-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstofftanksystem, das entlüftet werden kann. Die Brennkraftmaschine kann insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugs sein.
-
Ein Kraftstofftanksystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs kann eine Tankentlüftungsleitung aufweisen, die es ermöglicht, einen ansteigenden Druck in dem Kraftstofftank des Kraftstofftanksystems infolge von beispielsweise bei relativ hohen Umgebungstemperaturen verdampfendem Kraftstoff an die Umgebung zu entlasten. Dabei dürfen, auch aufgrund von Emissionsvorschriften, möglichst keine Kraftstoffdämpfe in die Umgebung gelangen. Dies wird verhindert, indem in die Tankentlüftungsleitung ein Kraftstoffdampfspeicher integriert ist, der die Kraftstoffdämpfe absorbiert und speichert. Ein solcher Kraftstoffdampfspeicher umfasst häufig einen Aktivkohlespeicher.
-
Zur Regeneration eines solchen Kraftstoffdampfspeichers ist ein entsprechendes Kraftstofftanksystem üblicherweise zusätzlich mit einer Spülgasleitung versehen, die einerseits mit dem Kraftstoffdampfspeicher und andererseits mit dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann zeitweise mittels Unterdrucks, der im Bereich der Mündung der Spülgasleitung in den Frischgasstrang im Vergleich zu dem Umgebungsdruck herrscht, Umgebungsluft über eine Verbindung des Kraftstoffdampfspeichers zur Umgebung angesaugt werden. Diese Umgebungsluft durchströmt den Kraftstoffdampfspeicher und spült diesen dadurch. Die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampfspeicher werden so über den Frischgasstrang den Brennräumen des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zur thermischen Verwertung beziehungsweise Verbrennung zugeführt.
-
Zwischen dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffdampfspeicher kann ein sogenanntes Tankabsperrventil in die Tankentlüftungsleitung integriert sein, um den Kraftstofftank bedarfsweise von dem Kraftstoffdampfspeicher zu separieren, so dass beispielsweise dann, wenn eine Sättigung des Kraftstoffdampfspeichers vorliegt und keine Möglichkeit einer Regeneration besteht, verhindert wird, dass zusätzlicher Kraftstoff dem Kraftstoffdampfspeicher zugeführt wird. Dies kann insbesondere bei Hybridfahrzeugen vorgesehen sein, deren Verbrennungsmotoren trotz eines Betriebs des dazugehörigen Kraftfahrzeugs regelmäßig über einen längeren Zeitraum nicht betrieben werden. Da eine solche Separierung des Kraftstofftanks von dem Kraftstoffdampfspeicher mittels eines geschlossenen Tankabsperrventils zu einem relativ hohen Tankdruck führen kann, werden die Kraftstofftanks solcher Kraftstofftanksysteme regelmäßig entsprechend druckfest und dazu beispielsweise aus Stahl anstelle von Kunststoff ausgestaltet.
-
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit eines Kraftstofftanksystems und insbesondere eines von dem Kraftstofftanksystem umfassten Tankabsperrventils aufzuzeigen.
-
Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine gelöst, wobei die Brennkraftmaschine zumindest einen Verbrennungsmotor, einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor und ein Kraftstofftanksystem umfasst. Das Kraftstofftanksystem weist zumindest einen Kraftstofftank, einen Tankdrucksensor zur Messung eines innerhalb des Kraftstofftanks vorliegenden Tankdrucks, einen Kraftstoffdampfspeicher, der in fluidleitender Verbindung mit der Umgebung steht, eine Tankentlüftungsleitung, die von dem Kraftstofftank zu dem Kraftstoffdampfspeicher führt und in die ein Tankabsperrventil integriert ist, sowie eine Spülgasleitung, die von dem Kraftstoffdampfspeicher zu dem Frischgasstrang führt und in die ein Tankentlüftungsventil integriert ist, auf. Zur Messung des Tankdrucks kann der Tankdrucksensor innerhalb des Kraftstofftanks selbst oder innerhalb eines beliebigen, mit dem Innenvolumen des Kraftstofftanks fluidleitend verbundenen Hohlraum, beispielsweise innerhalb eines Abschnitts der Tankentlüftungsleitung, der zwischen dem Kraftstofftank und dem Tankabsperrventil liegt, angeordnet sein.
-
Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors wird bedarfsweise und temporär eine Diagnose (zur Funktionsfähigkeit) des Tankabsperrventils durchgeführt. Die Diagnose umfasst dabei zumindest eine (erste) Diagnosephase. Dieser (ersten) Diagnosephase geht dabei zumindest eine Vorbereitungsphase voraus. In der Vorbereitungsphase wird das Tankabsperrventil für ein (insbesondere vollständiges) Öffnen angesteuert, bis innerhalb eines definierten Zeitraums ein Sollwert oder Sollwertbereich für den mittels des Tankdrucksensors gemessenen Tankdruck erreicht wird. Anschließend (d.h. wenn der Sollwert oder Sollwertbereich erreicht wurde oder, wenn dies nicht der Fall ist, nach Ablauf des definierten Zeitraums) wird in der (ersten) Diagnosephase das Tankabsperrventil und das Tankentlüftungsventil für ein Öffnen angesteuert, wobei der Verlauf des mittels des Tankdrucksensors ermittelten Tankdrucks erfasst und mit einem (ersten) gespeicherten Referenzverlauf verglichen wird, wobei ausgehend von dem Vergleichsergebnis zwischen einer Funktionsfähigkeit und einer Fehlfunktion des für ein Öffnen angesteuerten Tankabsperrventils unterschieden wird. Diese Fehlfunktion kann insbesondere darin liegen, dass das Tankabsperrventil in dem geschlossenen Zustand verharrt und folglich nicht öffnet, obwohl es entsprechend angesteuert wird.
-
„Für ein Öffnen ansteuern“ bedeutet erfindungsgemäß, dass das Tankentlüftungsventil oder das Tankabsperrventil derart mittels einer Steuerungsvorrichtung angesteuert werden, dass sich diese zumindest teilweise öffnen sollen beziehungsweise dass sich diese zumindest teilweise öffnen (und auch offengehalten werden, solange die entsprechende Ansteuerung aufrecht gehalten wird), sofern diese diesbezüglich keine Fehlfunktion aufweisen. Ein zumindest teilweises Öffnen bedingt, dass das entsprechende Ventil einen definierten Strömungsquerschnitt für ein mittels des Ventils steuerbaren Gasstrom freigibt.
-
Die Vorbereitungsphase dient dazu, den Tankdruck für die sich anschließende Funktionsprüfung des Tankabsperrventils möglichst auf den Sollwert oder Sollwertbereich zu bringen, was (über den Weg der Tankentlüftungsleitung und des in fluidleitender Verbindung mit der Umgebung stehenden Kraftstoffdampfspeichers) durch einen entsprechenden Druckausgleich mit der Umgebung, der aufgrund des geöffneten Tankabsperrventils erfolgen kann, bewirkt werden kann. Der definierte Zeitraum ist dabei dafür vorgesehen, dass in die Diagnosephase auch dann gewechselt wird, wenn das Tankabsperrventil eine Fehlfunktion (in dem vollständig geschlossenen Zustand verharrend) aufweist, weil diese Fehlfunktion den Druckausgleich verhindern würde. Vor diesem Hintergrund ist vorzugsweise vorgesehen, dass der definierte Zeitraum so groß gewählt ist, dass unter normal auftretenden Betriebsbedingungen für die Brennkraftmaschine gewährleistet ist, dass der Tankdruck aufgrund eines auch tatsächlich zumindest teilweise öffnenden Tankabsperrventils erreicht werden kann.
-
Die sich anschließende Diagnose des Tankabsperrventils im Rahmen der (ersten) Diagnosephase ist vorteilhaft ausgehend von dem während der Vorbereitungsphase erreichten Sollwert oder Sollwertbereich des Tankdrucks durchführbar, was insbesondere dann gilt, wenn der Sollwert dem (aktuell herrschenden) Umgebungsdruck entspricht beziehungsweise der Sollwertbereich demjenigen Bereich entspricht, der bis zu ± 500 Pa oder, vorzugsweise, bis zu ± 200 Pa um den Umgebungsdruck liegt, entspricht. Ein besonderer Vorteil liegt dabei darin, dass jede (erste) Diagnosephase ausgehend von demselben Sollwert oder Sollwertbereich starten kann, wodurch die Reproduzierbarkeit und damit die Genauigkeit der Diagnose gut beziehungsweise hoch ausfallen kann. Hinzu kommt, dass ausgehend von dem Sollwert beziehungsweise Sollwertbereich, insbesondere dann, wenn der Sollwert dem Umgebungsdruck entspricht, gewährleistet werden kann, dass eine Änderung des Tankdrucks, die mittels des Tankdrucksensors im Rahmen der Ermittlung des Verlaufs des Tankdrucks erfasst und mit dem (ersten) gespeicherten Referenzverlauf verglichen wird, auch oder ausschließlich durch Unterdruck bewirkt werden kann, der im Bereich der Mündung der Spülgasleitung in dem Frischgasstrang herrscht und dessen Höhe prinzipbedingt beschränkt ist und der zudem in Abhängigkeit von dem Betrieb der Brennkraftmaschine variiert. Alternativ oder ergänzend dazu kann eine Änderung des Tankdrucks aber auch auf andere Art und Weise bewirkt werden, beispielsweise mittels einer in das Kraftstofftanksystem integrierten Gasfördervorrichtung (Kompressor oder Gebläse). Diese kann beispielsweise in die Spülgasleitung oder in den Kraftstoffdampfspeicher beziehungsweise in eine den Kraftstoffdampfspeicher mit der Umgebung verbindende Umgebungsluftleitung integriert sein.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in der Vorbereitungsphase das Tankentlüftungsventil in Abhängigkeit von dem mittels des Tankdrucksensors gemessenen Tankdruck derart unter der Randbedingung, dass ein Öffnen des Tankentlüftungsventils den Tankdruck aufgrund von einem im Bereich der Mündung der Spülgasleitung in dem Frischgasstrang herrschenden Unterdruck senkt, angesteuert wird, dass das Erreichen des Sollwert oder Sollwertbereichs unterstützt wird. Eine Ansteuerung des Tankentlüftungsventils kann demnach ein Öffnen oder ein relativ weitgehendes Öffnen vorsehen, sofern der Tankdruck zu Beginn der Vorbereitungsphase einem Überdruck im Vergleich zu dem Sollwert oder Sollwertbereich darstellt, so dass der Unterdruck in dem Frischgasstrang aufgrund eines mehr oder weniger geöffneten Tankentlüftungsventils unterstützend (zu einem Druckausgleich mit der Umgebung) genutzt werden kann, um den Sollwert oder Sollwertbereich zu erreichen. Liegt dagegen zu Beginn der Vorbereitungsphase ein Unterdruck des Tankdrucks im Vergleich zu dem Sollwert oder Sollwertbereich vor kann das Tankentlüftungsventil relativ weitgehend und insbesondere vollständig geschlossen (gehalten) werden, um zu vermeiden, dass der Unterdruck in dem Frischgasstrang aufgrund eines (relativ weit) geöffneten Tankentlüftungsventil das Erreichen des Sollwerts oder Sollwertbereich (basierend auf einem Druckausgleich mit der Umgebung) verlangsamt oder sogar verhindert. Eine entsprechende und insbesondere situationsabhängige variable Ansteuerung des Tankentlüftungsventils während der Vorbereitungsphase kann demnach bewirken, dass der Sollwert oder Sollwertbereich möglichst schnell erreicht und damit die Vorbereitungsphase möglichst kurz gehalten werden kann. Dies wirkt sich vorteilhaft auf die Gesamtdauer, die für die Diagnose des Tankabsperrventils benötigt wird, aus.
-
Vor diesem Hintergrund kann es sinnvoll sein, dass das Tankentlüftungsventil in der Vorbereitungsphase zumindest zeitweise, gegebenenfalls dauerhaft für ein vollständiges Öffnen oder Schließen oder für ein weitestmögliches Öffnen oder Schließen angesteuert wird, um ein möglichst schnelles Erreichen des Sollwerts oder Sollwertbereichs zu ermöglichen.
-
„Für ein Schließen ansteuern“ bedeutet dabei, dass das Tankentlüftungsventil oder das Tankabsperrventil derart mittels der Steuerungsvorrichtung angesteuert wird, dass sich dieses vollständig oder, ausgehend von einem definierten Funktionszustand, zumindest weitergehend schließen soll beziehungsweise dass sich dieses entsprechend schließt (und auch in einer entsprechenden Funktionsstellung gehalten wird, solange die entsprechende Ansteuerung aufrecht gehalten wird), sofern dieses diesbezüglich keine Fehlfunktion aufweist. Ein Ansteuern für ein Schließen führt folglich dazu oder soll zumindest dazu führen, dass das entsprechende Ventil nach oder während dieser Ansteuerung einen kleineren Strömungsquerschnitt für ein mittels des Ventils steuerbaren Gasstrom freigibt als dies vor dieser Ansteuerung der Fall war.
-
Als „vollständiges Öffnen“ wird ein Funktionszustand des Tankentlüftungsventils oder grundsätzlich eines Ventils verstanden, in dem dieses den größtmöglichen Strömungsquerschnitt für ein Gas, der durch die konstruktive Auslegung des (Tankentlüftungs-)Ventils möglich ist, freigibt. Ein solches vollständiges Öffnen kann insbesondere bei einer maximalen oder minimalen Ansteuerung (je nach Art der Ansteuerung und Betätigung sowie einer gegebenenfalls konstruktiv vorgesehenen fail-safe-Stellung des (Tankentlüftungs-)Ventils vorliegen. Ein „weitestmögliches Öffnen“ stellt dagegen einen Funktionszustand des (Tankentlüftungs-)Ventils dar, in dem dieses den größten Strömungsquerschnitt für ein Gas, der unter Berücksichtigung von potentiell begrenzenden Parametern möglich ist, freigibt. Ein solches weitestmögliches Öffnen kann dabei einem vollständigen Öffnen entsprechen oder aber kleiner beziehungsweise geringer sein.
-
Dazu vergleichbar wird als „vollständiges Schließen“ ein Funktionszustand des Tankentlüftungsventils oder grundsätzlich eines Ventils verstanden, in dem dieses den kleinstmöglichen Strömungsquerschnitt für ein Gas freigibt, der durch die konstruktive Auslegung des (Tankentlüftungs-)Ventils möglich ist. Dieser kleinstmögliche Strömungsquerschnitt kann insbesondere keinem freigegebenen Strömungsquerschnitt entsprechen. Ein solches vollständiges Schließen kann insbesondere bei einer minimalen oder maximalen Ansteuerung (je nach Art der Ansteuerung und Betätigung sowie einer gegebenenfalls konstruktiv vorgesehenen fail-safe-Stellung des (Tankentlüftungs-)Ventils vorliegen. Ein „weitestmögliches Schließen“ stellt dagegen einen Funktionszustand des (Tankentlüftungs-)Ventils dar, in dem dieses den kleinsten Strömungsquerschnitt für ein Gas, der unter Berücksichtigung von potentiell begrenzenden Parametern möglich ist, freigibt. Ein solches weitestmögliches Schließen kann dabei einem vollständigen Schließen entsprechen oder aber kleiner beziehungsweise geringer sein (beziehungsweise einem Funktionszustand mit größerem freigegebenen Strömungsquerschnitt entsprechen).
-
Ein Parameter, der ein weitestmögliches Öffnen des Tankentlüftungsventils potentiell begrenzen kann, kann beispielsweise der Mengenstrom an Kraftstoff, der als Bestandteil von Spülgas bei geöffnetem Tankentlüftungsventil in den Frischgasstrang strömt, sein, weil dieser Kraftstoff den Betrieb des Verbrennungsmotors insbesondere hinsichtlich der Realisierung eines definierten Kraftstoff-Luft-Verhältnisses beeinflussen kann und daher unter Umständen begrenzt werden sollte.
-
Eine relativ einfache Umsetzung eines erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem in der Vorbereitungsphase das Tankentlüftungsventil bedarfsgerecht angesteuert wird, kann eine Ansteuerung einem vordefinierten Kennfeld entsprechend vorsehen, wobei dem Kennfeld Ansteuerwerte für das Tankentlüftungsventil in Abhängigkeit von einerseits der Differenz zwischen dem Umgebungsdruck und dem Druck in dem Frischgasstrang im Bereich der Mündung der Spülgasleitung und andererseits dem Tankdruck entnommen werden.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass in einer zwischen der Vorbereitungsphase und der (ersten) Diagnosephase liegenden Zwischenphase das Tankabsperrventil und das Tankentlüftungsventil für ein vollständiges oder weitestmögliches Schließen angesteuert werden. Dies kann dazu dienen, eine Änderung des Tankdrucks über einen definierten Zeitraum möglichst zu unterdrücken, um die Möglichkeit zu geben, einen Druckausgleich im gesamten Kraftstofftanksystem herzustellen, was nachfolgend auch als „Beruhigung“ der Messung des Tankdrucks bezeichnet wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Diagnose des Tankabsperrventils auch eine zweite Diagnosephase umfasst, die nach der ersten Diagnosephase durchgeführt wird, wobei in der zweiten Diagnosephase das Tankabsperrventil für ein Schließen und das Tankentlüftungsventil für ein Öffnen angesteuert werden, wobei der Verlauf des mittels des Tankdrucksensors ermittelten Tankdrucks erfasst und mit einem zweiten gespeicherten Referenzverlauf verglichen wird.
-
Ausgehend von dem entsprechenden Vergleichsergebnis kann dann wiederum zwischen einer Funktionsfähigkeit und einer Fehlfunktion des für ein Schließen angesteuerten Tankabsperrventils unterschieden werden. Diese Fehlfunktion kann insbesondere darin liegen, dass das Tankabsperrventil in dem geöffneten Zustand verharrt und folglich nicht schließt, obwohl es entsprechend angesteuert wird.
-
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung eines solchen erfindungsgemäßen Verfahrens kann dann noch vorgesehen sein, dass in einer zwischen der ersten Diagnosephase und der zweiten Diagnosephase liegenden Interimsphase das Tankabsperrventil für ein Öffnen und das Tankentlüftungsventil für ein Schließen angesteuert werden. Dies kann wiederum dazu dienen, die Messung des Tankdrucks zu beruhigen.
-
Eine Ansteuerung des Tankentlüftungsventils kann vorzugsweise derart vorgesehen sein, dass das Tankentlüftungsventil sowohl in eine vollständig geschlossene als auch in eine vollständig geöffnete Funktionsstellung sowie zusätzlich in mindestens eine und vorzugsweise in eine Mehrzahl von Zwischenstellungen, in denen dieses nur teilweise geöffnet ist, stellbar ist. Dies ermöglicht eine möglichst exakte Steuerung eines das Tankentlüftungsventil durchströmenden Gasstroms. Eine solche Ansteuerung des Tankentlüftungsventils kann dabei auch in bekannter Weise mittels Pulsweitenmodulation (PWM) erfolgen, bei der eine teilweise geöffnete Funktionsstellung durch eine zyklische Ansteuerung in Richtung Öffnen und Schließen erfolgt. Unterschiedliche teilweise geöffnete Funktionsstellungen können dabei durch eine entsprechende Anpassung des Tastgrads beziehungsweise der Dauer der einzelnen Impulse realisiert werden.
-
Eine Ansteuerung des Tankabsperrventils kann dagegen vorzugsweise digital erfolgen, so dass dieses lediglich in sowohl eine vollständig geschlossene als auch eine vollständig geöffnete Funktionsstellung bringbar ist. Dadurch kann das Tankabsperrventil sowie dessen Ansteuerung relativ einfach ausgestaltet sein, was sich vorteilhaft hinsichtlich der Kosten auswirken kann. Eine Ansteuerbarkeit in mindestens eine und insbesondere eine Mehrzahl von Zwischenstellungen, wie dies vorzugsweise für das Tankentlüftungsventil vorgesehen ist, kann für das Tankabsperrventil funktional unnötig sein. Möglich und unter Umständen sinnvoll kann aber auch eine Ansteuerbarkeit zur Realisierung mindestens einer Zwischenstellung sein.
-
Die Erfindung betrifft auch eine Brennkraftmaschine mit den bereits definierten strukturellen Merkmalen, wobei zudem eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen ist, die zur automatisierten Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen und entsprechend eingerichtet ist.
-
Der Verbrennungsmotor einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann fremdgezündet und weiterhin bevorzugt auch quantitätsgeregelt betrieben werden und demnach insbesondere als Ottomotor ausgestaltet sein. Der Verbrennungsmotor kann dabei sowohl mit Flüssigkraftstoff (d.h. Benzin) als auch mit einem gasförmigen Kraftstoff (insbesondere Erdgas, LNG oder LPG) betrieben werden.
-
Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes und nicht schienengebundenes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Fahrantriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, teilweise in vereinfachter Darstellung:
- 1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine in vereinfachter Darstellung;
- 2: die Durchführung einer erfindungsgemäßen Diagnose eines Tankabsperrventils gemäß einer Ausführungsform bei einem negativen Tankdruck zu Beginn der Diagnose;
- 3: die Durchführung einer erfindungsgemäßen Diagnose eines Tankabsperrventils gemäß einer ersten Ausführungsform bei einem positiven Tankdruck zu Beginn der Diagnose; und
- 4: die Durchführung einer erfindungsgemäßen Diagnose eines Tankabsperrventils gemäß einer zweiten Ausführungsform bei einem positiven Tankdruck zu Beginn der Diagnose.
-
Die 1 zeigt in vereinfachter Darstellung eine im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens verwendbare (erfindungsgemäße) Brennkraftmaschine 1. Diese weist einen Verbrennungsmotor 2 auf, in dem eine Mehrzahl von Brennräumen 3 ausgebildet sind. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird in bekannter Weise in definierter Reihenfolge in den Brennräumen 3, die teilweise von Zylindern 4 des Verbrennungsmotors 2 sowie von darin beweglich geführten Kolben 5 begrenzt sind, Gemischmengen verbrannt, wobei die so erzeugten Druckerhöhungen in den Brennräumen 3 dazu genutzt werden, die Kolben 5 zu bewegen. Diese Bewegungen der Kolben 5 werden unter Zwischenschaltung von Pleueln (nicht dargestellt) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) gewandelt, wobei die Führung der Kolben 5 über die Pleuel mittels der Kurbelwelle gleichzeitig zu linearen Oszillationsbewegungen der Kolben 5 führt.
-
Die zur Verbrennung in den Brennräumen 3 vorgesehenen Gemischmengen umfassen einerseits Frischgas, das vollständig oder hauptsächlich aus Umgebungsluft besteht, die aus der Umgebung angesaugt wird, und das dem Verbrennungsmotor 2 über einen Frischgasstrang 6 zugeführt wird. Das Frischgas wird dabei über einen in den Frischgasstrang 6 integrierten Frischgasverdichter 7 eines Abgasturboladers geführt, mittels dessen eine Verdichtung des Frischgases bewirkt werden kann. Die Gemischmengen umfassen weiterhin Kraftstoff, der direkt mittels Kraftstoffinjektoren 8 in die Brennräume 3 eingebracht und mittels Zündvorrichtungen 9 entzündet und damit verbrannt werden kann. Das bei der Verbrennung der Frischgas-Kraftstoff-Gemischmengen in den Brennräumen 3 entstandene Abgas wird über einen Abgasstrang 10 abgeführt und durchströmt dabei eine Abgasturbine 11 des Abgasturboladers und anschließend mehrere Abgasnachbehandlungsvorrichtungen, beispielsweise zunächst einen ersten Dreiwegekatalysator 12, dann einen Partikelfilter 13 und abschließend einen zweiten Dreiwegekatalysator 14.
-
Der mittels der Kraftstoffinjektoren 8 in die Brennräume 3 einzubringende Kraftstoff stammt aus einem Kraftstofftank 15 eines Kraftstofftanksystems der Brennkraftmaschine 1. Dieses Kraftstofftanksystem umfasst neben dem Kraftstofftank 15, in den ein Tankdrucksensor 30 integriert ist, einen Kraftstoffdampfspeicher 17, der einen Aktivkohlespeicher umfasst und der über eine Tankentlüftungsleitung 18 mit dem Kraftstofftank 15 verbunden ist. Der Kraftstoffdampfspeicher 17 ist weiterhin über zwei Spülgasleitungen 19, 20 mit dem Frischgasstrang 6 der Brennkraftmaschine 1 verbunden, wobei diese zwei Spülgasleitungen 19, 20 in einem ersten, von dem Kraftstoffdampfspeicher 17 abgehenden Abschnitt, integral ausgebildet sind. In diesen integralen Abschnitt der zwei Spülgasleitungen 19, 20 sind ein aktiv ansteuerbares Tankentlüftungsventil 21 sowie, zwischen dem Kraftstoffdampfspeicher 17 und dem Tankentlüftungsventil 21, ein kombinierter Druck- und Temperatursensor 22 integriert. In die separierten Abschnitte der beiden Spülgasleitungen 19, 20 ist jeweils ein Rückschlagventil 23 integriert, wobei die Rückschlagventile 23 jeweils bei einem Unterdruck auf der Seite des Tankentlüftungsventils 21 selbsttätig schließen. Eine erste der Spülgasleitungen 19, 20, die Spülgasleitung 19, mündet stromauf des Frischgasverdichters 7 in den Frischgasstrang 6 und konkret in einen Abschnitt des Frischgasstrangs 6, der stromauf des Frischgasverdichters 7 gelegen ist.
-
Die Mündung der ersten Spülgasleitung 19 in den Frischgasstrang 6 erfolgt (indirekt) über eine Venturidüse 25, wobei ein Auslass der Venturidüse 25 in den Frischgasstrang 6 mündet, während ein Haupteinlass der Venturidüse 25 mit einer Treibgasleitung 26 verbunden ist, die stromab des Frischgasverdichters 7 aus dem Frischgasstrang 6 abgeht. Die erste Spülgasleitung 19 mündet in einen Nebeneinlass der Venturidüse 25, der im Bereich einer Querschnittsverengung der Venturidüse 25 angeordnet ist. Mittels einer Frischgasströmung, die, aus der Treibgasleitung 26 kommend, die Venturidüse 25 durchströmt, kann Spülgas über die erste Spülgasleitung 19 und den Nebeneinlass der Venturidüse 25 angesaugt werden.
-
Die zweite Spülgasleitung 20 mündet stromab des Frischgasverdichters 7 und auch stromab eines Ladeluftkühlers 27 sowie einer Drosselklappe 28 in den Frischgasstrang.
-
Der Kraftstoffdampfspeicher 17 steht über eine Umgebungsluftleitung 24 mit der Umgebung in fluidleitender Verbindung. An die Umgebungsluftleitung 24 ist ein Tankleckdiagnosemodul 16 angeschlossen.
-
Der Kraftstofftank 15 ist mit Kraftstoff gefüllt, wobei ein Teil dieses eigentlich flüssigen Kraftstoffs üblicherweise verdampft ist, so dass in dem Kraftstofftank 15 auch Kraftstoff in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Ein solches Verdampfen von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 15 tritt insbesondere bei relativ hohen Umgebungstemperaturen sowie bei einem relativ geringen Umgebungsdruck, beispielsweise infolge einer Bergfahrt eines die Brennkraftmaschine 1 umfassenden Kraftfahrzeugs, auf, weil sich durch ein Absenken des Umgebungsdrucks die Verdampfungstemperaturen der verschiedenen Kraftstoffbestandteile in Abhängigkeit von den dazugehörigen Dampfdruckkurven verringern. Um einen durch ein solches Verdampfen hervorgerufenen, unzulässig hohen Überdruck in dem Kraftstofftank 15 zu vermeiden, ist die Möglichkeit eines Druckausgleichs mit dem Umgebungsdruck über die Tankentlüftungsleitung 18, den Kraftstoffdampfspeicher 17 und die Umgebungsluftleitung 24 gegeben, wobei durch den Kraftstoffdampfspeicher 17 vermieden wird, dass ein solcher Druckausgleich zu einem Entweichen von Kraftstoffdämpfen in die Umgebung führt.
-
Ein Entlüften des Kraftstofftanks 15 führt zu einer zunehmenden Sättigung des Kraftstoffdampfspeichers 17, was wiederum bedingt, diesen zeitweise zu regenerieren. Hierzu ist ein Spülen des Kraftstoffdampfspeichers 17 vorgesehen, indem Umgebungsluft über die Umgebungsluftleitung 24 angesaugt wird. Diese Umgebungsluft durchströmt den Kraftstoffdampfspeicher 17, wodurch in dem Kraftstoffdampfspeicher 17 absorbierte Kraftstoffmoleküle von der Umgebungsluft mitgenommen und über zumindest eine der Spülgasleitungen 19, 20 in den Frischgasstrang 6 eingeleitet werden. Dabei kann der Massenstrom des Spülgases mittels des Tankentlüftungsventils 21 gezielt eingestellt werden. Durch das Einleiten des Spülgases und der darin enthaltenen Kraftstoffmoleküle werden diese den Brennräumen 3 des Verbrennungsmotors 2 zur thermischen Verwertung beziehungsweise Verbrennung zugeführt.
-
Um u.a. während eines Spülens des Kraftstoffdampfspeichers 17 lediglich Umgebungsluft über die Umgebungsluftleitung 24 und nicht zusätzlich auch Kraftstoffdämpfe über die Tankentlüftungsleitung 18 anzusaugen, kann die Tankentlüftungsleitung 18 mittels eines Tankabsperrventils 29 versperrt werden.
-
Ein Spülen des Kraftstoffdampfspeichers 17 ist lediglich temporär, dabei jedoch stets während des Betriebs des Verbrennungsmotors 2 vorgesehen, weil nur dann der durch das Spülen des Kraftstoffdampfspeichers 17 in den Frischgasstrang 6 eingebrachte Kraftstoff auch sicher den Brennräumen 3 zur Verbrennung zugeführt werden kann. Zudem kann dann ein ausreichendes Druckgefälle über zumindest einer der Spülgasleitungen 19, 20 gewährleistet werden.
-
Um mögliche Fehlfunktionen von Komponenten des Kraftstofftanksystems ermittelten zu können, sind entsprechende Diagnosefunktionen vorgesehen. Eine erfindungsgemäße Diagnose des Tankabsperrventils 29 wird nachfolgend anhand der 2 bis 4 beschrieben.
-
Die 2 bis 4 zeigen jeweils in einem Diagramm Verläufe bezüglich der Ansteuerungen des Tankentlüftungsventils (ATEV) und des Tankabsperrventils (ATAV). Das Tankentlüftungsventil 21 wird mittels PWM angesteuert, wobei eine Ansteuerung von 100% einem vollständigen Öffnen und eine Ansteuerung von 0% einem vollständigen Schließen entspricht. Das Tankabsperrventil 29 wird dagegen digital angesteuert, wobei eine Ansteuerung von 1 einem (vollständigen) Öffnen und eine Ansteuerung von 0 einem (vollständigen) Schließen entspricht. In den Diagrammen gemäß den 2 bis 4 sind zudem der Verlauf für den mittels des Tankdrucksensors 30 ermittelten Tankdrucks (pτ), ein erster Referenzverlauf RV1 und ein zweiter Referenzverlauf RV2 sowie ein Sollwertbereich SW für den Tankdruck pτ eingezeichnet.
-
Die 1 und 2 zeigen eine erfindungsgemäße Diagnose eines Tankabsperrventils 29 während eines Betriebs einer Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise der 1.
-
Die Diagnose startet zum Zeitpunkt t1 mit dem Beginn einer Vorbereitungsphase. Diese Vorbereitungsphase dient dazu, möglichst zu gewährleisten, dass der Tankdruck pτ innerhalb des Sollwertbereichs SW, der dem Bereich ± 200 Pa um den Umgebungsdruck entspricht, liegt. Hierzu wird während dieser Vorbereitungsphase das Tankabsperrventil 29 für ein Öffnen angesteuert, um über das geöffnete Tankabsperrventil 29 einen Druckausgleich mit der Umgebung zu ermöglichen. Die Vorbereitungsphase erstreckt sich bis zu einem Zeitpunkt t2, zu dem der Tankdruck pτ den Sollwertbereich SW erreicht. In Abhängigkeit davon, ob der Tankdruck pτ zum Zeitpunkt t1 negativ ist beziehungsweise einen Unterdruck im Vergleich zu dem Umgebungsdruck darstellt (vgl. 2) oder positiv ist beziehungsweise einen Überdruck im Vergleich zu dem Umgebungsdruck darstellt (vgl. 3), wird direkt oder kurz nach dem Zeitpunkt t1 das Tankentlüftungsventil 21 für ein vollständiges Schließen (vgl. 2) oder ein teilweises Öffnen (vgl. 3) angesteuert. Dadurch soll erreicht werden, dass der Tankdruck pτ möglichst schnell den Sollwertbereich SW erreicht. Hierzu wird bei einem negativen Tankdruck pτ gemäß der 2 zum Zeitpunkt t1 das Tankentlüftungsventil 21 vollständig geschlossen (gehalten), wodurch verhindert wird, dass der Tankdruck pτ dem Unterdruck, der in dem Frischgasstrang 6 im Bereich der Mündung der Spülgasleitung 19, 20 vorliegt, ausgesetzt wird. Bei einem positiven Tankdruck pτ zum Zeitpunkt t1, wie dies in der 3 gezeigt ist, wird das Tankentlüftungsventil 21 dagegen teilweise geöffnet, wodurch der Unterdruck in dem Frischgasstrang 6 im Bereich der Mündung der Spülgasleitung 19, 20 die Reduzierung des Tankdrucks pτ unterstützt. Die Ansteuerung des Tankentlüftungsventils 21 gemäß der 3 sieht vor, dass dieses schlagartig geöffnet und unmittelbar mit dem Erreichen des vorgesehenen (End-)Öffnungsgrads wieder rampenförmig bzw. kontinuierlich geschlossen wird; d.h. der Öffnungsgrad wird kontinuierlich über einen definierten Zeitraum (im vorliegenden Fall über der gesamten Vorbereitungsphase) bis zu einem vollständigen Schließen zum Zeitpunkt t2 reduziert.
-
Zum Zeitpunkt t2 endet die Vorbereitungsphase und es beginnt eine Zwischenphase, die einer Beruhigung der Messung des Tankdrucks pτ dient. Während dieser Zwischenphase, die sich bis zu einem Zeitpunkt t3 erstreckt, wird sowohl das Tankabsperrventil 29 als auch das Tankentlüftungsventil 21 für ein vollständiges Schließen angesteuert. Für die Dauer der Zwischenphase ist eine definierte Zeitspanne vorgesehen.
-
Zum Zeitpunkt t3 endet die Zwischenphase und es beginnt eine erste Diagnosephase. Während dieser ersten Diagnosephase, die sich bis zu einem Zeitpunkt t4 erstreckt, wird das Tankabsperrventil 29 und auch das Tankentlüftungsventil 21 jeweils für ein Öffnen angesteuert. Dabei ist für das Tankentlüftungsventil 21 ein rampenförmiges Öffnen mit einem kontinuierlichen Ansteigen des Öffnungsgrads bis zu einem definierten Endöffnungsgrad, der höher liegt als der Endöffnungsgrad während der Vorbereitungsphase, vorgesehen. Dieser Endöffnungsgrad für das Tankentlüftungsventil 21 wird zum Zeitpunkt t4 erreicht. Das Tankentlüftungsventil 21 wird dann schlagartig für ein vollständiges Schließen angesteuert. Während der ersten Diagnosephase wird der Verlauf des mittels des Tankdrucksensors 30 gemessenen Tankdrucks pτ mit einem ersten Referenzverlauf RV1 verglichen. Da der Verlauf des Tankdrucks pτ gemäß den 2 und 3 im Wesentlichen dem ersten Referenzverlauf RV1 entspricht und von diesem lediglich konstant um die halbe Toleranzbreite des Sollwertbereichs SW abweicht, ergibt sich als Ergebnis der ersten Diagnosephase, dass das Tankabsperrventil 29 tatsächlich geöffnet ist und folglich keine Fehlfunktion hinsichtlich eines der Ansteuerung widersprüchlichen Verharrens in der vollständig geschlossenen Stellung vorliegt. Hätte das Tankabsperrventil 29 dagegen zum Zeitpunkt t3 nicht geöffnet, wäre der Tankdrucksensor 30 durch dieses von dem Unterdruck in dem Frischgasstrang 6 der Brennkraftmaschine, der durch das Öffnen des Tankentlüftungsventils 21 auf der entsprechenden Seite des Tankabsperrventils 29 anliegt, isoliert. Da das Tankabsperrventil jedoch geöffnet hat, sieht der erste Referenzverlauf RV1 ein kontinuierliches Absinken des Tankdrucks pτ auf Werte unterhalb des Umgebungsdrucks vor, was durch den Unterdruck in dem Frischgasstrang 6 bewirkt wird.
-
Während einer sich an die erste Diagnosephase anschließenden und von dem Zeitpunkt t4 bis zu einem Zeitpunkt t5 reichenden Interimsphase wird das Tankabsperrventil 29 offen gehalten, während das Tankentlüftungsventil 21 vollständig geschlossen gehalten wird. Auch die Interimsphase dient einer Beruhigung der Messung des Tankdrucks pτ. Für diese ist wiederum eine definierte Zeitspanne vorgesehen.
-
Ein Schließen und geschlossen Halten des Tankabsperrventils 29 erfolgt dann zum Zeitpunkt t5, dem Beginn einer zweiten Diagnosephase. Während dieser zweiten Diagnosephase, konkret zu einem Zeitpunkt, der kurz nach dem Zeitpunkt t5 liegt, wird das Tankentlüftungsventil 21 rampenförmig bis zum Erreichen eines definierten Endöffnungsgrad, der höher liegt als der Endöffnungsgrad während der erste Diagnosephase, geöffnet und bis zur Beendigung der zweiten Diagnosephase zum Zeitpunkt t6 mit diesem Endöffnungsgrad offen gehalten. Während der zweiten Diagnosephase und konkret ab dem Öffnen des Tankentlüftungsventils 21 wird der Verlauf des gemessen Tankdrucks pτ mit einem zweiten Referenzverlauf RV2 verglichen. Da der Verlauf des gemessenen Tankdrucks pτ gemäß den 2 und 3 - mit Ausnahme der definierten Abweichungen um die halbe Toleranzbreite des Sollwertbereichs SW - dem zweiten Referenzverlauf RV2 entspricht, ist das Ergebnis der zweiten Diagnosephase, dass das Tankabsperrventil 29 zum Zeitpunkt t5 korrekt geschlossen hat. Infolge der sich daraus ergebenden Isolierung des Kraftstofftanks 15 und damit auch des Tankdrucksensors 30 von dem Unterdruck in dem Frischgasstrang ergibt sich ein im Wesentlichen beziehungsweise im Mittel konstanter Verlauf für den Tankdruck pτ (sowie ein entsprechender zweiter Referenzverlauf). Die 2 und 3 zeigen dabei jedoch beispielhaft, dass der Tankdruck pτ geringfügig schwanken kann.
-
Die 4 zeigt die Durchführung einer erfindungsgemäßen Diagnose des Tankabsperrventils 29 gemäß einer alternativen Ausführungsform, wobei vergleichbar zu dem Vorgehen gemäß der 3 der Tankdruck pτ zum Zeitpunkt t1, d.h. mit dem Beginn der Vorbereitungsphase, positiv ist (Überdruck im Vergleich zu dem Umgebungsdruck). Anders als bei dem Vorgehen gemäß der 3 ist in diesem Fall nicht vorgesehen, das Tankentlüftungsventil 21 während der Vorbereitungsphase zu öffnen. Der Abbau des Tankdrucks bis zum Erreichen des Sollwertbereichs basiert dann gegebenenfalls ausschließlich auf einem Druckausgleich mit der Umgebung beziehungsweise dieser wird zumindest nicht durch den Unterdruck in dem Frischgasstrang 6 unterstützt. Dadurch kann die Vorbereitungsphase einen längeren Zeitraum in Anspruch nehmen (in der 4 nicht dargestellt). Im Übrigen entspricht die Diagnose bei dem Verfahren gemäß der 4 derjenigen gemäß der 3.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Brennkraftmaschine
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Brennraum des Verbrennungsmotors
- 4
- Zylinder des Verbrennungsmotors
- 5
- Kolben des Verbrennungsmotors
- 6
- Frischgasstrang
- 7
- Frischgasverdichter
- 8
- Kraftstoffinjektor
- 9
- Zündvorrichtung
- 10
- Abgasstrang
- 11
- Abgasturbine
- 12
- erster Dreiwegekatalysator
- 13
- Partikelfilter
- 14
- zweiter Dreiwegekatalysator
- 15
- Kraftstofftank
- 16
- Tankleckdiagnosemodul
- 17
- Kraftstoffdampfspeicher
- 18
- Tankentlüftungsleitung
- 19
- erste Spülgasleitung
- 20
- zweite Spülgasleitung
- 21
- Tankentlüftungsventil
- 22
- Druck- und Temperatursensor
- 23
- Rückschlagventil
- 24
- Umgebungsluftleitung
- 25
- Venturidüse
- 26
- Treibgasleitung
- 27
- Ladeluftkühler
- 28
- Drosselklappe
- 29
- Tankabsperrventil
- 30
- Tankdrucksensor
- ATEV
- Ansteuerung des Tankentlüftungsventils
- ATAV
- Ansteuerung des Tankabsperrventils
- pτ
- Tankdruck
- RV1
- erster Referenzverlauf
- RV2
- zweiter Referenzverlauf
- SW
- Sollwertbereich für den Tankdruck
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- DE 102006016339 A1 [0005]
- DE 102006034076 A1 [0005]
- DE 102010064239 A1 [0005]