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