DE4321694A1

DE4321694A1 - Verfahren zur Tankentlüftung

Info

Publication number: DE4321694A1
Application number: DE4321694A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Ing Denz; Andreas Dipl Ing Blumenstock
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1993-06-30
Filing date: 1993-06-30
Publication date: 1995-01-12
Also published as: SE9402304D0; FR2707565B1; SE508555C2; US5460142A; JPH0727025A; FR2707565A1; SE9402304L

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Entlüftung von Kraftstoff tanks bei mit Brennkraftmaschinen ausgerüsteten Kraftfahrzeugen. Bei bekannten Tankentlüftungsanlagen werden Kraftstoffdämpfe, die in dem Kraftstoffvorratsbehälter entstehen, in einem Aktivkohlefilter zwi schengespeichert und über ein Tankentlüftungsventil dem Saugrohr der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugeführt. Die DE OS 30 08 320 (US 4 318 383) beschreibt ein Verfahren, das eine Öffnung des Tank entlüftungsventils nur dann vorsieht, wenn eine gewisse Menge an verdampftem Kraftstoff im System vorhanden ist. Als Maß für diese Menge sieht diese Schrift die Temperatur des Kraftstoffs oder den Überdruck im Tankbereich vor. Es existieren gesetzgeberische Forde rungen zur Überwachung dieser emissionsrelevanten Vorrichtungen. Aus der DE OS 40 03 751 (US 5 193 512) ist eine Tankentlüftungsanlage bekannt, die mit einem Absperrventil in der Belüftungsleitung des Aktivkohlefilters ausgerüstet ist. Durch gezieltes Öffnen und Schließen dieses Absperrventils lassen sich je nach Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils sowohl Überdrücke als auch Unterdrücke in der Tankentlüftungsanlage einstellen. Die Auswertung dieser Druckän derungen, erfaßt durch einen Differenzdrucksensor am Tank, ermög licht Aussagen über die Funktionsfähigkeit der Tankentlüftungsanla ge. Bei der Spülung des Aktivkohlefilters mit Frischluft (Regenerie rung) bei geöffnetem Absperr- und getaktet geöffnetem Tankentluf tungsventil kann nun folgendes Problem auftreten. Zunächst hat der Strömungswiderstand der Aktivkohle im Aktivkohlefilter einen Druck abfall am Aktivkohlefilter zur Folge. Bei vorgegebener Saugleistung, bestimmt durch den Saugrohrunterdruck, den Öffnungsquerschnitt des Tankentlüftungsventils und die Leitungsgeometrie, wird dieser Druck abfall umso größer, je größer der Strömungswiderstand der Aktivkohle ist. Erhöht sich dieser Widerstand, bspw. durch Alterung, so sinkt der Absolutdruck auf der Saugseite des Aktivkohlefilters und damit auch im Kraftstoffvorratstank ab. Dadurch kann zum einen der Tank selbst beschädigt werden und zum anderen ist ein niedriger Absolut druck im Tank unerwünscht, da er die Ausgasung von Kraftstoff för dert. Zur Vermeidung dieser Nachteile ist es bekannt, einen zusätz lichen Strömungswiderstand beispielsweise in Form einer Strömungs drossel in der Verbindung des Aktivkohlefilters zum Saugrohr anzu ordnen.

Der Anmeldungsgegenstand verbessert diesen Stand der Technik, indem er zur Steuerung eines Tankentlüftungssystems, das

- bei einer Brennkraftmaschine verwendet wird und bei dem
- ein Kraftstofftank über ein Leitungssystem mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden ist, und das
- mit einem Sensor ausgestattet ist, dessen Signal ein Maß für den Druck innerhalb des Kraftstoffvorratstanks ist, und bei dem
- das Leitungssystem mit einem Tankentlüftungsventil ausgestattet ist, dessen Öffnungszustand wenigstens in Abhängigkeit von dem genannten Maß eingestellt wird, die Einstellung so vornimmt, daß der Druck innerhalb des Kraftstofftanks oberhalb eines vorgebba ren Schwellwerts bleibt, der niedriger ist als der Umgebungsdruck.

Mit anderen Worten: Erfindungsgemäß wird die Spülrate, das heißt der Gasvolumenstrom durch das Tankentlüftungsventil, so begrenzt, daß der Tankdruck nicht unter eine vorgebbare Druckschwelle sinkt, gleichbedeutend damit, daß der Betrag der Differenz zwischen Umge bungsdruck und Tankdruck nicht über eine vorgebbare Druckschwelle steigt. Dadurch kann die Öffnung des Tankentlüftungsventils an die mit zunehmender Alterung des Aktivkohlefilters veränderlichen Strö mungsverhältnisse angepaßt werden. Außerdem kann die weiter oben er wähnte Strömungsdrossel wegfallen. Statt dessen wirkt das Tankentlüf tungsventil gewissermaßen als regelbare Strömungsdrossel zur Vermei dung kritischer Unterdrücke. Dadurch wird der Tank vor Beschädigung geschützt und die Ausgasung von Kraftstoff im Tank wird verringert. In einer vorteilhaften Ausgestaltung ermöglicht die Erfindung über dies eine Diagnose von graduell oder vollständig verstopften Bauele menten oder eines defekt geschlossenen Absperrventils in dem vom Spülluft durchströmten Bereich des Tankentlüftungssystems zwischen Umgebungsluft und Aktivkohlefilter einschließlich des Aktivkohlefil ters, ohne daß bei den zur Diagnose durchgeführten Verfahrensschrit ten kritisch niedrige Absolutdrücke auftreten. Diese Fehler lassen sich nach dem Anmeldungsgegenstand während der normalen Regenerie rung in Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine ohne spezielle Test funktion erkennen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezug nahme auf die Zeichnungen erläutert. Darin zeigt:

Fig. 1 eine Tankentlüftungsanlage, wie sie in den Grundzügen be reits aus dem Stand der Technik bekannt ist,

Fig. 2 die Grundfunktion eines Steuergeräts, wie es zur Durchfüh rung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignet ist,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung, gegliedert in Funktionsblöcke,

Fig. 4 ein Flußdiagramm des ersten Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 die Abhängigkeit des Volumenstroms durch das Tankentlüf tungsventil vom Differenzdruck am Tankentlüftungsventil,

Fig. 6 ein zur Durchführung des genannten Diagnoseverfahrens erwei tertes Ausführungsbeispiel, gegliedert in Funktionsblöcke, und

Fig. 7 ein Flußdiagramm des zweiten Ausführungsbeispiels.

Die Fig. 1 zeigt einen Kraftstofftank 1, einen Aktivkohlefilter 2, ein Tankentlüftungsventil 3, ein Absperrventil 4 in der Belüftungs leitung des Aktivkohlefilters 2, einen Luftfilter 5, ein Steuergerät 6, ein Saugrohr 7 einer Brennkraftmaschine, herausgehoben eine Strö mungsdrossel 8, die nach dem Stand der Technik verwendet wird, sowie einen am Tank 1 angeordneten Differenzdrucksensor 9 sowie ein Mittel 6a zur Anzeige oder Speicherung von festgestellten Fehlern. Die Grundfunktion einer vergleichbaren Anordnung ist bereits weiter oben erläutert worden. Erfindungswesentlich ist hier, daß das Tankentlüf tungsventil 3 vom Steuergerät 6 nicht nur in Abhängigkeit von Be triebsparametern der Brennkraftmaschine wie Last Q, Drehzahl n und Temperatur T angesteuert wird, sondern daß dazu zusätzlich das Signal PTist des Differenzdrucksensors 9 so verwendet wird, daß der Druck im Kraftstofftank 1 bei geöffneten Ventilen 3 und 4 einen vor gebbaren Minimalwert zumindest im zeitlichen Mittel nicht unter schreitet.

Fig. 2 zeigt das Steuergerät 6 aus der Fig. 1 als Funktionsschau bild. Einem Eingabeblock 10 werden die genannten Signale T, Q, n und PTist zugeführt. Diese Signale werden in einer Recheneinheit 12 un ter Zuhilfenahme eines im Speicher 13 abgelegten Programms weiter verarbeitet und über den Ausgabeblock 11 als Signale tvtev (Tastver hältnis Tankentlüftungsventil) zur Ansteuerung des Tankentlüftungs ventils und/oder als Fehlersignale FS1, FS2 zur Ansteuerung des Mittels 6a, bspw. einer Fehlerlampe, ausgegeben.

Die Funktionsblockdarstellung der Fig. 3 zeigt eine Vergleichsstel le 11, einen PI-Regler, gebildet aus einem I-Block 12, einem P-Block 13 und einer Summationsstelle 14, einen Begrenzungsblock 15, einen Kennfeldblock 16, eine weitere Vergleichsstelle 15 sowie einen Block 17, der das Tastverhältnis tvtev, mit dem das Tankentlüftungs ventil angesteuert wird, herausgibt.

Zur Bildung dieses Tastverhältnisses wird zunächst aus dem Block 16 ein Wert VtevV (Volumenstrom durch das Tankentlüftungsventil-Vor steuer) ausgelesen. In dem Verknüpfungsmittel 15 wird dieser Vor steuerwert mit einem Wert dVtev (delta-Volumenstrom durch das Tank entlüftungsyentil) verknüpft, der kleiner oder gleich Null sein kann und der die Druckverhältnisse im Tank berücksichtigt.

Bspw. sei der Absolutdruck im Tank PTist während der Regenerierung, d. h. bei geöffneten Ventilen 3 und 4, höher als ein minimal zulässi ger Referenzdruck PTref. Dieser Fall ist für gute Durchlässigkeit des Tankentlüftungssystems zwischen Belüftungsleitung bis ein schließlich des Aktivkohlefilters typisch. Dann ist die Differenz dPT=PTist-PTref positiv, der Block 15 liefert dem Eingang des Reg lers (12, 13, 14) eine 0 als Signal, der Ausgang des Reglers bleibt auf seinem Wert, der bei guter Durchlässigkeit ebenfalls 0 beträgt, und der aus dem Kennfeld 16 ausgelesene Wert VtevV für den Regene riergasstrom durch das Tankentlüftungsventil wird in dem Ver knüpfungsmittel 15 nicht reduziert.

Bei zunehmender Verstopfung bspw. des Aktivkohlefilters sinkt der Druck PTist unter den minimal zulässigen Wert PTref, die Differenz dPT wird negativ, der Begrenzungsblock 15 liefert ein negatives Signal an den Regler (12, 13, 14), dieser gibt daraufhin ein Signal dVtev (Deltavolumenstrom durch das Tankentlüftungsventil) heraus, das kleiner als 0 ist. Als Folge wird der Vorsteuerwert VtevV in dem Verknüpfungsmittel 15 auf einen kleineren Wert Vtevb (Volumenstrom durch das Tankentlüftungsventil-begrenzt) begrenzt. Der letztgenann te Wert wird in dem Block 17 in ein Tastverhältnis tvtev zur An steuerung des Tankentlüftungsventils umgewandelt.

Mit anderen Worten: Sinkt der Istwert PTist bspw. durch einen mit zunehmender Alterung steigenden Strömungswiderstand des Aktivkohle filters auf kritisch niedrige Werte, so wird letztlich das Tastver hältnis zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils verkleinert. Mit der Verkleinerung des Tastverhältnisses erhöht sich gewissermaßen der Widerstand des als Strömungsdrossel wirkenden Tankentlüftungs ventils.

Bei intakter Belüftung bleibt der Tankdruck PTist größer als der Referenzwert PTref, die Differenz dPT bleibt dementsprechend größer Null und der Vorsteuerwert VtevV wird in diesem Fall nicht begrenzt. Mit anderen Worten: Der Strömungswiderstand des Tankentlüftungsven tils wird in diesem Fall nicht erhöht.

Die Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm, mit dem der beschriebene Funk tionsablauf beispielsweise mit einem Steuergerät nach Fig. 2 reali siert werden kann. In einem Schritt S1 wird die Differenz dPT = PTist - PTref gebildet. Ist diese Differenz kleiner als Null, so verzweigt Schritt S2 zu Schritt S4 und es wird ein negativer Wert X = -1 an Schritt S5 übergeben. In diesem Schritt wird ein Mittel wert M(x) von x-Werten aus mehreren Durchläufen gebildet. M(x) ist kleiner Null, wenn der Istwert für den Tankdruck PTist im zeitlichen Mittel unter seinen Referenzwert PTref liegt. In diesem Fall wird in einem Schritt S7, je nach dem ob die Verknüpfung im nachfolgenden Schritt S9 additiv oder multiplikativ erfolgen soll, der Wert dVtev auf Werte kleiner Null oder kleiner Eins beschränkt. Ist M(x) größer Null, so wird in einem Schritt S8 das neutrale Element der Ver knüpfung nach S9 ausgegeben, nämlich 1, falls die Verknüpfung multi plikativ erfolgt und 0, falls die Verknüpfung additiv erfolgt. In einem Schritt S9 wird ein begrenzter Vtevb als Summe oder als Pro dukt der Werte VtevV und dVtev gebildet. Im Schritt S10 wird das Tastverhältnis tvtev zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils als Funktion des Ergebnisses aus Schritt S9 bestimmt und in Schritt S11 an das Tankentlüftungsventil ausgegeben.

Mit anderen Worten: Sobald der Absolutdruck PTist im Tank einen minimal zulässigen Wert PTref im zeitlichen Mittel unterschreitet, wird das Tastverhältnis tvtev verkleinert und damit die Drosselwir kung des Tankentlüftungsventils vergrößert. Die am Tank wirkende Saugleistung wird damit letztlich so verkleinert, daß der Istwert des Tankdrucks, abgesehen von Schwankungserscheinungen, nicht unter den minimal zulässigen Referenzwert fällt.

Die Fig. 5 zeigt den Volumenstrom durch das Tankentlüftungsventil VTEV über den Differenzdruck am Tankentlüftungsventil DPTEV für ein festes Tastverhältnis mit willkürlichem Maßstab. Man erkennt, daß oberhalb eines Mindestdifferenzdrucks PSW der Volumenstrom durch das Tankentlüftungsventil vergleichsweise unabhängig vom Differenzdruck am Tankentlüftungsventil wird. Das im folgenden im Zusammenhang mit der Fig. 6 beschriebene Diagnoseverfahren soll nur in dem vom Differenzdruck unabhängigen Teil der Kennlinie durchgeführt werden.

Von der Marke A in der Fig. 6 aus wird das in der Fig. 3 beschriebe ne Signal dVtev weiter verarbeitet. Über die Darstellung der Fig. 3 hinaus umfaßt die Anordnung der Fig. 6 einen Funktionsblock 18, Und-Glieder 20 und 21 sowie Mittel 22 bis 25 zur Abfrage von Schwellwerten. Der Funktionsblock 18 liefert eine Aussage darüber, in welchem Teil der Tankentlüftungsventilkennlinie aus Fig. 5 gera de gearbeitet wird. Dazu kann der Differenzdruck dPtev am Tankent lüftungsventil direkt gemessen und mit einem Schwellwert PSW vergli chen werden, ein Wert für diesen Differenzdruck kann aber auch aus Betriebsparametern der Brennkraftmaschine wie Last Q und Drehzahl n nachgebildet werden. Beispielsweise ist bei voll geöffne ter Drosselklappe der Saugrohrunterdruck so gering, daß nur geringe Differenzdrücke am Tankentlüftungsventil auftreten. In diesem Fall gibt das Mittel 18 eine 1, andernfalls eine 0 aus. Ist der Ausgang gleich 1, sind auch Grundbedingungen, die durch die Und-Glieder 20 und 21 repräsentiert werden, nicht erfüllt, und Fehlersignale FS1, FS2 werden nicht ausgegeben. Mit anderen Worten: Das Diagnoseverfah ren wird nur im waagerechten Teil der Kennlinie nach Fig. 5 ausge führt.

Wenn dies der Fall ist und der Wert dVtev einen vorbestimmten Schwellwert SW2 (Mittel 22) für eine Zeitdauer, die eine Zeit schwelle ZS2 (Mittel 24) überschreitet, so wird ein Fehlersignal FS2 ausgegeben, das bspw. eine Fehlerlampe 6a aus der Fig. 1 einschal tet. Die Schwellwerte SW2 und ZS2 können beispielsweise so bemessen werden, daß das Fehlersignal FS2 erst bei nahezu vollständiger Blockade der Belüftung, beispielsweise durch ein defektes Absperr ventil 4 oder eine zusammengebackene Aktivkohle im Aktivkohlefilter 2 ausgegeben wird. Es ist darüber hinaus unter Umständen auch sinn voll, differenzierte Fehlermeldungen FS1, FS2 herauszugeben. So kann es beispielsweise bei einer mit einem Luftfilter 5 in der Belüf tungsleitung des Aktivkohlefilters ausgerüsteten Tankentlüftungsan lage zu einer graduellen Verstopfung dieses Luftfilters kommen. Zur Detektion dieses Zustandes kann ein Schwellwert SW1 kleiner SW2 und ein Zeitschwellwert ZS1 vorgesehen werden, die bei entsprechenden Überschreitungen (Mittel 23, 20, 25) das Ausgeben eines Fehler signals FS1 triggern. Dieses Signal kann dazu benutzt werden, den fälligen Wechsel des Luftfilters beim nächsten Kundendienst anzuzei gen, ohne daß die Fehlerlampe (wie im Fall FS2) eingeschaltet wird.

Die Fig. 7 zeigt ein Flußdiagramm zur Durchführung des Diagnosever fahrens mittels eines Steuergerätes gemäß Fig. 2. In einem Schritt S12 werden verschiedene Werte aktualisiert. Im Schritt S13 wird ge prüft, ob die zur Diagnose bevorzugten Randbedingungen erfüllt sind. Wie bereits im Zusammenhang mit Fig. 6 erläutert, sollte dazu der Differenzdruck dPtev einen vorbestimmten Schwellwert PSW überschrei ten und das Signal dVtev sollte negativ sein. Mit anderen Worten: Das Diagnoseverfahren wird nur im waagerechten Teil der Kennlinie nach Fig. 5 ausgeführt. Unterschreitet der Wert dVtev, der gewisser maßen ein Maß für den erhöhten Strömungswiderstand der Tankentlüf tungsanlage darstellt im Schritt S14 einen Schwellwert SW2, so wird ein Zählerstand t2 inkrementiert (Schritt S15). Übersteigt dieser Zählerstand einen Zeitschwellwert ZS2 im Schritt S16, so wird in Schritt S17 ein Fehlersignal FS2 ausgegeben.

Wird dagegen die Abfrage im Schritt S14 verneint, so wird der Zäh lerstand t2 in Schritt S23 neu initialisiert, d. h. t = 0 gesetzt. Daran schließen sich sich Schritte S18 bis S21 an, die in zu den Schritten S14 bis S17 analoger Weise zur Ausgabe eines Fehlersignals FS1 führen, das einen fälligen Wechsel des Luftfilters 5 anzeigt.

Insgesamt wird diese Diagnoseroutine bis zur Ausgabe eines Fehler signals FS1 oder FS2 durchlaufen, sofern nicht vorher im Schritt S13 festgestellt wird, daß die Diagnose-Randbedingungen nicht mehr er füllt sind oder daß die Abfrage in Schritt S18 verneint wird. In beiden Fällen wird die Zählvariable T2 neu initialisiert (S22, S23).

Claims

1. Verfahren zur Steuerung eines Tankentlüftungssystems, das

- bei einer Brennkraftmaschine verwendet wird und bei dem
- ein Kraftstofftank (1) über ein Leitungssystem mit dem Saugrohr (7) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und das
- mit einem Sensor (9) ausgestattet ist, dessen Signal (PTist) ein Maß für den Druck innerhalb des Kraftstoffvorratstanks ist, und bei dem
- das Leitungssystem mit einem Tankentlüftungsventil (3) ausgestat tet ist, dessen Öffnungszustand wenigstens in Abhängigkeit von dem genannten Maß eingestellt wird,

dadurch gekennzeichnet, daß

- ein Schwellwert für den Druck im Tank vorbestimmt wird, der nied riger als der Umgebungsdruck ist, und daß
- die Einstellung so erfolgt, daß der Druck innerhalb des Kraft stofftanks oberhalb des vorbestimmten Schwellwerts bleibt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schwellwert als Absolutdruckwert oder als Differenz zum Umgebungs druck vorbestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ein stellung des Öffnungszustandes des Tankentlüftungsventils als erster Wert ein Vorsteuerwert (VtevV) abhängig von Betriebsparametern (n, Q, T) der Brennkraftmaschine gebildet wird, daß aus dem genannten Maß ein zweiter Wert (dVtev) erzeugt wird, der mit dem genannten er sten Wert zu einem dritten Wert (Vtevb) verknüpft wird, der kleiner oder gleich dem genannten ersten Vorsteuerwert ist und daß der Öff nungszustand des Tankentlüftungsventils durch den dritten Wert (Vtevb) bestimmt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das ge nannte Maß zur Bildung des zweiten Wertes (dVtev), der mit dem ge nannten ersten Vorsteuerwert zu einem dritten Wert (Vtevb) verknüpft wird, der kleiner oder gleich dem genannten ersten Vorsteuerwert ist, wenigstens gemittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der ge mittelte Wert begrenzt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die ge nannte Verknüpfung additiv oder multiplikativ erfolgt.

7. Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungssystems, das

- bei einer Brennkraftmaschine verwendet wird und bei dem
- ein Kraftstofftank (1) über ein Leitungssystem mit dem Saugrohr (7) der Brennkraftmaschine verbunden ist, und das
- mit einem Sensor (9) ausgestattet ist, dessen Signal (PTist) ein Maß für den Druck innerhalb des Kraftstoffvorratstanks ist, dadurch gekennzeichnet, daß
- ein Schwellwert für den Druck im Tank vorbestimmt wird, der nied riger als der Umgebungsdruck ist, und
- daß ein wenigstens in Abhängigkeit von dem genannten Maß gebilde ter Wert (dVtev) mit wenigstens einem Schwellwert (SW1, SW2) ver glichen wird und daß bei Überschreiten des wenigstens einen Schwellwerts ein Fehlersignal (FS1, FS2) ausgegeben wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß ein Feh lersignal nur ausgegeben wird, wenn die Dauer der Überschreitung des wenigstens einen Schwellwerts (SW) einen Zeitschwellwert (ZS) über schreitet.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste kleinere Schwelle eine Werkstattmeldung "Filterwechsel" signalisiert.

10. Verfahren nach 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite größe re Schwelle einen Fehler im System signalisiert und ggf. zum Ein schalten einer Fehlerlampe führt.