DE19830234C2 - Verfahren zum Prüfen einer Tankanlage in einem Kraftfahrzeug auf Dichtheit - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Prüfen einer Tankanlage in einem Kraftfahrzeug auf Dichtheit mit einem Tankentlüftungssystem.

Zur Diagnose von Leckagen in einer Kraftfahrzeugtank­ anlage wird zu Beginn die Tankanlage unter Druck ge­ setzt, dann druckdicht abgeschlossen und anschließend über eine bestimmte Zeit der Druckverlauf im Tank be­ obachtet. Ändert dieser sich nicht über ein vorgegebe­ nes Maß hinaus, so wird ein dichtes System angenommen.

In der gattungsgemäßen DE 197 48 862 A1 ist eine Kraftstoffdampfbearbeitungseinrichtung zur Verwendung mit einem Motor, der einen Kraftstofftank mit einem Eingußstutzen aufweist, vorgeschlagen, bei der das Vorhandensein von Lecks des Kraftstoffdampfes entspre­ chend einer Änderung eines Prüfdrucks, der in einen Spülungsdurchlaß eingeleitet wurde, festgestellt wird. Dabei sind zwei alternative Diagnosemöglichkeiten be­ schrieben, welche einmal mit einem Überdruck, ein an­ deres Mal mit einem Unterdruck in dem System arbeiten. Insbesondere bei der Leckdiagnose mit Unterdruck, muß dabei gewartet werden bis festgestellt wird, daß sich ein entsprechender Ansaugunterdruck eingestellt hat, so daß die Diagnose durchgeführt werden kann. Ver­ gleichbares gilt bei der Diagnose mit Überdruck, hier wird gewartet bis sich durch die Erwärmung des Kraft­ stoffs nach dem Starten des Motors ein durch den Kraftstoffdampf entstehender Überdruck eingestellt hat.

Weitere Diagnoseverfahren sind z. B. aus der DE 44 27 688 A1, DE 43 03 997 A1, US 56 78 523 und DE 196 36 713 A1 bekannt.

Bei den bekannten Verfahren lassen sich Leckagen zu­ meist nur erkennen, wenn diese einen Durchmesser von 1 mm und größer besitzen. Bei kleineren Leckagen ergeben sich Probleme bezüglich der Zuverlässigkeit in der Erkennung von Leckagen. Aufgrund vorgegebener Gesetz­ gebung, z. B. in den USA, wobei Leckagen von 0,5 mm Durchmesser erkannt werden sollen, müssen die Diagno­ severfahren entsprechend verbessert werden. Dabei be­ steht jedoch das Problem, daß bei den bekannten Ver­ fahren sich ein Druckverlauf während der Diagnose der­ art ergibt, daß nach Absenken des Tankinnendruckes Ausgleichsvorgänge ablaufen, die selbst bei absolut dichtem Tank zum Ansteigen des Druckes führen. Derar­ tige Ausgleichsvorgänge beinhalten Ausgasungen oder Kondensationen des Kraftstoffes. Der von solchen Aus­ gleichsvorgängen hervorgerufene Anstieg im Druck über­ deckt dabei Druckänderungen, die von sehr kleinen Leckagen hervorgerufen werden und verhindert somit eine sichere Diagnose. Sind die Ausgleichsvorgänge, die einen Zeitraum von ca. 10 bis 15 Minuten in An­ spruch nehmen, abgelaufen, stellt sich ein gleichmäßi­ ger Zustand ein, womit Auswirkungen von Leckagen deut­ licher unterscheidbar wären. Diese Zeit steht jedoch bei "on board"-Prüfungen nicht zur Verfügung um diesen Zustand abzuwarten.

Bei den bekannten Verfahren kann die Diagnose auf Leckagen nur dann durchgeführt werden, wenn das Fahr­ zeug steht bzw. im Leerlauf betrieben wird, wobei hierzu einige Minuten erforderlich sind, z. B. Still­ stand an einer Ampel, und weitere Randbedingungen er­ füllt sein müssen. Dieser Betriebszustand des Fahrzeu­ ges wird jedoch auch regelmäßig dazu benützt eine Re­ generierung des Behälters durchzuführen, welcher Kraftstoffdämpfe absorbiert und im Allgemeinen ein Aktivkohlebehälter ist. Dieser Behälter muß regelmäßig und so oft wie möglich gespült werden, wozu das Ab­ sperrventil geöffnet wird und über die Belüftungslei­ tung und das ebenfalls offene Regenerierventil die Spülluft der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Auf diese Weise wird der Aktivkohlefilter wieder regene­ riert. Wird nun in diesen Fahrbetriebszuständen eine Dichtigkeitsdiagnose durchgeführt, so steht die hier­ für erforderliche Zeit nicht zur Regenerierung des Aktivkohlebehälters zur Verfügung. Da bei den bekann­ ten Diagnoseverfahren häufig Fehlmessungen auftreten, muß das Verfahren öfters wiederholt werden bis zuver­ lässige Werte erhalten werden. Dies bedeutet, daß wertvolle Zeit zum Regenerieren des Aktivkohlebehäl­ ters bei den bekannten Verfahren verloren geht, wes­ halb der Behälter aus Sicherheitsgründen entsprechend groß dimensioniert sein muß, damit er jederzeit noch wirksam bleibt.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die eingangs erwähnten Verfahren zur Fehler­ diagnose bezüglich ihrer Genauigkeit zu verbessern, wobei das Prüfungsverfahren so weit wie möglich ohne Störung des normalen Fahrbetriebes, insbesondere einer Regenerierung des Aktivkohlebehälters, erfolgen soll.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die in An­ spruch 1 genannten Merkmale gelöst.

Eines der wesentlichen Merkmale der Erfindung besteht nunmehr darin, daß die Tankanlage nahezu während des gesamten Betriebes unter einem vorgegebenen Druck ge­ halten wird. Dies bedeutet, nach einer gewissen Vor­ laufzeit, in der die Ausgleichsvorgänge abgelaufen sind, liegt ein stabiler Betrieb nahezu während der gesamten Betriebszeit des Kraftfahrzeuges vor und das Prüfungsverfahren kann zu beliebigen Gelegenheiten durchgeführt werden und zwar ohne daß es durch Aus­ gleichsvorgänge verfälscht wird. Ein wesentlicher Vor­ teil der Erfindung besteht dabei darin, daß man nicht mehr wie beim Stand der Technik darauf beschränkt ist, das Prüfungsverfahren im Leerlauf bzw. Stillstand des Fahrzeuges durchzuführen, in der auch die erforderli­ che Regenerierung des Aktivkohlebehälters durchgeführt werden soll, sondern daß das Prüfungsverfahren erfin­ dungsgemäß nunmehr auch im Fahrbetrieb, z. B. bei Teil­ last, durchgeführt werden kann.

Dabei wird man die Tankanlage mit einem geringen Un­ terdruck betreiben, da sich dieser auf sehr einfache Weise, z. B. durch eine entsprechende Einstellung des Absperrventils und dessen Ausgestaltung als Regelven­ til erreichen läßt.

Außerdem läßt sich bei einem Betrieb der Tankanlage unter konstantem Unterdruck die Prüfung der Tankanlage auf Dichtheit derart verfeinern, daß nach eine r Prü­ fung der Tankanlage auf Dichtheit kurzzeitig die Tank­ anlage drucklos oder unter Überdruck betrieben werden kann, wobei ein eventuelles Ausgasen oder Kondensieren gemessen und von den während des vorangegangenen Prü­ fungsverfahrens ermittelten Werten abgezogen wird.

Dadurch, daß die Tankanlage mit einem konstanten Un­ terdruck betrieben wird, sind nach einer gewissen Zeit die Ausgleichsvorgänge abgelaufen. Bringt man nun er­ findungsgemäß die Tankanlage trotzdem nochmals kurz­ zeitig auf Überdruck oder macht diese wenigstens drucklos, so kann man auf diese Weise überprüfen, ob es während des vorangegangenen Messverfahrens nicht doch zu Ausgasungen oder Kondensationen gekommen ist. Dies wäre z. B. dann der Fall, wenn der Kraftstoff re­ lativ warm ist, da dann die leicht flüchtigen Bestand­ teile des Kraftstoffes eher ausgasen können. Mit der erfindungsgemäßen Erweiterung läßt sich auf diese Wei­ se somit die Messgenauigkeit nochmals verbessern.

In einer zusätzlichen Weiterbildung der Erfindung kann darüber hinaus vorgesehen sein, daß bei dem Prüfungs­ verfahren das Tankvolumen und der Füllungsgrad des Tanks berücksichtigt wird.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann dabei vorgesehen sein, daß sofort nach dem Start der Brennkraftmaschine über das Regenerier­ ventil Spülluft, bei entsprechend geöffnetem Absperr­ ventil, durch den Aktivkohlebehälter gezogen wird, um diesen zu regenerieren. Wenn der Vorgang eingesetzt hat, wird das Absperrventil so angesteuert, daß es wie eine variable Drossel wirkt bzw. als Regelventil einen konstanten Unterdruck im Tank einstellt, der durch den Tankdrucksensor kontrolliert und gegebenenfalls nach­ gestellt wird. Damit läßt sich der Aktivkohlebehälter sehr gut spülen, was es erlaubt, dessen Aufnahmekapa­ zität in besonders vorteilhafter Weise und in annä­ hernd allen Betriebsfällen möglichst hoch zu halten.

Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung prinzipmäßig beschrieben.

Es zeigt:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Brenn­ kraftmaschine mit einer Tankentlüftungsanlage und einer Einrichtung zum Überprüfen der Funk­ tionsfähigkeit der Tankentlüftungsanlage, und

Fig. 2 ein Diagramm mit einem Druckverlauf bei einem Prüfungsverfahren nach der Erfindung.

Die in der Fig. 1 dargestellte Tankanlage mit einer Tankentlüftung für ein Kraftfahrzeug ist nur stark vereinfacht dargestellt. Sie weist einen Kraftstoffbe­ hälter bzw. Tank 1 auf, der mit einem Einfüllstutzen versehen ist, welcher durch einen Tankdeckel 2 herme­ tisch abschließbar ist. Der Tank 1 ist weiterhin mit einem Tankdrucksensor 3 versehen, durch den der Druck in der Tankanlage messbar ist. Von dem Tank 1 aus geht eine Kraftstoffzuleitung 4, die mit einer Kraftstoff­ pumpe 5 versehen ist, zu einem Motor 6. Der Tank 1 ist weiterhin mit einer Be- und Entlüftungsleitung 7 ver­ sehen, in der ein Behälter 8, nämlich ein Aktivkohle­ behälter, angeordnet ist, der aus dem Tank austretende Kraftstoffdämpfe adsorbiert. Von dem Aktivkohlebehäl­ ter 8 aus führt eine Regenerierungsleitung 9, in der ein Regenerierventil 10 angeordnet ist, zu einem Mo­ torsaugrohr 11. Der Aktivkohlebehälter 8 ist weiterhin über eine Belüftungsleitung 12, in der ein Absperrven­ til 13 angeordnet ist, mit der Atmosphäre verbindbar. Das Absperrventil 13 ist als regelbare Drossel bzw. als Regelventil ausgebildet. Das Absperrventil 13, das Regenerierventil 10 und der Tankdrucksensor 3 sind jeweils über Steuerleitungen mit einem Motorsteuerge­ rät 14 verbunden.

Um nun die Aufnahmekapazität des Aktivkohlebehälters 8 in allen Betriebsfällen möglichst hoch zu halten, wird nach dem Start der Brennkraftmaschine so schnell wie möglich begonnen, über das Regenerierventil 10 Spül­ luft bei entsprechend geöffnetem Absperrventil 13 durch den Aktivkohlebehälter 8 zu ziehen und somit diesen zu regenerieren. Sobald dieser Vorgang einge­ setzt hat, wird das Absperrventil 13 so angesteuert, daß es wie eine variable Drossel wirkt bzw. als Regel­ ventil einen konstanten Unterdruck im Tank 1 ein­ stellt, der durch den Tankdrucksensor 3 kontrolliert wird. Über die Steuerleitungen und das Motorsteuerge­ rät 14 wird in nicht näher dargestellter Weise die Regelung so durchgeführt, daß sich der vorgegebene Unterdruck stets einhalten läßt.

Das erfindungsgemäße Prüfungsverfahren auf Dichtheit läuft auf folgende Weise ab:

1. Grobleckerkennung

Wenn sich in der Tankanlage ein großes Loch befindet, z. B. wenn der Tankdeckel 2 nicht richtig geschlossen ist, dann kann die Druckregelung den erwünschten Un­ terdruck nicht einstellen. Dies ist damit bereits kurz nach dem Start erkennbar und kann zur Warnung dem Fah­ rer angezeigt werden.

2. Feinleckerkennung

War der konstante Unterdruck für mindestens mehrere Minuten im Tank 1 vorhanden, kann die eigentliche Prü­ fung ablaufen. Mit Beginn der Prüfung wird der Tank 1 abgeschlossen und der Druckverlauf beobachtet. Der Anstieg des Druckes ist dabei direkt proportional zur vorhandenen Leckage. Liegt er in einer vorgegebenen Zeitdauer unterhalb einer definierten Grenze, kann man von zulässigen Leckagen ausgehen.

Aus der Fig. 2 ist der Druckverlauf während des Prü­ fungsverfahrens erkennbar. Auf der Ordinate ist der Druck in der Tankanlage und auf der Abszisse die Zeit angegeben. Im idealen Zustand, wenn kein Leck vorhan­ den ist, wird sich eine horizontale Linie entsprechend der gestrichelten Linie 15 ergeben, d. h. ein konstan­ ter Druck verbleiben. Ergibt sich jedoch eine anstei­ gende Linie gemäß Linie 16, entsprechend Δt zu ΔP, so ist daraus ersichtlich, daß sich eine Leckage in der Tankanlage befindet.

Um jedoch sicherzugehen, daß während des Prüfungsver­ fahrens keine Ausgasungsvorgänge stattgefunden haben, kann man auch nach der Durchführung einer Feinleckprü­ fung den Tank entspannen, d. h. drucklos machen, und diesen dann wieder druckdicht abschließen. Ergibt sich in dieser Situation ein Druckanstieg, so kennzeichnet dieser das Maß einer doch vorhandenen Ausgasung. Die­ ser Ausgasungsanteil kann dann rechnerisch von dem Feinleckanstieg abgezogen werden und ergibt damit die Nettoleckage.

Der Druckanstieg in der Tankanlage während der Prüfung ist jedoch nicht unabhängig vom Füllstand des Tankes. Bei einem nahezu leeren Tank ergibt sich ein anderer Druckgradient als bei einem Tank, der weitgehend ge­ füllt ist und nur ein geringes Gasvolumen besitzt. Im letzteren Fall wird der Druckanstieg steiler sein, weil das Gasvolumen kleiner ist. Über eine Korrelation bzw. Berücksichtigung des Füllstandes des Tanks läßt sich eine noch schärfere Erkennung von Leckagen errei­ chen. Da bei den meisten modernen Fahrzeugen der Füll­ stand im Tank für die Motorsteuerung und damit dem Motorsteuergerät 14 zugänglich ist, kann eine derarti­ ge Korrelation ohne besondere zusätzliche Kosten er­ reicht werden.

Das Prüfungsverfahren muß jedoch nicht unbedingt im Stillstand des Fahrzeuges durchgeführt werden, sondern es kann auch bei hoher Last und schneller Fahrt absol­ viert werden. Die Durchführung des Prüfungsverfahrens in diesem Fahrzustand, in welchem keine Regenerierung des Aktivkohlebehälters 8 möglich ist, bietet sich deshalb besonders an. Da das Prüfungsverfahren nur ca. 1 bis 2 Minuten in Anspruch nimmt, stört das kurzzei­ tige Absperren der Tankanlage den Fahrbetrieb nicht.

Als permanenter Unterdruck während des Fahrbetriebes kann man z. B. -10 hPa vorsehen.

Claims (4)

1. Verfahren zum Prüfen einer Tankanlage in einem Kraftfahrzeug auf Dichtheit mit einem Kraftstoff­ dämpfe absorbierenden Behälter, der über eine Ent­ lüftungsleitung mit einem Kraftstofftank und über eine Regenerierungsleitung mit einem Saugrohr der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeuges verbunden ist, und der eine mit der Atmosphäre in Verbindung stehende Belüftungsleitung aufweist, die mittels eines Absperrventiles verschließbar ist, mit einem den Systemdruck der Tankanlage erfassenden Druck­ sensor, und mit einem in der Regenerierungsleitung angeordneten Regenerierungsventil, das zum Zulei­ ten der im Behälter gespeicherten Kraftstoffdämpfe und zum Aufbau eines Unterdruckes in der Tankent­ lüftungsanlage geöffnet wird, und wobei die Prü­ fung bei druckdicht abgeschlossener Tankanlage durchgeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Tankanlage wenigstens annähernd während des gesamten Betriebes des Kraftfahrzeuges unter einem vorgegebenen Unterdruck gehalten wird, und daß nach einer Vorlaufzeit, die wenigstens annähernd der Zeitspanne entspricht, in der Ausgleichsvor­ gänge wie Kondensation oder Ausgasung von Kraft­ stoff abgeschlossen sind, die Prüfung auf Dicht­ heit zu beliebigen Zeitpunkten und in beliebigen Betriebszuständen des Fahrzeuges durchgeführt wird, wobei nach einer Prüfung der Tankanlage auf Dichtheit kurzzeitig die Tankanlage drucklos oder unter Überdruck betrieben wird, und wobei ein eventuelles Ausgasen oder Kondensieren gemessen und von den während des vorangegangenen Prüfungs­ verfahrens ermittelten Werten abgezogen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absperrventil als Regelventil (13) derart aus­ gebildet wird, daß in der Tankanlage stets Unter­ druck vorliegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem Start der Brennkraftmaschine bei geöffne­ tem Regelventil (13) durch das Regenerierventil (10) Spülluft durch den Behälter (8) gezogen wird, wobei danach das Regelventil (13) derart angesteu­ ert wird, daß in der Tankanlage stets Unterdruck vorliegt.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß bei den Prüfungsverfahren das Tankvolumen und der Füllungsgrad des Tankes berücksichtigt wird.