EP1415079B1

EP1415079B1 - Verfahren und steuergerät zur funktionsdiagnose eines tankentlüftungsventils einer brennstofftankanlage insbesondere eines kraftfahrzeugs

Info

Publication number: EP1415079B1
Application number: EP02754259A
Authority: EP
Inventors: Martin Streib; Dieter Lederer; Karl-Bernhard Lederle
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2001-07-25
Filing date: 2002-06-21
Publication date: 2004-12-22
Anticipated expiration: 2022-06-21
Also published as: US7162914B2; WO2003012278A1; JP2004536998A; DE10136183A1; EP1415079A1; US20050034513A1; DE50201855D1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines in einer Brennstofftankanlage insbesondere eines Kraftfahrzeuges angeordneten Tankentlüftungsventils sowie ein Steuergerät zur Durchführung des Verfahrens gemäß den Oberbegriffen der jeweiligen unabhängigen Ansprüche.
Moderne in Kraftfahrzeugen eingesetzte Brennkraftmaschinen weisen bekanntermaßen einen Kraftstoffvorratstank sowie eine Kontrolleinrichtung zur Überwachung und gegebenenfalls zur Verhinderung der Emission von in dem Kraftstoffvorratstank gebildeten Kraftstoffdämpfen auf. Die Kontrolleinrichtung dient insbesondere dazu, etwa auftretenden Kraftstoffdampf mittels einer Aktivkohlefalle bzw. eines Aktivkohlefilters einzufangen und in der Aktivkohlefalle vorübergehend zu speichern. Flüchtige Kraftstoffdämpfe, das sind meist Kohlenwasserstoffdämpfe, bilden sich bspw. während eines Betankungsvorganges des Fahrzeugs oder aufgrund einer ansteigenden Kranstofftemperatur im Tank und des damit einhergehenden Anstiegs des Kraftstoffdampfdruckes.
Das Speichervermögen der Aktivkohlefalle nimmt nun mit steigender Menge an gespeichertem Kohlenwasserstoff stetig ab und daher ist es erforderlich, die Aktivkohlefalle zeitweilig zu regenerieren, d.h. den gespeicherten Kohlenwasserstoff aus dieser wieder herauszulösen. Zu diesem Zweck ist die Aktivkohlefalle über ein Tankentlüftungsventil (TEV) mit einem zum Ansaugen von Verbrennungsluft dienenden Saugrohr über eine Drosselklappe mit der Brennkraftmaschine verbunden. Durch Öffnen des TEV entsteht ein Druckgefälle zwischen der Aktivkohlefalle und dem Saugrohr, mittels dessen der in der Aktivkohlefalle gespeicherte Kohlenwasserstoff in das Saugrohr geführt wird, um letztlich in der Brennkraftmaschine verbrannt und damit entsorgt zu werden.
Es wird in dem vorliegenden Zusammenhang auf die in einigen Ländern, wie den USA, verschärften gesetzlichen Regelungen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen hingewiesen, wonach es erforderlich ist, dass Kraftfahrzeuge, bei denen flüchtige Brennstoffe wie Benzin eingesetzt werden, eine eingangs genannte Kontrolleinrichtung aufweisen, die in der Lage ist, eine etwa bestehende Undichtigkeit (Leckage) einer Öffnungsgröße von 0,5 mm im Tank bzw. der gesamten Brennstofftankanlage allein mit Bordmitteln aufspüren zu können.
Die genannte Regenerierung der Aktivkohlefalle hängt nun empfindlich von der Funktion des TEV ab. Es besteht demnach ein Erfordernis, das TEV regelmäßig auf seine ordnungsgemäße Funktion hin zu überprüfen. Ein erster bekannter Ansatz zur Diagnose des TEV sieht vor, das TEV in einem hinreichend stabilen Arbeitspunkt im Leerlauf zu betreiben und die Änderung der der Brennkraftmaschine zugeführten Gemischzusammensetzung sowie die Änderung des Energiestroms über die Drosselklappe zu beobachten. Der genannte Energiestrom entspricht dabei dem Produkt aus dem über die Drosselklappe abgeführten Luftmassenstrom und dem Zündwinkelwirkungsgrad. Diese Methode setzt daher einen hoben Saugrohrunterdruck voraus.
Gemäß einem zweiten bekannten Ansatz erfolgt die Diagnose als Teil einer üblichen Dichtheitsprüfung der Tankanlage. Ein solches Verfahren geht bspw. aus den Druckschriften US 5,349,935, DE 196 36 431.0 A1, DE 198 09 384.5 A1 und DE 196 25 702 A1 hervor. Bei diesen wird die Tankanlage mittels einer Pumpe mit einem Überdruck beaufschlagt und durch anschließendes Auswerten des Druckverlaufs ggf. auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen. Überdies sind aus der JP-6-173837 und der US 5,347,971 ähnliche Verfahren bekannt geworden, bei denen der Tankanlage ein Referenzleck parallel zugeschaltet wird und bei denen durch Vergleich der Messungen mit und ohne Referenzleck eine Aussage über das Vorhandensein eines Lecks getroffen wird. Des Weiteren ist aus der DE 196 36 431.0 A1 bekannt, bei der Dichtheitsprüfung eine elektrische Betriebsgröße der Pumpe, bspw. die elektrische Strom- oder Leistungsaufnahme, heranzuziehen. Zur Funktionsdiagnose des TEV wird dabei üblicherweise zunächst anhand der genannten Referenzleck-Methode geprüft, ob die Tankanlage dicht ist. Ausgehend von einem dichten Zustand wird das TEV öffnend angesteuert. Wird dann ein signifikanter Stromabfall der Pumpe beobachtet, so wird das TEV als ordnungsgemäß funktionierend angenommen.
Die genannten Vorgehensweisen bei der Funktionsdiagnose des TEV erfordern zeitaufwendige Messungen und lassen keine quantitative Aussage hinsichtlich einer ordnungsgemäßen Funktion des TEV zu.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und ein Steuergerät der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass bei möglichst kurzer Diagnosedauer ein höchstmögliches Maß an Diagnosesicherheit bereitgestellt wird.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie Weiterbildungen der Steuereinheit sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die Erfindung schlägt vor, das Tankentlüftungsventil öffnend oder schließend anzusteuern, eine bestimmte Druckänderung durchzuführen, dabei wenigstens die Stromaufnahme der Druckquelle zu erfassen und aus der erfassten Stromaufnahme auf ein funktionsfähig öffnendes bzw. schließendes Tankentlüftungsventil zu schließen.
In einer ersten Variante wird das Tankentlüflungsventil schließend angesteuert und mittels der Druckquelle ein bestimmter Druckaufbau in der Tankentlüftungsanlage erzeugt. Dabei wird die wenigstens die Stromaufnahme der Druckquelle erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme ggf. auf ein funktionsfähig schließendes Tankentlüftungsventil geschlossen. Um entsprechend auch auf ein funktionsfähig öffnendes Tankentlüftungsventil schließen zu können, wird das Tankentlüftungsventil nachfolgend öffnend angesteuert und bei dem erfolgenden Druckabbau die Stromaufnahme der Druckquelle erfasst.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass das Tankentlüftungsventil öffnend angesteuert wird und dabei ein Druckabbau in der Tankentlüftungsanlage erfolgt, wobei die Stromaufnahme der Druckquelle erfasst und aus der erfassten elektrischen Betriebsgröße auf ein funktionsfähig öffnendes Tankentlüftungsventil geschlossen wird, und dass das Tankentlüftungsventil nachfolgend schließend angesteuert wird, bei dem erfolgenden Druckaufbau die Stromaufnahme der Druckquelle erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme ggf. auf ein funktionsfähig schließendes Tankentlüftungsventil geschlossen wird.
Gemäß einer zweiten Variante wird das Tankentlüftungsventil schließend angesteuert und die Druckquelle zunächst kurzzeitig aktiviert. Dabei wird eine Leerlaufbetriebsgröße der Druckquelle erfasst. Nachfolgend wird das Tankentlüftungsventil öffnend angesteuert und aus der relativen Änderung der Stromaufnahme der Druckquelle gegenüber der Leerlaufbetriebsgröße ggf. auf die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils geschlossen.
Das vorgeschlagene Verfahren kann, im Unterschied zum eingangs beschriebenen ersten Ansatz auch auf Systeme mit nur geringem Saugrohrunterdruck, bspw. VVT-Systeme, angewendet werden. Im Unterschied zum als zweiten Ansatz bezeichneten Konzept erfordert das Verfahren nicht das der eigentlichen TEV-Diagnose vorgeschaltete Pumpen gegen ein Referenzleck und einen sich anschließenden Druckaufbau bis zum Erreichen eines Referenzstromniveaus. Demgegenüber werden eine erheblich verkürzte TEV-Diagnosedauer und gleichzeitig eine höhere Aussagesicherheit bereitgestellt. Gemäß einer besonderen Ausgestaltung wird zudern eine quantitative Aussage über das tatsächliche Volumenstromverhalten des TEV ermöglicht.
Es versteht sich, dass die Erfindung nicht nur in der Kraftfahrzeugtechnik, sondern auf sämtlichen Gebieten, in denen Tankanlagen in der eingangs genannten Weise von flüchtigen Stoffen freizuhalten sind, vorteilhaft einsetzbar ist. Beispielhaft sei hier nur der Bereich der Petrochemie angegeben.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen erläutert, aus denen sich weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben. Es zeigen

Fig. 1 eine Brennstofftankanlage, bei welcher ein von der Erfindung Gebrauch machendes Verfahren bzw. eine erfindungsgemäße Steuereinheit zur Anwendung kommen;
Fig. 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel bereitgestellte Steuersignale und sich dabei ergebende Messdaten als Funktion der Zeit; und
Fig. 3 ein der Fig. 2 entsprechendes Diagramm gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

Die in der Fig. 1 in Blockdiagrammform dargestellte Brennstofftankanlage umfasst einen Tank 10, der über eine Tankanschlussleitung 12 mit einem Aktivkohlefilter 14 verbunden ist. Ein eine (nicht gezeigte) Drosselklappe aufweisendes Saugrohr 16 einer (ebenfalls nicht gezeigten) Brennkraftmaschine ist, ebenfalls über den Aktivkohlefilter 14, über eine Ansaugleitung 18 und über ein Tankentlüftungsventil (TEV) 20 mit dem Tank 10 verbunden.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine oder beim Betanken des Tanks 10 bilden sich im Tank flüchtige Kohlenwasserstoffdämpfe, die über die Leitung 12 in den Aktivkohlefilter 14 gelangen und in diesem in bekannter Weise reversibel gebunden werden.
Bei von einer Steuereinheit 21 über eine erste elektrische Steuerleitung 40 zeitweilig öffnend angesteuertem TEV 20 und entsprechend über eine zweite Steuerleitung 42 angesbeuertem Umschaltventil 32 wird nun Frischluft 22 aus der Umgebung durch den Aktivkohlefilter 14 hindurch angesaugt, wobei darin etwa gespeicherter Kraftstoff an die eingesaugte Luft abgegeben wird und der Aktivkohlefilter 14 sich im Ergebnis regeneriert.
Um die Dichtigkeit des Tanks 10 bzw. der gesamten Tankanlage zu diagnostizieren, ist eine mit dem Aktivkohlefilter 14 verbundene Leckdiagnoseeinheit 28 vorgesehen. Die Diagnoseeinheit 28 umfasst eine Flügelzellenpumpe 30. Der Pumpe 30 vorgeschaltet ist das bereits genannte Umschaltventil 32. In einen separaten Leitungszweig 34 ist ein Referenzleck 36 eingebracht. Das Referenzleck 36 wird in dem Beispiel mittels eines Magnetschiebeventils 38 geöffnet bzw. geschlossen. Die jeweilige Dimensionierung des Referenzlecks 36 ist so gewählt, dass sie der Größe des zu erfassenden Lecks entspricht. Im Falle der eingangs genannten US-Norm weist das Referenzleck demnach einen Öffnungsquerschnitt von 0,5 mm auf.
Das Umschaltventil 32 hat zwei Schaltstellungen. In der ersten Stellung wird die Pumpe 30 über den Aktivkohlefilter 14 mit dem Tank 10 druckleitend verbunden und pumpt damit Außenluft in den Tank 10. Während des Pumpens der Frischluft in den Tank 10 wird die Stromaufnahme der Pumpe 30 kontinuierlich erfasst. Zur Durchführung einer Referenzmessung wird das Umschaltventil 32 vollständig geschlossen, so dass mittels des Magnetschiebeventils 38 nunmehr die Stromaufnahme der Pumpe 30 aufgrund des sich vor dem Referenzleck 36 aufbauenden Staudrucks erfasst werden kann. Die Ansteuerung der Pumpe 30 mittels der Steuereinheit 21 sowie das Auslesen der Stromaufnahmedaten erfolgt über entsprechende Steuer- und Datenleitungen 44,46.
Die Figuren 2 und 3 zeigen zeitliche Verläufe der Steuerspannung U_UmschV des Umschaltventils 32, der Ansteuerung des TEV 20, des Pumpenstroms bzw. der Pumpenstromaufnahme I_Pumpe sowie des Drucks in der Tankanlage p_Tankanl., wie sie bei zwei unterschiedlichen Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens auftreten.
Wie aus der Fig. 2 zu ersehen, wird nach Bestromen des Umschaltventils 32 mit U_UmschV bei t1 und bei schließend angesteuertem TEV 20 durch die Pumpe 30 ein Überdruck 100 in der Tankanlage erzeugt. Dabei wird die aufgrund des sich ausbildenenden Gegendrucks ebenfalls ansteigende Stromaufnahme 102 der Pumpe 30 kontinuierlich oder diskret in kurzen Zeitabständen erfasst. Steigt nun die Stromaufnahme 102, ausgehend von dem Leerlaufstrom 104, um einen vorab empirisch zu bestimmenden ersten Schwellenwert I_Schw1 an, so wird aus dem damit korrelierenden Druckaufban 100 in der Tankanlage auf ein korrekt schließendes TEV 20 geschlossen. Dabei kann zumindest von einem, trotz schließender Ansteuerung, nicht mehr als minimal und damit unterhalb einer Diagnoseschwelle geöffneten TEV 20 ausgegangen werden.
Anschließend wird das TEV 20 bei t2 öffnend angesteuert 106, was bei tatsächlichern Öffnen des TEV 20 zu einem Druckabfall 108 in der Tankanlage und damit zu einem Abfall 110 der Stromaufnahme der Pumpe 30 führt. Bei Überschreiten des Betrags dieses Abfalls eines wiederum empirisch zu bestimmenden zweiten Schwellenwertes I_Schw2 wird auf ein korrekt öffnendes TEV 20 geschlossen.
Der vorbeschriebene Zyklus von Druckaufbau 100 und Druckabbau 108 bei geschlossen 112 bzw. geöffnet 106 angesteuertem TEV 20 kann zur Erhöhung der Güte der Funktionsdiagnose, wie in dem Beispiel gezeigt, mehrfach wiederholt werden. So erfolgt hier ein zweiter Druckanstieg zwischen t3 und t4 und nachfolgend wieder ein Druckabfall zwischen t4 und t5.
Um darüber hinaus auch eine quantitative Unterscheidung zwischen ordnungsgemäßer und nicht-ordnungsgemäßer Funktion des TEV 20 zu ermöglichen, kann das TEV 20 mit unterschiedlichen Tastverhältnissen öffnend angesteuert werden, um bspw. durch Erfassen des zeitlichen Gradienten der Stromaufnahme I_Pumpe der Pumpe 30 den tatsächlichen, durch das TEV 20 hindurchfließenden Massen- bzw. Volumenstrom berechnen zu können. Dabei kann sich bekanntermaßen der Zusammenhang DELTA_V/DELTA_t ist proportional zu DELTA_p/DELTA_t und DELTA_p/DELTA_t ist wiederum proportional zu DELTA_I/DELTA_t (mit V = Strömungsvolumen, p = Druck, I = Stromaufnahme, t = Zeit) zunutze gemacht werden.
Die Fig. 3 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel in einer der Fig. 2 ähnlichen Darstellung, bei dem, im Unterschied zur Fig. 2, die TEV-Diagnose mittels einer Unterdruckmethode erfolgt. Bei zunächst schließend 200 angesteuertem TEV 20 wird die Pumpe 30 kurzzeitig aktiviert und ihre Stromaufnahme I_Pumpe unter Leerlauf 202 erfasst. Bei t2 wird das TEV 20 öffnend 204 angesteuert, wodurch sich aufgrund des bestehenden Saugrohrunterdrucks bei tatsächlichem Öffnen des TEV 20 ein Druckabbau 206 in der Tankanlage einstellt. Nach erneutem Schließen des TEV 20 bei t3 und erneutem Aktivieren der Pumpe 30 wird aus dem Unterschied des erfassten Leerlaufstroms 202 auf die Funktionsfähigkeit des TEV 20 geschlossen. Auch in diesem Ausführungsbeispiel werden die Zyklen mehrfach wiederholt und es können dabei, wie vorbeschrieben, ggf. unterschiedliche Tastverhältnisse zur Anwendung kommen.
Die vorbeschriebenen Verfahrensschritte zur Diagnose des TEV 20 lassen sich durch entsprechende Programmierung der Steuereinheit 21, bspw. durch Einbringen eines entsprechenden Programmcodes in einen EEPROM, realisieren.

Claims

Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines in einer Tankanlage insbesondere eines Kraftfahrzeuges angeordneten, mittels einer Steuereinheit (21) ansteuerbaren und mit einem Saugrohr (16) verbundenen Tankentlüftungsventils (20), wobei eine Druckquelle (30) zur Prüfung der Dichtheit der Tankanlage mittels Über- oder Unterdruck vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (20) öffnend oder schließend angesteuert und eine bestimmte Druckänderung (100, 108) durchgeführt wird, und dass dabei die Stromaufnahme (102) der Druckquelle (30) erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme (102) auf ein funktionsfähig öffnendes bzw. schließendes Tankentlüftungsventil (20) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (20) schließend angesteuert (112) und mittels der Druckquelle (30) ein bestimmter Druckaufbau (100) in der Tankentlüftungsanlage durchgeführt wird, wobei die Stromaufnahme (102) der Druckquelle (30) erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme der Druckquelle (102) auf ein funktionsfähig schließendes Tankentlüftungsventil (20) geschlossen wird, und dass das Tankentlüftungsventil (20) nachfolgend öffnend angesteuert wird (106), bei dem erfolgenden Druckabfall (110) die Stromaufnahme (102) der Druckquelle (30) erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme der Druckquelle (102) auf ein funktionsfähig öffnendes Tankentlüftungsventil (20) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (20) öffnend angesteuert wird (106) und dabei ein Druckabfall (108) in der Tankentlüftungsanlage erfolgt, wobei die Stromaufnahme der Druckquelle (30) erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme der Druckquelle (110) auf ein funktionsfähig öffnendes Tankentlüftungsventil (20) geschlossen wird, und dass das Tankentlüftungsventil (20) nachfolgend schließend angesteuert wird, bei dem erfolgenden Druckaufbau die Stromaufnahme der Druckquelle (30) erfasst und aus der erfassten Stromaufnahme der Druckquelle auf ein funktionsfähig schließendes Tankentlüftungsventil (20) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromaufnahme der Druckquelle (30) erfasst (Leerlaufbetriebsgröße) und aus der relativen Änderung der Stromaufnahme der Druckquelle gegenüber der Leerlaufbetriebsgröße auf die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils (20) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (20) schließend angesteuert wird (200), wobei die Druckquelle (30) kurzzeitig aktiviert und dabei die Stromaufnahme der Druckquelle (202) im Leerlauf der Druckquelle (30) (Leerlaufbetriebsgröße) erfasst wird, und dass das Tankentlüftungsventil (20) nachfolgend öffnend angesteuert (204) und aus der relativen Änderung der Stromaufnahme der Druckquelle (I_Pumpe) der Druckquelle (30) gegenüber der Leerlbetriebsgröße auf die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils (20) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Über- bzw. Unterschreiten eines vorgegebenen Schwellenwertes (I_Schw1, I_Schw2) der Stromaufnahme der Druckquelle (30) auf die Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils (20) geschlossen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die bestimmte Druckänderung wenigstens zweimal durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens zweimaligen Druckänderungen mit jeweils unterschiedlichem Tastverhältnis erfolgen und aus dem Gradienten der Änderung der Stromaufnahme der Druckquelle erforderlichen elektrischen Betriebsgröße der Druckquelle (30) auf das quantitative Funktionsverhalten des Tankentlüftungsventils (20) geschlossen wird.
Steuergerät wobei durch Einbringen eines Programmcodes die Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche realisiert wird.
Tankleckdiagnosegerät wobei durch Einbringen eines Programmcodes die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 realisiert wird.