EP1518047A1 - Method for determining the load of an activated carbon container in a tank ventilation system - Google Patents

Method for determining the load of an activated carbon container in a tank ventilation system

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EP1518047A1
EP1518047A1 EP03735358A EP03735358A EP1518047A1 EP 1518047 A1 EP1518047 A1 EP 1518047A1 EP 03735358 A EP03735358 A EP 03735358A EP 03735358 A EP03735358 A EP 03735358A EP 1518047 A1 EP1518047 A1 EP 1518047A1
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EP
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exhaust gas
tank ventilation
activated carbon
engine
determined
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Neil Armstrong
Peter Hohner
Anton Waltner
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DaimlerChrysler AG
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    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode

Definitions

  • the invention relates to a method for determining a loading of an activated carbon container of a tank ventilation system according to the preamble of patent claim 1 and a direct-injection gasoline engine according to the preamble of patent claim 9.
  • Direct injection gasoline engines have injectors or injectors that inject fuel directly into the cylinders of the engine. Depending on a time of injection of the fuel into the cylinders, the operating modes of the engine are designated. If the injection occurs during the intake of the air, so that the injected fuel has sufficient time to distribute uniformly throughout the combustion chamber, it is called a homogeneous operation of the gasoline engine. The homogeneous operation differs essentially not from previously known combustion method with injection of the fuel into the intake passage. In the ideal case of homogeneous operation, the fuel burns completely.
  • the fuel does not have enough time in the entire combustion chamber to distribute. It forms a mixture cloud on the spark plug, while in the remaining combustion chamber, only air is present. This mode is called shift operation. Here, ideally, the entire mixture burns in the cloud.
  • the mixture composition changes in the homogeneous operation of the engine by about 20%.
  • a targeted introduction of the fuel vapor into the engine must take place.
  • an engine control unit controls a regeneration valve (RV).
  • RSV regeneration valve
  • the flow rate in the working area of the regeneration valve can be controlled almost continuously via a map adaptation with the parameters load and speed.
  • regeneration shuts off (idle) or can not operate (for example, at full load, i.e., lack of vacuum, or stratified operation without throttling).
  • a lambda control monitors whether the amount of fuel added complies with the specified limits when the regeneration is switched on. If the flow is too large, the flow rate will be reduced to keep driveability and exhaust emissions within an optimal range.
  • a loading of the activated carbon container can be determined via the deviation or change in the injection quantity.
  • Appropriate condition for such a relationship is a substantially complete combustion of all hydrocarbons.
  • the engine In stratified operation, the engine must be throttled slightly, so that it can be regenerated via a resulting negative pressure of the activated carbon canister.
  • the hydrocarbons from the activated carbon container are distributed homogeneously in the combustion chamber and are only partially burned there. The unburned hydrocarbons enter the catalyst where they are chemically converted and increase the catalyst temperature.
  • Hydrocarbons can not be measured by means of a lambda probe since the lambda probe reacts only to the oxygen content in the exhaust gas.
  • a tank ventilation system for a direct-injection internal combustion engine is known.
  • the internal combustion engine has an air-assisted injection system, wherein in certain operating states of the internal combustion engine, the scavenging air for regenerating the activated carbon Filter the tank ventilation system is added to the injection system by means of an air compressor generated atomizing air.
  • a method for tank ventilation in an internal combustion engine is known.
  • a degree of loading of an activated carbon filter is determined, and calculated depending on the height and a predetermined value for a maximum fuel mass flow through the tank venting a target purge flow, and the duty cycle for the tank vent valve depending on the desired purge flow, the temperature of the purge stream and the Pressure gradient on the tank venting valve adjusted so that caused by the purging Lambda deviation of a controller of the lambda control device does not exceed a predetermined maximum value.
  • the object of the present invention is the specification of methods with which a simple determination of a loading state of an activated carbon container is possible. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and a gasoline engine having the features of patent claim 9.
  • the loading state of an activated carbon container can be determined in a simple manner, so that, for example, on the basis of this loading state, an optimum tank ventilation can be carried out, taking into account a desired force / air ratio.
  • an exhaust gas temperature determined downstream of a catalytic converter arranged downstream of the gasoline engine is compared during operation of the tank venting with an exhaust gas temperature determined when the tank venting is switched off or inactive.
  • the exhaust gas temperatures are calculated for different operating conditions of the engine with non-activated tank ventilation via a model and divided by activated with tank ventilation (in the presence of the same engine operating condition) measured exhaust gas temperatures, based on such established temperature quotients the loading of the activated carbon container is calculated or derived on the basis of corresponding previously known characteristic curves. This method is associated with relatively little measurement effort.
  • a regeneration valve of a tank ventilation system is controlled on the basis of the detected load condition of an activated carbon container.
  • control of the regeneration valve is expediently carried out as a function of the exhaust gas temperature, a speed-load operating point of the engine, a loading of the activated carbon container and / or the operating mode of the engine (homogeneous operation or stratified operation) or a combination of these parameters.
  • Direct injection gasoline engines according to the invention expediently have thermocouples for measuring the respective exhaust gas temperatures downstream and / or upstream of a catalytic converter downstream of the gasoline engine.
  • thermocouples exhaust gas temperatures are easier and reliably measurable, so that the illustrated methods are reliable feasible.
  • the gasoline engine according to the invention is designed with a computer device, for example a motor control device, for carrying out the methods according to the invention.
  • the inventive method allows over conventional solutions higher Regenerierraten, since according to the invention, for example, a regeneration in shift operation is possible. Overall, the engine operation can take place to a greater extent in shift operation, since regeneration can be carried out both in homogeneous operation and in shift operation. Overall, this results in lower fuel consumption. The possibility of regeneration in all engine operating modes also results in lower emissions of unburned hydrocarbons.
  • 1 is a schematic representation of the injection components of a direct injection gasoline engine
  • FIG. 2 is a schematic representation of the essential components of a direct injection gasoline engine
  • FIG. 3 shows a diagram for illustrating a first preferred embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 6 is a diagram illustrating a fourth preferred embodiment of the inventive method.
  • a spark plug for igniting the air-fuel mixture is designated 16.
  • FIG. 2 schematically shows an internal combustion engine 21 which has an intake tract 22 for intake of air. Fuel is injected directly into the cylinders of the internal combustion engine via injection valves 25, which are supplied with fuel by an injection rail 26. In the intake manifold 22 is a throttle valve 28 and upstream of this, an air mass meter 30, in which a Ansaug ⁇ réelle 32 intake air is passed.
  • the injection rail 26 is supplied via a fuel line 27, which is fed from a pump module 37, with fuel.
  • the pump module 37 is arranged in a tank 40.
  • the tank 40 there is fuel 41.
  • the cavity located above the fuel 41 is filled with fuel vapor 42 filled.
  • the tank 40 is further coupled via a tank vent line 44, which opens into a ventilation port 46, to the environment, so that a pressure equalization can take place.
  • an activated carbon container 50 is connected, which is formed with hydrocarbons absorbent activated carbon material. This measure ensures that no hydrocarbons can be released from the tank vent line 44 to the vent connection 46, since the hydrocarbons are absorbed in the activated carbon material.
  • a valve 52 is connected, which can be actuated by an actuator 54.
  • the actuator 54 is controlled via unspecified lines of an engine control unit 60.
  • the activated charcoal canister 50 is connected to the intake tract 22 of the internal combustion engine 21 with a second outlet via a regeneration line 62.
  • the regeneration line 62 opens in this case between the throttle valve 28 and the internal combustion engine 21 in the intake tract 22nd
  • a regeneration valve 64 is connected, which is actuated via an actuator 66.
  • the regeneration valve 64 is commonly referred to as a tank vent valve.
  • the control unit 60 is via unspecified, and only partially shown lines with the air mass meter 30, the throttle valve 28, the injection valves 25 and the actuator 66 of the regeneration valve 64 is connected and reads from these lines corresponding measured values or controls the corresponding components.
  • the activated charcoal canister 50 absorbs fuel vapor at its inlet facing the tank 40.
  • the activated carbon container 50 is regenerated during operation of the internal combustion engine.
  • the regeneration valve 64 by switching the regeneration valve 64, the regeneration line 62 is released from the activated carbon container 50 to the intake tract 22.
  • the discharge valve 52 is closed so that the output of the activated charcoal canister 50 associated therewith is disconnected from the ventilation connection 46. It is then possible to supply air to the activated charcoal canister 50 via a line (not shown), which then flows from the activated charcoal canister 50 into the exhaust gas tract 22 with the regenerating line 64 open, with the vapor line 62 entrained.
  • the regeneration valve 64 is controlled by the engine control system 60 to ensure a targeted introduction of fuel vapor.
  • the flow rate in the regeneration valve workspace can be almost continuously controlled via a map adaptation with the parameters Last and control speed. In certain operating ranges, the regeneration switches off (for example, empty run), or can not work.
  • the engine in the shift operation, the engine must be easily throttled so that it can be regenerated via the negative pressure of the activated charcoal filter 50.
  • the hydrocarbons from the activated carbon container are homogeneously distributed in the combustion chamber and are only partially burned there. Unburned hydrocarbons pass via the exhaust gas tract 68 into the catalytic converter 70 where they are chemically converted and increase the catalyst temperature.
  • hydrocarbons can not be measured by means of the lambda probe 72 since the lambda probe 72 only reacts to the oxygen content in the exhaust gas. A determination of the loading of the activated carbon container 50 via the lambda probe 72 in stratified operation is therefore not possible.
  • thermocouple 74 the downstream of the catalyst 70 thermocouple 74 is provided, by means of which the temperature of the exhaust gas can be measured downstream of the catalyst. On the basis of the difference of the exhaust gas temperature when carried out tank venting to the exhaust gas temperature without tank venting can be concluded on the loading condition of the activated carbon container 50.
  • the realization of the detection of the loading of the activated carbon container 50 can take place in various ways.
  • the agglomerate temperature is determined without corrections from a map spanned by engine speed and engine load.
  • Two further characteristics are used to factor in the influences of fuel-air ratio (lambda) and ignition timing as factors in the exhaust gas temperature.
  • the generation of the exhaust gas temperature above lambda is performed based on the air-fuel ratio in a step 302 and the exhaust gas temperature characteristic on an ignition angle based on the ignition timing in a step 303.
  • the thus obtained (calculated) value for the exhaust gas temperature without tank venting is divided in step 306 by the (measured) temperature determined in the exhaust gas line downstream of the catalytic converter 70 by means of the temperature element 74. If unburned HC fractions of the tank ventilation are converted in the catalytic converter during the shift, a (measurable) increase in the temperature of the exhaust gas occurs, causing a Factor of the temperature quotient of> 1 results.
  • This temperature quotient serves as the input variable of a characteristic curve in which the conversion into the current charge of the activated carbon container takes place (step 307).
  • the loading of the activated carbon container 50 can also be carried out via an exhaust gas temperature adaptation algorithm.
  • an exhaust gas temperature adaptation algorithm Such a method will now be explained with reference to FIG.
  • the measured exhaust gas temperature without tank ventilation is determined and stored within certain characteristic map areas. This determination or measurement takes place only in non-active tank ventilation to determine a ground state. To determine the exhaust gas temperature without tank ventilation, it proves useful to let the engine drive through all the map areas. The difference to the algorithm described with reference to FIG.
  • exhaust gas temperatures are measured here as a function of the respective speed and load values. According to the algorithm described with reference to FIG. 3, these exhaust-gas temperatures are calculated in the manner illustrated with the aid of the abovementioned parameters or characteristic numbers when tank ventilation is not switched on.
  • the map measurement is symbolized at 402 by means of a dashed line position of a switch 402 ', wherein in this position a correlation is possible with the tank venting of measured temperatures with the parameters load and speed. If all the map areas are traversed or detected, the tank ventilation is activated at 402. After switching on or activating the tank ventilation, the stored values of the exhaust gas temperature in the characteristic field are no longer changed (symbolized by a second position of the switch 402 'represented by a solid line).
  • step 404 The values determined in this way are, in analogy to step 306, divided in a step 403 by the temperature measured by means of the thermocouple 74 downstream of the catalytic converter.
  • the loading of the activated carbon container is then determined analogously to the method shown in Figure 3 with the exhaust gas temperature model via quotient formation and conversion by means of a characteristic (step 404).
  • thermocouple 84 is disposed upstream of the catalyst 70. A corresponding method is shown in FIG.
  • a speed-dependent and load-dependent characteristic map of a catalyst exothermy is calculated when the tank ventilation is not switched on.
  • the exhaust gas temperatures are measured before and after the catalyst.
  • the difference is determined from the temperatures thus measured.
  • the values, again modified by means of delay element and low-pass filter, of the characteristic map determined in step 501 are correlated in a step 505 with the temperature difference determined in step 504 with quotient formation. From the resulting characteristic of the temperature turquotienten the loading of the activated carbon container 50 can be determined (step 506).
  • the absolute exhaust gas temperature which depends not only on the rotational speed and the load but also on the ignition angle, lambda, etc., need not be known. Therefore, the exhaust gas temperature model described in FIG. 3 simplifies here to a catalyst exothermic model dependent only on the rotational speed and the load of the engine.
  • a step 601 exhaust gas temperatures upstream and downstream of the catalytic converter are initially measured when tank ventilation is not switched on via suitable speed and load ranges (switch 602 'at 602 in dashed line position). The temperature differences determined in this way are stored in a speed-dependent and load-dependent adaptation characteristic map for a catalytic exotherm without tank venting.
  • step 604 the characteristic curve of the quotient with respect to the loading of the activated charcoal canister 50 determined in step 603 is determined.
  • This algorithm thus again provides the catalyst exotherm without tank venting by measurement to compare it with the measured catalytic exothermicity with the tank vent on at the end of the detection or learning phase and to determine the charcoal container loading based on this comparison.
  • a regulation of the tank ventilation rate is expediently carried out to provide a constant exhaust gas temperature or a predetermined flow rate of the regeneration valve 64.
  • the purpose of the regeneration is to remove the bound hydrocarbons from the activated carbon container 50. Depending on a determined charge of the activated carbon container 50, a more or less intensive regeneration can then be carried out.

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Abstract

A method for determining the load of an activated carbon container in a tank ventilation system of an especially direct injection spark ignition engine with determination of the thermal influence of operation of the tank ventilation of the exhaust gas of the spark ignition engine and determination of the activated carbon container on the basis of said thermal influence.

Description

Verfahren zur Bestimmung einer Beladung eines Aktivkohlebehälters eines Tankentlύftungssystems Method for determining a loading of an activated carbon container of a tank ventilation system
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Beladung eines Aktivkohlebehälters eines Tankentlüftungssystems nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie einen direkteinspritzenden Ottomotor nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.The invention relates to a method for determining a loading of an activated carbon container of a tank ventilation system according to the preamble of patent claim 1 and a direct-injection gasoline engine according to the preamble of patent claim 9.
Direkteinspritzende Ottomotoren verfügen über Einspritzventile bzw. Injektoren, die den Kraftstoff direkt in die Zylinder des Motors einspritzen. Abhängig von einem Zeitpunkt der Einspritzung des Kraftstoffes in die Zylinder werden die Betriebsarten des Motors bezeichnet. Erfolgt die Einspritzung während des Ansaugens der Luft, so dass der eingespritzte Kraftstoff ausreichend Zeit hat, sich im gesamten Brennraum gleichförmig zu verteilen, spricht man von einem homogenen Betrieb des Ottomotors. Der homogene Betrieb unterscheidet sich im wesentlichen nicht von bisher bekannten Brennverfahren mit Einspritzung des Kraftstoffes in den Ansaugkanal. Im Idealfall des homogenen Betriebes verbrennt der Kraftstoff vollständig.Direct injection gasoline engines have injectors or injectors that inject fuel directly into the cylinders of the engine. Depending on a time of injection of the fuel into the cylinders, the operating modes of the engine are designated. If the injection occurs during the intake of the air, so that the injected fuel has sufficient time to distribute uniformly throughout the combustion chamber, it is called a homogeneous operation of the gasoline engine. The homogeneous operation differs essentially not from previously known combustion method with injection of the fuel into the intake passage. In the ideal case of homogeneous operation, the fuel burns completely.
Erfolgt die Einspritzung des Kraftstoffes erst während der Kompression, das heisst kurz vor der Zündung, hat der Kraftstoff nicht ausreichend Zeit, sich im gesamten Brennraum zu verteilen. Es bildet sich eine Gemischwolke an der Zündkerze, während im restlichen Brennraum nur Luft vorhanden ist. Diese Betriebsart wird als Schichtbetrieb bezeichnet. Hier verbrennt im Idealfall das gesamte Gemisch in der Wolke.If the injection of the fuel takes place only during the compression, ie shortly before the ignition, the fuel does not have enough time in the entire combustion chamber to distribute. It forms a mixture cloud on the spark plug, while in the remaining combustion chamber, only air is present. This mode is called shift operation. Here, ideally, the entire mixture burns in the cloud.
Zwischenzustände zwischen homogenem Betrieb und Schichtbetrieb sind ebenfalls möglich, falls beispielsweise Kraftstoff in den Ansaugkanal zugegeben wird, oder eine frühe (in den Saughub) oder eine späte Einspritzung (in den Kompressionshub) vorgesehen ist. In diesem Fall verbrennt, abhängig von der Gemischzusammensetzung, nur das Gemisch in der Wolke komplett. Das restliche, homogen im Brennraum verteilte Gemisch wird als unverbrannte HC-Emissionen über den Auslasskanal ausgeschoben. Im Auslass treffen die unverbrannten Kohlenwasserstoffe auf den Katalysator, in dem sie mit der überschüssigen Luft der Schichtladung zu Wasser und Kohlendioxid umgesetzt werden. Diese Umsetzung im Katalysator hat eine Temperaturerhöhung von Katalysator und Abgas (Exothermie) zur Folge.Intermediate states between homogeneous operation and stratified operation are also possible if, for example, fuel is added to the intake passage, or an early (in the intake stroke) or a late injection (in the compression stroke) is provided. In this case, depending on the mixture composition, only the mixture in the cloud completely burns. The remaining mixture homogeneously distributed in the combustion chamber is ejected as unburned HC emissions via the outlet channel. At the outlet, the unburned hydrocarbons impinge on the catalyst, where they are converted to water and carbon dioxide with the excess air of the stratified charge. This reaction in the catalyst has a temperature increase of catalyst and exhaust gas (exothermic) result.
Bei der Konzipierung eines Ottomotors ist ferner zu beachten, dass durch Verdampfen von Kraftstoff Kohlenwasserstoffe aus dem Tank in die Atmosphäre entweichen. Dieser Effekt belastet die Umwelt und steigt mit der Temperatur des Kraftstoffes im Tank an. Mit dem Einsatz von Aktivkohlebehältern (AKB) , die die aus dem Tank verdampfenden Kohlenwasserstoffe speichern, lassen sich die gesetzlichen Auflagen (shed-Test) im Zusammenhang mit Verdampfungsverlusten erfüllen. Hierbei ist der Tank nur über den genannten Aktivkohlebehälter belüftet. Wegen des begrenzten Aufnahmevolumens der Aktivkohle muss jedoch eine stetige Regenerierung der Aktivkohle erfolgen. Bei laufendem Motor wird hierzu Luft über den Aktivkohlebehälter angesaugt und als Gemisch dem Motor zur Verbrennung zugeführt. Wird beispielsweise 1% der angesaugten Motorluft als Kraftstoffdampf zugegeben, so verändert sich die Gemischzusammensetzung im homogenen Betrieb des Motors um etwas 20%. Um die Abgasemissionen in den gewünschten Grenzen zu halten und die Laufeigenschaften des Motors sicherzustellen, muss eine gezielte Einleitung des Kraftstoffdampfes in den Motor erfolgen.When designing a gasoline engine, it should also be noted that by evaporating fuel hydrocarbons escape from the tank into the atmosphere. This effect pollutes the environment and increases with the temperature of the fuel in the tank. With the use of activated carbon containers (AKB), which store the hydrocarbons evaporating from the tank, the shed test can be fulfilled in connection with evaporation losses. In this case, the tank is ventilated only over the said activated charcoal filter. However, because of the limited uptake volume of the activated carbon, a continuous regeneration of the activated carbon must take place. When the engine is running this air is sucked through the activated carbon canister and fed as a mixture to the engine for combustion. For example, if 1% of the intake engine air than Fuel vapor added, the mixture composition changes in the homogeneous operation of the engine by about 20%. In order to keep the exhaust emissions within the desired limits and to ensure the running properties of the engine, a targeted introduction of the fuel vapor into the engine must take place.
Zu diesem Zwecke steuert ein Motorsteuergerät (MSG) ein Regenerierventil (RV) an. Die Durchflussmenge lässt sich im Arbeitsbereich des Regenerierventils nahezu kontinuierlich über eine Kennfeldanpassung mit den Parametern Last und Drehzahl steuern. In bestimmten Betriebsbereichen schaltet die Regenerierung ab (Leerlauf) oder kann nicht wirken (beispielsweise bei Volllast, d.h. fehlendem Unterdruck, oder einem Schichtbetrieb ohne Androsselung) .For this purpose, an engine control unit (MSG) controls a regeneration valve (RV). The flow rate in the working area of the regeneration valve can be controlled almost continuously via a map adaptation with the parameters load and speed. In certain operating ranges, regeneration shuts off (idle) or can not operate (for example, at full load, i.e., lack of vacuum, or stratified operation without throttling).
Zusätzlich überwacht eine Lambdaregelung, ob beim Einschalten der Regenerierung die zugegebene Krafstoffmenge die vorgegebenen Grenzen einhält. Ist der Durchfluss zu gross, wird die Durchflussmenge verringert, um Fahrverhalten und Abgasemissionen in einem optimalen Bereich zu halten.In addition, a lambda control monitors whether the amount of fuel added complies with the specified limits when the regeneration is switched on. If the flow is too large, the flow rate will be reduced to keep driveability and exhaust emissions within an optimal range.
Die Überwachung der Durchflussmenge aus der Tankentlüftung basiert auf der Lambdaregelung, die im homogenen Motorbetrieb das Gemisch auf Lambda = 1 festhält. Je höher der Anteil der Kraftstoffdämpfe aus der Tankentlüftung im Saugrohr ist, desto weniger Kraftstoff muss über die Einspritzventile eingespritzt werden, um den Motor in einem konstanten Betriebspunkt zu halten.The monitoring of the flow rate from the tank ventilation is based on the lambda control, which holds the mixture at Lambda = 1 in homogeneous engine operation. The higher the fraction of fuel vapors from the tank breather in the intake manifold, the less fuel must be injected through the injectors to maintain the engine at a constant operating point.
Über die Abweichung bzw. Veränderung der Einspritzmenge ist daher eine Beladung des Aktivkohlebehälters bestimmbar. Zweckmässige Voraussetzung für eine derartige Beziehung ist eine im wesentlichen vollständige Verbrennung sämtlicher Kohlenwasserstoffe .Therefore, a loading of the activated carbon container can be determined via the deviation or change in the injection quantity. Appropriate condition for such a relationship is a substantially complete combustion of all hydrocarbons.
Im Schichtbetrieb muss der Motor leicht angedrosselt werden, damit über einen hierbei entstehenden Unterdruck der Aktivkohlebehälter regeneriert werden kann. Die Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlebehälter gelangen homogen verteilt in den Brennraum und werden dort nur teilweise verbrannt. Die unverbrannten Kohlenwasserstoffe gelangen in den Katalysator, werden dort chemisch umgesetzt und erhöhen die Katalysatortemperatur.In stratified operation, the engine must be throttled slightly, so that it can be regenerated via a resulting negative pressure of the activated carbon canister. The hydrocarbons from the activated carbon container are distributed homogeneously in the combustion chamber and are only partially burned there. The unburned hydrocarbons enter the catalyst where they are chemically converted and increase the catalyst temperature.
Mittels einer Lambda-Sonde können Kohlenwasserstoffe nicht gemessen werden, da die Lambda-Sonde nur auf den Sauerstoffanteil im Abgas reagiert.Hydrocarbons can not be measured by means of a lambda probe since the lambda probe reacts only to the oxygen content in the exhaust gas.
Eine Bestimmung der Beladung des Aktivkohlebehälters mittels einer Lambda-Sonde im Schichtbetrieb ist also nicht möglich.A determination of the loading of the activated carbon container by means of a lambda probe in stratified operation is therefore not possible.
Aus der DE 199 47 080 Cl ist eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Regenerierung eines Aktivkohlefilters bekannt. Dabei wird zum Regenerieren eines Aktivkohlebehälters, der in der Tankentlüftung einer Brennkraftmaschine, welche mit luftunterstützter Benzin-Direkteinspritzung betrieben wird, vorgesehen ist, an der Hochdruckseite der die Druckluft für die Einspritzung erzeugenden Druckerzeugunseinheit ein Druckregler angeschlossen, dessen abgelassene Luft durch den Aktivkohlebehälter geleitet wird, um diesen zu regenerieren.From DE 199 47 080 Cl a device and a method for the regeneration of an activated carbon filter is known. In this case, to regenerate an activated carbon container, which is provided in the tank ventilation of an internal combustion engine, which is operated with air-assisted gasoline direct injection, connected to the high-pressure side of the compressed air for injection generating Druckununseinheit a pressure regulator, the discharged air is passed through the activated carbon container, to regenerate this.
Aus der DE 196 17 386 Cl ist ein Tanklüftungssystem für eine direkt einspritzende Brennkraftmaschine bekannt. Hierbei weist die Brennkraftmaschine ein luftunterstütztes Einspritzsystem auf, wobei in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine die Spülluft zum Regenerieren des Aktivkohle- filters der Tankentlüftungsanlage der mittels eines Luftkompressors erzeugten Zerstäubungsluft für das Einspritzsystem beigemengt wird.From DE 196 17 386 Cl a tank ventilation system for a direct-injection internal combustion engine is known. In this case, the internal combustion engine has an air-assisted injection system, wherein in certain operating states of the internal combustion engine, the scavenging air for regenerating the activated carbon Filter the tank ventilation system is added to the injection system by means of an air compressor generated atomizing air.
Schliesslich ist aus der DE 197 01 353 Cl ein Verfahren zur Tankentlüftung bei einer Brennkraftmaschine bekannt . Hierbei wird ein Belandungsgrad eines Aktivkohlefilters ermittelt, und abhängig von dessen Höhe und einem vorgegebenen Wert für einen maximal möglichen Kraftstoffmassenstrom durch das Tankentlüftungsventil ein Soll-Spülstrom berechnet, und das Tastverhältnis für das Tankentlüftungsventil abhängig von dem Soll-Spülstrom, der Temperatur des Spülstromes und dem Druckgefälle am Tankentlüftungsventil so eingestellt, dass die durch den Spülvorgang hervorgerufene Lambdaabweichung eines Reglers der Lambdaregelungseinrichtung einen vorgegebenen Maximalwert nicht überschreitet.Finally, from DE 197 01 353 Cl a method for tank ventilation in an internal combustion engine is known. Here, a degree of loading of an activated carbon filter is determined, and calculated depending on the height and a predetermined value for a maximum fuel mass flow through the tank venting a target purge flow, and the duty cycle for the tank vent valve depending on the desired purge flow, the temperature of the purge stream and the Pressure gradient on the tank venting valve adjusted so that caused by the purging Lambda deviation of a controller of the lambda control device does not exceed a predetermined maximum value.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Angabe von Verfahren, mit denen eine einfache Bestimmung eines Beladungszustandes eines Aktivkohlebehälters möglich ist. Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie einen Ottomotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9.The object of the present invention is the specification of methods with which a simple determination of a loading state of an activated carbon container is possible. This object is achieved by a method having the features of patent claim 1 and a gasoline engine having the features of patent claim 9.
Mit dem erfindungsgemäss angegebenen Verfahren ist der Beladungszustand eines Aktivkohlebehälters in einfacher Weise feststellbar, so dass beispielsweise auf der Grundlage dieses Beladungszustandes eine unter Berücksichtigung eines gewünschten Kraft-Luft-Verhältnisses optimale Tankentlüftung durchgeführt werden kann.With the method according to the invention, the loading state of an activated carbon container can be determined in a simple manner, so that, for example, on the basis of this loading state, an optimum tank ventilation can be carried out, taking into account a desired force / air ratio.
Vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemässen Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche. Gemäss einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfin- dungsgemässen Verfahrens wird eine stromabwärts eines dem Ottomotor nachgeschalteten Katalysators festgestellte Abgastemperatur bei Betrieb der Tankentlüftung mit einer bei ausgeschalteter bzw. inaktiver Tankentlüftung ermittelten Abgas- temperatur verglichen. Ein derartiger Vergleich zwischen Abgastemperaturen bei eingeschalteter und nicht eingeschalteter Tankentlüftung (bei im übrigen gleichen Betriebsparametern des Motors) erlaubt in einfacher Weise Rückschlüsse auf den Beladungszustand des Aktivkohlebehälters.Advantageous embodiments of the inventive method are the subject of the dependent claims. According to a first preferred embodiment of the method according to the invention, an exhaust gas temperature determined downstream of a catalytic converter arranged downstream of the gasoline engine is compared during operation of the tank venting with an exhaust gas temperature determined when the tank venting is switched off or inactive. Such a comparison between exhaust gas temperatures when the tank ventilation is switched on and not switched on (with otherwise the same operating parameters of the engine) allows conclusions to be drawn as to the loading state of the activated carbon container in a simple manner.
Es erweist sich als vorteilhaft, dass die Abgastemperaturen für unterschiedliche Betriebszustände des Motors bei nichtak- tivierter Tankentlüftung über ein Modell berechnet werden und durch bei aktivierter Tankentlüftung (bei Vorliegen des gleichen Motor-Betriebszustandes) gemessene Abgastemperaturen geteilt werden, wobei auf der Grundlage derart festgestellter Temperaturquotienten die Beladung des Aktivkohlebehälters berechnet bzw. anhand entsprechender vorbekannter Kennlinienfelder abgeleitet wird. Dieses Verfahren ist mit relativ wenig Messaufwand verbunden.It proves to be advantageous that the exhaust gas temperatures are calculated for different operating conditions of the engine with non-activated tank ventilation via a model and divided by activated with tank ventilation (in the presence of the same engine operating condition) measured exhaust gas temperatures, based on such established temperature quotients the loading of the activated carbon container is calculated or derived on the basis of corresponding previously known characteristic curves. This method is associated with relatively little measurement effort.
Für den Fall, dass das beschriebene Modell keine ausreichenden Genauigkeiten liefert, erweist es sich als zweckmässig, Abgastemperaturen bei nicht aktivierter Tankentlüftung zu messen und in einem von der Motordrehzahl und Motorlast abhängigen Kennfeld zu speichern, und anschliessend bei aktiver Tankentlüftung gemessene Abgastemperaturen durch die derart gespeicherten Abgastemperaturen zu dividieren, und die Beladung des Aktivkohlebehälters auf der Grundlage derart ermittelter Temperaturquotienten zu ermitteln. Dieses Verfahren erweist sich in der Praxis als sehr genau und zuverlässig. Anstelle einer Messung bzw. Betrachtung von Temperaturen lediglich stromabwärtig des Katalysators ist es gemäss einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ebenfalls möglich, Temperaturen stromaufwärtig und stromabwärtig des Katalysators bei nicht aktiver bzw. aktiver Tankentlüftung festzustellen, d.h. zu berechnen oder zu messen, auf der Grundlage derart ermittelter Temperaturen für die jeweiligen Motorbetriebszustände Abgastemperaturdifferenzen festzustellen, und unter entsprechender Korrelation dieser Temperaturdifferenzen bei aktiver und nicht aktiver Tankentlüftung auf dem Beladungszustand des Aktivkohlebehälters zu schliessen. Mit dieser Feststellung der Exothermie des Katalysators, d.h. der Temperaturfreisetzung durch Umsetzung unverbrannter Kohlenwasserstoffe, müssen keine absoluten Abgastemperaturen berechnet bzw. verwendet werden, wodurch sich zu verwendende Rechenmodelle stark vereinfachen.In the event that the model described does not provide sufficient accuracies, it proves useful to measure exhaust gas temperatures at non-activated tank ventilation and store in a dependent on the engine speed and engine load map, and then measured at active tank ventilation exhaust gas temperatures by the thus stored Divide exhaust gas temperatures, and determine the loading of the activated carbon container on the basis of thus determined temperature quotient. This method proves to be very accurate and reliable in practice. Instead of measuring temperatures just downstream of the catalyst, according to another preferred embodiment of the invention, it is also possible to determine, ie to calculate or measure, temperatures upstream and downstream of the catalyst with inactive tank venting on the basis of such determined temperatures for the respective engine operating conditions determine exhaust gas temperature differences, and close with appropriate correlation of these temperature differences with active and inactive tank ventilation on the loading condition of the activated carbon container. With this determination of the exothermicity of the catalyst, ie the temperature release by reaction of unburned hydrocarbons, no absolute exhaust gas temperatures must be calculated or used, which greatly simplify to be used calculation models.
Zweckmässigerweise wird auf der Grundlage des festgestellten Beladungszustandes eines Aktivkohlenbehälters ein Regenerierventil eines Tankentlüftungssystems gesteuert .Conveniently, a regeneration valve of a tank ventilation system is controlled on the basis of the detected load condition of an activated carbon container.
Hierbei erfolgt die Steuerung des Regenerierventils zweckmässigerweise in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, einem Drehzahl-Last-Betriebspunkt des Motors, einer Beladung des Aktivkohlebehälters und/oder des Betriebsmodus des Motors (homogener Betrieb oder Schichtbetrieb) oder einer Kombination dieser Parameter.In this case, the control of the regeneration valve is expediently carried out as a function of the exhaust gas temperature, a speed-load operating point of the engine, a loading of the activated carbon container and / or the operating mode of the engine (homogeneous operation or stratified operation) or a combination of these parameters.
Erfindungsgemässe direkteinspritzende Ottomotoren weisen zweckmässigerweise stromabwärtig und/oder stromaufwärtig eines dem Ottomotor nachgeschalteten Katalysators Thermoelemente zur Messung der jeweiligen Abgastemperaturen auf. Mit derartigen Thermoelementen sind Abgastemperaturen in einfacher und zuverlässiger Weise messbar, so dass die dargestellten Verfahren zuverlässig durchführbar sind.Direct injection gasoline engines according to the invention expediently have thermocouples for measuring the respective exhaust gas temperatures downstream and / or upstream of a catalytic converter downstream of the gasoline engine. With such thermocouples exhaust gas temperatures are easier and reliably measurable, so that the illustrated methods are reliable feasible.
Zweckmässigerweise ist der erfindungsgemässe Ottomotor mit einer Rechnereinrichtung, beispielsweise einem Motorsteuerge- rät zur Durchführung der erfindungsgemässen Verfahren ausgebildet.Expediently, the gasoline engine according to the invention is designed with a computer device, for example a motor control device, for carrying out the methods according to the invention.
Das erfindungsgemässe Verfahren erlaubt gegenüber herkömmlichen Lösungen höhere Regenerierraten, da erfindungsgemäss beispielsweise auch eine Regenerierung im Schichtbetrieb möglich ist. Der Motorbetrieb kann insgesamt zu einem grösseren Anteil im Schichtbetrieb erfolgen, da sowohl im homogenen Betrieb, als auch im Schichtbetrieb regeneriert werden kann. Dies hat insgesamt einen geringeren Benzinverbrauch zur Folge. Die Möglichkeit der Regenerierung in sämtlichen Motorbetriebsmodi führt ferner zu geringeren Emissionen an unverbrannten Kohlenwasserstoffen.The inventive method allows over conventional solutions higher Regenerierraten, since according to the invention, for example, a regeneration in shift operation is possible. Overall, the engine operation can take place to a greater extent in shift operation, since regeneration can be carried out both in homogeneous operation and in shift operation. Overall, this results in lower fuel consumption. The possibility of regeneration in all engine operating modes also results in lower emissions of unburned hydrocarbons.
Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnung weiter erläutert.The invention will now be explained with reference to the accompanying drawings.
Dabei zeigen:Showing:
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Einspritzkomponenten eines direkt einspritzenden Ottomotors,1 is a schematic representation of the injection components of a direct injection gasoline engine,
Fig. 2 eine schematische Darstellung der wesentlichen Komponenten eines direkteinspritzenden Ottomotors,2 is a schematic representation of the essential components of a direct injection gasoline engine,
Fig. 3 ein Schaubild zur Darstellung einer ersten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens,3 shows a diagram for illustrating a first preferred embodiment of the method according to the invention,
Fig. 4 ein Schaubild zur Darstellung einer zweiten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, Fig. 5 ein Schaubild zur Darstellung einer dritten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens, und4 shows a diagram to illustrate a second preferred embodiment of the method according to the invention, 5 is a diagram showing a third preferred embodiment of the inventive method, and
Fig. 6 ein Schaubild zur Darstellung einer vierten bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens .Fig. 6 is a diagram illustrating a fourth preferred embodiment of the inventive method.
Wie in Figur 1 zu erkennen ist, erfolgt bei einem direkteinspritzenden Ottomotor das Einspritzen von Kraftstoff in einen mittels eines Kolbens 10 beaufschlagten Zylinder 11 über eine Einspritzdüse 12. Der hierbei entstehende kegelförmige Einspritzstrahl ist schematisch dargestellt und mit 14 bezeichnet. Die Mittel zur Zugabe von Luft bzw. unverbrannten Kohlenwasserstoffen aus der Tankentlüf ung in den Zylinder 11 sind nicht im Einzelnen dargestellt .As can be seen in FIG. 1, in a direct-injection gasoline engine, the injection of fuel into a cylinder 11 acted upon by a piston 10 takes place via an injection nozzle 12. The cone-shaped injection jet which arises in this case is shown schematically and designated 14. The means for adding air or unburned hydrocarbons from the Tankentlüf ung in the cylinder 11 are not shown in detail.
Eine Zündkerze zum Entzünden des Luft-Kraftstoffgemisches ist mit 16 bezeichnet.A spark plug for igniting the air-fuel mixture is designated 16.
In Figur 2 ist schematisch eine Brennkraftmaschine 21 dargestellt, die einen Ansaugtrakt 22 zum Ansaugen von Luft aufweist. Über Einspritzventile 25, die von einer Einspritzschiene 26 mit Kraftstoff versorgt werden, wird Kraftstoff direkt in die Zylinder der Brennkraftmaschine eingespritzt. Im Ansaugtrakt 22 befindet sich eine Drosselklappe 28 und stromauf von dieser ein Luftmassenmesser 30, in den über eine Ansaugδffnung 32 Ansaugluft geleitet wird.FIG. 2 schematically shows an internal combustion engine 21 which has an intake tract 22 for intake of air. Fuel is injected directly into the cylinders of the internal combustion engine via injection valves 25, which are supplied with fuel by an injection rail 26. In the intake manifold 22 is a throttle valve 28 and upstream of this, an air mass meter 30, in which a Ansaugδffnung 32 intake air is passed.
Die Einspritzschiene 26 wird über eine Kraftstoffleitung 27, die aus einem Pumpenmodul 37 gespeist wird, mit Kraftstoff versorgt. Das Pumpenmodul 37 ist in einem Tank 40 angeordnet.The injection rail 26 is supplied via a fuel line 27, which is fed from a pump module 37, with fuel. The pump module 37 is arranged in a tank 40.
In dem Tank 40 befindet sich Kraftstoff 41. Der über dem Kraftstoff 41 befindliche Hohlraum ist mit Kraftstoffdampf 42 gefüllt. Der Tank 40 ist ferner über eine Tankentlüftungsleitung 44, die in einem Belüftungsanschluss 46 mündet, an die Umgebung angekoppelt, so dass ein Druckausgleich erfolgen kann.In the tank 40 there is fuel 41. The cavity located above the fuel 41 is filled with fuel vapor 42 filled. The tank 40 is further coupled via a tank vent line 44, which opens into a ventilation port 46, to the environment, so that a pressure equalization can take place.
In die Tankentlüftungsleitung 44 ist ein Aktivkohlebehälter 50 geschaltet, welcher mit Kohlenwasserstoffe absorbierendem Aktivkohlematerial ausgebildet ist. Durch diese Massnahme ist sichergestellt, dass aus der Tankentlüftungsleitung 44 keine Kohlenwasserstoffe an den Belüftungsanschluss 46 abgegeben werden können, da die Kohlenwasserstoffe im Aktivkohlematerial absorbiert werden.In the tank vent line 44, an activated carbon container 50 is connected, which is formed with hydrocarbons absorbent activated carbon material. This measure ensures that no hydrocarbons can be released from the tank vent line 44 to the vent connection 46, since the hydrocarbons are absorbed in the activated carbon material.
Zwischen dem Belüftungsanschluss 46 und dem diesen zugeordneten Ausgang des Aktivkohlebehälters ist ein Ventil 52 angeschlossen, das von einem Stellglied 54 betätigbar ist. Das Stellglied 54 ist über nicht näher bezeichnete Leitungen von einem Motorsteuergerät 60 ansteuerbar.Between the ventilation port 46 and the associated output of the activated carbon container, a valve 52 is connected, which can be actuated by an actuator 54. The actuator 54 is controlled via unspecified lines of an engine control unit 60.
Der Aktivkohlebehälter 50 ist mit einem zweiten Ausgang über eine Regenerierleitung 62 mit dem Ansaugtrakt 22 der Brennkraftmaschine 21 verbunden.The activated charcoal canister 50 is connected to the intake tract 22 of the internal combustion engine 21 with a second outlet via a regeneration line 62.
Die Regenerierleitung 62 mündet hierbei zwischen der Drosselklappe 28 und der Brennkraftmaschine 21 in dem Ansaugtrakt 22.The regeneration line 62 opens in this case between the throttle valve 28 and the internal combustion engine 21 in the intake tract 22nd
In die Regenerierleitung 62 ist ein Regenerierventil 64 geschaltet, das über ein Stellglied 66 betätigbar ist. Das Regenerierventil 64 wird üblicherweise als Tankentlüftungsventil bezeichnet.In the regeneration line 62, a regeneration valve 64 is connected, which is actuated via an actuator 66. The regeneration valve 64 is commonly referred to as a tank vent valve.
Das Steuergerät 60 ist über nicht näher bezeichnete, und nur teilweise dargestellte Leitungen mit dem Luftmassenmesser 30, der Drosselklappe 28, den Einspritzventilen 25 und dem Stellglied 66 des Regenerierventils 64 verbunden und liest über diese Leitungen entsprechende Messwerte aus bzw. steuert die entsprechenden Bauteile an.The control unit 60 is via unspecified, and only partially shown lines with the air mass meter 30, the throttle valve 28, the injection valves 25 and the actuator 66 of the regeneration valve 64 is connected and reads from these lines corresponding measured values or controls the corresponding components.
Der Aktivkohlebehälter 50 absorbiert an seinem dem Tank 40 zugewandten Eingang eintreten Kraftstoffdampf . Um zu verhindern, dass bei vollständiger Beladung des Aktivkohlebehälters ein Durchbruch von Kohlenwasserstoffen zum Belüftungsanschluss 46 erfolgt, wird der Aktivkohlebehälter 50 im Betrieb der Brennkraftmaschine regeneriert . Zu diesem Zwecke wird durch Schalten des Regenerierventils 64 die Regenerierleitung 62 vom Aktivkohlebehälter 50 zum Ansaugtrakt 22 freigeschaltet. Gleichzeitig wird das Ablassventil 52 geschlossen, so dass der diesem zugeordnete Ausgang des Aktivkohlebehälters 50 vom Belüftungsanschluss 46 abgetrennt ist. Es ist dann möglich, über eine (nicht dargestellte) Leitung dem Aktivkohlebehälter 50 Luft zuzuführen, welche anschliessend bei offenem Regenerierventil 64 durch die Regenerierleitung 62 unter Mitnahme von Kraftstoffdämpfen aus dem Aktivkohlebehälter 50 in den Abgastrakt 22 strömt.The activated charcoal canister 50 absorbs fuel vapor at its inlet facing the tank 40. In order to prevent a breakthrough of hydrocarbons to the ventilation port 46 takes place with complete loading of the activated carbon container, the activated carbon container 50 is regenerated during operation of the internal combustion engine. For this purpose, by switching the regeneration valve 64, the regeneration line 62 is released from the activated carbon container 50 to the intake tract 22. At the same time, the discharge valve 52 is closed so that the output of the activated charcoal canister 50 associated therewith is disconnected from the ventilation connection 46. It is then possible to supply air to the activated charcoal canister 50 via a line (not shown), which then flows from the activated charcoal canister 50 into the exhaust gas tract 22 with the regenerating line 64 open, with the vapor line 62 entrained.
Es wurde bereits darauf hingewiesen, dass, wenn beispielsweise 1% der angesaugten Motorluft als Kraftstoffdampf zugegeben wird, sich die Gemischzusammensetzung im homogenen Betrieb des Motors um ca. 20% verändert. Um die Abgasemissionen in gewünschten Grenzen zu halten und die Laufeigenschaften des Motors sicherzustellen, erfolgt zur Gewährleistung einer gezielten Einleitung von Kraftstoffdampf eine Steuerung des Regenerierventils 64 durch die Motorsteuerung 60. Die Durchflussmenge lässt sich im Arbeitsbereich des Regenerierventils nahezu kontinuierlich über eine Kennfeldanpassung mit den Parametern Last und Drehzahl steuern. In bestimmten Betriebsbereichen schaltet die Regenerierung ab (beispielsweise Leer- lauf) , oder kann nicht wirken. Wie bereits erwähnt, ist es beim homogenen Betrieb des Motors möglich, die Beladung des Aktivkohlebehälters 50 über die Abweichung der Einspritzmenge zu bestimmen.It has already been pointed out that if, for example, 1% of the intake engine air is added as fuel vapor, the mixture composition changes in the homogeneous operation of the engine by about 20%. In order to keep the exhaust emissions within desired limits and to ensure the running properties of the engine, the regeneration valve 64 is controlled by the engine control system 60 to ensure a targeted introduction of fuel vapor. The flow rate in the regeneration valve workspace can be almost continuously controlled via a map adaptation with the parameters Last and control speed. In certain operating ranges, the regeneration switches off (for example, empty run), or can not work. As already mentioned, it is possible in homogeneous operation of the engine to determine the loading of the activated carbon container 50 via the deviation of the injection quantity.
Es wurde ferner bereits darauf hingewiesen, dass im Schichtbetrieb der Motor leicht angedrosselt werden muss, damit über den Unterdruck der Aktivkohlebehälter 50 regeneriert werden kann. Die Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlebehälter sind homogen verteilt in dem Brennraum und werden dort nur teilweise verbrannt. Unverbrannte Kohlenwasserstoffe gelangen ü- ber den Abgastrakt 68 in den Katalysator 70, werden dort chemisch umgesetzt und erhöhen die Katalysatortemperatur.It has also been pointed out that in the shift operation, the engine must be easily throttled so that it can be regenerated via the negative pressure of the activated charcoal filter 50. The hydrocarbons from the activated carbon container are homogeneously distributed in the combustion chamber and are only partially burned there. Unburned hydrocarbons pass via the exhaust gas tract 68 into the catalytic converter 70 where they are chemically converted and increase the catalyst temperature.
Mittels der Lambdasonde 72 können Kohlenwasserstoffe jedoch nicht gemessen werden, da die Lambdasonde 72 nur auf den Sauerstoffanteil im Abgas reagiert . Eine Bestimmung der Beladung des Aktivkohlebehälters 50 über die Lambdasonde 72 im Schichtbetrieb ist also nicht möglich.However, hydrocarbons can not be measured by means of the lambda probe 72 since the lambda probe 72 only reacts to the oxygen content in the exhaust gas. A determination of the loading of the activated carbon container 50 via the lambda probe 72 in stratified operation is therefore not possible.
Aus diesem Grunde ist das dem Katalysator 70 nachgeschaltete Thermoelement 74 vorgesehen, mittels dessen die Temperatur des Abgases stromabwärts des Katalysators gemessen werden kann. Auf der Grundlage der Differenz der Abgastemperatur bei durchgeführter Tankentlüftung zu der Abgastemperatur ohne Tankentlüftung kann auf den Beladungszustand des Aktivkohlebehälters 50 geschlossen werden.For this reason, the downstream of the catalyst 70 thermocouple 74 is provided, by means of which the temperature of the exhaust gas can be measured downstream of the catalyst. On the basis of the difference of the exhaust gas temperature when carried out tank venting to the exhaust gas temperature without tank venting can be concluded on the loading condition of the activated carbon container 50.
Die Realisierung der Erkennung der Beladung des Aktivkohlebehälters 50 kann auf verschiedene Arten erfolgen. Zunächst wird anhand der Figur 3 die Möglichkeit eines Vergleiches einer berechneten Abgastemperatur ohne Tankentlüftung mit einer gemessenen Abgastemperatur (bei wirksamer Tankentlüftung) betrachtet . Bei dem Vergleich von berechneter Abgastemperatur (ohne Tankentlüftung) und gemessener Abgastemperatur (mit Tankentlüftung) wird zunächst in einem Schritt 301 aus einem über Motordrehzahl und Motorlast aufgespannten Kennfeld die Ag- bastemperatur ohne Korrekturen ermittelt. Über zwei weitere Kennlinien werden die Einflüsse von Kraftstoff-Luft-Verhältnis (Lambda) und Zündzeitpunkt als Faktoren in die Abgastemperatur eingerechnet. Die Erstellung der Kennlinie für die Abgastemperatur über Lambda wird auf der Grundlage des Kraftstoff-Luft-Verhältnisses in einem Schritt 302 und die Kennlinie für die Abgastemperatur über einem Zündwinkel auf der Grundlage des Zündzeitpunktes in einem Schritt 303 durchgeführt .The realization of the detection of the loading of the activated carbon container 50 can take place in various ways. First, the possibility of comparing a calculated exhaust gas temperature without tank ventilation with a measured exhaust gas temperature (with effective tank ventilation) is considered with reference to FIG. In the comparison of calculated exhaust gas temperature (without tank venting) and measured exhaust gas temperature (with tank venting), first of all, in a step 301, the agglomerate temperature is determined without corrections from a map spanned by engine speed and engine load. Two further characteristics are used to factor in the influences of fuel-air ratio (lambda) and ignition timing as factors in the exhaust gas temperature. The generation of the exhaust gas temperature above lambda is performed based on the air-fuel ratio in a step 302 and the exhaust gas temperature characteristic on an ignition angle based on the ignition timing in a step 303.
Bei Änderungen von Drehzahl, Last, Zündzeitpunkt oder Lambda wirken sich diese erst mit einer gewissen Zeitverzögerung auf die Abgastemperatur stromabwärts des Katalysators aus, da die Gassäule zunächst die Brennkraftmaschine 21, und anschliessend den Katalysator 70 durchlaufen muss. Weiterhin müssen bei einer Änderung zuerst der Motor, sowie der Abgasstrang und der Katalysator erwärmt bzw. abgekühlt werden. Diese Gegebenheiten werden mittels einer Tiefpassfilterung in einem Schritt 305 berücksichtigt, wobei dem Schritt 305 zweckmässigerweise eine Verzögerung mittels eines Verzδgerungsgliedes in einem Schritt 304 vorgeschaltet ist.In the case of changes in rotational speed, load, ignition point or lambda, these only affect the exhaust gas temperature downstream of the catalytic converter with a certain time delay, since the gas column first has to pass through the internal combustion engine 21, and then the catalytic converter 70. Furthermore, in a change first the engine, as well as the exhaust gas line and the catalyst must be heated or cooled. These conditions are taken into account by means of a low-pass filtering in a step 305, the step 305 expediently preceded by a delay by means of a delay element in a step 304.
Der so erhaltene (berechnete) Wert für die Abgastemperatur ohne Tankentlüftung wird in einem Schritt 306 durch die in dem Abgasstrang stromabwärts des Katalysators 70 mittels des Temperaturgliedes 74 ermittelte (gemessene) Temperatur dividiert. Werden unverbrannte HC-Anteile der Tankentlüftung im Schichtbetrieb im Katalysator umgesetzt, kommt es zu einer (messbaren) Temperaturerhöhung im Abgas, wodurch sich ein Faktor des Temperaturquotienten von >1 ergibt. Dieser Temperaturquotient dient als Eingangsgrösse einer Kennlinie, in der die Umrechnung in die aktuelle Beladung des Aktivkohlebehälters erfolgt (Schritt 307) .The thus obtained (calculated) value for the exhaust gas temperature without tank venting is divided in step 306 by the (measured) temperature determined in the exhaust gas line downstream of the catalytic converter 70 by means of the temperature element 74. If unburned HC fractions of the tank ventilation are converted in the catalytic converter during the shift, a (measurable) increase in the temperature of the exhaust gas occurs, causing a Factor of the temperature quotient of> 1 results. This temperature quotient serves as the input variable of a characteristic curve in which the conversion into the current charge of the activated carbon container takes place (step 307).
Ist das Abgastemperaturmodell, welches im Zusammenhang mit dem in Figur 3 dargestellten Algorithmus verwendet wurde, zu ungenau, um die Beladung des Aktivkohlebehälters 50 hinreichend genau zu bestimmen, kann die Beladung des Aktivkohlebehälters 50 auch über einen Algorithmus mit Adaption der Abgastemperatur durchgeführt werden. Ein derartiges Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf Figur 4 erläutert . Hier wird in einem Schritt 401 in einem Kennfeld, welches über Drehzahl und Last des Motors aufgespannt ist, jeweils innerhalb von bestimmten Kennfeldbereichen die gemessene Abgastemperatur ohne Tankentlüftung festgestellt und gespeichert. Diese Feststellung bzw. Messung erfolgt nur bei nichtaktiver Tankentlüftung, um einen Grundzustand zu ermitteln. Zur Feststellung der Abgastemperatur ohne Tankentlüftung erweist es sich als zweckmässig, den Motor alle Kennfeldbereiche durchfahren zu lassen. Der Unterschied zu dem unter Bezugnahme auf Figur 3 beschriebenen Algorithmus besteht demnach darin, dass hier abhängig von jeweiligen Drehzahl- und Lastwerten Abgastemperaturen gemessen werden. Gemäss dem unter Bezugnahme auf Figur 3 beschriebenen Algorithmus werden diese Abgastemperaturen bei nicht eingeschalteter Tankentlüftung auf die dargestellte Weise unter Zugrundelegung der genannten Parameter bzw. Kennzahlen berechnet. In Figur 4 ist die Kennfeldausmessung bei 402 mittels einer gestrichelt dargestellten Position eines Schalters 402' symbolisiert, wobei in dieser Stellung eine Korrelation bei ausgeschalteter Tankentlüftung gemessener Temperaturen mit den Parametern Last und Drehzahl möglich ist . Sind sämtliche Kennfeldbereiche durchfahren bzw. festgestellt, wird bei 402 die Tankentlüftung aktiviert. Nach Zuschaltung bzw. Aktivierung der Tankentlüftung werden die gespeicherten Werte der Abgastemperatur im Kennfeld nicht mehr verändert (symbolisiert durch eine zweite, mit durchgezogener Linie dargestellte Position des Schalters 402').If the exhaust gas temperature model which was used in conjunction with the algorithm shown in FIG. 3 is too imprecise to determine the charge of the activated carbon container 50 with sufficient accuracy, the loading of the activated carbon container 50 can also be carried out via an exhaust gas temperature adaptation algorithm. Such a method will now be explained with reference to FIG. Here, in a map 401, which is spanned by the speed and load of the engine, the measured exhaust gas temperature without tank ventilation is determined and stored within certain characteristic map areas. This determination or measurement takes place only in non-active tank ventilation to determine a ground state. To determine the exhaust gas temperature without tank ventilation, it proves useful to let the engine drive through all the map areas. The difference to the algorithm described with reference to FIG. 3 is therefore that exhaust gas temperatures are measured here as a function of the respective speed and load values. According to the algorithm described with reference to FIG. 3, these exhaust-gas temperatures are calculated in the manner illustrated with the aid of the abovementioned parameters or characteristic numbers when tank ventilation is not switched on. In FIG. 4, the map measurement is symbolized at 402 by means of a dashed line position of a switch 402 ', wherein in this position a correlation is possible with the tank venting of measured temperatures with the parameters load and speed. If all the map areas are traversed or detected, the tank ventilation is activated at 402. After switching on or activating the tank ventilation, the stored values of the exhaust gas temperature in the characteristic field are no longer changed (symbolized by a second position of the switch 402 'represented by a solid line).
Die so ermittelten Werte werden, analog zu Schritt 306, in einem Schritt 403 durch die mittels des Thermoelements 74 stromabwärts des Katalysators gemessene Temperatur dividiert . Die Beladung des Aktivkohlebehälters wird dann analog zu dem in Figur 3 dargestellten Verfahren mit dem Abgastemperaturmodell über Quotientenbildung und Umrechnung mittels einer Kennlinie ermittelt (Schritt 404) .The values determined in this way are, in analogy to step 306, divided in a step 403 by the temperature measured by means of the thermocouple 74 downstream of the catalytic converter. The loading of the activated carbon container is then determined analogously to the method shown in Figure 3 with the exhaust gas temperature model via quotient formation and conversion by means of a characteristic (step 404).
Eine weitere Möglichkeit zur Ermittlung der Exothermie des Katalysators 50, d.h. der Temperaturfreisetzung durch Umsetzung unverbrannter Kohlenwasserstoffe, besteht in der Messung der Abgastemperatur vor und hinter dem Katalysator. Zu diesem Zwecke ist ein weiteres Thermoelement 84 vor bzw. stromaufwärts des Katalysators 70 angeordnet. Ein entsprechendes Verfahren ist in Figur 5 dargestellt.Another way to determine the exothermicity of the catalyst 50, i. the temperature release by reaction of unburned hydrocarbons, consists in the measurement of the exhaust gas temperature before and after the catalyst. For this purpose, another thermocouple 84 is disposed upstream of the catalyst 70. A corresponding method is shown in FIG.
Bei dem gemäss Figur 5 dargestellten Verfahren wird in einem Schritt 501 ein Drehzahl- und Last abhängiges Kennfeld einer Katalysatorexothermie bei nicht eingeschalteter Tankentlüftung berechnet. In Schritten 502 und 503 werden die Abgastemperaturen vor und nach dem Katalysator gemessen. In einem Schritt 504 wird die Differenz aus den so gemessenen Temperaturen ermittelt. Die wiederum mittels Verzögerungsglied und Tiefpass modifizierten Werte des in Schritt 501 ermittelten Kennfeldes werden in einem Schritt 505 mit der in Schritt 504 festgestellten Temperaturdifferenz unter Quotientenbildung korreliert. Aus der sich so ergebenden Kennlinie des Tempera- turquotienten lässt sich die Beladung des Aktivkohlebehälters 50 ermitteln (Schritt 506) .In the method illustrated according to FIG. 5, in a step 501, a speed-dependent and load-dependent characteristic map of a catalyst exothermy is calculated when the tank ventilation is not switched on. In steps 502 and 503, the exhaust gas temperatures are measured before and after the catalyst. In a step 504, the difference is determined from the temperatures thus measured. The values, again modified by means of delay element and low-pass filter, of the characteristic map determined in step 501 are correlated in a step 505 with the temperature difference determined in step 504 with quotient formation. From the resulting characteristic of the temperature turquotienten the loading of the activated carbon container 50 can be determined (step 506).
Vorteile insbesondere gegenüber der unter Bezugnahme auf Figur 3 dargestellten Methode bestehen darin, dass hierbei die absolute Abgastemperatur, die nicht nur von der Drehzahl und der Last, sondern auch vom Zündwinkel, Lambda usw. abhängt, nicht bekannt sein muss. Daher vereinfacht sich das in Figur 3 beschriebene Abgastemperaturmodell hier zu einem lediglich von der Drehzahl und der Last des Motors abhängigen Katalysa- torexothermiemodell .Advantages, in particular with respect to the method described with reference to FIG. 3, are that the absolute exhaust gas temperature, which depends not only on the rotational speed and the load but also on the ignition angle, lambda, etc., need not be known. Therefore, the exhaust gas temperature model described in FIG. 3 simplifies here to a catalyst exothermic model dependent only on the rotational speed and the load of the engine.
Bei dem in Figur 4 beschriebenen Verfahren wurde die Möglichkeit erörtert, die Abgastemperaturen für verschiedene Kennfeldbereiche zu ermitteln, d.h. zu messen, und zu speichern. In analoger Weise ist es möglich, die Katalysatorexothermie festzustellen. Ein entsprechendes Verfahren wird nun unter Bezugnahme auf Figur 6 erläutert. Hierbei werden in einem Schritt 601 zunächst bei nicht eingeschalteter Tankentlüftung über geeignete Drehzahl- und Lastbereiche Abgastemperaturen vor und nach dem Katalysator gemessen (Schalter 602 ' bei 602 in gestrichelt dargestellter Position) . Die so ermittelten Temperaturdifferenzen werden in einem drehzahl- und lastabhängigen Adaptionskennfeld für eine Katalysatorexothermie ohne Tankentlüftung gespeichert. Nach Zuschaltung der Tankentlüftung bei (602, Schalter 602' in zweiter, mittels durchgezogener Linie dargestellter Position) werden die so ermittelten Werte durch die jeweils gemessenen Temperaturdifferenzen vor und nach dem Katalysator bei aktiver Tankentlüftung dividiert (Schritt 603) . Auf der Grundlage dieser Quotientenbildung wird in Schritt 604 die Kennlinie des in Schritt 603 ermittelten Quotienten bezüglich der Beladung des Aktivkohlebehälters 50 ermittelt. Dieser Algorithmus stellt also wiederum die Katalysatorexothermie ohne Tankentlüftung durch Messung fest, um sie nach dem Ende der Feststell- bzw. Lernphase mit der gemessenen Katalysatorexothermie bei eingeschalteter Tankentlüftung zu vergleichen, und auf der Grundlage dieses Vergleiches die Beladung des Aktivkohlebehälters zu ermitteln.In the method described in Figure 4, the possibility was discussed to determine the exhaust gas temperatures for different map areas, ie to measure and store. In an analogous manner, it is possible to determine the catalyst exotherm. A corresponding method will now be explained with reference to FIG. In a step 601, exhaust gas temperatures upstream and downstream of the catalytic converter are initially measured when tank ventilation is not switched on via suitable speed and load ranges (switch 602 'at 602 in dashed line position). The temperature differences determined in this way are stored in a speed-dependent and load-dependent adaptation characteristic map for a catalytic exotherm without tank venting. After switching on the tank ventilation at (602, switch 602 'in the second position shown by a solid line), the values thus determined are divided by the respective measured temperature differences before and after the catalyst with active tank ventilation (step 603). Based on this quotient formation, in step 604 the characteristic curve of the quotient with respect to the loading of the activated charcoal canister 50 determined in step 603 is determined. This algorithm thus again provides the catalyst exotherm without tank venting by measurement to compare it with the measured catalytic exothermicity with the tank vent on at the end of the detection or learning phase and to determine the charcoal container loading based on this comparison.
Auf der Grundlage der dargestellten Verfahren erfolgt eine Regelung der Tankentlüftungsrate zweckmässigerweise zur Bereitstellung einer konstanten Abgastemperatur oder einer vorgegebenen Durchflussmenge des Regenerierventils 64. Ziel der Regenerierung ist es hierbei, die gebundenen Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlebehälter 50 zu entfernen. Abhängig von einer ermittelten Ladung des Aktivkohlebehälters 50 kann dann eine mehr oder weniger intensive Regeneration durchgeführt werden. On the basis of the illustrated method, a regulation of the tank ventilation rate is expediently carried out to provide a constant exhaust gas temperature or a predetermined flow rate of the regeneration valve 64. The purpose of the regeneration is to remove the bound hydrocarbons from the activated carbon container 50. Depending on a determined charge of the activated carbon container 50, a more or less intensive regeneration can then be carried out.

Claims

Patentansprüche Claims
1. Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Aktivkohlebehälters eines Tankentlüftungssystems eines insbesondere direkteinspritzenden Ottomotors, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, eine Feststellung des thermischen Einflusses eines Betriebes der Tankentlüftung auf das Abgas des Ottomotors und eine Feststellung der Beladung des Aktivkohlebehälters auf der Grundlage dieses thermischen Einflusses.1.Procedure for determining the loading of an activated carbon canister of a tank ventilation system of an in particular direct-injection gasoline engine, g e k e n n e e c h n e t d u rc h, a determination of the thermal influence of an operation of the tank ventilation on the exhaust gas of the gasoline engine and a determination of the loading of the activated carbon canister on the basis of this.
2. Verfahren nach Anspruch 1 d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass eine stromabwärts eines dem Ottomotor nachgeschalteten Katalysators festgestellte Abgastemperatur bei aktiver Tankentlüftung mit einer bei ausgeschalteter bzw. inaktiver Tankentlüftung ermittelten Abgastemperatur verglichen wird.2. The method as claimed in claim 1, and that an exhaust gas temperature determined downstream of a catalytic converter connected downstream of the gasoline engine is compared with an exhaust gas temperature determined when the tank ventilation is active and when the tank ventilation is switched off or inactive.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Abgastemperaturen bei nicht aktiver Tankentlüftung über ein Modell berechnet werden und durch bei aktivierter Tankentlüftung gemessene Abgastemperaturen geteilt werden, wobei auf der Grundlage derart festgestellter Temperaturquotienten die Beladung des Aktivkohlebe- hälters berechnet bzw. anhand entsprechender Kennlinienfelder abgeleitet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, characterized in that the exhaust gas temperatures are calculated using a model when the tank ventilation is not active and are divided by exhaust gas temperatures measured when the tank ventilation is activated, the loading of the activated carbon on the basis of temperature ratios determined in this way. calculated or derived based on the corresponding characteristic curve fields.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Abgastemperaturen bei nicht aktiver Tankentlüftung gemessen und in einem von der Motordrehzahl und Motorlast abhängigen Kennfeld gespeichert werden, bei aktiver Tankentlüftung gemessene Abgastemperaturen durch die derart gespeicherten Abgastemperaturen dividiert, und die Beladung des Aktivkohlebehälters auf der Grundlage derart ermittelter Temperaturquotienten ermittelt wird.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that exhaust gas temperatures measured when the tank ventilation is not active and stored in a map dependent on the engine speed and engine load, divided exhaust gas temperatures measured by active tank ventilation by the exhaust gas temperatures stored in this way, and the loading of the activated carbon container on the basis temperature quotient determined in this way is determined.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass Differenzen von Abgastemperaturen vor und nach dem Katalysator bei nicht aktiver Tankentlüftung über ein Modell berechnet werden und durch bei aktivierter Tankentlüftung gemessene Abgastemperaturdifferenzen geteilt werden, wobei auf der Grundlage derart festgestellter Abgastemperaturdifferenzquotienten die Beladung des Aktivkohlebehälters- berechnet bzw. anhand entsprechender Kennlinienfelder abgeleitet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that differences in exhaust gas temperatures upstream and downstream of the catalytic converter are calculated using a model when the tank ventilation is not active and are divided by exhaust gas temperature differences measured when the tank ventilation is activated, the loading of the activated carbon container being based on the exhaust gas temperature difference quotients determined in this way - calculated or derived on the basis of corresponding characteristic fields.
6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass auf der Grundlage vor und nach dem Katalysator gemessener Abgastemperaturen Abgastemperaturdifferenzen bei nicht aktiver Tankentlüftung gemessen und in einem von der Motordrehzahl und Motorlast abhängigen Kennfeld gespeichert werden, bei aktiver Tankentlüftung gemessene Abgastemperaturdifferenzen durch die derart gespeicherten Abgastemperaturdifferenzen dividiert, und die Beladung des Aktivkohlebehälters auf der Grundlage derart ermittelter Temperaturdifferenzquotienten ermittelt wird.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that on the basis of the exhaust gas temperatures measured before and after the catalytic converter, exhaust gas temperature differences are measured when the tank ventilation is not active and are stored in a map dependent on the engine speed and engine load, and the exhaust gas temperature differences measured in this way are stored when the tank ventilation is active Exhaust gas temperature differences divided, and the load of the activated carbon canister is determined on the basis of the temperature difference quotients determined in this way.
7. Verfahren zur Steuerung eines Regenerierventils eines mit einem Tankentlüftungssystem ausgebildeten, insbesondere direkteinspritzenden Ottomotors in Abhängigkeit von einem gemäss einem der vorstehenden Ansprüche festgestellten Beladungszustand eines Aktivkohlebehälters.7. A method for controlling a regeneration valve of a gasoline engine designed with a tank ventilation system, in particular a direct injection gasoline engine, depending on a loading condition of an activated carbon container as determined according to one of the preceding claims.
8. Verfahren nach Anspruch 7 , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Steuerung des Regenerierventils in Abhängigkeit von der Abgastemperatur, einem Drehzahl-Last-Betriebspunkt des Motors, einer Beladung des Aktivkohlebehälters, und/oder des Betriebsmodus des Motors oder einer Kombination dieser Parameter durchgeführt wird.8. The method of claim 7, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t that the control of the regeneration valve depending on the exhaust gas temperature, a speed-load operating point of the engine, a loading of the activated carbon canister, and / or the operating mode of the engine or a combination of these parameters is carried out.
9. Direkteinspritzender Ottomotor mit einem nachgeschalteten Katalysator (70) , g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, ein dem Katalysator nachgeschaltetes Thermoelement (74) zur Messung der Abgastemperatur stromabwärtig des Katalysators (70) .9. Directly injecting gasoline engine with a downstream catalytic converter (70), g e k e n z e i c h n e t d u r c h, a thermocouple (74) downstream of the catalytic converter for measuring the exhaust gas temperature downstream of the catalytic converter (70).
10. Direkteinspritzender Ottomotor nach Anspruch 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, ein stromaufwärtig des Katalysators (70) ausgebildetes Thermoelement (84) zur Messung einer Abgastemperatur stromaufwärtig des Katalysators (70) .10. Direct-injection gasoline engine according to claim 9, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h, a thermocouple (84) formed upstream of the catalytic converter (70) for measuring an exhaust gas temperature upstream of the catalytic converter (70).
11. Direkteinspritzender Ottomotor nach einem der Ansprüche 9 oder 10, mit einer Rechnereinrichtung (60) zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8. 11. Direct-injection gasoline engine according to one of claims 9 or 10, with a computer device (60) for performing the method according to one of claims 1 to 8.
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