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Bei
modernen Kraftfahrzeugen, die mit Brennkraftmaschinen ausgerüstet
sind, ist aufgrund gesetzlicher Vorgaben erforderlich, eine kontrollierte Entlüftung
des Tanks durchführen zu können, um die Emission
von Kohlewasserstoffen durch verdunstenden Kraftstoff innerhalb
der gesetzlich vorgeschrieben Grenzen zu halten. Dazu werden sogenannte Tankanlagen
vorgesehen, die einen Sammelbehälter und ein steuerbares
Tankentlüftungsventil umfassen. Um während der
Lebensdauer des Kraftfahrzeugs die Dichtheit der Tankanlage prüfen
und eventuelle Undichtheiten erkennen zu können, sind verschiedene
Verfahren bekannt.
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So
ist beispielsweise aus der
DE
695 03 517 T2 ein Verfahren bekannt, bei dem die Tankanlage
in gewissen Zeitabständen gezielt mit einem Überdruck beaufschlagt
wird und anschließend geprüft wird, ob der Druck
abfällt, sobald die Pumpe ausgeschaltet wird. Dadurch können
Lecks in der Tankanlage erkannt und eine entsprechende Fehlermeldung
ausgegeben werden.
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Ein
weiteres aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Diagnose
der Dichtheit einer Kraftstoffentlüftungsanlage ist aus
der
DE 196 20 231 C2 bekannt.
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Hier
wird die Änderungscharakteristik des Systemdrucks nach
dem Abschalten einer Membranpumpe ausgewertet.
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Bei
diesen aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren ist es nicht
möglich, festzustellen, ob einzelne Elemente der Tankanlage
schadhaft sind.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren bereitzustellen,
das eine gezielte und kostengünstige Diagnose zumindest
von einzelnen Bauteilen der Tankanlage ermöglicht.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Funktion
eines Tankentlüftungsventils, welches Teil der Tankanlage
ist, dadurch geprüft, dass der in Tank und einem Sammelbehälter
für Kraftstoffdämpfe herrschende Druck über
den Umgebungsdruck, vorzugsweise mit Hilfe einer Membranpumpe erhöht wird,
dass das Tankentlüftungsventil in eine Offenstellung gesteuert
wird, dass anschließend der Druckverlauf im Tank und/oder
Sammelbehälter überwacht wird, und dass aus dem
Druckverlauf nach dem Ansteuern des Tankentlüftungsventils
die ordnungsgemäße oder fehlerhafte Funktion des Tankentlüftungsventils
erkannt wird.
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Wenn
nämlich der Überdruck im Tank beziehungsweise
Tank im Sammelbehälter erhalten bleibt nachdem das Tankentlüftungsventil
in die Offenstellung gesteuert wurde, deutet dies auf einen Defekt des
Tankentlüftungsventils hin. Wenn nämlich das Tankentlüftungsventil
korrekt arbeitet, öffnet es unmittelbar nach der Ansteuerung,
so dass sich der Überdruck im Sammelbehälter und
im Tank abbaut, indem ein Teil des in der Tankanlage befindlichen Kraftstoff-Luftgemisches
in das Saugrohr der Brennkraftmaschine strömt.
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Es
hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, wenn die Zeitdauer zwischen
dem Ansteuern des Tankentlüftungsventils und dem Absinken
des Drucks unterhalb eines vorgegebenen ersten Druck-Grenzwerts
erfasst wird, und dass eine ordnungsgemäße Funktion
des Tankentlüftungsventils erkannt wird, wenn die Zeitdauer
kleiner als ein vorgegebener zweiter Schwellwert ist. Durch Schwellwerte
ist es möglich, die fahrzeugspezifischen Besonderheiten
in angemessener Weise zu berücksichtigen. So kann beispielsweise,
wenn der Sammelbehälter ein großes Volumen aufweist,
der Schwellwert entsprechend erhöht werden. Entsprechendes
gilt auch, wenn die Schlauchleitungen zwischen Sammelbehälter
beziehungsweise Tankentlüftungsventil und Saugrohr lang
sind und/oder einen großen Strömungswiderstand
haben.
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In
entsprechender Weise wird bei dem erfindungsgemäßen
Verfahren eine Fehlfunktion des Tankentlüftungssystems
erkannt, wenn die Zeitdauer zwischen dem Ansteuern des Tankventils
und dem Absinken des Drucks unterhalb des ersten Druckschwellwerts
größer als oder gleich dem zweiten Schwellwert
ist.
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Um
unplausible Messergebnisse beziehungsweise Fehlerdiagnosen auszuschließen,
ist in weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen,
dass das Verfahren nochmals durchlaufen wird, wenn die Zeitdauer
zwischen dem Ansteuern des Tankentlüftungsventils und dem
Absinken des Drucks unter den Druck-Grenzwert kleiner als ein vorgegebener
dritter Schwellwert ist. Dabei ist der dritter Schwellwert kleiner
als der zweie Schwellwert.
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Dieser
Fall tritt zum Beispiel dann auf, wenn die zu Beginn des Verfahrens
durchgeführte Druckerhöhung nicht ausreichend
war. Dies kann beispielsweise durch ein Leck in der Tankanlage oder
eine Fehlfunktion der Druckerhöhungspumpe verursacht sein.
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Funktionsdiagnosen
des Tankentlüftungsventils die mit einer zu geringen Druckerhöhung
vorgenommen werden sind belastbar, so dass erfindungsgemäß vorgesehen
wird, das Verfahren erneut zu starten. Wenn beispielsweise auch
nach drei Wiederholungen immer noch keine plausiblen Ergebnisse
vorliegen, dann kann dies in einem Fehlerspeicher des Steuergeräts
vermerkt werden und/oder ein entsprechendes Ausgabesignal an den
Fahrer des Fahrzeugs ausgegeben werden.
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Um
die Zuverlässigkeit des erfindungsgemäßen
Verfahrens zu erhöhen, wird vorgeschlagen, vor der erfindungsgemäßen
Funktionsprüfung des Tankentlüftungsventils eine
Dichtheitsprüfung der Tankanlage durchzuführen.
Nur wenn die Dichtheit dieser Komponenten gewährleistet
ist, beziehungsweise nur wenn sehr kleine Leckagen auftreten, kann das
erfindungsgemäße Verfahren zuverlässig
und mit hoher Aussagekraft ausgeführt werden.
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In
weiterer vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen,
die Dichtheit einer Entlüftungsleitung, welche Tankentlüftungsventil
und Saugrohr der Brennkraftmaschine verbindet, zu prüfen,
indem bei einem vorgegebenen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine,
insbesondere im Leerlauf oder bei einen andere Betriebspunkt in
dem Unterdruck im Saugrohr herrscht, die Zeitdauer zwischen dem
Ansteuern des Tankentlüftungsventils und dem Absinken des
Drucks unterhalb eines vorgegebenen vierten Schwellwerts erfasst
wird, und dass eine schadhafte Tankentlüftungsleitung erkannt
wird, wenn die Zeitdauer größer als der vierte
Schwellwert ist.
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Wenn
nämlich, die Tankentlüftungsleitung zwischen Saugrohr
und Tankentlüftungsventil gerissen sein sollte, dann strömt
das Kraftstoff-Luftgemisch aus dem geöffneten Tankentlüftungsventil nicht
in das Saugrohr in dem Unterdruck herrscht, sondern in die Umgebung.
Aufgrund der dadurch geringeren Druckdifferenz zwischen dem Sammelbehälter,
in dem Überdruck herrscht, und dem Ende der abgerissenen
Tankentlüftungsleitung, an dem Umgebungsdruck herrscht,
verzögert sich die Druckentlastung im Sammelbehälter,
so dass der Druckabbau in der Tankanlage sich verlangsamt.
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Auf
diese Weise ist es ohne zusätzliche Hardware-Kosten auch
noch möglich, eine Fehlerdiagnose zu stellen und gegebenenfalls
die Fehlersuche zu verkürzen.
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Selbstverständlich
kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Überprüfung
einer Tankentlüftungsleitung auch ohne die vorgeschaltete
Funktionsprüfung des Tankentlüftungsventils separat
und unabhängig davon durchgeführt werden.
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Weitere
Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der
nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen
zu entnehmen.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Nachfolgend
wird anhand der Figuren ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
beispielhaft erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine; und
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2 ein
Flussdiagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren.
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Detaillierte Beschreibung
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1 zeigt
das technische Umfeld der Erfindung. Im Einzelnen zeigt die 1 eine
Brennkraftmaschine 10 mit einem Brennraum 12,
der von einem Kolben 14 beweglich abgedichtet wird. Ein
Wechsel der Füllungen des Brennraums 12 wird durch
wenigstens ein Einlassventil 16 und ein Auslassventil 18 gesteuert,
die dazu von entsprechenden Aktoren 20, 22 betätigt
werden. In der Ausgestaltung der 1 dient ein
Injektor 24 zur Dosierung von Kraftstoff in eine Luftfüllung
des Brennraums 22. Das resultierende Gemisch aus Kraftstoff
und Luft wird von einer Zündkerze 26 gezündet.
Die Füllung des Brennraums 12 mit Luft erfolgt
aus einem Ansaugrohr 28 mit einem Ansaugstutzen 30.
Das Ansaugrohr 28 weist eine Drosselklappe 32,
die von einem Drosselklappen-Steller 34 betätigt
wird, sowie einen Luftmassenmesser 36 auf.
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Die
Brennkraftmaschine 10 wird von einer Steuer- und Regeleinrichtung 42 (auch
bspw. ”Digital Motor Electronics (DME)” genannt)
gesteuert, die dazu Signale verarbeitet, in denen sich verschiedene Betriebsparameter
der Brennkraftmaschine 10 abbilden. In der Darstellung
der 1 sind das vor allem das Signal mL des Luftmassenmessers 36,
das Signal FW eines Fahrerwunschgebers 44, der eine Drehmomentanforderung
des Fahrers erfasst, das Signal n eines Drehzahlgebers 46,
der eine Drehzahl n einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine 40 erfasst
und das Signal P_L eines Umgebungsdrucksensors 48. Der
Umgebungsdrucksensor 48 ist im Bereich des Ansaugstutzens 30 angeordnet.
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Es
versteht sich, dass moderne Brennkraftmaschinen 10 mit
einer Vielzahl weiterer Geber und/oder Sensoren ausgerüstet
sind, die hier aus Gründen der Übersichtlichkeit
nicht dargestellt sind. Beispiele solcher Sensoren sind Temperatursensoren,
weitere Drucksensoren, Abgassensoren, et cetera. Die Aufzählung
der Geber 36, 44, 46 und 48 ist insofern
nicht abschließend gemeint. Es muss auch nicht für
jeden von der Steuer- und Regeleinrichtung 42 verarbeiteten
Betriebsparameter ein eigener Sensor vorhanden sein, weil die Steuer-
und Regeleinrichtung 42 verschiedene Betriebsparameter
mithilfe von Rechenmodellen aus anderen, gemessenen Betriebsparametern
modellieren kann. Aus den empfangenen Gebersignalen bildet die Steuer-
und Regeleinrichtung 42 unter anderem Stellgrößen
zur Einstellung des von der Brennkraftmaschine 10 zu erzeugenden
Drehmoments. In der Ausgestaltung der 1 sind dies
insbesondere eine Stellgröße S_K zur Ansteuerung
des Injektors 24, eine Stellgröße S_Z
zur Ansteuerung der Zündkerze 26 und eine Stellgröße
S_L_DK zur Ansteuerung des Drosselklappen-Stellers 34.
Außerdem zeigt 1 ein Navigationsgerät 50,
das außerhalb des Bereichs der Brennkraftmaschine 10 angeordnet
ist.
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Im Übrigen
ist die Steuer- und Regeleinrichtung 42 dazu eingerichtet,
insbesondere dazu programmiert, das erfindungsgemäße
Verfahren oder eine seiner Ausgestaltungen durchzuführen
und/oder den entsprechenden Verfahrensablauf zu steuern.
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Über
eine Kraftstoffleitung 52 wird der Kraftstoff aus dem Tank 50 mit
Hilfe einer Kraftstoffpumpe 54 zu den Injektoren 24 gefördert.
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Um
die Emissionen von Kohlenwasserstoffen zu verringern, ist ein Sammelbehälter 56,
in dem auch ein Aktivkohlefilter integriert sein kann, vorgesehen.
Der Sammelbehälter 56 ist über eine Leitung 56 mit
dem Tank 50 verbunden. Vom Sammelbehälter 56 zweigt
eine Entlüftungsleitung 60 ab, welche den Sammelbehälter 56 mit
dem Saugrohr 28 der Brennkraftmaschine verbindet. Ein Tankentlüftungsventil 62 teilt
die Entlüftungsleitung 60 in einen ersten Abschnitt 60.1 und
einen zwischen Tankentlüftungsventil 62 und Saugrohr 28 befindlichen
zweiten Teil 60.2.
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Des
weiteren ist an dem Sammelbehälter 56 eine Druckerhöhungspumpe 64 angeschlossen,
die im Normalbetrieb der Brennkraftmaschine nicht benötigt
wird, sondern lediglich Diagnosezwecken dient. Des weiteren ist
zwischen Druckerhöhungspumpe 64 und Sammelbehälter 56 ein
Wegeventil 66 vorgesehen, welches auch in die Druckerhöhungspumpe 64 integriert
sein kann. Das Wegeventil 66 dichtet bei deaktivierter
Druckerhöhungspumpe den Sammelbehälter 56 gegen
die Umgebung ab. Das Wegeventil 66 kann als passives oder
aktives vom Steuergerät 42 angesteuertes Ventil
ausgebildet sein.
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Das
Tankentlüftungsventil 62 ist über nicht dargestellte
Signalleitungen mit dem Steuergerät 42 verbunden
und kann bei Bedarf geöffnet werden. Ein solcher Bedarf
liegt dann vor, wenn der Aktivkohlefilter im Sammelbehälter 56 mit
Kohlenwasserstoffen gesättigt ist und eine Regenerierung
des Aktivkohlefilters erforderlich ist. In diesem Fall öffnet
das Tankentlüftungsventil 62, so dass die im Sammelbehälter 56 befindlichen
Kohlenwasserstoffe über die Entlüftungsleitung 60 und
das Ansaugrohr 28 dem Brennraum 12 der Brennkraftmaschine
zugeführt und dort verbrannt werden.
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Die
Druckerhöhungspumpe 64 wird, da sie nur zu Diagnosezwecken
benötigt wird, häufig als Membranpumpe ausgebildet,
die vom Unterdruck im Ansaugrohr 28 angetrieben wird.
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Ein
Beispiel einer solchen bereits seit langem aus dem Stand der Technik
bekannten Druckerhöhungspumpe
64 findet sich in
der Patentschrift
DE 196
20 231 C1 auf die hiermit Bezug genommen wird. Insbesondere
in der
2 und deren zugehörige Beschreibung wird
ein Ausführungsbeispiel einer solchen Druckerhöhungspumpe
beschrieben.
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Bei
einem vollständig dichten Tankanlage kann keine Luft beziehungsweise
kein Kraftstoff-Luftgemisch aus der Tankanlage in die Umgebung entweichen,
so dass ein von der Druckerhöhungspumpe 64 aufgebauter Überdruck
konstant bleibt. Wenn die Tankanlage Leckagen aufweisen sollte,
sinkt der Druck ab und infolgedessen wird auch eine Membran der
Druckerhöhungspumpe 64 verschoben. Diese Bewegung
der Membran wird bei der aus dem Stand der Technik bekannten Pumpe
mit Hilfe eines Reed-Kontakts erfasst. Durch den Wechsel des Reed-Kontakts
von einer ersten Schaltstellung in seine zweite Schaltstellung kann
das Erreichen eine Druck-Grenzwerts auf einfache Weise und ohne
zusätzlichen Drucksensor vom Steuergerät 42 erkannt uns
ausgewertet werden. Das erfindungsgemäße Verfahren
wird nun nachfolgend anhand eines in 2 dargestellten
Ablaufdiagramms erläutert.
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In
einem ersten Funktionsblock 100 wird in aller Regel eine
Dichtheitsprüfung der Tankanlage beziehungsweise der Tankanlage
dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgeschaltet.
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Wenn
die Tankanlage nicht dicht sein sollte, verzweigt das Programm in
einem Block 102 zu einem Funktionsblock 104, in
dem eine Fehlersignalausgabe erfolgt. Wenn die Tankanlage jedoch
dicht sein sollte, verzweigt das Programm in einen dritten Funktionsblock 106.
In dem dritten Funktionsblock 106 wird die Druckerhöhungspumpe 64 aktiviert
und somit der Druck im Sammelbehälter 56 und dem Tank 50 erhöht.
Die Druckerhöhungspumpe 64 läuft eine
vorgegebene Zeit, bis eine gewünschte Druckerhöhung
stattgefunden hat.
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Anschließend
wird in einem vierten Funktionsblock 108 das Tankentlüftungsventil 62 von
dem Steuergerät 42 in seine Offenstellung gesteuert.
In einer zweiten Verzweigungsstelle 110 wird abgeprüft, ob
sich die Brennkraftmaschine im Leerlauf befindet. Abhängig
davon, ob das Fahrzeug sich im Leerlauf befindet oder nicht, wird
das Tastverhältnis mit dem das Tankentlüftungsventil 62 angesteuert
wird, bestimmt.
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Die
Unterscheidung zwischen Brennkraftmaschine im Leerlaufbetrieb oder
nicht ist deswegen für das Tastverhältnis, mit
der das Tankentlüftungsventil 62 angesteuert wird, von
Bedeutung, weil im Leerlauf der Brennkraftmaschine der Druck im
Saugrohr 28 sehr klein ist und daher die Druckdifferenz
zwischen der Tankanlage und dem Saugrohr ein Maximum hat.
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Wenn
sich die Brennkraftmaschine im Teillast- oder sogar Volllastbetrieb
befindet, ist der Druck im Ansaugrohr 28 höher
als im Leerlauf und daher ist die Druckdifferenz zwischen Tankanlage und
Saugrohr geringer. Diese Unterschiede müssen bei der Ansteuerung
des Tankentlüftungsventils 62 durch geeignete
Parameter des Tastverhältnisses berücksichtigt
werden.
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In
einem fünften Funktionsblock 112 wird das Tastverhältnis
für den Leerlaufbetrieb als Parameter für das
weitere Verfahren und einem sechsten Funktionsblock 114 wird
das Tastverhältnis für die Ansteuerung des Tankentlüftungsventils 62 vorgegeben, wenn
die Brennkraftmaschine sich nicht im Leerlauf befindet.
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In
einem siebten Funktionsblock 116 wird die Zeit (⎕T)
zwischen der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils 62 im
vierten Funktionsblock 108 und dem Druckabfall in der Tankanlage
erfasst. Der Druckabfall wird beispielsweise durch das Umschalten
eines Reed-Schalters in der Druckerhöhungspumpe 64 detektiert.
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In
einem achten Funktionsblock 118 werden Schwellwerte, insbesondere
ein zweiter Schwellwert SW2 und ein dritter Schwellwert SW3 festgelegt.
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Wenn
die Zeitdauer ⎕T für die Druckabsenkung der Tankanlage
kleiner als der dritte Schwellwert SW3 ist, dann spricht dies dafür,
dass die Messung nicht korrekt war. In diesem Fall verzweigt das erfindungsgemäße
Verfahren in der dritten Verzweigungsstelle 120 wieder
vor den dritten Funktionsblock 106. Wenn auch beispielsweise
nach drei Wiederholungen noch kein plausibles Ergebnis ermittelt wurde,
wird das Verfahren beendet und es wird eine entsprechende Fehlermeldung
abgespeichert.
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Wenn
die Zeitdauer ⎕T zwischen dem Ansteuern des Tankentlüftungsventils 62 und
dem Erreichen eines vorgegebenen Druckschwellwerts größer als
der zweite Schwellwert SW2 ist, dann verzweigt das erfindungsgemäße
Verfahren in der vierten Verzweigungsstelle 122 in einen
zehnten Funktionsblock 126, in dem ein Ausgangssignal generiert
wird, wonach das Tankentlüftungsventil 62 nicht
korrekt arbeitet.
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Wenn
jedoch die Zeitdauer ⎕T kleiner ist als der vorgegebene
zweite Schwellwert, dann verzweigt das Programm in der vierten Verzweigungsstelle 122 in
den neunten Funktionsblock 124 und stellt fest, dass das
Tankentlüftungsventil korrekt arbeitet.
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Das
Verfahren gemäß dem nebengeordneten Anspruch 8,
mit der die Dichtheit der Entlüftungsleitung 60.2 (siehe 2)
ermittelt werden kann, ist in 2 nicht
dargestellt.
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In 3 ist
das erfindungsgemäße Verfahren in Diagrammform
nochmals dargestellt. Dabei wird bis zu einer Zeit T1 eine
nach dem Stand der Technik bekannte Dichtheitsprüfung der
Tankanlage durchgeführt.
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Danach
beginnt ein Zeitintervall zwischen T1 und
T2, innerhalb dessen die Druckerhöhungspumpe 64 aktiviert
wird.
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In
dem relativ kurzen Zeitraum T2 bis T3 wird das Tankentlüftungsventil 62 so
angesteuert, dass das Tankentlüftungsventil 62 in
seine Offenstellung geht. Diese Ansteuerung des Tankentlüftungsventils ist
durch eine erste Linie 128 dargestellt.
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Gleichzeitig
werden die Grenzwerte, nämlich der dritte Schwellwert SW3
(siehe die Linie 130) und der zweite Schwellwert SW2 (siehe
die Linie 134) aktiviert. Gleichzeitig wird die Zeit erfasst,
die der Reed-Schalter in der Druckerhöhungspumpe 64 benötigt,
um von der vor Beginn des erfindungsgemäßen Verfahrens
eingenommenen Schaltstellung, die bei Überdruck anliegt,
in die Schaltstellung zu wechseln, die zeigt, dass ein Druckabbau
in der Tankanlage erfolgt ist.
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Dieser
Zeitverlauf ist durch eine zweite Linie 136 dargestellt.
Sobald der Reed-Schalter umgeschaltet ist, bleibt der Zähler
stehen, was bei einem waagerechten Verlauf der zweiten Linie 136 in 3 niederschlägt.
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Im
vorliegenden Fall ist das erfindungsgemäße Verfahren
erfolgreich abgeschlossen worden. Es ist nämlich so, dass
der waagerechte Teil der zweiten Linie 136 oberhalb des
dritten Schwellwerts SW3m der durch die Linie 130 repräsentiert
wird, liegt. Dadurch ist sichergestellt, dass die Druckerhöhung
vor der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils 62 ausreichend
war. Die Tatsache, dass der waagerechte Teil der zweiten Linie 160 kleiner
ist als der zweite Schwellwert SW2 134 zeigt, dass das
Tankentlüftungsventil 62 ordnungsgemäß funktioniert.
Wenn nämlich das Tankentlüftungsventil 62 trotz
korrekter Ansteuerung nicht geöffnet hätte, wäre
der Druckabfall nicht erfolgt und deswegen wäre die Zeit
zwischen dem Ansprechen des Reed-Schalters und der vorangegangenen
Ansteuerung des Tankentlüftungsventils größer
als der zweite Schwellwert 134 gewesen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 69503517
T2 [0002]
- - DE 19620231 C2 [0003]
- - DE 19620231 C1 [0032]