DE4003751A1 - Tankentlueftungsanlage fuer ein kraftfahrzeug und verfahren zum ueberpruefen deren funktionstuechtigkeit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Tankentlüftungsanlage für ein Kraft­ fahrzeug und Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit einer solchen Anlage.

Stand der Technik

Eine Tankentlüftungsanlage weist generell einen Kraftstofftank und ein Tankentlüftungsventil auf, das mit dem Saugrohr einer Brennkraftmaschine verbunden ist, damit mit Hilfe des Unterdrucks im Saugrohr Kraftstoffdämpfe abgesaugt werden. Üblicherweise wird nicht unmittelbar das über dem Kraftstoff befindliche Volumen im Tank abgesaugt, sondern zwischen den Tank und das Tankentlüf­ tungsventil ist ein Adsorptionsfilter, üblicherweise ein Aktiv­ kohlefilter, zwischengeschaltet. Dieses Aktivkohlefilter adsor­ biert Kraftstoff in denjenigen Zeiträumen, in denen kein Absau­ gen vom Saugrohr her erfolgt, z. B. beim Stillstand der Brenn­ kraftmaschine oder dann, wenn aufgrund des aktuellen Betriebs­ zustandes das Tankentlüftungsventil geschlossen gehalten wird.

Es besteht die Gefahr, daß Tankentlüftungsanlagen undicht werden oder daß das Tankentlüftungsventil nicht ordnungsgemäß arbeitet. Derartige Anlagen sind daher während des Betriebs eines Kraft­ fahrzeugs wiederholt auf Funktionstüchtigkeit zu überprüfen.

Das wichtigste Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit einer Kraftfahrzeug-Tankentlüftungsanlage beruht auf einem Vor­ schlag der kalifornischen Umweltbehörde CARB. Nach diesem Ver­ fahren wird beim Öffnen des Tankentlüftungsventiles überprüft, ob ein Lambdaregler eine Korrektur in seinem Stellwert vornehmen muß. Dies ist immer dann der Fall, wenn aus der Tankentlüftungs­ anlage Luft mit Kraftstoffdampf angesaugt wird. Nun ist es jedoch so, daß das Adsorptionsfilter ganz regeneriert sein kann und daß der Kraftstoff im Tank völlig entgast ist. Dann wird beim Öffnen des Tankentlüftungsventils kein Kraftstoff zusätzlich zu demje­ nigen geliefert, der gemäß dem Stellwert der Lambdaregelung an die Einspritzventile der Brennkraftmaschine geliefert wird. In einem solchen Fall, in dem also kein Kraftstoff von der Tankent­ lüftungsanlage geliefert wird, also der Lambdaregler keine Kor­ rektur vornehmen muß, ist unklar, ob die Tankentlüftungsanlage undicht ist oder ob aus den genannten Gründen kein Kraftstoff geliefert wird. Um diese Frage entscheiden zu können, erfolgt gemaß dem bekannten Verfahren eine Auswertung des Signals vom Lambdaregler nur dann, wenn ein Kraftstofftemperaturfühler das Überschreiten einer vorgegebenen Kraftstoffmindesttemperatur anzeigt und ein Tankfüllstandssensor anzeigt, daß das Fahrzeug betankt wurde. Es wird davon ausgegangen, daß dann auf jeden Fall Kraftstoffdampf in der Anlage vorhanden sein müßte, der beim Öff­ nen des Tankentlüftungsventils angesaugt wird und dann zu einer Korrektur des Lambdareglers führt. Jedoch treten bei diesem Ver­ fahren immer wieder Fehlentscheidungen auf, wenn sich nämlich ausgegaster Kraftstoff im Tank befindet, ebensolcher Kraftstoff nachgetankt wird und das Adsorptionsfilter weitgehend regeneriert ist.

Demgemäß bestand weiterhin das Problem, ein Verfahren zum Über­ prüfen der Funktionstüchtigkeit einer Kraftfahrzeug-Tankentlüf­ tungsanlage anzugeben, das möglichst wenig unberechtigte Fehler­ meldungen ausgibt. Außerdem bestand das Problem, eine Tankent­ lüftungsanlage anzugeben, deren Funktionstüchtigkeit sich beson­ ders zuverlässig überprüfen läßt.

Darstellung der Erfindung Die erfindungsgemäße Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug weist folgende Teile auf:

• - einen Kraftstofftank,
• - ein Adsorptionsfilter, das mit dem Kraftstofftank über eine Filterleitung verbunden ist und das eine Belüftungsleitung mit einem steuerbaren Absperrventil aufweist,
• - und ein Tankentlüftungsventil, das über eine Ventilleitung das Adsorptionsfilter mit dem Saugrohr einer Brennkraftmaschine verbindet.

Diese Anlage unterscheidet sich von bekannten Anlagen dadurch, daß die Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters gesteuert ab­ sperrbar ist. Dies ermöglicht die im folgenden angegebenen er­ findungsgemäßen Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit der Anlage. Den Verfahren ist die Idee gemeinsam, daß sie die Absperrbarkeit der Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters aus­ nutzen.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen der Funktions­ tüchtigkeit einer Kraftfahrzeug-Tankentlüftungsanlage arbeitet so, daß

• - die Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters der Anlage abge­ sperrt wird,
• - das Tankentlüftungsventil der Anlage geöffnet wird,
• - und gemessen wird, ob sich im Tank Unterdruck aufbaut und, falls dies der Fall ist, auf Funktionstüchtigkeit der Anlage geschlossen wird.

Um nicht nur die Dichtheit der Anlage und die Unterdruck- Funktionsfähigkeit verschiedener Ventile, sondern die volle Funktionsfähigkeit aller Ventile überprüfen zu können, wird vorteilhafterweise zusätzlich so verfahren, daß

• - die Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters der Anlage abge­ sperrt wird,
• - das Tankentlüftungsventil der Anlage erst geöffnet wird, wenn sich im Tank ein Mindestüberdruck aufgebaut hat und die Brennkraftmaschine, an die die Anlage angeschlossen ist, mit kleinen Luftdurchsätzen arbeitet,
• - und überprüft wird, ob eine Lambdaregelung beim Öffnen des Tankentlüftungsventils eine Korrektur in Richtung Abmagerung ausführen muß und, falls dies der Fall ist, auf die Funk­ tionstüchtigkeit der Anlage geschlossen wird.

Die Absperrbarkeit der Belüftungsleitung ermöglicht es, aus­ reichend große Über- und Unterdrücke für ein besonders zuver­ lässiges Überprüfen der Funktionstüchtigkeit der Anlage ein­ zustellen.

Damit sich im Falle eines Fehlers des Absperrorgans für die Belüf­ tungsleitung keine zu großen Drücke aufbauen, weist das Absperr­ organ vorteilhafterweise Überdruck- und Unterdruck-Schutzventile auf. Die Funktionstüchtigkeit des Absperrorgans läßt sich dadurch überprüfen, daß beim Vorliegen von Unterdruck die Belüftungs­ leitung wieder freigegeben wird. Baut sich daraufhin der Unter­ druck ab, ist dies ein Zeichen dafür, daß das Absperrorgan ord­ nungsgemäß arbeitet.

Zeichnung

Fig. 1 schematische Darstellung einer Tankentlüftungs­ anlage mit einem Adsorptionsfilter mit absperrbarer Belüftungs­ leitung;

Fig. 2 schematische Darstellung eines bekannten Adsorp­ tionsfilters mit Rückschlagventilen, zum Erläutern, wie die Funk­ tionstüchtigkeit der Rückschlagventile des Filters überprüft wer­ den kann; und

Fig. 3 Flußdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit einer Kraftfahrzeug-Tankent­ lüftungsanlage, das sowohl mit einer Prüfung bei Unterdruck wie auch einer solchen bei Überdruck arbeitet.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt schematisch eine Tankentlüftungsanlage mit einem Kraftstofftank KT, einem Adsorptionsfilter AF und einem Tankent­ lüftungsventil TEV. Letzteres liegt in einer Ventilleitung VL, die das Adsorptionsfilter AF mit dem Saugrohr SR einer nicht dar­ gestellten Brennkraftmaschine verbindet. Die Ventilleitung mün­ det in Strömungsrichtung L angesaugter Luft hinter der Drossel­ klappe. Dadurch ist es möglich, einen relativ hohen Unterdruck in der Ventilleitung zu erzielen, um dadurch das Adsorptions­ filter AF wirksam zu spülen. Bei weitgehend geschlossener Dros­ selklappe und höheren Drehzahlen fällt der Unterdruck bis auf einige wenige 100 hPa.

Das Adsorptionsfilter AF wiederum ist mit dem Kraftstofftank KT über eine Filterleitung FL verbunden. Gast der Kraftstoff im Kraftstofftank, wird der ausgasende Kraftstoff von Aktivkohle im Adsorptionsfilter AF adsorbiert. Außer der eben genannten Fil­ terleitung FL und der Ventilleitung VL mündet noch eine Belüf­ tungsleitung BL in das Adsorptionsfilter AF. Durch diese Belüf­ tungsleitung BL strömt Luft, wenn das Adsorptionsfilter AF über die Ventilleitung mit dem Tankentlüftungsventil TEV abgesaugt wird. Dadurch wird die Aktivkohle regeneriert. In Stillstands­ phasen des Motors oder in Betriebsphasen, in denen das Tankent­ lüftungsventil geschlossen ist, kann die Aktivkohle dann wieder Kraftstoff aufnehmen.

Die in Fig. 1 dargestellte Tankentlüftungsanlage weist aufgrund noch zu beschreibender Bauteile einen Aufbau auf, der sich beson­ ders sicher auf Funktionstüchtigkeit überprüfen läßt. Diese zu­ sätzlichen Bauteile sind ein Differenzdruckmesser DDM, der den Differenzdruck im Tank gegenüber dem Atmosphärendruck mißt, und ein Absperrventil zum steuerbaren Absperren der Belüftungslei­ tung BL. Das Absperrventil AV läßt sich mit Hilfe eines Signals öffnen oder schließen, das von einem Steuergerät SG ausgegeben wird. Nach welchen Gesichtspunkten Signale ausgegeben werden, wird weiter unten anhand von Fig. 3 erläutert.

Damit sich in der Tankentlüftungsanlage kein zu hoher oder kein zu tiefer Druck aufbauen kann, wenn das Absperrventil AV nicht ordnungsgemäß arbeitet, mündet noch die Leitung einer Schutz­ ventilanordnung SVA in die Belüftungsleitung BL, welche Schutz­ ventilanordnung ein Überdruck- und ein Unterdruck-Schutzventil aufweist. Die Drücke in der Schutzventilanordnung sind so einge­ stellt, daß keine Beschädigungsgefahr für die Tankentlüftungs­ anlage wegen zu hoher oder zu niedriger Drücke entsteht.

Fig. 2 zeigt ein Adsorptionsfilter AF.2, das mit einer Rück­ schlagventilanordnung ausgestattet ist. Ein Tanksperrventil TSV sorgt dafür, daß Kraftstoffgas nur dann ins Adsorptionsfilter AF gelangt, wenn ein bestimmter Überdruck im Kraftstofftank KT über­ schritten wird, z. B. 30 hPa. Da dieses Tanksperrventil TSV das Belüften des Tanks bei Unterdruck verhindert, ist zusätzlich ein Tankbelüftungsventil TBV vorhanden, das z. B. bei einem Unter­ druck von 30 hPa im Tank öffnet. Um zu verhindern, daß Kraft­ stoffdampf aus dem Adsorptionsfilter AF in das Saugrohr SR aus­ dampfen kann, was insbesondere für Heißstarts einer Brennkraft­ maschine nachteilig wäre, ist ein Filtersperrventil FSV vorhan­ den, das den Weg in die Ventilleitung VL erst bei Unterschreiten eines gewissen Unterdrucks in dieser freigibt, z. B. bei einem Druckabfall auf weniger als 50 hPa.

In der Tankentlüftungsanlage gemäß Fig. 1 können verschiedene Fehler auftreten. So ist es bei sämtlichen Bauteilen möglich, daß sie undicht werden. Das Tankentlüftungsventil TEV und das Absperrventil AB können darüber hinaus funktionsuntüchtig werden. Beim Adsorptionsfilter AF.2 gemäß Fig. 2 können die Rückschlag­ ventile funktionsunfähig werden.

Anhand von Fig. 3 wird beispielhaft erläutert, wie die Funk­ tionsfähigkeit der Tankentlüftungsanlage gemäß Fig. 1 überprüft werden kann. Das Verfahren ermöglicht es auch, Fehler in einem Absorptionsfilter AF.2 gemäß Fig. 2, also mit Rückschlagventilen, aufzufinden.

Nach dem Start des Verfahrens gemäß Fig. 3 wird in einem Schritt s1 die Belüftungsleitung BL abgesperrt, was durch entsprechendes Ansteuern des Absperrventils AV erfolgt. Dieser Verfahrensschritt des Absperrens des Belüftungsventils ist ein entscheidender Schritt für alle im folgenden erläuterten Verfahrensvarianten.

In einem Schritt s2 wird abgefragt, ob eine Prüfung mit Unter­ druck in den Schritt s3 bis s9 ausgeführt werden soll. Eine solche Prüfung kann z. B. in festen Zeitabständen erfolgen. Soll keine Prüfung mit Unterdruck erfolgen, schließen sich an Schritt s2 Verfahrensschritte s10 bis s16 an, die Überdruck in der Anlage nutzen. Die Prüfung mit Hilfe von Überdruck kann ebenfalls in festen Zeitabständen erfolgen, oder anschließend an eine Prüfung mit Unterdruck.

Gemäß Schritt s3 wird das Tankentlüftungsventil TEV geöffnet. Da die Belüftungsleitung BL geschlossen ist, muß sich nun Unter­ druck in der Tankentlüftungsanlage aufbauen, sofern diese dicht ist. Um dies feststellen zu können, wird zunächst in einem Schritt s4 der vom Differenzdruckmesser DDM gemessene Druck abge­ fragt. Ergibt sich in einem Schritt s5, daß kein Unterdruck mit einem Absolutwert über einem vorgegebenen Schwellwert (z. B. 50 hPa (Unterdruck)) erhalten wird, wird in einem Schritt s6 eine Fehlermeldung ausgegeben. Bei gewissen Betriebszuständen kann eine Auswertung ausgeschlossen werden, z. B. Vollast, da dann im Saugrohr fast Atmosphärendruck herrscht und sich somit kein wesentlicher Unterdruck in der Tankentlüftungsanlage aufbauen kann.

Nach Ausgeben der Fehlermeldung im Schritt s6 wird das Ende des Verfahrens erreicht. Andernfalls folgt ein Schritt s7, in dem die Belüftungsleitung durch Öffnen des Absperrventils AV wieder freigegeben wird. In einem Schritt s8 wird überprüft, ob der vom Differenzdruckmesser DDM gemessene Wert des Unterdrucks fällt. Ist dies der Fall, wird das Ende des Verfahrens erreicht. Andern­ falls wird in einem Schritt s9 eine Fehlermeldung ausgegeben, die anzeigt, daß das Absperrventil AV nicht mehr ordnungsgemäß öffnet. Durch die Schritte s1-s9 ist eine Undichtheit und somit Fehlfunktion des Systems schon vollständig prüfbar.

Wird in Schritt s2 nach Ablauf der beschriebenen Überprüfung mit Unterdruck auf die Lambdakorrekturprüfung mit Überdruck um­ geschaltet, wird in einem Schritt s10 das Tankentlüftungsventil geschlossen, und die Belüftungsleitung BL wird durch Schließen des Absperrventils AV gesperrt. In einem Schritt s11 wird der vom Differenzdruckmesser DDM erfaßte Differenzdruck für den Kraftstofftank KT abgefragt. Anschließend wird überprüft (Schritt s12), ob ein Überdruck vorhanden ist, der über einer vorgegebenen Schwelle liegt, z. B. bei mehr als 30 hPa. Ist dies nicht der Fall, schließen sich die Schritte s11 und s12 wieder­ holt so lange an, bis ein Überdruck über der genannten Schwelle erreicht wird, oder bis in einem Schritt s13 zwischen den Schrit­ ten s12 und s11 festgestellt wird, daß eine Prüfendebedingung eingetreten ist. Hierbei kann es sich z. B. um das Ablaufen einer Zeitspanne seit dem Start des Überprüfens auf das Erreichen des vorgegebenen Überdrucks handeln. Die Prüfendebedingung kann je­ doch auch im Erreichen vorgegebener Betriebszustände bestehen. Tritt die Prüfendebedingung ein, wird unmittelbar das Ende des Verfahrens erreicht. Da unter Umständen (z. B. bei ausgegastem Kraftstoff) sich nie ein Überdruck aufbaut, kann es sein, daß die Druckschwelle nie erreicht wird. Die folgenden Prüfschritte liefern also nur noch zusätzliche Aussagen zur Unterdruckprüfung und genügen nicht als alleiniges Fehlerkriterium.

Sobald Schritt s12 ergibt, daß der vorgegebene Überdruck über­ schritten wurde, wird in einem Schritt s14 das Tankentlüftungs­ ventil TEV geöffnet. Dadurch wird der Brennkraftmaschine plötz­ lich Kraftstoff zusätzlich zu demjenigen zugeführt, der ohnehin eingespritzt wird. Die Lambdaregelung muß dann die einzuspritzen­ de Kraftstoffmenge verringern. In einem Schritt s15 wird über­ prüft, ob mit dem Öffnen des Tankentlüftungsventils in Schritt s14 eine Mager-Korrektur in der Lambdaregelung erforderlich wird. Ist dies der Fall, ist nochmals bestätigt, daß die Tankentlüf­ tungsanlage in erwarteter Weise Kraftstoff geliefert hat. Es wird dann das Ende des Verfahrens erreicht. Andernfalls wird in einem Schritt s16 eine Fehlermeldung ausgegeben. Wenn die voraus­ gehende Unterdruckprüfung schon einen Fehler ergab, ist nun nach­ gewiesen, daß die Verbindungsleitung Saugrohr - Tankentlüftungs­ ventil unterbrochen ist.

Wenn in Schritt s14 das Tankentlüftungsventil TEV geöffnet wird, baut sich in der Tankentlüftungsanlage ein Unterdruck auf. Der realisierbare Unterdruck reicht in der Regel aus, Kraftstoff im Kraftstofftank KT zum Verdampfen zu bringen und somit Kraftstoff durch die Ventilleitung VL in das Saugrohr SR zu liefern. Es ist jedoch zu beachten, daß der Unterdruck einige 10 hPa nicht unter­ schreiten darf, da ansonsten Implosionsgefahr für den Kraftstoff­ tank KT besteht. Der Unterdruck ist dementsprechend durch die Schutzventilanordnung SVA begrenzt. Um dennoch sicherzustellen, daß für die Lambdakorrekturprüfung bei funktionstüchtiger Tank­ entlüftungsanlage auf jeden Fall Kraftstoffdampf zur Verfügung stehen muß, wird die Prüfung nur ausgeführt, wenn zuvor Überdruck im Tank vorlag. Dieser Überdruck läßt sich jedoch, wie schon oben erwähnt, trotz gesperrter Belüftungsleitung BL nicht in allen Fällen gewährleisten.

Die vorgenannten Verfahrensabläufe prüfen zugleich die Funktions­ fähigkeit eines Adsorptionsfilters AF.2 mit Rückschlagventilen TSV, TBV und FSV gemäß Fig. 2. Stellt sich in Schritt s5 heraus, daß sich der erwartete Unterdruck aufbaut, ist dies ein Zeichen dafür, daß die Ventile TSV und FSV durchgängig sind. Stellt sich der erwartete Unterdruck nicht ein, ist entweder eines dieser beiden Ventile verstopft oder das Tankentlüftungsventil TEV oder die Anlage ist undicht. Steigt der Druck im Tank KT bei geöffne­ ter Belüftungsleitung BL über einen zulässigen Wert, ist das Rückschlagventil TSV verstopft. Sinkt der Druck im Tank bei ge­ öffneter Belüftungsleitung BL, zeigt dies an, daß das Tankbelüf­ tungsventil TBV verstopft ist. In entsprechender Weise ist auch eine Funktionsprüfung der Schutzventilanordnung SVA möglich; es dürfen keine Unterdrücke oder Überdrücke auftreten, deren Abso­ lutwerte die Werte der Schutzdrücke überschreiten.

Abschließend sei nochmals darauf hingewiesen, daß für die be­ schriebene Tankentlüftungsanlage wesentlich ist, daß sie eine absperrbare Belüftungsleitung aufweist und daß mit Hilfe dieser absperrbaren Belüftungsleitung Verfahren zum Überprüfen der Funk­ tionstüchtigkeit der Anlage möglich sind, die insbesondere mit Unterdruck, und eventuell zusätzlich mit Überdruck in der Anlage arbeiten. Von Bedeutung ist, daß nach beiden Seiten ausreichend hohe Drücke eingestellt werden und vor allem, daß steuerbar ist, ob Über- oder Unterdruck herrschen soll. Bei einer Tankentlüf­ tungsanlage mit einem Adsorptionsfilter AF.2 gemäß Fig. 2 mit Rückschlagventilen und ohne Absperrventil AV kann zwar ebenfalls Über- oder Unterdruck in einem Kraftstofftank KT herrschen, je­ doch können die Drücke nicht zuverlässig eingestellt werden. Basiert die Prüfung nur auf Kontrolle der Mager-Korrektur der Lambdaregelung bei Überdruck, ist z. B. nicht sicher, ob sich der Überdruck gegebenenfalls wegen einer Undichtheit nicht auf­ baut oder ob ausgegaster Kraftstoff im Tank ist.

Claims (6)

1. Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug, mit

• - einem Kraftstofftank (KT),
• - einem Adsorptionsfilter (AF; AF.2), das mit dem Kraftstofftank über eine Filterleitung (FL) verbunden ist, und das eine Belüf­ tungsleitung (BL) aufweist,
• - und einem Tankentlüftungsventil (TEV), das über eine Ventillei­ tung (VL) das Adsorptionsfilter mit dem Saugrohr (SG) einer Brennkraftmaschine verbindet,

dadurch gekennzeichnet, daß in der Belüftungsleitung (BL) des Adsorptionsfilters(AF; AF.2) ein steuerbares Absperrventil (AV) angeordnet ist.

2. Tankentlüftungsanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil (AV) mit Überdruck- und Unterdruck-Schutz­ ventilen (SVA) ausgestattet ist.

3. Verfahren zum Überprüfen der Funktionstüchtigkeit einer Kraft­ fahrzeug-Tankentlüftungsanlage mit einem Adsorptionsfilter mit Belüftungsleitung, das einen Kraftstofftank über ein Tankentlüf­ tungsventil mit dem Saugrohr einer Brennkraftmaschine verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters abgesperrt wird,
• - das Tankentlüftungsventil geöffnet wird,
• - und gemessen wird, ob sich im Tank Unterdruck aufbaut und, falls dies der Fall wird, auf Funktionstüchtigkeit der Anlage geschlossen wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beim Vorliegen von Unterdruck die Belüftungsleitung wieder freige­ geben wird und dann, wenn sich der Unterdruck abbaut, darauf ge­ schlossen wird, daß das Absperrventil für die Belüftungsleitung ordnungsgemäß arbeitet.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß

• - die Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters abgesperrt wird,
• - das Tankentlüftungsventil erst geöffnet wird, wenn sich im Tank ein Mindestüberdruck aufgebaut hat und die Brennkraft­ maschine mit kleinen Luftdurchsätzen arbeitet,
• - und überprüft wird, ob eine Lambdaregelung beim Öffnen des Tankentlüftungsventils eine Korrektur in Richtung Abmagerung ausführen muß, und, falls dies der Fall ist, auf Funktions­ tüchtigkeit der Anlage geschlossen wird.