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Stand der Technik
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Fahrzeuge
mit Ottomotoren sind mit einem sogenannten Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem ausgestattet,
um zu verhindern, dass der aus dem Kraftstoffbehälter ausdampfende Kraftstoff
in die Umgebung gelangt. Hierfür
sind sogenannte Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher vorgesehen, die beispielsweise
als Aktivkohlefilter realisiert sein können. Diese Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher
nehmen im Tank verdunstenden Kraftstoffdampf auf. Durch Spülung mit
Luft erfolgt eine Regeneration dieser Filter. Die Spülluft strömt dabei
durch den Aktivkohlefilter, nimmt dort Kraftstoff auf und wird als
mit Kraftstoff beladenes Regeneriergas dem Verbrennungsmotor zugeführt. Die
Regenerierung des Aktivkohlefilters durch Spülung mit Luft erfolgt beispielsweise
durch Öffnen
eines Tankentlüftungsventils
zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors.
Durch den Saugrohrunterdruck wird in diesem Fall die Spülung des
Filters über eine
Frischluftöffnung
vorgenommen. Das mit Kraftstoff beladene Regeneriergas strömt in diesem
Falle dem Druckgefälle
folgend über
das Tankentlüftungsventil
zum Verbrennungsmotor. Um das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors
bei einem solchen Spülvorgang
nicht nachteilig zu beeinflussen, muss der Bela dungsgrad des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers
bekannt sein. Abhängig
von diesem Beladungsgrad wird die Menge des in die Brennräume des
Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffs variiert. Bei aus
dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die durch den Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher
angesaugte Kraftstoffmenge über
die gemessene Luftzahl Lambda berechnet und auf einen Sollwert geregelt.
Da nun das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs im Tank, welches
von den Kraftstoffeigenschaften, von der Umgebungstemperatur, vom
Umgebungsdruck und anderen Größen abhängt, in
der Regel unbekannt ist, ist auch die in dem Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher
gespeicherte Kraftstoffmasse unbekannt.
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Um
den Bedarf an Tankentlüftungsphasen möglichst
genau zu bestimmen und die Vorsteuerung der Einspritzkorrektur ideal
anpassen zu können, muss
die im Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher
adsorbierte Kohlenwasserstoff-Masse, die so genannte Beladung, bekannt
sein.
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Die
Bestimmung der Beladung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers erfolgt
bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren beispielsweise
aufgrund von direkter Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration
basierend auf der Spülmenge, wie
beispielsweise aus der
DE
101 26 520 A1 bekannt, oder durch Messung der Temperatur
im als Aktivkohlefilter ausgebildeten Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher.
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Durch
diese Messverfahren kann die Beladung jedoch nur ungenau bestimmt
werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vorteile der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
und die erfindungsgemäße Vorrichtung
mit den Merkmalen der unabhängigen
Ansprüche
1 und 5 haben demgegenüber
den Vorteil, dass die adsorbierte Kohlenwasserstoffmasse durch Bestimmung
des Gewichts des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers und durch einen
Vergleich mit dem zuvor bestimmten Gewicht des entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers sehr
schnell und mit hoher Präzision
erfasst werden kann.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den
unabhängigen
Anspruch 1 angegebenen Verfahrens sowie der in dem unabhängigen Anspruch
5 angegebenen Vorrichtung möglich.
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So
sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor,
das Gewicht durch die statische Auslenkung einer die Eigenschaften
einer Feder aufweisenden Lagerung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers
im Gravitationsfeld zu bestimmen.
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Bei
einer wiederum anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen,
das Gewicht aus der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten,
schwingungsfähigen,
insbesondere elastisch gelagerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers zu
bestimmen.
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Eine
vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, aufgrund eines
Vergleichs der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten
Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers
mit der in einem früheren
Messzyklus erfassten Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten
Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers auf eine Veränderung der Schwingungsparameter,
insbesondere auf eine Veränderung
der Feder- und Dämpfungseigenschaften
der schwingungsfähigen Lagerung
zu schließen.
Dies ermöglicht
bei Veränderung
der Parameter eine Korrektur und damit eine Steigerung der Präzision der
Gewichts-/Massenbestimmung.
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Die
elastische Lagerung selbst kann auf die unterschiedlichste Weise
ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Anordnung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers
aufliegend auf Federelementen denkbar. Eine besonders vorteilhafte
Ausführungsform
sieht eine elastische Aufhängung
vor.
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Die
Aufhängung
der schwingungsfähigen Lagerung
kann durch einen Wegsensor erfasst werden. Die Schwingungsfrequenz
wird vorteilhafterweise mittels eines Schwingungssensors erfasst.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher
erläutert.
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In
der Fig. ist eine von der Erfindung Gebrauch machende Vorrichtung
zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers dargestellt.
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Ausführungsformen
der Erfindung
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In
der Fig. ist ein Kraftstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt,
das für
den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Dem Verbrennungsmotor 10 wird über ein
Saugrohr 20 Luft und über
ein Kraftstoffzumessmittel 30 Kraftstoff aus einem Tank 40 zugeführt. Um
das Entweichen von Kraftstoffdämpfen
aus dem Tank 40 in die Umgebung zu verhindern, ist ein
Tankentlüftungssystem
vorgesehen, das wie dargestellt einen Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher 50 in
Form eines Aktivkohlefilters, ein in der Belüftungsleitung des Aktivkohlefilters 50 angeordnetes
Absperrventil 60 und ein in der Leitung zwischen Aktivkohlefilter
und Saugrohr angeordnetes Tankentlüftungsventil 70 umfasst.
In dem Tank 40 verdampfender Kraftstoff wird in dem Aktivkohlefilter 50 gespeichert
und während
des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 über das geöffnete Tankentlüftungsventil 70 und
das Saugrohr 20 der Verbrennung zugeleitet. Aufgrund der
sich dabei einstellenden Druckverhältnisse wird gleichzeitig der Aktivkohlefilter 50 bei
geöffnetem
Absperrventil 60 mit Frischluft gespült und damit regeneriert.
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Zur
Steuerung der Tankentlüftung über das Öffnen und
Schließen
der genannten Ventile dient ein Steuergerät 80. Dem Steuergerät 80 werden,
wie nachfolgend noch näher
beschrieben, Signale eines Wegsensors 82, welcher eine
Lageveränderung
des Aktivkohlefilters 50 erfasst, und/oder die Signale
eines Frequenzsensors 84, welcher die Schwingungsfrequenz
des zu Schwingungen angeregten Aktivkohlefilters 50 erfasst,
zugeführt.
Ferner werden dem Steuergerät 20 den
Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Signale
sowie das Kraftstoff-Luftgemisch charakterisierende Signale zugeführt. So
ist beispielsweise ein mit 110 bezeichneter Sensor stellvertretend
dargestellt für
die Erfassung der den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden
Si gnale. Ein Sensor 120 dient zur Erfassung der Abgaszusammensetzung
in einem Abgasrohr 130 der Brennkraftmaschine. Auch die
Signale dieser Sensoren werden in dem Steuergerät 80 verarbeitet.
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Während der
Regenerierung des Aktivkohlefilters 50 gelangen auf oben
beschriebene Weise Kohlenwasserstoffdämpfe in das Saugrohr 20 des Verbrennungsmotors 10 und
werden von diesem zusammen mit der Frischluft angesaugt. Damit in
dem Verbrennungsmotor 10 die richtige Kraftstoffmenge zur
Verfügung
steht, wird von dem Steuergerät 80 die Einspritzmenge
reduziert und das Kraftstoffzumessmittel 30 entsprechend
angesteuert.
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Bei
aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird nun die durch
den Aktivkohlefilter 50 angesaugte Kraftstoffmenge über die
durch den Sensor 120 gemessene Luftzahl Lambda berechnet
und auf einen Sollwert geregelt. Da das Ausgasungsverhalten des
Kraftstoffs im Tanksystem, welches von den Kraftstoffeigenschaften,
der Temperatur, dem Umgebungsdruck und anderen Größen abhängt, in der
Regel unbekannt ist, ist auch die eingespeicherte Masse an Kohlenwasserstoffen,
die Beladung, unbekannt. Um den Bedarf an Tankentlüftungsphasen möglichst
genau bestimmen zu können
und die Vorsteuerung der Einspritzkorrektur optimal anpassen zu
können,
muss die Masse der absorbierten Kohlenwasserstoffe bestimmt werden.
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Hierzu
ist das Aktivkohlefilter 50 in einer schwingungsfähigen Aufhängung 52, 54 gelagert. Diese
Lagerung kann beispielsweise wie in der Fig. schematisch dargestellt,
an einem Karosserieteil 54 durch Federn 52 realisiert
sein. Statt Federn 52 können
aber auch Anschlussgummischläuche
oder dergleichen vorgesehen sein. Ferner könnte statt einer schwingungsfähigen Aufhängung rein
prinzipiell auch vorgesehen sein, den Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher
aufliegend auf Federelementen zu lagern. In jedem Falle muss sichergestellt
sein, dass die Lagerung die Eigenschaften einer Feder aufweist bzw.
zu Schwingungen angeregt werden kann.
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Die
Bestimmung der Beladung des Aktivkohlefilters 50, das heißt, die
Bestimmung der in dem Aktivkohlfilter 50 adsorbierten Masse
der Kohlenwasserstoffverbindungen kann nun auf zwei unterschiedliche
Weisen erfolgen.
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Zum
einen kann das Gewicht aufgrund der statischen Auslenkung einer
der Federn 52 im Gravitationsfeld bestimmt werden. Hierzu
ist der Wegsensor 82 vorgesehen, der die Auslenkung des
Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers 50 im Gravitationsfeld ermittelt.
Dies wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert. So ergibt sich beispielsweise
bei einer Gesamtmasse des Aktivkohlefilters 50 von 2,2
Kilogramm und bei einer Federkonstanten von 200 N/m eine Auslenkung
von einem Millimeter. In diesem Falle beträgt die Gewichtskraft 22 Newton.
Die Masse des entleerten Aktivkohlefilters 50, die in einem
früheren
Messzyklus oder vor Einbau des Aktivkohlefilters 50 bestimmt
wurde, beträgt
beispielsweise 2 Kilogramm. In diesem Falle verursacht die Beladung eine
Massenzunahme von 0,2 Kilogramm. Diese Bestimmung der Gewichtskraft
setzt voraus, dass der Fahrzeugaufbau waagerecht angeordnet ist.
Im Falle einer nicht waagrechten Anordnung des Fahrzeugaufbaus erfolgt
die Bestimmung der Gewichtskraft durch eine Korrektur, z.B. auf
Basis des Neigungswinkels.
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Eine
andere Ausführungsform,
bei der diese Voraussetzung nicht gegeben sein muss, sieht vor, den
Aktivkohlefilter 50 in Schwingungen zu versetzen und durch
die Messung der Schwingungsfrequenz die Gesamtmasse zu bestimmen.
Dieses Verfahren ist beispielsweise einsetzbar, wenn Schwingungen der
Karosserie des Fahrzeugs das Aktivkohlefilter 50 zu Schwingungen
anregen. In diesem Falle wird aus der Schwingungsfrequenz ω auf die
Masse der in dem Aktivkohlefilter 50 adsorbierten Kohlenwasserstoffe
geschlossen. Unter der Annahme, die schwingungsfähige Aufhängung in Form der Federn 52 weise
eine Federkonstante c auf, ergibt sich für die Schwingungsfrequenz die
folgende Formel: ω = (c/mges)1/2 und hieraus für die Masse der adsorbierenden
Kohlenwasserstoffe mHC mHC = (mges·c/ω2) – mAKF, wobei mges die
Gesamtmasse und mAKF die Masse des entleerten
Aktivkohlefilters 50, die zuvor bestimmt wird, sind. Die
Frequenz der Frequenz ω der Schwingung
kann durch den an Frequenzsensor 84 erfolgen.
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Mit
zunehmender Beladung des Aktivkohlefilters 50 nimmt die
Frequenz ab. Aufgrund der Frequenzabnahme kann auf die Masse mHC geschlossen werden. Dabei ist zu bemerken,
dass Frequenzmessungen mit hoher Präzision durchgeführt werden können.
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Aufgrund
eines Vergleichs der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten
entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers 50 mit der
in einem früheren
Messzyklus erfassten Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten
entleerten Kraftstoff-Zwischenspeichers 50 kann
auf eine Veränderung
der Schwingungsparameter, insbesondere auf eine Veränderung
der Feder- und Dämpfungseigenschaften
der schwingungsfähigen
Lagerung geschlossen werden. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung
der Präzision
durch Korrektur der Messergebnisse zur Bestimmung des Gewichts/der Masse
des Aktivkohlefilters 50, da so auch Veränderungen
der für
die Messung herangezogenen Parameter berücksichtigt werden können.
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Beide
vorbeschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Masse mHC der
im Aktivkohlefilter 50 adsorbierten Kohlenwasserstoffe
HC erlauben eine sehr präzise
Bestimmung der Beladung, die mit aus dem Stand der Technik bekannten
Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich ist. Die Bestimmung der HC-Masse
kann zur Verbesserung der Vorsteuerung verwendet werden und zur
präzisen
Festlegung von Regenerationsphasen. Sie kann darüber hinaus auch zur Prüfung der
Funktionsfähigkeit
des Tankentlüftungsventils 70 herangezogen
werden, beispielsweise durch Beobachtung der Veränderung der Luftzahl bei Aufsteuerung
des Tankentlüftungsventils 70.
In diesem Falle ist es erforderlich, dass das Luft-Kraftstoffgemisch,
welches über
das Tankentlüftungsventil 70 strömt, nicht
stöchiometrisch
ist. Auf diese Weise könnte
zur Prüfung
der Funktionsfähigkeit
des Tankentlüftungsventils
eine Regenerationsphase herangezogen werden, da durch die oben beschriebenen
Verfahren eine sehr genaue Massenbestimmung der im Aktivkohlefilter 50 adsorbierten
Kohlenwasserstoffe möglich
ist und insoweit die Luftzahl des über das Tankentlüftungsventil 70 strömenden Luft-Kraftstoffgemisches
bestimmt werden kann. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Tankleckdiagnose. Über eine
zeitliche Beobachtung der im Aktivkohlefilter 50 adsorbierten
Masse und der Luftzahl Lambda kann auf das Ausgasungsverhalten im
Tank geschlossen werden. Die Kenntnis des Ausgasungsverhaltens ist
erforderlich für
eine präzise
Tankleckdiagnose, die auf an sich bekannte Weise auf einer Druckmessung
beruht. Durch Informationen über
die Verdampfung und die Kondensation im Tank kann die Genauigkeit
einer solchen Tankleckdiagnose wesentlich erhöht werden.