DE60131484T2

DE60131484T2 - Überprüfung der Integrität eines Brennstoffdampfbehandlungssystems mit Temperaturkompensation

Info

Publication number: DE60131484T2
Application number: DE60131484T
Authority: DE
Inventors: William John Hinckley Corkill
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Jaguar Land Rover Ltd
Priority date: 2000-02-22
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2008-07-03
Anticipated expiration: 2021-02-20
Also published as: EP1130248A3; US6216674B1; EP1130248A2; DE60131484D1; EP1130248B1

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug mit einer Borddiagnose zur Prüfung der Ganzheit bzw. Unversehrtheit der Kraftstoffdampfrückgewinnung.
Hintergrund der Erfindung
Kraftstoffsysteme für Fahrzeuge müssen Kraftstoffdampfemissionen klein halten. Dies geschieht durch das Sammeln von aus dem Kraftstofftank austretenden Dämpfen in einem Entgasungsbehälter mit Aktivkohle zur Absorption der Dämpfe. Der Behälter wird entleert, wenn der Motor läuft, wobei der Ansaugkrümmerunterdruck genutzt wird. Das System ist bis auf die Entlüftung an die Atmosphäre über den Entgasungsbehälter dicht abgeschlossen. Die Prüfung der Ganzheit bzw. Unversehrtheit des Kraftstoffdampfsystems an Bord ist erforderlich, um eine Warnung abgeben zu können, wenn Kraftstoffdampfverluste aus dem dicht abgeschlossenen System vorgegebene Werte überschreiten. Typische bekannte Systeme zur Prüfung der Ganzheit des Kraftstoffdampfsystems sind in den US-Patentschriften 5,333,590 und 5,765,121 offenbart.
Das letztere dieser Patente beschreibt einen basischen Test, in welchem der Ansaugkrümmerunterdruck dazu genutzt wird, den Kraftstoffbehälter leerzupumpen, und dann die Rückkehr des Behälters auf Atmosphärendruck ("Rückbelüftung") überwacht wird. Überschreitet die Rückbelüftung einen bestimmten Schwellenwert R, dann wird die Ganzheit oder Integrität des Kraftstoffdampfsystems als nicht mehr befriedigend bestimmt. Ist die Rückbelüftung kleiner als R, wird davon ausgegangen, daß die Kraftstoffdampfsystem-Ganzheit befriedigend ist. Geringfügige Verluste der Kraftstoffdampfsystem-Ganzheit können mit diesem basischen System nicht zuverlässig erfaßt werden, weil die Entwicklung von Kraftstoffdämpfen im Tank einen schnelleren Druckanstieg in dem evakuierten System bewirken kann, als Luft aufgrund von geringfügigem Kraftstoffdampfsystem-Unversehrtheitsverlust einströmen kann.
Außerdem hängt die Rückbelüftung für einen bestimmten Grad der Kraftstoffdampfsystem-Ganzheit von dem Dampfvolumen ab, welches das Volumen des Freiraumes über dem Kraftstoff im Tank sowie in dem Behälter und den Verbindungsleitungen ist. Das Dampfvolumen selbst steht in direktem Verhältnis zum Kraftstoffstand.
Zur Erhöhung der Empfindlichkeit der einfachen Rückbelüftungsprüfung müssen deshalb Maßnahmen ergriffen werden, um verschiedene Betriebsbedingungen zu korrigieren, insbesondere den Kraftstoffpegel und der Geschwindigkeit der Bildung von Kraftstoffdämpfen im Tank.
Die US-Patentschrift 5,333,590 zum Beispiel verwendet einen Schwellenwert R, der nicht festgelegt ist, sondern zum Kraftstoffvolumen und zur Kraftstofftemperatur in Relation steht. Die US-Patentschrift 5,680,849 nimmt eine Anpassung eines Leck-Schwellenwertes in Abhängigkeit von der Genauigkeit des Drucksensors, dem Druckverlust über das Behälterventil, dem Kraftstofftank-Aufnahmevermögen und dem verbleibenden Kraftstoffpegel im Tank vor.
Es ist auch bekannt, die Empfindlichkeit der Kraftstoffdampfsystem-Ganzheitsprüfung durch Einsatz eines zweistufigen Tests zu verbessern. Die erste Stufe ist eine Rückbelüftungsprüfung, in welcher der Druckanstieg über einen bestimmten Zeitraum (Zeitraum_A) gemessen wird. Dann wird eine zweite Stufe ausgeführt, in welcher der Druckanstieg des geschlossenen Systems ab dem Atmosphärendruck über einen zweiten Zeitraum (Zeitraum_B) gemessen wird. Diese zweite Stufe gibt Auskunft über die Dampfentwicklung im Tank unter den vorherrschenden Bedingungen. Ein konstanter Skalierfaktor wird dazu verwendet, einen Teil des in der zweiten Teststufe festgestellten Druckanstieges wieder abzuziehen, um so einen Wert zu erhalten, der den Rückbelüftungswert durch Lufteintritt in den Behälter während der ersten Teststufe wirklichkeitsnäher wiedergibt.
Eine Fehlerquelle, die in den oben beschriebenen bestehenden Systemen nicht behandelt wird, entsteht aus Temperaturschwankungen des gasförmigen Inhaltes des Tanks zu Beginn der Rückbelüftung, die in der Hauptsache aus Schwankungen in der Evakuierung herrühren. Durch die Absaugung bzw. Evakuierung wird die Temperatur des dampfförmigen Inhaltes bis unter die Umgebungstemperatur abgesenkt, und zwar um einen Wert, der von der Art der Absaugung abhängt (schnell, langsam, früh oder spät). Ohne jeden Ausgleich solcher Temperaturschwankungen kann ein größter Fehler gleich einem Leck mit einem Durchmesser von ungefähr 0,5 mm sein. Fehler dieser Größenordnung sind nicht annehmbar, wenn kleine Leckagen detektiert werden müssen, die einem Leck mit einem Durchmesser von 0,5 mm entsprechen.
Zusammenfassung der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung zufolge beinhaltet ein Fahrzeug-Kraftstoffsystem mit einer Borddiagnose zur Prüfung der Ganzheit eines Kraftstoffdampfsystems folgendes:

a) einen Kraftstofftank zur Aufnahme von Kraftstoff zur Abgabe an eine Brennkraftmaschine;
b) einen Entgasungsbehälter, welcher mit dem Raum im Tank über dem Kraftstoff verbunden ist;
c) ein Behälterbelüftungsventil (CVV) zur Verbindung des Behälters mit der Atmosphäre;
d) ein Entgasungsventil zur Verbindung des Entgasungsbehälters mit dem Motor; und
e) eine elektronische Steuereinheit (ECU), welche eingerichtet ist, den Druck und den Kraftstoffpegel im Kraftstofftank sowie weitere Motor-, Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen zu überwachen, und die Öffnung und Schließung der Ventile zu steuern;
f) wobei das CVV- und das Belüftungsventil ausgelegt sind, von der ECU so gesteuert zu werden, daß der Tank über den Entgasungsbehälter an die Atmosphäre entlüftet wird (Entgasungsventil geschlossen, CVV offen), und daß Dampf aus dem Behälter abgeführt wird, indem über den Krümmer-Unterdruck Luft durch den Behälter angesaugt wird (beide Ventile offen);
g) wobei die ECU eingerichtet ist, bei laufendem Motor eine periodische Kraftstoffdampfsystem-Ganzheitsprüfung vorzunehmen;
h) wobei die Kraftstoffdampfsystem-Ganzheitsprüfung ausgelegt ist:
i) den Tank bei offenem Entgasungsventil und geschlossenem Belüftungsventil CVV zu evakuieren (Absaugphase);
ii) den Druckanstieg im Tank zu überwachen, wenn beide Ventile geschlossen sind (Rückbelüftungsphase); und
iii) eine Anzeige von Verlust der Dampfsystem-Ganzheit anhand der beim Rückbelüften gemessenen Zeit- und Druckwerte zu entwickeln;

Die in der Erfindung betrachtete verbesserte Kraftstoffsystemüberprüfung wird vorzugsweise unter Einsatz der bestehenden elektronischen Motorsteuereinheit und des auch für andere Zwecke schon verwendeten Kraftstoffsystemdurcksensors zur Anwendung gebracht. Dadurch können die Vorteile der Erfindung mit sehr geringem zusätzlichem Kostenaufwand erzielt werden.
Diese und andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung sind leichter verständlich, wenn sie im Lichte der nachfolgenden detaillierten Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung betrachtet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung soll nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen beispielartig näher erläutert werden; dabei zeigt:
1: ein schematisches Diagramm eines Fahrzeug-Kraftstoffsystems mit Borddiagnose zur Prüfung der Unversehrtheit des Kraftstoffdampfsystems, in welchem die Grundsätze der Erfindung zur Anwendung kommen;
2: einen Graphen der Druckänderungen, die in einer ersten Stufe der Dampfsystem-Ganzheitsprüfung auftreten, wie sie in einem in der 1 dargestellten System durchgeführt wird;
3: einen Graphen der Druckänderungen, die in einer zweiten Stufe der Dampfsystem-Ganzheitsprüfung auftreten, wie sie in einem in der 1 dargestellten System durchgeführt wird;
4: einen Graphen der Druckänderungen, die in einer ersten Stufe der Dampfsystem-Ganzheitsprüfung auftreten, wie sie in dem in 1 dargestellten System, jeweils die Wirkung einer frühzeitigen langsamen und einer späten schnellen Evakuierung darstellend; und
5: einen Graphen der Druckänderungen, die in einer ersten Stufe der Dampfsystem-Ganzheitsprüfung eintreten, wie sie in einem in der 1 dargestellten System durchgeführt wird; die Wirkung einer Evakuierung darstellend, die zur Folge hat, daß der Druck im Tank für einen längeren Zeitraum auf einem tieferen Wert gehalten wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform im einzelnen
Ein zweistufiges Verfahren zur Überprüfung der Ganzheit bzw. Unversehrtheit eines Dampfsystems wird in vorgegebenen Abständen automatisch von einer elektronischen Steuereinheit (ECU) 10 durchgeführt, wie sie in 1 zu sehen ist. Der Test wird verlassen, wenn die vorherrschenden Bedingungen (Überschwappen von Kraftstoff, starke Beschleunigung, usw.) derart sind, daß kein verläßliches Prüfungsergebnis zu erwarten ist.
Die ECU 10 ist mit einem Kraftstoffniveaugeber 11 verbunden, der den Flüssigkeitsstand an Kraftstoff 12 im Kraftstofftank 13 abtastet, sowie mit einem Umgebungstemperatur-Übertrager 14 und einem Kraftstofftankdruck-Übertrager 15.
Die ECU steuert ein Dampfverwaltungs- bzw. Managementventil (VMV) 16 und ein normal offenes Behälterbelüftungsventil (CVV) 18. Das CVV steuert den Luftstrom durch einen gefilterten Durchgang 19, über welchen ein Entgasungsbehälter 20 mit Aktivkohle zur Absorption von Kraftstoffdämpfen mit einer Entlüftungsöffnung 22 zur Atmosphäre verbunden ist. Im geöffneten Zustand verbindet das VMV 16 den Entgasungsbehälter 20 über Leitungen 38 und 39 mit dem Ansaugkrümmer 17 des Fahrzeugmotors.
Das in 1 dargestellte geschlossene Kraftstoffsystem beinhaltet des weiteren ein Unterdurck-/Druckablaßventil in einem Deckel 25, der den Kraftstoffeinfüllstutzen 26 des Kraftstofftanks 13 verschließt. Ein Kanal 30 verläuft von einem Rollventil 31 oben auf dem Tank 13 sowohl zum Entgasungsbehälter 20 als auch zum VMV 16. Ein Laufverlust-Dampfregelventil 32 verbindet den Kanal 30 mit dem oberen Teil des Kraftstoffeinfüllstutzens 26 über eine Zweigleitung 33.
Wenn der Fahrzeugmotor nicht läuft, schließt die ECU das Ventil VMV 16 und öffnet das CVV 18, so daß Kraftstoffdampf von der Aktivkohle im Entgasungsbehälter absorbiert wird, bevor er in die Atmosphäre entlassen wird. Außerdem kann Luft über den Entgasungsbehälter 20 in das Kraftstoffsystem eintreten, wenn der Druck im Tank wegen der Dampfkondensation unter den Atmosphärendruck fällt. Bei laufendem Motor öffnet die ECU von Zeit zu Zeit sowohl das VMV 16 als auch das CVV 18, so daß durch den Ansaugkrümmerunterdruck Luft durch den Entgasungsbehälter hindurch angesaugt wird, so daß Kraftstoffdampf aus dem Behälter abgesaugt wird.
Das Diagnoseverfahren zur Prüfung der Unversehrtheit des Dampfsystems wird in zwei Stufen vorgenommen. In einer Stufe A sind die Druckänderungen im Tank 13, wie sie vom Drucksensor 15 gemessen werden, in 2 dargestellt. Während der Evakuierungsphase 34 schließt die ECU das CVV 18 und öffnet das VMV 16, so daß Luft und Dampf aus dem Tank 13 und dem Entgasungsbehälter 20 vom Ansaugkrümmerunterdruck herausgepumpt werden, bis ein Solldruck p1 erreicht ist. Auf die Evakuierungsphase folgt eine Haltestufe 35 von mehreren Sekunden. Nach der Haltephase schließt die ECU sowohl das VMV 16 als auch das CVV 18, womit das System dicht abgeschlossen wird. Der vom Drucksensor 15 angezeigte Tankdruck wird dann während einer Rückbelüftungsphase 36 von der ECU überwacht. Zu dem Zeitpunkt, wo der Tankdruck bis auf p2 geklettert ist, startet die ECU die Abzählung von Zeitraum_A, überwacht den Druck p3 am Ende des Zeitraumes_A und berechnet und speichert die Druckdifferenz dP_A = p2 – p3.
In der Stufe B, die vor oder auch nach der Stufe A ablaufen kann, sind die Druckänderungen im Tank 13 entsprechend der Darstellung in 3. Nach einer ursprünglichen Belüftung 37, so daß sich der Druck auf Atmosphärendruck einpendeln kann, schließt die ECU sowohl das CVV 18 als auch das VMV 16 und startet den Zeitraum_B. Im Zeitraum_B steigt der Druck normalerweise aufgrund der Dampfentwicklung an, kann aber unter gegebenen Umständen abfallen, z. B. wenn die umgehenden Umstände so sind, daß Kraftstoff im Tank kondensiert. Am Ende des Zeitraumes_B überwacht die ECU den Druck p4 im Tank und berechnet und speichert den Druckanstieg über den Atmosphärendruck dP_B = p4 – p_atm.
Der Haltezeitraum ist dazu bestimmt, den Bedingungen im Tank zu erlauben, sich einem stabilisierten Zustand zu nähern, und die Schwankungen aufgrund der Geschwindigkeit der Evakuierung zu senken (die von dem Unterdruckpegel im Ansaugkrümmer beeinflußt wird, der wiederum von der Motorlast und der Drosselklappenstellung beeinflußt wird). In der Praxis ist es nicht machbar, eine ausreichend lange Halteperiode zu schaffen, die Fehler in den Druckmessungen ganz ausschließt.
Die Genauigkeit der Ergebnisse der Dampfsystem-Ganzheitsprüfungsstrategie hängt sowohl von der Präzision der Messungen der Parameter ab, für welche die Sensoren vorgesehen sind (Druck, Kraftstofftankvolumen, usw.), als auch von derjenigen der Regelung der Prüfbedingungen, unter welchen die Prüfung durchgeführt wird (15–85% Tankvolumengrenzen, Abbruch bei starker Schwappen, usw.).
Es gibt mehrere Faktoren, welche die Testergebnisse beeinflussen, die jedoch unmöglich meßbar sind und dennoch unter normalen Fahrbedingungen regelmäßig auftreten. Zum Beispiel verändern fahrerseitige Eingaben während der Absaug- und Entlüftungsvorgänge die Gaseigenschaften und führen zu Über- oder Unterschätzungen der Größe der erfaßten Leckage.
Der primäre Effekt unvorhersehbarer Eingaben während der Absaugung ist ihr Einfluß auf die Dampftemperatur im Tank. Ein Gastemperatursensor würde die Unterscheidung zwischen der Wirkung des Druckes auf die Gastemperatur und anderen Faktoren erlauben, wie z. B. Dampfentwicklung oder ein echter Verlust der Unversehrtheit des Kraftstoffdampfsystems. Ein Sensor würde jedoch ein relativ schnelles Ansprechen erfordern (im typischen Falle 1 s) und würde zu erhöhten Kosten des Systems führen. Es wäre auch seine eigene Diagnose erforderlich.
Die vorliegende Erfindung schätzt Korrekturen für dynamische Temperaturänderungen gegenüber dem gemessenen Druck während der Evakuierung.
Die der Temperaturkompensation zugrunde liegende Theorie und die Algorithmen, mit welchen sie aus den vorhandenen Druckdaten abgeleitet werden kann, werden nachstehend erläutert.
Ohne jeden Ausgleich ist der größtmögliche Fehler typischerweise gleich einem Lecklochdurchmesser von etwa 0,5 mm. Selbst nur ein Teil dieses Fehlers ist schon signifikant für eine Erfassung von 1 mm großen Leckquerschnitten. Für eine 0,5-mm-Erfassung stellt dieser Faktor alleine schon ein Maximum von 100% Rauschen dar, und es ist selbstverständlich wichtig, daß dieser Fehler reduziert wird.
Zur Veranschaulichung des Konzeptes des Temperaturfehlers stelle man sich einen dicht abgeschlossenen Tank unter idealen Bedingungen vor – keine Dampfentwicklung oder Verlust der Unversehrtheit des Dampfsystems, und mit auf ein und derselben Temperatur (TO) stabilisiertem Tank und Inhalt. Wird der Tankdruck plötzlich um –2 kPa gesenkt (was ein typischer Druckabnahmewert während der Absaugphase ist), dann wird die Temperatur des Dampfinhaltes um etwa 0,7 bis 1,1°C gesenkt, je nach den Kraftstoffdampfeigenschaften im Tank. Ist der Tank dann dicht abgeschlossen, steigt die Temperatur wieder auf ihren Ausgangswert (TO) an, und zwar aufgrund des Wärmeüberganges zwischen dem Gas und der Umgebung, und der Druck steigt ebenfalls entsprechend an (im Endeffekt um etwa 0,2 bis 0,35 kPa). Diese Wirkung trifft immer dann zu, wenn starke Druckänderungen nach oben oder unten vorliegen, und beeinflußt beide Teststufen, unabhängig von der Reihenfolge, in welcher sie ausgeführt werden.
Die durch den Test bedingten Druck- und Temperaturänderungen sind relativ klein (z. B. +/–2%), und so wird das Prinzip der Überlagerung für die Wirkungen des Ganzheitsverlustes des Kraftstoffdampfsystems und der damit verbundenen Fehler angenommen. Dadurch kann der oben beschriebene vorübergehende Temperaturfehler allen bestehenden Druckänderungen überlagert werden, ob sie nun aus Dämpfen herrühren, oder aus einem tatsächlichen Ganzheitsverlust des Dampfsystems. Der Nettoeffekt dieser Fehler ist, daß eine Überschätzung der Größe eines eventuellen Integritätsverlustes des Dampfsystems erfolgt (oder eine Anzeige eines Integritätsverlustes des Dampfsystems, wenn gar keiner vorliegt).
Es ist nun möglich, die Auswirkungen von thermischem Ungleichgewicht zu minimieren, indem Zielwerte für die Evakuierungs- und Belüftungsprozesse innerhalb einer Strategie festgelegt werden, und diese Strategie für diese Werte optimiert wird. Einige Unsicherheiten bzw. "Rauschen" bleiben jedoch, und Fehler können durch dieses Verfahren nicht vollkommen ausgeschaltet werden. Durch Schätzen der dynamischen Temperatur kann deren Beitrag zum Druck geschätzt und die Nettodruckänderung aufgrund anderer Faktoren (Dampfsystem-Ganzheitsverlust und Dampf) identifiziert werden.
Die Quellen für Testtemperaturänderungen sowie alternative Wege zu ihrer Kompensierung werden nachstehend besprochen.
a) Primäre Fehlerquellen
Die Testtemperatur(en) wird/werden von den folgenden Parametern beeinflußt:

i. Evakuierungsdauer
ii. Evakuierungsmerkmale
iii. Haltezeit zu Beginn des Zeitraumes_A
iv. Belüftung am Ende der Stufe A (wenn Stufe B folgt)
v. zusätzliche bedingte Prozesse (erneute Evakuierung usw.)

Für die Wiederholbarkeit der Prüfung ist es eindeutig wünschenswert, Zielwerte für alle diese Parameter zu haben. Die grundlegendsten Zielwerte für die Evakuierung bzw. Absaugung wären eine lineare Evakuierung bis auf einen eingestellten Unterdruck innerhalb eines Ziel-Zeitraumes, gefolgt von einer Haltephase mit fester Dauer auf diesem Unterdruck, bevor mit der Stufe A begonnen wird. Diese Soll- oder optimale Absaugcharakteristik ist in 2 dargestellt. Im Idealfall würde auch die Belüftung zur Atmosphäre über das CVV (3) in kontrollierter Weise vorgenommen.
In der Praxis beeinflussen aber fahrerseitige Eingaben den Ansaugkrümmerdruck, und sowohl die Unversehrtheit des Kraftstoffdampfsystems als auch die Dampfbildung wirken sich auf das Gasvolumen aus, das zur Erreichung des Solldruckes abgesaugt werden muß. Diese Auswirkungen machen es unmöglich, sowohl die Ziel-Evakuierungsdauer als auch das Zielprofil zu erreichen. Zusätzliche (bedingte) Phasen bringen noch weitere Abweichungen von der Grundstrategie mit sich.
b) Prinzip des Temperaturausgleichs
Das Nicht-Erreichen der Ziel-Evakuierungszeit und/oder des Zielprofils führt zu einem Rauschen, das einem unbekannten Anteil des oben erwähnten ca. 100% großen Bereiches ist. Der Einsatz eines Temperaturmodells ermöglicht die Optimierung für eine Zielstrategie mit Temperaturausgleich für Abweichungen oder alternativ dazu die Entwicklung einer Absolutstrategie unter Einsatz grundsätzlicher Thermodynamik. Es werden hier Algorithmen zur Unterstützung derselben zusammen mit Vereinfachungen der vorgenannten Strategie beschrieben.
c) Analytischer Algorithmus für den Temperaturausgleich
Der Algorithmus beruht einzig auf den verhältnismäßigen Temperaturänderungen, die aus einer Druckgeschichte resultieren, so daß der Zwang einer absoluten Referenztemperatur vermieden wird, ob gemessen oder abgeleitet.
Über ein beliebiges Zeitintervall Δt ändert sich der gemessene Druck P um ΔP. Die Gastemperatur wird sowohl von dieser Druckänderung als auch von der Wärmeübertragung getrieben, so daß:
worin:

P der Druck im Tank ist,
TO die geschätzte Temperatur zu Beginn der Stufe ist,
t_therm die thermische Zeitkonstante für den Kraftstofftank-Dampf ist, und
γ_f die adiabatische Kennzahl für Kraftstoffdampf ist.

Durch Substitution der dimensionslosen Faktoren Tr = T/TO (wobei sich TO auf den Beginn des Tests bezieht) erhält man:
Daher gilt:
und Tr zu einem beliebigen Zeitpunkt wird dadurch berechnet, daß ΔTr/Δt von einem Ausgangszustand Tr = 1 ausgehend summiert wird. Dabei wird davon ausgegangen, daß eine digitale Verarbeitung zum Einsatz gebracht wird. In einem analogen System würde dTr/dt integriert.
Anwendung von Tr
Der größte Teil des Dampfes im Tank erfährt eine Druckänderung und eine Temperaturänderung aufgrund der volumetrischen Verdichtung, die durch die Dampfbildung erzeugt wird, zusammen mit dem Leckstrom:
Sind ΔP, P und V aus Messungen und ΔTr und Tr aus den obenstehenden Ausdrücken bekannt, kann der tatsächliche Volumenstrom berechnet werden.
ΔV = inkrementale Dampfentwicklung plus Leckstrom
Analytisch kann dann der durch Dampf verursachte Beitrag von dem durch Leckage bewirkten Strom getrennt werden, ohne daß ein Restfehler wegen der unbekannten Temperaturgeschichte verbleibt.
d. Vereinfachte Algorithmen
Die obengenannte Berechnung kann während der Absaugung in einem reellen Motor-Managementsystem überaus zeitraubend sein. Alternativ dazu kann jedoch eine Korrektur erster Ordnung eingesetzt werden, die auf der Überwachung des Druckes während der Absaugung basiert, wie nachstehend erläutert wird.
2 zeigt eine Absaugung zur Überprüfung der Unversehrtheit des Kraftstoffdampfsystems und die Rückbelüftungs-Stufe A, wenn eine optimale Evakuierungsgeschwindigkeit 34 erzielt worden ist, gefolgt von einer Haltezeit 35 auf einem Druck p1, und schließlich der Rückbelüftung 36. Die Druckdifferenz dP_A gibt einen korrekten Wert für die kombinierte Dampfentwicklung und den Ganzheitsverlust des Dampfsystems an.
Extremwerte der Evakuierungsprofile im Vergleich zum Optimum 34 sind in den 4 und 5 dargestellt. In 4 ergibt sich aus einer späten schnellen Evakuierung 40 auf den Zieldruck p1 eine minimale Beruhigungszeit, so daß hier die tiefste Temperatur zu Beginn der Stufe A herrscht. Dies kann dann auftreten, wenn der Test bei ursprünglich schwachem Krümmer-Unterdruck 42 erfolgt (Beschleunigung), gefolgt von einem hohen Krümmer-Unterdruck 43 (Schließen der Drosselklappe). Die Wiederherstellung der Temperatur setzt sich während der Rückbelüftung 44 fort und trägt so zu einem schnelleren Anstieg des Druckes bei, als bei dem in 2 dargestellten Test (zum Vergleich ist der Druckverlauf gemäß dem Test aus 2 als punktierte Linie in den 4 und 5 dargestellt). Der gegenüber 2 schnellere Druckanstieg ergibt einen höheren Druckanstieg im Zeitraum_A' gegenüber dem Zeitraum_A aus 2. Die gemessene Druckänderung dP_A' ist größer als dP_A, und ohne Temperaturausgleich würde dies zu einer Überschätzung der Leckgröße führen.
5 zeigt einen anderen Extremfall. Eine schnelle anfängliche, aber unvollständige Evakuierung 45 wird gefolgt von einer langsamen Evakuierung 46 bis auf den Druck p1. Daraus ergibt sich eine maximale Stabilisierungszeit bei oder nahe dem Druck p1, bevor die Stufe A beginnt. Die Temperatur zu Beginn der Rückbelüftung 47 ist eine höhere Temperatur als im optimalen Test gemäß 2. Der gemessene Druck dP_A'' ist kleiner als dP_A, und ohne Temperaturausgleich würde hier die Leckgröße unterschätzt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich das Evakuierungsprofil durch Integration bzw. Summierung des gemessenen Unterdruckes während der Evakuierung und der Teilung desselben durch sowohl den Ziel-Unterdruck als auch die Ziel-Zeit aus. Temperatur_Fehler_Indikator = ΣPΔt/(p_atm – p1)·T_Evak
Der resultierende Wert (in einem Bereich von 0 bis 1) wird dazu eingesetzt, eine Korrektur für den Druckanstieg in der nachfolgenden Stufe zu erzeugen. Die geradlinige Ziel-Kennlinie 34 ergibt einen Wert von 0,5 und null Temperaturausgleich. Die Korrekturen an dP_A für andere Werte der Summierung sind bidirektional um Null, wie in der folgenden Tabelle dargestellt ist. Die Kennlinie in 4 ergibt einen Summierungswert von etwa 0,8, und die Kennlinie in 5 ergibt einen Wert von etwa 0,2.

Temp.-Fehler-Indikator-Wert Korrekturwert zur Anlage an dP_A

0,1 +0,15

0,2 +0,11

0,3 +0,07

0,4 +0,03

0,5 0

0,6 –0,03

0,7 –0,07

0,8 –0,11

0,9 –0,15
Ein ähnlicher Algorithmus kann gegebenenfalls auf die Wirkung angewendet werden, welche die Belüftung auf die Stufe B hat. Folgt Stufe A auf Stufe B, dann würde der Algorithmus entsprechend angepaßt, um den Übergang von einem positiven Druck am Ende der Stufe B auf den Ziel-Unterdruck unmittelbar vor der Stufe A widerzuspiegeln.
Es versteht sich von selbst, daß die oben beschriebene Ausführungsform der Erfindung nur zur Veranschaulichung einer Anwendung der Grundsätze der Erfindung dient. Zahlreiche Änderungen können an den beschriebenen Verfahren und Einrichtungen vorgenommen werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, wie er in den nachstehenden Ansprüchen definiert ist.

Claims

Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug mit Borddiagnose zur Leckprüfung, folgendes beinhaltend: a) einen Kraftstofftank (12) zur Aufnahme von Kraftstoff zur Abgabe an eine Brennkraftmaschine; b) einen Entgasungsbehälter (20), welcher mit dem Raum im Tank über dem Kraftstoff verbunden ist; c) ein Behälterbelüftungsventil (CVV) (18) zur Verbindung des Behälters mit der Atmosphäre; d) ein Entgasungsventil (16) zur Verbindung des Entgasungsbehälters mit dem Motor; und e) eine elektronische Steuereinheit (ECU) (10), welche eingerichtet ist, den Druck und den Kraftstoffpegel im Kraftstofftank sowie weitere Motor-, Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen zu überwachen, und die Öffnung und Schließung der Ventile (16, 18) zu steuern; f) wobei das CVV- (18) und das Belüftungsventil (16) ausgelegt sind, von der ECU (10) so gesteuert zu werden, daß der Tank über den Entgasungsbehälter (20) an die Atmosphäre entlüftet wird (Entgasungsventil geschlossen, CVV offen), und daß Dampf aus dem Behälter (20) abgeführt wird, indem über den Krümmer-Unterdruck Luft durch den Behälter angesaugt wird (beide Ventile offen); g) wobei die ECU eingerichtet ist, bei laufendem Motor eine periodische Kraftstoffsystem-Ganzheitsprüfung vorzunehmen; h) wobei die Kraftstoffsystem-Ganzheitsprüfung ausgelegt ist: i) den Tank bei offenem Entgasungsventil (16) und geschlossenem Belüftungsventil CVV (18) zu evakuieren (Absaugphase); ii) den Druckanstieg im Tank (12) zu überwachen, wenn beide Ventile (16, 18) geschlossen sind (Rückbelüftungsphase); und iii) eine Anzeige von Verlust der Dampfsystem-Ganzheit anhand der beim Rückbelüften gemessenen Zeit- und Druckwerte zu entwickeln; dadurch gekennzeichnet, daß die ECU ausgelegt ist, den Druck im Tank (12) während der Absaugphase in Abständen zu messen, und eine Korrektur der Anzeige des Verlustes der Dampfsystem-Ganzheit anhand eines Algorithmus zur Berechnung der Temperaturschwankungen sowie ausgehend von den Werten und Zeiten der während der Absaugphase gemachten Druckmessungen vorzunehmen, wobei die Korrektur derart wirksam ist, daß sie Fehler in der Anzeige des Verlustes der Dampfsystem-Ganzheit aufgrund von Temperaturschwankungen im Luft-Dampf-Gemisch im Tank zu Beginn der Rückbelüftung aufgrund von Schwankungen während der Absaugphase reduziert.
Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, in welchem die Druckwerte über den Zeitraum der Absaugphase addiert oder integriert werden, und ein das Ergebnis einer solchen Addition oder Integration darstellender Wert in einer Berechnung oder Nachschlagebank eingesetzt wird, um einen Korrekturfaktor für den während der Rückbelüftung gemessenen Druck zu erzielen.
Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, worin aus jedem während der Absaugphase gemessenen Druckwert eine Temperaturkorrektur berechnet wird, und zwar unter Einsatz der anhand des vorangehenden Druckwertes berechneten vorangehenden Temperaturkorrektur, wobei besagte Temperaturkorrektur dazu verwendet wird, eine korrigierte Anzeige des Verlustes der Kraftstoffsystem-Ganzheit zu erstellen.
Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug nach Anspruch 1, worin die während der Absaugphase gemessenen Druckwerte addiert werden und durch einen Absaugdruck-Zielwert und einen Absaugzeit-Zielwert geteilt werden, so daß sie einen Temperaturkorrektur-Anzeigewert ergeben, und daß die Temperaturkorrektur anhand dieses Temperaturkorrektur-Anzeigewertes vorgenommen wird.
Verfahren zur Kraftstoffdampfsystem-Ganzheitsprüfung für ein Kraftstoffsystem für ein Fahrzeug, folgendes beinhaltend: a) einen Kraftstofftank (12) zur Aufnahme und Abgabe von Kraftstoff an eine Brennkraftmaschine; b) einen mit dem Raum im Tank über dem Kraftstoff verbundenen Entgasungsbehälter (20); c) ein Behälterbelüftungsventil (CVV) (18) zur Verbindung des Entgasungsbehälters mit der Atmosphäre; d) ein Entgasungsventil (16) zur Verbindung des Entgasungsbehälters mit dem Motor; und e) eine elektronische Steuereinheit (ECU) (10), welche eingerichtet ist, den Druck und den Kraftstoffpegel im Tank sowie weitere Motor-, Fahrzeug- und Umgebungsbedingungen zu überwachen, und die Öffnung und Schließung der Ventile (16, 18) zu steuern; welches Prüfverfahren folgende Schritte beinhaltet: i) Evakuieren des Kraftstoffsystems (Absaugphase) dadurch, daß die ECU das CVV (18) schließt und das Entgasungsventil (16) öffnet; ii) Überwachen des Druckanstieges im System bei von der ECU geschlossenem CVV (18) und Entgasungsventil (16) (Rückbelüftungsphase); iii) Entwickeln einer Anzeige eines Verlustes der Ganzheit der Kraftstoffdampfsystem-Ganzheit anhand von während der Rückbelüftungsphase gemessenen Druckwerten; und iv) Messen des Druckes im Tank in Abständen während der Absaugphase; welches Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß v) eine Korrektur der Anzeige des Verlustes der Kraftstoffsystem-Ganzheit anhand eines Algorithmus zur Berechnung der Temperaturschwankungen sowie ausgehend von den Werten und Zeiten der während der Absaugphase gemachten Druckmessungen vorgenommen wird, wobei die Korrektur derart wirksam ist, daß sie Fehler in der Anzeige des Verlustes der Dampfsystem-Ganzheit aufgrund von Temperaturschwankungen im Luft-Dampf-Gemisch im Tank zu Beginn der Rückbelüftung aufgrund von Schwankungen während der Absaugphase reduziert.
Prüfverfahren nach Anspruch 5, die Addition oder Integration der Druckwerte über den Zeitraum der Absaugphase beinhaltend, sowie den Einsatz eines das Ergebnis einer solchen Addition oder Integration darstellenden Wertes in einer Berechnung oder Nachschlagebank zur Erzeugung eines Korrekturfaktors für den während der Rückbelüftung gemessenen Druck.
Prüfverfahren nach Anspruch 5, die Berechnung einer Temperaturkorrektur anhand jedes während der Absaugphase gemessenen Druckes beinhaltend, und zwar unter Einsatz der anhand des vorangehenden Druckwertes berechneten vorangehenden Temperaturkorrektur, und den Einsatz der besagten Temperaturkorrektur dazu, eine korrigierte Anzeige des Verlustes der Kraftstoffsystem-Ganzheit zu erstellen.
Prüfverfahren nach Anspruch 5, die Addition von während der Absaugphase gemessenen Druckwerten beinhaltend, sowie die Division dieser Summe durch einen Absaugdruck-Zielwert und einen Absaugzeit-Zielwert zur Erzeugung eines Temperaturkorrektur-Anzeigewertes, und die Durchführung der Temperaturkorrektur unter Einsatz des Temperaturkorrektur-Anzeigewertes.