DE19648711A1 - Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tankentlüftungsanlage - Google Patents

Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tankentlüftungsanlage

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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tank­ entlüftungsanlage.
Eine derartige Tankentlüftungsanlage wird bei Kraftfahr­ zeugtanksystemen mit einem Tank, der über ein Aktivkohle­ filter und über ein Tankentlüftungsventil mit einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine verbunden ist, einge­ setzt. In dem Saugrohr ist eine Drosselklappe angeordnet.
Durch Verdunstung entstehen in dem Tank Kohlenwasser­ stoffe, die sich in dem Aktivkohlefilter anlagern. Zur Regenerierung des Aktivkohlefilters wird das Tankentlüf­ tungsventil geöffnet, so daß aufgrund des in dem Saugrohr herrschenden Unterdrucks Luft der Atmosphäre durch das Aktivkohlefilter gesaugt wird, wodurch die in dem Aktivkohlefilter angelagerten Kohlenwasserstoffe in das Saugrohr gesaugt und der Brennkraftmaschine zugeführt werden.
Ein derartiges, aus dem Stand der Technik bekanntes Tankentlüftungssystem ist beispielsweise in Fig. 3 schematisch dargestellt.
Problematisch bei derartigen Tankentlüftungsanlagen ist, daß durch die Zuführung der Kohlenwasserstoff-Gase über das Regenerierventil das der Brennkraftmaschine insgesamt zugeführte Gemisch negativ beeinflußt wird, was zu einer Verschlechterung der katalytisch gereinigten Abgaswerte der Brennkraftmaschine führen kann. Es ist deshalb erforderlich, die durch das Regenerierventil strömende Menge möglichst genau zu bestimmen, um sie bei der Gemischaufbereitung berücksichtigen zu können.
Bei bekannten Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tankentlüftungsanlage wird die Durchflußkennlinie des Regenerierventils vermessen. Die vermessene Kennlinie wird in einem Steuergerät der Brennkraftmaschine abgelegt und adres­ siert.
Nachteilig bei diesem Verfahren ist jedoch, daß der Einfluß eines sich ändernden Druckes an der dem Saugrohr abgewandten Seite des Regenerierventils nicht berücksich­ tigt werden kann. Eine derartige Druckänderung kann beispielsweise durch einen Druckabfall am Adsorptions­ filter durch Änderung des Strömungswiderstandes infolge von Alterung, durch eine Ausgasung der in dem Kraftfahr­ zeugtanksystem befindlichen Flüssigkeit oder durch eine Druckerhöhung im Tank durch den Einsatz einer Druckquelle zur Erzeugung eines Drucks in dem Tanksystem, wie sie beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten Patent­ anmeldung Nr. 196 25 702.6 hervorgeht, hervorgerufen werden.
Ferner kann sich der Druck auf der dem Saugrohr abgewand­ ten Seite des Regenerierventils aufgrund einer Höhen­ änderung des Einsatzortes der Brennkraftmaschine ändern.
Aufgrund der oben dargelegten Einflüsse des sich ändern­ den Drucks auf der dem Saugrohr abgewandten Seite des Regenerierventils kann der Volumenstrom durch das Regenerierventil nur schlecht bestimmt werden. Dies trifft insbesondere dann zu, wenn die Brennkraftmaschine unter hoher Last betrieben wird, d. h. bei geöffneter Drosselklappe und deshalb bei einem hohen Saugrohrdruck, da dann der Durchfluß durch das Regenerierventil kleiner wird. In diesem Zustand wirken sich Druckänderungen sehr stark auf den durch das Regenerierventil fließenden Volumenstrom aus.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tankentlüftungsanlage derart weiterzubilden, daß mit möglichst einfachen technischen Mitteln eine möglichst präzise Bestimmung der Durch­ flußmenge ermöglicht wird, wobei Umgebungseinflüsse wie Alterung des Adsorptionsfilters, eine Änderung der Einsatzhöhe der Brennkraftmaschine, eine Ausgasung der in dem Tanksystem befindlichen Flüssigkeit u. dgl. berück­ sichtigt werden sollen.
Vorteile der Erfindung
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tank­ entlüftungsanlage der eingangs beschriebenen Art erfin­ dungsgemäß dadurch gelöst, daß die Differenz der Drücke, die jeweils an der dem Saugrohr zu- und abgewandten Seite des Regenerierventils anliegen, bestimmt werden und aus deren Differenz auf den durch das Regenerierventil strömenden Volumenstrom geschlossen wird.
Die Bestimmung des Drucks, der sowohl an der dem Saugrohr zugewandten Seite als auch an der dem Saugrohr abgewand­ ten Seite des Regenerierventils anliegt, und das Schließen aus deren Differenz auf den durch das Regenerierven­ til strömenden Volumenstrom hat den besonders großen Vorteil, daß sämtliche Einflüsse auf den Druck, der auf der dem Saugrohr abgewandten Seite des Regenerierventils anliegt, einwirken, berücksichtigt werden können. So können beispielsweise eine Änderung der Betriebshöhe der Brennkraftmaschine, eine Ausgasung der in dem Tanksystem befindlichen Flüssigkeit genauso berücksichtigt werden, wie ein Druckabfall am Adsorptionsfilter durch alterungs­ bedingte Änderung seines Strömungswiderstandes.
Rein prinzipiell kann die Differenz der Drücke an der dem Saugrohr zugewandten Seite des Regenerierventils und an der dem Saugrohr abgewandten Seite des Regenerierventils auf unterschiedlichste Art und Weise erfaßt werden.
Eine vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß die Druckdifferenz durch einen zu dem Regenerierventil parallel geschalteten Differenzdrucksensor erfaßt wird. Dies ermöglicht die direkte Erfassung der Druckdifferenz durch einen Differenzdrucksensor und somit die unmittel­ bare und präzise Bestimmung des durch das Regenerierven­ til fließenden Volumenstroms.
Bei einer anderen vorteilhaften Ausführungsform des Ver­ fahrens ist vorgesehen, daß der Druck auf der dem Saugrohr zugewandten Seite und der Druck auf der dem Saugrohr abgewandten Seite separat bestimmt werden. Hierdurch ist zur Differenzdruckbestimmung insbesondere kein technisch aufwendiger und daher kostspieliger Differenzdrucksensor notwendig.
Hinsichtlich der Bestimmung des Drucks auf der dem Saugrohr zugewandten Seite sind die unterschiedlichsten Ausführungsformen denkbar.
Der Druck kann beispielsweise mittels eines Saugrohr­ druckmodells bestimmt werden.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Druck an der dem Saugrohr zugewandten Seite durch einen Drucksensor erfaßt wird.
Dies hat insbesondere den großen Vorteil, daß ein zur Bestimmung des Lastsignals verwendeter Drucksensor zur Bestimmung des durch das Regenerierventil strömenden Volumenstroms mitbenutzt werden kann.
Der Druck an der dem Saugrohr abgewandten Seite wird vorteilhafterweise durch einen Drucksensor erfaßt.
Bei einer vorteilhaften Ausführungsform des Verfahrens ist dabei vorgesehen, daß der Drucksensor ein Differenz­ drucksensor ist, der in der Brückendiagonale einer Druckteilerbrücke angeordnet ist, deren einer Zweig zwei zwischen einer Druckquelle zur Beaufschlagung des Tanksystems mit Druck und der Atmosphäre angeordnete Strömungswiderstände und deren anderer Zweig einen weiteren Strömungswiderstand und den Strömungswiderstand des Tanksystems umfaßt. Auf diese Weise kann eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Tanksystems, wie es beispielsweise aus der nicht vorveröffentlichten Patentanmeldung Nr. 196 25 702.6 hervorgeht, auf die für vorliegende Erfindung Bezug genommen wird, gleichzeitig zur Bestimmung des durch das Regenerierventil strömenden Volumenstroms verwendet werden, so daß keine zusätzlichen Sensoren u. dgl. notwendig sind und hierdurch nicht nur eine technisch einfache und störunanfällige, sondern auch kostengünstige Realisierung des Verfahrens ermöglicht wird.
Die Strömungswiderstände sind dabei vorzugsweise so dimensioniert, daß sie dieselbe Größe wie der Strömungs­ widerstand eines kleinsten zu diagnostizierenden Lecks des Tanksystems aufweisen. Möglich ist es aber auch, daß die Strömungswiderstände unterschiedliche Größe auf­ weisen.
Zeichnung
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen­ stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichneri­ schen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine Vorrichtung zur Durchführung des erfin­ dungsgemäßen Verfahrens zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tankentlüftungsanlage;
Fig. 2 schematisch den Volumenstrom eines Regenerier­ ventils über der Differenz des an der dem Saugrohr abgewandten Seite des Regenerierven­ tils herrschenden Drucks und des an der dem Saugrohr zugewandten Seite des Regenerierven­ tils herrschenden Drucks und
Fig. 3 schematisch ein an sich bekanntes Kraftfahr­ zeugtanksystem.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Wie aus Fig. 3 hervorgeht, umfaßt ein aus dem Stand der Technik bekanntes Kraftfahrzeugtanksystem einen Tank 10, der über ein Aktivkohlefilter 12 und über ein Tank­ entlüftungs- oder Regenerierventil 14 mit einem Saugrohr 20 einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine verbunden ist. In dem Saugrohr 20 ist eine Drosselklappe 22 angeordnet.
Durch Verdunstung entstehen in dem Tank 10 Kohlenwasser­ stoff-Gase, die sich in dem Aktivkohlefilter 12 anlagern. Zur Regenerierung des Aktivkohlefilters 12 wird das Tank­ entlüftungsventil 14 geöffnet, so daß aufgrund des in dem Saugrohr 20 herrschenden Unterdrucks Luft der Atmosphäre durch das Aktivkohlefilter 12 gesaugt wird, wodurch die in dem Aktivkohlefilter 12 angelagerten Kohlenwasser­ stoffe in das Saugrohr 20 gesaugt und der Brennkraftma­ schine zugeführt werden.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, kann zur Prüfung der Dichtheit des Kraftfahrzeugtanksystems eine Druckquelle 30 bei­ spielsweise in Form einer Pumpe vorgesehen sein, die über eine Druckteiler-Brücke 40 mit dem Kraftfahrzeugtanksy­ stem verbunden ist.
Die Druckteiler-Brücke 40 umfaßt einen Brückenzweig 41 in dem zwischen der Pumpe 30 und der Atmosphäre zwei Strömungswiderstände 42, 43 angeordnet sind. Der andere Brückenzweig 46 umfaßt einen weiteren Strömungswiderstand 47, der über das Aktivkohlefilter 12 mit dem Kraftfahr­ zeugtank 10 verbunden ist, sowie den Strömungswiderstand des Kraftfahrzeugtanksystems.
Die Strömungswiderstände 42, 42 und 47 sind dabei so dimensioniert, wie der Strömungswiderstand eines klein­ sten zu diagnostizierenden Lecks des Tanksystems.
Ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung geht beispielsweise aus der Patentanmeldung Nr. 1 96 25 702.6, auf die für vorliegende Erfindung Bezug genommen wird, hervor.
In der Brückendiagonale ist ein Differenzdruckmesser 50 angeordnet, auf dessen einer Seite der Druck p2 und auf dessen anderer Seite der Druck p1 anliegt. Der durch den Differenzdrucksensor 50 gemessene Druck p1-p2 entspricht bei abgeschalteter Pumpe 30 dem Druck, der an dem dem Saugrohr abgewandten Seite des Regenerierventils 14 gemessen wird, d. h. dem Druck pAKF des Ausgangs des Aktivkohlefilters 12. Möglich ist es aber auch, einen Differenzdrucksensor parallel zu dem Regenerierventil 14 anzuordnen, wie es in Fig. 1 schematisch dargestellt ist.
Zur Bestimmung der Durchflußmenge durch das Regenerier­ ventil 14 der Tankentlüftungsanlage wird nun der Druck pAKF auf der dem Saugrohr 20 abgewandten Seite des Regene­ rierventils 14 sowie der Saugrohrdruck psaug bestimmt und hieraus auf den auf das Regenerierventil 14 strömenden Volumenstrom geschlossen.
Der Saugrohrdruck psaug wird beispielsweise über ein Saugrohrdruckmodell bestimmt oder durch einen im Saugrohr 20 angeordneten Saugrohrdrucksensor 23 gemessen.
Zur Messung des Drucks, der an der dem Saugrohr 20 abgewandten Seite des Regenerierventils 14 anliegt, wird zunächst ein Bypassventil 61 geöffnet. Bei ausgeschalte­ ter Pumpe 30 entspricht der Druck p2 dem Umgebungsdruck, so daß die von dem Differenzdruckmesser 50 erfaßte Druckdifferenz p1-p2 dem aktivkohlefilterseitigen Druck, d. h. dem Druck pAKF, der auf der dem Saugrohr 20 abgewand­ ten Seite des Regenerierventils 14 anliegt, entspricht.
Bei abgeschalteter Pumpe gilt demnach
pAKF = p1 - p2.
Ein eventuell vorhandener Drucksensor-Offset wird bei vorgegebenen Umgebungsbedingungen gemessen und berück­ sichtigt. Diese Umgebungsbedingungen sind ein geschlosse­ nes Regenerierventil 14, eine ausgeschaltete Pumpe 30 sowie ein Betriebszustand, in dem sichergestellt ist, daß die in dem Tank befindliche Flüssigkeit nicht gast und der beispielsweise bei einem Kaltstart eines Kraftfahr­ zeugs realisiert ist.
Wenn die Pumpe 30 eingeschaltet ist, beispielsweise um eine Dichtheitsprüfung des Tanksystems vornehmen zu können, oder zur Erhöhung der Regenerierrate des Aktiv­ kohlefilters 12, liegt an dem Anschluß p2 des Differenz­ drucksensors nicht mehr der Umgebungsdruck an, sondern etwa 50% des Pumpenförderdrucks pp. Hierdurch wird der auf die oben beschriebene Weise erfaßte Druck pAKF, d. h. der Druck, der auf der dem Saugrohrdruck abgewandten Seite des Regenerierventils anliegt, verfälscht. Ins­ besondere spielen dabei Toleranzen der Pumpenfördermenge (Pumpenförderdruck pp) eine Rolle.
Die Pumpenfördermenge kann jedoch bei vorgegebenen Umgebungsbedingungen bestimmt werden. Diese Umgebungs­ bedingungen sind ein geschlossenes Regenerierventil 14, ein geöffnetes Absperrventil 61 und ein Betriebszustand, in dem sichergestellt ist, daß die in dem Tank befindli­ che Flüssigkeit nicht gast und der beispielsweise bei einem Kaltstart eines Kraftfahrzeugs realisiert ist.
Unter diesen Umgebungsbedingungen liegt an dem dem Brückenzweig 41 zugewandten Anschluß des Differenz­ drucksensors p1 der gesamte Pumpenförderdruck pp an. An dem dem Brückenzweig 41 abgewandten Zweig des Differenz­ drucksensors 50 p2 liegen dagegen nur etwa 50% dieses gesamten Förderdrucks pp an. Die (absolute) gemessene Druckdifferenz ist dabei ein Maß für den von der Pumpe aufgebrachten Förderdruck
pp = 2 . (p1 - p2).
Auf diese Weise läßt sich die Pumpenfördermenge bei der Bestimmung des Drucks, der auf der dem Saugrohr 20 abgewandten Seite des Regenerierventils 14 anliegt, berücksichtigen. Bei eingeschalteter Pumpe gilt nämlich:
pAKF = p1 - p2 + 1/2 pp.
Die Druckmeßstelle p1 des Differenzdrucksensors 50 kann dabei entweder benachbart zu dem Regenerierventil 14 angeordnet sein oder sie kann auch an dem dem Regenerier­ ventil zugewandten Stutzen des Aktivkohlefilters 12 angeordnet sein. Letztere Anordnung bietet die Möglich­ keit, daß die gesamte in Fig. 1 beschriebene Anordnung aus Druckteiler-Brücke, Pumpe 30 und Differenzdrucksensor 50 in das Aktivkohlefilter 12 integriert werden kann.
Bei einer Messung von pAKF unmittelbar am Regenerierventil 14 ist eine Integration dagegen nicht möglich, da die Leitung zwischen dem Aktivkohlefilter 12 und dem Regene­ rierventil 14 eine Länge von mehreren Metern aufweisen kann.

Claims (8)

1. Verfahren zur Bestimmung der Durchflußmenge durch ein Regenerierventil einer Tankentlüftungsanlage, dadurch gekennzeichnet, daß die Differenz der Drücke, die sowohl an der dem Saugrohr zu- als auch an der dem Saugrohr abgewandten Seite des Regene­ rierventils (14) anliegen (psaug, pAKF) bestimmt werden und aus deren Differenz auf den durch das Regenerierventil (14) strömenden Volumenstrom geschlossen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckdifferenz durch einen zu dem Regene­ rierventil (14) parallel geschalteten Differenz­ drucksensor (51) erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck an der dem Saugrohr zugewandten Seite (psaug) und der Druck an der dem Saugrohr abgewandten Seite (pAKF) des Regenerierventils getrennt bestimmt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck an der dem Saugrohr (20) zugewandten Seite des Regenerierventils (14) mittels eines Saugrohrdruckmodells bestimmt wird.
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck (psaug) an der dem Saugrohr (20) zugewandten Seite des Regenerierventils (14) durch einen in dem Saugrohr (20) angeordneten Drucksensor (23) erfaßt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck an der dem Saugrohr (20) abgewandten Seite des Regenerierventils (14) durch einen Drucksensor (50) erfaßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Drucksensor (50) ein Differenzdrucksensor ist, der in der Brückendiagonale einer Druck­ teiler-Brücke (40) angeordnet ist, deren einer Zweig zwei zwischen einer Druckquelle (30) zur Beaufschlagung des Tanksystems mit Druck und der Atmosphäre an­ geordnete Strömungswiderstände (42, 43), und deren anderer Zweig (46) einen weiteren Strömungswider­ stand (47) und den Strömungswiderstand des Tanksy­ stems umfaßt.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß man die Strömungswiderstände (42, 43, 47) so wählt, daß sie dieselbe Größe wie der Strömungs­ widerstand eines kleinsten zu diagnostizierenden Lecks aufweisen.
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