EP1317609B1 - Verfahren und elektronische steuereinrichtung zur steuerung der regenerierung eines kraftstoffdampfzwischenspeichers bei verbrennungsmotoren - Google Patents

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EP1317609B1
EP1317609B1 EP01971660A EP01971660A EP1317609B1 EP 1317609 B1 EP1317609 B1 EP 1317609B1 EP 01971660 A EP01971660 A EP 01971660A EP 01971660 A EP01971660 A EP 01971660A EP 1317609 B1 EP1317609 B1 EP 1317609B1
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EP
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tank venting
internal combustion
combustion engine
rate
fuel
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Gholamabas Esteghlal
Dieter Lederer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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Definitions

  • the fuel vapor buffer can be realized as an activated carbon filter. He picks up evaporating fuel vapor in the tank. Flushing with air regenerates the activated carbon filter. The purge air flows through the activated carbon filter, where it takes up fuel and is supplied as a fuel-laden regeneration gas to the internal combustion engine. The regeneration of the activated carbon filter by purging with air, for example, by opening a tank vent valve between the activated carbon filter and the intake manifold of the engine. The Saugrohrunterdruck acts in this case as a driving force for the flushing of the filter via a fresh air opening. The fuel-laden regeneration gas flows following the pressure gradient over the tank vent valve to the engine.
  • lean-burn operation with a stratified charge distribution which is favored in gasoline direct injection engines, is less suitable because the premixed regeneration gas impairs injection-jet-guided charge stratification.
  • the activated carbon filter Depending on how much fuel vapor the activated carbon filter has absorbed before regeneration, it can be heavily or weakly loaded with fuel. As a result, the regeneration gas may be high or low fuel in a subsequent regeneration after a prolonged inactive tank vent phase.
  • the regeneration gas is very fuel-rich when regeneration begins, the total amount of fuel supplied to the engine is so great that undesirable HC emissions can occur.
  • the invention aims to perform the supply of regeneration gas in internal combustion engines with tank ventilation while reducing the unwanted HC emissions neutral in emissions, not to affect the ride comfort and not to affect the engine torque undesirable.
  • the flush volume should be maximized under the given boundary conditions.
  • the invention discloses a method for controlling a tank vent valve between an internal combustion engine and a fuel vapor storage, wherein the stored fuel vapor from the fuel vapor storage is supplied to the internal combustion engine with the tank vent valve open.
  • a distinction is made between phases of active and inactive tank ventilation and the opening state of the tank ventilation valve is set with active tank ventilation depending on the first operating parameters of the engine and / or the tank ventilation system by a fuel supply means and limited by a second operating parameters dependent Spülratenbegrenzungssch or by predetermined by second operating parameters Spülratenungs specifying means and / or limited by a third operating parameters dependent flow factor.
  • a further embodiment provides that the second operating parameters include the integral value of the mass flow through the tank venting valve.
  • a further embodiment provides that the third operating parameters depend at least on the speed and the quotient of the intake manifold pressure and the ambient pressure.
  • the invention further relates to a method for controlling a tank ventilation valve between an internal combustion engine and a fuel vapor storage, wherein the stored fuel vapor from the fuel vapor storage is supplied to the internal combustion engine with the tank vent valve open, wherein the internal combustion engine is coupled to a torque converter whose transmission ratio is variable during operation of the internal combustion engine, and in which during a change in the transmission ratio, a temporary reduction of the torque supplied by the internal combustion engine takes place, which is characterized in that the tank-venting valve is temporarily closed with a change in the transmission ratio with reduction of the torque supplied by the internal combustion engine.
  • the purge rate is defined as the quotient of the mass flow through the tank vent valve and the total mass flow into the intake manifold.
  • the limitation of the purge rate is canceled if the time during which the decrease was effective exceeds a predetermined threshold.
  • a further embodiment provides that the limitation of the purging rate is canceled when a measure of the regeneration gas flowed to the engine exceeds a threshold value.
  • said measure is made dependent on the integral of the mass flow via the tank venting valve or on the integral over the flushing rate.
  • a further embodiment provides an application in an internal combustion engine with gasoline direct injection, wherein the limitation of the tank ventilation takes place even if it comes during active tank ventilation to undesirably high lambda deviations.
  • another embodiment contemplates that the relative change in the low pass filtered lambda setpoint be evaluated, and that the limitation of tank venting occurs during active tank venting of undesirably high lambda deviations only when the relative change in the low pass filtered lambda setpoint is less than a predetermined threshold.
  • the invention is also directed to an electronic control device for carrying out at least one of the methods and embodiments.
  • phase of active and inactive tank ventilation is set with active tank ventilation depending on operating parameters of the engine and / or the tank ventilation system by a fuel supply means and limited by a Spülratenbegrenzungsstoff or predetermined by a Spülratenvorgabestoff. If the duration of the inactive tank vent phase exceeds a minimum duration, the purge rate will be temporarily lower than that of the following in the subsequent phase with active tank venting Rinse rate limiting means or rinse rate default means limits predetermined rate.
  • the inventive method advantageously avoids that a change in the loading state of the activated carbon filter, which has occurred during a long phase with inactive tank ventilation, leads to an undesirably high increase in the total fuel flow to the internal combustion engine.
  • an undesirable increase in HC emissions after long periods of inactive tank venting can be avoided without having to reduce the desired high regeneration rates after shorter periods of inactive tank venting.
  • Fig. 1 shows the technical environment of the invention.
  • Fig. 2 discloses an embodiment of the invention in the form of functional blocks.
  • 3 shows a modification of the embodiment of FIG. 2.
  • FIG. 1 in FIG. 1 represents the combustion chamber of a cylinder of an internal combustion engine.
  • An inlet valve 2 controls the flow of air to the combustion chamber.
  • the air is sucked in via a suction pipe 3.
  • the intake air amount can be varied via a throttle valve 4, which is controlled by a control unit 5.
  • a signal about the engine speed n from a speed sensor 7 and a signal about the amount ml of the intake air from an air flow meter 8 are supplied to the control unit signals about the torque request of the driver.
  • an intake manifold pressure sensor 8a and / or a throttle position sensor 8b for measuring the air flow is provided.
  • the term of charge detection is used.
  • filling describes the amount of air related to the filling of a single cylinder. In a first approximation, this is the measured amount of air divided by the number of cylinders and the number of revolutions and thus normalized to a stroke.
  • control unit 5 From these and possibly other input signals via further parameters of the internal combustion engine such as intake air and coolant temperature and so on, the control unit 5 outputs output signals for adjusting the throttle angle alpha by an actuator 9 and for controlling a fuel injection valve 10, dosed by the fuel into the combustion chamber of the engine becomes. In addition, by the Control unit, the triggering of the ignition via an ignition device 11 controlled.
  • controller controls a tank ventilation 12 and other functions to achieve efficient combustion of the fuel / air mixture in the combustion chamber.
  • the gas power resulting from the combustion is converted by the piston 13 and crank mechanism 14 into a torque.
  • the tank ventilation system 12 consists of an activated carbon filter 15, which communicates via corresponding lines or connections to the tank, the ambient air and the intake manifold of the internal combustion engine, wherein a tank vent valve 16 is arranged in the line to the intake manifold.
  • the activated carbon filter 15 stores in the tank 19 evaporating fuel.
  • air is sucked out of the environment 17 through the activated carbon filter, which discharges the stored fuel into the air.
  • This fuel-air mixture which is also referred to as a tank venting mixture or else as a regeneration gas, influences the composition of the mixture as a whole supplied to the internal combustion engine, which is co-determined by metering of fuel via the fuel metering device 10, which is adapted to the intake air volume.
  • the fuel sucked in via the tank ventilation system can correspond in extreme cases to a proportion of approximately one third to half of the total fuel quantity.
  • FIG. 2 shows a functional block diagram of an example of the method according to the invention for controlling the tank venting valve.
  • Block 2.1 represents a fuel rate specification means, which may be implemented as a map memory, for example.
  • the fuel rate is first determined depending on the operating point of the engine.
  • the fuel fraction is converted into a purge rate in block 2.2, which is limited by a Spülratenbegrenzungsstoff 2.3 to a maximum operating point-dependent.
  • the fuel rate may be defined as the quotient of the fuel supplied via the tank-venting valve and the total fuel supplied to the combustion
  • the purging rate may be defined as the quotient of the mass flow via the tank-venting valve and the total mass flow into the intake manifold.
  • the operating point is defined by operating parameters of the engine such as speed, torque, required fuel mass, intake air temperature, mixture composition and charge distribution in the combustion chamber. These operating parameters are partially predetermined by the control unit and / or detected by sensors. For example, the controller determines whether the engine is to be operated in homogeneous charge distribution mode or in stratified charge distribution mode.
  • the torque is measured by the control unit from operating parameters such as speed and intake air volume, Intake air temperature, throttle angle, intake manifold pressure and so on.
  • the mixture composition can be calculated from variables which are present in the control unit, such as the fuel flow via the injection valves and the cylinder charge or can be determined by measurement with an exhaust gas probe.
  • the purge rate is converted in block 2.2 in a An Kunststofftastiety for the tank vent valve 16.
  • the mass flow mdk enter via the throttle valve of the engine to first determine a desired mass flow through the tank vent valve from the purge rate. This function is represented by block 2.4. If the flushing rate is, for example, 20% and the mass flow through the throttle valve 4 kg / hour, this results in a desired mass flow through the tank venting valve of 1 kg / hour.
  • a suitable for this flow ⁇ Samuelsstastiety for controlling the tank vent valve for example, from a map, which also takes into account the pressure difference between the intake manifold and the tank venting system, can be obtained. The mentioned pressure difference can in turn be estimated from the measured or modeled in the control unit intake manifold pressure psaug.
  • the drive signal determined in this way is temporarily additionally limited according to the invention.
  • a minimum selection (block 2.3.1) between the maximum value of the flushing rate read from a map (block 2.3.2) and a limiting value of the flushing rate from a block 2.3.3 is suitable.
  • the limiting value can be obtained from a characteristic curve (block 2.3.3), which is addressed with the integral value of the mass flow via the tank venting valve (block 2.3.4), whereby the integral value in phases of inactive tank venting, which exceed a minimum duration, from the control 2.6 reset to zero.
  • the consideration of the integral value of the mass flow via the tank venting valve is particularly advantageous since this is a measure of the flushing quantity conducted through the activated carbon filter. If this exceeds a minimum dimension, which may correspond, for example, to the volume of the line between the activated carbon filter and the intake manifold, then no abrupt change in the HC concentration in the regeneration gas can be expected any more and the limitation of the rinsing rate is then no longer necessary.
  • the mass flow through the tank vent valve can be, for example, from the real purge rate, which also the block 2.4. is supplied, and determine the mass flow mdk via the throttle valve.
  • the reduction is triggered when the length of an operating phase without opening the Tank vent valve exceeds a predetermined value.
  • the changeover between active and inactive tank ventilation is controlled by a sequence control 2.6.
  • the flow control also detects the mass flow via the tank venting valve and thus the length of the phases of non-active tank venting and compares them with a predetermined threshold value.
  • the integral value of the mass flow is reset to zero via the tank vent valve.
  • the purge rate limitation acts until the integral value of the mass flow exceeds the minimum value specified in the characteristic curve 2.33.
  • a multiplicative reduction of the rinsing rate itself or its maximum value can also be carried out.
  • the time during which the reduction was effective can be used. If this time exceeds a predetermined threshold, the reduction is canceled again.
  • the flushing rate can also be specified directly.
  • tank ventilation In addition to the aforementioned interventions, the tank ventilation (TE) is limited in the following operating states:
  • BDE-specific To regenerate the NOx storage catalyst, which is regularly required, driving is carried out with a rich mixture, which can achieve Lambda values of up to 0.7. Since the measuring accuracy of the lambda probe is not sufficient in this area, the loading of the regeneration gas can not be adapted when the TE is simultaneously obtained. To avoid switching over to controlled TE with a very low purge rate, which generally takes place in this lambda range, the purge rate of the tank vent is reduced by means of an applicable factor when regeneration of the NOx storage catalytic converter with lambda values below a threshold.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Supplying Secondary Fuel Or The Like To Fuel, Air Or Fuel-Air Mixtures (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

    Stand der Technik
  • Verfahren zur Steuerung der Regenerierung eines Kraftstoffdampfzwischenspeichers bei Verbrennungsmotoren sind bereits aus der US 4 683 861 bekannt.
  • Aus der EP 1106 815 A1 ist ferner ein Verfahren bekannt, bei dem ein Kraftstoffmassenstrom über einen Tankentlüftungsventil einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine zugeführt wird. Ein Steuergerät kontrolliert hierbei die Menge des Spülgases und die eingespritzte Kraftstoffmenge, wobei die Kraftstoff-Verdampfungsrate als Sollgröße festgelegt wird. Diese Sollgröße wird in Abhängigkeit von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine festgelegt.
  • Weiterhin ist aus der US 5 496 228 ein Verfahren für ein Kraftstoffversorgungssystem bekannt, bei dem Kraftstoff aus einem Kraftstoffdampfspeichersystem unter Berücksichtigung von Drehmomentvorgaben der Verbrennung zugeführt wird.
  • Allgemein kann der Kraftstoffdampfzwischenspeicher als Aktivkohlefilter realisiert sein. Er nimmt im Tank verdunstenden Kraftstoffdampf auf. Durch Spülung mit Luft erfolgt eine Regeneration des Aktivkohlefilters. Die Spülluft strömt durch den Aktivkohlefilter, nimmt dort Kraftstoff auf und wird als mit Kraftstoff beladenes Regeneriergas dem Verbrennungsmotor zugeführt. Die Regenerierung des Aktivkohlefilters durch Spülung mit Luft erfolgt beispielsweise durch Öffnen eines Tankentlüftungsventils zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors. Der Saugrohrunterdruck wirkt in diesem Fall als treibende Kraft für die Spülung des Filters über eine Frischluftöffnung. Das mit Kraftstoff beladene Regeneriergas strömt dem Druckgefälle folgend über das Tankentlüftungsventil zum Verbrennungsmotor.
  • Bekannte Verfahren sehen eine Regenerierung nur in bestimmten Betriebszuständen des Motors vor. Beim Motor mit Benzindirekteinspritzung ist der Betrieb mit homogener Verteilung des Kraftstoff/Luftgemisches in den Brennräumen besonders geeignet, da das Regeneriergas ebenfalls bereits als homogenes Gemisch von Kraftstoff und Luft in die Brennräume gelangt.
  • Der beim Benzindirekteinspritzmotor favorisierte MagerBetrieb mit geschichteter Ladungsverteilung ist dagegen weniger geeignet, weil das vorgemischte Regeneriergas die einspritzstrahlgeführte Ladungsschichtung beeinträchtigt.
  • Wie aus der US 6 012 435 bekannt ist, erfolgt daher beim langandauernden Betrieb mit geschichteter Ladung unter Umständen eine Regenerierung des Aktivkohlefilters für längere Zeit nicht, wenn der Motor längere Zeit im Schichtbetrieb betrieben wird. Wenn diese Zeit eine Schwelle überschreitet erfolgt nach der angegebenen US Schrift eine Umschaltung in den Homogenbetrieb, um eine Regenerierung des Aktivkohlefilters zu ermöglichen.
  • Je nachdem, wieviel Kraftstoffdampf der Aktivkohlefilter vor der Regenerierung aufgenommen hat, kann er stark oder schwach mit Kraftstoff beladen sein. Als Folge kann das Regeneriergas bei einer anschließenden Regenerierung nach einer längeren Phase mit inaktiver Tankentlüftung stark oder schwach kraftstoffhaltig sein.
  • Zum Ausgleich der Kraftstoffmenge, die dem Verbrennungsmotor mit dem Regeneriergas zugeführt wird, erfolgt üblicherweise eine Verkleinerung des Kraftstoffstroms über die Einspritzventile.
  • Ist das Regeneriergas bei einsetzender Regenerierung sehr kraftstoffreich, ist die dem Motor insgesamt zugeführte Kraftstoffmenge so groß, dass es zu unerwünschten HC-Emissionen kommen kann.
  • Vor diesem Hintergrund zielt die Erfindung darauf, die Zufuhr von Regeneriergas bei Verbrennungsmotoren mit Tankentlüftung unter Verringerung der unerwünschten HC-Emissionen abgasneutral durchzuführen, den Fahrkomfort nicht zu beeinträchtigen und das Motormoment nicht unerwünscht zu beeinflussen. Gleichzeitig soll die Spülmenge unter den gegebenen Randbedingungen maximiert werden.
  • Diese angestrebten Wirkungen werden mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht.
  • Im einzelnen offenbart die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung eines Tankentlüftungsventils zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Kraftstoffdampfspeicher, wobei der gespeicherte Kraftstoffdampf aus dem Kraftstoffdampfspeicher dem Verbrennungsmotor bei geöffnetem Tankentlüftungsventil zugeführt wird. Bei dem Verfahren wird zwischen Phasen aktiver und inaktiver Tankentlüftung unterschieden und der Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils wird bei aktiver Tankentlüftung abhängig von ersten Betriebsparametern des Motors und/oder der Tankentlüftungsanlage durch ein Kraftstoffvorgabemittel vorgegeben und durch ein von zweiten Betriebsparametern abhängiges Spülratenbegrenzungsmittel begrenzt oder durch ein von zweiten Betriebsparametern abhängiges Spülratenvorgabemittel vorgegeben und/oder durch einen von dritten Betriebsparametern abhängigen Durchflußfaktor begrenzt.
  • Eine Ausführungsform sieht vor, daß die ersten Betriebsparameter des Motors und/oder der Tankentlüftungsanlage Werte für die Drehzahl und wenigstens einer der folgenden Betriebsparameter umfassen:
    • Drehmoment,
    • benötigte Kraftstoffmasse,
    • Ansauglufttemperatur,
    • Gemischzusammensetzung und
    • Ladungsverteilung im Brennraum.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die zweiten Betriebsparameter den Integralwert des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil umfassen.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die dritten Betriebsparameter wenigstens von der Drehzahl und dem Quotienten des Saugrohrdruckes und des Umgebungsdruckes abhängen.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird zwischen Phasen aktiver und inaktiver Tankentlüftung unterschieden und es wird dann, wenn die Dauer der Phase mit inaktiver Tankentlüftung eine Mindestdauer überschreitet, der Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils in der anschließenden Phase mit aktiver Tankentlüftung vorübergehend unter den vom Spülratenbegrenzungsmittel oder Spülratenvorgabemittel vorgegeben Wert begrenzt.
  • Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zur Steuerung eines Tankentlüftungsventils zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Kraftstoffdampfspeicher, wobei der gespeicherte Kraftstoffdampf aus dem Kraftstoffdampfspeicher dem Verbrennungsmotor bei geöffnetem Tankentlüftungsventil zugeführt wird wobei der Verbrennungsmotor mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, dessen Übersetzungsverhältnis im Betrieb des Verbrennungsmotors veränderbar ist, und bei dem während einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses eine vorübergehende Reduktion des vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmomentes erfolgt, das sich dadurch auszeichnet, daß das Tankentlüftungsventil bei einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses mit Reduktion des vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmomentes vorübergehend geschlossen wird.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die Spülrate als Quotient des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil und des gesamten Massenstroms in das Saugrohr definiert ist.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird die Begrenzung der Spülrate aufgehoben, wenn die Zeit, während der die Verringerung wirksam war, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß die Begrenzung der Spülrate aufgehoben wird, wenn ein Maß für die zum Motor geströmte Regeneriergasmenge einen Schwellenwert überschreitet.
  • Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird das genannte Maß vom Integral des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil oder von dem Integral über die Spülrate abhängig gestaltet.
  • Eine weitere Ausführungsform sieht eine Anwendung bei einem Verbrennungsmotor mit Benzindirekteinspritzung vor, wobei die Begrenzung der Tankentlüftung auch dann erfolgt, wenn es während aktiver Tankentlüftung zu unerwünscht hohen Lambda-Abweichungen kommt.
  • Bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit geschichteter Ladung sieht eine weitere Ausführungsform vor, daß die relative Änderung des tiefpassgefilterten Lambda-Sollwerts ausgewertet wird, und daß die Begrenzung der Tankentlüftung wegen während aktiver Tankentlüftung unerwünscht hoher Lambda-Abweichungen nur dann erfolgt, wenn die relative Änderung des tiefpassgefilterten Lambda-Sollwerts kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
  • Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung wenigstens eines der Verfahren und Ausführungsformen.
  • Bei den Verfahren wird zwischen Phasen aktiver und inaktiver Tankentlüftung unterschieden und die Spülrate wird bei aktiver Tankentlüftung abhängig von Betriebsparametern des Motors und/oder der Tankentlüftungsanlage durch ein Kraftstoffvorgabemittel vorgegeben und durch ein Spülratenbegrenzungsmittel begrenzt oder durch ein Spülratenvorgabemittel vorgegeben. Wenn die Dauer der Phase mit inaktiver Tankentlüftung eine Mindestdauer überschreitet, wird die Spülrate in der anschließenden Phase mit aktiver Tankentlüftung vorübergehend unter die vom Spülratenbegrenzungsmittel oder Spülratenvorgabemittel vorgegebene Rate begrenzt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren vermeidet vorteilhafterweise, dass eine Änderung des Beladungszustandes des Aktivkohlefilters, die während einer langen Phase mit inaktiver Tankentlüftung eingetreten ist, zu einer unerwünscht hohen Zunahme des Gesamtkraftstoffflusses zum Verbrennungsmotor führt. Damit kann eine unerwünschte Zunahme der HC-Emissionen nach langen Phasen inaktiver Tankentlüftung vermieden werden, ohne die erwünscht hohen Regenerierungsraten nach kürzeren Phasen inaktiver Tankentlüftung verkleinern zu müssen.
  • Da die Begrenzung nur vorübergehend wirkt, kann eine unerwünschte Begrenzung der Regenerierraten bei länger andauernden Phasen aktiver Tankentlüftung ebenfalls vermieden werden.
  • Dadurch wird in der Summe eine erwünschte große Regenerierrate ohne gesteigerte HC-Emissionen beim Übergang von inaktiver zu aktiver Tankentlüftung begünstigt.
  • Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung mit Bezug auf die Figuren erläutert.
  • Fig. 1 zeigt das technische Umfeld der Erfindung. Fig. 2 offenbart ein Ausführungsbeispiel der Erfindung in der Form von Funktionsblöcken. Fig. 3 zeigt eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels der Fig. 2.
  • Die 1 in der Fig. 1 repräsentiert den Brennraum eines Zylinders eines Verbrennungsmotors. Über ein Einlaßventil 2 wird der Zustrom von Luft zum Brennraum gesteuert. Die Luft wird über ein Saugrohr 3 angesaugt. Die Ansaugluftmenge kann über eine Drosselklappe 4 variiert werden, die von einem Steuergerät 5 angesteuert wird. Dem Steuergerät werden Signale über den Drehmomentwunsch des Fahrers, bspw. über die Stellung eines Fahrpedals 6, ein Signal über die Motordrehzahl n von einem Drehzahlgeber 7 und ein Signal über die Menge ml der angesaugten Luft von einem Luftmengenmesser 8 zugeführt.
  • Zusätzlich ergänzend oder alternativ zum Luftmassenmesser 8 ist ein Saugrohrdrucksensor 8a und/oder ein Drosselklappenpositionssensor 8b zur Luftmengenmessung vorgesehen.
  • Im folgenden wird anstelle des Begriffs der Luftmengenmessung auch der Begriff der Füllungserfassung verwendet. Der Begriff der Füllung umschreibt die auf die Füllung eines einzelnen Zylinders bezogene Luftmenge. In erster Näherung ist dies die durch die Zahl der Zylinder und die Drehzahl dividierte und damit auf einen Hub normierte gemessene Luftmenge.
  • Aus diesen und ggf. weiteren Eingangssignalen über weitere Parameter des Verbrennungsmotors wie Ansaugluft- und Kühlmitteltemperatur und so weiter bildet das Steuergerät 5 Ausgangssignale zur Einstellung des Drosselklappenwinkels alpha durch ein Stellglied 9 und zur Ansteuerung eines Kraftstoffeinspritzventils 10, durch das Kraftstoff in den Brennraum des Motors dosiert wird. Außerdem wird durch das Steuergerät die Auslösung der Zündung über eine Zündeinrichtung 11 gesteuert.
  • Weiterhin steuert das Steuergerät eine Tankentlüftung 12 sowie weitere Funktionen zur Erzielung einer effizienten Verbrennung des Kraftstoff/Luftgemisches im Brennraum. Die aus der Verbrennung resultierende Gaskraft wird durch Kolben 13 und Kurbeltrieb 14 in ein Drehmoment gewandelt.
  • Die Tankentlüftungsanlage 12 besteht aus einem Aktivkohlefilter 15, der über entsprechende Leitungen beziehungsweise Anschlüsse mit dem Tank, der Umgebungsluft und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors kommuniziert, wobei in der Leitung zum Saugrohr ein Tankentlüftungsventil 16 angeordnet ist.
  • Der Aktivkohlefilter 15 speichert im Tank 19 verdunstenden Kraftstoff. Bei vom Steuergerät 6 öffnend angesteuerten Tankentlüftungsventil 11 wird Luft aus der Umgebung 17 durch den Aktivkohlefilter gesaugt, der dabei den gespeicherten Kraftstoff an die Luft abgibt. Dieses auch als Tankentlüftungsgemisch oder auch als Regeneriergas bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflußt die Zusammensetzung des dem Verbrennungsmotor insgesamt zugeführten Gemisches, das im übrigen durch eine der angesaugten Luftmenge angepaßte Zumessung von Kraftstoff über die Kraftstoffzumeßvorrichtung 10 mitbestimmt wird. Dabei kann der über das Tankentlüftungssystem angesaugte Kraftstoff in Extremfällen einen Anteil von ca. einem Drittel bis zur Hälfte der Gesamtkraftstoffmenge entsprechen.
  • Fig. 2 zeigt eine Funktionsblockdarstellung eines Beispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Tankentlüftungsventils.
  • Block 2.1 repräsentiert ein Kraftstoffratenvorgabemittel, das beispielsweise als Kennfeldspeicher realisiert sein kann.
  • Die Kraftstoffrate wird zunächst abhängig vom Arbeitspunkt des Motors bestimmt. Der Kraftstoffanteil wird im Block 2.2 in eine Spülrate umgerechnet, die durch ein Spülratenbegrenzungsmittel 2.3 auf einen arbeitspunktabhängigen Maximalwert begrenzt wird.
  • Dabei kann die Kraftstoffrate als Quotient des über das Tankentlüftungsventil zugeführten Kraftstoffs und des gesamten der Verbrennung zugeführten Kraftstoffs definiert sein und die Spülrate kann als Quotient des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil und des gesamten Massenstroms in das Saugrohr definiert sein.
  • Der Arbeitspunkt ist durch Betriebsparameter des Motors wie Drehzahl, Drehmoment, benötigte Kraftstoffmasse, Ansauglufttemperatur, Gemischzusammensetzung und Ladungsverteilung im Brennraum definiert. Diese Betriebsparameter werden teilweise vom Steuergerät vorgegeben und/oder von Sensoren erfaßt. So bestimmt das Steuergerät zum Beispiel, ob der Motor in der Betriebsart mit homogener Ladungsverteilung oder in der Betriebsart mit geschichteter Ladungsverteilung zu betreiben ist. Das Drehmoment wird vom Steuergerät aus erfaßten Betriebsparametern wie Drehzahl und Ansaugluftmenge, Ansauglufttemperatur, Drosselklappenwinkel, Saugrohrdruck und so weiter gebildet. Die Gemischzusammensetzung kann aus im Steuergerät vorliegenden Größen wie dem Kraftstofffluß über die Einspritzventile und der Zylinderfüllung berechnet werden oder mit einer Abgassonde meßtechnisch bestimmt werden.
  • Wesentlich ist, dass der Motor in manchen Arbeitspunkten größere Kraftstoffraten und Spülraten und damit größere Mengen Regeneriergas verarbeiten kann als in anderen und dass aus diesem Grund ein Kraftstoffratenvorgabemittel und ein Spülratenbegrenzungsmittel passende Kraftstoff- und Spülraten in Abhängigkeit vom Arbeitspunkt vorgibt.
  • Die Spülrate wird im Block 2.2 in ein Ansteuertastverhältnis für das Tankentlüftungsventil 16 umgerechnet. In die Berechnung kann beispielsweise der Massenstrom mdk über die Drosselklappe des Motors eingehen um zunächst einen gewünschten Massenstrom über das Tankentlüftungsventil aus der Spülrate zu bestimmen. Diese Funktion wird durch den Block 2.4 repräsentiert. Beträgt die Spülrate beipielsweise 20 % und der Massenstrom über die Drosselklappe 4Kg/Stunde, so ergibt sich daraus ein gewünschter Massenstrom über das Tankentlüftungsventil von 1 Kg/Stunde. Ein für diesen Durchfluß passendes Öffnungstastverhältnis zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils kann beispielsweise aus einem Kennfeld, das zusätzlich die Druckdifferenz zwischen dem Saugrohr und dem Tankentlüftungssystem berücksichtigt, gewonnen werden. Die genannte Druckdifferenz kann wiederum aus dem gemessenen oder im Steuergerät modellierten Saugrohrdruck psaug abgeschätzt werden.
  • Das so bestimmte Ansteuersignal wird erfindungsgemäß vorübergehend zusätzlich begrenzt.
  • Dazu ist eine Minimalauswahl (Block 2.3.1) zwischen dem aus einem Kennfeld (Block 2.3.2) ausgelesenen Maximalwert der Spülrate und einem Begrenzungswert der Spülrate aus einem Block 2.3.3 geeignet.
  • Der Begrenzungswert kann aus einer Kennlinie (Block 2.3.3) gewonnen werden, die mit dem Integralwert des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil (Block 2.3.4) adressiert wird, wobei der Integralwert in Phasen inaktiver Tankentlüftung, die eine Mindestdauer überschreiten, von der Steuerung 2.6 auf Null zurückgesetzt wird.
  • Die Berücksichtigung des Integralwerts des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil ist besonders vorteilhaft, da dieser ein Maß für die durch das Aktivkohlefilter geleitete Spülmenge ist. Übersteigt diese ein Mindestmaß, das beispielsweise dem Volumen der Leitung zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Saugrohr entsprechen kann, so ist keine sprunghafte Änderung der HC-Konzentration im Regeneriergas mehr zu erwarten und die Begrenzung der Spülrate ist dann nicht mehr erforderlich.
  • Der Massenstrom über das Tankentlüftungsventil läßt sich bspw. aus der realen Spülrate, die auch dem Block 2.4. zugeführt wird, und dem Massenstrom mdk über die Drosselklappe bestimmen.
  • Erfindungsgemäß wird die Verringerung ausgelöst, wenn die Länge einer betriebsphase ohne Öffnung des Tankentlüftungsventils einen vorbestimmten Wert überschreitet. Die Steuerung des Wechsels zwischen aktiver und nicht aktiver Tankentlüftung erfolgt durch eine Ablaufsteuerung 2.6. Insbesondere wird von der Ablaufsteuerung auch der Massenstrom über das Tankentlüftungsventil und damit die Länge der Phasen nichtaktiver Tankentlüftung erfaßt und mit einem vorbestimmten Schwellwert verglichen. Wenn die Dauer der Nichtaktivität die durch den vorbestimmten Schwellwert definierte Zeitdauer überschreitet, wird der Integralwert des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil auf Null zurückgesetzt. Damit wirkt bei der nächsten Aktivphase der Tankentlüftung die Spülratenbegrenzung solange, bis der Integralwert des Massenstroms den in der Kennlinie 2.33 vorgegebenen Mindestwert überschreitet.
  • Alternativ kann anstelle der Minimalauswahl auch eine multiplikative Verringerung der Spülrate selbst oder ihres Maximalwerts erfolgen.
  • Als Kriterium für die Dauer der Verringerung kann die Zeit verwendet werden, während der die Verringerung wirksam war. Überschreitet diese Zeit eine vorbestimmte Schwelle, wird die Verringerung wieder aufgehoben.
  • Alternativ zur Bestimmung der Spülrate aus der vorgegebenen Kraftstoffrate kann auch die Spülrate direkt vorgegeben werden.
  • Über die genannten Eingriffe hinaus erfolgt die Begrenzung der Tankentlüftung (TE) in folgenden Betriebszuständen:
  • Bei Getriebeumschaltvorgängen bei Automatikgetrieben wird ein Reduktionsmoment wirksam, das zu Einspritzausblendungen führen kann. Zur Vermeidung der Zunahme der HC-Emissionen wird das TEV mit Anforderung der Umschaltung geschlossen und erst zeitverzögert nach Wiederbeginn der Einspritzung wieder geöffnet.
  • BDE-spezifisch: Kommt es während der TE zu unerwünscht hohen Lambda-Abweichungen, beispielsweise aufgrund der Verwendung eines ungepufferten AKFs, so erfolgt eine sofortige Begrenzung der TE über einen Grenzwertregeleingriff. Um im Schichtbetrieb das Eingreifen der Grenzwertregelung bei einem Arbeitspunktwechsel zu vermeiden, ist es erforderlich, Arbeitspunktwechsel von Lambdaabweichungen zu unterscheiden und zuverlässig zu detektieren. Hierzu wird die relative Änderung des tiefpassgefilterten Lambda-Sollwerts ausgwertet und so gewichtet, dass lediglich kleine Werte zu einem Grenzwertregeleingriff führen, größere Werte aber als Arbeitspunktwechsel interpretiert werden.
  • BDE-spezifisch: Aufgrund der ungünstigen Verbrennungseigenschaften des räumlich homogen eingeleiteten Regeneriergases im Schichtbetrieb wird die TEV-Öffnung in Abhängigkeit von der Drehzahl begrenzt. In der Fig. 3 schaltet ein Schalter beim Vorliegen von Magerbetrieb (Steuersignal Bmager) ein Begrenzungskennfeld 2.8 anstelle eines Festwertes (100%) auf eine Minimalauswahl 2.10. Ein weiteres Begrenzungskennfeld 2.9 wird durch den Quotienten der Drücke Ps (Saugrohrdruck) und Druck im Tankentlüftungssystem Pu (ungefähr gleich dem Umgebungsdruck) adressiert. Im Block 2.10 erfolgt eine Minimalauswahl zwischen den Ausgangsgrößen der Kennfelder im Block 2.11 erfolgt die Bildung eines Durchflußfaktors. Block 2.11 ist in der Struktur der Fig. 2 zwischen dem Block 2.2 und dem Block 2.4 angeordnet, so daß der Eingriff über den Durchflußfaktor als zusätzliche oder ergänzende Begrenzung wirkt.
  • BDE-spezifisch: Zur Regenerierung des NOx-Speicher-Katalysators, die regelmäßig erforderlich ist, wird mit fettem Gemisch gefahren, das Lambda-Werte bis zu 0,7 erreichen kann. Da die Meßgenauigkeit der Lambdasonde in diesem Bereich nicht ausreichend ist, kann bei gleichzeitig erfolgender TE die Beladung des Regeneriergases nicht adaptiert werden. Zur Vermeidung des Umschaltens auf gesteuerte TE mit sehr geringer Spülrate, die in diesem Lambdabereich in der Regel erfolgt, wird bei Regenerierung des NOx-Speicher-Katalysators mit Lambdawerten kleiner einer Schwelle die Spülrate der Tankentlüftung mittels eines applizierbaren Faktors reduziert.
  • BDE-spezifisch: Die Umschaltung zwischen den unterschiedlichen Betriebsarten (homogen, homogen-mager, - schicht) soll ruckfrei erfolgen. Um ein mögliches Störpotential seitens der Tankentlüftung gering zu halten, wird die Beladung des Regeneriergases in die Bereiche niedrig, mittel, hoch aufgeteilt und in Abhängigkeit davon nur bestimmte Betriebsarten und -umschaltungen erlaubt. Unabhängig davon wird bei Umschaltung zwischen vom Verbrennungvorgang her unterschiedlichen Betriebsarten (homogen, schicht) der Kraftstoffanteil der TE auf einen applizierbaren Wert begrenzt, d.h. die TEV-Öffnung muss vor der Umschaltung reduziert werden. Eine übliche Konfiguration ist:
    • hohe Beladung: Betriebsart homogen; keine Umschaltung; mittlere Beladung: Betriebsarten hom., homogen-mager, homogen-schicht; Umschaltung;
    • niedrige Beladung: alle Betriebsarten; Umschaltung.
  • Mit den beschriebenen Begrenzungen wird eine weitestgehend abgasneutrale und den Fahrkomfort nicht beeinträchtigende TE erreicht. Unerwünschte HC-Emissionen infolge einer den Betriebszuständen nicht fein angepassten TE-Strategie werden ebenso vermieden wie unerwünschte Einflüsse auf das Moment; gleichseitig wird die Spülmenge unter den gegebenen Randbedingungen maximiert.

Claims (12)

  1. Verfahren zur Steuerung eines Tankentlüftungsventils zwischen einem Verbrennungsmotor und einem Kraftstoffdampfspeicher, wobei der gespeicherte Kraftstoffdampf aus dem Kraftstoffdampfspeicher dem Verbrennungsmotor bei geöffnetem Tankentlüftungsventil zugeführt wird und wobei zwischen Phasen aktiver und inaktiver Tankentlüftung unterschieden wird und wobei
    der Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils bei aktiver Tankentlüftung abhängig von ersten Betriebsparametern des Motors und/oder der Tankentlüftungsanlage durch ein Kraftstoffvorgabemittel vorgegeben und
    - durch ein von zweiten Betriebsparametern abhängiges Spülratenbegrenzungsmittel begrenzt oder durch ein von zweiten Betriebsparametern abhängiges Spülratenvorgabemittel vorgegeben wird
    - und/oder durch einen von dritten Betriebsparametern abhängigen Durchflußfaktor begrenzt wird, dadurch gekennzeichnet,
    dass, wenn die Dauer der Phase mit inaktiver Tankentlüftung eine Mindestdauer überschreitet, der Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils in der anschließenden Phase mit aktiver Tankentlüftung vorübergehend unter den vom Spülratenbegrenzungsmittel oder Spülratenvorgabemittel vorgegeben Wert begrenzt wird
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Betriebsparametern des Motors und/oder der Tankentlüftungsanlage Werte für die Drehzahl und wenigstens einer der folgenden Betriebsparameter umfassen:
    - Drehmoment,
    - benötigte Kraftstoffmasse,
    - Ansauglufttemperatur,
    - Gemischzusammensetzung und
    - Ladungsverteilung im Brennraum
  3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweiten Betriebsparameter den Integralwert des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil umfassen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dritten Betriebsparameter wenigstens von der Drehzahl und dem Quotienten des Saugrohrdruckes und des Umgebungsdruckes abhängen.
  5. Verfahren zur Steuerung eines Tankentlüftungsventils nach Anspruch 1,
    wobei der Verbrennungsmotor mit einem Drehmomentwandler gekoppelt ist, dessen Übersetzungsverhältnis im Betrieb des Verbrennungsmotors veränderbar ist, und bei dem während einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses eine vorübergehende Reduktion des vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmomentes erfolgt, und wobei das Tankentlüftungsventil bei einer Änderung des Übersetzungsverhältnisses mit Reduktion des vom Verbrennungsmotor gelieferten Drehmomentes vorübergehend geschlossen wird.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülrate als Quotient des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil und des gesamten Massenstroms in das Saugrohr definiert ist.
  7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Spülrate aufgehoben wird, wenn die Zeit, während der die Verringerung wirksam war, eine vorbestimmte Schwelle überschreitet.
  8. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Begrenzung der Spülrate aufgehoben wird, wenn ein Maß für die zum Motor geströmte Regeneriergasmenge einen Schwellenwert überschreitet
  9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das genannte Maß vom Integral des Massenstroms über das Tankentlüftungsventil oder von dem Integral über die Spülrate abhängt.
  10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet dass es bei einem Verbrennungsmotor mit Benzindirekteinspritzung durchgeführt wird und dass die Begrenzung der Tankentlüftung auch dann erfolgt, wenn es während aktiver Tankentlüftung zu unerwünscht hohen Lambda-Abweichungen kommt.
  11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Betrieb des Verbrennungsmotors mit geschichteter Ladung die relative Änderung des tiefpassgefilterten Lambda-Sollwerts ausgewertet wird, und dass die Begrenzung der Tankentlüftung wegen während aktiver Tankentlüftung unerwünscht hoher Lambda-Abweichungen nur dann erfolgt, wenn die relative Änderung des tiefpassgefilterten Lambda-Sollwerts kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert ist.
  12. Elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung der Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 11.
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