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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende Kohlenwasserstoffe. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende Kohlenwasserstoffe zu ermitteln.
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Stand der Technik
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Bei heutigen Fahrzeugen mit Ottomotoren wird die Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank des Fahrzeugs stammende Kohlenwasserstoffe, meistens realisiert durch ein Aktivkohlefilter, über eine Lambdaabweichung beim Aufsteuern eines Tankentlüftungsventils ermittelt. Bei Hybridfahrzeugen besteht in Betriebszuständen mit rein elektrischer Fahrt nicht die Möglichkeit, die Beladung des Aktivkohlefilters zu bestimmen. Für eine Beladungsbestimmung muss vielmehr der Verbrennungsmotor gestartet werden, was Nachteile hinsichtlich der Betriebsstrategie derartiger Hybridfahrzeuge mit sich bringt.
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Aus der
DE 10 2011 015 998 A1 ist ein Verfahren zum Ermitteln einer Beladung eines Aktivkohlefilters für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende gasförmige Kohlenwasserstoffe bekannt geworden, bei welchem im Kraftstofftank ein Druck erfasst wird. Anhand des Drucks wird wenigstens eine Größe ermittelt, bevorzugt ein Volumenstrom durch eine Entlüftungsleitung oder eine Frequenz einer Ansteuerung eines Absperrventils, anhand der die Beladung des Aktivkohlefilters mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen ermittelt wird. In Kenntnis der Beladung des Aktivkohlefilters kann dann ein Tankentlüftungsventil so angesteuert werden, dass eine rasche und effiziente Spülung des Aktivkohlefilters beim Regenerieren desselben ermöglicht wird. Dieses Verfahren kommt bei einem Drucktanksystem zum Einsatz. Allerdings ist dieses Verfahren nicht ohne weiteres auf Fahrzeuge ohne Drucktanksysteme übertragbar.
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Aus der
DE 10 2006 027 527 A1 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers bei Verbrennungsmotoren hervor, bei dem das Gewicht des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers bestimmt wird und durch einen Vergleich mit dem zuvor bestimmten Gewicht des entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers auf die Beladung geschlossen wird. Dies ermöglicht zwar die Bestimmung der Beladung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers, ohne dass der Verbrennungsmotor gestartet werden muss, die Gewichtungsbestimmung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers ist jedoch mit zusätzlichen Maßnahmen verbunden, die nicht ohne weiteres in Fahrzeugen realisiert werden können und darüber hinaus neben zusätzlichem technischem Aufwand auch zusätzliche Kosten verursachen.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Verfahren zum Ermitteln der Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende Kohlenwasserstoffe, bei welchem die Beladung des Speichers aus einer die Kraftstoffausgasung charakterisierenden Größe mithilfe eines die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs abbildenden Modells bestimmt wird, hat den Vorteil, dass es insbesondere auch bei Fahrzeugen ohne Drucktanksysteme eingesetzt werden kann und dass kein zusätzlicher "Hardware"-Aufwand erforderlich ist, also zusätzliche Sensoren, zusätzliche Sensorleitungen, zusätzliche Steuereinrichtungen oder dergleichen vorgesehen werden müssen.
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Vielmehr wird aus der die Kraftstoffausgasung charakterisierenden Größe, die ihrerseits aus einem die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs abbildenden Modell ermittelt wird, die Beladung bestimmt.
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Unter dem Dampfdruck versteht die vorliegende Erfindung den Druck, der sich einstellt, wenn in einem abgeschlossenen System der Dampf mit der entsprechenden zugehörigen flüssigen Phase im thermodynamischen Gleichgewicht steht. Der Dampfdruck ist temperaturabhängig und nimmt mit steigender Temperatur zu. Er ist auch druckabhängig und hängt beispielsweise vom Umgebungsdruck ab. Darüber hinaus ist der Dampfdruck abhängig von dem verwendeten Kraftstoff und insbesondere von der Zusammensetzung des verwendeten Kraftstoffs. So kann rein prinzipiell aus der Dampfdruckkurve auf den verwendeten Kraftstoff und dessen Zusammensetzung geschlossen werden. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist es, dass zur Bestimmung der Kraftstoffausgasung und damit zur Bestimmung der Beladung des Aktivkohlefilters der Verbrennungsmotor nicht gestartet werden muss. Das erfindungsgemäße Verfahren ist daher auch bei Hybridfahrzeugen und insbesondere bei Plug-in-Hybridfahrzeugen, die auch längere Strecken rein elektrisch zurücklegen können, einsetzbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine die Kraftstofftemperatur charakterisierende Größe und/oder eine die zeitliche Änderung der Kraftstofftemperatur charakterisierende Größe bestimmt und bei der Ermittlung der die Kraftstoffausgasung charakterisierenden Größe berücksichtigt wird/werden. Die Temperatur kann beispielsweise mit einem Temperatursensor erfasst werden, der im Fahrzeug in den meisten Fällen ohnehin verbaut ist. Sie kann aber auch aus einem Temperaturmodell in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen der Kraftstofftemperatur ermittelt werden. Da die Umgebungstemperatur für Steuerungszwecke heutiger Verbrennungsmotoren berücksichtigt wird, sind auch hierfür keine zusätzlichen Sensoren oder dergleichen erforderlich. Unter der zeitlichen Änderung der Kraftstofftemperatur wird dabei insbesondere auch die Änderung der Kraftstofftemperatur aufgrund längerer Abstellzeiten verstanden. Um längere Abstellzeiten zu berücksichtigen, wird beispielsweise die durchschnittliche Umgebungstemperatur gemittelt und es können mithilfe eines Modells Tag- oder Nachtphasen berücksichtigt werden.
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Weiterhin ist vorteilhafterweise vorgesehen, dass der Umgebungsdruck ermittelt und zur Korrektur des die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs abbildenden Modells verwendet wird. Die Dampfdruckkurve hängt nämlich – wie vorstehend bereits erwähnt – auch von dem Umgebungsdruck ab.
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Um dynamische Einflüsse berücksichtigen zu können, sieht eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens vor, die Beschleunigung des Kraftstofftanks zu erfassen und zur Korrektur des die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs abbildenden Modells zu verwenden. Die Ermittlung der Beschleunigung kann durch Sensoren erfolgen oder mithilfe eines Modells berechnet werden. Da die Ausgasungsvorgänge durch eine Bewegung der Flüssigkeit in dem Tank beeinflusst werden, ermöglicht diese Ausführungsform eine weitere Präzisierung der Bestimmung der Dampfdruckkurve und hieraus die Bestimmung der Kraftstoffausgasung.
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Die Berücksichtigung dieser dynamischen Einflüsse, kurz als Dynamikkorrektur bezeichnet, erfolgt vorteilhafterweise mithilfe wenigstens eines Korrekturfaktors der Dampfdruckkurve.
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Gemäß einer anderen sehr vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, dass der Füllstand des Kraftstofftanks und/oder Füllstandsänderungen ermittelt wird/werden und die die Kraftstoffausgasung charakterisierende Größe in Abhängigkeit von dem Füllstand/den Füllstandsänderungen ermittelt wird. Hierdurch ist es insbesondere möglich, zu erkennen, ob eine Betankung stattgefunden hat. Die Füllstandserfassung ermöglicht die Ermittlung (Berechnung) der bei einer Betankung zugetankten Kraftstoffmenge und ermöglicht so auch die Bestimmung des Verhältnisses zwischen zugetanktem Kraftstoff und Restkraftstoff, welches für die Bestimmung der Kraftstoffausgasung relevant ist.
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Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem Steuergerät abläuft. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem herkömmlichen elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.
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Durch Aufspielen des erfindungsgemäßen Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das erfindungsgemäße elektronische Steuergerät erhalten. Dieses ist eingerichtet, um die Beladung eines Speichers für aus einem Kraftstofftank eines Fahrzeugs stammende Kohlenwasserstoffe mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu ermitteln.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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In der Figur ist schematisch ein Tankentlüftungssystem eines Fahrzeugs dargestellt, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zum Einsatz kommt.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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Ein Tankentlüftungssystem eines Fahrzeugs weist einen Kraftstofftank 100 auf, in dem sich ein Kraftstoff 105 befindet. Der Kraftstoff 105 weist eine Füllstandshöhe auf, die von einem Füllstandsmesser 110 erfasst wird. Das die Füllstandshöhe repräsentierende Signal des Füllstandsmessers 110 wird an ein Steuergerät 200 übermittelt. Im Tank ist darüber hinaus ein Sensor 115 zur Erfassung der Kraftstofftemperatur angeordnet. Das Signal des Temperatursensors 115 wird ebenfalls an das Steuergerät 200 weitergeleitet und in diesem verarbeitet. Vom Tank 100 führt eine Leitung 120 zu einem Aktivkohlefilter 300. Das Aktivkohlefilter 300 weist eine Belüftungsleitung 310 auf. Eine Tankregenerierungs-Leitung 320 führt von dem Aktivkohlefilter 300 zu einer Brennkraftmaschine 400. In der Leitung 320 ist ein Absperrventil 330 angeordnet, welches von dem Steuergerät 200 ansteuerbar ist. Das Ventil 330 wird gewöhnlich als Tankentlüftungsventil bezeichnet. Wenn eine kritische Beladung des Aktivkohlefilters 300 auftritt, wird das Tankentlüftungsventil 330 geöffnet. In diesem Fall werden durch den in der Ansaugleitung 410 herrschenden Unterdruck die Kohlenwasserstoffe, die sich in dem Aktivkohlefilter 300 an die Aktivkohle angelagert haben, gewissermaßen abgesaugt und dem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors 400 zugeführt und in diesem verbrannt. Das hierdurch entstehende gegenüber dem üblichen Betrieb fettere Gemisch wird durch einen in dem Abgaskanal 420 angeordneten Lambdasensor 430 erfasst, dessen Signale ebenfalls dem Steuergerät 200 zugeführt werden.
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Darüber hinaus sind folgende Sensoren vorgesehen, deren Ausgangssignale dem Steuergerät 200 zugeführt werden: ein Drucksensor 210, der den Umgebungsdruck pU erfasst, ein Temperatursensor 220, der die Umgebungstemperatur Tu erfasst, sowie ein Beschleunigungssensor 230, der die Beschleunigung a erfasst. Dieser Beschleunigungssensor 230 kann auch entfallen, die Beschleunigung kann nämlich auch mittels eines Modells errechnet werden. Auf die Funktion dieser Sensoren wird nachfolgend näher eingegangen.
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Darüber hinaus ist in der Figur ein Block 250 dargestellt, in dem schematisch eine Dampfdruckkurve p(T) dargestellt ist. Auch auf diesen Block 250 wird nachfolgend näher eingegangen.
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Neben dem Verbrennungsmotor 400 verfügt das Fahrzeug über einen Elektromotor 500, mit dem das Fahrzeug ausschließlich antreibbar ist. Sowohl der Verbrennungsmotor 400 als auch der Elektromotor 500 sind von dem Steuergerät 200 ansteuerbar. In einem Fahrzustand, in dem das Fahrzeug ausschließlich von dem Elektromotor 500 angetrieben wird, besteht nicht die Möglichkeit, die Beladung des Aktivkohlefilters 300 zu bestimmen. Zu einer Beladungsbestimmung muss der Verbrennungsmotor 400 gestartet werden. Dies führt jedoch zu Nachteilen hinsichtlich der Betriebsstrategie, die beispielsweise eine elektrische Fahrt mit dem Elektromotor 500 vorsieht. Um ein Starten des Verbrennungsmotors 400 zu vermeiden, ist nun erfindungsgemäß ein Beladungsmodell vorgesehen, welches die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs in dem Tank 100 abbildet. Dieses Beladungsmodell wird schematisch durch den Block 250 dargestellt. Aus der Dampfdruckkurve des Kraftstoffs wird die Ausgasung des Kraftstoffs bestimmt. Dies geschieht durch Kenntnis des Temperaturverlaufs des Kraftstoffs, durch Kenntnis des Umgebungsdrucks und der damit verbundenen Umgebungsdruckkorrektur der Dampfdruckkurve und durch Kenntnis des Füllstands und der Füllstandsänderung, insbesondere durch Kenntnis der Menge des Altkraftstoffs in dem Tank 100 und der Menge des zugetankten Kraftstoffs in dem Tank 100, und schließlich auch durch Kenntnis der Dynamikeinflüsse, also ob das Fahrzeug beschleunigt wird oder verzögert wird, wodurch ein Schwappen des Kraftstoffs 105 in dem Tank auftritt, was den Ausgasungsvorgang verändert.
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Der Temperaturverlauf des Kraftstoffs 105 kann zum einen durch den Temperatursensor 115 bestimmt werden, zum anderen aber kann er auch in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen, insbesondere der Umgebungstemperatur TU, die durch den Sensor 220 erfasst wird, ermittelt werden. Durch ein Temperaturmodell wird in Abhängigkeit von diesen Umgebungsbedingungen die Kraftstofftemperatur ermittelt. Insoweit kann der Sensor 115 in dem Tank auch entfallen. Ist der Kraftstofftemperatursensor 115 verbaut, erfolgt zusätzlich zu dem beschriebenen Temperaturmodell eine maximale Auswahl der Temperatur, sofern das Signal als gültig angenommen wird.
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Um längere Abstellzeiten des Fahrzeugs zu berücksichtigen, wird darüber hinaus die durchschnittliche Umgebungstemperatur gemittelt und über ein Modell Tag- oder Nachtphasen berücksichtigt. Bei Abstellphasen, in denen sich der Kraftstoff abkühlt, erfolgt bedingt durch die Abkühlung ein „Entladen“ des Aktivkohlefilters 300. Sofern ein Abkühlen während einer Abstellphase auftritt, erfolgt die Berechnung der Entladung im folgenden Fahrzyklus.
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Darüber hinaus findet eine Umgebungsdruckkorrektur der Dampfdruckkurve statt. Hierzu wird der Umgebungsdruck pU durch den Drucksensor 210 ermittelt.
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Um auch die erwähnten Dynamikeinflüsse berücksichtigen zu können, findet eine Dynamikkorrektur statt. Hierzu wird die Beschleunigung a durch den Beschleunigungssensor 230 ermittelt. Alternativ oder zusätzlich kann auch eine Berechnung der Beschleunigung in einem Modell erfolgen. Diese Dynamikeinflüsse werden in einem in dem Block 250 implementierten Beladungsmodell, welches aus der Dampfdruckkurve die Ausgasung des Kraftstoffs bestimmt, berücksichtigt. Die Einflüsse werden jeweils durch Korrekturfaktoren berücksichtigt.
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Die Füllstandserfassung errechnet bei einer Betankung die Verhältnisse zwischen zugetanktem Kraftstoff und Restkraftstoff in dem Tank 100 und speichert diese ab, bis eine erneute Betankung erkannt wird. Das Beladungsmodell in Block 250 berechnet dabei jeweils eine separate Beladung des Aktivkohlefilters 300 für den Restkraftstoff und den zugetankten Kraftstoff. Dies dient dazu, möglichst genau die Alterung des sich im Tank 100 befindlichen Kraftstoffs 105 zu ermitteln und diese zu berücksichtigen. In dem Beladungsmodell in Block 250 wird darüber hinaus für beide Teile, also den im Tank befindlichen Kraftstoff und den zugetankten Kraftstoff, mittels der Dampfdruckkurve über dem Druck- und Temperaturverlauf die ausgasende Masse in Abhängigkeit von dem Füllstand auf integriert. Durch numerische Abbildung dieser Kurve und das Abspeichern der bereits ausgegasten Masse kann die Alterung des Kraftstoffs berücksichtigt werden.
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Die Beladung des Aktivkohlefilters 300 wird bestimmt durch die ausgasende Masse sowie die bei einem Motorlauf regenerierte Masse. Bei Erreichen einer Beladungsgrenze des Aktivkohlefilters 300 fordert das in Block 250 implementierte Beladungsmodell einen Start der Brennkraftmaschine 400 zur Regenerierung des Aktivkohlefilters 300 an. Dabei kann die Restbeladung des Aktivkohlefilters 300 über die Spülstrategie auf einen vorgebbaren und applizierbaren Wert festgeschrieben werden, so dass eine effiziente Spülung in Abhängigkeit von den Umgebungsbedingungen erfolgt. Wird ein Start der Brennkraftmaschine 400 angefordert, so wird die Ist-Beladung mit der Soll-Beladung, die durch das Beladungsmodell in Block 250 berechnet wird, abgeglichen. Hieraus ergibt sich ein Korrekturfaktor, mit dem die Dampfdruckkurve, welche die Ausgangsbasis für das in Block 250 implementierte Beladungsmodell bildet, korrigiert wird. Dies dient dazu, verschiedene Kraftstoffsorten zu adaptieren. Es ist vorgesehen, das Modell bei Erkennen einer Betankung auf die ursprünglich hinterlegte Kurve zurückzusetzen. Wird also eine Betankung erkannt, wird im Modell der zuletzt gespeicherte Wert für die Kraftstoffalterung für den Restkraftstoff übernommen.
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Sodann erfolgt eine Neuaufsetzung des Modells für die zugetankte Kraftstoffmenge mit neuen Parametern. Hieraus wird die Ausgasung des zugetankten Kraftstoffs und des Restkraftstoffs bestimmt.
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Das Verfahren kann als Computerprogramm in dem Steuergerät 200 implementiert werden. Durch Speichern auf einem maschinenlesbaren Speichermedium, ist es möglich, bestehende Steuergeräte 200 nachzurüsten, da zusätzliche Sensoren nicht erforderlich sind.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102011015998 A1 [0003]
- DE 102006027527 A1 [0004]
