WO2009146757A1 - Verfahren zur erkennung von leckagen in einem tanksystem - Google Patents

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WO2009146757A1
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tank system
tank
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PCT/EP2008/066408
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Martin Streib
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Robert Bosch Gmbh
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    • F02D41/0045—Estimating, calculating or determining the purging rate, amount, flow or concentration

Definitions

  • the present invention relates to a method for detecting leaks in a tank system, in particular in motor vehicles, wherein conclusions are drawn from pressure changes in the tank system in response to externally caused pressure fluctuations on the presence of leaks.
  • a negative pressure can be generated by opening a tank vent valve between the tank or activated carbon filter and Intake manifold are sucked out of the tank system by the idle pressure present in the intake manifold vacuum fuel vapors.
  • the existing negative pressure with closed valves remains in the tank or in the tank system for a long time.
  • this negative pressure builds up faster, so that from the detected by pressure sensors pressure increase or the reduction of the negative pressure on the presence of these leaks can be concluded.
  • an overpressure or underpressure is introduced into the tank, for example by means of an electric pump, in order to detect leaks.
  • the speed of the pressure drop or the pressure increase is determined, for example, directly by means of a sensor or indirectly by observing the electrical power consumption of the pump and from this conclusions are drawn on a leakage.
  • DE 100 12 778 A1 takes into account the gas temperature or the steam temperature when carrying out a leak test.
  • predictions are made as to whether an overpressure in the fuel tank system is to be expected in relation to a corresponding pressure in the environment. In this case, the leak test is not carried out and the fuel vapors are collected through the activated carbon filter.
  • German patent application DE 101 43 327 Al already takes into account the influence of temperature on the fuel evaporation in a leak diagnosis by a correction variable is introduced into the process, which depends on the fuel temperature.
  • the currently required detection threshold is problematic.
  • both subspaces must be individually diagnosed with regard to leaks.
  • the 0.5 mm limit applies to the sum of all leaks.
  • the leak diagnoses for the compartments must therefore be made with severer thresholds than 0.5 mm.
  • the known methods for detecting leaks with the considerable fluctuations of the leak detection thresholds due to temperature fluctuations are therefore less suitable, especially in such systems to allow a reliable diagnosis.
  • the invention thus has the object to provide a method for detecting leaks, which avoids the described disadvantages of the prior art.
  • the method is intended to reduce the fluctuation ranges of the detection of leaks caused by changing environmental conditions so as to enable a safe and reliable diagnosis of leaks in tank systems.
  • the inventive method for detecting leaks in a tank system excludes from the pressure changes in the tank system, which occur in response to externally induced pressure fluctuations, on the presence of leaks. These externally induced pressure fluctuations can be caused by changing environmental conditions or by targeted interventions.
  • the influence of the temperature in the tank system is taken into account.
  • an expected pressure change in the tank system is determined as a function of the temperature and from the comparison of an actual pressure change with the expected pressure change to the existing closed by leaks.
  • the consideration of the temperature in the implementation of the method allows a quantitative detection of temperature-dependent volume changes, in particular expansions or compressions, and of aggregate state changes of the fuel by evaporation or by condensation of fuel vapor.
  • these effects flow directly into the implementation or evaluation of the method, so that a greater selectivity of the leak diagnosis is achieved.
  • the leak detection thresholds can be lowered significantly below the usual or legally required 0.5 mm threshold with the method according to the invention. This is particularly advantageous in multi-part tank systems, which must be diagnosed in their individual subspaces with correspondingly low thresholds. Also in the future possibly legally required lower threshold values can be safely diagnosed with the method according to the invention without further ado.
  • the equilibrium vapor pressure of the fuel is determined as the partial pressure at a given temperature. Depending on the temperature, a balance between the fuel vapors (gas phase) and the liquid phase occurs with each fuel.
  • This equilibrium vapor pressure P HCe q m can be represented as a function of temperature for each fuel. Based on the dependence of the equilibrium vapor pressure on the temperature of the equilibrium vapor pressure is determined at a known temperature. There is usually a deviation between this theoretical equilibrium vapor pressure p H c e q w and the actual vapor pressure.
  • the deviation between p H c e q u ⁇ and a modeled partial pressure p H c is determined.
  • the modeled partial pressure p H c reflects the actual vapor pressure of the fuel contrary.
  • the evaporation rate of the fuel is determined. This is preferably done under the assumption that the evaporation rate is substantially proportional to the deviation of p H cequ ⁇ and p H c.
  • the net evaporation rate is determined as the difference between the evaporation rate determined in the previous step and a modeled HC leakage flow.
  • the vaporous HC mass is determined.
  • the vaporous HC mass represents the gas phase of the fuel in the tank system or in the tank container.
  • the time change of the HC mass is positive or negative.
  • the modeled partial pressure p H c in the above described step for determining the deviation between p H cequ ⁇ and the modeled partial pressure p H c is received.
  • the change in the partial pressure of the air p a ⁇ r is also determined. This results in simplification that for the modeling of the change in the air mass in the tank only the leakage mass flow must be considered, but not additional an evaporation or Kondensationsterm.
  • the initial air flow is integrated over time, so as to determine the total air mass in the container, in particular in the tank system.
  • a density factor can be calculated from the total air mass of the partial pressure air P a i r , which enters into the calculation of the Monausströmmasse by a leak presettable size.
  • a modeled total pressure results as the sum of the two partial distances. From the modeled or alternatively also measured total pressure can be calculated with known methods of thermodynamics a leakage mass flow at a predeterminable leakage size. For the division of the leakage mass flow in the air and HC content, it is assumed that air and HC vapor in the tank are mixed sufficiently uniformly so that the partial mass flows behave in accordance with the mass concentrations derivable from the partial pressures.
  • the HC fraction of the modeled leakage current is used to determine the net evaporation rate as the difference between the evaporation rate and the modeled HC leakage current as described above.
  • this method is a closed calculation algorithm, with the knowledge of the temperature and under the assumed assumption of the proportionality of the evaporation rate to the deviation of the equilibrium vapor pressure from the actual or modeled vapor pressure of the fuel to be expected for a given leak size pressure change to calculate the time.
  • This expected pressure change for a Voted leak size is compared with the actual measured pressure change. Depending on whether the actual pressure change is smaller or larger than the calculated pressure change, it is possible to deduce a leak which is greater or less than the leak size on which the calculation is based.
  • the predetermined leak size or leak size corresponds to a leak having a diameter of 0.1 mm to 0.8 mm, preferably 0.3 mm to 0.6 mm.
  • a predetermined leak size with a diameter of 0.5 mm corresponds to the currently legally required threshold for the diagnosis of tank leaks.
  • the temperature which is taken into account according to the invention, is measured in the tank system.
  • a suitable temperature sensor is preferably provided.
  • the temperature in the tank system can be estimated. This can be done, for example, by using an appropriate model that reflects the balance of heat input. By measuring the temperature in the tank system, the temperature can be detected more accurately and more reliably if necessary.
  • the estimate of the temperature over Suitable models have the advantage that a further sensor, in particular temperature sensors, in the tank system is not required.
  • only one pressure sensor in the tank system which is provided for detecting the pressure changes, is necessary for the method according to the invention.
  • the actual pressure change can be detected with one or more common pressure sensors.
  • the outside temperature is used to determine the temperature in the tank system.
  • the implementation of the tank leak diagnosis according to the invention is preferably carried out with a time delay after the measurement of the outside temperature, for example about one hour, to possibly allow a temperature adjustment in the tank system to the outside temperature.
  • the course of the vapor pressure of a fuel as a function of the temperature is taken into account for determining the expected pressure change.
  • this course of the fuel-vapor pressure curve is stored in a control unit and retrieved.
  • a vapor pressure curve of a typical fuel is used.
  • a suitable vapor pressure curve is then selected and taken into account for the method according to the invention.
  • the vapor pressure curve of that fuel is selected and taken into account, which is currently used in the motor vehicle or comes closest to it.
  • the behavior of different fuels with respect to pressure changes in the tank system, which are detected according to the invention may differ significantly from each other. This can lead to inaccuracies in the Lead leak detection. According to the invention, it is therefore intended to take account of this different behavior of the different fuels by using the vapor pressure curve of the fuel currently used in the method according to the invention.
  • the selection of a corresponding vapor pressure curve can be based on various criteria. For example, a recognition of the respective fuel can be made by conventional methods, in order then to select the corresponding vapor pressure curve with this information.
  • the fuel volatility is determined for this purpose and the corresponding curve is selected on the basis of this criterion.
  • the consideration of the volatility or the volatility of the fuel which is usually different for winter and summer fuel, for example, is particularly advantageous since the volatility of the respective fuel in the inventively detected pressure changes in the tank system has a significant effect.
  • the fuel detection can be determined, for example, by means of a fuel quality sensor, the behavior of exhaust gas values during dynamic load changes (transition compensation) or the behavior of the engine at startup (start adaptation).
  • Another possibility, which allows conclusions about the fuel used is the consideration of the season, the consideration of the geographical location of the vehicle, for example via satellite systems, or the observation of the longer-term course of the ambient temperature.
  • the pressure fluctuations caused from the outside are natural pressure fluctuations, that is to say pressure fluctuations which are not based on separate pressure sources. Examples include varying ambient pressures.
  • the pressure fluctuations caused from the outside can be caused by separate pressure sources, for example by pumping in air into the tank (overpressure) or by sucking gas out of the tank (negative pressure).
  • a negative pressure in the tank system for example, by the Idle in the intake manifold of the engine prevailing negative pressure can be achieved.
  • the corresponding positive or negative mass flows are considered with particular advantage according to the method of the invention.
  • the invention further comprises a computer program which carries out the described steps of the method when it runs on a computing device, for example a control device.
  • the invention comprises a computer program product with program code, which is stored on a machine-readable carrier, for carrying out the method described, when the program is executed on a computer or a control unit.
  • the computer programs or computer program products according to the invention for detecting leaks in tank systems or for tank leak diagnosis in vehicles are executed in corresponding control units.
  • FIG.l schematic representation of a tank system for carrying out the method according to the invention
  • FIG. 2 shows a block diagram for determining the expected pressure change according to a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the tank system 1 shown in FIG. 1 comprises an internal combustion engine 2, to which fuel is supplied from a tank 5 via a suction pipe 3 and a fuel metering means 4. Evaporating fuel or fuel vapors from the tank 5 are collected in an activated carbon filter 6 and stored. By opening a tank vent valve 7, the stored fuel vapors can be fed via the intake manifold 3 to the engine 2. For this purpose, fresh air is sucked in via an open shut-off valve 8, which flushes through the activated carbon filter 6 due to the pressure conditions which arise, absorbs the fuel vapors and supplies them to the internal combustion engine 2. For controlling the valves 7 and 8, a control unit 9 is provided.
  • a sensor 10 9 signals are supplied to the control unit, which represent the operating state of the internal combustion engine 2, such as speed, load and possibly other variables.
  • signals relating to the exhaust gas are forwarded to the control unit 9.
  • a pressure sensor 13 provides signals that represent the pressure in the tank ventilation system, for example in the tank 5. According to the invention, this information about the pressure changes occurring in the tank 5 or in the tank system is compared with an expected pressure change in response to pressure fluctuations caused from the outside and it is concluded that leaks in the tank system 1 are present.
  • the external pressure fluctuations can be caused by changing environmental conditions or by targeted interventions.
  • the fuel vapors from the tank system in particular the tank 5 and the activated carbon filter 6, can be sucked off by the negative pressure prevailing in the intake pipe 3 of the internal combustion engine 2, so that a negative pressure is created in the tank ventilation system.
  • the tank venting system is closed by closing the valve 7.
  • Over the pressure sensor 13 is observed over time, to what extent and at what speed this negative pressure is reduced.
  • a temperature sensor 14 is preferably provided in the tank system. In other embodiments, there is no temperature sensor, but the Temperature is determined by an estimate, which is made in particular in the control unit 9.
  • an error lamp 15 Associated with the control unit 9 is an error lamp 15, which can display the diagnostic result of the leak test according to the invention.
  • the block diagram shown in Figure 2 represents the steps that can be performed for the determination of the expected pressure change in the tank system as a function of the temperature. These steps are preferably carried out in the control unit of a motor vehicle.
  • the starting point is a vapor pressure curve of one or more fuels, ie the curve of the vapor pressure as a function of the temperature for a particular fuel.
  • a vapor pressure curve corresponding to or closest to the behavior of the currently used fuel may be selected from a plurality of vapor pressure curves.
  • step 21 from this vapor pressure curve based on the given temperature of the equilibrium vapor pressure for the fuel vapor p H c e q u ⁇ determined.
  • step 22 the difference of the equilibrium vapor pressure p H c e q m and a modeled partial pressure p H c is formed.
  • the modeled partial pressure p H c is formed in steps 26 to 27 described below.
  • an evaporation constant which characterizes the steam formation intensity as a function of the deviation from equilibrium, for example 0.25 g / h Pa h
  • step 23 the difference or the deviation between p H c e q u ⁇ and p H c determines an evaporation rate of the fuel. This is based on the assumption that the evaporation or condensation rate is proportional to the distance of the vapor pressure from the equilibrium (linear model).
  • step 24 From this evaporation rate, in step 24, a modeled HC leakage mass flow is subtracted to determine the net evaporation rate. The formation of the modeled H C leakage mass flow will be discussed below at step 28. From the integration of this difference over time in step 25, the total HC mass in the gas phase results. From this total HC mass in the gas phase is calculated by means of the general gas equation in steps 26 and 27 at a known volume, at a known temperature and taking into account a density factor of the partial pressure p H c- This partial pressure is an input to step 22 a. From the partici- al horr p H c and the partial pressure p a ⁇ r whose calculation is described in steps 29 to 31, is the sum of the total pressure in the tank.
  • step 28 which mass flow HC (HC leakage) and which mass flow air (air leakage) flows out of this leak or how much air flows in the event of a negative pressure in the leak.
  • the calculation of mass flows through a leak of a specific size is known to the person skilled in the art and, for example, can be determined on the basis of the so-called throttle equation.
  • the HC component of the leakage mass flow (HC leakage current) is included in the difference formation in step 24.
  • the partial pressure of the air p a ⁇ r is calculated from the air mass via the general gas equation again taking into account temperature and volume and a density factor . The calculated partial pressure of the air p a ⁇ r enters in step 28.
  • the initial conditions at the beginning of the calculation in this case the partial pressures for HC and for air.
  • the tank system is at least in the vicinity of the equilibrium. It is thus possible to set p H c equal to P H C e q m as the initial condition, which is calculated in step 22 from the data records stored in the control unit and the measured or modeled temperature in the tank.
  • the total pressure in the tank usually results from the atmospheric pressure when the tank is vented. In a closed tank system, the total pressure can be determined for example via a pressure sensor or the current consumption of a pump.
  • the initial value for the partial pressure of the air is obtained as the difference of the detected total pressure and the initial value for p H c-
  • the expected pressure changes can be calculated for an assumed leak size. This happens taking into account the current temperature. This can result, for example, from a temperature measurement in the tank or from an estimate of the temperature in the manner described.
  • the calculated value that is the change of the sum p H c and p ayr over time, is compared with measured values for pressure changes. This allows conclusions about the presence of a leak above the assumed leak size as a threshold value. For example, if a leak size with a diameter of 0.3 mm is to be recognized as a threshold value, the calculation method is applied taking into account the leak size of 0.3 mm.
  • the measured pressure gradient is more positive than the modeled pressure gradient, it can be assumed that in reality less gas losses will occur due to leakage than corresponds to a 0.3 mm leak.
  • the system can therefore as i. O. be identified.
  • an i. O. System closed when the measured pressure gradient is more negative than the pressure gradient modeled at 0.3 mm, because it can be concluded that less gas flows through leaks.
  • the calculation model shown in FIG. 2 is based on natural pressure fluctuations, which therefore do not involve the supply or removal of air or gas mass flows into the system.
  • the method can also be applied to separate pressure sources, which entail a supply or removal of gases in the system.
  • the additional air mass flow with positive signs in the integrator according to step 29 is taken into account.
  • the fraction of air or HC with negative sign in both integrators is considered in steps 25 and 29.
  • the vapor pressure curve used in step 21 may reflect the evolution of vapor pressure as a function of temperature for a typical fuel. In other particularly preferred embodiments, at this point two or more fuel vapor pressure curves be deposited. For the execution of the method, one of these vapor pressure curves is selected, which reflects the behavior of the currently used fuel or comes closest to this behavior.
  • the selection of the respectively suitable fuel vapor curve is preferably based on a determination of the currently used fuel. This determination can be made on the basis of specific quantities which characterize the fuel used, for example by measuring the fuel quality or the fuel volatility.
  • the fuel can be detected or determined on the basis of the behavior of the exhaust gas value, for example the air ratio lambda, during dynamic load changes (transition compensation) or through the behavior of the engine during startup (start adaptation).
  • the fuel can be concluded from various indications of the fuel used, for example from the season, from the geographical location of the vehicle or from the longer-term course of the ambient temperature.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Erkennung von Leckagen in einem Tanksystem (1), insbesondere in Kraftfahrzeugen, bereitgestellt, bei dem aus Druckänderungen im Tanksystem als Reaktion auf von außen verursachte Druckschwankungen auf das Vorhandensein von Leckagen geschlossen wird. Hierbei wird der Einfluss der Temperatur im Tanksystem (1) berücksichtigt, indem für eine vorgebbare Leckagengröße eine zu erwartende Druckänderung im Tanksystem (1) in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt wird und aus dem Vergleich einer tatsächlichen Druckänderung mit der zu erwartenden Druckänderung auf das Vorhandensein von Leckagen geschlossen wird.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Erkennung von Leckagen in einem Tanksystem
Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erkennung von Leckagen in einem Tanksystem, insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei aus Druckänderungen im Tanksystem als Reaktion auf von außen verursachte Druckschwankungen auf das Vorhandensein von Leckagen geschlossen wird.
Für verschiedene Märkte, beispielsweise USA, Kanada und Korea, fordert der Gesetzgeber bereits eine Erkennung von Undichtigkeiten (Leckagen) im Tank bzw. in Tanksystemen, um mögliche Quellen für Kraftstoffemissionen zu erkennen und möglicherweise zu beheben. Bestehende Verfahren hierfür basieren oftmals auf einer Erkennung von Druckänderungen, die im Tanksystem als Reaktion auf äußere Druckschwankungen auftreten. Die äußeren Druckschwankungen können durch die Umgebungsbedingungen, z.B. Temperaturschwankungen, verursacht werden oder durch einen gezielten Eingriff hervorgerufen werden. Im Falle eines vorhandenen Tanklecks steigt bzw. fällt bei geschlossenem Ventil ein derart im Tanksystem verursachter Unterdruck bzw. Überdruck allmählich, da über das Leck Umgebungsluft in den Tank einströmen kann. Durch einfache Druckmessung lässt sich somit das Vorliegen eines Lecks im Tank bzw. in der gesamten Tankanlage feststellen. Derartige Druckänderungen lassen sich beispielsweise durch im Brennstofftank angeordnete Drucksensoren erfassen.
Beispielsweise kann im System ein Unterdruck erzeugt werden, indem durch Öffnen eines Tankentlüftungsventils zwischen Tank bzw. Aktivkohlefilter und Saugrohr durch den im Leerlauf im Saugrohr vorhandenen Unterdruck Kraftstoffdämpfe aus der Tankanlage abgesaugt werden. Bei einer dichten Tankanlage bleibt der vorhandene Unterdruck bei geschlossenen Ventilen über längere Zeit im Tank bzw. in der Tankanlage bestehen. Im Falle von vorhandenen Undichtigkeiten bzw. Leckagen baut sich dieser Unterdruck schneller ab, so dass aus dem mittels Drucksensoren erfassten Druckanstieg bzw. dem Abbau des Unterdrucks auf das Vorhandensein dieser Undichtigkeiten geschlossen werden kann.
In anderen Verfahren wird zur Erkennung von Leckagen ein Über- oder Unterdruck in den Tank beispielsweise mittels einer elektrischen Pumpe eingebracht. Hierbei wird die Geschwindigkeit des Druckabfalls oder des Druckanstiegs beispielsweise direkt mittels eines Sensors oder indirekt durch Beobachtung der elektrischen Leistungsaufnahme der Pumpe ermittelt und hieraus auf eine Leckage geschlossen. Weiterhin ist es möglich, den Tank in der Abstellphase abzusperren und zu beobachten, inwieweit natürliche Temperaturschwankungen zu entsprechenden Druckänderungen führen. Abhängig von den festgestellten Druckänderungen kann auf die Dichtheit bzw. Leckagen im Tanksystem geschlossen werden.
Allerdings hat die Ausnutzung eines Überdrucks, beispielsweise durch Erwärmung des Tankinhalts, für eine Dichtheitsprüfung den entscheidenden Nachteil, dass kraftstoffhaltige Gase oder Dämpfe bei einer bestehenden Undichtigkeit an einem Aktivkohlefilter vorbei in die Umwelt entströmen können. Daher berücksichtigt beispielsweise die DE 100 12 778 Al die Gastemperatur bzw. die Dampftemperatur bei der Durchführung einer Dichtigkeitsprüfung. Hiermit werden Vorhersagen getroffen, ob ein Überdruck in der Brennstofftankanlage gegenüber einem entsprechenden Druck in der Umgebung zu erwarten ist. In diesem Fall wird die Dichtheitsprüfung nicht durchgeführt und die Kraftstoffdämpfe werden über den Aktivkohlefilter aufgefangen.
Diese Verfahren zur Erkennung von Leckagen aus dem Stand der Technik, bei denen der Druck im Tank verändert wird, sind mit dem Problem behaftet, dass die Erkennung von Leckagen dadurch verfälscht werden kann, dass während der Durchführung des Verfahrens zeitgleich zusätzliche Druckänderungen durch Temperatureinflüsse auftreten können. Temperaturschwankungen können eine Ausdehnung oder Komprimierung sowie eine Verdampfung des Kraftstoffs aus der Flüssigphase in die Gasphase bzw. eine Kondensierung aus der Gasphase in die Flüssigphase bedingen. Durch derartige Zusatzeffekte reduziert sich die Genauigkeit der Leckdiagnose. Dies kann im schlimmsten Fall dazu führen, dass ein vorhandenes Leck nicht erkannt wird oder dass bei einem dichten System fälschlicherweise ein Leck diagnostiziert wird.
Bei Verfahren aus dem Stand der Technik, die die Leckdiagnose auf Druckänderungen stützen, die durch natürliche Temperaturschwankungen bedingt sind, werden diese Temperaturschwankungen im Allgemeinen nicht quantitativ berücksichtigt. Vielmehr wird lediglich pauschal berücksichtigt, ob die Druckänderung im Tank eine bestimmte Schwankungsbreite übersteigt. Hieraus lässt sich auf die Dichtigkeit des Systems schließen. Sofern die bestimmte Schwankungsbreite nicht überstiegen wird, kann auf vorhandene Leckagen geschlossen werden. Da die natürlichen Temperaturschwankungen sehr unterschiedlich ausfallen können, ergibt sich hierbei eine erhebliche Toleranz in der Leckerkennungsschwelle.
Die deutsche Offenlegungsschrift DE 101 43 327 Al berücksichtigt bereits den Einfluss der Temperatur auf die Kraftstoffverdampfung bei einer Leckdiagnose, indem eine Korrekturgröße in das Verfahren eingebracht wird, die von der Kraftstofftemperatur abhängt.
Derzeitige gesetzliche Vorgaben fordern eine Erkennung von Leckagen mit einem Durchmesser von 0,5 mm. Dies eröffnet die Möglichkeit, die Schwellenwerte für die Diagnosen so festzulegen, dass im Idealfall die Leckerkennungsschwelle zum Beispiel bei 0,35 mm liegt. Bei aktuellen Bedingungen, die die Leckerkennungsschwelle nach oben verschieben, wird dennoch ein 0,5 mm-Leck noch sicher erkannt. Im umgekehrten Fall, das heißt bei Bedingungen, die die Erkennungsschwelle nach unten verschieben, wird dennoch ein 0,0 mm-Leck, das heißt ein dichtes System, immer noch als dicht erkannt. - A -
Insbesondere bei mehrteiligen Tanksystemen, wie sie bei verschiedenen Hybridfahrzeugen zum Einsatz kommen, ist die derzeit geforderte Erkennungsschwelle jedoch problematisch. Beispielsweise bei zweiteiligen Tanksystemen müssen beide Teilräume jeweils für sich bezüglich Leckagen diagnostiziert werden. Hierbei gilt der 0,5 mm Grenzwert für die Summe aller Leckagen. Die Leckdiagnosen für die Teilräume müssen also mit schärferen Schwellenwerten als 0,5 mm erfolgen. Die bekannten Verfahren zur Erkennung von Leckagen mit den erheblichen Schwankungen der Leckerkennungsschwellen aufgrund von Temperaturschwankungen sind daher wenig geeignet, insbesondere bei derartigen Systemen eine sichere Diagnose zu erlauben.
Die Erfindung stellt sich somit die Aufgabe, ein Verfahren zur Erkennung von Leckagen bereitzustellen, das die beschriebenen Nachteile aus dem Stand der Technik vermeidet. Insbesondere soll das Verfahren die Schwankungsbreiten der Erkennung von Leckagen, die durch sich ändernde Umgebungsbedingungen verursacht werden, reduzieren, um so eine sichere und zuverlässige Diagnose von Undichtigkeiten in Tanksystemen zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Erkennung von Leckagen in einem Tanksystem, insbesondere in Kraftfahrzeugen, schließt aus Druckänderungen im Tanksystem, die als Reaktion auf von außen verursachte Druckschwankungen auftreten, auf das Vorhandensein von Leckagen. Diese von außen verursachten Druckschwankungen können durch sich ändernde Umgebungsbedingungen oder durch gezielte Eingriffe hervorgerufen werden. Erfindungsgemäß wird hierbei der Einfluss der Temperatur im Tanksystem berücksichtigt. Hierbei wird für eine vorgebbare Leckagengröße eine zu erwartende Druckänderung im Tanksystem in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt und aus dem Vergleich einer tatsächlichen Druckänderung mit der zu erwartenden Druckänderung auf das Vorhan- densein von Leckagen geschlossen. Dieses Verfahren ermöglicht eine wesentlich genauere und zuverlässigere Erkennung von Leckagen in Tanksystemen mit einer größeren Trennschärfe der Leckdiagnose, als es bei herkömmlichen Verfahren möglich ist. Die Berücksichtigung der Temperatur bei der Durchführung des Verfahrens erlaubt eine quantitative Erfassung von temperaturabhängigen Volumenänderungen, insbesondere Ausdehnungen oder Kompressionen, sowie von Aggregatzustandsänderungen des Kraftstoffs durch Verdampfung beziehungsweise durch Kondensation von Kraftstoff dämpfen. Bei herkömmlichen Verfahren ist es erforderlich, diese Effekte durch entsprechende Applikationstoleranzen der Schwellenwerte zu berücksichtigen. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren fließen diese Effekte direkt in die Durchführung bzw. Auswertung des Verfahrens ein, so dass eine größere Trennschärfe der Leckdiagnose erreicht wird. Die Leckerkennungsschwellen können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren deutlich unterhalb der üblichen, beziehungsweise gesetzlich geforderten 0,5 mm- Schwelle abgesenkt werden. Dies ist vor allem bei mehrteiligen Tanksystemen vorteilhaft, die in ihren einzelnen Teilräumen mit entsprechend niedrigen Schwellenwerten diagnostiziert werden müssen. Auch in Zukunft möglicherweise gesetzlich geforderte niedrigere Schwellenwerte können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren ohne Weiteres sicher diagnostiziert werden.
Zur Ermittlung der zu erwartenden Druckänderung sind vorzugsweise mindestens die folgenden Schritte vorgesehen. Zunächst wird der Gleichgewichts- Dampfdruck des Kraftstoffs (HC) als Partialdruck bei gegebener Temperatur ermittelt. In Abhängigkeit von der Temperatur stellt sich bei jedem Kraftstoff ein Gleichgewicht zwischen den Kraftstoffdämpfen (Gasphase) und der Flüssigphase ein. Dieser Gleichgewichts-Dampfdruck PHCeqm lässt sich für jeden Kraftstoff als Funktion der Temperatur darstellen. Anhand der Abhängigkeit des Gleichgewichts- Dampfdrucks von der Temperatur wird der Gleichgewichts- Dampfdruck bei bekannter Temperatur ermittelt. Zwischen diesem theoretischen Gleichgewichts- Dampfdruck pHceqw und dem tatsächlichen Dampfdruck besteht in der Regel eine Abweichung. In einem ersten Summationspunkt wird die Abweichung zwischen pHcequι und einem modellierten Partialdruck pHc ermittelt. Der modellierte Partialdruck pHc spiegelt den tatsächlichen Dampfdruck des Kraftstoff wider. In einem weiteren Schritt wird die Verdampfungsrate des Kraftstoffs ermittelt. Dies erfolgt vorzugsweise unter der Annahme, dass die Verdampfungsrate im Wesentlichen proportional zur Abweichung von pHcequι und pHc ist.
Um die HC-Masse zu berücksichtigen, die durch ein angenommenes Leck aus dem Tanksystem ausströmt, wird in einem weiteren Summationspunkt die Netto- Verdampfungsrate als Differenz zwischen der im vorherigen Schritt ermittelten Verdampfungsrate und einem modellierten HC-Leckstrom bestimmt. Durch Integration der Netto-Verdampfungsrate über die Zeit wird die dampfförmige HC- Masse bestimmt. Die dampfförmige HC-Masse repräsentiert die Gasphase des Kraftstoffs im Tanksystem bzw. im Tankbehälter. In Abhängigkeit davon, ob die Verdampfungsrate oder der HC-Leckstrom größer ist, ist die zeitliche Änderung der HC-Masse positiv oder negativ. Unter Berücksichtigung des gegebenen Volumens im Tanksystem und bei gegebener Temperatur sowie unter Berücksichtigung eines Dichtefaktors kann aus der dampfförmigen HC-Masse der Partial- druck PHC bestimmt werden, der als modellierter Partialdruck pHc in dem oben beschriebenen Schritt zur Ermittlung der Abweichung zwischen pHcequι und dem modellierten Partialdruck pHc eingeht.
Entsprechend der Modellierung der Änderung des Partialdrucks pHc wird auch die Änderung des Partialdrucks der Luft paιr ermittelt. Hierbei ergibt sich als Vereinfachung, dass für die Modellierung der Änderung der Luftmasse im Tank nur der Leckmassenstrom berücksichtigt werden muss, nicht aber noch zusätzliche ein Verdampfungs- bzw. Kondensationsterm. In bevorzugter Weise wird unter Berücksichtigung des Luft- Leckstroms der Anfangsluftstrom über die Zeit integriert, um so die Gesamtluftmasse in dem Behältnis, insbesondere im Tanksystem zu ermitteln. Bei bekanntem Volumen und bei bekannter Temperatur unter Berücksichtigung eines Dichtefaktors lässt sich aus der Gesamtluftmasse der Partialdruck Luft Pair errechnen, der in die Errechnung der Gesamtausströmmasse durch ein Leck vorgebbarer Größe eingeht.
Mit den nun modellierten Partialdrücken für Luft und HC ergibt sich ein modellierter Gesamtdruck als Summe der beiden Partiald rücke. Aus dem modellierten oder alternativ auch gemessenen Gesamtdruck kann mit bekannten Verfahren der Thermodynamik ein Leck- Massenstrom bei vorgebbarer Leckagengröße berechnet werden. Für die Aufteilung des Leckmassenstroms in Luft- und HC-Anteil wird angenommen, dass Luft und HC-Dampf im Tank hinreichend gleichmäßig vermischt sind, so dass sich die Teil- Massenströme entsprechend den aus den Partialdrücken ableitbaren Masse- Konzentrationen verhalten.
Der HC-Anteil des modellierten Leckstroms wird zur Bestimmung der Netto- Verdampfungsrate als Differenz zwischen der Verdampfungsrate und dem modellierten HC-Leckstrom wie oben beschrieben herangezogen.
Für die Erkennung eines i. O. -Systems bzw. eines Fehlers vergleicht man nun den modellierten Gesamtdruck mit dem gemessenen Gesamtdruck. Wenn nun (im typischen Beispiel eines Überdrucks im Tank) der gemessene Druckanstieg langsamer ist als der unter Annahme einer bestimmten Leckgröße modellierte Druckanstieg, so kann man daraus schließen, dass ein Leck vorhanden ist, das größer als die für die Berechnung angenommene Leckgröße ist. Umgekehrt kann man schließen, dass ein kleineres oder im Idealfall gar kein Leck vorliegt, wenn der gemessene Druckanstieg schneller ist als der modellierte Druckanstieg. Im Falle eines (in einem solchen Tanksystem aber eher selten vorhandenen) Unterdrucks kehrt sich die Schlussfolgerung sinngemäß um: wenn die tatsächliche Leckgröße größer als die bei der Berechnung angenommene ist, strömt Luft von außen in den Tank nach und der tatsächliche Unterdruck baut sich langsamer auf als modelliert. Bei einem Tank mit kleinerem Leck wird sich dagegen der Unterdruck schneller aufbauen als gemäß der Modellrechnung, weil die von außen nachströmende Luftmenge geringer ist.
Bei diesem Verfahren handelt es sich um einen geschlossenen Berechnungsalgorithmus, mit dem sich unter Kenntnis der Temperatur und unter der beschriebenen Annahme zur Proportionalität der Verdampfungsrate zur Abweichung des Gleichgewichts- Dampfdrucks vom tatsächlichen bzw. modellierten Dampfdruck des Kraftstoff eine für eine bestimmte Leckgröße zu erwartende Druckänderung über die Zeit errechnen lässt. Diese zu erwartende Druckänderung für eine be- stimmte Leckgröße wird mit der tatsächlich gemessenen Druckänderung verglichen. Je nachdem, ob die tatsächliche Druckänderung kleiner oder größer als die rechnerisch ermittelte Druckänderung ist, kann auf ein Leck geschlossen werden, das größer oder kleiner als die der Rechnung zugrunde gelegte Leckgröße ist.
Bei solchen geschlossenen Verfahren ist es bekanntermaßen notwendig, Anfangsbedingungen zu kennen. Um für diese Anfangsbedingungen realitätsnahe Werte zu bekommen, wird unter bestimmten Randbedingungen (z.B. wenn das Fahrzeug längere Zeit abgestellt war und keine starken Temperaturschwankungen vorhanden waren) angenommen, dass sich das Tanksystem nahe seinem Gleichgewicht befindet. Damit kann man zu Beginn der Berechnung den Partial- druck PHC gleich dem Gleichgewichtsdampfdruck pHcequι setzen. Der Partialdruck der Luft paιr ergibt sich dann als Differenz des gemessenen Gesamtdrucks und des HC-Gleichgewichts-Dampfdrucks. Somit sind die Anfangsbedingungen für den geschlossenen Algorithmus bekannt.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens entspricht die vorgebbare Leckagengröße bzw. Leckgröße einem Leck mit einem Durchmesser von 0,1 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,3 mm bis 0,6 mm. Besonders bevorzugt ist eine vorgebbare Leckagengröße mit einem Durchmesser von 0,5 mm. 0,5 mm entspricht der derzeit gesetzlich geforderten Schwelle zur Diagnose von Tanklecks. Insbesondere bei mehrteiligen Tanksystemen kann es bevorzugt sein, eine niedrigere Schwelle, beispielsweise ein Durchmesser von 0,3 mm, der Berechnung zugrunde zu legen.
In einer bevorzugen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Temperatur, die erfindungsgemäß berücksichtigt wird, im Tanksystem gemessen. Hierfür ist vorzugsweise ein geeigneter Temperatursensor vorgesehen. Alternativ oder zusätzlich hierzu kann die Temperatur im Tanksystem geschätzt werden. Dies kann beispielsweise durch Anwendung eines entsprechenden Modells, das die Bilanz von Wärmeeinträgen widerspiegelt, erfolgen. Durch die Messung der Temperatur im Tanksystem kann die Temperatur gegebenenfalls genauer und zuverlässiger erfasst werden. Die Schätzung der Temperatur über geeignete Modelle hat den Vorteil, dass eine weitere Sensorik, insbesondere Temperatursensoren, im Tanksystem nicht erforderlich ist. Bei der Schätzung der Temperatur, die in einem geeigneten Steuergerät vorgenommen werden kann, ist für das erfindungsgemäße Verfahren lediglich ein Drucksensor im Tanksystem notwendig, der zur Erfassung der Druckänderungen vorgesehen ist. Die tatsächliche Druckänderung kann mit einem oder mehreren üblichen Drucksensoren erfasst werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird die Außentemperatur zur Bestimmung der Temperatur im Tanksystem herangezogen. Die Durchführung der erfindungsgemäßen Tankleckdiagnose wird vorzugsweise mit einer Zeitverzögerung nach der Messung der Außentemperatur durchgeführt, beispielsweise cirka eine Stunde, um gegebenenfalls einen Temperaturangleich im Tanksystem an die Außentemperatur zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird für die Ermittlung der zu erwartenden Druckänderung der Verlauf des Dampfdrucks eines Kraftstoffs als Funktion der Temperatur berücksichtigt. Beispielsweise wird dieser Verlauf der Kraftstoff-Dampfdruckkurve in einem Steuergerät hinterlegt und abgerufen. Mit besonderem Vorteil wird eine Dampfdruckkurve eines typischen Kraftstoffs verwendet. Insbesondere handelt es sich hierbei um einen typischen Kraftstoff, dessen Verwendung im Kraftfahrzeug zu erwarten ist, wenn das Verfahren zur Erkennung von Leckagen durchgeführt wird.
Besonders bevorzugt werden mehrere Dampfdruckkurven beziehungsweise Verläufe des Dampfdrucks als Funktion der Temperatur für verschiedene Kraftstoffe hinterlegt. Gemäß dieser Ausführungsform wird dann eine geeignete Dampfdruckkurve ausgewählt und für das erfindungsgemäße Verfahren berücksichtigt. Vorzugsweise wird die Dampfdruckkurve desjenigen Kraftstoffs ausgewählt und berücksichtigt, der aktuell im Kraftfahrzeug verwendet wird oder der diesem am Nächsten kommt. Das Verhalten unterschiedlicher Kraftstoffe im Hinblick auf Druckänderungen im Tanksystem, die erfindungsgemäß erfasst werden, kann sich deutlich voneinander unterscheiden. Dies kann zu Ungenauigkeiten in der Leckerkennung führen. Erfindungsgemäß ist es daher vorgesehen, dieses unterschiedliche Verhalten der verschiedenen Kraftstoffe zu berücksichtigen, indem im erfindungsgemäßen Verfahren die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs herangezogen wird, der aktuell verwendet wird. Die Auswahl einer entsprechenden Dampfdruckkurve kann anhand verschiedener Kriterien erfolgen. Beispielsweise kann eine Erkennung des jeweiligen Kraftstoffs nach üblichen Methoden vorgenommen werden, um dann mit dieser Information die entsprechende Dampfdruckkurve auszuwählen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird hierfür die Kraftstoff- Volatilität bestimmt und anhand dieses Kriteriums die entsprechende Kurve ausgewählt. Die Berücksichtigung der Volatilität beziehungsweise der Flüchtigkeit des Kraftstoffs, die beispielsweise bei Winter- und Sommerkraftstoff in der Regel unterschiedlich ist, ist von besonderem Vorteil, da sich die Flüchtigkeit des jeweiligen Kraftstoff bei den erfindungsgemäß erfassten Druckänderungen im Tanksystem nicht unerheblich auswirkt. In anderen Ausführungsformen kann die Kraftstofferkennung beispielsweise mittels eines Kraftstoffqualitätssensors, dem Verhalten von Abgaswerten bei dynamischen Lastwechseln (Übergangskompensation) oder dem Verhalten des Motors beim Start (Startadaption) ermittelt werden. Eine andere Möglichkeit, die Rückschlüsse auf den jeweils verwendeten Kraftstoff erlaubt, ist die Berücksichtigung der Jahreszeit, die Berücksichtigung des geographischen Ortes des Fahrzeugs, beispielsweise über Satellitensysteme, oder die Beobachtung des längerfristigen Verlaufs der Umgebungstemperatur.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens sind die von außen verursachten Druckschwankungen natürliche Druckschwankungen, also Druckschwankungen, die nicht auf separaten Druckquellen beruhen. Beispiele hierfür sind variierende Umgebungsdrücke. In anderen bevorzugten Ausführungsformen können die von außen verursachten Druckschwankungen von separaten Druckquellen verursacht werden, indem beispielsweise Luft in den Tank hineingepumpt wird (Überdruck) oder Gas aus dem Tank abgesaugt wird (Unterdruck). Ein Unterdruck im Tanksystem kann beispielsweise durch den beim Leerlauf im Saugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Unterdruck erzielt werden. Die entsprechenden positiven oder negativen Massenströme werden mit besonderem Vorteil entsprechend im erfindungsgemäßen Verfahren berücksichtigt.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, das die beschriebenen Schritte des Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät, beispielsweise einem Steuergerät, abläuft. Schließlich umfasst die Erfindung ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird. Mit besonderem Vorteil werden die erfindungsgemäßen Computerprogramme bzw. Computerprogrammprodukte zur Erkennung von Leckagen in Tanksystemen bzw. zur Tankleckdiagnose bei Fahrzeugen in entsprechenden Steuergeräten ausgeführt.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Figuren im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen. Hierbei können die verschiedenen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Figuren zeigen:
Fig.l schematische Darstellung eines Tanksystems zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens;
Fig. 2 Blockdiagramm zur Ermittlung der zu erwartenden Druckänderung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Das in Figur 1 gezeigte Tanksystem 1 umfasst einen Verbrennungsmotor 2, dem über ein Saugrohr 3 und ein Kraftstoffzumessmittel 4 Kraftstoff aus einem Tank 5 zugeführt wird. Verdampfender Kraftstoff bzw. Kraftstoffdämpfe aus dem Tank 5 werden in einem Aktivkohlefilter 6 aufgefangen und gespeichert. Durch Öffnung eines Tankentlüftungsventils 7 können die gespeicherten Kraftstoffdämpfe über das Saugrohr 3 dem Verbrennungsmotor 2 zugeleitet werden. Hierfür wird über ein geöffnetes Absperrventil 8 Frischluft angesaugt, die aufgrund der sich einstellenden Druckverhältnisse den Aktivkohlefilter 6 durchspült, die Kraftstoffdämpfe aufnimmt und dem Verbrennungsmotor 2 zuführt. Zur Steuerung der Ventile 7 und 8 ist ein Steuergerät 9 vorgesehen. Über einem Sensor 10 werden dem Steuergerät 9 Signale zugeführt, die den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 2, wie z.B. Drehzahl, Last und gegebenenfalls weitere Größen, repräsentieren. Über einen Abgassensor 11 im Abgasrohr 12 werden Signale bezüglich des Abgases an das Steuergerät 9 weitergeleitet. Ein Drucksensor 13 stellt Signale bereit, die den Druck im Tankentlüftungssystem, beispielsweise im Tank 5, repräsentieren. Erfindungsgemäß werden diese Informationen über die im Tank 5 bzw. im Tanksystem auftretenden Druckänderungen als Reaktion auf von außen verursachte Druckschwankungen mit einer zu erwartenden Druckänderung verglichen und auf das Vorhandensein von Leckagen im Tanksystem 1 geschlossen. Die von außen verursachten Druckschwankungen können durch sich ändernde Umgebungsbedingungen oder durch gezielte Eingriffe hervorgerufen werden. Beispielsweise kann durch Schließen des Ventils 8 und Öffnen des Ventils 7 durch den im Saugrohr 3 der Verbrennungsmaschine 2 herrschenden Unterdruck die Kraftstoffdämpfe aus dem Tanksystem, insbesondere dem Tank 5 und dem Aktivkohlefilter 6, abgesaugt werden, so dass im Tankentlüftungssystem ein Unterdruck entsteht. Wenn ein bestimmtes Unterdruckniveau erreicht ist, wird das Tankentlüftungssystem durch Schließen des Ventils 7 geschlossen. Über den Drucksensor 13 wird im Verlauf der Zeit beobachtet, inwieweit und mit welcher Geschwindigkeit dieser Unterdruck abgebaut wird. Bei der Ermittlung der zu erwartenden Druckänderung, die mit der tatsächlichen Druckänderung verglichen wird, wird der Einfluss der Temperatur im Tanksystem berücksichtigt. Hierzu ist vorzugsweise ein Temperatursensor 14 im Tanksystem vorgesehen. In anderen Ausführungsformen ist kein Temperatursensor vorhanden, sondern die Temperatur wird über eine Schätzung, die insbesondere im Steuergerät 9 vorgenommen wird, ermittelt. Dem Steuergerät 9 zugeordnet ist eine Fehlerlampe 15, die das Diagnoseergebnis der erfindungsgemäßen Dichtheitsprüfung anzeigen kann.
Das in Figur 2 gezeigte Blockdiagramm gibt die Schritte wieder, die für die Ermittlung der zu erwartenden Druckänderung im Tanksystem in Abhängigkeit von der Temperatur durchgeführt werden können. Diese Schritte werden vorzugsweise im Steuergerät eines Kraftfahrzeugs durchgeführt. Ausgangspunkt ist eine Dampfdruckkurve eines oder mehrerer Kraftstoffe, also der Verlauf des Dampfdrucks als Funktion der Temperatur für einen bestimmten Kraftstoff. Gegebenenfalls kann eine Dampfdruckkurve, die dem Verhalten des aktuell verwendeten Kraftstoffs entspricht oder diesem am Nächsten kommt, aus einer Mehrzahl von Dampfdruckkurven ausgewählt werden. Im Schritt 21 wird aus dieser Dampfdruckkurve anhand der gegebenen Temperatur der Gleichgewichts- Dampfdruck für die Kraftstoffdämpfe pHcequι ermittelt. Im Schritt 22 wird die Differenz des Gleichgewicht-Dampfdrucks pHceqm und eines modellierten Partialdrucks pHc gebildet. Der modellierte Partialdruck pHc wird in den nachfolgend beschriebenen Schritten 26 bis 27 gebildet. Unter Berücksichtigung einer Verdampfungskonstante, die die Dampfbildungsstärke in Abhängigkeit von der Abweichung von Gleichgewicht kennzeichnet, z.B. 0,25 g/h Pa h, wird im Schritt 23 aus der Differenz bzw. der Abweichung zwischen pHcequι und pHc eine Verdampfungsrate des Kraftstoffs ermittelt. Dies erfolgt unter der Annahme, dass die Verdampfungs- bzw. Kondensationsrate proportional zum Abstand des Dampfdrucks vom Gleichgewicht (lineares Modell) ist. Von dieser Verdampfungsrate wird im Schritt 24 ein modellierter HC-Leckmassenstrom zur Bestimmung der Netto-Verdampfungsrate abgezogen. Die Bildung des modellierten H C- Leckmassenstroms wird nachstehend bei Schritt 28 erläutert. Aus der Integration dieser Differenz über die Zeit im Schritt 25 ergibt sich die gesamte HC-Masse in der Gasphase. Aus dieser gesamten HC- Masse in der Gasphase errechnet sich mittels der allgemeinen Gasgleichung in den Schritten 26 und 27 bei bekanntem Volumen, bei bekannter Temperatur und unter Berücksichtigung eines Dichtefaktors der Partialdruck pHc- Dieser Partialdruck geht als Eingangsgröße in den Schritt 22 ein. Aus dem Parti- aldruck pHc und dem Partialdruck paιr, dessen Berechnung in den Schritten 29 bis 31 beschrieben wird, ergibt sich als Summe der Gesamtdruck im Tank. Mit pHc und paιr wird bei einer vorgebbaren Leckgröße, beispielsweise mit einem Durchmesser von 0,3 mm oder 0,5 mm, in Schritt 28 berechnet, welcher Massenstrom HC (HC-Leckstrom) und welcher Massenstrom Luft (Luft- Leckstrom) aus diesem Leck ausströmt bzw. wie viel Luft im Falle eines Unterdrucks in das Leck einströmt. Die Berechnung von Massenströmen durch ein Leck bestimmter Größe ist dem Fachmann bekannt und beispielsweise anhand der sogenannten Drosselgleichung ermittelbar. Der HC-Anteil des Leckmassenstroms (HC-Leckstrom) geht in die Differenzbildung in Schritt 24 ein. Die Integration der Anfangsmasse der Luft unter Berücksichtigung des Luft- Leckstroms über die Zeit in Schritt 29 ergibt die Gesamtmasse der Luft in der Gasphase des Tanks. In den Schritten 30 und 31 wird aus der Luftmasse über die allgemeine Gasgleichung wiederum unter Berücksichtigung von Temperatur und Volumen und einem Dichtefaktor der Partialdruck der Luft paιr errechnet. Der errechnete Partialdruck der Luft paιr geht in Schritt 28 ein.
Für einen derartigen rekursiven Berechnungsalgorithmus ist es notwendig, zu Beginn der Berechnung die Anfangsbedingungen zu kennen, in diesem Fall die Partialdrücke für HC und für Luft. Dazu nimmt man z.B. nach längeren Stillstandsphasen, bei denen auch keine großen Temperaturschwankungen stattgefunden haben, an, dass sich das Tanksystem zumindest in der Nähe des Gleichgewichts befindet. Damit kann man als Anfangsbedingung pHc gleich PHCeqm setzen, welches im Schritt 22 aus den im Steuergerät hinterlegten Datensätzen und der gemessenen oder modellierten Temperatur im Tank berechnet wird. Der Gesamtdruck im Tank ergibt sich bei belüftetem Tank in der Regel aus dem Atmosphärendruck. Bei einem abgeschlossenen Tanksystem ist der Gesamtdruck beispielsweise über einen Drucksensor oder die Stromaufnahme einer Pumpe ermittelbar. Somit erhält man den Anfangswert für den Partialdruck der Luft als Differenz des erfassten Gesamtdrucks und dem Anfangswert für pHc-
Auf diese Weise lassen sich für eine angenommene Leckgröße die zu erwartenden Druckänderungen berechnen. Dies geschieht unter Berücksichtigung der aktuellen Temperatur. Diese kann sich beispielsweise aus einer Temperaturmessung im Tank oder aus einer Schätzung der Temperatur in beschriebener Weise ergeben. Der errechnete Wert, das heißt die Änderung der Summe pHc und paιr über die Zeit, wird mit gemessenen Werten für Druckänderungen verglichen. Dies erlaubt Rückschlüsse auf das Vorhandensein einer Leckage oberhalb der angenommenen Leckgröße als Schwellenwert. Wenn beispielsweise eine Leckgröße mit einem Durchmesser von 0,3 mm als Schwellenwert erkannt werden soll, wird die Berechnungsmethode unter Berücksichtigung der Leckgröße von 0,3 mm angewandt. Ist im Fall von Überdruck im System der gemessene Druckgradient positiver als der modellierte Druckgradient, so ist davon auszugehen, dass real weniger Gasverluste durch Leckage stattfinden als einem 0,3mm- Leck entspricht. Das System kann also als i. O. identifiziert werden. Im Falle von Unterdruck im System kann auf ein i. O. -System geschlossen werden, wenn der gemessene Druckgradient negativer als der mit 0,3 mm modellierte Druckgradient ist, weil man daraus schließen kann, dass weniger Gas durch Leckagen einströmt. In der jeweiligen logischen Umkehrung der beiden beschriebenen Fälle kann dagegen auf ein System geschlossen werden, dass eine größere Leckage als die angenommenen 0,3 mm hat.
Das in Figur 2 dargestellte Berechnungsmodell geht von natürlichen Druckschwankungen aus, die also keine Zufuhr oder Abfuhr von Luft- bzw. von Gasmassenströmen in das System umfassen. Das Verfahren lässt sich jedoch auch auf separate Druckquellen anwenden, die eine Zufuhr oder Abfuhr von Gasen im System mit sich bringen. In dem Fall, dass Luft zur Erzeugung eines Überdrucks in den Tank bzw. das Tanksystem hineingepumpt wird, wird der zusätzliche Luftmassenstrom mit positiven Vorzeichen im Integrator gemäß Schritt 29 berücksichtigt. Wird Gas aus dem System abgesaugt zur Erzeugung eines Unterdrucks, wird der Luft- bzw. HC-Anteil mit negativen Vorzeichen in beiden Integratoren in den Schritten 25 und 29 berücksichtigt.
Die im Schritt 21 herangezogene Dampfdruckkurve kann den Verlauf des Dampfdrucks als Funktion der Temperatur bei einem typischen Kraftstoff widerspiegeln. In anderen besonders bevorzugten Ausführungsformen können an dieser Stelle zwei oder mehr Kraftstoff- Dampfdruckkurven hinterlegt sein. Für die Durchführung des Verfahrens wird eine dieser Dampfdruckkurven ausgewählt, die das Verhalten des aktuell verwendeten Kraftstoffs wiedergibt oder diesem Verhalten am Nächsten kommt. Die Auswahl der jeweils geeigneten Kraftstoff- Dampf kurve erfolgt bevorzugt anhand einer Bestimmung des aktuell verwendeten Kraftstoffs. Diese Bestimmung kann anhand von konkreten Größen, die den verwendeten Kraftstoff charakterisieren, erfolgen, beispielsweise durch Messung der Kraftstoffqualität oder der Kraftstoff- Volatilität. Weiterhin kann der Kraftstoff anhand des Verhaltens des Abgaswertes, beispielsweise der Luftkennzahl Lambda, bei dynamischen Lastwechseln (Übergangskompensation) oder durch das Verhalten des Motors beim Start (Startadaption) erkannt bzw. bestimmt werden. Darüber hinaus kann aus verschiedenen Indizien auf den verwendeten Kraftstoff geschlossen werden, beispielsweise aus der Jahreszeit, aus dem geographischen Ort des Fahrzeugs oder aus dem längerfristigen Verlauf der Umgebungstemperatur.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Erkennung von Leckagen in einem Tanksystem (1), insbesondere in Kraftfahrzeugen, wobei aus Druckänderungen im Tanksystem als Reaktion auf von außen verursachte Druckschwankungen auf das Vorhandensein von Leckagen geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss der Temperatur im Tanksystem (1) berücksichtigt wird, indem für eine vorgebbare Leckagengröße eine zu erwartende Druckänderung im Tanksystem in Abhängigkeit von der Temperatur ermittelt wird und aus dem Vergleich einer tatsächlichen Druckänderung mit der zu erwartenden Druckänderung auf das Vorhandensein von Leckagen geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der zu erwartenden Druckänderung folgende Schritte umfasst sind: Ermittlung des Gleichgewichtsdampfdrucks als Partialdruck des Kraftstoffs (HC) PHceqm bei gegebener Temperatur (Schritt 21),
Ermittlung der Abweichung zwischen PHCeqm und einem modellierten Parti¬ aldruck PHC (Schritt 22),
Ermittlung einer Verdampfungsrate des Kraftstoffs (Schritt 23) aus der Abweichung zwischen pHcequι und pHC,
Bestimmung der Netto-Verdampfungsrate (Schritt 24) als Differenz zwischen der Verdampfungsrate und einem modellierten HC-Leckstrom, Integration der Netto-Verdampfungsrate über die Zeit (Schritt 25) zur Bestimmung der dampfförmigen HC-Masse,
Bestimmung des modellierten Partialdrucks pHc aus der dampfförmigen HC-Masse bei gegebenem Volumen (Schritt 26) und gegebener Temperatur (Schritt 27) und Bestimmung des modellierten HC-Leckstroms anhand des modellierten PHC bei gegebenem Partialdruck der Luft paιr bei vorgebbarer Leckagengröße (Schritt 28).
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die vorgebbare Leckagengröße einem Leck mit einen Durchmesser von 0,1 mm bis 0,8 mm, vorzugsweise 0,3 bis 0,6 mm, insbesondere 0,5 mm, entspricht.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Temperatur im Tanksystem gemessen und/oder geschätzt wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verlauf des Dampfdrucks eines Kraftstoffs als Funktion der Temperatur berücksichtigt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Verläufe des Dampfdrucks als Funktion der Temperatur für wenigstens zwei Kraftstoffe hinterlegt sind und ein Verlauf ausgewählt und berücksichtigt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswahl eines Verlaufs durch die Berücksichtigung von Faktoren erfolgt, die einen Rückschluss auf einen bestimmten Kraftstoff erlauben, wobei vorzugsweise die Faktoren Kraftstoff- Volatilität, Kraftstoffqualität, Abgaswerte bei dynamischen Lastwechseln, Motorverhalten beim Start, Jahreszeit, geographischer Ort und/oder Umgebungstemperaturverlauf sind.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen verursachten Druckschwankungen natürliche Druckschwankungen sind.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von außen verursachten Druckschwankungen von separaten Druckquellen verursacht werden.
10. Computerprogramm, das alle Schritte eines Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 9 ausführt, wenn es auf einem Rechengerät, insbesondere auf einem Steuergerät, abläuft.
11. Computerprogrammprodukt mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wenn das Programm auf einem Computer oder einem Steuergerät ausgeführt wird.
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