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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug. Weiterhin betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm das alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft sowie einen Datenträger, der dieses Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein Steuergerät, welches zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ausgebildet ist.
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Stand der Technik
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Kraftfahrzeuge mit benzinbetriebenem Verbrennungsmotor sind heute mit bordeigenen Einrichtungen ausgestattet, welche die während des Betriebs der Abstellphase des Kraftfahrzeugs anfallenden Benzindämpfe in einem Aktivkohlefilter auffangen, damit diese nicht in die Umwelt gelangen. Das Antriebssystem eines solchen Kraftfahrzeugs ist schematisch in 1 dargestellt. Benzin wird in einem Kraftstofftank 11 mit einer Einfüllöffnung 111 gelagert. Aus dem Kraftstofftank 11 ausgasende Benzindämpfe gelangen in ein Aktivkohlefilter 121 eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12. Das Aktivkohlefilter 121 verfügt über einen Frischluftausgang, so dass der Kraftstofftank 11 stets drucklos ist. Um zu vermeiden, dass das Aktivkohlefilter 121 „überläuft“, wird es in den Betriebsphasen des Verbrennungsmotors regeneriert bzw. desorbiert. Dazu wird ein Dosierventil bzw. Tankentlüftungsventil 122 geöffnet. Frischluft strömt durch das Aktivkohlefilter 121 und führt die darin adsorbierten Benzindämpfe mit, die stromabwärts einer Drosselklappe 131 an einem Saugrohr 13 zugeführt werden. Durch das Saugrohr 13 werden sie schließlich der Verbrennung im Verbrennungsmotor 14 zugeführt. Voraussetzung hierfür ist, dass in dem Saugrohr 13 ein gewisser Unterdruck herrscht, d.h., dass die Drosselklappe 131 nicht allzu weit geöffnet ist. Im Volllastbetrieb des Verbrennungsmotors 14, beispielsweise bei einer Bergauffahrt, nähert sich der Saugrohrdruck dem Umgebungsdruck an und die Druckdifferenz am Tankentlüftungsventil 122 sinkt. Damit sinkt auch die durch das Tankentlüftungsventil 122 desorbierte Menge an Benzindämpfen.
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Desgleichen kann ein „nervöser“ Fahrstil, der durch eine hohe Dynamik des Gaspedals und damit auch der Drosselklappe 131 gekennzeichnet ist, zu einer geringeren Regeneriermenge führen als ein „ruhiger“ Fahrstil, der typischerweise für eine Kraftstoff sparende Fahrweise empfohlen wird.
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Der Regenerierbetrieb erfolgt in einer sogenannten Zeitscheibensteuerung, in der eine Regenerierphase zyklisch von einer sogenannten Grundadaptionsphase unterbrochen wird. Der Grund dafür ist, dass in der Grundadaptionsphase grundsätzlich Gemischfehler, wie beispielsweise ein langsames Driften der Einspritzventile identifiziert werden können, ohne durch den kurzfristigen und häufig stark schwankenden Einfluss der Tankentlüftung überlagert zu werden. Die zyklisch stattfindende Grundadaption führt allerdings dazu, dass die Regenerierluftmenge beschränkt ist.
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Eine weitere Beschränkung der Regenerierluftmenge erfolgt dadurch, dass das Tankentlüftungsventil 122 nur so weit geöffnet werden kann, dass die durchströmende Benzindampfmasse den Bedarf des Verbrennungsmotors 14 an Kraftstoff nicht übersteigt. Anderenfalls würde der Verbrennungsmotor 14 überfetten und letztendlich ausgehen. In der Praxis wird in der Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors 14 ein großer Abstand von der Überfettungsgrenze eingehalten, wozu die Kraftstoffzuführung durch das Tankentlüftungsventil 122 üblicherweise nicht mehr als 30 bis 40 % des Kraftstoffbedarfs des Verbrennungsmotors 14 ausmacht.
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Die Funktionsweise des Tankentlüftungsventils 122 wird von verschiedenen Gesetzgebern im Zuge der Zertifizierung eines Kraftfahrzeugs überprüft. Dazu wird das Aktivkohlefilter 121 vor Fahrbeginn ausgebaut und mit einem Prüfgas beladen, so dass es gesättigt ist. Danach wird das Aktivkohlefilter 121 in das Fahrzeug eingebaut und es muss während des Fahrbetriebs eine ausreichende Regeneration erfolgen, damit genug Filterkapazität zur Verfügung steht, um die während der Fahrt aus dem Kraftstofftank 11 anfallenden Benzindämpfe aufzunehmen. Alle Kraftfahrzeuge, die mindestens die Abgasnorm EU2 erfüllen, weisen heutzutage ein Tankentlüftungsventil 122 auf, d.h. beispielsweise alle neuzugelassenen Kraftfahrzeuge in den USA, in der Europäischen Union, in Südkorea und in Japan.
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Das von dem Verbrennungsmotor 14 erzeugte Drehmoment wird an ein Getriebe 15 weitergegeben. Hybridfahrzeuge, die neben dem Kraftstofftank 11 und dem Verbrennungsmotor 14 auch noch eine Batterie 16 aufweisen, welche einen Elektromotor 17 mit Energie versorgt, weisen Betriebsphasen auf, in denen der Elektromotor 17 läuft und über das Getriebe 15 sein Drehmoment an eine Antriebsachse 18 und daran befestigte Räder 181, 182 weitergibt, während der Verbrennungsmotor 14 abgeschaltet ist. Die Umschaltung zwischen Phasen des Verbrennungsmotorbetriebs und des Elektromotorbetriebs erfolgt durch ein Steuergerät 19. Wenn der Verbrennungsmotor 14 ausgeschaltet ist und der Elektromotor 17 eingeschaltet ist, kann keine Regeneration des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12 erfolgen, obgleich laufend neue Benzindämpfe aus dem Kraftstofftank 11 ausgasen und im Aktivkohlefilter 121 adsorbiert werden. Die geringe Spülluftmenge des Aktivkohlefilters 121 führt dazu, dass für derartige Hybridfahrzeuge ein hoher technischer Aufwand betrieben werden muss, um die Zertifizierung zu bestehen. So ist es beispielsweise bei Hybridfahrzeugen bekannt, den Kraftstofftank 11 als Drucktank auszubilden, der Kraftstoffdämpfe unter Überdruck hält, damit diese nicht in das Aktivkohlefilter 121 strömen können. Außerdem besteht bei derartigen Hybridfahrzeugen, in denen der Verbrennungsmotor 14 nur noch selten läuft, die Gefahr, dass im Betrieb das Aktivkohlefilter 121 gesättigt wird und „überläuft“. Dies führt dazu, dass das Kraftfahrzeug nach Benzindämpfen riecht, was zu einem schlechten Fahrzeugimage führt.
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Offenbarung der Erfindung
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems in einem Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank werden in der Betriebsstrategie des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems prädiktive Streckendaten des Kraftfahrzeugs. Unter prädiktiven Streckendaten werden erfindungsgemäß Daten über die von dem Kraftfahrzeug in Zukunft noch zurückzu- legende Strecke verstanden, welche beispielsweise einem Navigationsgerät entnommen werden können.
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Bevorzugt werden in der Betriebsstrategie des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems auch Informationen über den Fahrstil des Fahrers berücksichtigt. Der Fahrstil kann beispielsweise durch Beobachtung der Fahrpedaldynamik des Kraftfahrzeugs auf einer ebenen Strecke ermittelt werden und beispielsweise in einer Rechen-Speichereinheit im Kraftfahrzeug, beispielsweise dem Steuergerät, abgespeichert werden.
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Bevorzugt wird eine Regeneration eines Aktivkohlefilters des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems durchgeführt, wenn aus den prädiktiven Streckendaten erkannt wird, dass das Ende einer Fahrt des Kraftfahrzeugs nach Ablauf einer Zeit bevorsteht, die einem vorgegebenen Wert entspricht. Hierdurch wird bei bekanntem Ende der Fahrt ausreichend lange vor Fahrtende zulasten der Grundadaption eine Regeneration des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems durchgeführt. Damit wird erreicht, dass das Aktivkohlefilter beim Abstellen des Kraftfahrzeugs leer ist, so dass bei einer nachfolgenden Parkphase das Aktivkohlefilter aus dem Kraftstofftank ausgasende Kraftstoffdämpfe möglichst vollständig aufnehmen kann. Damit sinkt die Wahrscheinlichkeit, dass das Kraftfahrzeug nach einer längeren Parkphase nach Benzin riecht, weil das Aktivkohlefilter „übergelaufen“ ist.
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Es ist besonders bevorzugt, dass der vorgegebene Wert aus einem Beladungsfaktor des Aktivkohlefilters berechnet wird. Abhängig von der Kraftstofftemperatur im Kraftstofftank fällt mehr oder weniger Kraftstoffdampf im Aktivkohlefilter an. Die Beladung des Regenerierstroms mit Kraftstoffdampf kann in der Motorsteuerung ermittelt werden. Dadurch wird gemäß einem im Stand der Technik bekannten Verfahren der Beladungsfaktor gebildet. Abhängig von diesem Beladungsfaktor kann erfindungsgemäß vom bekannten Fahrtende rückgerechnet werden, ab wann mit der Regenerierung begonnen werden muss, damit das Aktivkohlefilter bei Fahrtende leer ist.
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Weiterhin ist es besonders bevorzugt, dass der vorgegebene Wert unter Berücksichtigung des geographischen Verlaufs der vom Kraftfahrzeug bis zum Fahrtende noch zurückzulegenden Strecke bestimmt wird. Hierdurch können für den Beginn der letzten Regenerierphase die Regenerierbedingungen herangezogen werden, die auf dem letzten Streckenabschnitt vorherrschen. Die Regenerierleistung des Aktivkohlefilters auf einem Streckenabschnitt kann insbesondere in Abhängigkeit von der Steigung und/oder der Höhe des noch zurückzulegenden Streckenabschnitts ermittelt werden. Eine Bergauffahrt ist beispielsweise wegen der hierzu weitgeöffneten Drosselklappe ungünstig für die Regeneration. Auch der geringe Umgebungsdruck in großer Höhe senkt die Regenerierleistung. Abhängig vom Füllstand des Aktivkohlefilters sollten die noch zu befahrenden Streckenabschnitte in Summe so viel Regenerierung zulassen, dass das Aktivkohlefilter zu Fahrtende geleert ist. Für diese Berechnung ist es bevorzugt, dass für den Rest der Fahrt der Beladungsfaktor als konstant angenommen wird, d.h. der momentan anfallende Kraftstoffdampfanfall aus dem Kraftstofftank als konstant angenommen wird. Alternativ zur Berechnung der voraussichtlichen Regenerierleistung ist es erfindungsgemäß auch möglich, dass eine Rechen-Speichereinheit im Kraftfahrzeug, beispielsweise das Steuergerät, eine einmal befahrene Strecke unter dem Gesichtspunkt der „Regenerierfreundlichkeit“ abspeichert. Diese Regenerierfreundlichkeit beinhaltet vorzugsweise auch den persönlichen Fahrstil des Fahrers. Wenn dann die Strecke wieder befahren wird, kann ein Regenerierfreundlichkeitsfaktor abgerufen werden, um abzuschätzen, welche Regenerierleistung auf dieser Strecke erreicht werden kann. Diese empirische Lösung hat den Vorteil, dass der Regenerierfreundlichkeitsfaktor die realen Regenerationsbedingungen besser abbildet, da er auch den vorausfahrenden Verkehr berücksichtigt. Auf einer Strecke mit häufigen Staus sind die Regenerierbedingungen deutlich anders als auf freier Strecke. Beispielsweise kann eine Recheneinheit Streckenabschnitte bilden, in denen sich der Regenerierfreundlichkeitsfaktor nicht wesentlich ändert, um eine Datenkomprimierung zu erreichen. Eine lange Ebene wird beispielsweise als ein einziges Element erfasst und mit einem einzigen Regenerierfreundlichkeitsfaktor abgespeichert. Eine nachfolgende Steigung wird wiederum als ein weiteres Element erfasst und mit einem anderen Regenerierfreundlichkeitsfaktor abgespeichert.
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Weiter ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass eine Regeneration des Aktivkohlefilters des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems durchgeführt wird, wenn aus den prädiktiven Streckendaten erkannt wird, dass die von dem Kraftfahrzeug zurückzulegende Strecke mindestens über einen vorgegebenen Zeitraum nur eine Regenerierleistung des Aktivkohlefilters ermöglicht, welche einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet. Bei absehbar ungünstigen Regenerierbedingungen, wie sie beispielsweise bei in rascher Folge abwechselnden Berg- und Talfahrten gegeben sind, kann somit hervorragend regeneriert werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann auch für Kraftfahrzeuge eingesetzt werden, die einen Verbrennungsmotor und einen Elektromotor aufweisen. Eine herkömmliche Betriebsstrategie solcher Fahrzeuge orientiert sich vornehmlich am Energieerhalt der Traktionsbatterie. Bei leerer Batterie wird der Verbrennungsmotor angeschaltet, der außer einem Vortrieb des Kraftfahrzeugs dann auch gleichzeitig die Batterie laden kann. Bei Bergabfahrt wird typischerweise die Bremsenergie zurückgewonnen (Rekuperation) und die Batterie aufgeladen. Wo es der Batterieladezustand zulässt, wird entweder rein elektrisch gefahren oder aber ein Beschleunigungsvorgang durch den Elektromotor unterstützt (Boosten). Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die prädiktiven Streckendaten des Kraftfahrzeugs in der Betriebsstrategie des Verbrennungsmotors und des Elektromotors berücksichtigt werden. Wenn die Summe des Regeneriergases auf einer prädizierten Strecke nicht ausreicht, um das Aktivkohlefilter mit seinem gegenwärtigen Füllstand zu leeren, dann kann erfindungsgemäß der elektromotorische Betrieb ausgesetzt und der Verbrennungsmotor daraufhin eingeschaltet werden, wobei die Zeitscheibensteuerung dann vorteilhafterweise ebenfalls ausgesetzt wird, um eine maximale Regeneriergasmasse zu erzielen.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ermöglicht es, das erfindungsgemäße Verfahren in einem vorhandenen Steuergerät zu implementieren, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu führt es alle Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens aus, wenn es auf einem Rechengerät oder Steuergerät abläuft. Der erfindungsgemäße Datenträger speichert das erfindungsgemäße Computerprogramm. Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein Steuergerät wird das erfindungsgemäße Steuergerät erhalten, das dazu ausgebildet ist, ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem in einem Kraftfahrzeug und einem Kraftstofftank mittels erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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1 ist eine schematische Darstellung des Antriebssystems eines Hybridkraftfahrzeugs gemäß dem Stand der Technik.
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2 zeigt den zeitlichen Verlauf der Ansteuerung eines Tankentlüftungsventils in einer Betriebsstrategie gemäß dem Stand der Technik.
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In 3 sind die zeitliche Abfolge von Regenerierphasen und Grundadaptionsphasen in einer Betriebsstrategie gemäß dem Stand der Technik und in einer Betriebsstrategie gemäß einer Ausführungsform der Erfindung einander gegenübergestellt.
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4 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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5 ist ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In einer herkömmlichen Zeitscheibensteuerung des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12 einer Verbrennungskraftmaschine werden Regenerierphasen B_reg zyklisch von Grundadaptionsphasen B_ga unterbrochen. In einer Grundadaptionsphase (B_reg=0 und B_ga=1) erfolgt keine Ansteuerung A des Tankentlüftungsventils 122 des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12. In Regenerierphasen (B_reg=1 und B_ga=0) erfolgt eine Ansteuerung A von mehr als 0 %. Dies ist in 2 dargestellt. 3 zeigt, wie sich eine derartige Betriebsstrategie in einem Fahrverlauf auswirkt. Ein Kraftfahrzeug fährt hierbei entlang einer Strecke, auf der sich die geographische Höhe H mehrfach ändert. In dem herkömmlichen Verfahren zum Betreiben des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems wird der Fahrverlauf in Phasen 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28 aufgeteilt. Hierbei wechseln sich Grundadaptionsphasen (B_reg=0 und B_ga=1) 22, 24, 26, 28 mit Regenerationsphasen (B_reg=1 und B_ga=0) 21, 23, 25, 27 ab. Wenn dem Fahrtende E eine Grundadaptionsphase 28 voraus- geht, hat dies zur Folge, dass bei Abstellen des Verbrennungsmotors bereits Kraftstoff von dem Aktivkohlefilter 121 adsorbiert ist und somit nicht das gesamte Adsorptionspotenzial des Aktivkohlefilters 121 für die Parkphase des Kraftfahrzeugs zur Verfügung steht. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird aufgrund prädiktiver Streckendaten das bevorstehende Fahrtende E erkannt. Während in einem ersten Zeitraum 291, die Betriebsstrategie des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12 der herkömmlichen Strategie entspricht, erfolgt rechtzeitig vor Fahrtende eine Regenerierphase 292. Diese ist länger als die Regenerierphasen der herkömmlichen Betriebsstrategie, da es die ungünstigen Regenerierbedingungen bei der Volllastfahrt im Zeitraum 26 berücksichtigt, in welchem die Geländehöhe stark ansteigt.
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4 zeigt schematisch den Ablauf einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Kraftfahrzeug, das ausschließlich mit einem Verbrennungsmotor 14 betrieben wird. Prädiktive Streckendaten 31 werden von einem Navigationsgerät des Kraftfahrzeugs bereitgestellt. In einem Schritt 32 wird der Streckenverlauf rückwärts vom Ziel ausgehend, d.h. vom Ziel zur momentanen Position, abschnittsweise mit Regenerierfreundlichkeitsfaktoren versehen. Diese können entweder aus Daten des Navigationsgeräts aufgrund der geographischen Gegebenheit der Strecke bestimmt werden oder sie werden aus empirischen Daten bereitgestellt, die bei einem früheren Zurücklegen der Strecke gesammelt wurden. In einem Verfahrensschritt 33 werden bis Fahrtende zukünftig mögliche Regeneriergasströme aufsummiert. Aus der Motorsteuerung wird ein Regeneriergasstrombeladungsfaktor 34 entnommen, welcher dem Füllstand des Aktivkohlefilters 121 entspricht. Reicht die Summe zukünftiger Regeneriergasmengen aus, um das Aktivkohlefilter 121 unter der Annahme zu leeren, dass weiterhin ein konstanter Gasstrom aus dem Tank 11 in das Aktivkohlefilter 121 strömt, wird das Verfahren in einem Schritt 35 mit Schritt 32 fortgesetzt. Anderenfalls wird in einem Schritt 36 die Zeitscheibensteuerung des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12 ausgesetzt und eine Regeneration eingeleitet.
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5 zeigt schematisch den Ablauf einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Hybridkraftfahrzeug, das von einem Verbrennungsmotor 14 und einem Elektromotor 17 angetrieben wird. Prädiktive Streckendaten 41 werden, wie in der vorhergehenden Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bereitgestellt. Weiterhin wird im Steuergerät 19 die Betriebsstrategie zur Umschaltung zwischen Betrieb des Verbrennungsmotors 14 und Betrieb des Elektromotors 17 entnommen. Ausgehend von diesen Eingangsdaten 41, 42 werden im Schritt 43 Streckenabschnitte identifiziert, die rückwärts vom Ziel ausgehend mit dem Verbrennungsmotor 14 gefahren werden. In einem Schritt 44 werden diese Streckenabschnitte abschnittsweise mit Regenerierfreundlichkeitsfaktoren versehen. In einem Schritt 45 werden bis Fahrtende zukünftig mögliche Regeneriergasströme aufsummiert. Der Regeneriergasstrombeladungsfaktor 46 wird der Motorsteuerung entnommen. Reicht die Summe zukünftiger Regeneriergasmengen aus, um das Aktivkohlefilter 121 zu leeren, wenn angenommen wird, dass weiterhin ein konstanter Gasstrom aus dem Kraftstofftank 11 in das Aktivkohlefilter 121 strömt, so wird das Verfahren in einem Schritt 47 mit Schritt 43 fortgesetzt. Anderenfalls wird in einem Schritt 48 der Elektromotorbetrieb ausgesetzt, der Verbrennungsmotor 14 eingeschaltet und eine ununterbrochene Regeneration des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 12 eingeleitet.
