DE4301230C2 - Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Prüfen von Steuerungssystemen für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein neues und verbessertes Verfahren zum Durchführen eines Testes eines Steuerungssystemes für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen und eine Vorrichtung, mit welcher das Verfahren durchgeführt werden kann.

Das Prüfen der funktionellen Systeme von Automobilen, Lastkraftwagen und dergleichen hat sich soweit entwickelt, daß außerordentlich hochentwickelte und detaillierte Tests durchgeführt werden können, so daß sichergestellt wird, daß sowohl die Bauteile eines Automobiles vom mechanischen und elektromechanischen Standpunkt aus richtig arbeiten, als daß auch das Systemverhalten in Einklang mit vorgeschriebenen Richtlinien ist, egal ob diese auf Bundes-, Staats- oder kommunaler Ebene erlassen worden sind. Die Bundesumweltschutzbehörde (Federal Environmental Protection Administration, EPA) hat z. B. umfangreiche Bestimmungen zur Begrenzung der Emissionen von Motorfahrzeugen erlassen. Typischerweise kann von einem Prüftechniker eine ganze Reihe von Tests unter Verwendung eines computergesteuerten Analysesystems mit Schnittstelle durchgeführt werden, welches im wesentlichen eine Echtzeitbewertung der zu prüfenden Parameter bereitstellt.

Ein Gebiet, auf welchem die Prüftechnologie hinterherhinkt, ist die Analyse des Systemes und der Bauteile, die zur Steuerung der Treibstoffverdunstung aus dem Treibstofftank und der verbundenen Leitungen in die Atmosphäre verwendet werden. Ein derartiger Verlust von Treibstoff ist sowohl verschwenderisch als auch umweltunverträglich, da der verdunstete Treibstoff zusätzlich zu der Erzeugung möglicher gefährlicher Situationen zur ungewollten Verschmutzung mit Kohlenwasserstoffen beiträgt. Deshalb hat die EPA Richtlinien erlassen, daß Steuerungssysteme für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen auf sauberen Betrieb hin untersucht werden.

Diese Untersuchungen wurden typischerweiseweise von Hand ohne die Vorteile automatisierter Prüfverfahren durchgeführt, die die Untersuchung vereinfachen und ein zuverlässigeres und reproduzierbares Ergebnis bereitstellen würden.

So ist z. B. aus der Druckschrift DE 40 30 948 C1 eine Vorrichtung zum Prüfen eines Steuerungssystems für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen bekannt, bei dem zur Beurteilung des Systems mittelbar der Inertgasanteil im Abgasstrang einer Brennkraftmaschine mittels eines Sauerstoffsensors erfaßt wird. Eine qualitative oder quantitative Beurteilung von möglichen Systemverlusten auf dem Weg dorthin ist nicht möglich.

Die Druckschrift EP 0 411 173 A1 zeigt eine Vorrichtung, bei der zusätzlich an einem Kraftstoffdampfspeicherausgang ein Strömungssensor vorgesehen ist. Dieser erfaßt nur die gesamte Strömung und eine Aussage über vorhandenes Inertgas ins daher nicht möglich.

Darüber hinaus ist aus der Druckschrift US 4 845 360 ein Verfahren zum Ermitteln von Leckagen in geschlossenen Systemen bekannt, bei dem ein Inertgas in das System eingebracht wird und in der Umgebung des Systems nach diesem Inertgas gesucht wird. Eine qualitative oder quantitative Beurteilung von möglichen Systemverlusten auf einem zu durchlaufenden Weg ist nicht möglich.

Die Druckschrift JP 3-26861 A zeigt schließlich eine Tankentlüftungsanlage, wobei zur Beurteilung des Steuerungssystems für die Treibstoffverdunstung nur ein Lambdasensor (Sauerstoffsensor) im Auspuffund ein Temperatursensor an einem Kanisterausgang vorgesehen sind.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Prüfen der Gesamtheit des Treibstoffverdunstungssystems eines Fahrzeuges bereitzustellen.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren bereitzustellen, welches in automatisierter und nicht störender Art und Weise durchgeführt werden kann.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren bereitzustellen, die in bestehenden Prüfsystemen und Prüfroutinen eingesetzt werden können.

Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine derartige Vorrichtung und ein derartiges Verfahren bereitzustellen, welche qualitative und quantitative Messungen in Bezug auf den Betrieb des Steuerungssystems für die Treibstoffverdunstung ermöglichen.

In Übereinstimmung mit den oben genannten und weiteren Zwecken und Merkmalen, umfaßt die Methode der vorliegenden Erfindung das Befüllen des Treibstoffsystems mit einem geeigneten, nicht reagierenden Gas, wie z. B. Helium. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Beladen des Systems fortgeführt, bis die Luft aus dem Treibstoffsystem vollständig entleert und durch das Inertgas ersetzt worden ist. Es kann dann ein Test zur Bestätigung der Unversehrtheit des Verdunstungssammelkanisters des Steuerungssystems durchgeführt werden. Der Motor wird dann angelassen und zu diesem Zeitpunkt können dann andere, typischerweise automatisierte Tests in Bezug auf den Motorenbetrieb durchgeführt werden. Während dieser Testzeit oder falls erwünscht, unabhängig davon, wird der Auspuff des Fahrzeuges auf die Gegenwart von Ladegas überwacht.

Insbesondere können die Motorbetriebsbedingungen, wie z. B. Belastung, Drehzahl oder dergleichen während des Überwachungsvorgangs variiert werden, um den sauberen Betrieb des Kanisterentleerungsventiles zu bestätigen. Die Gegenwart von Inertgas im Auspuff kann dazu verwendet werden, die Unversehrtheit der Leitungen in dem Steuersystem für Treibstoffverdunstung und den sauberen Betrieb der anderen Komponenten des Systems zu bestätigen. Unter Verwendung einer quantitativen Meßvorrichtung am Auspuff, die mit einer überwachten Einspritzung des Gases gekoppelt ist, wird die Menge des Gases, daß das System durch den Auspuff verläßt, mit derjenigen verglichen, die hineingelangt. Wenn das gewählte Gas nicht reagierend ist, spiegelt die Mengendifferenz die Systemverluste wider, so daß eine quantitative Messung derartiger Verluste durchgeführt werden kann. Derartige Analysen können konkurrierend mit anderen automatisierten Emissionstests durchgeführt werden, um eine vollautomatisierte und vollständige Analyse des Betriebs des Fahrzeugsystems bereitzustellen.

Ein umfassenderes Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Eigenschaften und Merkmale erhält man durch Beachtung der folgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten, jedoch lediglich illustrativen Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den beigefügten Fig. 1A und 1B, welche ein schematisches Diagramm der Vorrichtung zur Durchführung der vorliegenden Erfindung darstellt und die das dazugehörige Verfahren weiter erläutert.

Wie in den Figuren gezeigt, umfaßt das Treibstoffverdampfungssystem eines typischen Automobiles einen Treibstofftank 10 mit im wesentlichen gewöhnlichen Eigenschaften, der einen Treibstoffeinlaß 12 aufweist, der durch einen geeigneten, entfernbaren Tankverschlußdeckel oder -stopfen (nicht dargestellt) verschlossen werden kann. Da Benzin oder andere Kohlenwasserstofftreibstoffe flüchtig sind, füllt sich der Raum oberhalb des in dem Treibstofftank 10 befindlichen Treibstoffes sofort mit Treibstoffdämpfen, deren Menge von dem Treibstoff, der Temperatur und dem Umgebungsdruck abhängt. Wenn beispielsweise die Temperatur steigt, steigt auch die Menge und die Rate der Verdunstung, wodurch der Partialdruck des verdunsteten Treibstoffes in dem Tank steigt. Um zu vermeiden, daß sich ein übermäßiger Druck aufbaut, ist der Tankverschlußdeckel typischerweise mit einem Überdruckventil ausgestattet, welches es ermöglicht, daß der Tank in die Atmosphäre entlüftet wird, falls der Druck in dem Tank einen voreingestellten Wert übersteigt. Durch diese Entlüftung wird der Druck auf einen sicheren Wert abgesenkt, jedoch werden die Treibstoffdämpfe unmittelbar in die Atmosphäre abgelassen.

Um ein derartiges Entlüften zu begrenzen, ist der Treibstofftank 10 zusätzlich zu einer (nicht dargestellten) Treibstoffleitung, die zum Entzug von Treibstoff für die Verbrennung in den Zylindern ausgelegt ist, mit einer zweiten, typischerweise am Kopf des Tankes angeordneten Leitung 14 ausgerüstet, die zu dem Dunstsammelkanister 16 führt. Der Kanister 16 ist mit einem Adsorbens 18, typischerweise Aktivkohle, versehen, welches die Treibstoffdämpfe adsorbiert. Der Kanister kann mit gelochtem Boden oder mit einer anderen Entlüftungseinrichtung hergestellt sein, auf welchem das Adsorbens aufliegt, welches bei Expansion die Entlüftung von Luft (im Gegensatz zu Treibstoffdämpfen) aus dem Treibstofftank in die Atmosphäre zuläßt und welches weiterhin zuläßt, daß die umgebende Luft in den Kanister hineingesaugt wird, wie dies im folgenden beschrieben wird. Das Ausströmen von Treibstoffdämpfen durch den offenen Boden wird durch das Kohlenstoffgranulat 18, mit welchem die Dämpfe in Kontakt kommen und an welchem sie in dem Kanister adsorbiert werden, verhindert. Wenn also der Druck in dem Tank steigt, wird dieser durch die Entlüftung der in dem Treibstofftank befindlichen Luft in die Atmosphäre gesteuert, wogegen die Treibstoffdämpfe am Entweichen gehindert werden. Durch diesen Vorgang wird typischerweise die Betätigung des Überdruckventiles des Tankverschlußdeckels überflüssig.

Der Kanister 16 ist mit der Motorluft-Einlaßleitung 22 durch die Kanisterentleerungsleitung 24 verbunden, die mit dem Kanister 16 typischerweise durch ein Entleerungssteuerventil 26 verbunden ist. Das Ventil 26 wird typischerweise von einem Vakuum, welches durch den Betrieb des Motors erzeugt wird, gesteuert, so daß dieses Ventil 26 nicht geöffnet wird, bis der Motor läuft. Zu diesem Zweck ist das Ventil an eine Unterdruckquelle 27 zum Schalten des Steuerventils 26 angeschlossen.

Das Ventil kann weiterhin so ausgelegt sein, daß es sich bei einem bestimmten Unterdruck öffnet, der mit dem Motor zusammenhängt, wenn dieser eine voreingestellte Geschwindigkeit erreicht. Alternativ kann das Ventil unabhängig angetrieben und von dem Bord-Computersystem des Fahrzeuges gesteuert werden.

Wenn sich das Ventil 26 öffnet, ist der Druckabfall entlang des Lufteinlasses 22, der aufgrund des Luftstromes zu dem Motor entsteht, ausreichend, um den Inhalt des Kanisters durch das Ventil 26 und die Entleerungsleitung 24 in die Leitung 22 zu saugen, wo er sich mit der in der Leitung befindlichen Frischluft vermischt. Frischluft kann in den Kanister 16 durch den gelochten Boden 20 gesaugt werden und sich dort mit den adsorbierten Gasdämpfen mischen, die aus dem Kanister herausgesaugt werden. Die vermischten Gase in der Leitung 22 treten in den Motoreinlaßkrümmer 36 ein und werden dem Motor 38 zum Vermischen mit Treibstoff und zum Verbrennen zugeführt.

Die ausgestoßenen Gase des Verbrennungsprozesses werden in einem Auslaß- oder Auspuffkrümmer 40 gesammelt, durch einen Katalysator 42 geleitet und dann durch ein Auspuffrohr 44 in die Atmosphäre entlassen. Auf diese Art und Weise werden die Benzindämpfe verwertet, anstatt daß diese verloren gehen und in die Atmosphäre entlüftet werden.

Die vorliegende Erfindung umfaßt Einrichtungen, um das Treibstoffsystem in einer nicht-reagierenden, umweltverträglichen Art und Weise unter Druck zu setzen. Dann wird ein geeignetes Gas wie z. B. Helium in der Art in das Treibstoffsystem eingebracht, daß es die darin enthaltene Luft ersetzt. Ein unter Druck stehender Heliumzylinder 28 mit Druckregler 30 und Durchflußmesser 32 ist mit der Treibstoffeinlaßleitung 12 durch einen Verschluß 34 verbunden, der mit dem auf der Einlaßleitung sitzenden Tankverschluß kompatibel ist, um eine gasdichte Verbindung mit diesem herzustellen. Während die vorliegende Offenbarung die Verwendung des Edelgases Helium als Ladegas vorschlägt, ist zu bemerken, daß auch andere Gase oder Gasgemische anstelle von Helium verwendet werden können, solange sie nicht mit Benzin reagieren, nicht an dem Kohlenstoffgranulat 18 in dem Kanister 20 adsorbiert werden, während der Verbrennung des Treibstoff- Luft-Gemisches in den Motorenzylindern nicht reagieren, und nicht durch den Durchgang durch den Katalysator 42 angegriffen werden. Derartige Gase zum Zwecke der vorliegenden Offenbarung sollen als "inert" bezeichnet werden. Es wird erwartet, daß zumindest andere Edelgase für die Verwendung in Verbindung hiermit geeignet sind.

Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt das Einleiten von Helium in den Treibstofftank, in welchem es sich mit der darin befindlichen Luft mischt und von dort in den Kohlenstoffkanister 16 strömt. Da das Steuerventil für die Kanisterentleerung 26 geschlossen ist, wird der Druck, der in dem Treibstofftank und den angeschlossenen Leitungen durch das Einleiten des Heliums aufgebaut wird, durch den gelochten Boden 20 des Kanisters entlüftet. Ein Fühler 35 von bekannter Bauart kann in der Nähe des gelochten Bodens des Kanisters angeordnet werden, um den Ausfluß des Heliums zu erfassen und somit zu bestätigen, daß der Kanister richtig mit dem Treibstoffsystem verbunden und nicht blockiert ist. Das Einleiten von Helium kann noch für eine ausreichende Dauer fortgeführt werden, um die Luft vollständig aus dem Treibstoffsystem zu entleeren.

Nachdem die Unversehrtheit des Kanisters bestätigt worden ist, kann der Motor des Automobiles gestartet werden. Zu diesem Zeitpunkt kann eine Prüftechniker andere Tests wie z. B. Motor- und Abgastests unter Verwendung bekannter Verfahren und Technologien durchführen.

Wenn der Motor gestartet ist und läuft, öffnet sich das Entleerungs-Steuerventil 26 und saugt den Inhalt des Kanisters in die Treibstoffleitung 22 und anschließend in den Einlaßkrümmer 36 des Motors. Der Druck und die Durchflußrate der Heliumquelle kann durch den Regler 30 in Verbindung mit der Überwachung des Fühlers 34 eingestellt werden, um sicherzustellen, daß der Fluß des Inhalts des Kanisters 16 zum Motor gleich oder höher ist als das Einleiten von Helium in das System, so daß kein weiterer Heliumverlust durch den Boden des Kanisters in die Atmosphäre erfolgt. Es wird festgestellt, daß die Überwachung des Fühlers 35 zusammen mit der Steuerung der Durchflußrate des Heliums durch die Testvorrichtung in automatisierter Art und Weise unter Verwendung bekannter Techniken durchgeführt werden kann.

Weil das Helium oder ein anderes gewähltes Gas inert und in dem, in dem Motor ablaufenden Prozeß nicht reagiert, läuft es ohne Veränderung durch den Einlaßkrümmer 36, den Motor 38, den Auspuffkrümmer 40 und den Katalysator 42. Daher ist die Masse des Heliums, welches in das System durch die Einlaßleitung 12 eintritt, gleich der Masse des Heliums, welches durch die Auspuffleitung 44 austritt. Jeder Massenverlust offenbart ein Leck in dem System, wobei das Ausmaß des Verlustes die Größe des Lecks anzeigt.

Dementsprechend können in der vorliegenden Erfindung verschiedene Probenahmetechniken verwendet werden, von denen jede an der Auspuffleitung 44 durchgeführt werden kann. In einer ersten Ausführungsform sind qualitative Probenahmeeinrichtungen 46 bekannter Art vorgesehen, wobei durch die Anwesenheit von Helium im Auspuff die Unversehrtheit der Dunstleitungen in der Treibstoffverdunstungssteuerung festgestellt und bestätigt werden kann, daß der Kanister entleert worden ist. Der Zeitpunkt der ersten Anwesenheit von Helium in dem Auspuff, während die Drehzahl des Motors variiert wird, kann dazu verwendet werden festzustellen, daß das Entleerungsventil 26 mit der richtigen Geschwindigkeit arbeitet. In derartigen Tests muß nur ein Teil des Auspuffes beprobt werden.

In einer zweiten Ausführungsform wird der gesamte Auspuff oder ein exakt bestimmter Abschnitt des Auspuffs durch eine volumetrische Rückgewinnungseinrichtung 48 erfaßt. Die Konzentration des Heliums in dem Auspuff wird durch einen quantitaiven Analysierer 50 gemessen, wodurch der Massenstrom des Heliums aus dem Auspuff bestimmt werden kann. Dieser Wert wird verglichen mit dem Heliumfluß in dem Treibstofftank, wodurch eine quantitative Messung eines möglicherweise vorhandenen Lecks durchgeführt werden kann. Alternativ kann, wenn der Motor in einem stabilen Betriebszustand läuft, wenn also der Massenfluß pro Zeiteinheit konstant ist, eine Probe eines kontrollierten Volumens über eine kontrollierte Zeit genommen und mit dem Einlaßfluß über eine entsprechende Zeit zum Zwecke der Leckanalyse verglichen werden.

Durch die Verwendung einer bekannten automatisierten Probenerfassungs- und Analysentechnik können das Durchflußprobensystem und das Meßsystem alle an bekannte Motordiagnosesysteme und Computer angeschlossen werden. Dadurch kann der Probenahmevorgang automatisiert und nebeneinander mit anderen Tests des Automobiles durchgeführt werden.

Claims (10)

1. Vorrichtung zum Prüfen eines Steuerungssystemes für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen, mit einem Treibstofftank, mit einem Sammelkanister für Treibstoffdunst und mit einem Steuerventil für die Kanisterentleerung, wobei die Vorrichtung eine Inertgasquelle, Einrichtungen zum Verbinden der Quelle mit dem zu testenden Steuerungssystem für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen, Einrichtungen zum Überwachen des Flusses des Inertgases in das Steuerungssystem für die Treibstoffverdunstung, Einrichtungen zum Bestimmen der Unversehrtheit des Kanisters durch die Bestimmung des Ausflusses des Inertgases aus dem Kanister, und mit dem Auspuff des Automobiles zur Bestimmung der Anwesenheit des Inertgases in dem Motorauspuff verbundene Überwachungseinrichtungen aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der das Inertgas Helium ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Überwachungseinrichtungen für den Inertgasfluß Einrichtungen zum Bestimmen der Masse des in das Steuerungssystem für die Treibstoffverdunstung eintretenden Inertgases umfaßt und bei der die Einrichtungen zum Überwachen des Auspuffes Einrichtungen zum Bestimmen der Masse des den Auspuff passierenden Inertgases umfaßt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, die weiterhin Vorrichtungen zum Vergleichen der Masse des in das System gelangenden Inertgases mit der Masse des Inertgases in dem Auspuff zum Bestimmen des Ausmaßes des Lecks in dem System umfaßt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Verbindungseinrichtungen ein Verbindungsstück umfassen, welches so ausgebildet ist, daß es einen Einlaß für das Inertgas durch den Treibstoffeinlaß für den Treibstofftank bildet.

6. Verfahren zum automatischen Prüfen von Steuerungssystemen für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen, mit einem Treibstofftank, mit einem Sammelkanister für Treibstoffdämpfe und mit einem Kanisterentleerungsventil, welches die folgenden Schritte umfaßt:

• a) Verbinden des Steuerungssystemes für die Treibstoffverdunstung mit einer Inertgasquelle und Einleiten des Inertgases in dieses System, während der Fahrzeugmotor ausgestellt ist;
• b) Überwachung des Kanisters auf die Anwesenheit von Inertgas in diesem;
• c) Starten des Fahrzeugmotors und Laufenlassen des Motors in einer Weise, die das Öffnen des Steuerventiles für die Kanisterentleerung erlaubt; und
• d) Überwachen des Auspuffes des Fahrzeuges auf die Anwesenheit von Inertgas in diesem.

7. Verfahren nach Anspruch 6, in welchem der Schritt der Überwachung des Auspuffes das Vergleichen der Masse des Inertgases, welches den Auspuff verläßt, mit der Masse des in das System eintretenden Inertgases, wodurch ein Leck des Systems bestimmt werden kann, umfaßt.

8. Verfahren nach Anspruch 6, in welchem der Schritt des Startens und Laufenlassens des Motors das Variieren der Betriebsbedingungen des Motors und in welchem der Schritt der Überwachung des Auspuffes den Schritt der gleichzeitigen Überwachung der Motordrehzahl, wodurch die Geschwindigkeit, mit welcher sich das Entleerungssteuerventil öffnet, bestimmt werden kann, umfaßt.

9. Verfahren zum automatischen Prüfen von Steuerungssystemen für die Treibstoffverdunstung bei Fahrzeugen, mit einem Treibstofftank, mit einem Sammelkanister für Treibstoffdämpfe und mit einem Kanisterentleerungsventil, welches die folgenden Schritte umfaßt:

• a) Verbinden des Steuerungssystemes für die Treibstoffverdunstung mit einer Inertgasquelle und Einleiten des Inertgases in dieses System; und
• b) Laufenlassen des Fahrzeugmotors während der Überwachung des Auspuffs auf die Anwesenheit von Inertgas darin.

10. Verfahren nach Anspruch 9, in welchem der Überwachungsschritt das Variieren der Betriebsparameter des Motors und das Bestimmen des Verhältnisses zwischen den Parametern und der Anwesenheit des Inertgases in dem Auspuff umfaßt.