WO2007057273A2 - Verfahren zur überprüfung der dichtheit einer tankentlüftungsanlage ohne drucksensor - Google Patents

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WO2007057273A2
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Oliver Grunwald
Alexander Ketterer
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Continental Automotive Gmbh
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
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    • F02M25/0809—Judging failure of purge control system
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
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    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K15/077—Fuel tanks with means modifying or controlling distribution or motion of fuel, e.g. to prevent noise, surge, splash or fuel starvation

Definitions

  • the invention relates to a method for checking the tightness of a tank-venting system of a motor vehicle, wherein the tank-venting system has a tank venting valve in a regeneration line, which connects a fuel vapor-absorbing retaining retainer to a suction pipe of an internal combustion engine, a shut-off valve for airtight closing of the engine Tankentluftungsstrom against a ruling outside the motor vehicle atmosphere, and a bistable pressure switch whose switching state indicates an exceeding or falling below a predetermined switching pressure in the Tankentluftungslage.
  • the Tankentluftungsventil In the usually used during the journey of a motor vehicle method for checking the tightness of a tank ventilation system, as described for example in DE-19713085- Al, the Tankentluftungsventil is opened, so that the pressure prevailing in the intake manifold vacuum can propagate in the Tankentluftungsstrom. After a subsequent closing of the tank venting valve, the pressure should remain at approximately the level of vacuum reached. Both the size of the achieved negative pressure, as well as the time to reach this negative pressure and the behavior of the pressure after closing the Tankentluftungsventils allow conclusions about a possibly existing leak in the Tankentluftungsstrom. In order to continuously monitor and monitor the pressure, a pressure sensor is needed.
  • Object of the present invention is therefore to provide a method of the type mentioned, with the time required to check the tightness of the Tankentluftungsstrom is reduced without the use of a pressure sensor.
  • the method begins with checking whether a threshold of the vehicle speed has fallen below.
  • This threshold is chosen to be so low that it is no longer necessary to expect strong vibrations of the vehicle, ie the threshold is in an area near the standstill of the vehicle, preferably at values of 10 km / h and lower.
  • the tank vent valve is opened so that the pressure in the tank venting system drops due to the negative pressure in the suction pipe.
  • the tank vent valve is held open until a negative pressure has been set, which is below the switching pressure. Since the switching pressure is chosen so that it is below the pressure prevailing under normal operating conditions in the tank venting systems, this means at the same time that during the
  • Opening time of the Tankentluftungsventils the switching pressure is at least once below, so that the pressure switch triggers accordingly.
  • the time is measured until the switching pressure is exceeded again starting from an initial pressure below the switching pressure. Based on the measured time then the tightness of the tank ventilation system is evaluated.
  • Essential to the inventive method is the setting of a defined, below the switching pressure negative pressure, which can also be referred to as the initial pressure. Starting from this initial pressure, the time is then determined until the pressure switch triggers the next time due to an exceeding of the switching pressure. With the values initial pressure, switching pressure and time duration, a pressure build-up rate can be calculated whose value is an indication of whether or not there is a leak. However, it is also sufficient to evaluate only the value of the measured time duration, since the pressure difference always remains the same. The basic rule is that with faster pressure build-up the more likely is there a leak or a larger leak.
  • An advantage of the method is, on the one hand, that it is possible to dispense with a pressure sensor, since due to the knowledge of the initial pressure only a second pressure value has to be determined, which is possible by means of the simple pressure switch. On the other hand, there is no need to wait until a vacuum in the tank venting system sets in within hours due to natural temperature decrease, but the negative pressure is generated selectively and within a few seconds by opening the tank venting valve.
  • the initial pressure is generated according to the developments of the invention in two different ways.
  • a constant volume flow through the tank venting valve is set by varying its opening degree. This is achieved by activating the tank venting valve via a corresponding PWM signal according to the known methods (for example DE 10 2005 003 924). Simultaneously with the Tankentluftungsventil the shut-off valve is opened and the opening degree of the shut-off valve is varied so that the switching pressure at least once in succession below, below and then again falls below. This process is also referred to as toggling around the switching pressure, wherein the shut-off valve is preferably controlled again via a PWM signal. Subsequently, the shut-off valve is closed, while the Tankentluftungsventil remains open for a fixed period of time.
  • the pressure in the tank venting system diminishes despite the outflowing air from the outside atmosphere, since the volume flow through the tank venting valve is greater than via the shut-off valve. Accordingly, the switching pressure is undercut for the first time. After the first fall below the toggling begins by the switching pressure, ie the opening in the shut-off valve is first increased until the switching pressure is exceeded again, and then reduced again to the next step below.
  • the pressure in the Tankentluftungsstrom is set to the switching pressure, wherein the alternately increasing and decreasing the opening of the shut-off valve can be repeated as often as desired.
  • a pressure drop is then generated for a defined period of time when the shut-off valve is completely closed.
  • This pressure drop occurs in any case, so that after the end of the defined period of time the initial pressure prevails. from which the subsequent period of time is measured until the next time the switching pressure is exceeded.
  • the sum of the defined time duration and the measured time duration can also be calculated and evaluated.
  • the differences occur more clearly depending on the size of the leak, since an existing leak during the pressure reduction within the defined period of time prevents the achievement of a particularly small pressure value, whereby the adjoining time duration of the pressure build-up is already shortened until the switching pressure is exceeded.
  • the pressure build-up is accelerated by the leak, so that the total time duration is much shorter than in an intact tank ventilation system. In the calculation of the sum of the time periods, therefore, a double effect of the time reduction due to a leak is utilized.
  • the shut-off valve is closed only when the vehicle speed has reached zero, because when the vehicle driving various operational influences can corrupt the pressure profile in the tank ventilation system.
  • a value for the fuel vapor flowing out of the retention container is determined during the variation of the opening degree of the shut-off valve. The determination is made on the basis of the set cycle time of the change between exceeding and falling below the switching pressure and on the load of the retention container with fuel vapor. If the calculated value for escaping fuel vapor is in an expected range, which depends mainly on the load, then it is concluded that at least only a small leak is present. Since this method only allows a rough estimate, it is used to make a statement as to whether a large leak of large 1 mm diameter knife is present. This statement is then checked and substantiated by means of the following time duration measurement.
  • the generation of the starting pressure below the switching pressure by toggling about the switching point with subsequent opening of the tank venting valve for a fixed period of time is particularly suitable for shut-off valves in which the opening degree can be minimally varied.
  • a second method for generating the initial pressure is proposed.
  • a membrane is provided by means of which a connection between the tank ventilation system and the atmosphere prevailing outside of the motor vehicle atmosphere can be produced. Either the membrane produces an additional connection to the atmosphere to the shut-off valve or it can also completely assume the function of the shut-off valve with a corresponding structural design.
  • the membrane opens to a slight extent from a certain negative pressure, which is below the switching pressure.
  • the tank vent valve is then left open after the first drop below the switching pressure until the specified negative pressure is safely reached.
  • the membrane is designed by its shape and the selected material so that it deforms from the certain negative pressure, so that air from the outside atmosphere can enter the tank-venting system. In this way it is prevented that the falling by the opening of the Tankentluftungsventils pressure drops to a level which leads to damage or destruction of the tank and / or the Tankentluftungsstrom.
  • the specific negative pressure is therefore above the damaging pressure level.
  • the shut-off valve is triggered simultaneously with the closing of the tank-venting valve with a pulse and the membrane is thus closed abruptly. In this way it is prevented that the tightness statement is falsified due to the otherwise persisting membrane deformation. If the membrane is not closed at the same time as the tank vent valve, the proportion of air flowing in through the membrane had to be excluded from the pressure build-up time between the initial pressure and the switching pressure.
  • the shut-off valve is controlled before the pulse so that a constant and very small O réellesgrad arises. In this way, the particular negative pressure value from which the membrane deforms can be influenced and adjusted to a desired value.
  • the switching pressure monitors whether the vehicle further has a vehicle speed with the value zero. As soon as the vehicle starts moving again, ie as soon as a low speed threshold is exceeded, the procedure is aborted in order to avoid false statements.
  • Figure 1 shows an internal combustion engine with fuel tank and TankentIuftungsanläge
  • Figure 2 temporal course during a first embodiment of the leak test
  • FIG. 3 shows a comparison of the pressure reduction and pressure buildup times with and without a leak
  • Figure 4 temporal course during a second embodiment of the Dbiesprufung.
  • the internal combustion engine 1 of a motor vehicle shown in FIG. 1 has a suction pipe 2 in which a throttle valve 3 is located.
  • the suction tube 2 is connected via a regeneration line 4 to a retention container 5 of a tank deaeration system, and the retention container 5 is in turn connected via a bleed line 6 to a fuel tank 7.
  • the fuel vapor 9 collected above the liquid fuel 8 located in the fuel tank 7 passes via the venting line 6 into the retention container 5 and is collected there in an activated carbon filter.
  • the fuel tank 7 is closed by a fuel cap 10.
  • the Juckhaltebehalter 5 communicates with the outer atmosphere 11 via a ventilation line 12 in connection.
  • This connection can be interrupted by means of a shut-off valve 13, wherein a bistable pressure switch 54 is arranged in the shut-off valve and outputs a switching signal 55 which changes between low and high.
  • a Tankentluftungsventil 14 is arranged in the regeneration line 4 .
  • the arithmetic unit of the engine control unit 15 determines different manipulated variables for influencing the operation of the internal combustion engine 1, for example the injection time 21 to be supplied to an injection system 20 for supplying fuel. Furthermore, the arithmetic unit of the engine control unit 15 determines the opening degree 22 of the Tankentluftungsventils 14 and the opening 23 of the check valve 13 and controls both valves 13 and 14 via corresponding PWM signals.
  • FIG. 2 shows the time sequence of a leak check in which toggling takes place around the switching pressure.
  • the various curves represent in detail: the course of the vehicle speed 24 (v), the course of the volume flow 25 through the Tankentluftungsventil 14 (CPS_F), the course of the pressure 26 within the Tankentluftungsstrom (DTP), the switching state 27 of the pressure switch (S) and the opening degree 28 of the shut-off valve 13.
  • Period I represents a preliminary phase, in period II, the switching pressure 33 is set, in period III, the initial pressure below the switching pressure 33 is reached and in period IV, the pressure build-up for leak testing.
  • the vehicle speed 24 drops slowly, because the motor vehicle, for example, rolls towards an intersection.
  • the tank venting valve 14 is opened controlled by a PWM signal, so that the volume flow 25 increases linearly until it is maintained at a desired constant value 31.
  • the shut-off valve 13 is opened in a controlled manner, as can be seen from its opening degree 28.
  • the resulting by the opening of the Tankentluftungsventils 14 degradation of the pressure 26 leads to the fact that 32 for the first time the switching pressure 33 is exceeded.
  • the switching pressure 33 ie the PWM signal for activating the shut-off valve 13 is varied so that the switching pressure 33 is alternately exceeded and exceeded again several times, as can be seen in the switching state 27 of the pressure switch.
  • the vehicle reaches standstill, ie the speed is zero and the engine is idling.
  • the shut-off valve 13 Since 34 of the switching pressure 33 in the tank ventilation system is already set at this time, that is, since the switching pressure 33 has been below at least once in succession alternately under, over and then again, the shut-off valve 13 is closed.
  • the tank venting valve 14 remains open in the time period III for a predetermined period of time, whereby the pressure 26 in the tank venting under the switching pressure 33, down to an initial pressure 56, decreases. At time 35 and the tank vent valve 14 is closed. Due to the natural outgassing of fuel vapor 9, the pressure 26 begins to rise again. The time between the time
  • FIG. 4 illustrates the timing of a leak test with a shut-off valve 13 which has a membrane which opens slightly above a certain below the switching pressure 33 vacuum 48.
  • the tank venting valve 14 is opened.
  • the shut-off valve 13 remains closed, as can be seen at its opening degree 43.
  • the pressure 41 in the tank venting system decreases, so that at the time 46, the switching pressure 33 is exceeded.
  • the pressure 41 continues to decrease until it is at the time 47 reaches the specific negative pressure 48, from which the diaphragm of the shut-off valve 13 opens by itself a little. Since this process is not controlled, no change is detected in the course of the controlled opening degree 43.
  • the further pressure reduction is stopped in such a way that an approximate equilibrium is established by the specific negative pressure 48, the currently valid value of the negative pressure 48 being dependent on the current fuel level and the current temperature.
  • the vehicle speed 39 reaches zero.
  • it is still waited until the expiration of a predetermined duration of the period II until the tank vent valve 14 is closed at time 50.
  • the duration of the period II is determined in advance by means of measurements or model calculation in such a way that the specific negative pressure 48 is reached safely after the expiration of the period. This should be the case after a few seconds.
  • a pulse 51 is applied to the shut-off valve 13 exactly as the tank venting valve 14 is closed, so that its diaphragm is abruptly printed.
  • an indication of an existing leak in the tank degassing system is again displayed, ie the shorter the period, the more likely a leak is present.
  • shut-off valve is opened with very slight control, as shown by the profile 53 becomes.

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Abstract

Ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Tankentlüftungsanlage wird für eine Tankentlüftungsanlage vorgeschlagen, die aufweist ein Tankentlüftungsventil (14), ein Absperrventil (13) zum luftdichten Verschließen der Tankentlüftungsanlage gegenüber einer außerhalb des Kraftfahrzeugs herrschenden Atmosphäre (11) und einen bistabilen Druckschalter (54), dessen Schaltzustand (27, 42) ein Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Schaltdrucks (33) in der Tankentlüftungslage anzeigt. Um auch ohne Drucksensor eine Aussage über die Dichtheit der Tankentlüftungsanlage treffen zu können, werden folgende Schritte ausgeführt: Warten auf das Unterschreiten einer Schwelle (29, 45) der Fahrzeuggeschwindigkeit (24, 39), Öffnen des Tankentlüftungsventils (14), Schließen des Tankentlüftungsventils (14), wenn sich ein Unterdruck (26, 41) eingestellt hat, der unterhalb des Schaltdrucks (33) liegt, Messen der Zeitdauer ausgehend von einem unterhalb des Schaltdrucks (33) liegenden Anfangsdruck (56, 48) bis zum nächsten Überschreiten des Schaltdrucks (33) und Bewerten der Dichtheit anhand der gemessenen Zeitdauer.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Tankentluf- tungsanlage ohne Drucksensor
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Tankentluftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, wobei die Tankentluftungsanlage aufweist ein Tankentluftungs- ventil in einer Regenerierungsleitung, welche einen Kraft- stoffdampfe eines Kraftstofftanks auffangenden Ruckhaltebe- halter mit einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine verbindet, ein Absperrventil zum luftdichten Verschließen der Tankentluftungsanlage gegenüber einer außerhalb des Kraftfahrzeugs herrschenden Atmosphäre, und einen bistabilen Druckschalter, dessen Schaltzustand ein Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Schaltdrucks in der Tankentluftungslage anzeigt.
Bei den üblicherweise wahrend der Fahrt eines Kraftfahrzeugs angewandten Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Tankentluftungsanlage, wie beispielsweise in der DE-19713085- Al beschrieben, wird das Tankentluftungsventil geöffnet, so dass der im Saugrohr herrschende Unterdruck sich in der Tankentluftungsanlage ausbreiten kann. Nach einem anschließenden Schließen des Tankentluftungsventils sollte der Druck anna- hernd auf dem erreichten Unterdruckniveau verharren. Sowohl die Große des erreichten Unterdrucks, als auch die Zeitdauer bis zum Erreichen dieses Unterdrucks und das Verhalten des Drucks nach dem Schließen des Tankentluftungsventils lassen Rückschlüsse auf ein möglicherweise vorhandenes Leck in der Tankentluftungsanlage zu. Um den Druckverlauf kontinuierlich beobachten und überwachen zu können, wird dabei ein Drucksensor benotigt.
Aus der DE 102 45 158 Al sind dagegen verschiedene Verfahren zur Überprüfung einer möglichen Leckage einer Tankentluftungsanlage eines Kraftfahrzeuges bekannt, die bei abgeschaltetem Motor ausgeführt werden. Bei einem dieser Verfahren wird die Abnahme der Motorkuhlmitteltemperatur nach dem Abschalten des warmgelaufenen Motors beobachtet. Bei einer hinreichend kleinen Temperatur wird davon ausgegangen, dass der Kraftstofftank ebenfalls abgekühlt ist und dass sich damit der in der Tankentluftungsanlage herrschende Druck abgesenkt hat. Gleichzeitig wird ein so genannter Vakuumschalter überwacht, der bei einem bestimmten Unterdruck auslost. Hat der Vakuumschalter nicht ausgelost, obwohl die Temperatur bereits hinreichend gesunken ist, so wird auf ein Leck in der Tank- entluftungsanlage geschlossen.
Der Vorteil bei diesem Verfahren liegt darin, dass kein Drucksensor mehr benotigt wird. Der deutlich preiswertere Vakuumschalter bzw. Druckschalter senkt die Kosten des Verfah- rens . Nachteilig sind jedoch die vergleichsweise langen Wartezeiten von bis zu mehreren Stunden, bis die Temperatur in ausreichendem Maße abgesunken ist, um eine verlassliche Aussage über ein vorhandenes Leck treffen zu können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren der eingangs genannten Art anzugeben, mit dem ohne Einsatz eines Drucksensors die zur Überprüfung der Dichtheit der Tankentluftungsanlage benotigte Zeit reduziert wird.
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren nach Anspruch 1 gelost.
Erfindungsgemaß beginnt das Verfahren mit der Überprüfung, ob eine Schwelle der Fahrzeuggeschwindigkeit unterschritten wur- de. Diese Schwelle ist so niedrig gewählt, dass nicht mehr mit starken Erschütterungen des Fahrzeugs gerechnet werden muss, d.h. die Schwelle liegt in einem Bereich nahe des Stillstands des Fahrzeugs, bevorzugt bei Werten von 10 km/h und niedriger. Nachdem die Geschwindigkeitsschwelle unter- schritten wurde, wird das Tankentluftungsventil geöffnet, so dass der Druck in der Tankentluftungsanlage aufgrund des Unterdrucks im Saugrohr absinkt. Das Tankentluftungsventil wird so lange offen gehalten, bis sich ein Unterdruck eingestellt hat, der unterhalb des Schaltdrucks liegt. Da der Schaltdruck so gewählt ist, dass er unterhalb des unter normalen Betriebsbedingungen herrschenden Drucks in der Tankentluftungs- anläge liegt, bedeutet das gleichzeitig, dass wahrend der
Öffnungszeit des Tankentluftungsventils der Schaltdruck mindestens einmal unterschritten wird, so dass der Druckschalter entsprechend auslost. Nach dem Schließen des Tankentluftungsventils wird die Zeitdauer gemessen, bis der Schaltdruck aus- gehend von einem unterhalb des Schaltdrucks liegenden Anfangsdruck wieder überschritten wird. Anhand der gemessenen Zeitdauer wird dann die Dichtheit der Tankentluftungsanlage bewertet .
Wesentlich an dem erfindungsgemaßen Verfahren ist das Einstellen eines definierten, unterhalb des Schaltdrucks liegenden Unterdrucks, den man auch als Anfangsdruck bezeichnen kann. Ausgehend von diesem Anfangsdruck wird dann die Zeitdauer bestimmt bis der Druckschalter das nächste Mal aufgrund eines Überschreitens des Schaltdrucks auslost. Mit den Werten Anfangsdruck, Schaltdruck und Zeitdauer kann dann eine Druckaufbaurate berechnet werden, deren Wert ein Indiz dafür ist, ob ein Leck vorliegt oder nicht. Es genügt jedoch auch, allein den Wert der gemessenen Zeitdauer auszuwerten, da die Druckdifferenz stets gleich bleibt. Grundsatzlich gilt, dass bei schnellerem Druckaufbau umso eher ein Leck vorliegt bzw. ein größeres Leck vorliegt.
Vorteilhaft an dem Verfahren ist zum einen, dass auf einen Drucksensor verzichtet werden kann, da aufgrund der Kenntnis des Anfangsdrucks nur noch ein zweiter Druckwert bestimmt werden muss, was mittels des einfachen Druckschalters möglich ist. Zum anderen muss nicht mehr gewartet werden, bis sich innerhalb von Stunden durch naturliche Temperaturabnahme ein Unterdruck in der Tankentluftungsanlage einstellt, sondern der Unterdruck wird gezielt und innerhalb von wenigen Sekunden durch das Offnen des Tankentluftungsventils erzeugt. Der Anfangsdruck wird gemäß der Weiterbildungen der Erfindung auf zwei unterschiedlichen Wegen erzeugt.
Bei der ersten Variante wird nach dem Offnen des Tankentluf- tungsventils durch Variation von dessen Offnungsgrad ein konstanter Volumenstrom durch das Tankentluftungsventil eingestellt. Dies wird durch eine Ansteuerung des Tankentluftungsventils über ein entsprechendes PWM-Signal nach den bekannten Verfahren (z.B. DE 10 2005 003 924) erreicht. Gleichzeitig mit dem Tankentluftungsventil wird das Absperrventil geöffnet und der Offnungsgrad des Absperrventils wird so variiert, dass der Schaltdruck mindestens einmal nacheinander im Wechsel unter-, über und dann wieder unterschritten wird. Dieser Vorgang wird auch als Toggeln um den Schaltdruck bezeichnet, wobei das Absperrventil bevorzugt wieder über ein PWM-Signal angesteuert wird. Anschließend wird das Absperrventil geschlossen, wahrend das Tankentluftungsventil für eine feste Zeitdauer geöffnet bleibt.
Wahrend des gleichzeitigen Offnens von Tankentluftungs- und Absperrventil vor Beginn des Toggelns baut sich trotz nach- stromender Luft aus der äußeren Atmosphäre der Druck in der Tankentluftungsanlage ab, da der Volumenstrom über das Tankentluftungsventil großer ist als über das Absperrventil. Dem- entsprechend wird der Schaltdruck erstmalig unterschritten. Nach dem erstmaligen Unterschreiten beginnt das Toggeln um den Schaltdruck, d.h. die Öffnung im Absperrventil wird zuerst vergrößert, bis der Schaltdruck wieder überschritten ist, und danach bis zum nächsten Unterschreiten wieder ver- kleinert. Damit wird der Druck in der Tankentluftungsanlage auf den Schaltdruck eingestellt, wobei das abwechselnde Vergrößern und Verkleinern der Öffnung des Absperrventils beliebig oft wiederholt werden kann. Ausgehend vom Schaltdruck als festen Ausgangswert wird dann bei vollständig geschlossenem Absperrventil für eine definierte Zeitdauer ein Druckabfall erzeugt. Dieser Druckabfall tritt in jedem Fall auf, so dass nach dem Ende der definierten Zeitdauer der Anfangsdruck vor- liegt, von dem aus die anschließende Zeitdauer bis zum nächsten Überschreiten des Schaltdrucks gemessen wird. Je kurzer die Zeitdauer bis zum Überschreiten des Schaltdrucks desto großer ist ein vorhandenes Leck. Alternativ kann auch die Summe aus definierter Zeitdauer und gemessener Zeitdauer berechnet und ausgewertet werden. Hierbei treten die Unterschiede je nach Leckgroße noch deutlicher zutage, da ein vorhandenes Leck wahrend des Druckabbaus innerhalb der definierten Zeitdauer das Erreichen eines besonders kleinen Druckwer- tes verhindert, wodurch die daran anschließende Zeitdauer des Druckaufbaus bis zum Überschreiten des Schaltdrucks bereits verkürzt ist. Zusatzlich wird der Druckaufbau durch das Leck noch beschleunigt, so dass die Gesamtzeitdauer deutlich kurzer ausfallt als bei einer intakten Tankentluftungsanlage . Bei der Berechnung der Summe der Zeitdauern wird also ein doppelter Effekt der Zeitverkurzung infolge eines Lecks ausgenutzt .
Zur Erhöhung der Genauigkeit des Verfahrens wird in einer Ausgestaltung der Erfindung das Absperrventil erst geschlossen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert Null erreicht hat, da bei fahrendem Fahrzeug verschiedene betriebsbedingte Einflüsse den Druckverlauf in der Tankentluftungsanlage verfalschen können.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird wahrend der Variation des Offnungsgrades des Absperrventils ein Wert für den dem Ruckhaltebehalter entströmenden Kraftstoffdampf bestimmt. Die Bestimmung erfolgt anhand des eingestellten Takts des Wech- sels zwischen Über- und Unterschreiten des Schaltdrucks sowie anhand der Beladung des Ruckhaltebehalters mit Kraftstoffdampf. Liegt der berechnete Wert für entströmenden Kraftstoffdampf in einem erwarteten Bereich, welcher hauptsachlich von der Beladung abhangt, so wird daraus geschlossen, dass zumindest nur ein kleines Leck vorhanden ist. Da diese Methode nur eine Grobabschatzung zulasst, wird mit ihr eine Aussage darüber getroffen, ob ein großes Leck großer 1 mm Durch- messer vorliegt. Diese Aussage wird dann mittels der nachfolgenden Zeitdauermessung überprüft und konkretisiert.
Die Erzeugung des unterhalb des Schaltdrucks liegenden An- fangsdrucks durch das Toggeln um den Schaltpunkt mit anschließendem Offnen des Tankentluftungsventils für eine feste Zeitdauer eignet sich insbesondere für Absperrventile, bei denen der Offnungsgrad minimal variiert werden kann. Für Absperrventile, bei denen eine solche Feineinstellung eines ge- wünschten Offnungsgrades nicht ohne Weiteres möglich ist, wird ein zweites Verfahren zur Erzeugung des Anfangsdrucks vorgeschlagen .
Gemäß einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist eine Membran vorhanden, mittels der eine Verbindung zwischen der Tankentluftungsanlage und der außerhalb des Kraftfahrzeugs herrschenden Atmosphäre herstellbar ist. Entweder stellt die Membran eine zum Absperrventil zusatzliche Verbindung zur Atmosphäre her oder sie kann bei entsprechender konstruktiver Ausgestaltung auch vollständig die Funktion des Absperrventils übernehmen. Die Membran öffnet sich in geringem Maße ab einem bestimmten Unterdruck, welcher unterhalb des Schaltdrucks liegt. Das Tankentluftungsventil wird dann nach dem ersten Unterschreiten des Schaltdrucks so lange offen gehal- ten, bis der bestimmte Unterdruck sicher erreicht ist.
Die Membran ist durch ihre Form und das gewählte Material so ausgestaltet, dass sie sich ab dem bestimmten Unterdruck verformt, so dass Luft der äußeren Atmosphäre in die Tankentluf- tungsanlage eintreten kann. Auf diese Weise wird verhindert, dass der durch das Offnen der Tankentluftungsventils absinkende Druck auf ein Niveau fallt, welches zu einer Beschädigung oder Zerstörung des Tanks und/oder der Tankentluftungsanlage fuhrt. Der bestimmte Unterdruck liegt also über dem schädigenden Druck-Niveau. Durch das langer andauernde Offenhalten des Tankentluftungs- ventils im Bereich einiger Sekunden wird dafür gesorgt, dass der bestimmte Unterdruck sicher erreicht wird. Dieser stellt dann den Anfangsdruck dar, d.h. nach dem sicheren Erreichen des bestimmten Unterdrucks wird das Tankentluftungsventil geschlossen und die Zeitdauer bis zum nächsten Überschreiten des Schaltdrucks wird bestimmt, um darüber die Dichtheit zu bewerten .
Bei einer Ausgestaltung mit Absperrventil und zusatzlicher Membran wird gleichzeitig mit dem Schließen des Tankentluf- tungsventils das Absperrventil mit einem Impuls angesteuert und die Membran damit schlagartig geschlossen. Auf diese Weise wird verhindert, dass die Dichtheitsaussage infolge der ansonsten weiterhin vorliegenden Membranverformung verfälscht wird. Wird die Membran nicht gleichzeitig mit dem Tankentluf- tungsventil geschlossen, musste der Anteil der über die Membran einströmenden Luft aus der Zeitdauer des Druckaufbaus zwischen Anfangsdruck und Schaltdruck herausgerechnet werden.
In einer Weiterbildung der Ausgestaltung wird das Absperrventil vor dem Impuls so angesteuert, dass ein konstanter und sehr kleiner Offnungsgrad entsteht. Auf diese Weise kann der bestimmte Unterdruckwert, ab dem sich die Membran verformt, beeinflusst und auf einen gewünschten Wert eingestellt werden .
Auch bei der alternativen Ausgestaltung der Erfindung zur Erzeugung des Anfangsdrucks über die verformbare Membran kann die Genauigkeit der Dichtheitsuberprufung erhöht werden, indem die Dichtheitsuberprufung bei stehendem Fahrzeug ausgeführt wird. Aus diesem Grund wird in einer Weiterbildung das Tankentluftungsventil erst geschlossen, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit den Wert Null erreicht hat.
Bei allen genannten Ausgestaltungen wird gemäß einer Weiterbildung wahrend des Messens der Zeitdauer bis zum Uberschrei- ten des Schaltdrucks überwacht, ob das Fahrzeug weiterhin eine Fahrzeuggeschwindigkeit mit dem Wert Null aufweist. Sobald sich das Fahrzeug wieder in Bewegung setzt, d.h. sobald eine niedrige Geschwindigkeitsschwelle überschritten wird, wird das Verfahren abgebrochen, um Falschaussagen zu vermeiden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausfuhrungsbeispielen und der Zeichnung naher erläutert. Es zeigen
Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit Kraftstofftank und TankentIuftungsanläge;
Figur 2 zeitliche Verlaufe wahrend einer ersten Ausgestaltung der Dichtigkeitsprufung;
Figur 3 einen Vergleich der Druckabbau- und Druckaufbauzeiten mit und ohne Leck;
Figur 4 zeitliche Verlaufe wahrend einer zweiten Ausgestaltung der Dichtigkeitsprufung.
Die in Figur 1 dargestellte Brennkraftmaschine 1 eines Kraft- fahrzeugs weist ein Saugrohr 2 auf, in dem sich eine Drosselklappe 3 befindet. Das Saugrohr 2 ist über eine Regenerierungsleitung 4 mit einem Ruckhaltebehalter 5 einer Tankent- luftungsanlage verbunden, und der Ruckhaltebehalter 5 ist wiederum über eine Entluftungsleitung 6 mit einem Kraftstoff- tank 7 verbunden. Der oberhalb des in dem Kraftstofftank 7 befindlichen flussigen Kraftstoffs 8 gesammelte Kraftstoffdampf 9 gelangt über die Entluftungsleitung 6 in den Ruckhaltebehalter 5 und wird dort in einem Aktivkohlefilter aufgefangen. Der Kraftstofftank 7 ist über einen Tankdeckel 10 verschlossen. Der Ruckhaltebehalter 5 steht mit der äußeren Atmosphäre 11 über eine Beluftungsleitung 12 in Verbindung. Diese Verbindung kann über ein Absperrventil 13 unterbrochen werden, wobei in dem Absperrventil ein bistabiler Druckschalter 54 angeordnet ist, der ein zwischen Low und High wech- selndes Schaltsignal 55 ausgibt. In der Regenerierungsleitung 4 ist ein Tankentluftungsventil 14 angeordnet. Einem Mo- torsteuergerat 15, in dem sich unter anderem eine Rechenein- heit befindet, werden mehrere Sensorgroßen der Brennkraftmaschine zugeführt, beispielsweise die über eine λ-Sonde 16 ermittelte Kraftstoff-Luft-Zahl 17 des aus der Brennkraftmaschine 1 über eine Abgasanlage 18 austretenden Abgases sowie der Gasmassenstrom 19 der über das Saugrohr 2 in die Brennkraftmaschine 1 angesaugten Luft. Aus diesen und weiteren Großen, wie beispielsweise der Drehzahl und dem Drehmoment der Brennkraftmaschine 1 ermittelt die Recheneinheit des Mo- torsteuergerates 15 verschiedene Stellgroßen zur Beeinflus- sung des Betriebes der Brennkraftmaschine 1, beispielsweise die an einer Einspritzanlage 20 einzustellende Einspritzzeit 21 zur Zufuhrung von Kraftstoff. Des weiteren ermittelt die Recheneinheit des Motorsteuergerates 15 den Offnungsgrad 22 des Tankentluftungsventils 14 sowie den Offnungsgrad 23 des Absperrventils 13 und steuert beide Ventile 13 und 14 über entsprechende PWM-Signale an.
Figur 2 zeigt den zeitlichen Ablauf einer Dichtheitsuberpru- fung, bei der das Toggeln um den Schaltdruck stattfindet. Die verschiedenen Kurven stellen im Einzelnen dar: den Verlauf der Fahrzeuggeschwindigkeit 24 (v) , den Verlauf des Volumenstroms 25 durch das Tankentluftungsventil 14 (CPS_F) , den Verlauf des Drucks 26 innerhalb der Tankentluftungsanlage (DTP) , den Schaltzustand 27 des Druckschalters (S) sowie den Offnungsgrad 28 des Absperrventils 13.
Der Verlauf des Drucks 26 ist hier nur zur Veranschaulichung des Verfahrens dargestellt. Er wird im normalen Betrieb nicht gemessen, da kein Drucksensor in der Tankentluftungsanlage vorhanden ist. Mit romischen Ziffern sind insgesamt vier Zeiträume gekennzeichnet. Zeitraum I stellt dabei ein Vorphase dar, in Zeitraum II wird der Schaltdruck 33 eingestellt, in Zeitraum III wird der Anfangsdruck unterhalb des Schaltdrucks 33 erreicht und in Zeitraum IV erfolgt der Druckaufbau zur Dichtheitsprufung . Die Vorgange werden im Folgenden genauer beschrieben. Im zeitlichen Bereich I sinkt die Fahrzeuggeschwindigkeit 24 langsam ab, weil das Kraftfahrzeug beispielsweise auf eine Kreuzung zurollt. Sobald zum Zeitpunkt 30 die Geschwindigkeitsschwelle 29 von beispielsweise 6 km/h unterschritten ist, wird das Tankentluftungsventil 14 über ein PWM-Signal gesteuert geöffnet, so dass der Volumenstrom 25 linear ansteigt, bis er auf einem gewünschten konstanten Wert 31 gehalten wird. Gleichzeitig wird das Absperrventil 13 gesteuert geöffnet, wie man an seinem Offnungsgrad 28 erkennen kann. Der sich durch das Offnen des Tankentluftungsventils 14 einstellende Abbau des Drucks 26 fuhrt dazu, dass zum Zeitpunkt 32 erstmals der Schaltdruck 33 unterschritten wird. Zwischen dem Zeitpunkt 30 und dem Zeitpunkt 32 vergehen dabei maximal 2 Sekunden. Nun beginnt das Toggeln um den Schalt- druck 33, d.h. das PWM-Signal zur Ansteuerung des Absperrventils 13 wird so variiert, dass der Schaltdruck 33 mehrfach abwechseln über- und wieder unterschritten wird, wie am Schaltzustand 27 des Druckschalters zu erkennen ist. Zum Zeitpunkt 34 erreicht das Fahrzeug den Stillstand, d.h. die Geschwindigkeit liegt bei Null und der Motor arbeitet im Leerlauf. Da zu diesem Zeitpunkt 34 der Schaltdruck 33 in der Tankentluftungsanlage bereits eingestellt ist, d.h. da der Schaltdruck 33 bereits mindestens einmal nacheinander im Wechsel unter-, über- und dann wieder unterschritten worden ist, wird das Absperrventil 13 geschlossen. Das Tankentluf- tungsventil 14 bleibt im Zeitraum III weiterhin für eine vorher festgelegte Zeitdauer geöffnet, wodurch der Druck 26 in der Tankentluftungsanlage unter den Schaltdruck 33, bis auf einen Anfangsdruck 56, absinkt. Zum Zeitpunkt 35 wird auch das Tankentluftungsventil 14 geschlossen. Aufgrund der naturlichen Ausgasung von Kraftstoffdampf 9 beginnt der Druck 26 nun wieder zu steigen. Die Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt
35 und dem nächsten Auslosen des Druckschalters zum Zeitpunkt
36 wird gemessen und zu der definierten Zeitdauer des Zeit- raums III addiert. In diesem Beispiel liegt kein Leck vor, d.h. die Gesamtzeitdauer ist ausreichend lang. In Figur 3 ist der Verlauf des Drucks 26 in den Zeiträumen III und IV einem Druck 37 gegenübergestellt, bei dem ein Leck vorliegt. Infolge des Lecks sinkt der Druck 37 wahrend der Offnungsphase des Tankentluftungsventils 14 im Zeitraum III langsamer ab, da Luft aus der Atmosphäre 11 in die Tankentluftungsanlage eindringen kann. Nach dem Schließen des Tank- entluftungsventils 14 steigt der Druck 37 zusatzlich schneller an, da nicht nur Kraftstoffdampf 9 aus dem Tank 7 nach- stromt sondern zusatzlich die äußere Luft. Aufgrund dieses doppelten Einflusses ist ein deutlicher Unterschied 38 zwischen dem Überschreiten des Schaltdrucks 33 durch den Druck 37 und den Druck 26 zu beobachten, d.h. eine eindeutige Aussage zum Vorliegen eines Lecks wird begünstigt.
Figur 4 stellt den zeitlichen Ablauf einer Dichtheitsprufung mit einem Absperrventil 13 dar, das über eine Membran verfugt, die ab einem bestimmten unterhalb des Schaltdrucks 33 liegenden Unterdruck 48 leicht öffnet. Zu sehen sind die Verlaufe der Fahrzeuggeschwindigkeit 39 (v) , des Volumenstroms 40 durch das Tankentluftungsventil 14 (CPS_F) , des Drucks 41 innerhalb der Tankentluftungsanlage (DTP) , des Schaltzustandes 42 des Druckschalters (S) sowie des über ein PWM-Signal erzeugten Offnungsgrades 43 des Absperrventils 13. Die mit romischen Ziffern gekennzeichneten drei Zeiträume stellen da- bei in leichter Abwandlung zu Figur 2 Folgendes dar: Zeitraum I ist wieder die Vorphase, in Zeitraum II wird der Anfangsdruck unterhalb des Schaltdrucks 33 erreicht und in Zeitraum III erfolgt der Druckaufbau zur Dichtheitsprufung
Nachdem die Fahrzeuggeschwindigkeit 39 zum Zeitpunkt 44 einen Schwellwert 45 von beispielsweise 10 km/h unterschritten hat, wird das Tankentluftungsventil 14 geöffnet. Das Absperrventil 13 bleibt geschlossen, wie an seinem Offnungsgrad 43 zu erkennen ist. Infolge der Öffnung des Tankentluftungsventils 14 baut sich der Druck 41 in der Tankentluftungsanlage ab, so dass zum Zeitpunkt 46 der Schaltdruck 33 unterschritten wird. Der Druck 41 sinkt im Folgenden weiter, bis er zum Zeitpunkt 47 den bestimmten Unterdruck 48 erreicht, ab dem sich die Membran des Absperrventils 13 von allein ein wenig öffnet. Da dieser Vorgang nicht gesteuert erfolgt, ist im Verlauf des gesteuerten Offnungsgrades 43 keine Änderung zu erkennen. Je- doch wird durch die leichte Öffnung der Membran der weitere Druckabbau derart gestoppt, dass sich ein annäherndes Gleichgewicht um den bestimmten Unterdruck 48 einstellt, wobei der jeweils aktuell geltende Wert des Unterdrucks 48 vom aktuellen Kraftstofffullstand und der aktuellen Temperatur abhangig ist. Zum Zeitpunkt 49 erreicht die Fahrzeuggeschwindigkeit 39 den Wert Null. Es wird jedoch noch bis zum Ablauf einer vorab vorgegebenen Dauer des Zeitraums II gewartet, bis das Tank- entluftungsventil 14 zum Zeitpunkt 50 geschlossen wird. Die Dauer des Zeitraums II wird im Vorfeld anhand von Messungen oder Modellrechnung ermittelt und zwar so, dass der bestimmte Unterdruck 48 nach Ablauf der Zeitdauer sicher erreicht ist. Dies sollte nach wenigen Sekunden der Fall sein. Damit der nach dem Zeitpunkt 50 zu beobachtende Anstieg im Druck 41 nicht verfälscht wird, wird exakt mit dem Schließen des Tank- entluftungsventils 14 ein Impuls 51 auf das Absperrventil 13 gegeben, so dass dessen Membran schlagartig zugedruckt wird. Anhand der Zeitdauer zwischen dem Zeitpunkt 50 und dem nächsten Überschreiten des Schaltdrucks 33 zum Zeitpunkt 52 stellt dann wieder ein Indiz für ein vorliegendes Leck in der Tank- entluftungsanlage dar, d.h. je kurzer der Zeitraum, desto wahrscheinlicher ist ein Leck vorhanden.
Um das Niveau des bestimmten Unterdrucks 48 zu verschieben, wird in einer alternativen Ausgestaltung wahrend der Zeitrau- me I und II, also bis zum Schließen des Tankentluftungsven- tils 14 zum Zeitpunkt 50 das Absperrventil ganz leicht gesteuert geöffnet, wie es mit dem Verlauf 53 dargestellt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Überprüfung der Dichtheit einer Tankent- luftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, wobei die Tankent- luftungsanlage aufweist:
- ein Tankentluftungsventil (14) in einer Regenerierungsleitung (4), welche einen Kraftstoffdampfe (9) eines Kraftstofftanks (7) auffangenden Ruckhaltebehalter
(5) mit einem Saugrohr (2) einer Brennkraftmaschine (1) verbindet,
- ein Absperrventil (13) zum luftdichten Verschließen der Tankentluftungsanlage gegenüber einer außerhalb des Kraftfahrzeugs herrschenden Atmosphäre (11) und
- einen bistabilen Druckschalter (54), dessen Schaltzu- stand (27, 42) ein Über- oder Unterschreiten eines vorgegebenen Schaltdrucks (33) in der Tankentluftungslage anzeigt, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h die Schritte :
- Warten auf das Unterschreiten einer Schwelle (29, 45) der Fahrzeuggeschwindigkeit (24, 39),
- Offnen des Tankentluftungsventils (14),
- Schließen des Tankentluftungsventils (14), wenn sich ein Unterdruck (26, 41) eingestellt hat, der unterhalb des Schaltdrucks (33) liegt, - Messen der Zeitdauer ausgehend von einem unterhalb des Schaltdrucks (33) liegenden Anfangsdruck (56, 48) bis zum nächsten Überschreiten des Schaltdrucks (33) ,
- Bewerten der Dichtheit anhand der gemessenen Zeitdauer .
2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch, dass nach dem Offnen des Tankentluftungsventils (14) durch Variation von dessen Offnungsgrad ein konstanter Volumenstrom (31) durch das Tankentluftungs- ventil (14) eingestellt wird und dass gleichzeitig mit dem Tankentluftungsventil (14) das Absperrventil (13) geöffnet und der Offnungsgrad (28) des Absperrventils (13) so variiert wird, dass der Schaltdruck (33) mindestens einmal nacheinander im Wechsel unter-, über- und dann wieder unterschritten wird, woraufhin das Absperrventil (13) geschlossen wird, wahrend das Tankentluf- tungsventil (14) für eine definierte Zeitdauer (34 bis 35) geöffnet bleibt.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch, dass die Zeitdauer zwischen dem Schließen (34) des Absperrventils (13) und dem nächsten Überschreiten (36) des Schaltdrucks (33) bestimmt wird als Summe aus definierter Zeitdauer (34 bis 35) und Zeitdauer bis zum Überschreiten des Schaltdrucks (35 bis 36) .
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, gekennzeichnet durch, dass das Absperrventil (13) geschlossen wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (24) den Wert Null erreicht hat.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend der Variation des Offnungsgrades (28) des Absperrventils (13) aus dem eingestellten Takt des Wechsels zwischen Über- und Unterschreiten des Schaltdrucks (33) sowie aus einem Wert der Beladung des Ruckhaltebehalters (5) mit Kraftstoffdampf (9) ein Wert für entweichenden Kraftstoffdampf ermittelt wird .
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich- n e t , dass eine Membran vorhanden ist, mittels der eine Verbindung zwischen der Tankentluftungsanlage und der außerhalb des Kraftfahrzeugs herrschenden Atmosphäre (11) herstellbar ist, wobei die Membran ab einem bestimmten Unterdruck (48) , der unterhalb des Schaltdrucks (33) liegt, leicht öffnet, und dass das Tankentluftungs- ventil (14) nach dem ersten Unterschreiten (46) des Schaltdrucks (33) so lange offen gehalten wird, bis der bestimmte Unterdruck (48) sicher erreicht ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich- n e t , dass gleichzeitig mit dem Schließen des Tankent- luftungsventils (14) das Absperrventil (13) mit einem Impuls (51) angesteuert und die Membran damit schlagartig geschlossen wird.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Absperrventil (13) vor dem Impuls (51) so angesteuert wird, dass ein konstanter und sehr kleiner Offnungsgrad (53) entsteht.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentluftungsventil (14) erst dann geschlossen wird, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit (39) den Wert Null erreicht hat.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wahrend des Messens der Zeitdauer bis zum Überschreiten (36, 52) des Schaltdrucks (33) überwacht wird, ob das Fahrzeug weiterhin eine Fahrzeuggeschwindigkeit (24, 39) mit dem Wert Null aufweist.
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