DE102018220403A1 - Tank ventilation system and method for determining a hydrocarbon load and / or a hydrocarbon flow in the tank ventilation system - Google Patents
Tank ventilation system and method for determining a hydrocarbon load and / or a hydrocarbon flow in the tank ventilation system Download PDFInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Tankentlüftungssystem (20), das einen Aktivkohlefilter (22), eine Tankentlüftungsleitung (23) und ein Tankentlüftungsventil (24) aufweist, welches in der Tankentlüftungsleitung (23) angeordnet ist. Zwischen dem Aktivkohlefilter (22) und dem Tankentlüftungsventil (24) ist in der Tankentlüftungsleitung (23) ein Temperatursensor (41) angeordnet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ermitteln einer Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters (22) und/oder eines Kohlenwasserstoffstroms durch die Tankentlüftungsleitung (23) des Tankentlüftungssystems (20). Die Kohlenwasserstoffbeladung und/oder der Kohlenwasserstoffstrom werden von einem Beobachter ermittelt, welcher eine mittels des Temperatursensors (41) gemessene Temperatur als Ausgangsgröße verwendet.The invention relates to a tank ventilation system (20) which has an activated carbon filter (22), a tank ventilation line (23) and a tank ventilation valve (24) which is arranged in the tank ventilation line (23). A temperature sensor (41) is arranged in the tank ventilation line (23) between the activated carbon filter (22) and the tank ventilation valve (24). The invention further relates to a method for determining a hydrocarbon load on the activated carbon filter (22) and / or a hydrocarbon flow through the tank ventilation line (23) of the tank ventilation system (20). The hydrocarbon loading and / or the hydrocarbon flow are determined by an observer who uses a temperature measured by means of the temperature sensor (41) as an output variable.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tankentlüftungssystem. Weiterhin betrifft sie ein Verfahren zum Ermitteln einer Kohlenwasserstoffbeladung eines Aktivkohlefilters und/oder eines Kohlenwasserstoffstroms durch eine Tankentlüftungsleitung des Tankentlüftungssystems. Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, das jeden Schritt des Verfahrens ausführt, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das Verfahren auszuführen.The present invention relates to a tank ventilation system. It also relates to a method for determining a hydrocarbon load on an activated carbon filter and / or a hydrocarbon stream through a tank ventilation line of the tank ventilation system. Furthermore, the present invention relates to a computer program that executes every step of the method and a machine-readable storage medium that stores the computer program. Finally, the invention relates to an electronic control device which is set up to carry out the method.
Stand der TechnikState of the art
In einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs verdampfen in Abhängigkeit von den im Kraftstofftank herrschenden Druck und Temperaturbedingungen sowie der Zusammensetzung des Kraftstoffs Kohlenwasserstoffe. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Sicherheit müssen diese dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zur Verbrennung zugeführt werden. Hierzu werden sie in der Regel mittels eines Aktivkohlefilters adsorbiert und zwischengespeichert. Um die Aktivkohle immer wieder zu regenerieren, führt eine Leitung vom Aktivkohlefilter ins Saugrohr des Verbrennungsmotors. Bei Betrieb des Verbrennungsmotors entsteht im Saugrohr ein Unterdruck, der bewirkt, dass Luft aus der Umgebung durch die Aktivkohle ins Saugrohr strömt. Diese desorbiert die angelagerten Kohlenwasserstoffe, so dass diese der motorischen Verbrennung zugeführt werden können. Zwischen dem Saugrohr und dem Aktivkohlefilter ist ein Tankentlüftungsventil angeordnet, das diesen Luftstrom dosiert. Über das elektrische Tastverhältnis und die Frequenz der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils kann dieser Luftstrom an den Betriebszustand des Verbrennungsmotors angepasst werden. Mithilfe der Lambdaregelung des Verbrennungsmotors kann auf die eingetragene Kohlenwasserstoff menge rückgeschlossen werden und die Kraftstoff/Luftgemischadaption wird die über die Kraftstoffinjektoren eingespritzte Kraftstoffmenge entsprechend anpassen.Depending on the pressure and temperature conditions prevailing in the fuel tank and the composition of the fuel, hydrocarbons evaporate in a fuel tank of a motor vehicle. For reasons of environmental protection and safety, these must be fed to the internal combustion engine of the motor vehicle for combustion. For this purpose, they are usually adsorbed by means of an activated carbon filter and temporarily stored. In order to regenerate the activated carbon again and again, a line leads from the activated carbon filter into the intake manifold of the internal combustion engine. When the internal combustion engine is operating, a vacuum is created in the intake manifold, which causes air from the surroundings to flow through the activated carbon into the intake manifold. This desorbs the deposited hydrocarbons so that they can be used for engine combustion. A tank vent valve is arranged between the suction pipe and the activated carbon filter and doses this air flow. This air flow can be adapted to the operating state of the internal combustion engine via the electrical pulse duty factor and the frequency of the activation of the tank ventilation valve. With the help of the lambda control of the internal combustion engine, it is possible to draw conclusions about the hydrocarbon quantity entered and the fuel / air mixture adaptation will adapt the fuel quantity injected via the fuel injectors accordingly.
Da die Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters zunächst nicht bekannt ist, muss das Tankentlüftungsventil vorsichtig, d. h. mit zunächst kleinem Tastverhältnis angesteuert werden und kann nur vorsichtig weiter geöffnet werden, um die Abweichungen vom gewünschten Ziellambda gering zu halten. Strengere gesetzliche Anforderungen sowie einschränkende motorische Randbedingungen bei der Aktivkohlefilterregenerierung erfordern allerdings steigende Regenierluftströme im Tankentlüftungssystem, um die Verdunstungsemission an Kohlenwasserstoff möglichst gering zu halten. Insbesondere kann bei Hybridfahrzeugen eine Zwangsaktivierung des Verbrennungsmotors notwendig werden, um ein Überlaufen des Aktivkohlefilters zu vermeiden.Since the hydrocarbon load of the activated carbon filter is initially unknown, the tank vent valve must be used carefully, i. H. are initially controlled with a small duty cycle and can only be opened further carefully to keep the deviations from the desired target lambda low. Stricter legal requirements as well as restrictive motor boundary conditions for activated carbon filter regeneration, however, require increasing regeneration air flows in the tank ventilation system in order to keep the evaporation emissions to hydrocarbons as low as possible. In hybrid vehicles in particular, forced activation of the internal combustion engine may be necessary in order to prevent the activated carbon filter from overflowing.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Herkömmliche Tankentlüftungssysteme weisen einen Aktivkohlefilter, eine Tankentlüftungsleitung und ein Tankentlüftungsventil auf, das in der Tankentlüftungsleitung angeordnet ist. In dem vorliegenden Tankentlüftungssystem ist in der Tankentlüftungsleitung zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Tankentlüftungsventil zusätzlich ein Temperatursensor angeordnet. Diesem Aufbau des Tankentlüftungssystems liegt die Erkenntnis zugrunde, dass die Desorption von Kohlenwasserstoffen aus dem Aktivkohlefilter einen Kühlungseffekt auf einen Regenierluftstrom bzw. Spülstrom bewirkt, welcher aus der Umgebung durch den Aktivkohlefilter und das Tankentlüftungsventil in ein Saugrohr eines Verbrennungsmotors strömt. Je nach Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters ist dieser Kühlungseffekt unterschiedlich stark.Conventional tank ventilation systems have an activated carbon filter, a tank ventilation line and a tank ventilation valve which is arranged in the tank ventilation line. In the present tank ventilation system, a temperature sensor is additionally arranged in the tank ventilation line between the activated carbon filter and the tank ventilation valve. This structure of the tank ventilation system is based on the knowledge that the desorption of hydrocarbons from the activated carbon filter has a cooling effect on a regeneration air flow or flushing flow which flows from the environment through the activated carbon filter and the tank ventilation valve into an intake manifold of an internal combustion engine. Depending on the hydrocarbon load of the activated carbon filter, this cooling effect is different.
Wenn es möglich ist, die Temperatur der Tankentlüftungsleitung zu messen, erlaubt dies die Ermittlung einer Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters und/oder eines Kohlenwasserstoffstroms durch die Tankentlüftungsleitung des Tankentlüftungssystems. Hierzu wird ein Verfahren vorgeschlagen, in dem die Kohlenwasserstoffbeladung und/oder der Kohlenwasserstoffstrom von einem Beobachter ermittelt wird, welcher eine mittels des Temperatursensors gemessene Temperatur als Ausgangsgröße verwendet. Ein Beobachter ist in der Regelungstechnik ein System, das aus bekannten Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen eines beobachteten Referenzsystems nicht messbare Größen rekonstruiert. Dazu bildet der Beobachter das beobachtete Referenzsystem als Modell nach und führt im Regler die messbaren und deshalb mit dem Referenzsystem vergleichbaren Zustandsgrößen nach. In diesem ist die Ausgangsgröße die Temperaturinformation. Die durch das Modell des Aktivkohlefilters abgebildete Temperatur wird mit der mittels des Temperatursensors gemessenen Temperatur verglichen und dabei wird ein Beobachterfehler abgebildet. Der Beobachterfehler wird zum Modell des Aktivkohlefilters zurückgeführt, um die Modellierungsungenauigkeit zu kompensieren. Dadurch werden die Zustandsgrößen, bei denen es sich um die Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters und den Kohlenwasserstoffstrom durch die Tankentlüftungsleitung handelt, rekonstruiert.If it is possible to measure the temperature of the tank ventilation line, this allows determination of a hydrocarbon load on the activated carbon filter and / or a hydrocarbon flow through the tank ventilation line of the tank ventilation system. For this purpose, a method is proposed in which the hydrocarbon loading and / or the hydrocarbon flow is determined by an observer who uses a temperature measured by means of the temperature sensor as an output variable. In control engineering, an observer is a system that reconstructs non-measurable variables from known input variables and output variables of an observed reference system. For this purpose, the observer simulates the observed reference system as a model and tracks the measurable state variables in the controller, which are therefore comparable with the reference system. In this the output variable is the temperature information. The temperature depicted by the model of the activated carbon filter is compared with the temperature measured by means of the temperature sensor and an observer error is depicted. The observer error is returned to the activated carbon filter model to compensate for the modeling inaccuracy. As a result, the state variables, which are the hydrocarbon loading of the activated carbon filter and the hydrocarbon flow through the tank ventilation line, are reconstructed.
Ist die Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters und/oder der Kohlenwasserstoffstrom durch die Tankentlüftungsleitung bekannt, so kann das Tankentlüftungsventil schnell und gegebenenfalls vollständig geöffnet werden, da die über die Tankentlüftung in den Verbrennungsmotor eingetragene Kraftstoffmenge genau sowie schnell berechnet werden kann und über die Anpassung der Kraftstoffinjektorzeit des Verbrennungsmotors berücksichtigt werden kann. Abweichungen im Lambda sind somit gering oder entfallen vollständig. Mögliche Tankentlüftungsphasen können dadurch gut ausgenutzt werden, was eine hohe Regeneriermenge ermöglicht. Damit kann ein Überlaufen des Aktivkohlefilters unter erschwerten Randbedingungen vermieden werden und auch reduzierte Verdunstungsemissionsgrenzwerte eingehalten werden.If the hydrocarbon loading of the activated carbon filter and / or the hydrocarbon flow through the tank ventilation line is known, the tank ventilation valve can be opened quickly and, if necessary, completely, because the tank ventilation system enters the internal combustion engine Fuel quantity can be calculated precisely and quickly and can be taken into account by adjusting the fuel injector time of the internal combustion engine. Deviations in the lambda are therefore slight or are completely eliminated. Possible tank ventilation phases can be exploited well, which enables a high regeneration amount. Overflowing of the activated carbon filter under difficult boundary conditions can thus be avoided and reduced evaporative emission limit values can also be maintained.
Als Eingangsgrößen des Beobachters werden insbesondere ein Massenstrom aus dem Aktivkohlefilter, eine Umgebungstemperatur und ein Umgebungsdruck verwendet.In particular, a mass flow from the activated carbon filter, an ambient temperature and an ambient pressure are used as input variables of the observer.
Die Modellierung des Aktivkohlefilters kann anhand thermodynamischer Beziehungen erfolgen. Dabei wird der Aktivkohlefilter in dem Beobachter vorzugsweise mittels eines eindimensionalen Modells modelliert. Dies ermöglicht es, den Aktivkohlefilter in dem Modell in mehrere Teile zu unterteilen. Besonders bevorzugt weist jedes Teil eine Gasphase, eine Adsorbentphase und eine Adsorberwandphase auf. Dies ermöglicht es, die Adsorptionsvorgänge im Aktivkohlefilter realistisch zu modellieren.The activated carbon filter can be modeled on the basis of thermodynamic relationships. The activated carbon filter is preferably modeled in the observer using a one-dimensional model. This enables the activated carbon filter in the model to be divided into several parts. Each part particularly preferably has a gas phase, an adsorbent phase and an adsorber wall phase. This makes it possible to realistically model the adsorption processes in the activated carbon filter.
Weiterhin ist es bevorzugt, dass in dem Modell Energieübertragungen und Materialübertragungen zwischen den Phasen berücksichtigt werden. Dies ist wichtig, um die physikalischen Vorgänge der Absorption wirklichkeitsgetreu abzubilden.It is further preferred that energy transfers and material transfers between the phases are taken into account in the model. This is important in order to realistically map the physical processes of absorption.
Zur mathematischen Beschreibung des Aktivkohlefilters ist es bevorzugt, dass in dem Modell für jeden Teil eine Gesamtmolenbilanz der Gasphase, eine Energiebilanz der Gasphase, eine Beladungsbilanz der Adsorbentphase, eine Energiebilanz der Adsorbentphase, eine Energiebilanz der Adsorberwandphase und eine Komponentenmolenbilanz berücksichtigt werden.For the mathematical description of the activated carbon filter, it is preferred that the model takes into account a total mole balance of the gas phase, an energy balance of the gas phase, a load balance of the adsorbent phase, an energy balance of the adsorbent phase, an energy balance of the adsorber wall phase and a component mole balance for each part.
Das Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät ausgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung unterschiedlicher Ausführungsformen des Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist es auf dem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert. Durch Aufspielen des Computerprogramms auf ein herkömmliches elektronisches Steuergerät wird das elektronische Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um mittels des Verfahrens eine Kohlenwasserstoffbeladung des Aktivkohlefilters und/oder einen Kohlenwasserstoffstrom durch die Tankentlüftungsleitung des Tankentlüftungssystems zu ermitteln.The computer program is set up to carry out every step of the method, in particular if it is executed on a computing device or an electronic control device. It enables different embodiments of the method to be implemented on an electronic control unit without having to make structural changes to it. For this purpose, it is stored on the machine-readable storage medium. By loading the computer program onto a conventional electronic control unit, the electronic control unit is obtained, which is set up to use the method to determine a hydrocarbon load on the activated carbon filter and / or a hydrocarbon flow through the tank ventilation line of the tank ventilation system.
FigurenlisteFigure list
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
-
1 zeigt schematisch ein Tankentlüftungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. -
2 zeigt einen Beobachter, der in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung verwendet wird. -
3 zeigt die Aufteilung eines Aktivkohlefilters in mehrere Teile in einem Modell, das in einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.
-
1 shows schematically a tank ventilation system according to an embodiment of the invention. -
2nd shows an observer used in a method according to an embodiment of the invention. -
3rd shows the division of an activated carbon filter into several parts in a model that is used in an embodiment of the method according to the invention.
Ausführungsbeispiele der ErfindungEmbodiments of the invention
Zwischen dem Aktivkohlefilter
In einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in dem elektronischen Steuergerät
Energieübertragungen und Materialübertragungen zwischen den Phasen
Die Modellierung erfolgt anhand der thermodynamischen Beziehungen gemäß den Formeln 1 bis 6. Hierbei beschreibt Formel 1 die Gesamtmolenbilanz der Gasphase
Dabei beschreibt
Formel 2 gibt die Energiebilanz der Gasphase
Darin bezeichnet Ḣk-1 den Entalpiestrom aus dem Teil k-1, Ḣk bezeichnet den Entalpiestrom aus dem Teil k und
Formel 3 gibt die Komponentenmolenbilanzen an:
Dabei beschreibt yj den Molenbruch der jeweiligen Komponenten. j dient zur Komponentenbezeichnung (z.B. HC, N2, O2 usw.).Here yj describes the mole fraction of the respective components. j is used for component designation (e.g. HC, N 2 , O 2 etc.).
Die Energiebilanz der Adsorberwand ergibt sich auf Formel 4:
Hierbei bezeichnet
Die Beladungsbilanz der Adsorbentphase
Dort bezeichnet
Die Energiebilanz der Adsorbentphase
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R163 | Identified publications notified |