DE102011015998A1

DE102011015998A1 - Verfahren zum Ermitteln einer Beladung eines Speichers für gasförmige Kohlenwasserstoffe und Tankentwicklungssystem für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102011015998A1
Application number: DE102011015998A
Authority: DE
Inventors: Harald Hagen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: DE102011015998B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Beladung eines Aktivkohlefilters (14) für aus einem Kraftstofftank (12) eines Fahrzeugs stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe, bei welchem im Kraftstofftank (12) ein Druck erfasst wird. Anhand des Drucks wird wenigstens eine Größe ermittelt, bevorzugt ein Volumenstrom durch eine Entlüftungsleitung (16) oder eine Frequenz einer Ansteuerung eines Absperrventils (18). Anhand der wenigstens einen Größe wird die Beladung des Aktivkohlefilters (14) mit gasförmigem Kohlenwasserstoffen ermittelt. In Kenntnis der Beladung des Aktivkohlefilters (14) kann ein Tankentlüftungsventil (32) so angesteuert werden, dass eine rasche und effiziente Spülung des Aktivkohlefilters (14) beim Regenerieren desselben ermöglicht ist. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Tankentlüftungssystem (10) für ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln einer Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Tankentlüftungssystem für ein Fahrzeug.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs austretende gasförmige Kohlenwasserstoffe in einem Aktivkohlefilter zu speichern und so deren Austreten in die Umgebung zu verhindern. Damit aus einem vollbeladenen Aktivkohlefilter möglichst keine gasförmigen Kohlenwasserstoffe entweichen, wird der Aktivkohlefilter von Zeit zu Zeit regeneriert. Hierfür wird ein Tankentlüftungsventil geöffnet, welches in einer den Aktivkohlefilter mit einem Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors des Fahrzeugs verbindenden Leitung angeordnet ist. Der im Ansaugtrakt herrschende Unterdruck sorgt für ein Eintreten von Frischluft in den Aktivkohlefilter und so für ein Ausspülen der gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus diesem.
Es ist wünschenswert, den Aktivkohlefilter besonders rasch und besonders weitgehend von den gespeicherten gasförmigen Kohlenwasserstoffen zu befreien. Wenn jedoch dem Verbrennungsmotor eine zu große Menge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus dem Aktivkohlefilter zugeführt werden, kann es aufgrund eines zu fetten Verbrennungsgemisches zu Funktionsstörungen des Verbrennungsmotors kommen. Um dies zu verhindern, ist es bekannt, das Tankentlüftungsventil langsam zu öffnen. Jedoch selbst das Zumischen einer verhältnismäßig kleinen Menge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus dem Aktivkohlefilter zu der Ansaugluft des Verbrennungsmotors macht sich durch eine Veränderung der Abgaszusammensetzung bemerkbar, welche mittels einer im Abgastrakt angeordneten Lambdasonde erfasst wird. Diese sogenannte Lambdaabweichung kann dann bei der Zumessung von Kraftstoff zu dem Verbrennungsmotor und beim Ansteuern des Tanklüftungsventils berücksichtigt werden. Eine auf der Lambdaabweichung basierende Regelung des Öffnens des Tanklüftungsventils ist jedoch vergleichsweise träge. Hier wird nämlich aus der Lambdaabweichung auf die Beladung des Aktivkohlefilters rückgeschlossen.
Die DE 197 01 353 C1 beschreibt ein Verfahren, bei welchem die Beladung des Aktivkohlefilters ermittelt wird, wobei abhängig von der Höhe der Beladung und abhängig von einem maximal möglichen Luftmassenstrom durch das Tanklüftungssystem ein Soll-Spülstrom berechnet wird. Die Taktung mit welcher ein Tanklüftungsventil geöffnet wird, wird abhängig von dem Soll-Spülstrom, der Temperatur des Spülstroms und dem Druckgefälle am Tankentlüftungsventil eingestellt. Die durch den Spülvorgang hervorgerufene Lambdaabweichung eines Lambdareglers überschreitet hierbei einen vorgegebenen Maximalwert nicht. Die Ermittlung der Beladung des Aktivkohlefilters erfolgt über eine Luftmassenmesser, welcher in einem Frischlufteinlass des Aktivkohlefilters angeordnet ist, oder sie wird anhand der Lambda-Reglerabweichung unter Berücksichtigung des Massenstroms durch den Zuluftstrang des Verbrennungsmotors berechnet.
Als nachteilig bei einem derartigen Verfahren ist der Umstand anzusehen, dass entweder ein teurer und aufwändiger Luftmassenmesser im Frischluftpfad zum Aktivkohlefilter vorgesehen ist oder dass die Berechnung der Beladung zeitverzögert und sehr träge erfolgt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher, ein verbessertes Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe sowie ein verbessertes Tankentlüftungssystem für eine Fahrzeug zu schaffen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch ein Tankentlüftungssystem mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird im Kraftstofftank ein Druck erfasst und anhand des Drucks wenigstens eine Größe ermittelt, anhand welcher die Ladung des Speichers ermittelt wird. Auf diese Weise kann bereits vor dem Regenerieren des Speichers mit besonders großer Genauigkeit festgestellt werde, wie groß der Eintrag an gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus dem Speicher in einen Verbrennungsmotor des Fahrzeugs sein wird. So kann der Speicher auf eine besonders effiziente Art und Weise regeneriert werden, da ein Tankentlüftungsventil nicht immer vorsichtig und langsam geöffnet zu werden braucht, sondern je nach Beladung des Speichers auch rasch eine intensive Spülung des Speichers vorgenommen werden kann.
Es kann so innerhalb kurzer Zeit eine besonders große Menge an Frischluft für ein Spülen des Speichers sorgen, so dass ein Austreten von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus dem beladenen Speicher besonders weitgehend vermeidbar ist. Wenn der regenerierte Speicher besonders weitgehend von gasförmigen Kohlenwasserstoffen befreit ist, ist eine besonders große Speicherkapazität bereitgestellt. Dann führt auch ein Aufheizen des Kraftstofftanks bei außer Betrieb genommenen Verbrennungsmotor oder eine Betankung des Kraftstofftanks nicht dazu, dass gasförmige Kohlenwasserstoffe aus dem Speicher in die Umgebung austreten. Dies ist insbesondere bei einem Hybridfahrzeug von Vorteil, bei welchem über eine vergleichsweise lange Zeitdauer hinweg lediglich der elektrische Antrieb für das Fortbewegen des Fahrzeugs sorgt. Jedoch auch für den Fahrbetrieb, in welchem der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, jedoch der Speicher nicht regeneriert wird, ist die große Speicherkapazität des Speichers von Vorteil.
Die Beladung des Speichers findet als Vorsteuergröße Eingang in die Regelung des Tankentlüftungsventils oder einer derartigen Entlüftungseinrichtung zum Regenerieren des Speichers. Es wird nämlich die Beladung des Speichers bereits bei deren Entstehung erfasst und nicht erst auf die Auswirkung einer unterschiedlich großen Beladung des Speichers reagiert, wenn die aus dem Speicher stammenden gasförmigen Kohlenwasserstoffe bereits in den Verbrennungsmotor eingebracht wurden. Die Beladung des Speichers ist besonders schnell und genau ermittelbar, wenn sie anhand der über den erfassten Druck ermittelten Größe ermittelt wird. Zudem kann hierbei auf aufwändige Sensoren stromaufwärts oder stromabwärts des Speichers oder im Speicher verzichtet werden, welche die Konzentration gasförmiger Kohlenwasserstoffe erfassen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Druck als Funktion der Zeit erfasst und anhand einer Korrelation des Drucks mit einem Volumenstrom der gasförmigen Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher die Ladung des Speichers ermittelt. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass der Entlüftungspfad vom Kraftstofftank zum Speicher wie eine Drossel wirkt, für welche sich die Korrelation des Drucks mit dem Volumenstrom ermitteln lässt. Durch die Drosselwirkung des Entlüftungspfads kann sich im Kraftstofftank eine Überdruck bezogen auf den Umgebungsdruck einstellen. Auch der Strömungswiderstand des Speichers bestimmt die Drosselwirkung des Entlüftungspfads mit. Der Überdruck ist dem Volumenstrom durch den Entlüftungspfad proportional. Aus dem Integral des Volumenstroms über die Zeit ergibt sich die Menge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen, welche – vom Kraftstofftank des Fahrzeugs stammend – in den Speicher eingebracht wird.
Eine Druck-Volumenstrom-Kurve, welche für die Drosselwirkung des Entlüftungspfads charakteristisch ist, kann für ein jeweiliges Tankentlüftungssystem eines Fahrzeugtyps spezifisch ermittelt und einer Steuerungseinrichtung zur Verfügung gestellt werden. Die Steuerungseinrichtung sorgt dann für das die Beladung des Speichers berücksichtigende Öffnen der Entlüftungseinrichtung, wenn der Speicher regeneriert werden soll.
Das Erfassen des Drucks als Funktion der Zeit kann insbesondere dann vorgenommen werden, wenn sich der Kraftstofftank aufheizt und aufgrund des Aufheizens der Druck im Kraftstofftank ansteigt. Dies führt nämlich zu einem Ansteigen des Volumenstroms gasförmiger Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher. Ein Sich-Aufheizen des Kraftstofftanks kann beispielsweise vorkommen, wenn der Kraftstofftank nach einer vergleichsweise kühlen Nacht den wärmeren Temperaturen des Tags ausgesetzt ist.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann das Erfassen des Drucks als Funktion der Zeit bei einem Tankentlüftungssystem eingesetzt werden, bei welchem der Volumenstrom mittels einer zwischen dem Kraftstofftank und dem Speicher angeordneten Drosseleinrichtung gedrosselt wird. Eine solche separate Drosseleinrichtung sorgt dafür, dass ein besonders hoher Überdruck aufgebracht werden muss, um einen bestimmten Volumenstrom vom Kraftstofftank zum Speicher zu erreichen. Dadurch ergibt sich eine steilere Druck-Volumenstrom-Kurve als bei einem Tankentlüftungssystem ohne separate Drosseleinrichtung, und die Integration des Drucks über die Zeit wird erleichtert.
Als weiter vorteilhaft hat es sich gezeigt, wenn das Erfassen des Drucks als Funktion der Zeit bei einem Tankentlüftungssystem eingesetzt wird, bei welchem ein Strömen gasförmiger Kohlenwasserstoffe zum Speicher unterbunden wird, bis ein Druck erreicht ist, welcher ein Überströmventil öffnet. Ein solches Überströmventil kann insbesondere in einem Tankentlüftungssystem vorgesehen sein, bei welchem der Kraftstofftank als Drucktank ausgebildet ist, bei welchem also die den Kraftstofftank mit dem Speicher verbindende Verbindungsleitung mittels eines steuerbaren Absperrventils absperrbar ist. Hier ist das Überströmventil in einer das Absperrventil umgehenden Umgehungsleitung angeordnet, welche auch in eine das Absperrventil umfassende Ventileinheit integriert sein kann.
Bei dem Tankentlüftungssystem mit dem Überströmventil steigt beim Sich – Aufheizen des Kraftstofftanks der Druck in diesem zunächst an, ohne dass gasförmige Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher gelangen können. Sobald der Druck ausreicht, das Überströmventil zu öffnen, strömt schlagartig eine vergleichsweise große Menge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen zum Speicher. Durch weiteres Aufheizen des Kraftstofftanks steigt der Volumenstrom weiter an, nun entsprechend der Drosselwirkung des nunmehr durchströmbaren Entlüftungspfads. Aufgrund der in diesem Fall besonders steilen Druck-Volumenstrom-Kurve kann bei einem solchen Tankentlüftungssystem eine besonders genaue Integration des Volumenstroms über Zeit vorgenommen werden.
Als weiter vorteilhaft hat es sich hierbei gezeigt, wenn eine Zeitdauer bis zum Erreichen des das Überströmventil öffnenden Drucks zur Beurteilung der Kraftstoffbeschaffenheit herangezogen wird. Wenn nämlich das Überströmventil bereits nach einer vergleichsweise kurzen Zeitdauer infolge eines Aufheizens des Kraftstofftanks öffnet, lässt dies darauf schließen, dass der Kraftstoff einen vergleichsweise hohen Anteil an leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen aufweist. Umgekehrt lässt eine lange Zeitdauer bis zum Öffnen des Überströmventils auf einen weitgehend ausgegasten Kraftstoff schließen. Diese Information kann im Hinblick auf die Beaufschlagung des Verbrennungsmotors mit dem Kraftstoff berücksichtigt werden. Bei der Beurteilung der Kraftstoffbeschaffenheit aufgrund der Zeitdauer bis zum Öffnen des Überströmventils kann auch der Kraftstofffüllstand berücksichtigt werden, um eine besonders genaue Qualitätsaussage treffen zu können.
Es kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung bei einem Tankentlüftungssystem mit einem Absperrventil, welches im geschlossenen Zustand ein Strömen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Kraftstofftank zum Speicher unterbindet, ein Druckabfall im Kraftstofftank infolge eines Öffnens des Absperrventils als Funktion der Zeit erfasst werden. Hierbei wird anhand der Korrelation des Drucks mit dem Volumenstrom der gasförmigen Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher die Beladung des Speichers ermittelt. Hier wird also nicht der Druckanstieg beim Aufheizen des Kraftstofftanks beobachtet, sondern das Abfallen des Drucks beim Verringern des Drucks im Kraftstofftank. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die zum Entlüften des Kraftstofftanks notwendige Zeit dem Volumenstrom der gasförmigen Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher proportional ist. Braucht es also länger, um von einem ersten, höheren Druckniveau im Tank zu einem zweiten, niedrigeren Druckniveau im Tank zu gelangen, so strömen mehr gasförmige Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher und sorgen für dessen Beladung. Da das Entlüften des Kraftstofftanks ohnehin von Zeit zu Zeit vorgenommen wird, lässt sich hierbei besonders einfach und aufwandsarm die Beladung des Speichers ermitteln.
Das Absperrventil kann insbesondere in Abhängigkeit von einem bevorstehenden Betanken des Kraftstofftanks geöffnet werden, etwa wenn ein Öffnen einer Tankklappe des Fahrzeugs erfasst oder durch Betätigen eines Bedienelements durch einen Fahrzeugnutzer ein Tankwunsch kommuniziert wird. Das Öffnen des Absperrventils kann aber auch dann erfolgen, wenn ein Schwellenwert des Drucks im Kraftstofftank erreicht ist. Hierbei dient dann das Entlüften des Kraftstofftanks dem Einhalten eines Maximaldrucks für welchen der Kraftstofftank ausgelegt ist. Wenn derartige Entlüftungsvorgänge ohnehin vorgesehen sind, lassen sie sich in günstiger Weise zum Ermitteln der Beladung des Speichers nutzen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Absperrventil, welches im geschlossenen Zustand ein Strömen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Kraftstofftank zum Speicher unterbindet, in Abhängigkeit vom Druck im Kraftstofftank während eines Zyklus geöffnet und geschlossen, wobei die Beladung des Speichers anhand der Zeitdauer des Zyklus ermittelt wird. Das abwechselnde Öffnen und Schließen des Absperrventils sorgt dafür, dass der Druck im Kraftstofftank innerhalb einer bestimmten Spanne bleibt. Denn das Verringern des Drucks vergleichsweise lange dauert, also die Zeitdauer vom Öffnen des Absperrventils bis zum Schließen desselben vergleichsweise lang ist, lässt dies auf eine geringe Ausgasung des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank und damit einhergehend auf eine geringe Beladung des Speichers schließen. Umgekehrt geht eine hohe Ausgasung mit einer kurzen Zeitdauer des Zyklus einher. Das Erfassen der Zeitdauer des Zyklus ermöglicht auf einfache Weise ein Ermitteln der Beladung des Speichers anhand von Drucksignalen, welche ohnehin zum Regeln des Tankdrucks herangezogen werden.
Insbesondere, wenn der Druckabfall nach dem Öffnen des Absperrventils und der Druckanstieg nach dessen Schließen Unterschiede im Verlauf aufweisen, kann als Zeitdauer des Zyklus auch die Zeitdauer vom Öffnen über das Schließen und erneuten Öffnen oder vom Schließen über das Öffnen bis zum erneuten Schließen zur Ermittlung der Belastung des Speichers herangezogen werden.
Schließlich hat es sich vorteilhaft gezeigt, wenn ein Absperrventil, welches im geschlossenen Zustand ein Strömen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Kraftstofftank zum Speicher unterbindet, in Abhängigkeit vom Druck im Kraftstofftank während eines Zyklus geöffnet und geschlossen wird, wobei die Beladung des Speichers anhand einer über wenigstens zwei Zyklen ermittelten Frequenz ermittelt wird. Eine geringe Frequenz des Öffnens und Schließens des Absperrventils lässt nämlich auf eine geringe Ausgasung des Kraftstoffs und eine hohe Taktfrequenz auf eine hohe Ausgasung schließen. Besonders einfach kann der mit der jeweiligen Frequenz einhergehende Volumenstrom der gasförmigen Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank zum Speicher mittels einer Kennlinie beschrieben werden.
Das erfindungsgemäße Tankentlüftungssystem für ein Fahrzeug erfasst einen Kraftstofftank, welcher über eine Verbindungsleitung mit einem Speicher für aus dem Kraftstofftank stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe verbunden ist. Zum Regenerieren des Speichers ist eine Entlüftungseinrichtung vorgesehen, zum Erfassen des Drucks im Kraftstofftank ein Drucksensor. Eine Steuerungseinrichtung dient dem Öffnen der Entlüftungseinrichtung in Abhängigkeit von der Beladung des Speichers mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Hierbei ist die Steuerungseinrichtung dazu ausgelegt, anhand wenigstens einer anhand des erfassten Drucks ermittelten Größe die Beladung des Speichers zu ermitteln.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Tankentlüftungssystem.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 ein Tankentlüftungssystem eines Fahrzeugs, bei welchem ein Kraftstofftank als Drucktank ausgebildet ist;
2 Kurven, welche einen Zusammenhang zwischen einem Druck im Kraftstofftank und einem mit dem jeweiligen Druck einher gehenden Volumenstrom in einem Entlüftungspfad vom Kraftstofftank zu einem Aktivkohlefilter beschreiben;
3 ein Integral des Drucks im Kraftstofftank als Funktion der Zeit beim Aufheizen des Kraftstofftanks;
4 den Druck im Kraftstofftank gemäß 1 als Funktion der Zeit beim Aufheizen des Kraftstofftanks;
5 den beim Aufheizen des Kraftstofftanks gemäß 1 sich einstellenden Volumenstrom vom Kraftstofftank zum Aktivkohlefilter in Abhängigkeit vom Druck;
6 Kurven, welche den Druckabfall beim Entlüften eines Kraftstofftanks gemäß 1 veranschaulichen; und
7 einen zeitlichen Druckverlauf beim Regeln des Drucks im Kraftstofftank gemäß 1 innerhalb einer bestimmten Druckspanne.
Bei einem in 1 gezeigten Tankentlüftungssystem 10 eines Fahrzeugs ist ein Kraftstofftank 12 als Drucktank ausgebildet. Entsprechend ist in einer mit einem Aktivkohlefilter 14 versehenen Entlüftungsleitung 16 ein vorliegend elektromagnetisch betätigbares Absperrventil 18 angeordnet, welches auch als Fuel Tank Isolation Valve (FTIV) bezeichnet wird. Heizt sich der Kraftstofftank 12 bei geschlossenem Absperrventil 18 auf – etwa aufgrund von Sonneneinstrahlung auf das Fahrzeug – so steigt im Inneren des Kraftstofftanks 12 der Druck an, und zwar beim abgesperrten Drucktank auf Werte von beispielsweise bis zu 300 mbar über dem Umgebungsdruck. Ein Unterdruck im Drucktank kann bis zu 100 mbar unter dem Umgebungsdruck liegen. Ein solcher Drucktank kann insbesondere bei einem Hybridfahrzeug zum Einsatz kommen, für welches bei rein elektrischem Fahrbetrieb über vergleichsweise lange Zeit hinweg ein emissionsdichtes Absperren des Kraftstofftanks 12 gewährleistet sein soll.
Ein Drucksensor 20 erfasst den Druck im Kraftstofftank 12 und übermittelt ihn über eine Signalleitung 22 an eine Steuerungseinrichtung, welche vorliegend als Motorsteuergerät 24 ausgebildet ist. Wird bei Überdruck im Kraftstofftank 12 das Absperrventil 18 geöffnet so strömen gasförmige Kohlenwasserstoffe durch die Verbindungsleitung 16 in den Aktivkohlefilter 14, wo sie gespeichert werden.
Über eine Regenerierleitung 26 steht der Aktivkohlefilter 14 mit einem Saugrohr 28 eines Verbrennungsmotors 30 des Fahrzeugs in Verbindung. Durch Öffnen eines in der Regenerierleitung 26 angeordneten Tankentlüftungsventils 32 wird der Aktivkohlefilter 14 mit Unterdruck beaufschlagt, und über einen Frischlufteinlass 34 tritt Frischluft in den Aktivkohlefilter 14 ein. Die bei einem solchen Regenerieren des Aktivkohlefilters 14 dem Verbrennungsmotor 30 zugeführten gasförmigen Kohlenwasserstoffe führen zu einer Anfettung des im Verbrennungsmotor 30 verbrannten Gemisches aus Kraftstoff und der Luft, welche diesem über das Saugrohr 28 zugeführt wird. Entsprechend erfasst eine im Abgastrakt 36 des Verbrennungsmotors 30 angeordnete Lambdasonde 38 eine Abweichung des Lambdawertes von einem Sollwert. Diese Lambdaabweichung wird über eine Signalleitung 40 dem Motorsteuergerät 24 übermittelt.
Wenn bei einem raschen Öffnen des Tankentlüftungsventils 32 und gleichzeitig sehr weitgehend beladenem Aktivkohlefilter 14 eine große Menge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Verbrennungsmotor 30 angesaugt werden, kann es zu einem zu fetten Verbrennungsgemisch kommen, welches zu einer Funktionsstörung des Verbrennungsmotors 30 führt. Vorliegend wird dies dadurch verhindert, dass die Beladung des Aktivkohlefilters 14 ermittelt wird und in Abhängigkeit von der Beladung des Aktivkohlefilters 14 das Tankentlüftungsventil 32 so geöffnet wird, dass keine für den Verbrennungsmotor 30 kritischen Zustände auftreten.
Die Beladung des Aktivkohlefilters 14 wird hierbei bei deren Entstehung erfasst und nicht aufgrund der Messung der Auswirkung einer gegebenen Beladung des Aktivkohlefilters 14 über die Lamdasonde 38.
Zur Ermittlung der Beladung des Aktivkohlefilters 14 mit gasförmigen Kohlewasserstoffen wird vorliegend der mittels des Drucksensors 20 ohnehin im Kraftstofftank 12 erfasste Druck mittels des Motorsteuergeräts 24 ausgewertet. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die den Kraftstofftank 12 mit dem Aktivkohlefilter 14 verbindende Entlüftungsleitung 16 und auch der Aktivkohlefilter 14 selber in dem Tankentlüftungssystem 10 wie eine Drossel wirken. Für die Drosselwirkung des Entlüftungspfads sorgen bei dem in 1 gezeigten Tankentlüftungssystem 10 zudem Sicherheitsventile 42, welche auch als Roll-Over-Ventile bezeichnet werden und bei Fahrzeugschräglage oder einem Überschlag des Fahrzeugs ein Austreten von Kraftstoff über den Aktivkohlefilter 14 verhindern, und von denen vorliegend eines schematisch gezeigt ist.
Des Weiteren ist in einem das Absperrventil 18 umgehenden Bypass 44 ein erstes Überströmventil 46 angeordnet, welches bei geschlossenem Absperrventil 18 öffnet, wenn der Druck im Kraftstofftank 12 einen Auslegungsdruck des Überströmventils 46 übersteigt. Das Überströmventil 36 sorgt also dafür, dass sich bei geschlossenem Absperrventil 18 in dem Drucktank kein zu großer Überdruck einstellen kann. In analoger Weise sorgt ein in dem Bypass 44 angeordnetes zweites Überströmventil 48 dafür, dass bei einem Unterdruck Frischluft in den Kraftstofftank 12 eintreten kann, selbst wenn das Absperrventil 18 geschlossen ist. Auch ein (vorliegend nicht gezeigter) Flüssigkeitsabscheider im Entlüftungspfad kann zur Drosselwirkung desselben beitragen.
Der Einfachheit halber wird im Folgenden zunächst ein Fall beschrieben, bei welchem der Kraftstofftank 12 nicht als Drucktank ausgebildet ist, also in der Entlüftungsleitung 16 kein Absperrventil 18 und somit auch kein Bypass 44 angeordnet ist.
2 zeigt für derartige, drucklose Kraftstofftanks Kurven 50, 52, 54, welche die Abhängigkeit des auf einer Abszisse 56 aufgetragenen Volumenstroms V_HC in Abhängigkeit von dem auf der Ordinate 58 aufgetragenen Druck p im Kraftstofftank 12 darstellen, welcher mittels des Drucksensors 20 erfasst wird. Die Kurven 50, 52 und 54 schreiben hierbei Fälle, in denen sich der jeweilige Kraftstofftank 12 aufheizt. Aufgrund der Drosselwirkung des für einen Fahrzeugtyp spezifischen Entlüftungspfads des Tankentlüftungssystems stellt sich mit zunehmendem Aufheizen ein zunehmender Überdruck im Kraftstofftank 12 ein, welcher jedoch lediglich geringfügig oberhalb des Umgebungsdrucks liegt. Bei dem durch die Kurve 52 beschriebenen Entlüftungspfad ist die Drosselwirkung desselben stärker als bei dem durch die flachere Kurve 54 beschriebenen Entlüftungspfad. Es kann auch in der Entlüftungsleitung 16 eine zusätzliche Drossel 60 angeordnet werden, um die Drosselwirkung des Entlüftungspfads gezielt zu erhöhen, so dass sich die noch steilere Kure 50 ergibt. Für alle Kurven 50, 52, 54 gilt, dass mit zunehmendem Druck p im Kraftstofftank 12 der Volumenstrom V_HC vom Kraftstofftank zum Aktivkohlefilter 14 ebenfalls zunimmt, was zu einer mit der Aufheizung einhergehenden, zunehmend stärkeren Beladung des Aktivkohlefilters 14 führt.
Wird nun, wie in 3 veranschaulicht der Druck p als Funktion der Zeit t erfasst, so ergibt sich aus dem Integral 62 des Volumenstroms V_HC über die Zeit t für die dem jeweiligen Entlüftungspfad zugeordnete Kurve 50. die Menge an gasförmigen Kohlenwasserstoffen, welche vom Kraftstofftank 12 dem Aktivkohlefilter 14 zuströmt. Dadurch kann ermittelt werden, zu welcher Beladung des Aktivkohlefilters 14 ein Aufheizen des Kraftstofftanks 12 über eine bestimmte Zeit hinweg geführt hat.
4 zeigt den Verlauf des Drucks p für das Tankentlüftungssystem 10 aus 1, bei welchem der Kraftstofftank 12 als Drucktank ausgebildet ist, als Funktion der Zeit t. Die ansteigende Temperatur beim Sich-Aufheizen des Kraftstofftanks 12 ist in 4 durch eine Linie 64 angegeben. Zunächst steigt im Kraftstofftank 12 der Druck p gemäß einer Kurve 66 zunehmend weniger stark an, während die Temperatur gleichmäßig ansteigt. Es strömen jedoch keine gasförmigen Kohlenwasserstoffe durch die Entlüftungsleitung 16, solange bei geschlossenem Absperrventil 18 das Überstrbmventil 46 noch nicht öffnet. Nach Ablauf einer Zeitdauer 68 erreicht der Druck p einen Überströmdruck 70 und das Überströmventil 46 öffnet. Links von einer Linie 72 im in 4 gezeigten Graphen strömen also keine gasförmigen Kohlenwasserstoffe dem Aktivkohlefilter 14 zu, während sich mit dem Öffnen des Überströmventils 46 schlagartig ein vergleichsweise großer Volumenstrom V_HC durch die Entlüftungsleitung 16 über den Bypass 44 einstellt (vgl. Kurve 74 in 5). Der nach dem Öffnen des Überströmventils 46 bei weiterem Aufheizen des Kraftstofftanks 12 weiter ansteigende Druck p ist dem Volumenstrom V_HC proportional.
5 zeigt den Zusammenhang von dem beim Aufheizen des Kraftstofftanks 12 ansteigenden Druck p und den damit einhergehenden Volumenstrom V_HC zum Aktivkohlefilter 14. Ab dem Öffnen des Überströmventils 46, also nach Ablauf der Zeitdauer 68, wird der Verlauf der Kurve 50, 52, 54 – analog zu dem für einen drucklosen Tank (vgl. 2) beschriebenen Fall – von der für das Tankentlüftungssystem 10 spezifischen Drosselwirkung der übrigen Komponenten im Entlüftungspfad bestimmt.
Auch für das Tankentlüftungssystem 10 mit dem in 1 gezeigten Drucktank kann so das Erfassen des Drucks p als Funktion der Zeit und das Integrieren des Volumenstroms V_HC über die Zeit zum Ermitteln der Beladung des Aktivkohlefilters 14 herangezogen werden.
Die Zeitdauer 68 kann zudem zur Beurteilung der Qualität des Kraftstoffs 76 im Kraftstofftank 12 herangezogen werden, da einem höheren Anteil an leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen im Kraftstoff 76 rascher der Überströmdruck 70 erreicht wird Bei dem Drucktank ist der Überströmdruck 70 des Überströmventils 46 so ausgelegt, dass der zulässige Innendruck des Drucktanks nicht überschritten wird. Es kann auch der Kraftstofffüllstand mit einbezogen werden, um aus der Zeitdauer 68 auf die Qualität des Kraftstoffs 76 rückzuschließen.
Zusätzlich oder alternativ zum Erfassen der Beladung des Aktivkohlefilters 14 beim Aufheizen kann anhand des mittels des Drucksensors 20 erfassten Drucks p im Kraftstofftank 12 beim Entlüften des Tanks die Beladung des Aktivkohlefilters 14 erfasst werden (vgl. 6). Ein solches Entlüften des Kraftstofftanks kann beispielsweise dann vorgenommen werden, wenn dem Motorsteuergerät 24 das Öffnen einer Tankklappe 78 (vgl. 1) übermittelt wird und davon auszugehen ist, dass eine Betankung des Kraftstofftanks 12 bevorsteht. Das Entlüften kann auch durch das Drücken einer Bedientaste ausgelöst werden, welche ein Fahrzeugnutzer vor dem Tanken betätigt.
6 zeigt eine erste Kurve 80, bei welcher ausgehend von einem Überdruck im Kraftstofftank 12 durch das Entlüften des Kraftstofftanks 12 ein Druckabfall eintritt, bis der Druck im Kraftstofftank 12 dem Umgebungsdruck entspricht. Wenn – wie für die Kurve 80 – gezeigt das Entlüften über eine Zeitspanne 82 vergleichsweise langer Dauer erfolgt, ist entsprechend von einer hohen Beladung des Aktivkohlefilters 14 auszugehen. Die zur Entlüftung notwendige Zeitspanne 82 ist nämlich proportional zum Volumenstrom V_HC vom Kraftstofftank 12 zum Aktivkohlefilter 14. Wird hingegen – entsprechend einer in 6 gezeigten weiteren Kure 84 – bereits nach einer vergleichsweise kurzen Zeitspanne 86 der im Kraftstofftank 12 herrschende Überdruck durch das Entlüften auf den Umgebungsdruck verringert, so erfolgt eine entsprechend geringere Beladung des Aktivkohlefilters 14 mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Auch hier ermöglicht also das Erfassen des Drucks p im Kraftstofftank 12 als Funktion der Zeit das Ermitteln des zugehörigen Volumenstroms V_HC und damit der Beladung des Aktivkohlefilters 14.
Der Überdruck von dem ausgehend beim Entlüften des Kraftstofftanks 12 sich der in 6 gezeigte Druckfall einstellt, kann dem Überströmdruck 70 des Überströmventils 46 entsprechen und damit dem zulässigen Innendruck des Drucktanks oder einem geringeren Druck, wenn vor dem Entlüften bereits durch Öffnen des Absperrventils 18 der Druck im Kraftstofftank 12 verringert wurde. Auch bei Betrachten des Druckabfalls kann bei der zum Entlüften notwendigen Zeitspanne 82, 86 der Füllstand des Kraftstoffs 76 im Kraftstofftank 12 mit einbezogen werden.
Eine weitere Möglichkeit der Ermittlung der Beladung des Aktivkohlefilters 14 durch Auswertung von Signalen des Drucksensors 20 wird anhand von 7 beschrieben. Es kann vorgesehen sein, den Überdruck im Kraftstofftank 12 innerhalb einer Druckspanne 88 zu halten, welche durch den jeweiligen Abstand eines oberen Druckwerts 90 und eines unteren Druckwerts 92 von einem Regeldruck 94 bestimmt ist. Mit dem Erreichen des oberen Druckwerts 90 erfolgt ein Öffnen 96 des Absperrventils 18, mit dem Erreichen des unteren Druckwerts 92 dessen Schließen 98 und mit dem erneuten Erreichen des oberen Druckwerts 90 ein erneutes Öffnen 96 des Absperrventils 18.
Betrachtet man die Zeitdauer t1 für einen solchen, das Öffnen 96, das Schließen 98 und das erneute Öffnen 96 umfassenden Zyklus 100, so kann aus der Zeitdauer t1 des Zyklus 100 auf die Ausgasung des Kraftstoffs 76 im Kraftstofftank 12 rückgeschlossen werden. Bei kürzeren Zyklen 102, 104, 106, 108 und entsprechend einer höheren Frequenz des Öffnens 96 und Schließens 98 des Absperrventils 18 ist von einer hohen Ausgasung des Kraftstoffs 76 auszugehen, also von einem großen Volumenstrom V_HC vom Kraftstofftank 12 zum Aktivkohlefilter 14.
Aus der über die Zyklen 100, 102, 104, 106, 108 ermittelten Frequenz der Ansteuerung des Absperrventils 18 kann so auf die Beladung des Aktivkohlefilters 14 rückgeschlossen werden. Die Frequenz ist nämlich proportional zum Volumenstrom V_HC.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 19701353 C1 [0004]

Claims

Verfahren zum Ermitteln einer Beladung eines Speichers (14) für aus einem Kraftstofftank (12) eines Fahrzeugs stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe, dadurch gekennzeichnet, dass im Kraftstofftank (12) ein Druck (p) erfasst und anhand des Drucks (p) wenigstens eine Größe (V_HC, 100) ermittelt wird, anhand welcher die Beladung des Speichers (14) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (p) als Funktion der Zeit (t) erfasst und anhand einer Korrelation des Drucks (p) mit einem Volumenstrom (V_HC) der gasförmigen Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank (12) zum Speicher (14) seine Beladung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, eingesetzt bei einem Tankentlüftungssystem (10), bei welchem der Volumenstrom (V_HC) mittels einer zwischen dem Kraftstofftank (12) und dem Speicher (14) angeordneten Drosseleinrichtung (60) gedrosselt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, eingesetzt bei einem Tankentlüftungssystem (10), bei welchem ein Strömen gasförmiger Kohlenwasserstoffe zum Speicher (14) bis zum Erreichen eines ein Überströmventil (46) öffnenden Drucks durch das Überströmventil (46) unterbunden wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zeitdauer (68) bis zum Erreichen des das Überströmventil (46) öffnenden Drucks (p), insbesondere unter Einbeziehung des Kraftstofffüllstands, zur Beurteilung der Kraftstoffbeschaffenheit herangezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 5, eingesetzt bei einem Tankentlüftungssystem (10), bei welchem ein Druckabfall (80, 84) im Kraftstofftank (12) infolge eines Öffnens eines Absperrventils (18), welches im geschlossenen Zustand ein Strömen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Kraftstofftank (12) zum Speicher (14) unterbindet, als Funktion der Zeit (t) erfasst und anhand einer Korrelation des Drucks (p) mit dem Volumenstrom (V_HC) der gasförmigen Kohlenwasserstoffe vom Kraftstofftank (12) zum Speicher (14) seine Beladung ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (18) in Abhängigkeit von einem bevorstehenden Betanken des Kraftstofftanks (12) und/oder in Abhängigkeit von einem Erreichen eines Schwellenwerts des Drucks (p) im Kraftstofftank (12) geöffnet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absperrventil (18), welches im geschlossenen Zustand ein Strömen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Kraftstofftank (12) zum Speicher (14) unterbindet, in Abhängigkeit vom Druck (90, 92) im Kraftstofftank (12) während eines Zyklus (100, 102, 104, 106, 108) geöffnet und geschlossen wird, wobei die Beladung des Speichers (14) anhand der Zeitdauer (t1, t2, t3, t4, t5) des Zyklus (100, 102, 104, 106, 108) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absperrventil (18), welches im geschlossenen Zustand ein Strömen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen vom Kraftstofftank (12) zum Speicher (14) unterbindet, in Abhängigkeit vom Druck (90, 92) im Kraftstofftank (12) während eines Zyklus (100, 102, 104, 106, 108) geöffnet (96) und geschlossen (98) wird, wobei die Beladung des Speichers (14) anhand einer über wenigstens zwei Zyklen (100, 102, 104, 106, 108) ermittelten Frequenz ermittelt wird.
Tankentlüftungssystem für ein Fahrzeug, mit einem Kraftstofftank (12), welcher über eine Verbindungsleitung (16) mit einem Speicher (14) für aus dem Kraftstofftank (12) stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe verbunden ist, mit einer Entlüftungseinrichtung (32) zum Regenerieren des Speichers (14), mit einem Drucksensor (20) zum Erfassen des Drucks (p) im Kraftstofftank (12), und mit einer Steuerungseinrichtung (24) zum Öffnen der Entlüftungseinrichtung (32) in Abhängigkeit von der Beladung des Speichers (14) mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungseinrichtung (24) dazu ausgelegt ist, anhand wenigstens einer anhand des erfassten Drucks (p) ermittelten Größe (V_HC, 100) die Beladung des Speichers (14) zu ermitteln.