Kondensationseffekte oder
auch Kontraktions- oder Dehnungseffekte aufgrund von Temperaturschwankungen
im Tank. Um das Diagnoseverfahren weiter dahingehend zu verbessern,
dass auch derartige Erscheinungen, die nachfolgend kurz als thermodynamische
Vorgänge bezeichnet
werden, berücksichtigt
werden können, sieht
nun das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren vor, dass
eine vorbestimmte Zeitspanne nach Beendigung des Einbringens von Überdruck
erneut der Strom erfasst wird. Der Tank 10 ist in dieser Zeit
druckdicht abgeschlossen, was anhand der Ventilschaltstellung, bei
der "1" bedeutet: Ventil
geschlossen und "0": Ventil geöffnet, in 2 und 3 (Kurven 202, 302)
dargestellt ist.
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Das
Ventil 70 wird unmittelbar nach Einbringen des Drucks,
das heißt
nach Ablauf der mit I bezeichneten Zeitspanne geschlossen (Zeitpunkt
t1). Um zu vermeiden, dass sich ein Überdruck über die inaktive
Pumpe 50 abbaut, ist in der Pumpe 50 beispielsweise
ein (nicht dargestelltes) Rückschlagventil verbaut.
Dieses kann entfallen, wenn die Pumpe 50 konstruktiv so
ausgelegt ist, dass sie im Ruhezustand ausreichend abgedichtet ist.
Der unmittelbar vor dem Zeitpunkt t2 des
Abschaltens der Pumpe 50 erreichte Strom- oder Druckwert 210 (2), 310 (3)
wird im Steuergerät 60 gespeichert.
Nach Beendigung dieser Zeitspanne zum Zeitpunkt t3 wird
die Pumpe 50 bei weiterhin geschlossenem Umschaltventil 70 aktiviert.
Der am Zeitpunkt t3 existierende Stromwert 220 wird
mit dem am Zeitpunkt t2 gemessenen Stromwert 210 verglichen,
es wird ein Kompensationsgradient 250 gebildet. Aufgrund
dieses Kompensationsgradienten 250 wird auf die Druckverhältnisse im
Tank 10 geschlossen. Die Größe des Kompensationsgradienten 250 stellt
also ein Maß für die pro Zeiteinheit
stattfindende passive Druckänderung
im Tank dar. Bei dem so gewonnenen Wert können die für Diagnose herangezogenen Kenngrö ßen, wie
beispielsweise der Strom- oder Druckgradient oder das absolute Stromniveau
oder das Druckniveau korrigiert werden. Hierdurch ist insbesondere
eine Kompensation auch bei schwankenden Umgebungsbedingungen, beispielsweise
bei einer schwankenden Temperatur im Tank 10 und in der
Umgebung, bei einem schwankenden Umgebungsluftdruck oder bei unterschiedlichen
Kraftstoffsorten möglich.
Die Funktionsprüfung,
das heißt
die Dichtheitsprüfung
kann auf diese Weise wesentlich präziser vorgenommen werden. Eine
Kompensation von eventuellen Fehlern ist dabei mit sehr hoher Güte möglich, da
der Kompensationswert, dessen Bestimmung nachfolgend näher erläutert wird,
zeitnah zur Bestimmung der relevanten Größen für die Entscheidung, ob ein
Leck vorliegt oder nicht, ermittelt wird.
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Bei
dem in 2 dargestellten Verfahren erfolgt die Bestimmung
des Kompensationsgradienten zu Beginn der Diagnose, das heißt der Prüfung auf Dichtheit
des Tanksystems, die im Zeitintervall zwischen t1 und
t4 stattfindet, in der Zeitspanne von t2 bis t3. Bei dem
in 3 dargestellten weiteren Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens findet
die Kompensationsmessung dagegen unmittelbar nach der Diagnosemessung,
also nach dem Zeitpunkt t4 in der Zeitspanne
zwischen t5 und t6 statt. In
diesem Falle wird der Druck aus dem Tank 10 abgelassen.
Wenn im Tank 10 nämlich
kein oder nur ein sehr geringer Druck herrscht, ist der durch ein
eventuelles Leck ausströmende
Gasvolumenstrom klein und strebt im Grenzfall eines gegen Null strebenden Drucks
ebenfalls gegen Null. In diesem Falle ist der gewonnene Kompensationsgradient 350 ein
korrektes Maß für die Verdampfung.
Eine zuverlässige Kompensationsmessung
kann jedoch nicht ohne Ablassung des Drucks aus dem Tank 10 am
Ende der Diagnose, zum Zeitpunkt t4 stattfinden.
Wenn nämlich
eine Leckage im Tank 10 vorliegen würde, so würde während der Kompensationsmessung
aufgrund des zu diesem Zeitpunkt herrschenden Drucks auch Gas aus
dem Tank 10 abfließen.
Es kann dabei vorkommen, dass sich die Ausgasung und der Druckverlust über das
Leck gerade kompensieren, sodass trotz Ausgasung sogar ein negativer
Kompensationsgradient gemessen wird. Der Schluss, dass in diesem
Falle keine Ausgasung vorliegt, wäre falsch. Eine Kompensationsmessung
am Ende der Dichtheitsprüfung,
das heißt
zum Zeitpunkt t4 wäre nur im Falle des dichten
Systems möglich,
da nur in diesem Falle der dabei ermittelte Gradient ein korrektes
Maß für die Ausgasung
ist. Die vorbestimmte Kompensationsmessung muss daher immer eine
vorgebbare, insbesondere kurze Zeitspanne nach Beendigung des Einbringens
von Über-
oder Unterdruck vor genommen werden, das heißt unmittelbar nach dem Zeitpunkt
t1, wie es in 2 schematisch
dargestellt ist, oder unmittelbar nach dem Zeitpunkt t4,
wie es in 3 schematisch dagestellt ist.
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Die
Bestimmung des Kompensationsgradienten 250, 350 erfolgt
durch Bestimmung des in den Figuren dargestellten Steigungsdreiecks.