Das Folgende betrifft eine Tankentlüftungsanlage für ein
Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor sowie ein Verfah
ren und eine Vorrichtung zum Überprüfen der Dichtheit einer
derartigen Anlage.
Stand der Technik
Es ist bekannt, die Dichtheit einer Tankentlüftungsanlage
dadurch zu überprüfen, daß bei Betreiben eines Verbrennungs
motors mit Lambdaregler bei niederer Last untersucht wird,
ob aufgrund des ihm aus der Tankentlüftungsanlage zugeführ
ten Gases eine Magerkorrektur durch den Lambdaregler erfor
derlich ist. Dieses Verfahren ist insofern unzuverlässig,
als es durchaus möglich ist, daß der im Tank befindliche
Kraftstoff kaum gast, was zur Folge hat, daß beim Regenerie
ren des Adsorptionsfilters der Anlage die durch dieses Fil
ter gesaugte Luft nicht mit Kraftstoff beladen wird, weswe
gen dann der Lambdaregler eine Korrektur in Richtung Fett
vornehmen muß, um der aus der Tankentlüftungsanlage zuge
führten Luft Kraftstoff zuzusetzen.
Die Kalifornische Umweltbehörde (CARB) hat daher im Rahmen
eines Pflichtenhefts im Jahr 1989 vorgeschlagen, mit Hilfe
eines Füllstandsensors und eines Temperaturfühlers im Tank
zu ermitteln, ob das Kraftfahrzeug, an dem die Anlage ange
bracht ist, betankt wurde und ob der getankte Kraftstoff so
warm ist, daß ein Gasen desselben vermutet werden kann. Wenn
die Signale von diesen Meßfühlern im Tank anzeigen, daß ein
Zustrom von Kraftstoffdampf in die Tankentlüftungsanlage zu
erwarten ist, aber dennoch keine Magerkorrektur durch den
Lambdaregler festgestellt wird, ist dies als Zeichen für Un
dichtheit des Tanks zu werten. Dieses Verfahren hat den
Nachteil, daß dann, wenn die Temperatur, ab der Gasen des
Kraftstoffs vermutet wird, relativ hoch gewählt wird, bei
kalter Witterung und damit kaltem Kraftstoff über längere
Zeitspannen keine Untersuchung auf Dichtheit ausgeführt wer
den kann. Wird die genannte Temperaturschwelle niedriger
angesetzt, besteht die Gefahr, daß es zu einer Fehlaussage
betreffend die Dichtheit der Anlage kommt, wenn nämlich kein
Kraftstoffdampf entweicht, da im wesentlichen ausgegaster
Kraftstoff getankt wurde. Es wird dann fälschlicherweise
aufgrund der Meßdaten der Fühler im Tank ein Gasen des
Kraftstoffs angenommen, ein solches liegt aber tatsächlich
nicht vor und demgemäß kann auch vom Lambdaregler keine
Magerkorrektur vorgenommen werden.
In der älteren Anmeldung DE-A-40 03 751 ist eine Tankentlüf
tungsanlage beschrieben, die einen Druckdifferenzfühler am
Tank und ein Adsorptionsfilter mit sperrbarer Belüftungslei
tung aufweist. Um Dichtheit des Tanks zu überprüfen, wird
die genannte Belüftungsleitung gesperrt und dann wird bei
geöffnetem Tankentlüftungsventil untersucht, ob sich im Tank
ein Unterdruck gegenüber dem Umgebungsdruck aufbaut. Ist
dies der Fall, wird die Anlage als dicht beurteilt. In einer
Ausgestaltung des Verfahrens ist vorgesehen, dann beim Öff
nen des Tankentlüftungsventils auf eine Magerkorrektur durch
den Lambdaregler zu prüfen, wenn zuvor, also bei noch ge
schlossenem Tankentlüftungsventil, ein Überdruck im Tank
festgestellt wurde.
Trotz dieser bekannten und vorgeschlagenen Tankentlüftungs
anlagen und Verfahren und Vorrichtungen zum Überprüfen der
Dichtheit derselben bestand weiterhin der Wunsch, verbesser
te derartige Verfahren und Vorrichtungen sowie leicht und
sicher auf Dichtheit überprüfbare Tankentlüftungsanlagen an
zugeben.
Darstellung der Erfindungen
Das erfindungsgemäße Verfahren zum Überprüfen der Dichtheit
einer Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug mit einem
Verbrennungsmotor mit Lambdaregler, welche Anlage ein Ad
sorptionsfilter mit einer Anschlußleitung zu einem Tank und
einer Verbindungsleitung mit eingesetztem Tankentlüftungs
ventil zum Saugrohr des Motors aufweist, ist dadurch gekenn
zeichnet, daß
- - die Druckdifferenz zwischen Tankinnendruck und Umgebungs
druck gemessen wird,
- - beim Öffnen des Tankentlüftungsventils untersucht wird,
- - ob die Unterdruckdifferenz über einen Schwellwert steigt,
- - und ob eine Magerkorrektur durch den Lambdaregler erfor
derlich ist,
- - und dann auf Undichtheit der Anlage geschlossen wird, wenn
weder eine Magerkorrektur festgestellt wird, noch die Unter
druckdifferenz die genannte Schwelle überschreitet.
Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß sich
dann, wenn der Kraftstoff im Tank relativ wenig gast, ein
relativ hoher Unterdruck beim Öffnen des Tankentlüftungsven
tils einstellen muß, und daß, wenn dies nicht der Fall ist,
das Ausgasen des Kraftstoffs durch eine Magerkorrektur des
Lambdareglers feststellbar sein muß, vorausgesetzt, die An
lage ist dicht.
Wenn es aus Gründen der Dimenisonierung der Anlage und des
für die Messung gewählten Betriebszustandes des Motors er
forderlich ist, die Schwelle für die genannte Unterdruckdif
ferenz relativ niedrig zu wählen, besteht die Möglichkeit,
daß die Unterdruckdifferenz die Schwelle auch durch andere
Störeinflüsse überschreitet. Um derartige zufällige Überschreitungen
von solchen unterscheiden zu können, die durch
Öffnen des Tankentlüftungsventils bedingt sind, ist es von
Vorteil, eine Korrelation zwischen den Öffnungszeitspannen
des Tankentlüftungsventils und den Schwellwert-Überschrei
tungsereignissen zu bilden, um dann nicht bereits aus einem
einzigen Überschreiten auf Dichtheit des Tanks zu schließen,
sondern Dichtheit erst dann anzunehmen, wenn der Korrela
tionsfaktor einen vorgegebenen Wert überschreitet.
Um möglichst große Differenzen beim Öffnen des Tankentlüf
tungsventils zu erhalten, ist es von Vorteil, die Tankent
lüftungsanlage so auszubilden, daß die Anschlußleitung vom
Tank direkt mit der Verbindungsleitung zum Saugrohr verbun
den ist und von dieser Verbindung eine Zweigleitung T-förmig
in das Adsorptionsfilter führt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Überprüfen der Dicht
heit einer Tankentlüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug mit
einem Verbrennungsmotor mit Lambdaregler, welche Anlage ein
Adsorptionsfilter mit einer Anschlußleitung zu einem Tank
und einer Verbindungsleitung mit eingesetztem Tankentlüf
tungsventil zum Saugrohr des Motors aufweist, ist durch eine
Beurteilungseinrichtung gekennzeichnet, die einen Anschluß
zum Zuführen des Stellsignals des Lambdareglers, einen An
schluß zum Zuführen des Signals von einem Druckdifferenzfüh
ler am Tank und eine Schwellwert-Einstelleinrichtung zum
Einstellen eines Druckdifferenz-Schwellwertes aufweist, und
die so ausgebildet ist, daß sie ein Undichtheit des Tanks
anzeigendes Fehlersignal ausgibt, wenn weder das Signal vom
Stellsignal-Anschluß Magerkorrektur anzeigt noch das Signal
vom Druckdifferenzsignal-Anschluß den eingestellten Unter
druckdifferenz-Schwellwert überschreitet.
Zeichnung
Fig. 1 schematische Darstellung einer Tankentlüftungsanlage
mit Vorrichtung zum Überprüfen der Dichtheit derselben;
Fig. 2 und 3 schematische Darstellungen anderer Anschluß
möglichkeiten eines Adsorptionsfilters als in Fig. 1 darge
stellt; und
Fig. 4 und 5 Flußdiagramme zum Beschreiben eines Ausfüh
rungsbeispiels eines Verfahrens zum Überprüfen der Dicht
heit einer Tankentlüftungsanlage.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Die in Fig. 1 enthaltene Tankentlüftungsanlage an einem Ver
brennungsmotor 10 mit Saugrohr 11 weist eine Verbindungslei
tung 12 mit eingesetztem Tankentlüftungsventil 13 zwischen
dem Saugrohr 11 und einem Adsorptionsfilter 14.1 sowie eine
von letzterem zu einem Tank 15 führende Anschlußleitung 16
auf. Unten in das Adsorptionsfilter 14.1 mündet an seiner
Belüftungsseite eine Belüftungsleitung 17. Saugseitig, also
oben in der Darstellung, ist das Filter über eine Stichlei
tung T-förmig mit Verbindungsleitung 12 und Anschlußleitung
16 verbunden, die in geradem Durchgang ineinander übergehen.
Am Tank ist ein Druckdifferenzfühler 18 angebracht.
Am Motor 10 ist ein Drehzahlmesser 19 zum Bestimmen der
Drehzahl n desselben vorhanden. Im Saugrohr 11 befindet sich
ein Luftmassenmesser 20 zum Erfassen der in den Motor strö
menden Luftmasse. Der Luftmassenmesser liefert ein Lastsig
nal L, das zusammen mit der Drehzahl n zum Bestimmen des Be
triebszustandes des Motors 10 dient. Der Betriebszustand
hängt weiterhin von der Zeit t ab, nämlich dahingehend, daß
in einem festen Zeitraster abwechselnd ein Betrieb mit bzw.
ohne Tankentlüftung stattfindet.
Für den Betrieb mit bzw. ohne Tankentlüftung wird das Tank
entlüftungsventil 13 von einer Ansteuereinrichtung 21 in be
kannter Weise so angesteuert, daß für jeden Betriebszustand
des Motors ein zugehöriges Tastverhältnis des Ventils einge
stellt wird.
Kraftstoff wird dem Motor 10 über eine Kraftstoffzumeßein
richtung 22 zugemessen, die mit Hilfe von Werten aus einer
Kraftstoffzumeß-Vorsteuerung vorgesteuert und mit Hilfe
eines Lambdaregelfaktors FR und Adaptionswerten, die mit den
Vorsteuerwerten verknüpft werden, geregelt wird. In Fig. 1
sind die Adaptionsgrößen nicht veranschaulicht, sondern es
ist nur eine multiplikative Verknüpfung des Regelfaktors FR
von einem Lambdaregler 24 mit den Vorsteuerwerten darge
stellt. Der Lambdaregler 24 erhält unter anderem in bekann
ter Weise ein Signal von einer vor einem Katalysator 25 an
geordneten Lambdasonde 26.
Eine Beurteilungseinrichtung 27 weist einen ersten und einen
zweiten Eingangsanschluß 27.1 bzw. 27.2 auf. Dem ersten An
schluß wird das Stellsignal vom Lambdaregler 24, also der
Regelfaktor FR zugeführt, während der zweite Anschluß das
Druckdifferenzsignal DP vom Druckdifferenzfühler 18 erhält.
Innerhalb der Beurteilungseinrichtung 27 ist schematisch
eine Schwellwert-Einstelleinrichtung 28 zum Einstellen eines
Druckdifferenz-Schwellwertes dargestellt. Die Beurteilungs
einrichtung 27 gibt ein Fehlersignal FS aus, das Undichtheit
oder Verstopfung der Tankentlüftungsanlage anzeigt, wenn
weder das Signal vom Stellsignal-Anschluß 27.1 Magerkorrek
tur anzeigt noch das Signal vom Druckdifferenzsignal-An
schluß 27.2 den eingestellten Schwellwert überschreitet.
Anhand von Fig. 2 wird nun beschrieben, wie der Aufbau der
Tankentlüftungsanlage, insbesondere die Anschlußart des Ad
sorptionsfilters zu Problemen bei den Messungen der Mager
korrektur und der genannten Druckdifferenz führen kann.
Bei der in Fig. 2 dargestellten Anschlußart eines Adsorp
tionsfilters 14.2 geht die Anschlußleitung 16 nicht mehr
unmittelbar in die Verbindungsleitung 12 über, sondern sie
ist in das Adsorptionsfilter 12 hineingeführt, und zwar so
weit, daß sie noch ein Stück in die Aktivkohlefüllung 29 des
Filters eintaucht. Um noch im Tank 15 mit Hilfe des Druck
differenzfühlers 18 einen starken Unterdruck und damit ein
deutliches Meßsignal zu erhalten, wird man bestrebt sein,
die Verbindungsleitung 16 so weit oben wie möglich im Ad
sorptionsfilter münden zu lassen oder gar diese Leitung di
rekt in die Verbindungsleitung zu überführen, wie in Fig. 1
dargestellt. Abhängig von der Gesamtdimensionierung der Tank
entlüftungsanlage besteht jedoch hierbei die Gefahr, daß
eine aufgrund einer Tankerschütterung plötzlich anfallende
hohe Kraftstoffdampfmenge sehr schnell in das Saugrohr 11
einströmt, was zu Störungen in der Funktion des Motors 10
führen kann. Bei einer Kombination von Tankentlüftungsanlage
und Motor, die für derartige Störungen anfällig ist, wird
man daher bemüht sein, die Öffnung der Anschlußleitung 16 so
weit in die Aktivkohlefüllung 29 einzuführen, daß plötzlich
anfallende grobe Kraftstoffdampfmengen im wesentlichen an
der Aktivkohle adsorbiert werden, die demgemäß als Puffer
für Kraftstoffdampfströme dient. Um diese Pufferwirkung zu
erzielen, reicht gemäß bisherigen Versuchen ein geringfügi
ges Einführen der Anschlußleitung 16 in die Aktivkohlefül
lung 29, so daß an der Öffnung dieser Leitung im wesentli
chen noch der saugseitige Unterdruck herrscht, z. B. 90%
dieses Unterdrucks.
Während Fig. 2 die Anschlußart eines Adsorptionsfilters 14.2
für den Fall veranschaulicht, daß eine Motor/Tankentlüf
tungsanlagen-Kombination empfindlich ist für plötzlich anfal
lende Kraftstoffdampfmengen, veranschaulicht Fig. 3 eine
Anschlußart eines Adsorptionsfilters 14.3 für den entgegen
gesetzten Fall. Hier ist der Durchgriff von Verbindungslei
tung 12 und Anschlußleitung 16 zum Adsorptionsfilter noch
dadurch erschwert, daß nicht nur die Abzweigung wie in Fig.
1 vorhanden ist, sondern daß in diese auch noch eine Drossel
30 eingesetzt ist. Bei diesem Aufbau greift offensichtlich
der in der Verbindungsleitung 12 herrschende Druck besonders
stark in die Anschlußleitung 16 durch, und jede aus dem Tank
15 austretende Kraftstoffdampfmenge wird bei geöffnetem
Tankentlüftungsventil im wesentlichen unmittelbar in das
Saugrohr 11 überführt.
Fig. 4 und 5 veranschaulichen ein Verfahren zum Überprüfen
der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage gemäß Fig. 1. Das
Verfahren wird dann gestartet, wenn ein für die Messungen
geeigneter Betriebsbereich der Gesamtanordnung vorliegt,
insbesondere ein solcher mit hohen Luftdurchsätzen durch das
Tankentlüftungsventil 13. Das Verfahren wird einmal während
jedes Fahrtzyklus des Kraftfahrzeugs, an dem die Anlage an
gebracht ist, ausgeführt. Unter einem Fahrtzyklus wird z. B.
ein solcher Betriebszyklus des Verbrennungsmotors 10 ver
standen, bei dem eine vorgegebene Kühlwassertemperatur über
schritten wird.
Nach dem Start des Verfahrens werden zwei Teilverfahren ge
startet, nämlich eines zur Unterdruckprüfung (Fig. 4) und
eines zur Magerkorrektur- und Gesamtprüfung (Fig. 5).
Im Teilverfahren zur Unterdruckprüfung werden ein Zählwert Z
für Offen/Geschlossen-Vorgänge des Tankentlüftungsventils,
ein Zählwert OE für Offenereignisse und ein Zählwert GE für
Geschlossenereignisse jeweils auf Null gesetzt (Schritt s1).
Worum es sich bei diesen Ereignissen handelt, geht aus der
folgenden Beschreibung hervor. Nach diesen Initialisierungs
maßnahmen wird das Tankentlüftungsventil geöffnet und eine
Offenzeit von einigen Sekunden bis einigen 10 Sekunden, je
nach Dimensionierung der Tankentlüftungsanlage und für die
Messung gewähltem Betriebsbereich des Motors, gestartet
(Schritt s2). Nun wird die Druckdifferenz Dp zwischen Tank
innendruck und Umgebungsdruck gemessen (Schritt s3), und es
wird abgefragt, ob diese Druckdifferenz eine Schwelle Dp-SW
überschreitet (Schritt s4). Ist dies nicht der Fall, wird
abgefragt, ob die genannte Offenzeit abgelaufen ist (Schritt
s5), und falls dies nicht der Fall ist, werden die Schritte
s3 und s4 wiederholt. Ergibt sich hierbei, daß die Druckdif
ferenz die gesetzte Schwelle überschreitet, wird der Zähl
wert OE für Offenereignisse inkrementiert (Schritt s6).
Im Anschluß an Schritt s6 wird das Tankentlüftungsventil ge
schlossen und eine Schließzeit gestartet (Schritt s7), wel
che Schritte auch ergriffen werden, wenn sich in Schritt s5
ergibt, daß die Offenzeit abgelaufen ist, ohne daß ein Of
fenereignis festgestellt werden konnte. An Schritt 57
schliefen sich Schritte s8 bis s11 an, von denen die Schrit
te s8 und s9 mit den Schritten s3 und s4 identisch sind,
sich Schritt s10 von Schritt s5 dahingehend unterscheidet,
daß das Ende der Schließzeit statt der Offenzeit abgefragt
wird und bei noch nicht beendeter Schließzeit wieder zum
Schritt s8 zurückgekehrt wird, und daß in Schritt s11 gege
benenfalls der Zählwert GE für Geschlossenereignisse inkre
mentiert wird, wobei ein Geschlossenereignis dann vorliegt,
wenn trotz geschlossenem Tankentlüftungsventil der Diffe
renzdruck Dp die Schwelle Dp-SW überschreitet.
An Schritt s11 wie auch an Schritt s10, für den Fall, daß
während der Schließzeit kein Geschlossenereignis auftritt,
folgt ein Schritt s12, in dem der Zählwert Z inkrement wird.
Ergibt sich, daß der Zählwert Z einen Endwert ZE noch nicht
erreicht (Schritt s13). werden die vorstehend beschriebenen
Verfahrensschritte wiederholt. So werden z. B. zehn Offen/
Geschlossen-Zustände des Tankentlüftungsventils durchlaufen.
Ist die vorgegebene Zahl erreicht, wird der Korrelationsfak
tor FK zwischen Offenzeitspannen und Offenereignissen unter
Berücksichtigung der Geschlossenereignisse bestimmt. Wurden
z. B. acht Offenereignisse während zehn Offenzeitspannen,
aber kein Geschlossenereignis während Geschlossenzeitspannen
festgestellt, wird der Korrelationsfaktor zu 0,4 angesetzt.
Liegen dagegen auch acht Geschlossenereignisse vor, wird der
Korrelationsfaktor zu 0,8 ausgegeben. Er beträgt also Zahl
der Offenereignisse pro Offenzeitspanne plus Zahl der
Schließereignisse pro Schließzeitspanne geteilt durch Summe
der Offen- und Schließzeitspannen. Beliebige andere Korrela
tionsauswertungen, auch statistische, sind möglich.
Im parallelen Teilverfahren zur Magerkorrektur- und Gesamt
prüfung wird der tiefpaßgefilterte Regelungsfaktor gemessen
(Schritt s5.1), und es wird untersucht, ob bei Motorluftdurchsatz
Mot kleiner Schwelle der tiefpaßgefilterte Regelungsfaktor eine
Schwelle von z. B. 0,95 unterschritten hat, was eine Magerkorrektur
bedeutet (Schritt s5.2). Ist dies der Fall, wird das Verfahren über
Schritte s5.3 und s5.4 beendet, in denen die Unterdruckprüfung
abgebrochen und die Anlage als dicht beurteilt wird. Andernfalls
wird untersucht (Schritt s5.5), ob die Unterdruckprüfung abge
schlossen ist. Ist dies nicht der Fall, kehrt das Verfahren zu
Schritt s5.1 zurück. Andernfalls, u. U. nach erneutem Erreichen von
Schritt s5.5, wird überprüft (Schritt s5.6), ob der in Schritt s14
ausgegebene Korrelationsfaktor FK größer ist als ein Schwell
wertfaktor FK-SW von z. B. 0,75. Ist dies der Fall, wird das Ver
fahren wieder über Schritt s5.4 beendet, während es andern
falls über einen Schritt s5.7 beendet wird, in dem eine Feh
lerausgabe dahingehend erfolgt, daß gemeldet wird, daß die
Tankentlüftungsanlage undicht ist. Die Fehlerausgabe kann
z. B. im Ansteuern einer Signallampe und im Ablegen der Feh
lerart in einem Fehlerspeicher erfolgen. Durch das Aufleuch
ten der Signallampe wird der Fahrer darauf hingewiesen, daß
er möglichst bald eine Werkstatt aufsuchen soll, und diese
kann mit Hilfe des Speichereintrags die Fehlerart schnell
erkennen.
Schritt s5.4 der Meldung, daß die Tankentlüftungsanlage
dicht ist, dient im wesentlichen nur der Verdeutlichung des
Verfahrensablaufs und kann ohne weiteres entfallen, da ei
gentlich nur die Anzeige des Fehlerfalls (Schritt s5.7) in
teressiert. Weiterhin kann das eben beschriebene Verfahren
dahingehend abgeändert werden, daß nur eine einzige Druck
messung erfolgt, was insbesondere dann möglich ist, wenn
eine Anschlußart des Adsorptionsfilters gemäß Fig. 3 verwen
det werden kann. Weiterhin kann in Schritt s5.2 in verbes
serter Weise untersucht werden, ob sich der Regelfaktor FR
während der Tankentlüftungsphase in Richtung Mager änderte.
Es kann hier jedes beliebige Magerkorrektur-Prüfverfahren
verwendet werden.
Die vorstehend beschriebenen Anlagen, Vorrichtungen und Ver
fahren arbeiten genauso zuverlässig wie das eingangs ge
schilderte vorgeschlagene Verfahren mit einer absperrbaren
Belüftungsleitung am Adsorptionsfilter. Der Aufbau der Tank
entlüftungsanlage ist jedoch einfacher, da ein ansteuerbares
Absperrventil für die Belüftungsleitung nicht benötigt wird
und da darüber hinaus kein Unterdruck-Tankschutzventil, oder
nur ein sehr grob toleriertes, erforderlich ist.