WO2022018123A1 - Verfahren und vorrichtung zur diagnose einer verdunstungssystemleckage und einer tankentlüftungsleitung einer verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur diagnose einer verdunstungssystemleckage und einer tankentlüftungsleitung einer verbrennungskraftmaschine Download PDF

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WO2022018123A1
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combustion engine
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internal combustion
evaporation system
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PCT/EP2021/070352
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Thomas Pichler
Tobias Hirthammer
Thomas Koenig
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Vitesco Technologies GmbH
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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for diagnosing an evaporation system leak and a tank ventilation line of an internal combustion engine.
  • a fuel vapor retention filter is provided in the fuel vapor retention system as a store for the fuel vapor and uses activated charcoal, for example, as a storage medium.
  • the evaporative emission filter has a limited storage capacity for evaporative fuel. In order to be able to use the fuel vapor 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 the intake manifold due to the negative pressure and thus the intake air the internal combustion engine and thus the combustion are supplied and on the other hand the capacity of the fuel vapor retaining 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 FIG. 1 has the following components, among others:
  • a tank shut-off valve 2 via which the hydrocarbon vapors produced in the fuel tank 1 can be retained in the tank in order to subsequently feed them to an activated carbon filter 9 under suitable operating conditions in a controlled manner
  • a tank ventilation valve 3 which can be configured as a switch 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 tank shut-off valve 2;
  • a tank ventilation line 7 (filter area) via which the hydrocarbon gases are routed from the fuel tank 1 into the activated carbon filter 9 and further to the tank ventilation valve 3;
  • a tank ventilation line 8 (engine area) via which the hydrocarbon gases are introduced downstream of the tank ventilation valve 3 from the activated carbon filter 9 into the air path 5 of the internal combustion engine;
  • a motor controller 4 which among other things
  • a target value for the scavenging flow from the activated charcoal filter 9 to the air path of the combustion engine is determined for the current operating state
  • An intake manifold pressure is determined using a pressure sensor in the intake tract
  • the amount of fuel to be injected is calculated for the current operating status of the engine.
  • 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 at which the tank ventilation gas is introduced into the air path of the internal combustion engine must be ensured. This includes checking the functionality of the tank vent valve.
  • This leak diagnosis unit 12 pressurizes the evaporation system or generates a vacuum after a defined time interval after the internal combustion engine has been switched off (vehicle standstill). Subsequently, depending on the embodiment, the resulting pressure curve or the electrical power consumed by the leak diagnosis unit is used as an evaluation criterion for determining a leak diameter. However, such a procedure is time-consuming, causes additional energy consumption for controlling the pumps and generates noise emissions when the vehicle is stationary. A diagnosis of the scavenging lines 15 and 16 (see FIG.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a known fuel vapor retention system of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a fuel vapor retention system according to the invention of an internal combustion engine
  • FIG. 3 shows the tank area of the fuel vapor control system shown in FIG. 2,
  • FIG. 4 shows a diagram for the pressure and temperature profiles in the diagnosis of the fuel vapor control system shown in FIG. 2,
  • FIG. 5 components of the fuel evaporation control system shown in FIG. 2 in the filter area
  • Figure 6 is a diagram for the filter pressure
  • Figure 7 shows part of the engine area shown in Figure 2 and
  • Figures 8 - 10 further diagrams for the filter pressure.
  • the included components and volumes are broken down into three sub-areas in order to avoid active activation of the tank shut-off valve 2 for leak testing of the tank area 23 . These three sub-areas are the tank area 23, the filter area 24 and the engine area 25.
  • a device used to carry out the method according to the invention corresponds to the device shown in FIG and is shown in FIG.
  • pairs of measured values are formed from the tank temperature and the tank pressure at adjustable time intervals after the combustion engine has been switched off while the vehicle is stationary after an adjustable waiting time.
  • the process of acquiring the pairs of values is shown below as an example for a cooling process with reference to FIG.
  • the terminal 15 signal, the pressure and the temperature are plotted upwards in FIG.
  • the time t is plotted to the right.
  • the time interval 26 is the collection period.
  • the reference number 27 illustrates the detection times lying within the detection period.
  • the letter T indicates a waiting time
  • the reference number 28 the time of the evaluation of the pairs of measured values
  • the profile K1 the profile of the pressure when there is a leak
  • the profile K2 the profile of the pressure when there is a tight system.
  • a measuring sensor system pressure sensor, temperature sensor or combined pressure/temperature sensor
  • the detection times 27 shown in FIG. 4 can be implemented.
  • the measured pairs of measured values are stored in the sensor "non-volatile" and the next time the terminals are changed (terminal 15 ON) the motor control 4 is sent via SENT protocol, via a dedicated analog or digital electrical signal or via BUS communication (e.g. LIN, CAN, . .. ) made available. After the detection period has expired, the sensors switch off.
  • T N orm Temperature in the fuel tank [K] .
  • the threshold for evaluating the overpressure or underpressure in the fuel tank for checking the leak diagnosis is stored in engine control 4 depending on the boundary conditions of tank temperature and fuel fill level in a map 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 carry out this passive good test subject to reaching adjustable limit values.
  • the fresh air shut-off valve 22 SOV
  • the filter volume is evacuated the connected tank vent line 7 through an opening of the tank vent valve 3 (CPS).
  • the tank ventilation valve 3 CPS
  • the tank ventilation valve 3 CPS is closed in order to subsequently calculate and evaluate the pressure gradient that occurs.
  • the expected pressure gradients in the diagnosis phase which are used to classify the leak diameter or to determine a sealed subsystem, are stored in engine control 4 as a function of the gas temperature and the calculated activated carbon filter load.
  • a temperature sensor is installed in the tank ventilation line 7 (filter) between the activated carbon filter 9 and the tank ventilation valve 3, i.e. in the filter area of the tank ventilation line.
  • the gas temperature of the flushing medium can be modeled using measured system temperatures (e.g. intake air temperature, ambient air temperature, ).
  • the activated charcoal filter loading is made available in engine control 4 by the tank ventilation functionality using suitable calculation models.
  • the nominal system is shown in FIG. After the tank ventilation valve 3 (CPS) has closed, the fresh air shut-off valve 22 (SOV) is closed after a defined waiting time. Due to the subsequent opening of the tank vent valve 3 (CPS) in the nominal system, this leads to an evacuation of the filter area (see leakage diagnosis filter area). If the pressure in the tank ventilation line upstream of the tank ventilation valve 3 falls below an adjustable value THD, then the existence of a functional tank ventilation path is concluded. Due to the identical control logic compared to a leakage diagnosis for the In filter area 24, the diagnosis for at least one scavenging path (scavenging path 15 or scavenging path 16 depending on the state of the internal combustion engine) can be carried out synchronously with the leakage diagnosis.
  • FIG. 9 illustrates the presence of a closed, jammed tank ventilation valve 3 (CPS) or a clogged flushing path.
  • the filter area 24 is not evacuated despite the fresh air shut-off valve 22 (SOV) being closed and the tank ventilation valve 3 (CPS) being open.
  • SOV fresh air shut-off valve 22
  • CPS tank ventilation valve 3
  • FIG. 10 illustrates the presence of a tank ventilation valve 3 (CPS) that is jammed open. Despite the fact that the tank ventilation valve 3 (CPS) is not open, the filter area 24 is evacuated with the fresh air shut-off valve 22 (SOV) closed.
  • CPS tank ventilation valve 3
  • Diagnosis (according to legal regulations: leakage and tank ventilation line) of the entire evaporation system using a fresh air shut-off valve and a pressure sensor.
  • the omission of diagnostic pumps thus leads to a reduction in system costs and energy consumption.
  • the diagnostic procedure described in the filter area is insensitive to fuel in the fuel tank that emits a lot of gas.
  • the diagnostic procedure described in the filter area is insensitive to driving dynamics processes.
  • the diagnostic procedure described in the filter area is independent of the fuel level.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Diagnose einer Verdunstungssystemleckage und einer Tankentlüftungsleitung einer Verbrennungskraftmaschine, bei welchem die Diagnose des gesamten Verdunstungssystems unter Verwendung eines Frischluftabsperrventils des Verdunstungssystems und einer Drucksensorik des Verdunstungssystems erfolgt, wobei im Rahmen der Überprüfung, ob im Verdunstungssystem der Verbrennungskraftmaschine eine Leckage vorliegt, eine gesonderte Überprüfung unterschiedlicher Diagnosebereiche des Verdunstungssystems vorgenommen wird, wobei einer dieser Diagnosebereiche ein Tankbereich der Verbrennungskraftmaschine und ein weiterer Diagnosebereich ein Filterbereich der Verbrennungskraftmaschine ist, und wobei bei der Diagnose der Tankentlüftungsleitung der Durchfluss der Tankentlüftungsleitung überprüft wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystemleckage und einer Tankentlüftungsleitung einer Verbrennungskraftmaschine.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und einer Tankentlüftungsleitung einer Verbrennungskraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und einer Tankentlüftungsleitung einer Verbrennungskraftmaschine.
Zur Begrenzung der Schadstoffemissionen sind moderne Kraftfahrzeuge, welche von einer Brennkraftmaschine angetrieben werden, mit Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen, 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 Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem ein Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter vorgesehen, der beispielsweise Aktivkohle als Speichermedium nutzt. Das Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter weist nur eine begrenzte Speicherkapazität für Kraftstoffdampf auf. Um das Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter über einen langen Zeitraum nutzen zu können, muss dieses regeneriert werden. Hierzu ist in einer Leitung zwischen dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter und einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein steuerbares Tankentlüftungsventil angeordnet, welches zur Durchführung der Regeneration geöffnet wird, so dass einerseits die im Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 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 Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters 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 Tankabsperrventil 2, über welches die im Kraftstofftank 1 entstehenden Kohlenwasserstoffdämpfe im Tank zurückgehalten werden können, um diese in der Folge kontrolliert unter geeigneten Betriebszuständen einem Aktivkohlefilter 9 zuzuführen
• 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 Tankabsperrventil 2;
• Das Aktivkohlefilter 9, in dem aus dem Kraftstofftank 1 ausgegaste Kohlenwasserstoffe gebunden sind;
• Eine Tankentlüftungsleitung 7 (Filterbereich), über welche die Kohlenwasserstoffgase vom Kraftstofftank 1 in den Aktivkohlefilter 9 und weiter zum Tankentlüftungsventil 3 geleitet werden;
• Eine Tankentlüftungsleitung 8 (Motorbereich), über welche die Kohlenwasserstoffgase stromab des Tankentlüftungsventils 3 vom Aktivkohlefilter 9 in den Luftpfad 5 des Verbrennungsmotors eingeleitet werden;
• Einen Drucksensor 10 in der Tankentlüftungsleitung 7 (Filterbereich) zwischen dem Aktivkohlefilter 9 und dem Tankentlüftungsventil 3;
• Einen Drucksensor und einen Temperatursensor im Kraftstofftank 1 oder einen kombinierten Druck/Temperatursensor 11;
• Eine 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 dem 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 Motors 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 Verdunstungssystem 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 Verdunstungssystems ausschließlich für den Tank - und den Filterbereich wird für das in Figur 1 dargestellte bekannte System mit oder ggfs auch ohne Tankabsperrventil durch den Einsatz von Leckdiagnosepumpen (Leckdiagnoseeinheit 12; siehe Figur 1 ) ausgeführt. Diese Leckdiagnoseeinheit 12 setzt das Verdunstungssystem 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. Eine Diagnose der im Motorbereich 25 angeordneten Spülleitungen 15 und 16 (siehe Figur 1 ) als auch des Tankentlüftungsventils 3 wird durch das Aufprägen eines bestimmten Ansteuermusters (Öffnungsanforderung zum Tankentlüftungsventil) unter definierten Motorbetriebszuständen und deaktivierter Tankentlüftungsfunktion vollzogen. Hierbei werden die bei der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils entstehenden Druckänderungen (Drucksensor in der Tankentlüftungsleitung (Filterbereich)) ausgewertet.
Beschreibung der Erfindung:
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und einer Tankentlüftungsleitung einer Verbrennungskraftmaschine wird im Unterschied zu dem anhand der Figur 1 beschriebenen Verfahren unter anderem anstelle der auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters vorgesehenen Leckdiagnoseeinheit ein Frischluftabsperrventil verwendet, wie es nachfolgend beispielhaft anhand der Figuren erläutert wird. Es zeigt:
Figur 1 in schematischer Darstellung ein bekanntes Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystem einer Verbrennungskraftmaschine,
Figur 2 in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystem einer Verbrennungskraftmaschine,
Figur 3 den in der Figur 2 gezeigten Tankbereich des Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystems,
Figur 4 ein Diagramm für die Druck- und Temperaturprofile bei der Diagnose des in der Figur 2 gezeigten Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystems,
Figur 5 Komponenten des in der Figur 2 gezeigten Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystems im Filterbereich,
Figur 6 ein Diagramm für den Filterdruck,
Figur 7 einen Teil des in der Figur 2 gezeigten Motorbereiches und
Figuren 8 - 10 weitere Diagramme für den Filterdruck. Beim nachfolgend beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zur Diagnose des Kraftstoffverdunstungssystems sind die inkludierten Komponenten sowie Volumina in drei Teilbereiche aufgegliedert, um eine aktive Ansteuerung des Tankabsperrventils 2 zur Dichtheitsprüfung des Tankbereichs 23 zu vermeiden. Bei diesen drei Teilbereichen handelt es sich um den Tankbereich 23, den Filterbereich 24 und den Motorbereich 25. Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendete Vorrichtung stimmt abgesehen von der oben genannten Verwendung eines Frischluftabsperrventils 22 anstelle einer Leckagediagnoseeinheit mit der in der Figur 1 gezeigten Vorrichtung überein und ist in der Figur 2 dargestellt.
Zur Dichtheitsprüfung des nochmals in der Figur 3 dargestellten Tankbereichs 23, zu welchem der Kraftstofftank 1 , das Tankabsperrventil 2, die Tankentlüftungsleitung (Tankbereich) 6, der kombinierte Druck- und Temperatursensor 11 und das Rückschlagventil 14 gehören, wird basierend auf dem Gesetz von Gay-Lussac die aus der Temperaturänderung des Gasvolumens im Kraftstofftank 1 resultierende Druckänderung bei konstantem Tankvolumen über eine definierte Zeit nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors während des Fahrzeugstillstands ausgewertet. Dabei wird ein aus einem gegebenen Temperaturprofil bei der Abkühlung bzw. der Erwärmung des Kraftstofftanks erwartetes Druckprofil abhängig vom Tankfüllstand nach dem Einschalten der Klemme 15 (Zündungsklemme) mit einem tatsächlich gemessenen Druckprofil aus der vorangegangenen Fahrzeugstillstandsphase verglichen. Liegt das gemessene Druckprofil innnerhalb eines einstellbaren Korridors um das erwartete Druckprofil, dann wird auf das Vorliegen eines dichten Kraftstofftanks geschlossen. Die korrelierenden Temperatur - bzw. Druckprofile werden in der Motorsteuerung 4 in Kennfeldern abgelegt.
Um das beschriebene Temperatur - und Druckprofil darstellen zu können werden nach dem Abstellen des Verbrennungsmotors während des Fahrzeugstillstandes nach einer einstellbaren Wartezeit in einstellbaren Zeitabständen Messwertpaare aus der Tanktemperatur und dem Tankdruck gebildet.
Der Erfassungsvorgang der Wertepaare wird nachfolgend anhand der Figur 4 für einen Abkühlungsvorgang exemplarisch dargestellt. Dabei sind in der Figur 4 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 4 dargestellten Erfassungsvorgangs werden zwei Möglichkeiten betrachtet:
- Zyklisches Hochfahren „Aufwecken“ der Motorsteuerung innerhalb der in Figur 4 dargestellten Erfassungsperiode 26.
- Installation einer Messsensorik (Drucksensor, Temperatursensor oder kombinierter Druck/Temperatursensor), über welche die in der Figur 4 dargestellten Erfassungszeitpunkte 27 realisiert werden können. Weiterhin werden die erfassten Messwertpaare im Sensor „nicht - flüchtig“ 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: /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.
Figure imgf000009_0001
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.
Figure imgf000010_0001
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.
Figure imgf000010_0002
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 Leckagediagnose des in der Figur 5 dargestellten Filterbereichs 24, zu welchem das Tankabsperrventil 2, die Tankentlüftungsleitung (Filterbereich) 7, das Aktivkohlefilter 9, das Frischluftabsperrventil 22, das Frischluftfilter 13, der Drucksensor 10 und das Tankentlüftungsventil 3 gehören, wird -wie aus der Figur 6 ersichtlich ist- zunächst das Frischluftabsperrventil 22 (SOV) geschlossen. Nach einer definierten Wartezeit erfolgt eine Evakuierung des Filtervolumens inklusive der angeschlossenen Tankentlüftungsleitung 7 durch eine Öffnung des Tankentlüftungsventils 3 (CPS). Nachdem ein einstellbarer Unterdrück erreicht ist, wird das Tankentlüftungsventil 3 (CPS) geschlossen, um in der Folge den sich einstellenden Druckgradienten zu berechnen und auszuwerten.
Aufgrund des konstanten Volumens des Filterbereichs kann mittels der Auswertung des sich ergebenden Druckgradienten nach einer einstellbaren Wartephase (siehe Zeitbereich „CPS schließen“ in Fig.6) im darauffolgenden Auswertebereich (siehe Zeitbereich „Diagnose“ in Fig. 6) auf ein dichtes System bzw. auf die entsprechenden Leckagedurchmesser geschlossen werden (siehe Figur 6). Die erwarteten Druckgradienten in der Diagnosephase, welche zur Klassifizierung der Leckdurchmesser bzw. zur Bestimmung eines dichten Teilsystems herangezogen werden, sind in der Motorsteuerung 4 abhängig von der Gastemperatur sowie der berechneten Aktivkohlefilterbeladung abgelegt.
Zur Ermittlung der Gastemperatur ist beispielsweise ein Temperatursensor in der Tankentlüftungsleitung 7 (Filter) zwischen dem Aktivkohlefilter 9 und dem Tankentlüftungsventil 3 montiert, d.h. im Filterbereich der Tankentlüftungsleitung. Alternativ kann die Gastemperatur des Spülmediums unter Zuhilfenahme gemessener Systemtemperaturen (z.B. Ansauglufttemperatur, Umgebungslufttemperatur, ... ) modelliert sein. Die Aktivkohlefilterbeladung wird in der Motorsteuerung 4 durch die Tankentlüftungsfunktionalität unter Anwendung geeigneter Berechnungsmodelle zur Verfügung gestellt.
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 das in der Figur 2 gezeigte Frischluftabsperrventil 22 (SOV) angewendet.
In der Figur 8 ist das nominale System dargestellt. Nach einem Schließen des Tankentlüftungsventils 3 (CPS) wird nach einer definierten Wartezeit das Frischluftabsperrventil 22 (SOV) geschlossen. Dies führt aufgrund der folgenden Öffnung des Tankentlüftungsventils 3 (CPS) beim nominalen System zu einer Evakuierung des Filterbereichs (siehe Leckagediagnose Filterbereich). Unterschreitet der Druck in der Tankentlüftungsleitung stromauf des Tankentlüftungsventils 3 einen einstellbaren Wert THD, so wird auf das Vorliegen eines funktionsfähigen Tankentlüftungspfades geschlossen. Aufgrund der identischen Ansteuerlogik im Vergleich zu einer Leckagediagnose für den Filterbereich 24 kann die Diagnose für zumindest einen Spülpfad (je nach verbrennungsmotorischem Zustand Spülpfad 15 oder Spülpfad 16) synchron zur Leckagediagnose erfolgen.
Für die Diagnose des jeweils nicht geprüften Spülpfades muss der Ablauf mit einer identischen Ansteuerlogik separat erfolgen.
Die Figur 9 veranschaulicht das Vorliegen eines geschlossen klemmenden Tankentlüftungsventils 3 (CPS) bzw. eines verstopften Spülpfades. Hierbei erfolgt trotz geschlossenem Frischluftabsperrventil 22 (SOV) und geöffnetem Tankentlüftungsventil 3 (CPS) keine Evakuierung des Filterbereichs 24.
Die Figur 10 veranschaulicht das Vorliegen eines offen klemmenden Tankentlüftungsventils 3 (CPS). Hierbei erfolgt trotz nicht geöffnetem Tankentlüftungsventil 3 (CPS) eine Evakuierung des Filterbereichs 24 bei geschlossenem Frischluftabsperrventil 22 (SOV).
- Durch die oben genannten erfindungsgemäßen technischen Merkmale ergeben sich folgende Vorteile:
- Diagnose (Gemäß Gesetzesvorschrift: Leckage und Tankentlüftungsleitung) des gesamten Verdunstungssystems unter Verwendung eines Frischluftabsperrventils und einer Drucksensorik. Somit führt der Entfall von Diagnosepumpen zur Reduzierung der Systemkosten sowie des Energieverbrauches.
- Entgegen anderer bekannter Diagnoseverfahren ist eine Auswertung des Temperaturanstieges im Kraftstofftank zur Ermittlung einer Leckage im Tankbereich (während eines Fahrzeugstillstandes) möglich.
- Es erfolgt keine aktive Ansteuerung von Aktuatorik während des Fahrzeugstillstands, wodurch Geräuschemissionen komplett verhindert werden.
- Durch die Aufgliederung der beschriebenen Diagnosebereiche entstehen für die Leckagediagnose konstante und abgeschlossene Volumina, was zu einer Erhöhung der Robustheit des Diagnoseprozesses führt.
- Das beschriebene Diagnoseverfahren im Filterbereich ist unempfindlich gegenüber stark ausgasendem Kraftstoff im Kraftstofftank.
- Das beschriebene Diagnoseverfahren im Filterbereich ist unempfindlich gegenüber fahrdynamischen Vorgängen. - Das beschriebene Diagnoseverfahren im Filterbereich ist unabhängig vom Kraftstofffüllstand.
- Aufgrund des kleinen Volumens im Filterbereich ergeben sich sehr kurze Diagnosezeiten sowohl für die Dichtheitsprüfung als auch für die Tankentlüftungsleitungsdiagnose.
- Erkennung eines offen stehenden Tankdeckels während des Fährbetriebs innerhalb des für den Filterbereich vorgesehenen Diagnosezyklus (Dichtheitsprüfung).

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und einer Tankentlüftungsleitung einer Verbrennungskraftmaschine, dadurch gekennz e i c h n e t, dass die Diagnose des Verdunstungssystems unter Verwendung eines Frischluftabsperrventils (22) des Verdunstungssystems und einer Drucksensorik (10, 11) des Verdunstungssystems erfolgt, wobei im Rahmen der Überprüfung, ob im Verdunstungssystem der Verbrennungskraftmaschine eine Leckage vorliegt, eine gesonderte Überprüfung unterschiedlicher Diagnosebereiche des Verdunstungssystems vorgenommen wird, wobei einer dieser Diagnosebereiche ein Tankbereich (23) der Verbrennungskraftmaschine und ein weiterer Diagnosebereich ein Filterbereich (24) der Verbrennungskraftmaschine ist, und wobei bei der Diagnose der Tankentlüftungsleitung der Durchfluss der Tankentlüftungsleitung überprüft wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung des Tankbereichs (23) eine aus einer Temperaturänderung des Gasvolumens im Kraftstofftank resultierende Druckänderung bei konstantem Kraftstofftankvolumen nach einem Abstellen der Verbrennungskraftmaschine während eines Fahrzeugstillstandes ausgewertet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung des Tankbereichs (23) ein aus einem vorgegebenen Temperaturprofil bei der Temperaturänderung erwartetes Druckprofil nach einem Einschalten einer Zündungsklemme der Verbrennungskraftmaschine mit einem gemessenen Druckprofil aus einer vorhergehenden Fahrzeugstillstandsphase verglichen wird und dann, wenn das gemessene Druckprofil innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereiches um das erwartete Druckprofil liegt, ein Vorliegen eines leckagefreien Tankbereichs erkannt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e i c h n e t, dass bei der Überprüfung des Filterbereichs (24) das Frischluftabsperrventil (22) geschlossen wird, nach einer vorgegebenen Wartezeit durch eine Öffnung eines Tankentlüftungsventils (3) eine Evakuierung des Filterbereichs (24) inklusive der in diesem angeordneten Tankentlüftungsleitung (7) vorgenommen wird, nach dem Erreichen eines vorgegebenen Unterdrucks das Tankentlüftungsventil (3) geschlossen wird und nach dem Schließen des Tankentlüftungsventils ein sich einstellender Druckgradient berechnet und ausgewertet wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz e i c h n e t, dass bei der Überprüfung der Tankentlüftungsleitung eine Überprüfung des in der Tankentlüftungsleitung angeordneten Tankentlüftungsventils (3) und eine Überprüfung eines oder mehrererzwischen dem Tankentlüftungsventil (3) und dem Luftpfad (5) der Verbrennungskraftmaschine angeordneter Spülpfade (15, 16) vorgenommen wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Überprüfung des Tankentlüftungsventils (3) ein geschlossen klemmendes oder ein geöffnet klemmendes Tankentlüftungsventil erkannt wird.
7. Vorrichtung zur kombinierten Diagnose einer Verdunstungssystem leckage und einer Tankentlüftungsleitung der Verbrennungskraftmaschine, dadurch geken nzeichnet, dass das Verdunstungssystem ein zwischen einem Aktivkohlefilter (9) und einem Frischluftfilter (13) angeordnetes Frischluftabsperrventil (22), eine Drucksensorik (10, 11) und eine zur Steuerung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildete Motorsteuerung (4) aufweist.
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