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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine, insbesondere zum Steuern eines Tankentlüftungsventils der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von einem gefilterten Messsignal eines Sensors im Ansaugkanal der Brennkraftmaschine.
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Zur Einhaltung immer strenger werdender Emissionsgrenzwerte sind moderne Kraftfahrzeuge mit einer Tankentlüftungsvorrichtung ausgestattet, welche die unkontrollierte Freisetzung von im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoffdämpfen verhindert.
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Zentraler Bestandteil der Tankentlüftungsvorrichtung ist ein Kraftstoffdämpfespeicher, welcher meist als Aktivkohlefilter ausgebildet ist. Der Kraftstoffdämpfespeicher ist einerseits mit dem Tank und andererseits über ein steuerbares Tankentlüftungsventil mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden. Kohlenwasserstoffhaltige Verdunstungsemissionen aus dem Tank des Kraftfahrzeugs werden dem Kraftstoffdämpfespeicher zugeführt und dort zwischengespeichert. Zur Regeneration des Kraftstoffdämpfespeichers wird das Tankentlüftungsventil im Fahrbetrieb geöffnet. Aufgrund des starken Unterdrucks im Saugrohr (Ansaugkanal) strömen die gespeicherten Kohlenwasserstoffe in das Saugrohr, vermischen sich dort mit der angesaugten Frischluft und nehmen an der Verbrennung teil. Die Verbrennungsabgase werden meist durch einen Katalysator gereinigt.
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Durch die Tankentlüftung wird die Ansaugluft der Brennkraftmaschine mit Kohlenwasserstoffen angereichert, was zunächst eine Störung bei der Brenngemischaufbereitung darstellt. Solange sich die Menge an zugeführten Kohlenwasserstoffen gering ist, kann diese Störung durch eine entsprechende Reduzierung der durch die Einspritzventile zugeführten Kraftstoffmenge korrigiert werden, sodass negative Auswirkungen auf die Laufruhe und das Abgasverhalten der Brennkraftmaschine weitgehend vermieden werden. Allerdings kann es in bestimmten Situationen vorkommen, dass während eines Tankentlüftungsvorgangs schlagartig größere Mengen an Kohlenwasserstoffen unkontrolliert freigesetzt werden, was zu einer spürbaren Beeinträchtigung der Laufruhe, der Verbrennungsstabilität und des Abgasverhaltens führt. Das unkontrollierte Freisetzen größerer Mengen an Kohlenwasserstoffen während der Tankentlüftung kann durch ein verstärktes Ausgasen des Kraftstoffs im Tank verursacht sein, was insbesondere bei starken Erschütterungen des Tanks (abrupte Richtungswechsel oder schlechte Straßenbeschaffenheit) auftritt.
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Eine Möglichkeit, diesem Problem zu begegnen, ist die Begrenzung des Durchflusses am Tankentlüftungsventil. Dies bringt jedoch den Nachteil mit sich, dass die Tankentlüftungsvorgänge länger dauern. Gerade bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb oder Stopp-Start-Automatik stellt dies ein Problem dar, da die Zeitfenster für eine Tankentlüftung hier systembedingt stark begrenzt sind.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer Brennkraftmaschine bereitzustellen, wodurch die Tankentlüftung verbessert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
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Ein Steuerverfahren gemäß dem Anspruch 1 bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit einem Ansaugkanal, einem Tankentlüftungsventil zum Einleiten eines Gases in den Ansaugkanal, und einem Sensor zum Erfassen einer Messgröße im Ansaugkanal. Ein Messsignal des Sensors wird zumindest teilweise von der Stellung des Tankentlüftungsventils beeinflusst. Gemäß dem Verfahren wird das Messsignal des Sensors erfasst und das Tankentlüftungsventil mit einem Ansteuersignal mit einer vorgegebenen Ansteuerfrequenz angesteuert. Das Messsignal wird zumindest mittels eines Bandpassfilters, welcher einen die vorgegebene Ansteuerfrequenz umfassenden Bandpassfrequenzbereich aufweist, gefiltert. Das Tankentlüftungsventil wird in Abhängigkeit von dem gefilterten Messsignal gesteuert.
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Der Sensor ist vorzugsweise als Drucksensor oder als Gasmengensensor ausgestalten. Durch das Öffnen des Tankentlüftungsventils wird mit Kohlenwasserstoffen beladenes Gas in den Ansaugkanal der Brennkraftmaschine eingeleitet. Somit ändern sich die Druckverhältnisse als auch der Gasmengenstrom im Ansaugkanal. Das Öffnen des Ventils hat somit einen Einfluss auf das Ausgangssignals (Messsignal) des Sensors, insbesondere im Frequenzbereich der Ansteuerfrequenz. Bei geöffnetem Tankentlüftungsventil wäre in einem Frequenzspektrum des Sensors im Frequenzbereich der Ansteuerfrequenz eine deutliche Amplitude erkennbar. Bei geschlossenem Tankentlüftungsventil wäre diese Amplitude (abgesehen von Rauschanteilen) nicht erkennbar. Durch geeignete Filterung kann dem Messsignal demnach zunächst ein Hinweis auf das Öffnen des Ventils entnommen werden. Ist die Signalstärke bzw. die Amplitude des gefilterten Messsignals ausreichend groß (beispielsweise größer als ein vorgegebener Schwellenwert) so kann auf ein geöffnetes Tankentlüftungsventil geschlossen werden. Ist die Signalstärke bzw. die Amplitude des gefilterten Messsignals gering (beispielsweise kleiner als der vorgegebene Schwellenwert) so kann auf ein geschlossenes Tankentlüftungsventil geschlossen werden. Mit anderen Worten im Falle des Vorhandenseins von Signalkomponenten in dem Messsignal, welche Signalkomponenten mit der vorgegebenen Ansteuerfrequenz auftreten bzw. moduliert sind, kann angenommen werden, dass das Ventil geöffnet hat. Können derartige Signalkomponenten in dem Messsignal nicht festgestellt werden, so kann angenommen werden, dass das Ventil nicht geöffnet hat. Diese Vorgehensweise erlaubt daher zunächst eine sehr präzise Bestimmung des Öffnungszeitpunkts des Ventils.
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Ferner stellt das gefilterte Messsignal des Sensors auch ein Maß für die Menge an zugeführtem Gas dar. Durch die Berücksichtigung des gefilterten Signals bei der Steuerung des Tankentlüftungsventils kann schnell auf unvorhergesehene Änderungen bei der eingeleiteten Gasmenge reagiert werden. Somit kann der Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil flexibel und schnell an die jeweilige Situation angepasst werden. Eine pauschale Begrenzung des Gasdurchflusses am Tankentlüftungsventil aus Sicherheitsgründen ist nicht mehr notwendig. Dadurch kann der Kraftstoffdämpfespeicher auch bei wenigen und kurzen Regenerationsphasen deutlich besser regeneriert werden. Andererseits kann der Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil bei schlagartig auftretenden Störungen in sehr kurzer Zeit begrenzt werden, sodass negative Auswirkungen auf das Abgasverhalten oder die Laufruhe der Brennkraftmaschine verhindert werden können. Auf diese Weise wird der gesamte Vorgang der Tankentlüftung deutlich verbessert.
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Der verwendete Bandpassfilter kann innerhalb des Bandpassfrequenzbereiches eine vergleichsweise hohe Transmission und außerhalb dieses Frequenzbereich eine vergleichsweise niedrige Transmission bzw. eine hohe Absorption aufweisen. Er kann mit einfachen und somit mit preiswerten passiven elektrischen Bauteilen wie zum Beispiel Spulen, Widerstände und/oder Kondensatoren aufgebaut werden. Alternativ kann der Bandpassfilter mittels Software, beispielsweise integriert in der Motorsteuerung, realisiert werden. Somit kann das beschriebene Verfahren noch kostengünstiger und ohne zusätzliche Hardware durchgeführt werden.
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Das beschriebene Verfahren hat ferner den Vorteil, dass es mit einfachen elektrischen bzw. elektronischen Komponenten realisiert werden kann. Auch eine Realisierung mittels Software oder einer Kombination aus Software und Hardware ist möglich. So ist zur Ansteuerung des Ventils lediglich ein einfacher Funktionsgenerator notwendig, welcher das Ansteuersignal mit der vorgegebenen Ansteuerfrequenz bereitstellt. Alternativ kann das Ansteuersignal auch von bereits vorhandenen funktionalen Komponenten der Brennkraftmaschine ggf. unter zusätzlicher Verwendung eines einfachen Verstärkers zur Verfügung gestellt werden. Eine derartige bereits vorhandene funktionale Komponente kann beispielsweise eine Motorsteuerung der Brennkraftmaschine sein.
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Das beschriebene Verfahren hat ferner den Vorteil, dass es mit verschiedenen Ansteuerfrequenzen und unabhängig von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durchgeführt werden kann. Somit ist es sehr robust.
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Zudem ist das beschriebene Verfahren sehr schnell und Ressourcen schonend, wodurch es auch für den Einsatz in Fahrzeugen mit Hybridantrieb und/oder einer Stopp/Start–Automatik geeignet.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 2 wird eine Signalstärke des gefilterten Signals ermittelt und das Tankentlüftungsventil in Abhängigkeit von der Signalstärke gesteuert.
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In Ausgestaltungen des Verfahrens nach den Ansprüchen 3 bzw. 4 wird bei zunehmender Signalstärke das Tankentlüftungsventil derart gesteuert wird, dass sich der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil verringert, bzw. wird bei abnehmender Signalstärke das Tankentlüftungsventil derart gesteuert wird, dass sich der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil erhöht. Alternativ ist es auch möglich, den Durchfluss am Tankentlüftungsventil zu verringern oder ganz zu unterbinden, falls die Signalstärke des gefilterten Messsignals einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Vorteilhafterweise wird gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 5 zur Ermittlung der Signalstärke die Amplitude des gefilterten Messsignals ermittelt.
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Die Stärke des gefilterten Messsignals stellt ein Maß für den Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil dar. Insbesondere besteht zwischen der Amplitude bzw. der Signalstärke des gefilterten Messsignals und dem Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil bzw. der Menge an zugeführtem Gas ein proportionaler Zusammenhang. Durch die Steuerung des Tankentlüftungsventils basierend auf der Signalstärke und/oder der Amplitude des gefilterten Messsignals des Sensors kann der Tankentlüftungsvorgang optimal an die aktuellen Verhältnisse angepasst werden. Auf diese Weise kann der Kraftstoffdämpfespeicher schnell regeneriert werden. Gleichzeitig kann auf Störungen schnell reagiert werden, um Nachteile für die Laufruhe und das Emissionsverhalten zu vermeiden. Die Signalstärke des gefilterten Messsignals kann vorteilhafterweise durch die Amplitude ausgedrückt bzw. quantifiziert werden.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 6 werden zum Ermitteln der Signalstärke des gefilterten Messsignals Absolut-Werte des gefilterten Messsignals bestimmt und diese innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls aufsummiert.
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Dies hat den Vorteil, dass die Signalstärke des gefilterten Messsignals auf besonders einfache und trotzdem zuverlässige Weise erfasst werden kann. Dabei wird anhand von diskreten und infolge der Absolutwertbildung ausschließlich positiven Pegelwerten für die gemessene Signalstärke im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung die Signalstärke des gefilterten Messsignals bestimmt.
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In einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 7 wird zum Ermitteln der Signalstärke des gefilterten Messsignals ein modifiziertes Messsignal aus dem gefilterten Messsignal erzeugt, wobei das modifizierte Messsignal die Absolut-Funktion des gefilterten Messsignals darstellt. Das modifizierte Messsignal wird dann mit einem Tiefpass-Filter gefiltert.
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Durch das beschriebene Tiefpass-Filtern kann auf besonders einfache und trotzdem zuverlässige Weise mittels einer analogen Signalverarbeitung im Rahmen einer kontinuierlichen Diagnose der Funktionsfähigkeit des Ventils die Signalstärke des gefilterten Messsignals bestimmt werden. Abhängig von der spektralen Charakteristik des verwendeten Tiefpass-Filters kann die Tiefpass-Filterung als eine kontinuierlich durchgeführte Integration jeweils über ein bestimmtes Zeitintervall aufgefasst werden.
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Das modifizierte Messsignal kann sich im Vergleich zu dem gefilterten Messsignal zusätzlich zu der Absolut-Funktionsbildung auch noch durch einen Verstärkungsfaktor unterscheiden, wobei der Verstärkungsfaktor größer oder kleiner als Eins sein kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 8 wird eine Rauschstärke des gefilterten Messsignals ermittelt und das Tankentlüftungsventil zusätzlich in Abhängigkeit von der Rauschstärke gesteuert.
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Vorteilhafterweise kann gemäß Anspruch 9 ein Verhältnis aus Signalstärke und Rauschstärke des gefilterten Messsignals ermittelt werden und bei zunehmendem Betrag des Verhältnisses das Tankentlüftungsventil derart gesteuert wird, dass sich der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil verringert.
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Weiterhin kann gemäß einer Ausgestaltung nach Anspruch 10 bei abnehmendem Betrag des Verhältnisses das Tankentlüftungsventil derart gesteuert werden, dass sich der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil erhöht.
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Alternativ oder zusätzlich ist es auch möglich den Durchfluss am Tankentlüftungsventil zu verringern oder ganz zu unterbinden, falls das Verhältnis aus der Signalstärke und Rauschstärke des gefilterten Messsignals einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt.
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Das Verhältnis aus der Signalstärke und Rauschstärke des gefilterten Messsignals wird auch als Signal-Rausch-Verhältnis bezeichnet. Auch das Signal-Rausch-Verhältnis stellt ein Maß für den Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil dar. Insbesondere besteht zwischen dem Signal-Rausch-Verhältnis des gefilterten Messsignals und dem Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil bzw. der Menge an zugeführtem Gas ein im Wesentlichen proportionaler Zusammenhang. Durch die Steuerung des Tankentlüftungsventils basierend auf dem Signal-Rausch-Verhältnis des gefilterten Messsignals des Sensors kann der Tankentlüftungsvorgang optimal an die aktuellen Verhältnisse angepasst werden. Auf diese Weise kann der Kraftstoffdämpfespeicher schnell regeneriert werden. Gleichzeitig kann auf Störungen schnell reagiert werden, um Nachteile für die Laufruhe und das Emissionsverhalten zu vermeiden.
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Die beschriebene Steuerung des Tankentlüftungsventils basierend auf dem Signal-Rausch-Verhältnis hat den Vorteil, dass auf die Festlegung eines isolierten Schwellenwertes für die Signalstärke des gefilterten Messsignals verzichtet werden kann. Eine derartige Festlegung eines isolierten Schwellenwertes kann in vielen Fällen schwierig sein, da das gefilterte Messsignal neben der Ansteuerfrequenz des Ventils auch noch variable Rauschanteile im umliegenden Frequenzbereich enthalten kann.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 11 wird die Rauschstärke des gefilterten Messsignals basierend auf einem gefilterten Rauschsignal ermittelt, welches aus dem gefilterten Messsignal mittels eines Bandstoppfilters erzeugt wird. Der Bandstoppfilter weist einen die vorgegebene Ansteuerfrequenz umfassenden Bandstoppfrequenzbereich auf, wobei der Bandstoppfrequenzbereich im Vergleich zu dem Bandpassfrequenzbereich eine geringere Bandbreite aufweist.
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Dies bedeutet, dass die Signalstärke des Rauschens ermittelt wird, indem das gefilterte Messsignal einen weiteren nachgeschalteten Bandstoppfilter durchläuft. Dieser Filter ist als Bandsperre ausgelegt und dient dazu, sehr schmalbandig die vorgegebene Ansteuerfrequenz des Ventils zu dämpfen. Benachbarte Rauschanteile können den Filter weitgehend ungehindert passieren.
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Die beschriebene Rauschstärkenermittlung mittels eines schmalbandigen Bandstoppfilters hat den Vorteil, dass auch die Signalstärke des Rauschens mit einfachen und somit mit preiswerten passiven elektrischen Bauteilen wie zum Beispiel Spulen, Widerstände und/oder Kondensatoren ermittelt werden kann. Auch der Bandstoppfilter kann bei Bedarf mittels Software, beispielsweise integriert in der Motorsteuerung, realisiert werden.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 12 weist das Ermitteln der Rauschstärke des gefilterten Messsignals folgende Schritt auf:
- (a) Bestimmen von Absolut-Werten des gefilterten Rauschsignals, und
- (b) Aufsummieren der bestimmten Absolut-Werte des gefilterten Rauschsignals innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls.
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Dies hat den Vorteil, dass auch die Rauschstärke des gefilterten Messsignals auf besonders einfache und trotzdem zuverlässige Weise erfasst werden kann. Dabei wird anhand von diskreten und infolge der Absolutwertbildung ausschließlich positiven Pegelwerten für das gefilterte Rauschsignal im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung die Rauschstärke des gefilterten Messsignals bestimmt.
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Gemäß einer Ausgestaltung des Verfahrens nach Anspruch 13 weist das Ermitteln der Rauschstärke des gefilterten Messsignals folgende Schritte auf:
- (a) Erzeugen eines modifizierten Rauschsignals aus dem gefilterten Rauschsignal, wobei das modifizierte Rauschsignal die Absolut-Funktion des gefilterten Rauschsignals darstellt, und
- (b) Tiefpass-Filtern des modifizierten Rauschsignals.
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Durch das Tiefpass-Filtern kann auf besonders einfache und trotzdem zuverlässige Weise mittels einer analogen Signalverarbeitung oder mittels einer mit Hilfe einer Software durchgeführten digitalen Signalverarbeitung im Rahmen einer kontinuierlichen Diagnose der Funktionsfähigkeit des Ventils die Stärke des gefilterten Rauschsignals bestimmt werden. Abhängig von der spektralen Charakteristik des verwendeten Tiefpass-Filters kann die Tiefpass-Filterung auch als eine kontinuierlich durchgeführte Integration jeweils über ein bestimmtes Zeitintervall aufgefasst werden.
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Es wird darauf hingewiesen, dass sich das modifizierte Rauschsignal im Vergleich zu dem gefilterten Rauschsignal zusätzlich zur der Absolut-Funktionsbildung auch noch durch einen Verstärkungsfaktor unterscheiden kann, wobei der Verstärkungsfaktor größer oder kleiner als eins sein kann.
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Eine Steuervorrichtung nach Anspruch 14 ist derart ausgestaltet und mit Mitteln versehen, dass sie das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausführen kann.
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Die Steuervorrichtung kann dazu einen Mikroprozessor, zumindest einen Speicher und Schnittstellen zu anderen Geräten und Sensoren aufweisen. In der Steuervorrichtung können entsprechende Steuerfunktionen und Datenbanken in Form von Software implementiert sein. Die Software kann als computerlesbarer Anweisungscode in einer geeigneten Programmiersprache implementiert sein.
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Bezüglich der sich aus dieser Steuervorrichtung ergebenden Vorteile wird auf die Ausführungen zu den vorhergehenden Ansprüchen verwiesen, welche analog gelten.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezug auf die beigefügten Figuren näher erläutert. In den Figuren sind:
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1 eine schematische Darstellung einer Brennkraftmaschine mit einer Tankentlüftungsvorrichtung;
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2A, 2B schematische Darstellungen von Ausführungsbeispielen für elektronische Schaltungen zur Filterung eines Messsignals eines Sensors der Brennkraftmaschine.
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In 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Brennkraftmaschine 1 dargestellt. Die Brennkraftmaschine 1 weist mindestens einen Zylinder 2 und einen in dem Zylinder 2 auf und ab beweglichen Kolben 3 auf. Die zur Verbrennung nötige Frischluft wird über einen Ansaugtrakt 4 in einen von dem Zylinder 2 und dem Kolben 3 begrenzten Brennraum 5 eingeleitet. Stromabwärts einer Ansaugöffnung 6 befinden sich in dem Ansaugkanal 4 eine Drosselklappe 8 zur Steuerung der den Brennräumen 5 zugeführten Luftmenge, ein Sensor 17 zum Erfassen einer Messgröße im Ansaugkanal 4, ein Saugrohr 9 und ein Einlassventil 10, mittels dem der Brennraum 5 mit dem Ansaugkanal 4 wahlweise verbunden oder getrennt wird. Der Sensor 17 kann beispielsweise als Luftmengensensor bzw. als Drucksensor ausgebildet sein, wobei die Messgröße der Luftmengenstrom bzw. der Druck im Ansaugkanal ist.
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Die Zündung der Verbrennung geschieht mittels einer Zündkerze 11. Die durch die Verbrennung erzeugte Antriebsenergie wird über eine Kurbelwelle 12 an den Antriebsstrang des Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) übertragen.
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Die Brennkraftmaschine 1 kann ferner einen Zylinderdrucksensor 13 aufweisen.
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Die Verbrennungsabgase werden über einen Abgaskanal 14 der Brennkraftmaschine 1 abgeführt. Der Brennraum 5 wird mittels eines Auslassventils 15 mit dem Abgaskanal 14 wahlweise verbunden oder von diesem getrennt. Die Abgase werden in einem Abgasreinigungskatalysator 16 gereinigt. Im Abgaskanal ist ein Lambdasensor 40 angeordnet, welcher den Sauerstoffgehalt des Abgases misst.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner eine Kraftstoffversorgungseinrichtung mit einem Kraftstofftank 18, einer Kraftstoffpumpe 19, einer Hochdruckpumpe 20, einem Druckspeicher 21 und zumindest einem steuerbaren Einspritzventil 22. Der Kraftstofftank 18 weist einen verschließbaren Einfüllstutzen 23 zum Einfüllen von Kraftstoff auf. Der Kraftstoff wird mittels der Kraftstoffpumpe 19 über eine Kraftstoffversorgungsleitung 24 dem Einspritzventil 22 zugeführt. In der Kraftstoffversorgungsleitung 24 sind die Hochdruckpumpe 20 und der Druckspeicher 21 angeordnet. Die Hochdruckpumpe 20 hat die Aufgabe, dem Druckspeicher 21 den Kraftstoff mit hohem Druck zuzuführen. Der Druckspeicher 21 ist dabei als gemeinsamer Druckspeicher 21 für alle Einspritzventile 22 ausgebildet (sog. Common Rail System). Von ihm aus werden alle Einspritzventile 22 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine fremdgezündete Brennkraftmaschine 1 mit Kraftstoffdirekteinspritzung, bei der das Einspritzventil 22 in den Brennraum 5 ragt und somit Kraftstoff direkt in den Brennraum 5 eingespritzt wird. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf diese Art der Kraftstoffeinspritzung beschränkt ist, sondern auch auf andere Arten der Kraftstoffeinspritzung, wie beispielsweise eine Saugrohreinspritzung, sowie auf selbstzündenden Brennkraftmaschinen anwendbar ist.
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Die Brennkraftmaschine 1 weist ferner eine Tankentlüftungsvorrichtung auf. Zu der Tankentlüftungsvorrichtung gehört ein Kraftstoffdampfspeicher 25, welcher beispielsweise als Aktivkohlefilter ausgebildet ist und über eine Verbindungsleitung 26 mit dem Kraftstofftank 18 verbunden ist. Die in dem Kraftstofftank 18 entstehenden Kraftstoffdämpfe werden in den Kraftstoffdampfspeicher 25 geleitet und dort von der Aktivkohle adsorbiert. Der Kraftstoffdampfspeicher 25 ist über eine Entlüftungsleitung 27 mit dem Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine 1 verbunden. In der Entlüftungsleitung 27 befindet sich ein steuerbares Tankentlüftungsventil 28. Beispielsweise kann das Tankentlüftungsventil 28 einen elektrischen Aktuator aufweisen, der von der Steuervorrichtung durch ein elektrisches Ansteuersignal mit einer vorgegebenen Ansteuerfrequenz angesteuert werden kann. Das Tankentlüftungsventil öffnet und schließt dann mit dieser Ansteuerfrequenz. Ferner kann dem Kraftstoffdampfspeicher 25 über eine Belüftungsleitung 29 und ein optional darin angeordnetes steuerbares Belüftungsventil 30 Frischluft zugeführt werden. Aufgrund des Druckgefälleszwischen der Umgebung der Brennkraftmaschine 1 und dem Saugrohr 9 wird durch Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 ein Gasstrom vom Kraftstoffdampfspeicher 25 in das Saugrohr 9 erreicht, sodass Gas in den Ansaugkanal 4 eingeleitet wird. Das mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Gas vermischt sich dort mit der angesaugten Frischluft, strömt über die Einlassventile 10 in die Brennräume 5 der Brennkraftmaschine 1 und nimmt an der Verbrennung teil.
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Zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils 28 können, abhängig von der Bauart, unterschiedliche Ansteuerfrequenzen verwendet werden, beispielsweise im Bereich zwischen 5 Hz und 1 kHz.
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In einer besonders einfach aufgebauten Ausgestaltung des Tankentlüftungsventils 28 wird dieses digital angesteuert. Das Tankentlüftungsventil ist entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen, wobei ein Anker des Tankentlüftungsventils jeweils in einer der Endpositionen anschlägt. Hier eigenen sich Ansteuerfrequenzen im Bereich zwischen 8 Hz und 28 Hz.
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Aufwändigere Ausgestaltungen des Tankentlüftungsventils 28 können auch derart angesteuert werden, dass zwischen den beiden Endpositionen (Ventil vollständig geöffnet bzw. Ventil vollständig geschlossen) Zwischenpositionen angenommen werden können. Hier eigenen sich auch höhere Ansteuerfrequenzen, beispielsweise im Bereich zwischen 100 Hz und 200 Hz. Da bei einem derartigen Ventil der Anker des Ventils jedoch typischerweise schwebend gehalten wird, kann es möglich sein, dass sich bei Ansteuerfrequenzen im Bereich zwischen 100 und 200 Hz im Messsignal keine oder nur sehr schwache Anteile der Frequenzanteile der Ansteuerfrequenz wiederfinden. Daher kann es vorteilhaft sein, auch ein derartiges Ventil mit einer geringeren Frequenz von beispielsweise 10 Hz so anzusteuern, dass es zwischen den Extremzuständen "geschlossen" und "offen" geschaltet wird und somit eine signifikante Durchflussänderung aufgeprägt wird.
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Das Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 hat einen Einfluss auf das Ausgangssignal des Sensors 17. Da durch das Öffnen Tankentlüftungsventils 28 Gas in den Ansaugkanal 4 eingeleitet wird, ändern sich der Gasmengenstrom und die Druckverhältnisse im Ansaugkanal 4. Diese Änderung wird durch den Sensor 17, welcher als Gasmengensensor oder Drucksensor ausgebildet sein kann, erfasst und ist im Ausgangssignal des Sensors enthalten. Wird nun das Tankentlüftungsventil 28 mit einer bestimmten Ansteuerfrequenz angesteuert, so verändert sich die Amplitude des Frequenzspektrums des Ausgangssignals des Sensors 17 bei dieser Ansteuerfrequenz.
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Der Brennkraftmaschine 1 ist eine Steuervorrichtung 31 zugeordnet, in welcher kennfeldbasierte Motorsteuerungsfunktionen softwaremäßig implementiert sind. Die Steuervorrichtung 31 ist mit sämtlichen Aktuatoren und Sensoren der Brennkraftmaschine 1 über Signal- und Datenleitungen (Pfeile) verbunden. Die Steuervorrichtung weist zumindest einen Mikroprozessor und zumindest einen Datenspeicher auf (nicht dargestellt). Insbesondere ist die Steuervorrichtung 31 mit dem steuerbaren Belüftungsventil 30, dem steuerbaren Tankentlüftungsventil 28, dem Sensor 17, der steuerbaren Drosselklappe 8, dem steuerbaren Einspritzventil 22, der Zündkerze 11, dem Lambdasensor 40 und dem Zylinderdrucksensor 13 verbunden.
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Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Steuervorrichtung 31 eine elektronische Filterschaltung 200 zugeordnet, welche nachfolgend anhand der 2A und 2B näher erläutert wird. Mittels der elektronischen Filterschaltung 200 kann ein Messsignal des Sensors 17 verarbeitet werden, so dass anhand eines Ausgangssignals der Filterschaltung 200 Informationen über den Zustand des Tankentlüftungsventils 28 und den Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil 28 ermittelt werden können.
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Ein erstes Ausführungsbeispiel der Filterschaltung ist in 2A dargestellt.
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Darin weist die Filterschaltung 200 einen Bandpassfilter 210, eine Einheit 212 zum Ermitteln des Absolutwerts und einen Summierer 214 auf, welche in Reihe geschaltet sind.
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Der Filterschaltung 200 kann ein Eingangssignal 200a, beispielsweise das Messsignal 200a des Sensors 17, zugeführt werden. Das Eingangssignal durchläuft zunächst den Bandpassfilter 210. Durch die Bandpassfilterung mit einem Bandpassfrequenzbereich, welcher die vorgegebene Ansteuerfrequenz des Tankentlüftungsventils 28 umfasst, wird ein gefiltertes Messsignal 210a erzeugt.
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Das gefilterte Messsignal 210a wird dann der Einheit 212 zum Ermitteln des Absolutwertes des gefilterten Messsignals 210a zugeführt. Das resultierende Signal 212a wird als modifiziertes Messsignal bezeichnet.
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Das modifizierte Messsignal 212a wird dem Summierer 214 zugeführt, welcher innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls die infolge der Absolutwertbildung durch die Einheit 212 ausschließlich positiven Pegelwerte des modifizierten Messsignals 212a im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung aufsummiert.
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Das resultierende Ausgangssignal S ist in guter Näherung proportional zu der Signalstärke des gefilterten Messsignals 210a und kann für weiterführende Operationen, beispielweise für Vergleichsoperationen, herangezogen werden.
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Ein zweites Ausführungsbeispiel der Filterschaltung 200 ist in 2B dargestellt.
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Der Filterschaltung 200 kann ein Eingangssignal 200a, beispielsweise das Messsignal 200a des Sensors 17, zugeführt werden. Das Eingangssignal durchläuft zunächst einen Bandpassfilter 210. Durch die Bandpassfilterung mit einem Bandpassfrequenzbereich, welcher die vorgegebene Ansteuerfrequenz des Tankentlüftungsventils 28 umfasst, wird ein gefiltertes Messsignal 210a erzeugt.
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Das gefilterte Messsignal 210a wird nun zwei Zweigen der Filterschaltung zugeführt.
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Im ersten Zweig wird das gefilterte Messsignal 210a einer Einheit 212 zum Ermitteln des Absolutwertes des gefilterten Messsignals 210a zugeführt. Das resultierende Signal 212a wird als modifiziertes Messsignal bezeichnet.
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Das modifizierte Messsignal 212a wird anschließend einem Summierer 214 zugeführt, welcher innerhalb eines vorgegebenen Zeitintervalls die infolge der Absolutwertbildung durch die Einheit 212 ausschließlich positiven Pegelwerte des modifizierten Messsignals 212a im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung aufsummiert.
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Der resultierende Summenwert S wird dann einem Teiler 230 zugeführt.
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Der zweite Zweig der Filterschaltung 200 weist einen Bandstoppfilter 220 auf, welcher einen die vorgegebene Ansteuerfrequenz des Tankentlüftungsventils 28 umfassenden Bandstoppfrequenzbereich aufweist. Im Vergleich zu dem Bandpassfrequenzbereich des Bandpassfilters 210 weist der Bandstoppfrequenzbereich des Bandstoppfilters 220 eine deutlich geringere Bandbreite auf. Der Bandstoppfilter 220 liefert als Ausgangssignal ein gefiltertes Rauschsignal 220a, welches in guter Näherung lediglich diejenigen Signalanteile des Messsignals 200a aufweist, die auf der Frequenzskala in unmittelbarer Nähe (d.h. innerhalb des Bandpassfrequenzbereich des Bandpassfilters 210) liegen, wobei infolge der beschriebenen Bandstoppfilterung die vorgegebene Ansteuerfrequenz ausgeblendet ist.
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Innerhalb des zweiten Zweiges wird das gefilterte Rauschsignal 220a einer Einheit 222 zum Ermitteln des Absolut-Wertes zugeführt. Das Ausgangssignal 222a der Einheit 222 wird in diesem Dokument als modifiziertes Rauschsignal 222a bezeichnet. Der zweite Zweig weist ferner einen Summierer 224 auf, welcher innerhalb des gleichen vorgegebenen Zeitintervalls wie oben beschrieben die infolge der Absolutwertbildung durch die Einheit 222 ausschließlich positiven Pegelwerte des modifizierten Rauschsignals 222a im Rahmen einer digitalen Signalverarbeitung aufsummiert.
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Der resultierende Summenwert N wird dann dem Teiler 230 zugeführt.
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Wie aus 2B ersichtlich, bildet der Teiler 230 den Quotienten aus dem resultierenden Summenwert S des ersten Zweiges der Filterschaltung und dem resultierenden Summenwert N des zweiten Zweiges der Filterschaltung. Aus den oben beschriebenen Filterungen durch den Bandpassfilter 210 (dieser ist beiden Zweigen zugeordnet) und durch den Bandstoppfilter 220 (dieser ist lediglich dem zweiten Zweig zugeordnet) ergibt sich, dass das Ausgangssignal S des Summierers 214 in guter Näherung proportional zu der Signalstärke des gefilterten Messsignals 210a ist und dass das Ausgangssignal N des Summierers 224 in guter Näherung proportional zu der Rauschstärke des gefilterten Messsignals 210a ist. Das Ausgangssignal 230a des Teilers 230 stellt somit das Verhältnis der Signale S und N dar und wird daher als Signal-zu-Rausch-Verhältnis S/N bezeichnet.
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Die beschriebene Filterschaltung 200a ermittelt somit die Amplitude bzw. die Signalstärke S des gefilterten Messsignal 210a im Verhältnis zur Amplitude bzw. Rauschstärke N des Rauschens.
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Das resultierende Ausgangssignal 230a, also das Verhältnis der Signals S und N kann für weiterführende Operationen, beispielweise für Vergleichsoperationen, herangezogen werden.
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Durch das Öffnen des Tankentlüftungsventils 28 wird mit Kohlenwasserstoffen beladenes Gas in den Ansaugkanal 4 eingeleitet, welches sich mit der angesaugten Frischluft vermischt und in die Brennräume 5 der Brennkraftmaschine strömt. Durch die Einleitung des Gases verändern sich das Brenngemisch und die Abgaszusammensetzung. Dies kann sich nachteilig auf die Verbrennungsstabilität, die Laufruhe und das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine 1 auswirken. Zur Vermeidung dieser Nachteile kann eine Korrektur der über die Einspritzventile 22 zugeführten Kraftstoffmenge durchgeführt werden. In bestimmten Situationen, beispielweise bei sehr schlechter Fahrbahnbeschaffenheit oder sehr kurviger Straßenführung, kann es zu einer schlagartigen Freisetzung größerer Mengen von Kraftstoffdämpfen im Tank 18 kommen. Geschieht dies während eines Tankentlüftungsvorgangs, kann es sein, dass eine so große Menge Kohlenwasserstoffe über das offene Tankentlüftungsventil 28 in den Ansaugkanal 4 eingeleitet wird, dass eine Korrektur der Kraftstoffmenge zur Vermeidung der Nachteile nicht ausreicht.
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Um einer übermäßigen Zufuhr von Kohlenwasserstoffen über das Tankentlüftungsventil 28 zu vermeiden, kann der Durchfluss am Tankentlüftungsventil 28 von vorne herein auf einen bestimmten Wert begrenzt werden. Die hat jedoch zu Folge, dass die Tankentlüftungsvorgänge länger dauern und der Kraftstoffdämpfespeicher 25 nicht ausreichend regeneriert wird.
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Die Stärke des gefilterten Messsignals des Sensors stellt ein Maß für über das Tankentlüftungsventil 28 eingeleitete Gasmenge dar. Die Stärke des gefilterten Messsignals kann beispielsweise durch die Amplitude oder das Signalstärke-Rausch-Verhältnis quantifiziert werden. Unter dem gefilterten Messsignal ist dabei nicht ausschließlich das mittels eines Bandpassfilters gefilterte Ausgangssignal des Sensors 17 zu verstehen. Wie anhand der 2A und 2B gezeigt können sich an die Bandpassfilterung noch weitere Schritte der Signalverarbeitung anschließen.
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Wird das Tankentlüftungsventil 28 nun basierend auf dem gefilterten Messsignal des Sensors 17 gesteuert, können die zuvor genannten Nachteile wirksam vermieden und der Tankentlüftungsvorgang verbessert werden.
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So kann nach dem Start der Brennkraftmaschine 1 das Messsignal kontinuierlich erfasst und mittels der in den 2A und 2B gezeigten Filterschaltungen gefiltert werden.
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Bei zunehmender Signalstärke des gefilterten Messsignals kann das Tankentlüftungsventil 28 derart gesteuert werden, dass sich der Durchfluss am Tankentlüftungsventil 28 reduziert wird.
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Bei abnehmender Signalstärke des gefilterten Messsignals kann das Tankentlüftungsventil 28 derart gesteuert werden, dass sich der Durchfluss am Tankentlüftungsventil 28 reduziert wird.
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Alternativ kann der Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil 28 reduziert werden, falls die Signalstärke des gefilterten Messsignals einen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Dabei kann der Gasdurchfluss am Tankentlüftungsventil 28 auf völlig unterbunden werden, d.h. das Tankentlüftungsventil 28 geschlossen werden.
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Das Verfahren wird durch die Steuervorrichtung 31 durchgeführt.
