DE102006034807A1

DE102006034807A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Funktionsdiagnose eines Tankentlüftungsventils einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102006034807A1
Application number: DE200610034807
Authority: DE
Inventors: Andreas Pape; Ralf Gal; Kai Jakobs
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2006-07-27
Filing date: 2006-07-27
Publication date: 2008-01-31

Abstract

Bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Funktionsdiagnose eines Tankentlüftungsventils (20) einer Brennstofftankanlage einer Brennkraftmaschine (17), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, ist insbesondere vorgesehen, dass anhand einer Gemischreaktion (100, 105, 105') eine Unterscheidung in wenigstens zwei Fehlertypen getroffen wird, bei denen bevorzugt zwischen offen und geschlossen klemmendem Tankentlüftungsventil (20) unterschieden wird.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsdiagnose eines Tankentlüftungsventils einer Brennstofftankanlage einer Brennkraftmaschine insbesondere eines Kraftfahrzeugs gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
Moderne Kraftstofftanksysteme bei in Kraftfahrzeugen eingesetzten Brennkraftmaschinen (BKM) umfassen sogenannte „Tankentlüftungsanlagen", mittels derer die Kraftstofftanksysteme entlüftet werden können. Eine regelmäßige Entlüftung ist deshalb erforderlich, da der Druck im Tanksystem innerhalb vorgegebener Grenzen zu liegen hat, damit weder die Tankfestigkeit durch übermäßigen Über- oder Unterdruck leidet, noch Rückwirkungen auf die Kraftstoffzufuhr zur BKM etwa infolge von Dampfblasenbildung zu befürchten sind, sowie das Nachtanken erschwert oder gar verhindert wird.
Unter Tankentlüftungsanlagen werden vorliegend solche Anlagen verstanden, die sowohl das Einbringen von Umgebungsatmosphäre in das jeweilige Tanksystem (Belüften) als auch den Austrag von Gasen und Kraftstoffdämpfen daraus in die Umgebung (Entlüften) ermöglichen. Eine Tankentlüftung ist insbesondere bei Brenn-/Kraftstoffen mit hohem Flüchtigenanteil, z.B. Ottokraftstoffe, relevant. Damit die Kraftstoffdämpfe nicht an die Umgebung abgegeben werden, erfolgt die Einlagerung in einen Aktivkohlebehälter.
Die Regeneration des Aktivkohlebehälters erfolgt mittels eines üblicherweise getaktet ansteuerbaren Tankentlüftungsventils (TEV) und hängt empfindlich von der Funktionstüchtigkeit des TEV ab.
Zum Zwecke der Einhaltung gesetzlicher Vorschriften besteht daher ein Erfordernis, das TEV regelmäßig auf seine ordnungsgemäße Funktion hin zu überprüfen. Vorrangiges Ziel ist dabei, die Funktionsüberprüfung (-diagnose) möglichst unabhängig von anderen Komponenten der Tankentlüftungsanlage bzw. der Brennkraftmaschine durchführen zu können und insbesondere Gesetzesanforderungen wie die neueren amerikanischen OBD-Gesetzesanforderungen zu erfüllen.
Ein bekannter Ansatz zur Funktionsdiagnose eines TEV basiert auf der Reaktion des aktuellen Zündwinkels der BKM auf das Öffnen des TEV's. Dabei wird das TEV aktiv aufgesteuert, ohne dies der Steuerung der BKM mitzuteilen, Aus der Reaktion der BKM wird auf den Zustand des TEV's geschlossen.
Die zusätzliche Luftfüllung der BKM durch das geöffnete TEV würde allerdings unerwünschtermaßen die Drehzahl der BKM anheben. Die Steuerung der BKM reagiert deshalb auf die erhöhte Luftfüllung mit einem Schließen einer bei der BKM vorgesehenen Drosselklappe oder durch Erniedrigung des Zündwinkelwirkungsgrads, oder sogar beide Maßnahmen in einer beliebigen Kombination. Die aus dieser Reaktion der Steuerung gewonnenen Werte werden in einen entsprechenden Massenstrom des TEV's umgerechnet und aus diesem Massenstrom auf die Funktionsfähigkeit des TEV's geschlossen.
Bei einem defekten TEV ist dementsprechend keine Reaktion der Steuerung der BKM zu beobachten, und zwar unabhängig davon, ob das TEV bspw. offen oder geschlossen klemmt. Eine Unterscheidung, welcher Fehlerfall vorliegt, ist bisher nur schwer oder nur sehr ungenau möglich.
Es ist daher wünschenswert, ein eingangs genanntes Verfahren und eine Vorrichtung zur Funktionsdiagnose eines genannten TEV's dahingehend zu verbessern, dass eine gegenüber dem Stand der Technik präzisere Funktionsdiagnose eines hier betroffenen TEV's ermöglicht wird.
Vorteile der Erfindung
Der Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, die Feststellung der Funktionstüchtigkeit eines vorbeschriebenen Tankentlüftungsventils (TEV's) anhand einer Gemischreaktion durchzuführen, wobei eine Unterscheidung in wenigstens zwei Fehlertypen des TEV's erfolgt.
In einer bevorzugten Ausgestaltung wird zwischen offen und geschlossen klemmendem TEV unterschieden. Dabei wird sich die Unsymmetrie zu Nutze gemacht, dass bei einem offen klemmenden TEV zusätzliches ungemessenes Kraftstoff-Luftgemisch in die Brennkraftmaschine strömt, bei einem geschlossen klemmenden TEV dagegen nicht.
Mittels der Erfindung kann die Diagnose des TEV's mit einem genaueren und vollständigeren Ergebnis abgeschlossen werden.
Bevorzugt ermöglicht die Erfindung eine eindeutige Unterscheidung zwischen einem offen oder geschlossen klemmenden TEV.
Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich in Form eines Steuerprogramms in einer bestehenden Steuerung bzw. Steuereinheit einer BKM oder in Form einer eigenen Vorrichtung bzw. einer von der genannten Steuerung getrennten Steuereinheit realisieren. Das genannte Steuerprogramm kann dabei auf einem Datenträger gespeichert sein.
Zeichnung
Die Erfindung wird nachfolgend, unter Heranziehung der Zeichnung, anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels eingehender beschrieben, aus dem sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben.
In der Zeichnung zeigen
1 schematisch eine ein TEV aufweisende Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik, in der die vorliegende Erfindung vorteilhaft angewendet werden kann;
2 eine typische an sich bekannte Gemischreaktion auf ein in der 1 gezeigtes offen klemmendes TEV; und
3 eine der 2 entsprechende Darstellung zur Illustration der erfindungsgemäßen Bestimmung der Gemischreaktion zu Zwecken der genannten Funktionsdiagnose eines TEV.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Wie aus der 1 ersichtlich, umfasst eine heutzutage im Kraftfahrzeugbau übliche Kraftstofftankanlage einen Tank 10 mit einem Be-/Entlüftungsanschluss, von dem eine Tankanschlussleitung 12 zu einem regenerierbaren Kraftstoffdampfspeicher 14 führt, der üblicherweise als Adsorptionsspeicher mit Aktivkohle als Adsorbens (AKF) ausgebildet ist. Über eine Verbindungsleitung 18 ist der AKF 14 mit einem eine Drosselklappe 15 aufweisenden Saugrohr 16 eines Ansaugsystems oder einem Kraftstoffzufuhrsystem einer Brennkraftmaschine (BKM) 17 verbunden.
Die Füllungserfassung des Kraftstoff/Luft-Gemisches in der BKM 17 erfolgt vorliegend alpha/n-basiert, d.h. abhängig von dem Stellwinkel alpha der Drosselklappe 15 und der Drehzahl n der BKM.
Die Verbindungsleitung 18 weist insbesondere ein üblicherweise getaktet ansteuerbares Tankentlüftungsventil (TEV) 20 auf, welches die Leitung 18 bei Bedarf öffnet bzw. verschließt.
Im Betrieb der BKM 17 oder beim Betanken des Tanks 10 bilden sich im Tank 10 flüchtige Kohlenwasserstoffdämpfe, die über die Tankanschlussleitung 12 in den AKF 14 gelangen und in diesem in an sich bekannter Weise reversibel gebunden werden.
Bei von einer Steuereinheit 21 über eine erste elektrische Steuerleitung 40 zeitweilig öffnend angesteuertem TEV 20 und einem über eine zweite Steuerleitung 42 ebenfalls öffnend angesteuertem Umschaltventil 32 wird über die vorgenannte Verbindungsleitung 18 der AKF 14 zeitweilig mittels aus der Umgebung in den AKF 14 beförderter Frischluft 22 zur Regenerierung bzw. Desorption des AKF 14 gespült. Es ist hierbei anzumerken, dass das Umschaltventil 32 für die vorliegende TEV-Funktionsprüfung nicht zwingend erforderlich ist. Die zeitweilige Regenerierung des AKF 14 ist deshalb erforderlich, da das Speichervermögen des AKF 14 mit steigender Menge an gespeichertem Kohlenwasserstoff stetig abnimmt. Zu diesem Zweck wird daher der AKF 14 über das TEV 20 mit dem Ansaugsystem 16 der BKM 17 verbunden. Durch Öffnen des TEV 20 entsteht ein Druckgefälle zwischen dem AKF 14 und dem Ansaugsystem 16, mittels dessen der in dem AKF 14 gespeicherte Kohlenwasserstoff in das Ansaugsystem 16 eingesaugt wird, um letztlich in der BKM 17 verbrannt und damit entsorgt und gleichzeitig der Verwertung zugeführt zu werden.
Der beschriebene Tankentlüftungsvorgang, einschließlich der genannten Regenerierung des AKF 14, hängt nun empfindlich von der Funktionstüchtigkeit des TEV 20 ab.
Die BKM 17 umfasst eine hier nur schematisch angedeutete Leerlaufregelung 19, die in an sich bekannter Weise mit der BKM 17 zusammenarbeitet und dazu dient, die Drehzahl der BKM 17 im Leerlauf auf einen vorgegebenen Wert zu regeln. Als Stellgröße kommen dafür Motorbetriebsgrößen in Frage, wie vorliegend die Stellung der Drosselklappe 15. Zu diesem Zweck ist die Leerlaufregelung 19 über eine Steuerleitung 23 mit der Drosselklappe 15 verbunden.
Zur Bereitstellung einer erfindungsgemäßen Funktionsdiagnose des TEV 20 ist die Leerlaufregelung 19 über eine Datenleitung 26 mit der Steuereinheit 21 verbunden. Die von der Leerlaufregelung 19 eingestellten BKM-Betriebsgößen wie der Stellwinkel alpha der Drosselklappe und der Zündwinkel werden über die Datenleitung 26 der Steuereinheit 21 zugeführt und von dieser im Hinblick auf die nachfolgend beschriebene Funktionsdiagnose des TEV 20 ausgewertet.
Es ist anzumerken, dass alternativ oder zusätzlich als Stellgröße die von der Leerlaufregelung 19 ebenfalls einstellbare (nicht gezeigte) Zündwinkelstellung in Betracht zu ziehen ist.
Die 2 zeigt eine typische Gemischreaktion auf ein in der 1 gezeigtes vorliegend als offen klemmend angenommenes TEV 20. Dabei sind die Gemischabweichung Δ über die Zeit t aufgetragen, wobei Gemischabweichungen oberhalb einer Ausgangslage 120, bei der das jeweilige Gemisch bereits eingeschwungen ist, eine Abweichung zu mageren Werten 110 hin und unterhalb der Ausgangslage zu fetten Werten 115 hin vorliegen.
Zum Zeitpunkt t₁ trete eine Fehlfunktion des TEV's 20, und zwar vorliegend ein offen klemmendes TEV 20, auf. Diese Fehlfunktion führt im leerlaufnahen Bereich, wie vorliegend angenommen, zu einer offensichtlichen Gemischabweichung, da hier das ungemessene zusätzliche Kraftstoff-Luft-Gemisch im Verhältnis zur gemessenen Gemischfüllung relativ groß ist.
Je nach Beladung des AKF 14 wird sich eine Abweichung in Richtung mageres Gemisch 110 einstellen, und zwar wenn das AKF 14 leer ist, entsprechend der oberen durchgezogenen Kurve 100. Wenn das AKF 14 voll ist, wird sich zunächst eine Abweichung in Richtung fettes Gemisch 115 einstellen, entsprechend der unteren gestrichelten Kurve 105.
Zu einem Zeitpunkt t₁ schwenkt der zeitliche Verlauf 105 dieser Abweichung allerdings aufgrund eines dauerhaften Spülens des AKF's 14 ebenfalls in eine Abweichung in Rich tung mageres Gemisch 110 um, wobei sich schließlich die asymptotischen Werte der Gemischabweichung 125 im ersten Fall eines leeren AKF's ergeben.
In der 2 sind nur diese beiden Grenzfälle der Reaktion des Gemisches gezeigt. Je nach AKF-Beladung ist jedoch zwischen diesen Grenzfällen prinzipiell eine Vielzahl von Reaktionen möglich.
Zum Zeitpunkt der Erkennung eines defekten TEV's wird somit erfindungsgemäß die Reaktion des Gemisches bestimmt. Dabei wird allerdings nicht die aktuelle Auslenkung des Gemisches aus seiner Ausgangslage, sondern die maximale Differenz zwischen den zuvor bereits erfolgten Auslenkungen ausgewertet.
Die 3 zeigt nun die erfindungsgemäße Bestimmung der Gemischreaktion zu beispielhaft möglichen Zeitpunkten t₃, t₄ und t₅ der Erkennung eines defekten TEV's. Entsprechend der 2 ist auch hier die Gemischabweichung Δ über die Zeit t aufgetragen. Die genannte jeweils maximale Differenz entspricht dabei, wie bereits erwähnt, der bis zum jeweiligen Zeitpunkt t₃, t₄ oder t₅ erfolgten maximalen Auslenkung Δ(t₃), Δ(t₄) und Δ(t₅).
Wenn zum Zeitpunkt der Erkennung eines defekten TEV's eine deutliche Reaktion im Gemisch vorliegt, wird erfindungsgemäß auf das Vorliegen eines offen klemmenden TEV's geschlossen. Andernfalls wird ein geschlossen klemmendes TEV angenommen. Die Entscheidung, ob es sich um eine „deutliche" Reaktion handelt, kann bevorzugt dadurch erfolgen, dass die erfasste Gemischreaktion mit einem empirisch oder experimentell vorgebbaren Schwellwert verglichen wird und erst bei Übersteigen dieses Schwellwertes von einer solchen Reaktion ausgegangen wird.

Claims

Verfahren zur Funktionsdiagnose eines Tankentlüftungsventils (20) einer Brennstofftankanlage (1) einer Brennkraftmaschine (17) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dadurch gekennzeichnet, dass anhand einer Gemischreaktion (100, 105, 105') eine Unterscheidung in wenigstens zwei Fehlertypen getroffen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei den Fehlertypen zwischen offen und geschlossen klemmendem Tankentlüftungsventil (20) unterschieden wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Gemischreaktion (100, 105, 105') die maximale Differenz (Δ(t₃), Δ(t₄), Δ(t₅)) zwischen zuvor bereits erfolgten Auslenkungen ausgewertet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zu einem Zeitpunkt (t₃, t₄, t₅) eine Erkennung eines defekten Tankentlüftungsventils (20) durchgeführt wird und in dem Fall, dass zu diesem Zeitpunkt (t₃, t₄, t₅) eine einen Schwellwert übersteigende Gemischreaktion vorliegt, auf das Vorliegen eines offen klemmenden Tankentlüftungsventils (20) geschlossen wird und dass in dem anderen Fall ein geschlossen klemmendes Tankentlüftungsventil (20) angenommen wird.
Computerprogramm mit einem in einem Steuergerät einer Brennkraftmaschine ausführbaren Programmcode welcher so ausgebildet ist, dass das Verfahren in der Brennkraftmaschine bzw. der Brennstofftankanlage nach einem der vorgehenden Ansprüche ausgeführt wird.
Datenträger enthaltend einen Programmcode nach Anspruch 5.
Vorrichtung zur Funktionsdiagnose eines Tankentlüftungsventils (20) einer Brennstofftankanlage einer Brennkraftmaschine (17) insbesondere eines Kraftfahrzeugs, gekennzeichnet durch Mittel zur Erfassung einer Gemischreaktion (100, 105, 105') und zur Durchführung der Funktionsdiagnose anhand der erfassten Gemischreaktion (100, 105, 105'), wobei eine Unterscheidung in wenigstens zwei Fehlertypen getroffen wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die genannten Mittel zur Erfassung einer Gemischreaktion (100, 105, 105') so ausgebildet sind, dass die maximale Differenz (Δ(t₃), Δ(t₄), Δ(t₅)) zwischen zuvor bereits erfolgten Auslenkungen ausgewertet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch Mittel zur Durchführung einer Erkennung eines defekten Tankentlüftungsventils (20) zu einem Zeitpunkt (t₃, t₄, t₅), wobei diese Mittel in dem Fall, dass zu diesem Zeitpunkt (t₃, t₄, t₅) eine einen Schwellwert übersteigende Gemischreaktion vorliegt, auf das Vorliegen eines offen klemmenden Tankentlüftungsventils (20) schließen und in dem anderen Fall auf ein geschlossen klemmendes Tankentlüftungsventil (20) schließen.