-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen
eines Tankentlüftungssystems und eine entsprechende Steuervorrichtung
und insbesondere ein Verfahren zum Prüfen eines Tankentlüftungssystems, welches
eine Kreuzkorrelationsanalyse verwendet.
-
Fahrzeuge,
wie zum Beispiel Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, welche
eine Verbrennungskraftmaschine umfassen, die mit einem flüssigen
Kraftstoff, insbesondere Benzin, angetrieben wird, weisen üblicherweise
ein Tankentlüftungssystem auf, um einen Kraftstofftank
des Fahrzeugs bei einer Volumenänderung des darin enthaltenen
Kraftstoffs zu belüften und zu entlüften. Um bei
einer Entlüftung des Tanks zu vermeiden, dass beispielsweise
kohlenwasserstoffhaltige Gase in die Umgebung abgegeben werden,
wird das Tanksystem über beispielsweise ein Aktivkohlefilter
entlüftet, welches den Kohlenwasserstoff bindet. Anschließend
kann der in der Aktivkohle gebundene Kohlenwasserstoff zur Verbrennung
in der Verbrennungskraftmaschine genutzt werden, indem Frischluft über
das Aktivkohlefilter in die Verbrennungskraftmaschine angesaugt wird.
-
Eine
Steuerung der Tankentlüftung erfolgt über Tankentlüftungsventile,
welche gemäß den Betriebsbedingungen des Fahrzeugs
und dem Druck in dem Tanksystem des Fahrzeugs angesteuert werden.
Um ein Entweichen von kohlenwasserstoffhaltigen Gasen im Betrieb
des Fahrzeugs zu unterbinden und um ein Auslaufen von Kraftstoff
im Fall eines Unfalls, bei dem das Fahrzeug sich beispielsweise überschlägt,
zuverlässig zu verhindern, ist eine vorschriftsmäßige
Funktionsweise der Tankentlüftungsventile des Tanksystems
wichtig. Darüber hinaus wird in einigen Ländern,
wie zum Beispiel in den Vereinigten Staaten von Amerika, für
eine Zulassung des Fahrzeugs gefordert, dass das Fahrzeug über
eine Überwachung der korrekten Funktionsweise des Tankentlüftungssystems
verfügt, die im Betrieb des Fahrzeugs in regelmäßigen
Abständen automatisch durchgeführt wird. Da die
Tankentlüftungsventile ein wesentlicher Bestandteil des
Tankentlüftungssystems darstellen, ist auch eine Überprüfung
der korrekten Funktionsweise dieser Tankentlüftungsventile
erforderlich.
-
Im
Stand der Technik sind verschiedene Verfahren zur Prüfung
von Tankentlüftungssystemen bekannt. So ist beispielsweise
aus der
DE 198 09
384 A1 ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit
einer Tankentlüftungsanlage bekannt. Die Tankentlüftungsanlage
umfasst einen Tank, ein Adsorptionsfilter, das mit dem Tank über
eine Anschlussleitung verbunden ist und eine Belüftungsleitung
aufweist, und ein Tankentlüftungsventil, das mit dem Adsorptionsfilter über
eine Ventilleitung verbunden ist. Mittels einer Druckquelle wird ein Überdruck
gegenüber dem Atmosphärendruck in die Tankentlüftungsanlage
eingebracht und zur Bestimmung des Druckverlaufs wenigstens einer
Betriebskenngröße beim Einbringen des Überdrucks
erfasst und hieraus auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen.
Dazu erfasst man den zeitlichen Verlauf der wenigstens einen Betriebskenngröße
der Druckquelle während des Stillstands des Fahrzeugs,
vergleicht diesen zeitlichen Verlauf mit dem für einen
nicht von einem Betankungsvorgang gestörten charakteristischen,
zuvor gemessenen, berechneten oder geschätzten zeitlichen
Verlauf der wenigstens einen Betriebskenngröße
und gibt eine Fehlermeldung dann nicht aus, wenn der zeitliche Verlauf
um einen vorgebbaren Wert von dem Diagnoseverlauf abweicht.
-
Weiterhin
ist aus der
DE 195
18 292 A1 ein Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungssystems
für eine bei Verbrennungsmotoren verwendete Tankentlüftungsanlage
bekannt. Bei der Tankentlüftungsanlage werden Kraftstoffdämpfe
aus einem Kraftstofftank über ein Speichermittel mit absperrbarer
Belüftungsöffnung und ein Tankentlüftungsventil
an das Saugrohr des Verbrennungsmotors weitergeleitet. Bei dem Verfahren wird über
das Tankentlüftungsventil im Betrieb des Verbrennungsmotors
bei abgesperrter Belüftungsöffnung des Speichermittels
eine vorbestimmte Gasmenge abgesaugt oder solange Gas abgesaugt,
bis ein vorbestimmter Unterdruck im Tanksystem erreicht ist, so
dass sich in der Tankentlüftungsanlage eine Druckschwingung
einstellt. Mindestens eine Kenngröße dieser Druckschwingung
wird zur Beurteilung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage
ausgewertet.
-
Die
DE 195 38 775 A1 offenbart
ein Verfahren zur pneumatischen Prüfung der Funktionsfähigkeit
einer Tankentlüftungsanlage. Die Tankentlüftungsanlage
umfasst einen Kraftstofftank, ein Adsorptionsfilter, das mit dem
Kraftstofftank über eine Tankanschlussleitung verbunden
ist und eine mit einem Absperrventil absperrbare Belüftungsleitung
aufweist, und ein Tankentlüftungsventil, das mit dem Adsorptionsfilter über
eine Ventilleitung verbunden ist. Die Tankentlüftungsanlage
wird bei geschlossenem Tankentlüftungsventil und geschlossenem
Absperrventil mit einem definierten Diagnose-Über- oder
-Unterdruck beaufschlagt, und aufgrund einer sich im Anschluss daran
vorgenommenen Über- bzw. Unterdruck-Abbaugradientenmessung
wird auf die Dichtheit der Tankentlüftungsanlage geschlossen.
Bei dem Verfahren wird zur Ausschaltung eines durch den Über-
bzw. Unterdruck hervorgerufenen Tank-Kriecheffekts die Tankentlüftungsanlage
zunächst mit einem den Diagnose-Über- bzw. -Unterdruck
um einen vorbestimmten Wert überschreitenden weiteren Über-
bzw. Unterdruck beaufschlagt, dieser weitere Über- bzw.
Unterdruck nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne wieder entfernt
und die Über- bzw. Unterdruck-Abbaugradientenmessung erst
dann vorgenommen, wenn sich ein im Wesentlichen konstanter Diagnose-Über-
bzw. -Unterdruck in der Tankentlüftungsanlage eingestellt
hat.
-
Darüber
hinaus sind Verfahren zum Überprüfen eines Tankentlüftungsventils
zwischen einem Aktivkohlefilter und einem Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine
bekannt.
-
So
ist beispielsweise in der
DE
101 36 183 A1 ein Verfahren zur Funktionsdiagnose eines
Tankentlüftungsventils offenbart. Bei dem Verfahren ist
eine Druckquelle zur Prüfung der Dichtheit der Tankanlage
mittels Über- und Unterdruck vorgesehen und die Funktionsfähigkeit
des Tankentlüftungsventils erfolgt anhand wenigstens einer
Betriebsgröße der Druckquelle. Zur Erreichung
einer kurzen Diagnosedauer und eines höchstmöglichen
Maßes an Diagnosesicherheit ist vorgesehen, dass das Tankentlüftungsventil öffnend
oder schließend angesteuert wird und eine bestimmte Druckänderung
durchgeführt wird, und dass die wenigstens eine Betriebsgröße
der Druckquelle erfasst und aus der erfassten Betriebsgröße
auf ein funktionsfähig öffnendes bzw. schließendes
Tankentlüftungsventil geschlossen wird.
-
Weiterhin
ist ein Verfahren zur Prüfung eines Tankentlüftungsventils
zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine
mit Hilfe einer Kreuzkorrelation in dem Stand der Technik bekannt.
Diesbezüglich offenbart die
DE 100 03 223 A1 ein Verfahren zum Prüfen
eines Tankentlüftungssystems, bei dem aus einem Tank entweichende,
kohlenwasserstoffhaltige flüchtige Gase über eine
Filtereinrichtung geführt und in dieser gesammelt werden,
und durch Beaufschlagung der Filtereinrichtung mit einem Unterdruck das
Filtergut über eine Sauganlage einer Verbrennungsluft einer
Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs zugeführt
wird. Eine Verbindung zwischen der Filtereinrichtung und der Sauganlage
wird durch ein getaktet ansteuerbares Schaltmittel geöffnet
bzw. geschlossen. Ein Ansteuersignal für das Schaltmittel
wird mit einer einen Zustand der Sauganlage definierenden Messgröße
kreuzkorreliert und ein Korrelationskoeffizient als Diagnosesignal
des Tankentlüftungssystems ausgenutzt.
-
Insbesondere
das zuletzt beschriebene Verfahren zum Prüfen eines Tankentlüftungsventils
ist jedoch nur im Leerlaufbetrieb der Verbrennungskraftmaschine
zuverlässig verwendbar.
-
Insbesondere
bei Fahrzeugen mit einem sogenannten automatischen Start-/Stopp-System
oder Fahrzeugen mit einem Hybridantriebsstrang befindet sich die
Verbrennungskraftmaschine üblicherweise nur äußerst
selten in einem Leerlaufbetrieb.
-
Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Verfahren
zum Prüfen eines Tankentlüftungssystems bereitzustellen.
-
Erfindungsgemäß wird
diese Aufgabe durch ein Verfahren zum Prüfen eines Tankentlüftungssystems nach
Anspruch 1, eine Steuervorrichtung für ein Tankentlüftungssystem
nach Anspruch 15 und ein Fahrzeug nach Anspruch 21 gelöst.
Die abhängigen Ansprüche definieren bevorzugte
und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Prüfen eines
Tankentlüftungssystems bereitgestellt. Bei dem Tankentlüftungssystem
ist eine Verbindung zwischen einem Tanksystem und einem Ansaugtrakt
einer Verbrennungskraftmaschine mit einem Schaltmittel des Tankentlüftungssystems öffenbar
und verschließbar. Gemäß dem Verfahren
wird das Schaltmittel mit einer vorbestimmten Ansteuersignalfolge
angesteuert, wodurch die Verbindung zwischen dem Tanksystem und
dem Ansaugtrakt gemäß der Ansteuersignalfolge
geöffnet bzw. geschlossen wird. Weiterhin wird eine Folge
von Zustandsgrößen des Ansaugtrakts, wie zum Beispiel
Druckwerte in dem Ansaugtrakt, erfasst. Aus dieser Folge von Zustandsgrößen
wird eine Messwertfolge bestimmt. Das Bestimmen der Messwertfolge
kann beispielsweise ein Tiefpassfiltern der Folge der Zustandsgrößen
umfassen, um beispielsweise elektrische Störungen eines
Drucksensors herauszufiltern oder um Beeinflussungen durch hochfrequente
Schwingungen einer Drosselklappe des Ansaugtrakts zu verringern. Aus
der Ansteuersignalfolge und der Messwertfolge wird ein erster Wert
bestimmt, welcher ein Maß für die Ähnlichkeit
zwischen der Ansteuersignalfolge und der Messwertfolge darstellt.
Das Bestimmen des ersten Wertes kann beispielsweise mit Hilfe einer
Kreuzkorrelation durchgeführt werden, so dass der erste
Wert einen Korrelationskoeffizienten einer Kreuzkorrelation der
Ansteuersignalfolge und der Messwertfolge umfasst. Zusätzlich
wird ein zweiter Wert bestimmt, welcher ein Maß für
die Größe einer Wertestreuung der Messwertfolge darstellt.
Dazu kann beispielsweise ein Mittelwert der Messwertfolge bestimmt
werden und die Differenz zwischen dem Mittelwert und einem Minimalwert
der Messwertfolge als zweiter Wert bestimmt werden. Der zweite Wert
gibt dann einen Mittelwert des Signalhubs der Messwertfolge an.
Schließlich wird ein Prüfergebnis für
das Tankentlüftungssystem in Abhängigkeit des
ersten und des zweiten Wertes bestimmt.
-
Das
Bestimmen des Prüfergebnisses aus dem ersten und dem zweiten
Wert kann beispielsweise folgendermaßen durchgeführt
werden: Zunächst wird der zweite Wert mit einem zweiten
vorbestimmten Grenzwert verglichen. Liegt der zweite Wert, d. h.
der Signalhub der Messwertfolge, unter dem zweiten vorbestimmten
Grenzwert, so wird kein Prüfergebnis bestimmt, da in diesem
Fall der Signalhub der Messwertfolge nicht ausreichend groß ist
und dadurch eine Verwechslungsgefahr mit Stör- oder Rauschsignalen
besteht. In diesem Fall ist keine zuverlässige Prüfung
des Tankentlüftungssystems möglich und es wird
kein Prüfergebnis bestimmt. Liegt hingegen der zweite Wert über
dem zweiten vorbestimmten Grenzwert, so wird der erste Wert mit
einem ersten vorbestimmten Grenzwert verglichen, um ein Maß für
die Ähnlichkeit zwischen der Ansteuersignalfolge und der
Messwertfolge auszuwerten. Liegt der erste Wert unter dem ersten
vorbestimmten Grenzwert, so besteht keine ausreichende Korrelation
zwischen der Ansteuersignalfolge und der Messwertfolge, was auf
einen Defekt des Schaltmittels in der Verbindung zwischen dem Tanksystem
und dem Ansaugtrakt hindeutet. Dementsprechend wird in diesem Fall
als Prüfergebnis ein Defekt an dem Tankentlüftungssystem angezeigt.
Ist der erste Wert hingegen über dem vorbestimmten Grenzwert,
d. h. es besteht eine hohe Korrelation zwischen der Ansteuersignalfolge
und der Messwertfolge, so wird als Prüfergebnis ein funktionierendes Tankentlüftungssystem
angezeigt. Das Prüfergebnis kann beispielsweise über
eine Anzeigevorrichtung des Fahrzeugs einem Fahrer des Fahrzeugs
angezeigt werden oder in einem Fehlerspeicher der Steuerung der Verbrennungskraftmaschine
abgelegt werden.
-
Indem
der zweite Wert als Kriterium herangezogen wird, ob der erste Wert,
d. h. der Korrelationswert, überhaupt sinnvoll ausgewertet
werden kann, kann das Verfahren in einer Vielzahl von Betriebszuständen
der Verbrennungskraftmaschine zuverlässig eingesetzt werden.
So arbeitet das Verfahren nicht nur zuverlässig im Leerlaufbetrieb
der Verbrennungskraftmaschine, sondern ist in weiten Betriebsbereichen,
wie zum Beispiel über einen weiten Drehzahlbereich und
Lastbereich während der Fahrt des Fahrzeugs durchführbar
und somit auch für Fahrzeuge mit Start-/Stopp-System oder
Fahrzeuge mit einem Hybrid-Antriebsstrang geeignet. Darüber
hinaus ist das Verfahren auch für Turbomotoren geeignet.
Da das Verfahren über einen weiten Betriebsbereich der
Verbrennungskraftmaschine zuverlässig eingesetzt werden
kann, kann das Verfahren häufig im Betrieb durchgeführt
werden, wodurch ein sogenanntes hohes Ratio erreicht wird, welches
in verschiedenen Staaten, beispielsweise den Vereinigten Staaten
von Amerika, vorgeschrieben sein kann.
-
Gemäß einer
Ausführungsform kann zusätzlich eine Modellwertfolge
für den Ansaugtrakt bestimmt werden, welche beispielsweise
Druckschwankungen im Saugrohr, die auf Drosselklappenbewegungen
und Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine zurückzuführen
sind, modelliert. Das Bestimmen der Messwertfolge umfasst dann ein
Kombinieren der Folge von erfassten Zustandsgrößen,
d. h. Druckwerten im Ansaugtrakt, mit der Modellwertfolge. Dadurch
kann das Verfahren auch dann zuverlässig zur Prüfung
des Tankentlüftungssystems verwendet werden, wenn sich
der Druck im Ansaugtrakt aufgrund von Drosselklappenbewegungen oder
Betriebszustandsänderungen ändert. Dadurch kann
das Verfahren in weiteren Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine,
wie zum Beispiel bei Last- und Drehzahländerungen, zuverlässig verwendet
werden.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann das Verfahren ein Bestimmen
einer Freigabebedingung aus Betriebsparametern der Verbrennungskraftmaschine
umfassen. Das Prüfen des Tankentlüftungssystems, d.
h. das Ansteuern des Schaltmittels, das Bestimmen der Messwertfolge,
das Bestimmen des ersten und des zweiten Wertes und das Bestimmen
des Prüfergebnisses, wird in Abhängigkeit der
Freigabebedingung durchgeführt. Beispielsweise kann eine
Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden und das Prüfen des
Tankentlüftungssystems wird in diesem Fall nur durchgeführt,
wenn sich die Drehzahl in einem vorbestimmten Drehzahlbereich befindet.
Alternativ oder zusätzlich kann eine Drehzahldynamik der
Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden. Die Drehzahldynamik ist
beispielsweise eine Änderung der Drehzahl innerhalb eines
vorbestimmten Zeitintervalls. Das Tankentlüftungssystem
wird in diesem Fall nur dann geprüft, wenn sich die Drehzahldynamik
unterhalb eines vorbestimmten Drehzahldynamikgrenzwerts befindet.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform kann die Freigabebedingung unter
Berücksichtigung einer Motorlast der Verbrennungskraftmaschine
bestimmt werden. So wird beispielsweise das Tankentlüftungssystem
nur dann geprüft, wenn sich die Motorlast in einem vorbestimmten
Motorlastbereicht befindet oder eine Motorlastdynamik, d. h. eine Änderung
der Motorlast über der Zeit, unterhalb eines vorbestimmten
Motorlastdynamikgrenzwerts liegt. Alternativ oder zusätzlich
kann die Freigabebedingung von einem Luft-/Kraftstoff-Gemischverhältnis
der Verbrennungskraftmaschine abhängen. In diesem Fall
wird das Tankentlüftungssystem nur geprüft, wenn
sich das Gemischverhältnis in einem vorbestimmten Gemischverhältnisbereich
befindet. Das Gemischverhältnis kann beispielsweise von
einer Lambda-Regelung der Verbrennungskraftmaschine bestimmt werden
und das Prüfen des Tankentlüftungssystems wird
nur durchgeführt, wenn das Gemischverhältnis einen
Lambda-Wert von näherungsweise 1 aufweist.
-
Alternativ
oder zusätzlich kann das Bestimmen der Freigabebedingung
ein Bestimmen eines Außendrucks in einer Umgebung der Verbrennungsmaschine
oder ein Bestimmen einer Temperatur der Verbrennungskraftmaschine
umfassen. Das Tankentlüftungssystem wird in diesen Fällen
nur dann geprüft, wenn sich der Außendruck in
einem vorbestimmten Außendruckbereich befindet bzw. die
Temperatur in einem vorbestimmten Temperaturbereich liegt. Beispielsweise
kann die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine über eine
Kühlwassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine bestimmt
werden und das Prüfen des Tankentlüftungssystems
freigegeben werden, wenn die Kühlwassertemperatur über
einem vorbestimmten Temperaturgrenzwert liegt, welcher beispielsweise
70° beträgt.
-
Gemäß der
vorliegenden Erfindung wird weiterhin eine Steuervorrichtung für
ein Tankentlüftungssystem bereitgestellt. Das Tankentlüftungssystem
umfasst eine Verbindung zwischen einem Tanksystem und einem Ansaugtrakt
einer Verbrennungskraftmaschine. Die Verbindung kann mit einem Schaltmittel
geöffnet oder verschlossen werden. Die Steuervorrichtung
ist mit dem Schaltmittel und mit einem Zustandserfassungsmittel in
dem Ansaugtrakt koppelbar. Das Zustandserfassungsmittel kann beispielsweise
einen Drucksensor in dem Ansaugtrakt umfassen. Das Schaltmittel
kann beispielsweise ein Tankentlüftungsventil umfassen.
Die Steuervorrichtung ist derart ausgestaltet, dass sie das Schaltmittel
mit einer vorbestimmten Ansteuersignalfolge ansteuert und eine Folge
von Zustandsgrößen mit Hilfe des Zustandserfassungsmittel
in dem Ansaugtrakt erfasst und daraus eine Messwertfolge bestimmt.
Die Ansteuersignalfolge kann beispielsweise von einem Testmustergenerator
der Steuervorrichtung erzeugt werden. Weiterhin kann die Steuervorrichtung
beispielsweise ein Tiefpassfilter umfassen, welches die Folge von
Zustandsgrößen filtert, um Störungen
durch Schwingungen einer Drosselklappe in dem Ansaugtrakt oder elektrische
Störungen des Drucksensors in dem Ansaugtrakt zu eliminieren.
Die Steuervorrichtung ist ferner ausgestattet, einen ersten Wert,
welcher ein Maß für die Ähnlichkeit zwischen
der Ansteuersignalfolge und der Messwertfolge ist, zu bestimmen.
Dazu kann die Steuervorrichtung beispielsweise eine Korrelationseinheit
aufweisen, welchen einen Kreuzkorrelationskoeffizienten als den ersten
Wert aus der Ansteuersignalfolge und der Messwertfolge bestimmt.
Die Steuervorrichtung ist weiterhin derart ausgestaltet, dass sie
einen zweiten Wert, welcher ein Maß für die Größe
eines Wertehubs der Messwertfolge ist, bestimmt. Die Steuervorrichtung
bestimmt dann in Abhängigkeit des ersten Werts und des
zweiten Werts ein Prüfergebnis für das Tankentlüftungssystem.
Das Bestimmen des zweiten Werts und das Bestimmen des Prüfergebnisses
kann beispielsweise in einer Fehlererkennungseinheit der Steuervorrichtung durchgeführt
werden.
-
Gemäß einer
Ausführungsform kann die Fehlererkennungseinheit den zweiten
Wert mit einem vorbestimmten Schwellenwert vergleichen und nur dann
ein Prüfergebnis für das Tankentlüftungssystem
bereitstellen, wenn der zweite Wert über dem vorbestimmten
Schwellenwert liegt. Dadurch kann vermieden werden, dass der erste
Messwert aus Messwerten bestimmt wird, welche sich nicht aufgrund
der vorbestimmten Ansteuersignalfolge ändern, sondern vielmehr
nur durch Störsignale, sogenanntes Rauschen, beeinflusst
sind. Da der Wertehub der Messwertfolge durch derartige Störsignale
erheblich geringer ist als in Folge der Ansteuersignalfolge, kann
eine Fehlmessung zuverlässig verhindert werden. Liegt der
zweite Wert über dem vorbestimmten Schwellenwert, so wird
das Prüfergebnis in Abhängigkeit des Korrelationswerts
des ersten Werts bestimmt. Liegt eine hohe Korrelation vor, d. h.
der Korrelationswert liegt nahe bei 1, beispielsweise größer
als 0,9, so zeigt das Prüfergebnis ein ordnungsgemäßes
Tankentlüftungssystem an. Ist der erste Wert hingegen geringer,
so zeigt das Prüfergebnis ein defektes Tankentlüftungssystem
an.
-
Gemäß einer
weiteren Ausführungsform ist die Steuervorrichtung mit
einer Motorsteuerung der Verbrennungskraftmaschine koppelbar und
somit zur Durchführung des zuvor beschriebenen Verfahrens
oder einer seiner Ausführungsformen geeignet.
-
Schließlich
wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Fahrzeug
bereitgestellt, welches eine Verbrennungskraftmaschine, ein Tanksystem
mit einem Tankentlüftungssystem und eine Steuervorrichtung
für das Tankentlüftungssystem wie zuvor beschrieben
umfasst.
-
Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zeichnungen anhand bevorzugter Ausführungsformen erläutert.
-
1 zeigt
ein Blockschaltbild einer Steuervorrichtung gemäß der
vorliegenden Erfindung, welche mit einer Verbrennungskraftmaschine
und einem Tankentlüftungsventil gekoppelt ist.
-
2 zeigt
eine Ansteuersignalfolge für das Tankentlüftungsventil
und einen Druckverlauf in einem Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine.
-
3 zeigt
eine Ansteuersignalfolge und eine erfasste Messwertfolge, wobei
die Messwertfolge durch Rauschen gestört wurde.
-
4 zeigt
die Ansteuersignalfolge der 3 und die
Messwertfolge der 3 ohne Rauschen.
-
1 zeigt
ein Tankentlüftungssystem 1 für einen
Kraftstofftank 2, in welchem Kraftstoff für eine
Verbrennungskraftmaschine 3 gelagert wird. Der Kraftstofftank 2 kann über
eine nicht gezeigte Öffnung befüllt werden und
ist über eine nicht gezeigte Verbindung mit der Verbrennungskraftmaschine 3 gekoppelt,
um die Verbrennungskraftmaschine 3 mit Kraftstoff zu versorgen.
Das Volumen des Kraftstoffs in dem Kraftstofftank 2 ändert
sich in Abhängigkeit von einem Betankvorgang, von einem
Verbrauch des Kraftstoffs durch die Verbrennungskraftmaschine 3 und
von Temperaturänderungen des Kraftstoffs. Durch die Volumenänderung
des Kraftstoffs im Kraftstofftank 2 ändert sich
der Druck im Kraftstofftank 2. Um einen Über-
oder Unterdruck in dem Kraftstofftank 2 zu vermeiden, ist
der Kraftstofftank 2 über eine Verbindung 4 mit
einem Aktivkohlebehälter 5 gekoppelt, welcher über
eine weitere Verbindung 6 mit der Umgebung in Verbindung
steht. Ein Überdruck in dem Kraftstofftank 2 kann über
die Verbindungen 4 und 6 an die Umgebung abgegeben
werden. Um zu vermeiden, dass kohlenwasserstoffhaltige Gase aus
dem Kraftstofftank 2 in die Umgebung abgegeben werden, befindet
sich in dem Aktivkohlebehälter 5 Aktivkohle, welche
den Kohlenwasserstoff zurückhält und somit verhindert,
dass Kohlenwasserstoff über die Verbindung 6 in
die Umgebung abgegeben wird. Da die Aktivkohle in dem Aktivkohlebehälter 5 nur
eine begrenzte Menge von Kohlenwasserstoff aufnehmen kann, wird
die Aktivkohle zu geeigneter Zeit von dem Kohlenwasserstoff befreit,
indem Luft aus der Umgebung über die Verbindung 6 durch
die Aktivkohle und über eine Verbindung 7 einem
Ansaugtrakt 8 der Verbrennungskraftmaschine 3 zugeführt
und dort verbrannt wird.
-
Um
diesen Vorgang zu geeigneter Zeit kontrolliert durchführen
zu können, ist in der Verbindung 7 ein Tankentlüftungsventil 9 vorgesehen,
welches die Verbindung zwischen dem Aktivkohlebehälter 5 und
dem Ansaugtrakt 8 wahlweise herstellt oder unterbindet.
-
Der
Ansaugtrakt 8 umfasst eine Drosselklappe 10 und
ein Saugrohr 11. Die Drosselklappe 10 steuert die
Luftzufuhr, welche über das Saugrohr 11 der Verbrennungskraftmaschine 3 zugeführt
wird. In dem Saugrohr 11 ist ein Drucksensor 12 vorgesehen,
welcher einen Druck in dem Saugrohr 11 misst. Der Druck
in dem Saugrohr 11 ist üblicherweise ein Unterdruck,
d. h. ein Druck geringer als der Umgebungsluftdruck.
-
Das
Tankentlüftungssystem 1 umfasst weiterhin eine
Steuervorrichtung 13, welche mit dem Tankentlüftungsventil 9 und
dem Drucksensor 12 über Verbindungen 14 bzw. 15 gekoppelt ist.
Die Steuervorrichtung 13 umfasst einen Umschalter 16 zum
Umschalten zwischen einem Normalmodus und einem Testmodus der Steuervorrichtung 13.
-
In
dem Normalmodus verbindet der Umschalter 16 das Tankentlüftungssystem 9 über
die Verbindung 14 mit einer Tankentlüftungssteuerung 17 der
Steuervorrichtung 13. Die Tankentlüftungssteuerung 17 steuert das
Tankentlüftungssystem 9 derart an, dass zu geeigneter
Zeit eine Verbindung zwischen dem Ansaugtrakt 8 und dem
Aktivkohlebehälter 5 hergestellt wird um die Aktivkohle
von Kohlenwasserstoff zu befreien. Die Bedingungen, unter denen
dies geschieht, sind im Stand der Technik bekannt und werden daher
hier nicht näher beschrieben.
-
In
dem Testmodus der Steuervorrichtung 13 verbindet der Umschalter 16 das
Tankentlüftungsventil 9 über die Verbindung 14 mit
einem Testmustergenerator 18 der Steuervorrichtung 13.
In dem Prüfmodus überprüft die Steuervorrichtung 13,
ob das Tankentlüftungsventil 9 vorschriftsmäßig
arbeitet. Derartige Tests sind in einigen Ländern vom Gesetzgeber
vorgeschrieben und müssen in regelmäßigen
Abständen während des Betriebs der Verbrennungskraftmaschine 3 durchgeführt
werden. In dem Testmodus erzeugt der Testmustergenerator 18 eine
Ansteuersignalfolge 19, ein sogenanntes Testmustersignal 19,
welches das Tankentlüftungsventil 9 gemäß diesem
Testmustersignal 19 abwechselnd öffnet und schließt.
Da in dem Saugrohr 11 ein Unterdruck herrscht, wird dieser
Unterdruck verringert, sobald das Tankentlüftungssystem 9 geöffnet
wird. Somit steigt bei geöffneten Tankentlüftungsventil 9 der
Druck im Saugrohr 11 an. Umgekehrt sinkt der Druck im Saugrohr 11 ab,
sobald das Tankentlüftungsventil 9 geschlossen
wird. Diese Druckveränderungen werden von dem Drucksensor 12 erfasst
und einem Tiefpassfilter 20 der Steuervorrichtung 13 zugeführt.
Ein Signalwechsel in dem Testmustersignal 19 erfolgt beispielsweise
im Abstand von 0,5 s. Das Tiefpassfilter 20 filtert dementsprechend
Signale mit einer höheren Frequenz als 2 Hz aus dem von
dem Drucksensor 12 empfangenen Signal heraus, um Störsignale,
welche beispielsweise elektrische Störsignale des Drucksensors 12 und Druckänderungen
aufgrund von Schwingungen der Drosselklappe 10 umfassen,
herauszufiltern. Wenn das Tankentlüftungsventil 9 vorschriftsmäßig
arbeitet, ändert sich der Druck in dem Saugrohr in einer ähnlichen
Art und Weise wie das Tankentlüftungsventil 9 von
dem Testmustersignal 19 angesteuert wird. Ein Druckverlauf 21 in
dem Saugrohr weist somit bei funktionierendem Tankentlüftungsventil 9 eine
große Ähnlichkeit mit dem Testmustersignal 19 auf.
Arbeitet das Tankentlüftungsventil 9 hingegen
nicht vorschriftsmäßig, d. h. es öffnet und
schließt sich nicht gemäß dem Testmustersignal 19,
oder andere Bestandteile des Tankentlüftungssystems 1 sind
nicht in Ordnung, wie zum Beispiel eine verstopfte Verbindung 7, ändert
sich der Druckverlauf 21 nicht in einer ähnlichen
Art und Weise wie das Testmustersignal 19.
-
Der
Druck im Saugrohr 11 ändert sich jedoch nicht
nur in Abhängigkeit des Tankentlüftungsventils 9, sondern
auch in Abhängigkeit einer Drehzahl oder einer Last der
Verbrennungskraftmaschine 3, sowie einer Einstellung der
Drosselklappe 10. Deshalb berechnet die Steuervorrichtung 13 ein
Saugrohrmodell 22, welches diese Einflüsse auf
den Unterdruck im Saugrohr 11 simuliert. Mit Hilfe eines
Subtrahierers 23 wird von dem gemessenen und gefilterten
Saugrohrdruckverlauf 21 der modellierte Saugrohrdruck des
Saugrohrmodells 22 abgezogen. Das daraus resultierende
Differenzsignal wird einer Korrelationseinheit 24 zugeführt.
Der Korrelationseinheit 24 wird weiterhin das Testmustersignal 19 von
dem Testmustergenerator 18 zugeführt. Die Korrelationseinheit 24 vergleicht
das Differenzsignal mit dem Testmustersignal 19 und bestimmt
ein Maß für die Ähnlichkeit der beiden
Signale.
-
Als
Maß für die Ähnlichkeit der beiden Signale
kann beispielsweise ein Korrelationskoeffizient C gemäß der
folgenden Gleichungen bestimmt werden:
wobei
N die Anzahl der Werte des Testmustersignals
19 bzw. die
entsprechende Anzahl der Differenzwerte aus dem Druckverlauf ist,
x
i der i-te Wert des Testmustersignals
19 ist,
x der Mittelwert der Werte
des Testmustersignals
19 ist, y
i der
i-te Wert der Differenzwerte
21 ist, und
y der Mittelwert der Differenzwerten ist.
-
Der
Korrelationswert C wird einer Fehlererkennungseinheit 25 zugeführt.
Außerdem wird das Differenzsignal des Subtrahierers 23 der
Fehlererkennungseinheit 25 zugeführt.
-
Die
Fehlererkennungseinheit 25 bestimmt zunächst anhand
des Differenzsignals, ob in dem Druckverlaufsignal ein hinreichender
Signalhub vorhanden ist, welcher auf eine Beeinflussung des Druckverlaufsignals durch
das Testmustersignal schließen lässt. Dazu wird
beispielsweise das Differenzsignal gemittelt und eine Differenz
zwischen diesem Mittelwert und einem Minimalwert des Differenzsignals
bestimmt. Liegt die Differenz unter einem vorbestimmten Schwellwert,
so kann eine Überprüfung des Tankentlüftungssystems 1 anhand
der Korrelation von Testmustersignal 19 und Druckverlauf
nicht durchgeführt werden, da der Signalhub in dem Druckverlauf
zu gering ist. Dementsprechend wird für diesen Messzyklus
kein Prüfergebnis für das Tankentlüftungssystem
bereitgestellt, sondern eine weitere Prüfung durchgeführt.
Falls bei mehreren aufeinander folgenden Prüfungen kein
ausreichender Signalhub in dem Differenzsignal festgestellt werden
kann, wird als Prüfergebnis ein Defekt des Tankentlüftungssystems
festgelegt und beispielsweise in einem Fehlerspeicher abgelegt oder
in einer Anzeige für den Fahrer angezeigt. Liegt der Signalhub
des Differenzsignals hingegen über der vorbestimmten Schwelle,
so wird der Korrelationskoeffizient C der Korrelationseinheit 24 in der
Fehlererkennungseinheit 25 untersucht. Überschreitet
der Korrelationskoeffizient C einen vorbestimmten Schwellenwert,
d. h. es liegt eine große Ähnlichkeit zwischen
dem Testmustersignal 19 und dem Differenzsignal vor, so
wird als Prüfergebnis von der Fehlererkennungseinheit 25 ein
ordnungsgemäßer Zustand für das Tankentlüftungssystem 1 angezeigt.
Liegt der Korrelationskoeffizient C hingegen unterhalb des vorbestimmten Schwellenwerts,
so wird als Prüfergebnis für das Tankentlüftungssystem 1 ein
Defekt angezeigt.
-
Durch
das Bestimmen des Signalhubs des Differenzsignals in der Fehlererkennungseinheit 25 wird vermieden,
dass bei einem defekten Tankentlüftungssystem eine zufällige
Rauschsignalfolge des Druckverlaufsignals zufälligerweise
mit dem Testmustersignal 19 korreliert und somit fälschlicherweise
das Tankentlüftungssystem als funktionsfähig eingestuft
wird. Dadurch wird die Robustheit des Prüfverfahrens erhöht
und kann daher nicht nur im Leerlauf, sondern auch beispielsweise
in einem Teillastbereich durchgeführt werden, beispielsweise
bis zu einem Saugrohrdruck von beispielsweise 900 hPa. Dadurch kann
das Prüfverfahren auch während der Fahrt aktiviert
werden, wodurch es auch für Fahrzeuge mit einem Start-/Stopp-System
und für Fahrzeuge mit einem Hybridantriebssystem geeignet
ist.
-
Die
Steuervorrichtung 13 umfasst weiterhin eine Freigabeeinheit 26,
welche in Abhängigkeit verschiedener Betriebszustände
der Verbrennungskraftmaschine 3 das zuvor beschriebene Überprüfen
des Tankentlüftungssystems 1 freigibt. Dazu überwacht
die Freigabeeinheit 26 beispielsweise die Drehzahl und
Motorlast der Verbrennungskraftmaschine 3 und überprüft,
ob sich diese in einem zulässigen Bereich befinden und
ob eine Drehzahldynamik bzw. Motorlastdynamik in zulässigen
Bereichen liegen. Eine Überprüfung des Tankentlüftungssystems 1 wird
nur freigegeben, wenn diese Kriterien erfüllt sind. Weitere Kriterien
für die Freigabe zum Prüfen des Tankentlüftungssystems
können beispielsweise sein:
- – eine
Beladung des Aktivkohlebehälters ist niedrig oder ein aktueller
Massenstrom über das Tankentlüftungsventil ist
ausreichend hoch;
- – eine Aktivkohlebehältermindestspülmenge
ist in der aktuellen Spülperiode überschritten;
- – ein Luftmassenintegral wird nach einem Start überschritten;
- – der Wert Lambda für ein Kraftstoffluftgemisch
ist in einem zulässigen Bereich und ein Lambda-Regler ist nicht
am Anschlag, d. h. Lambda ist in der Größenordnung
von näherungsweise 1;
- – seit dem letzten Start des Motors wurde das Tankentlüftungssystem
noch nicht vollständig geprüft;
- – es wurden keine Fehler am Saugrohrdrucksensor und
am Umgebungsdrucksensor festgestellt;
- – es wurden keine Fehler an der Lambda-Sonde festgestellt;
- – eine Diagnose von Lambda-Sonde, Saugrohrdrucksensor
und Umgebungsdrucksensor ist fertiggestellt;
- – eine Höhe des Fahrzeugs über Normalnull
ist unter einem vorgegebenen Grenzwert (dies wird beispielsweise
mit einem Umgebungsdrucksensor bestimmt);
- – eine Umgebungstemperatur in der Umgebung des Fahrzeugs
ist über einem vorgegebenen Grenzwert;
- – eine Kühlwassertemperatur oder ein entsprechender
Wert für die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine ist über
einem vorgegebenen Grenzwert; und/oder
- – eine Batteriespannung des Fahrzeugs ist in einem
zulässigen Bereich.
-
Darüber
hinaus kann die Freigabeeinheit 26 auch das Prüfen
des Tankentlüftungssystems 1 abbrechen, wenn beispielsweise
die Drehzahl oder die Motorlast außerhalb des zulässigen
Bereichs sind oder die Drehzahldynamik oder die Motorlastdynamik
außerhalb des zulässigen Bereichs sind.
-
2 zeigt
im Detail ein Beispiel für ein Testmustersignal x und einen
entsprechenden Druckverlauf in dem Saugrohr 11. Das Testmuster
ist ein kurzes digitales Signal, welches im vorliegenden Beispiel
aus zehn Zuständen besteht. Die Zustände wechseln
beispielsweise in einem zeitlichen Abstand von 0,5 s. Der Verlauf des
Drucks y ist in der in 2 gezeigten Darstellung bereits
mit Hilfe des Saugrohrmodells 22 korrigiert und stellt
somit die Differenz aus Saugrohrdruck p_sr und modelliertem Saugrohrdruck
p_slm dar. Der Saugrohrdruck wird zu elf verschiedenen Zeitpunkten
0 bis 10 gemessen und gespeichert. In der Korrelationseinheit 24 werden
dann diese elf Messwerte mit den entsprechenden Testmusterwerten
korreliert.
-
3 zeigt
das Testmustersignal der 2 und einen entsprechenden Druckverlauf
y in dem Saugrohr 11. Aufgrund von Störungen,
wie zum Beispiel Schwingungen der Drosselklappe 10 und
elektrischen Störungen des Drucksensors 12 ist
das Drucksignal y gestört, d. h. dem Signal ist ein Rauschen überlagert.
Wird eine Kreuzkorrelation zwischen dem Testmustersignal x und dem
Drucksignal y gebildet, so ergibt sich ein Korrelationskoeffizient
von beispielsweise 0,685. Werden hingegen die Störungen
beispielsweise mit Hilfe des Tiefpassfilters 20 herausgefiltert,
so ergibt sich der in 4 dargestellte Druckverlauf
y und die Kreuzkorrelation ergibt einen Korrelationswert von 0,995.
Somit kann mit Hilfe des Tiefpassfilters 20 die Robustheit
der Steuervorrichtung 13 gegenüber hochfrequenten
Störungen deutlich verbessert werden.
-
- 1
- Tankentlüftungssystem
- 2
- Kraftstofftank
- 3
- Verbrennungskraftmaschine
- 4
- Verbindung
- 5
- Aktivkohlebehälter
- 6
- Verbindung
- 7
- Verbindung
- 8
- Ansaugtrakt
- 9
- Tankentlüftungsventil
- 10
- Drosselklappe
- 11
- Saugrohr
- 12
- Drucksensor
- 13
- Steuervorrichtung
- 14,
15
- Verbindung
- 16
- Umschalter
- 17
- Tankentlüftungssteuerung
- 18
- Testmustergenerator
- 19
- Testmustersignal
- 20
- Tiefpassfilter
- 21
- Druckverlauf
- 22
- Saugrohrmodell
- 23
- Subtrahierer
- 24
- Korrelationseinheit
- 25
- Fehlererkennungseinheit
- 26
- Freigabeeinheit
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
-
Diese Liste
der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert
erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information
des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen
Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
-
Zitierte Patentliteratur
-
- - DE 19809384
A1 [0004]
- - DE 19518292 A1 [0005]
- - DE 19538775 A1 [0006]
- - DE 10136183 A1 [0008]
- - DE 10003223 A1 [0009]