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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Funktionsweise eines Entlüftungsventils eines Kraftfahrzeugs, ein Computerprogramm, ein maschinenlesbares Speichermedium sowie ein elektronisches Steuergerät.
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Stand der Technik
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Zur Einhaltung von Verdunstungsemissionsgrenzwerten weisen Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen ein Tankentlüftungssystem auf. Dieses umfasst einen Aktivkohlefilter zur Adsorption der aus einer Entlüftungsleitung des Kraftstofftanks entweichenden Kraftstoffdämpfe und zumindest einer Leitung, die den Aktivkohlefilter mit einem Saugrohr eines Verbrennungsmotors verbindet. In dieser/-n Leitung(en) ist wenigstens ein Tankentlüftungsventil angeordnet.
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Aus dem Kraftstofftank entweichende Kraftstoffdämpfe werden im Aktivkohlefilter adsorbiert, so dass nur gereinigte Luft in die Atmosphäre austreten kann. Um die Aktivkohle immer wieder zu regenerieren, werden die adsorbierten Kraftstoffdämpfe in einem Regenerierbetrieb in das Saugrohr des Verbrennungsmotors geleitet. In dem Saugrohr herrscht ein Unterdruck, so dass bei geöffnetem Tankentlüftungsventil auch in der Leitung und im Aktivkohlefilter ein Unterdruck erzeugt wird. Dadurch strömt Luft aus der Umgebung durch die Aktivkohle in das Saugrohr. Diese desorbiert die angelagerten Kohlenwasserstoffe und führt sie der motorischen Verbrennung zu. Das Tankentlüftungsventil in der Verbindungsleitung dosiert diesen Regenerierstrom, der auch als „Spülstrom“ bezeichnet wird.
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Über einen Tastgrad kann dieser Regenerierstrom dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden. Auf die eingetragene Kohlenwasserstoffmenge wird mit Hilfe der Lambdaregelung der Verbrennungskraftmaschine zurückgeschlossen und über eine Gemischadaption wird die über einen Kraftstoffinjektor in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge entsprechend angepasst.
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Verfahren zur Lock-in-Messung sind im Stand der Technik seit langer Zeit bekannt. Ein Lock-in-Verstärker, welcher auch phasenempfindlicher Gleichrichter oder Trägerfrequenzverstärker (TFV) genannt wird, ist ein Verstärker zur Messung eines schwachen elektrischen Wechselsignals, das mit einem in Frequenz und Phase bekannten Referenzsignal moduliert ist. Das Gerät stellt einen extrem schmalbandigen Bandpassfilter dar und verbessert dadurch das Signal-RauschVerhältnis (SNR, Signal to Noise Ratio). Der Vorteil liegt darin, dass Gleichspannungen, Wechselspannungen anderer Frequenz und Rauschen effizient gefiltert werden.
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Die Diagnose des Tankentlüftungsventils (TEV, engl. Canister Purge Valve, CPV) und der unterbrechungsfreien Einleitung in die Einleitstelle im Saugrohr (gedrosselter Betrieb) ist für die Zertifizierung von Fahrzeugen in den meisten Märkten gesetzlich vorgeschrieben. Zur Diagnose existieren im Stand der Technik unterschiedliche Verfahren. All diesen Verfahren ist gemein, dass ein schlagartiges 100%iges-Öffnen des TEV notwendig ist, um eine hohe Trennschärfe zu erreichen.
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Aus der
US 2018/0223762 A1 ist ein Verfahren zur Diagnose eines Drucksensors in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei ist vorgesehen in einem vorgelagerten Schritt eine Spülleitung eines Tankentlüftungssystems auf unnormales Verhalten zu überprüfen, indem ein Tankentlüftungsventil peridodisch vollständig geöffnet wird und ein daraus resultierendes periodisches Druckverhalten analysiert wird.
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Aus der
DE 10 2009 045 563 A1 ist ein Verfahren zum Bestimmen eines Raildruck-Schließstrom-Wertepaares für ein Druckregelventil eines Common-Rail-Einspritzsystems bekannt. Hierbei findet ein Lock-in-Verstärker Anwendung.
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Aus der
DE 197 57 593 C1 ist eine Schaltungsanordnung zum Auswerten des Signals eines Wirbelstromaufnehmers bekannt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das Verfahren dient der Diagnose einer Funktionsweise eines Entlüftungsventils eines Kraftfahrzeugs. Das Entlüftungsventil kann bevorzugt ein Tankentlüftungsventil oder ein Kurbelgehäuseentlüftungsventil sein. Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Entlüftungsventil Teil eines anderen Entlüftungssystems eines Kraftfahrzeugs.
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Gemäß einem ersten Schritt des Verfahrens wird eine Spannung mit einem vorgegebenen Tastverhältnis an das Entlüftungsventil für eine vorgegebene Zeitdauer angelegt. Bevorzugt beträgt die vorgegebene Zeitdauer mehr als 1 Sekunde und weniger als 100 Sekunden.
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Gemäß einem zweiten Schritt des Verfahrens wird eine Lock-in-Messung eines Drucksignals durchgeführt, wobei die Spannung das Referenzsignal darstellt. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das zur Lock-in-Messung verwendete Referenzsignal ein von der Spannung abgeleitetes Signal oder ein Signal, welches durch das Auftreten der Spannung bewirkt wird. Insbesondere kann das für die Lock-in-Messung verwendete Referenzsignal ein erwarteter Verlauf des Drucksignals sein. Der erwartete Verlauf des Drucksignals kann für unterschiedliche Parameter des Systems zum Beispiel an einem repräsentativen System gemessen worden seien. Der so ermittelte erwartete Verlauf des Drucksignals kann dann im System in einem Speicher hinterlegt sein, sodass dieser in dem Verfahren verwendet werden kann.
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Gemäß einem dritten Schritt des Verfahrens wird ein Verstärkerwert ermittelt.
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Gemäß einem vierten Schritt des Verfahrens wird die Funktionsweise des Entlüftungsventils als ordnungsgemäß beurteilt, falls der ermittelte Verstärkerwert größer als ein vorgegebener Verstärkerwert ist. Hieraus folgt ebenfalls, dass die Funktionsweise des Entlüftungsventils als nicht ordnungsgemäß beurteilt wird, falls der ermittelte Verstärkerwert kleiner als der vorgegebene Verstärkerwert ist.
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Das Verfahren erreicht vorteilhafterweise, dass die Funktionsweise des Entlüftungsventils diagnostiziert werden kann, ohne einen Systemeingriff mit Abgasauswirkung. Dies schont zum einen die Umwelt und ist aus Herstellersicht vorteilhaft, weil ein solcher Eingriff in Zukunft vermutlich gesetzlich verboten sein wird. Ferner ermöglicht das vorliegende Verfahren eine Diagnose des Entlüftungsventils ohne Verbau zusätzlicher Sensoren.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beträgt der vorgegebene Verstärkerwert 25% eines maximal beobachtbaren Verstärkerwerts, wobei zur Bestimmung des Maximums sowohl das Tastverhältnis als auch eine Amplitude der angelegten Spannung variiert werden. Bevorzugt werden weitere Größen, wie zum Beispiel eine Frequenz der angelegten Spannung variiert, um das Maximum zu bestimmen. Es ist weiter bevorzugt, dass der vorgegebene Verstärkerwert 30 % des maximal beobachtbaren Verstärkerwerts ist. Noch weiter bevorzugte Werte sind 40 und 50 %. Durch einen Wert von 50 % wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Empfindlichkeit des vorliegenden Verfahrens gesteigert werden kann.
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Da der Verstärkerwert stark von einer Position des Drucksensors abhängen kann, sind typische absolute Werte schwer anzugeben. Bei Anwendung des Verfahrens mit Saugrohrdrucksensor liegt der maximal beobachtbare Verstärkerwert in einem Bereich von 1,0 bis 5,0.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das vorgegebene Tastverhältnis der angelegten Spannung so gewählt, dass der Verstärkerwert maximal ist. Durch dieses Merkmal wird vorteilhafterweise erreicht, dass die Empfindlichkeit des vorliegenden Verfahrens erhöht werden kann.
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Das Drucksignal wird in einer Tankentlüftungsanlage gemessen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Drucksignal stromaufwärts oder stromabwärts des Entlüftungsventils gemessen. Im erstgenannten Fall wird bevorzugt zwischen einem Aktivkohlefilter und dem Entlüftungsventil gemessen. Im zweitgenannten Fall wird bevorzugt zwischen dem Entlüftungsventil und stromaufwärts von zwei jeweils in einer Verbindungsleitung angeordneten Rückschlagventile gemessen, falls ein Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs mittels zweier Verbindungsleitungen mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist. Alternativ oder zusätzlich kann das Drucksignal an einem Saugrohr, insbesondere an einer Einleitstelle des Saugrohrs, gemessen werden. Für den bereits genannten Fall, dass ein Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs mittels zweier Verbindungsleitungen mit einem Verbrennungsmotor verbunden ist, kann das Drucksignal alternativ oder zusätzlich in beiden Verbindungsleitungen gemessen. Bevorzugt ist dies in diesem Fall an der Einleitstelle des Saugrohrs und in Inneren des jeweiligen anderen Rohrs. Die genannten Stellen, an denen das Drucksignal gemessen werden kann, sind vorteilhafte Alternativen, mit denen das Verfahren jeweils durchgeführt werden kann.
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Erfindungsgemäß weist die angelegte Spannung die Form eines PWM-Signal auf. Gemäß einer anderen nicht beanspruchten Ausführungsform ist die angelegte elektrischer Spannung sinusförmig oder einer Sinusfunktion ähnlich. Dies hat den Vorteil, dass eine Lock-in-Messung in einfacher Weise durchgeführt werden kann.
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Gemäß noch einer weiteren bevorzugten Ausführungsform liegt eine Frequenz der angelegten Spannung zwischen 2 und 20 Hz. Besonders bevorzugt beträgt die Frequenz der angelegten Spannung 10 Hz. Diese Frequenz hat sich in der Praxis bewährt und erzielt einen hohen Verstärkerwert.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird der Verstärkerwert mithilfe eines Filters gemessen. Dies kann zum Beispiel ein Tiefpass oder ein Kalman- Filter sein. Hierdurch wird vorteilhafterweise erreicht, dass das somit erhaltene Messsignal einen vergleichsweise glatten Verlauf aufweist und weniger Rauschen aufweist.
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Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem elektronischen Steuergerät oder Rechengerät abläuft. Dies ermöglicht die Implementierung des Verfahrens in einem herkömmlichen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, ein Verfahren zur Diagnose eine Funktionsweise eines Entlüftungsventils eines Kraftfahrzeugs durchzuführen.
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Figurenliste
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Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
- 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Tankentlüftungssystems.
- 2 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
- 3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Messwerte während einer Messung zur Bestimmung eines geeigneten vorgegebenen Tastverhältnisses, mit welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren durchgeführt wird. Hierbei zeigt 3 ein ungefiltertes als auch ein gefiltertes Signal des Verstärkerwerts, 4 einen Saugrohrdruck und 5 das Tastverhältnis des Entlüftungsventils.
- 6 zeigt den Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis des Entlüftungsventils und dem tiefpassgefilterten Verstärkerwert.
- 7 zeigt einen erwarteten Volumenstrom nach dem Entlüftungsventil sowie ein elektrisches Signal des Tastverhältnisses.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung
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In 1 ist schematisch ein Tankentlüftungssystem eines Fahrzeugs dargestellt, welches einen Kraftstofftank 10 und einen Aktivkohlefilter 20 aufweist. Zwischen dem Kraftstofftank 10 und dem Aktivkohlefilter ist eine Leitung 30 angeordnet. In dem Kraftstofftank 10 befindet sich Kraftstoff, bei dem sich über dem flüssigen Kraftstoff gasförmige Kohlenwasserstoffe bilden. Diese gasförmigen Kohlenwasserstoffe werden über die Leitung 30 dem Aktivkohlefilter 20 zugeführt. Der Aktivkohlefilter 20 adsorbiert die Kohlenwasserstoffe, die den Aktivkohlefilter 20 als Beladung beaufschlagen. Zur Regeneration des Aktivkohlefilters 20 wird Spülluft durch den Aktivkohlefilter 20 geführt, welche die Kohlenwasserstoffe in Gasform aus dem Aktivkohlefilter 20 aufnimmt. Die Kohlenwasserstoffe werden dann als Regeneriermassenstrom q durch eine Regenerationsleitung 40 zum Verbrennungsmotor 50 weiterleitet. In der Regenerationsleitung 40 ist ein Tankentlüftungsventil 41 angeordnet, welches den Regeneriermassenstrom q des Kohlenwasserstoff-Gases durch die Regerationsleitung 40 reguliert.
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Der Verbrennungsmotor 50 weist Zylinder 51 auf, die mit einem gemeinsamen Saugrohr 52 verbunden sind. Durch das Saugrohr 52 wird Luft aus der Umgebung angesaugt, die einen Luftfilter 53, einen Turbolader 54, einen Ladeluftkühler 55 und eine Drosselklappe 56 passiert, bevor sie in nicht dargestellte Einspritzventile der Zylinder 51 gelangt. In diesem Ausführungsbeispiel wird die Regenerationsleitung 40 stromabwärts des Tankentlüftungsventils 41 aufgespalten. Eine der aufgespalteten Regenerationsleitungen 42 endet stromaufwärts des Turboladers 54 in einer Venturidüse und die andere aufgespaltete Regenerationsleitung 43 endet stromabwärts der Drosselklappe 56 vor den Zylindern 51. In beiden aufgespalteten Regenerationsleitungen 42, 43 ist jeweils ein Einwegeventil 44, 45 angeordnet, welches den Regeneriermassenstrom q in Richtung des Saugrohrs 52 führt. Das Kohlenwasserstoff-Gas wird schließlich dem Verbrennungsmotors 50 zugeführt, wo es dann verbrannt wird. Zusätzlich ist eine Lambdasonde 60 stromabwärts des Verbrennungsmotors 50 in einem Abgasstrang 57 angeordnet, die den Sauerstoffgehalt des Abgases ermittelt und ein korrespondierendes Signal an ein elektronisches Steuergerät 70 weitergibt. Das elektronische Steuergerät 70 ist darüber hinaus mit dem Tankentlüftungsventil 41 verbunden und steuert dieses. Für den Aktivkohlefilter 20 ist zudem eine Leckageerkennung 25 vorgesehen.
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2 zeigt ein Verfahren 100 zur Diagnose einer Funktionsweise eines Tankentlüftungsventils 41 eines Kraftfahrzeugs.
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In Schritt 110 wird eine Spannung mit einem vorgegebenen Tastverhältnis für eine vorgegebene Zeitdauer an das Tankentlüftungsventil 41 gelegt. Das vorgegebene Tastverhältnis der angelegten Spannung ist so gewählt, dass der Verstärkerwert maximal ist.
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Die angelegte Spannung weist die Form eines PWM-Signals auf. Die Frequenz der angelegten Spannung beträgt 10 Hz.
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Im darauffolgenden Schritt 120 wird eine Lock-in-Messung eines Drucksignals durchgeführt, wobei ein zeitlicher Verlauf des Drucksignals das Referenzsignal darstellt.
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Das Drucksignal wird zwischen dem Tankentlüftungsventil und stromaufwärts von zwei jeweils in einer Verbindungsleitung angeordneten Rückschlagventile gemessen.
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Im nächsten Schritt 130 wird ein Verstärkerwert ermittelt. Dieser wird mithilfe eines Tiefpassfilters geglättet. Die Tiefpassfilterung verwendet einen Filterfaktor K von 0,1.
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Nach Schritt 130 wird in Schritt 140 die Funktionsweise des Tankentlüftungsventils als ordnungsgemäß beurteilt, falls der ermittelte Verstärkerwert größer als ein vorgegebener Verstärkerwert ist. Hieraus folgt ebenfalls, dass die Funktionsweise des Tankentlüftungsventils als nicht ordnungsgemäß beurteilt wird, falls der ermittelte Verstärkerwert kleiner als der vorgegebene Verstärkerwert ist.
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Der vorgegebene Verstärkerwert ist 50% eines maximal beobachtbaren Verstärkerwerts, wobei zur Bestimmung des Maximums sowohl das Tastverhältnis als auch eine Amplitude der angelegten Spannung variiert werden.
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3, 4 und 5 zeigen unterschiedliche Messwerte während einer Messung zur Bestimmung eines geeigneten vorgegebenen Tastverhältnisses.
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In 3 ist eine ungefiltertes Signal 310 des Verstärkerwerts sowie ein gefiltertes Signal des Verstärkerwerts 320 gegenüber einer in Sekunden gemessenen Zeit t aufgetragen. In 4 ist einen Saugrohrdruck 330 gegenüber der in Sekunden gemessenen Zeit t aufgetragen. In 5 ist das Tastverhältnis 340 des Tankentlüftungsventils gegenüber der in Sekunden gemessenen Zeit t aufgetragen. Man beachte, dass die Messungen der 3 bis 5 gleichzeitig aufgenommen wurden und die Zeitachse in den bis jeweils denselben Ausschnitt zeigt.
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Da in der Darstellung der 3 bis 5 das Maximum des gefilterten Signals des Verstärkerwerts 320 nicht so gut zu erkennen ist, wurde in 6 der Zusammenhang zwischen dem Tastverhältnis 340 des Tankentlüftungsventils und dem tiefpassgefilterten Verstärkerwert 320 direkt gegeneinander aufgetragen. In der Darstellung der 6 erkennt man sehr gut, dass das Maximum des Verstärkerwerts 320 relativ genau bei 50 % des Tastverhältnisses 340 liegt.
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In 7 ist ein erwarteter Volumenstrom nach dem Tankentlüftungsventil 41 in beliebigen Einheiten gegenüber dem elektrischen Signal des Tastverhältnisses 340 aufgetragen. Hierbei wurde lediglich ein Öffnen des Tankentlüftungsventils 41 angenommen und alle anderen Störquellen, welche Rauschen erzeugen könnten, wurden als nichtexistent angenommen.
