WO2007065771A1 - Verfahren und vorrichtung zur erkennung von tanklecks - Google Patents

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Peter Schelhas
Manfred Franz
Andreas Posselt
Andreas Baumann
Martin Streib
Michael Pfeil
Marko Lorenz
Silke Haag
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Robert Bosch Gmbh
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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
    • F02M25/0809—Judging failure of purge control system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • 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
    • 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
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K15/035—Fuel tanks characterised by venting means
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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
    • 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 is based on a method for detecting tank leaks
  • a method is already known from DE 103 12 588 A1 in which a vacuum is generated in a fuel tank by means of a pump. The pressure is measured in the gas volume of the tank. If the pressure rise is faster than that known for a tight tank system, a leak is diagnosed.
  • the tank ventilation system is subjected to an overpressure and subsequent analysis of the pressure curve, if necessary, indicates the presence of a leak.
  • Methods are also known from JP-6-173837 and US Pat. No. 5,247,971 in which a reference leak is switched on and in which a comparison of the measurements with and without a reference leak provides information about the presence of a leak.
  • the procedures have in common that for leak diagnosis a defined one
  • Initial state or output pressure is set.
  • the resulting pressure curve is then measured, the at least one pressure sensor being arranged in the gas volume of the tank or the tank ventilation system. If the measured pressure curve deviates significantly from an expected pressure curve, it is typically assumed that there is a leak in the tank or tank system.
  • the method according to the invention for detecting tank leaks has the advantage over the fact that when a gas pressure of a gas volume in a tank or tank system is changed, tank leaks are recognized by evaluating a time course of a pressure of a liquid in the tank. If the determined pressure curve deviates significantly from an expected pressure curve, it can typically be assumed that there is a leak in the tank or tank system.
  • This procedure has the advantage that no additional sensors or other detection means are to be provided for the leak diagnosis, for example.
  • a pressure sensor which is arranged in the tank anyway for the level determination, can be used to detect leaks.
  • This advantage also applies in particular to a device for detecting tank leaks according to the invention, in which a detection device detects a total pressure of a liquid in the tank and an evaluation device detects tank leaks as a function of the detected total pressure curve.
  • Another expedient embodiment provides for the detection means or the pressure sensor to be designed as a differential pressure sensor. This has the advantage that such a sensor detects a pressure which is proportional to the fill level of the liquid in the tank, in particular when measuring a differential pressure against atmospheric pressure - for example when filling the tank.
  • FIG. 1 shows a tank with a known tank ventilation device and a pressure measurement according to the invention
  • Figure 2 pressure curves of a typical tank leak diagnosis.
  • FIG. 1 shows a tank system 1 which essentially comprises a tank 100, a reservoir 200 and a tank ventilation valve 250 as main components.
  • a gas volume 110 typically consisting of an air / fuel vapor mixture, is located above the fuel 120.
  • the tank 100 with its gas volume 110 is connected via a vent line 130 to the reservoir 200, the tank vent valve 250 and a suction line 310 to a suction pipe 300 of an internal combustion engine, not shown.
  • the air / fuel vapor mixture flows from the gas volume 110 via the ventilation line 130 into a storage medium 210, preferably activated carbon, of the storage 200 in order to be reversibly bound there in a known manner.
  • the storage medium 210 is flushed with fresh air and the escaping hydrocarbons are fed to the intake manifold 300 and thus to combustion in the internal combustion engine.
  • the tank ventilation valve 250 and a tank shut-off valve 230 are opened during operation of the internal combustion engine. Due to the negative pressure prevailing in the intake manifold 300 during operation of the internal combustion engine, the tank shut-off valve flows
  • a control unit 500 controls the tank ventilation and the tank shut-off valve 250, 230 in such a way that the adsorbed hydrocarbons are metered in as a function of the operating state of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a fill level detection of the tank contents known per se via a pressure sensor 150.
  • a pressure sensor 150 which serves for fill level detection, is arranged in the vicinity of the tank bottom, preferably at the lowest point of the tank .
  • a fill level is determined from the pressure determined via the pressure sensor 150, taking into account the possibly set conditions in the tank or tank system.
  • the pressure p s present at the pressure sensor is made up of the pressure p ⁇ of the liquid fuel 120 - liquid pressure - and the pressure p G of the pressure above the liquid
  • the liquid pressure p ⁇ the fuel, from which a fill level can then be determined with the known density of the fuel, is readily obtained after determining the total pressure Ps.
  • the pressure sensor 150 is designed, for example, as a differential pressure sensor, which measures, for example, against the atmosphere, the atmospheric pressure is also present in the gas volume 110 when the tank shut-off valve 230 is open. The differential pressure detected at the pressure sensor 150 then corresponds to the fuel pressure p ⁇ , from which the fill level can then be determined in a known manner.
  • the pressure sensor 150 which is present anyway for level measurement and does not necessarily have to be designed as a differential pressure sensor, is also used to detect a tank leak or a leak in the tank system.
  • a pressure-time diagram in FIG. 2 shows schematically typical pressure profiles as they occur in a tank leak diagnosis method known per se.
  • the solid line 600 represents a pressure curve for a tight system and the dashed line 700 for a leaky system.
  • the tank system 1 is evacuated, the pressure drops in a previously known manner.
  • the system can be evacuated, for example, by opening the tank ventilation valve 250 under defined operating conditions of the internal combustion engine, a gas pressure p g occurring in the gas volume 110 of the tank 100.
  • the evacuation can also be carried out by means of separate pumps.
  • it can also be provided to increase the pressure in order to then observe a drop in pressure.
  • a certain pressure increase occurs after the general state calibration for gases.
  • the pressure in the gas volume will rise faster than expected in accordance with the dashed curve 700.
  • the pressure increase is monitored and evaluated by control unit 500. If the pressure gradient exceeds a predetermined threshold value, the control device 500 diagnoses a leak.
  • the absolute pressure in the gas volume 110 of the tank 100 is determined for tank leak diagnosis. Depending on which parameters are taken into account in the evaluation, this may also be absolutely necessary. In principle, however, the diagnostic method or evaluation can be designed so that the absolute pressure of the gas volume has little or no influence on the leak detection. In such a case, the detection of leaks essentially only depends on the slope of the pressure curve.
  • Pressure sensor detected total pressure p s from fuel pressure p ⁇ and gas pressure p G together
  • the resulting fuel pressure p ⁇ is irrelevant when evaluating the pressure gradient. If the fill level is already known during the tank leak diagnosis, the absolute gas pressure p G in the gas volume 110 can of course also be determined if necessary.
  • the method according to the invention is not limited to the tank leak diagnosis shown. In particular, it is also conceivable to increase the gas pressure in the tank 100 and to compare the pressure drop that arises with an expected pressure drop. If the pressure drops faster than expected, the tank system is probably leaking.
  • the pressure curve when evacuating the tank or during a pressure increase can also be evaluated.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Tanklecks, bei dem ein Gasdruck pG auf einer in einem Tank befindlichen Flüssigkeit 120 wirkt, und bei dem der Gasdruck pG im Tank 100 oder Tanksystem 1 verändert wird, wobei ein Tankleck durch Auswerten eines zeitlichen Verlaufs eines Summendrucks pS der im Tank befindlichen Flüssigkeit 120 erkannt wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren und Vorrichtung zur Erkennung von Tanklecks Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Erkennung von Tanklecks nach
Gattung des unabhängigen Anspruchs sowie eine entsprechende Vorrichtung.
Aus der DE 103 12 588 Al ist bereits ein Verfahren bekannt, bei dem über eine Pumpe ein Unterdruck in einem Kraftstofftank erzeugt wird. Der Druck wird im Gasvolumen des Tanks gemessen. Erfolgt der Druckanstieg schneller als der für ein dichtes Tanksystem bekannt, wird ein Leck diagnostiziert.
Weitere Verfahren zur Dichtheitsprüfung insbesondere einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges sind beispielsweise aus der DE 41 24 465,
DE 19636 431, DE 198 04 384 und auch DE 196 25 702 bekannt. Bei diesen
Verfahren wird die Tankentlüftungsanlage mit einem Überdruck beaufschlagt und durch anschließendes Auswerten des Druckverlaufs ggf. auf ein Vorhandensein eines Lecks geschlossen. Aus der JP-6-173837 und der US 5,247,971 sind ferner Verfahren bekannt, bei denen ein Referenzleck zugeschaltet wird, und bei denen durch Vergleich der Messungen mit und ohne Referenzleck eine Aussage über das Vorhandsein eines Lecks getroffen wird. Den Verfahren ist gemeinsam, dass zur Leckdiagnose zunächst ein definierter
Ausgangszustand bzw. Ausgangsdruck eingestellt wird. Hiernach wird der sich einstellende Druckverlauf gemessen, wobei der mindestens eine Drucksensor im Gasvolumen des Tanks oder des Tankentlüftungssystem angeordnet ist. Weicht der gemessen Druckverlauf signifikant von einem erwarteten Druckverlauf ab, wird typischerweise davon ausgegangen, dass ein Leck im Tank bzw. Tanksystem vorliegt.
Weitere Drucksensoren, jedoch nicht zur Tankleckdiagnose, sondern zur FuII- Standserfassung, sind beispielsweise aus der US 6,282,953 bekannt. Hier ist es vorgesehen senkrecht zur Ausrichtung des Tankbodens zwei in den Kraftstoff hineinragende Drucksensoren anzuordnen, die einen Druck des Kraftstoffs erfassen. Zusätzlich ist an der Tankdecke ein Drucksensor angeordnet, der den Druck des Gasvolumens über dem flüssigen Kraftstoff erfasst. Unter Berücksich- tigung der an allen drei Drucksensoren gemessenen Drücken wird ein Füllstand des Tankinhalts ermittelt.
Vorteile der Erfindung Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung von Tanklecks hat demgegenüber den Vorteil, dass, wenn ein Gasdruck eines Gasvolumens in einem Tank oder Tanksystem verändert wird, Tanklecks durch Auswerten eines zeitlichen Verlaufs eines Drucks einer im Tank befindlichen Flüssigkeit erkannt werden. Weicht der ermittelte Druckverlauf signifikant von einem erwarteten Druckverlauf ab, ist typischerweise davon auszugehen, dass ein Leck im Tank bzw. Tanksystem vorliegt.
Dies Vorgehen hat den Vorteil, dass für die Leckdiagnose keine zusätzlichen Sensoren oder andere Erfassungsmittel vorzusehen sind, wenn beispielsweise. ein für die Füllstandsbestimmung ohnehin im Tank angeordneter Drucksensor zur Erkennung von Lecks herangezogen werden kann.
So greift dieser Vorteil insbesondere auch für eine erfindungemäße Vorrichtung zur Erkennung von Tanklecks, bei der ein Erfassungsmittel ein Summendruck ei- ner im Tank befindlichen Flüssigkeit erfasst, und ein Auswertemittel in Abhängigkeit des erfassten Summendruckverlaufs Tanklecks erkennt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Hauptanspruch angegebenen Ver- fahrens möglich. Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, durch Einstellen bestimmter Bedingungen im Tank bzw. Tanksystem den Gasdruck im Tank so zu verändern, dass sich ein vorbekannter Gasdruck einstellt, wobei dann in Abhängigkeit dieses vorbe- kannten Gasdrucks ein Füllstand der im Tank befindlichen Flüssigkeit ermittelt werden kann.
Ferner ist es von Vorteil, wenn zur Erkennung von Tanklecks zusätzlich der sich einstellende vorbekannte Gasdruck berücksichtigt wird, so dass in vorteilhafter Weise durch diesen zusätzlichen Parameter, die Genauigkeit der bei der Tankleckdiagnose zu erwartenden Druckveränderung bestimmt werden kann.
Eine weitere zweckmäßige Ausgestaltung sieht vor, das Erfassungsmittel bzw. den Drucksensor als Differenzdrucksensor auszubilden. Dies hat den Vorteil, dass insbesondere bei einer Differenzdruckmessung gegen Atmosphärendruck - beispielsweise beim Befüllen des Tanks - ein solcher Sensor einen Druck erfasst, der proportional zum Füllstand der im Tank befindlichen Flüssigkeit ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
Figur 1 einen Tank mit bekannter Tankentlüftungsvorrichtung und einer erfindungsgemäßen Druckmessung,
Figur 2 Druckverläufe einer typischen Tankleckdiagnose.
Figur 1 zeigt ein Tanksystem 1, das als Hauptkomponenten im Wesentlichen ei- nen Tank 100, einen Speicher 200 sowie ein Tankentlüftungsventil 250 umfasst.
Über dem Kraftstoff 120 befindet sich ein Gasvolumen 110 typischerweise bestehend aus einem Luft-Kraftstoffdampf-Gemisch. Zur Entlüftung des Tanks 100 ist der Tank 100 mit seinem Gasvolumen 110 über eine Entlüftungsleitung 130 dem Speicher 200, dem Tankentlüftungsventil 250 und einer Ansaugleitung 310 mit einem Saugrohr 300 einer nicht gezeigten Brennkraftmaschine verbunden. Während bspw. einer Tankentlüftung strömt das Luft-Kraftstoffdampf-Gemisch aus dem Gasvolumen 110 über die Entlüftungsleitung 130 in ein Speichermedium 210, vorzugsweise Aktivkohle, des Speichers 200, um dort in bekannter Weise reversibel gebunden zu werden. Zur Regeneration des Speichermediums 210 ist es typischerweise vorgesehen, das Speichermedium 210 mit Frischluft zu spülen und die austretenden Kohlenwasserstoffe dem Saugrohr 300 und somit einer Verbrennung in der Brennkraftmaschine zuzuführen. Hierzu wird im Betrieb der Brennkraftmaschine das Tankentlüftungsventil 250 und ein Tankabsperrventil 230 geöffnet. Aufgrund des während des Betriebs der Brennkraftmaschine im Saugrohr 300 vorherrschendem Unterdrucks strömt über das Tankabsperrventil
230 und der Belüftungsleitung 220 Frischluft in den Speicher 200 und löst die im Speichermedium 210 adsorbierten Kohlenwasserstoffe. Ein Steuergerät 500 steuert das Tankentlüftung- und das Tankabsperrventil 250, 230 in der Regel so, dass die Zumessung der adsorbierten Kohlenwasserstoffe in Abhängigkeit des Betriebszustandes der Brennkraftmaschine erfolgt.
Weiterhin zeigt Figur 1 eine an sich bekannte Füllstandserfassung des Tankinhalts über einen Drucksensor 150. Wie in der Figur 1 dargestellt, ist ein solcher Drucksensor 150, der der Füllstandserfassung dient, in der Nähe des Tankbo- dens, vorzugsweise am tiefsten Punkt des Tanks, angeordnet. Für eine spätere
Leckdiagnose sind jedoch auch andere Anordnungen denkbar. Aus dem über den Drucksensors 150 ermittelten Druck wird unter Berücksichtigung der ggf. eingestellten Bedingungen im Tank bzw. Tanksystem ein Füllstand ermittelt. Der am Drucksensor anstehende Druck ps setzt sich aus dem Druck pκ des flüssigen Kraftstoffs 120 - Flüssigkeitsdruck - und dem Druck pG des über dem flüssigen
Kraftstoff wirkenden Gasvolumens 110 - Gasdruck - zusammen und wird auch als Summendruck ps bezeichnet.
Figure imgf000006_0001
Bei bekannten Gasdruck pg ergibt sich somit nach Ermitteln des Summendrucks Ps ohne Weiteres der Flüssigkeitsdruck pκ, des Kraftstoffs aus dem an sich dann mit bekannter Dichte des Kraftstoffs ein Füllstand ermitteln lässt. Ist der Drucksensor 150 beispielsweise als Differenzdrucksensor ausgebildet, der beispielsweise gegen Atmosphäre misst, liegt bei einem geöffnetem Tankabsperrventil 230 auch im Gasvolumen 110 der Atmosphärendruck an. Der am Drucksensor 150 erfasste Differenzdruck entspricht dann dem Kraftstoffdruck pκ, aus dem dann in bekannter Weise der Füllstand ermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, den zur Füllstandsmessung ohnehin vorhandenen Drucksensor 150, der nicht unbedingt als Differenzdrucksensor ausgebildet sein muss, auch zur Erkennung eines Tanklecks bzw. eines Lecks im Tanksystem zu benutzen.
In Figur 2 sind in einem Druck-Zeit-Diagramm schematisch typische Druckverläufe, wie sie bei einem an sich bekannten Tankleckdiagnoseverfahren auftreten, dargestellt. Die durchgezogene Linie 600 stellt einen Druckverlauf bei einem dichten und die gestrichelte Linie 700 bei einem undichten System dar. Zu einem ersten Zeitpunkt tl wird das Tanksystem 1 evakuiert, der Druck fällt in vorbekannter Weise ab.
Die Evakuierung des Systems kann beispielsweise durch Öffnen des Tankentlüf- tungsventils 250 bei definierten Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine erfolgen, wobei sich ein Gasdruck pg im Gasvolumen 110 des Tanks 100 einstellt Die Evakuierung kann jedoch auch durch eine separate Pumpen erfolgen. Insbesondere kann es auch vorgesehen sein, den Druck zu erhöhen, um dann im Weiteren einen Druckabfall zu beobachten.
In dem in Figur 2 dargestellten Fall ist es vorgesehen, die Evakuierung des Systems zu einem zweiten Zeitpunkt t2 abzubrechen und das Tankentlüftungsventil 250 zu schließen. Je nach Größe des eingeschlossenen Gasvolumens 110 im Tank 100 und des im Tank 100 herrschenden absoluten Gasdrucks sowie der Kraftstofftemperatur stellt sich nach der allgemeinen Zustandsgieichung für Gase ein bestimmter Druckanstieg ein. Bei einem undichten Tanksystem wird entsprechend der gestrichelten Kurve 700 der Druck im Gasvolumen schneller als erwartet ansteigen. Der Druckanstieg wird vom Steuergerät 500 überwacht und ausgewertet. Übersteigt der Druckgradient einen vorbestimmten Schwellenwert, diagnostiziert das Steuergerät 500 ein Leck.
Aus dem eingangs genannten Stand der Technik ist es bislang nur bekannt, dass zur Tankleckdiagnose der Absolutdruck im Gasvolumen 110 des Tanks 100 ermittelt wird. Je nachdem welche Parameter bei der Auswertung berücksichtigt werden, ist dies ggf. auch zwingend notwendig. Prinzipiell kann jedoch das Diagnoseverfahren bzw. die Auswertung so gestaltet werden, dass der Absolutdruck des Gasvolumens nur noch einen geringen oder gar keinen Einfluss auf die Leckerkennung hat. Die Erkennung von Lecks hängt in einem solchen Fall im Wesentlichen nur noch von der Steigung des Druckverlaufs ab.
Erfindungsgemäß ist es nun vorgesehen, den Druckanstieg mit Hilfe eines ohnehin vorhandenen Drucksensors 150 für die Füllstandsbestimmung zu erfassen. Zur Bestimmung einer zeitlichen Druckveränderung aufgrund einer durchgeführten Leckdiagnose spielt der durch den Füllstand des Kraftstoff bedingte konstan- te Flüssigkeitsdruck pκ keine Rolle. Wie oben beschrieben setzt sich der am
Drucksensor erfasste Summendruck ps aus Kraftstoffdruck pκ und Gasdruck pG zusammen-
Figure imgf000008_0001
Zur Tankleckdiagnose reicht es jedoch aus nur die Steigung zu betrachten, insofern gilt: dps/dt = d(pκ + PG)M = dpjdt
Da der Füllstand im betrachteten Diagnosezeitraum praktisch konstant bleibt, ist der daraus resultierende Kraftstoffdruck pκ bei der Auswertung des Druckgradienten unerheblich. Ist der Füllstand bereits bei der Tankleckdiagnose bekannt, kann selbstverständlich bei Bedarf auch der absolute Gasdruck pG im Gasvolumen 110 ermittelt werden. Das erfindungsgemäße Verfahren ist jedoch nicht auf die dargestellte Tankleckdiagnose beschränkt. Insbesondere ist es auch denkbar, den Gasdruck im Tank 100 zu erhöhen und den sich einstellenden Druckabfall mit einem erwarteten Druckabfall zu vergleichen. Sinkt der Druck schneller als erwartet ist das Tanksystem vermutlich undicht.
Weiterhin kann auch der Druckverlauf beim Evakuieren des Tanks oder während der einer Druckerhöhung ausgewertet werden.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Tanklecks,
bei dem ein Gasdruck pG auf einer in einem Tank befindlichen Flüssigkeit
120 wirkt,
und bei dem der Gasdruck pG im Tank 100 oder Tanksystem 1 verändert wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Summendruck ps der im Tank 100 befindlichen Flüssigkeit 120 erfasst wird,
und dass ein Tankleck durch Auswerten eines zeitlichen Verlaufs des Summendrucks ps erkannt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem im Tank 100 Bedingungen eingestellt werden, die dazu führen, dass sich der Gasdruck pG des Gasvolumens 110 auf einen vorbekannten Druck einstellt,
und unter Berücksichtigung des Summendrucks ps und des sich einstellenden vorbekannten Gasdrucks ein Füllstand der im Tank 100 befindlichen Flüssigkeit 120 ermittelt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem zur Erkennung von Tanklecks zusätzlich der sich einstellende vorbekannte Gasdruck berücksichtigt wird.
4. Vorrichtung zur Erkennung von Tanklecks,
mit einem Erfassungsmittel 150, das einen Summendruck ps einer in einem Tank 100 befindlichen Flüssigkeit 120 erfasst,
dadurch gekennzeichnet,
dass ein Auswertemittel 500 in Abhängigkeit eines erfassten Verlaufs des Summendrucks ps ein Tankleck erkennt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei dem das Erfassungsmittel 150 ein Drucksensor ist.
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Drucksensor 150 als Differenzdrucksensor ausgebildet ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, bei dem das Erfassungsmittel 150 ein Drucksensor einer Füllstandserfassung ist.
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