WO2021213761A1 - Vorrichtung zur diagnose einer verdunstungssystemleckage und eines tankentlüftungsleitungstraktes eines verbrennungsmotorisch betriebenen kraftfahrzeugs - Google Patents
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Definitions
- the invention relates to a device for diagnosing an evaporation system leakage and a tank ventilation duct of a motor vehicle operated by an internal combustion engine.
- Fuel evaporation retention systems usually referred to as tank ventilation devices, equipped.
- the purpose of such devices is to absorb and temporarily store fuel vapor that forms in a fuel tank through evaporation, so that the fuel vapor cannot escape into the environment.
- a fuel vapor retention filter which uses activated carbon as a storage medium, for example, is provided in the fuel evaporation retention system as a store for the fuel vapor.
- the fuel vapor retention filter has only a limited storage capacity for fuel vapor. In order to be able to use the fuel vapor retention filter over a long period of time, it must be regenerated.
- a controllable tank ventilation valve is arranged in a line between the fuel vapor retention filter and an intake manifold of the internal combustion engine, which is opened to carry out the regeneration, so that on the one hand the fuel vapors adsorbed in the fuel vapor retention filter escape into this due to the negative pressure in the intake manifold and thus the intake air of the internal combustion engine and thus are fed to the combustion and, on the other hand, the capacity of the fuel vapor retention filter for fuel vapor is restored.
- FIG. 1 An example of a such a tank system is shown in FIG.
- the tank system shown in Figure 1 includes the following components:
- a tank ventilation valve 3 which can be designed as a switching or linear valve and is controlled by an engine controller 4 in order to regulate the gas flow from the activated carbon filter 9 to an air path 5 of the internal combustion engine;
- a tank ventilation line 6 (tank area) between the fuel tank 1 and the activated carbon filter 9;
- a tank ventilation line 7 (filter area), via which the hydrocarbon gases are passed from the activated carbon filter 9 to the tank ventilation valve 3;
- a tank ventilation line 8 (engine area), via which the hydrocarbon gases are introduced into the air path 5 of an internal combustion engine downstream of the tank ventilation valve 3;
- a setpoint for the flushing flow from the activated carbon filter 9 to the air path of the internal combustion engine is determined
- a PWM value for controlling the tank ventilation valve 3 is determined from the specified flushing flow
- the amount of fuel to be injected is calculated for the current operating state of the internal combustion engine. According to various country-specific legal regulations or for safety reasons, it is necessary to ensure or diagnose the functionality of the fuel tank ventilation system including the fuel tank.
- the continuity of the tank ventilation lines downstream of the tank ventilation valve and the maintenance of the mass flow between the activated carbon filter and the point of introduction of the tank ventilation gas into the air path of the internal combustion engine must be ensured. This includes a check of the functionality of the tank ventilation valve.
- the leak test of the fuel evaporation system required by various legislators exclusively for the tank and filter area is carried out for the known system shown in FIG. 1 by using a leakage diagnosis device which is arranged on the fresh air side of the activated carbon filter.
- This leakage diagnosis unit can be a leak diagnosis pump or switch units that operate on the basis of the negative pressure naturally occurring in the fuel tank 1.
- a leak diagnosis pump 2 as shown in FIG. 1, pressurizes the fuel evaporation system after a defined time interval after the internal combustion engine has been switched off (vehicle standstill) or generates a vacuum.
- the resulting pressure curve or the electrical power consumed by the leak diagnosis unit is then used as an evaluation criterion for determining a leakage diameter.
- such a procedure is time-consuming, causes additional energy consumption to control the pumps and generates noise emissions when the vehicle is stationary.
- a vacuum switch in the switch unit mentioned closes and, as a result, provides information on the leakage of the evaporation system.
- This diagnostic method is only able to determine a defined leakage diameter to detect. Furthermore, a diagnosis of the ventilation line (tank area) is not possible with this diagnostic method. An additional pressure sensor in the fuel tank is required for this. Furthermore, evaluation electronics and dedicated communication with the engine control are necessary in order to be able to provide the desired diagnostic results.
- a diagnosis of the flushing lines 15 and 16 in the engine area as well as of the tank ventilation valve 3 is carried out by impressing a specific control pattern (opening request to the tank ventilation valve) under defined engine operating states and deactivated tank ventilation function.
- a specific control pattern opening request to the tank ventilation valve
- deactivated tank ventilation function deactivated tank ventilation function.
- pressure changes occurring when the tank ventilation valve is activated are detected by means of a pressure sensor arranged in the tank ventilation line (filter area) and then evaluated.
- a leak diagnosis device arranged on the fresh air side of the activated carbon filter is used to diagnose an evaporation system leakage and a tank ventilation duct tract of an internal combustion engine-powered vehicle, which has a 3/2-way valve controlled by the engine control.
- FIG. 1 shows a schematic representation of a known fuel evaporation system of a motor vehicle operated by an internal combustion engine
- FIG. 2 shows a sketch of the filter area of a fuel evaporation system which is equipped with a leak diagnosis device according to the invention
- FIG. 3 shows a sketch of the tank area and the filter area of a leak diagnosis device according to the invention
- Figure 4 is a sketch to explain a flushing mode
- FIG. 5 is a sketch to explain a diagnostic mode
- FIG. 6 shows a diagram in which pressure and temperature profiles occurring in the diagnostic mode are illustrated
- Figure 7 shows a part of the engine area
- FIGS. 8-10 are diagrams illustrating filter pressure.
- FIG. 2 shows a sketch of the filter area 24 of a fuel evaporation system which is equipped with a leak diagnosis device 12 according to the invention.
- This filter area 24 includes a leak diagnosis device 12 connected to a fresh air filter 13, an activated carbon filter 9 connected to the leak diagnosis device, a tank ventilation line (filter area) 7 and a tank ventilation valve 3.
- An engine control 4 is provided for controlling the leak diagnosis device 12 and the tank ventilation valve 3.
- the leak diagnosis device 12 has a 3/2-way valve 14, a first line path 29, a second line path 30, a first mechanical valve 31 and a second mechanical valve 32.
- the 3/2-way valve 14 is arranged on the fresh air side of the activated carbon filter 9 and has a fresh air inlet 14a.
- the 3/2-way valve 14 is connected on the output side to the first line path 29 and the second line path 30, these two line paths running parallel to each other and the end areas of the two parallel line paths remote from the 3/2-way valve 14 being brought together with a fresh air inlet 9a of the activated carbon filter 9 are connected.
- the first line path 29 is a continuous line.
- the two mechanical valves 31, 32 which are arranged parallel to one another and have opposite flow directions and different opening pressures, are arranged in the second conduit path 30.
- the leak diagnosis device 12 shown in FIG. 2 can be operated in two different operating modes. This is achieved through the use of the two line paths 29, 30 of the leak diagnosis device and the possibility of switching between these two line paths.
- the first operating mode is a flushing mode.
- the second operating mode is a diagnostic mode.
- a fresh air path which extends from a fresh air inlet via the fresh air filter 13 and the first line path 29 of the leak diagnosis device 12 to the activated carbon filter 9 is open. This enables an efficient flushing operation of the activated carbon filter 9 due to the low pressure drop in the continuous first conduction path 29.
- This operating mode is initiated when the internal combustion engine is active or switched on and the tank ventilation function enables hydrocarbon transport from the activated carbon filter 9 into the air path 5 of the internal combustion engine.
- the activated carbon filter 9 is provided via the second conduction path 30, in which the two mechanical valves 31 and 32 which are arranged parallel to one another and are oppositely permeable are provided , and the fresh air filter 13 connected to fresh air.
- This anti-parallel arrangement of the mechanical valves 31 and 32 enables an underpressure build-up or an overpressure build-up in the evaporation system up to the respective opening threshold.
- the opening threshold of that valve which is arranged in the negative pressure-generating direction is specified in such a way that the bursting pressure of the tank system, which is, for example, 50 hPa, is not exceeded.
- the overpressure-generating direction it must be possible to activate the line path at a pressure level which is below a resistance that interferes with a refueling process, for example at 15 hPa the mechanical valves.
- a predefined expected pressure profile which is dependent on the tank fill level, is compared with the actually measured pressure profile from the previous vehicle standstill phase after terminal 15 (ignition terminal) has been switched on. If the measured pressure profile lies within an adjustable corridor around the expected pressure profile, the presence of a tight tank is recognized.
- the predefined expected pressure profile is stored in characteristic diagrams of the engine control 4 as a function of the temperature. In order to be able to display the described temperature / pressure profile, after the internal combustion engine has been switched off while the vehicle is stationary and after an adjustable waiting time, measured value pairs from a tank temperature value and a pressure value are recorded and stored at predetermined time intervals.
- the acquisition process of the value pairs is illustrated below with reference to FIG. 6 for a cooling process.
- the terminal 15 signal, the pressure and the temperature are plotted upwards in FIG. 6.
- the time t is plotted to the right.
- the time interval 26 is the acquisition period.
- Reference numeral 27 illustrates the acquisition times that lie within the acquisition period.
- the letter T illustrates a waiting time, the reference number 28 the point in time of the evaluation of the pairs of measured values, the course K1 the course of the pressure in the presence of a leak and the course K2 the course of the pressure in the presence of a tight system.
- a measuring sensor system pressure sensor, temperature sensor or combined pressure / temperature sensor
- the recorded pairs of measured values are stored in the sensor in a non-volatile manner and when the next change of terminals (terminal 15 ON) the engine control 4 is sent via SENT protocol, via a dedicated analog or digital electrical signal or via BUS communication (e.g. LIN, CAN, ...) Provided. After the detection period has expired, the sensors switch off.
- T Norm temperature in the fuel tank [K].
- the threshold for evaluating the overpressure or underpressure in the fuel tank for checking the leakage diagnosis is stored in a map in the engine control 4 by including the physical relationships shown below.
- the vapor pressure of the gaseous hydrocarbon phase can be determined using the following empirical equation.
- RVP Reid Vapor Pressure
- the evaluation of the tank pressure gradient and the driving speed gradient is used to verify this passive good check to be exposed to the reaching of adjustable limit values.
- the nominal system is shown in FIG. After the tank ventilation valve 3 (CPS) has been closed, the diagnosis of the leak diagnosis device 12 is set after a defined waiting time. Due to the subsequent opening of the tank ventilation valve 3 (CPS) in the nominal system, this leads to an evacuation of the evaporation system. If the pressure in the fuel tank 1 falls below an adjustable value, which is denoted by THD in FIGS. 8, 9 and 10, the existence of a functional tank ventilation path is concluded. For the diagnosis of the flushing path that has not been checked, the process must be carried out separately with an identical control logic.
- FIG. 9 illustrates the presence of a stuck closed tank ventilation valve 3 (CPS) or a blocked flushing path.
- CPS stuck closed tank ventilation valve 3
- FIG. 10 illustrates the presence of a jammed open tank ventilation valve 3 (CPS).
- CPS jammed open tank ventilation valve 3
- the vent line between the fuel tank and the activated carbon filter is also checked as part of the flushing line diagnosis.
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystemleckage und eines Tankentlüftungsleitungstraktes eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit einer Leckdiagnosevorrichtung und einer Druck- und Temperatursensorik, wobei die Leckdiagnosevorrichtung ein von einer Motorsteuerung angesteuertes 3/2-Wegeventil aufweist.
Description
Beschreibung
Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und eines Tankentlüftungsleitungstraktes eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und eines Tankentlüftungsleitungstraktes eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs.
Zur Begrenzung der Schadstoffemissionen sind moderne Kraftfahrzeuge, welche von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden, mit
Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystemen, meist als Tankentlüftungsvorrichtungen bezeichnet, ausgestattet. Der Zweck solcher Vorrichtungen besteht darin, Kraftstoffdampf, der sich in einem Kraftstofftank durch Verdunsten bildet, aufzunehmen und temporär zu speichern, so dass der Kraftstoffdampf nicht in die Umwelt entweichen kann. Als Speicher für den Kraftstoffdampf ist in dem Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystem ein Kraftstoffdampfrückhaltefilter vorgesehen, der beispielsweise Aktivkohle als Speichermedium nutzt. Das Kraftstoffdampfrückhaltefilter weist nur eine begrenzte Speicherkapazität für Kraftstoffdampf auf. Um das Kraftstoffdampfrückhaltefilter über einen langen Zeitraum nutzen zu können, muss dieses regeneriert werden. Hierzu ist in einer Leitung zwischen dem Kraftstoffdampfrückhaltefilter und einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein steuerbares Tankentlüftungsventil angeordnet, welches zur Durchführung der Regeneration geöffnet wird, so dass einerseits die im Kraftstoffdampfrückhaltefilter adsorbierten Kraftstoffdämpfe aufgrund des Unterdrucks im Saugrohr in dieses entweichen und so der Ansaugluft der Brennkraftmaschine und damit der Verbrennung zugeführt werden und anderseits die Aufnahmefähigkeit des Kraftstoffdampfrückhaltefilters für Kraftstoffdampf wieder hergestellt wird.
Im Folgenden wird ein Tanksystem betrachtet, das mit einer Leckdiagnoseeinheit am Frischlufteingang des Aktivkohlefilters ausgestattet ist. Ein Beispiel für ein
derartiges Tanksystem ist in der Figur 1 gezeigt. Das in der Figur 1 gezeigte Tanksystem weist unter anderem die folgenden Bestandteile auf:
• Einen Kraftstofftank 1 ;
• Ein Aktivkohlefilter 9, in dem aus dem Kraftstofftank 1 ausgegaste Kohlenwasserstoffe gebunden sind;
• Ein Tankentlüftungsventil 3, welches als Schalt - oder Linearventil ausgebildet sein kann und von einer Motorsteuerung 4 angesteuert wird, um den Gasfluß vom Aktivkohlefilter 9 zu einem Luftpfad 5 des Verbrennungsmotors zu regeln;
• Eine Tankentlüftungsleitung 6 (Tankbereich) zwischen dem Kraftstofftank 1 und dem Aktivkohlefilter 9;
• Eine Tankentlüftungsleitung 7 (Filterbereich), über welche die Kohlenwasserstoffgase aus dem Aktivkohlefilter 9 zum Tankentlüftungsventil 3 geleitet werden;
• Eine Tankentlüftungsleitung 8 (Motorbereich), über welche die Kohlenwasserstoffgase stromab des Tankentlüftungsventils 3 in den Luftpfad 5 eines Verbrennungsmotors eingeleitet werden;
• Einen Drucksensor 10 in der Tankentlüftungsleitung 7 (Filterbereich) zwischen dem Aktivkohlefilter 9 und dem Tankentlüftungsventil 3;
• Einen Drucksensor und einen Temperatursensor oder einen kombinierten Druck/Temperatursensor 11 im Kraftstofftank 1;
• Die Motorsteuerung 4, die unter anderem
1. Für den aktuellen Betriebszustand einen Sollwert für den Spülfluß vom Aktivkohlefilter 9 zum Luftpfad des Verbrennungsmotors ermittelt,
2. Mithilfe eines Drucksensors im Ansaugtrakt einen Saugrohrdruck ermittelt,
3. Die Werte der Druck- bzw. Temperatursensorik einliest,
4. Aus dem Druckgefälle zwischen einem Frischluftfilter 13 des Aktivkohlefilters 9 und dem Druck an der Einleitstelle in den Luftpfad 5 des Verbrennungsmotors aus dem vorgegebenen Spülfluß einen PWM Wert zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils 3 ermittelt,
5. Für den aktuellen Betriebszustand des Verbrennungsmotors die einzuspritzende Kraftstoffmenge berechnet.
Gemäß verschiedener länderspezifischer Gesetzesvorschriften bzw. aus Sicherheitsgründen ist es erforderlich, die Funktionsfähigkeit des Kraftstofftankentlüftungssystems inklusive Kraftstofftank zu gewährleisten bzw. zu diagnostizieren.
Konkret gilt es, das gesamte Kraftstoffverdunstungssystem inklusive Kraftstofftank bis zum Tankentlüftungsventil (siehe Tankbereich 23 und Filterbereich 24 in Figur 1 ) auf Dichtheit zu überprüfen. Hierbei gibt es unterschiedliche gesetzliche Vorgaben bezüglich des kleinsten zu diagnostizierenden Leckdurchmessers.
Weiterhin ist die Durchgängigkeit der Tankentlüftungsleitungen stromab des Tankentlüftungsventils sowie die Aufrechterhaltung des Massenstromes zwischen dem Aktivkohlefilter und der Einleitstelle des Tankentlüftungsgases in den Luftpfad des Verbrennungsmotors zu gewährleisten. Dies schließt eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils ein.
Die von verschiedenen Gesetzgebern geforderte Dichtheitsprüfung des Kraftstoffverdunstungssystems ausschließlich für den Tank - und den Filterbereich wird für das in Figur 1 dargestellte bekannte System durch die Verwendung einer Leckagediagnosevorrichtung ausgeführt, die auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters angeordnet ist. Bei dieser Leckagediagnoseeinheit kann es sich um eine Leckdiagnosepumpe handeln oder um Schaltereinheiten, die auf Basis des im Kraftstofftank 1 natürlich entstehenden Unterdrucks arbeiten. Eine Leckdiagnosepumpei 2, wie sie in der Figur 1 gezeigt ist, setzt das Kraftstoffverdunstungssystem nach einem definierten zeitlichen Abstand nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors (Fahrzeugstillstand) unter Druck bzw. erzeugt ein Vakuum. In der Folge wird dann je nach Ausführungsform der entstehende Druckverlauf bzw. die aufgenommene elektrische Leistung der Leckdiagnoseeinheit als Auswertekriterium zur Bestimmung eines Leckagedurchmessers herangezogen. Ein derartiges Vorgehen ist jedoch zeitintensiv, verursacht zusätzlichen Energieverbrauch zur Ansteuerung der Pumpen und erzeugt Geräuschemissionen bei stillstehendem Fahrzeug.
Nach einer Abkühlung des Tanksystems und der damit verbundenen Generierung eines Vakuums während des Fahrzeugstillstandes schließt ein Unterdruckschalter in der genannten Schaltereinheit und liefert daraus resultierend eine Dichtheitsinformation bezüglich des Verdunstungssystems. Dieses Diagnoseverfahren ist nur dazu in der Lage, einen definierten Leckagedurchmesser
zu detektieren. Des Weiteren ist eine Diagnose der Entlüftungsleitung (Tankbereich) mit diesem Diagnoseverfahren nicht möglich. Ein zusätzlicher Drucksensor im Kraftstofftank ist dafür erforderlich. Des Weiteren ist eine Auswerteelektronik sowie eine dedizierte Kommunikation mit der Motorsteuerung notwendig, um die gewünschten Diagnoseergebnisse bereitstellen zu können.
Eine Diagnose der Spülleitungen 15 und 16 im Motorbereich als auch des Tankentlüftungsventils 3 wird durch das Aufprägen eines bestimmten Ansteuermusters (Öffnungsanforderung zum Tankentlüftungsventil) unter definierten Motorbetriebszuständen und deaktivierter Tankentlüftungsfunktion durchgeführt. Hierbei werden bei der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils entstehende Druckänderungen mittels eines in der Tankentlüftungsleitung (Filterbereich) angeordneten Drucksensors erfasst und dann ausgewertet.
Beschreibung der Erfindung
Bei der vorliegenden Erfindung wird zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und eines Tankentlüftungsleitungstraktes eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs eine auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters angeordnete Leckdiagnosevorrichtung verwendet, die ein von der Motosteuerung angesteuertes 3/2-Wegeventil aufweist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figuren beispielhaft erläutert. Es zeigt:
Figur 1 in schematischer Darstellung ein bekanntes Kraftstoffverdunstungssystem eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs,
Figur 2 eine Skizze des Filterbereichs eines Kraftstoffverdunstungssystems, welcher mit einer erfindungsgemäßen Leckdiagnosevorrichtung ausgestattet ist,
Figur 3 eine Skizze des Tankbereichs und des Filterbereichs einer erfindungsgemäßen Leckdiagnosevorrichtung,
Figur 4 eine Skizze zur Erläuterung einer Spülbetriebsart,
Figur 5 eine Skizze zur Erläuterung einer Diagnosebetriebsart,
Figur 6 ein Diagramm, in welchem in der Diagnosebetriebsart auftretende Druck- und Temperaturprofile veranschaulicht sind,
Figur 7 einen Teil des Motorbereiches und
Figuren 8 - 10 Diagramme, die den Filterdruck veranschaulichen.
Anhand der nachfolgenden Figurenbeschreibung wird ein Verfahren zur Diagnose des Kraftstoffverdunstungssystems (Leckagediagnose und Spülleitungsdiagnose) beispielhaft erläutert.
Die Figur 2 zeigt eine Skizze des Filterbereichs 24 eines Kraftstoffverdunstungssystems, welcher mit einer erfindungsgemäßen Leckdiagnosevorrichtung 12 ausgestattet ist. Zu diesem Filterbereich 24 gehören eine mit einem Frischluftfilter 13 verbundene Leckdiagnosevorrichtung 12, ein mit der Leckdiagnosevorrichtung verbundener Aktivkohlefilter 9, eine Tankentlüftungsleitung (Filterbereich) 7 und ein Tankentlüftungsventil 3. Eine Motorsteuerung 4 ist zur Steuerung der Leckdiagnosevorrichtung 12 und des Tankentlüftungsventils 3 vorgesehen.
Die Leckdiagnosevorrichtung 12 weist ein 3/2-Wegeventil 14, einen ersten Leitungspfad 29, einen zweiten Leitungspfad 30, ein erstes mechanisches Ventil 31 und ein zweites mechanisches Ventil 32 auf. Das 3/2-Wegeventil 14 ist auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters 9 angeordnet und weist einen Frischlufteingang 14a auf. Das 3/2-Wegeventil 14 ist ausgangsseitig mit dem ersten Leitungspfad 29 und dem zweiten Leitungspfad 30 verbunden, wobei diese beiden Leitungspfade parallel zueinander verlaufen und die vom 3/2-Wegeventil 14 abgelegenen Endbereiche der beiden parallel zueinander verlaufenden Leitungspfade zusammengeführt und mit einem Frischlufteingang 9a des Aktivkohlefilters 9 verbunden sind.
Der erste Leitungspfad 29 ist eine durchgängige Leitung. Im zweiten Leitungspfad 30 sind die beiden parallel zueinander angeordnete mechanische Ventile 31 , 32 angeordnet, welche entgegengesetzte Durchlassrichtungen und unterschiedliche Öffnungsdrücke haben.
Die in der Figur 2 gezeigte Leckdiagnosevorrichtung 12 ist in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar. Dies wird durch die Verwendung der beiden Leitungspfade 29, 30 der Leckdiagnosevorrichtung und die Möglichkeit, zwischen diesen beiden Leitungspfaden umzuschalten, erreicht. Bei der ersten Betriebsart handelt es sich um eine Spülbetriebsart. Bei der zweiten Betriebsart handelt es sich um eine Diagnosebetriebsart.
In der Spülbetriebsart, die bei eingeschaltetem Verbrennungsmotor durchgeführt wird und in der Figur 4 veranschaulicht ist, ist ein Frischluftpfad, der sich von einem Frischlufteingang über das Frischluftfilter 13 und den ersten Leitungspfad 29 der Leckdiagnosevorrichtung 12 zum Aktivkohlefilter 9 erstreckt, geöffnet. Dies ermöglicht einen effizienten Spülbetrieb des Aktivkohlefilters 9 aufgrund des geringen Druckabfalls im durchgängigen ersten Leitungspfad 29. Diese Betriebsart wird dann eingeleitet, wenn der Verbrennungsmotor aktiv bzw. eingeschaltet ist und die Tankentlüftungsfunktion einen Kohlenwasserstofftransport vom Aktivkohlefilter 9 in den Luftpfad 5 des Verbrennungsmotors ermöglicht.
In der Diagnosebetriebsart, die in der Figur 5 veranschaulicht ist und bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor in einer Stillstandsphase des Kraftfahrzeugs durchgeführt wird, ist der Aktivkohlefilter 9 über den zweiten Leitungspfad 30, in welchem die beiden parallel zueinander angeordneten und entgegengesetzt durchlässigen mechanischen Ventile 31 und 32 vorgesehen sind, und den Frischluftfilter 13 mit Frischluft verbunden. Durch diese antiparallele Anordnung der mechanischen Ventile 31 und 32 wird bis zur jeweiligen Öffnungsschwelle ein Unterdruckaufbau bzw. ein Überdruckaufbau im Verdunstungssystem ermöglicht. Die Öffnungsschwelle desjenigen Ventils, das in die unterdruckbildende Richtung angeordnet ist, ist derart vorgegeben, dass der Berstdruck des Tanksystems, der beispielsweise bei 50 hPa liegt, nicht überschritten wird. In der überdruckbildenden Richtung muss ein Freischalten des Leitungspfades bereits auf einem Druckniveau möglich sein, welches unterhalb eines einen Betankungsvorgang störenden Widerstandes liegt, beispielsweise bei 15 hPa. Der beschriebene Unterdruckaufbau und der beschriebene Überdruckaufbau ermöglichen es, ein nachfolgend erläutertes Diagnoseverfahren bis zum Erreichen der genannten Öffnungsdrücke der mechanischen Ventile durchzuführen.
Aus einem gegebenen, während eines Fahrzeugstillstandes gemessenen Temperaturprofil bei einer Abkühlung bzw. einer Erwärmung des Kraftstofftanks
wird ein vorgegebenes erwartetes Druckprofil, welches vom Tankfüllstand abhängig ist, nach einem Einschalten der Klemme 15 (Zündungsklemme) mit dem tatsächlich gemessenen Druckprofil aus der vorangegangenen Fahrzeugstillstandsphase verglichen. Liegt das gemessene Druckprofil innerhalb eines einstellbaren Korridors um das erwartete Druckprofil, dann wird das Vorliegen eines dichten Tanks erkannt. Das vorgegebene erwartete Druckprofil ist temperaturabhängig in Kennfeldern der Motorsteuerung 4 hinterlegt. Um das beschriebene Temperatur-/Druckprofil darstellen zu können, werden nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors während eines Fahrzeugstillstandes nach einer einstellbaren Wartezeit in vorgegebenen Zeitabständen Messwertpaare aus einem Tanktemperaturwert und einem Druckwert erfasst und gespeichert.
Der Erfassungsvorgang der Wertepaare wird nachfolgend anhand der Figur 6 für einen Abkühlungsvorgang exemplarisch dargestellt. Dabei sind in der Figur 6 nach oben das Klemme 15-Signal, der Druck und die Temperatur aufgetragen. Nach rechts ist die Zeit t aufgetragen. Bei dem Zeitintervall 26 handelt es sich um die Erfassungsperiode. Die Bezugszahl 27 veranschaulicht die innerhalb der Erfassungsperiode liegenden Erfassungszeitpunkte. Der Buchstabe T veranschaulicht eine Wartezeit, die Bezugszahl 28 den Zeitpunkt der Auswertung der Messwertpaare, der Verlauf K1 den Verlauf des Drucks beim Vorliegen einer Leckage und der Verlauf K2 den Verlauf des Drucks beim Vorliegen eines dichten Systems.
Zur Ausführung des in Figur 6 dargestellten Erfassungsvorgangs werden zwei Möglichkeiten betrachtet:
- Zyklisches Hochfahren „Aufwecken“ der Motorsteuerung innerhalb der in Figur 6 dargestellten Erfassungsperiode 26.
- Installation einer Messsensorik (Drucksensor, Temperatursensor oder kombinierter Druck/Temperatursensor), über welche die in der Figur 6 dargestellten Erfassungszeitpunkte 27 realisiert werden können. Weiterhin werden die erfassten Messwertpaare im Sensor nichtflüchtig abgespeichert und beim nächsten Klemmenwechsel (Klemme 15 EIN) der Motorsteuerung 4 per SENT - Protokoll, über ein dediziertes analoges oder digitales elektrisches Signal oder per BUS - Kommunikation (z.B. LIN, CAN, ... ) zur Verfügung gestellt. Nach Ablauf der Erfassungsperiode schaltet sich die Sensorik ab.
Der beschriebene Vorgang zur Feststellung der Dichtheit des Tankbereichs 23 wird
nur dann ausgeführt, wenn während des vorangegangenen Fahrzyklus (beginnend beim Einschalten der Klemme 15 bis zum Abstellen des Motors) einstellbare Druckschwellen im Kraftstofftank nicht über- bzw. unterschritten wurden. Es wird also die Annahme getroffen, dass ab einem einstellbaren (definierten) konstant vorliegenden Betrag des Differenzdruckes im Kraftstofftank 1 zur Umgebung keine Leckage vorliegen kann, welche den minimalen durch die Gesetzgebung geforderten Leckdurchmesser überschreitet.
Um sicherzustellen, dass bei der Betrachtung von Über - bzw. Unterdrück im Kraftstofftank 1 während gleichzeitig aktiver Ausgasungs- bzw. Kondensationsvorgänge (Kraftstoffdampfbildung bzw. Verflüssigung von dampfförmigem Kraftstoff im Kraftstofftank) nicht fälschlicherweise auf ein nominales System geschlossen wird, dienen untenstehende physikalische Grundlagen als Basis für ein Berechnungsmodell in der Motorsteuerung:
Dabei gilt:
Pumg = Dichte Umgebungsluft [kg/m3] m Leck = Massenstrom durch das Leck [kg/s] m Aus/Kond = Durch die Ausgasung
/Kondensation der flüchtigen Kraftstof fanteile entstehender Massenstrom [kg/s]
T = Temperatur im Kraftstof f tank [K]
TNorm = Temperatur im Kraftstofftank [K] .
Ist im Kraftstofftank 1 ein Leck präsent, wird der Druck solange ansteigen/sinken, bis der durch die Ausgasung/Kondensation der leicht flüchtigen Kraftstoffanteile hervorgerufene Massenstrom geringer als der maximal mögliche Massenstrom durch die Leckage ist, bzw. bis diese beiden Massenströme sich im Gleichgewicht befinden.
| DD Aus/Kond | — Dflteck
Aus diesem Grund ist in der Motorsteuerung 4 die Schwelle zur Auswertung des Über - bzw. Unterdrucks im Kraftstofftank zur Gutprüfung der Leckdiagnose abhängig von den Randbedingungen Tanktemperatur und Kraftstofffüllstand in einem Kennfeld durch Einbeziehen der unten dargestellten physikalischen Zusammenhänge abgelegt.
Außer dem exakten Ausgasungsmassenstrom bzw. dem durch die Kondensation hervorgerufenen Massenstrom sind alle Parameter des dargestellten Zusammenhangs bekannt, wobei Amin dem kleinsten zu diagnostizierenden Leckagequerschnitt entspricht.
Der Dampfdruck der gasförmigen Kohlenwasserstoffphase kann mit Hilfe folgender empirischen Gleichung ermittelt werden.
Hierbei entsprechen X und Y Konstanten. RVP (Reid Vapor Pressure) steht für den unter Standardbedingungen gemessenen Dampfdruck einer Kraftstoffzusammensetzung und kann verschiedenen Tabellenwerken entnommen werden. Daher wird der RVP anhand der für den jeweiligen Ländermarkt
wahrscheinlichsten Kraftstoffzusammensetzung gewählt.
Um ausschließen zu können, dass Druckschwankungen (beispielsweise hervorgerufen durch Schwappen des flüssigen Kraftstoffs als Folge von hoher Fahrdynamik) nicht zu einer Fehlinterpretation, d.h. zu einer fehlerhaften Gutprüfung, führen, wird die Bewertung des Tankdruckgradienten sowie des Fahrgeschwindigkeitsgradienten dazu verwendet, um diese passive Gutprüfung nach dem Erreichen einstellbarer Grenzwerte auszusetzen.
Zur Feststellung der Funktionsfähigkeit der im Motorbereich 25 (siehe Figur 7) angeordneten beiden Spülleitungen 15 und 16 sowie des Tankentlüftungsventils 3 (CPS) wird die nachfolgende Ansteuerlogik für das Tankentlüftungsventil 3 (CPS) und die in der Figur 2 gezeigte Leckdiagnosevorrichtung 12 (LDV) angewendet.
In der Figur 8 ist das nominale System dargestellt. Nach einem Schließen des Tankentlüftungsventils 3 (CPS) wird nach einer definierten Wartezeit die Diagnosestellung der Leckdiagnosevorrichtung 12 eingestellt. Dies führt aufgrund der folgenden Öffnung des Tankentlüftungsventils 3 (CPS) beim nominalen System zu einer Evakuierung des Verdunstungssystems. Unterschreitet der Druck im Kraftstofftank 1 einen einstellbaren Wert, der in den Figuren 8, 9 und 10 mit THD bezeichnet ist, dann wird auf das Vorliegen eines funktionsfähigen Tankentlüftungspfades geschlossen. Für die Diagnose des jeweils nicht geprüften Spülpfades muss der Ablauf mit einer identischen Ansteuerlogik separat erfolgen.
Die Fig 9 veranschaulicht das Vorliegen eines geschlossen klemmenden Tankentlüftungsventils 3 (CPS) bzw. eines verstopften Spülpfades. Hierbei erfolgt trotz eingestellter Diagnosestellung und geöffnetem Tankentlüftungsventil 3 (CPS) keine Evakuierung des Verdunstungssystems.
Die Figur 10 veranschaulicht das Vorliegen eines offen klemmenden Tankentlüftungsventils 3 (CPS). Hierbei erfolgt trotz nicht geöffnetem Tankentlüftungsventil 3 (CPS) eine Evakuierung des Verdunstungssystems bei aktiver Diagnosestellung der Leckdiagnosevorrichtung 12,
- Durch die oben genannten erfindungsgemäßen technischen Merkmale ergeben sich folgende Vorteile:
- Diagnose (Gemäß Gesetzesvorschrift: Leckage und Tankentlüftungsleitung) des gesamten Verdunstungssystems unter Verwendung eines elektrischen Ventils, zweier mechanischer Ventile und einer Druck- und Temperatursensorik im Kraftstofftank. Somit führt der Entfall von Diagnosepumpen sowie eines separaten Drucksensors in der Tankentlüftungsleitung zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Tankentlüftungsventil zu einer Reduzierung der Systemkosten sowie des Energieverbrauches.
- Entgegen anderer bekannter Diagnoseverfahren ist eine Auswertung eines Temperaturanstieges im Kraftstofftank zur Ermittlung einer Leckage im Tankbereich während eines Fahrzeugstillstandes möglich.
- Es ist keine aktive Ansteuerung von Aktuatorik während des Fahrzeugstillstands notwendig, wodurch Geräuschemissionen komplett verhindert werden.
- Durch die Positionierung des Druck- und Temperatursensors im Kraftstofftank wird im Rahmen der Spülleitungsdiagnose auch die Entlüftungsleitung zwischen dem Kraftstofftank und dem Aktivkohlefilter geprüft.
- Im Rahmen der Verdunstungssystemdiagnose ist keine zusätzliche Elektronik zur Steuerung, Auswertung und Kommunikation notwendig.
Claims
1. Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und eines Tankentlüftungsleitungstraktes eines verbrennungsmotorisch betriebenen Kraftfahrzeugs, welche eine Leckdiagnosevorrichtung und eine Druck- und Temperatursensorik enthält, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckdiagnosevorrichtung (12) ein von einer Motorsteuerung (4) angesteuertes 3/2-Wegeventil (14) aufweist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil (14) auf der Frischluftseite eines Aktivkohlefilters (9) angeordnet ist und einen Frischlufteingang (14a) aufweist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das 3/2-Wegeventil (14) ausgangsseitig mit einem ersten Leitungspfad (29) und einem zweiten Leitungspfad (30) verbunden ist, die beiden Leitungspfade parallel zueinander verlaufen und die vom 3/2-Wegeventil abgelegenen Endbereiche der beiden parallel zueinander verlaufenden Leitungspfade zusammengeführt und mit einem Frischlufteingang (9a) des Aktivkohlefilters (9) verbunden sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Leitungspfad (29) eine durchgängige Leitung ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass im zweiten Leitungspfad (30) zwei parallel zueinander angeordnete mechanische Ventile (31 , 32) angeordnet sind.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zueinander angeordneten mechanischen Ventile (31 , 32) entgegengesetzte Durchlassrichtungen haben.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die parallel zueinander angeordneten mechanischen Ventile (31 , 32) unterschiedliche Öffnungsdrücke haben.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Leckdiagnosevorrichtung (12) in zwei unterschiedlichen Betriebsarten betreibbar ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Betriebsart eine Spülbetriebsart und eine zweite Betriebsart eine Diagnosebetriebsart ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Spülbetriebsart bei eingeschaltetem Verbrennungsmotor durchgeführt wird.
11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Diagnosebetriebsart bei ausgeschaltetem Verbrennungsmotor durchgeführt wird.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9- 11, dadurch gekennzeichnet, dass in der Spülbetriebsart der Frischlufteingang (14a) des 3/2-Wegeventils (14) über den ersten Leitungspfad (29) mit dem Aktivkohlefilter (9) verbunden ist.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9- 12, dadurch gekennzeichnet, dass in der Diagnosebetriebsart der Frischlufteingang (14a) des 3/2-Wegeventils (14) über den zweiten Leitungspfad (30) mit dem Aktivkohlefilter (9) verbunden ist.
14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Druck- und Temperatursensorik in einem Kraftstofftank (1) des Kraftfahrzeugs angeordnet ist.
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