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Dokumentenidentifikation DE102006027572A1 20.12.2007
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers bei Verbrennungsmotoren
Anmelder Robert Bosch GmbH, 70469 Stuttgart, DE
Erfinder Baumann, Andreas, 71665 Vaihingen, DE;
Pape, Andreas, 70839 Gerlingen, DE
DE-Anmeldedatum 14.06.2006
DE-Aktenzeichen 102006027572
Offenlegungstag 20.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 20.12.2007
IPC-Hauptklasse F02M 25/08(2006.01)A, F, I, 20060614, B, H, DE
IPC-Nebenklasse B60K 15/035(2006.01)A, L, I, 20060614, B, H, DE   
Zusammenfassung Bei einem Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers bei Verbrennungsmotoren wird das Gewicht des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers bestimmt und durch einen Vergleich mit dem zuvor bestimmten Gewicht des entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers auf die Beladung geschlossen.

Beschreibung[de]
Stand der Technik

Fahrzeuge mit Ottomotoren sind mit einem sogenannten Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem ausgestattet, um zu verhindern, dass der aus dem Kraftstoffbehälter ausdampfende Kraftstoff in die Umgebung gelangt. Hierfür sind sogenannte Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher vorgesehen, die beispielsweise als Aktivkohlefilter realisiert sein können. Diese Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher nehmen im Tank verdunstenden Kraftstoffdampf auf. Durch Spülung mit Luft erfolgt eine Regeneration dieser Filter. Die Spülluft strömt dabei durch den Aktivkohlefilter, nimmt dort Kraftstoff auf und wird als mit Kraftstoff beladenes Regeneriergas dem Verbrennungsmotor zugeführt. Die Regenerierung des Aktivkohlefilters durch Spülung mit Luft erfolgt beispielsweise durch Öffnen eines Tankentlüftungsventils zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors. Durch den Saugrohrunterdruck wird in diesem Fall die Spülung des Filters über eine Frischluftöffnung vorgenommen. Das mit Kraftstoff beladene Regeneriergas strömt in diesem Falle dem Druckgefälle folgend über das Tankentlüftungsventil zum Verbrennungsmotor. Um das Emissionsverhalten des Verbrennungsmotors bei einem solchen Spülvorgang nicht nachteilig zu beeinflussen, muss der Beladungsgrad des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers bekannt sein. Abhängig von diesem Beladungsgrad wird die Menge des in die Brennräume des Verbrennungsmotors eingespritzten Kraftstoffs variiert. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird die durch den Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher angesaugte Kraftstoffmenge über die gemessene Luftzahl Lambda berechnet und auf einen Sollwert geregelt. Da nun das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs im Tank, welches von den Kraftstoffeigenschaften, von der Umgebungstemperatur, vom Umgebungsdruck und anderen Größen abhängt, in der Regel unbekannt ist, ist auch die in dem Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher gespeicherte Kraftstoffmasse unbekannt.

Um den Bedarf an Tankentlüftungsphasen möglichst genau zu bestimmen und die Vorsteuerung der Einspritzkorrektur ideal anpassen zu können, muss die im Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher adsorbierte Kohlenwasserstoff-Masse, die so genannte Beladung, bekannt sein.

Die Bestimmung der Beladung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers erfolgt bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren beispielsweise aufgrund von direkter Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration basierend auf der Spülmenge, wie beispielsweise aus der DE 101 26 520 A1 bekannt, oder durch Messung der Temperatur im als Aktivkohlefilter ausgebildeten Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher.

Durch diese Messverfahren kann die Beladung jedoch nur ungenau bestimmt werden.

Offenbarung der Erfindung Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 5 haben demgegenüber den Vorteil, dass die adsorbierte Kohlenwasserstoffmasse durch Bestimmung des Gewichts des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers und durch einen Vergleich mit dem zuvor bestimmten Gewicht des entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers sehr schnell und mit hoher Präzision erfasst werden kann.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des in den unabhängigen Anspruch 1 angegebenen Verfahrens sowie der in dem unabhängigen Anspruch 5 angegebenen Vorrichtung möglich.

So sieht eine vorteilhafte Ausführungsform vor, das Gewicht durch die statische Auslenkung einer die Eigenschaften einer Feder aufweisenden Lagerung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers im Gravitationsfeld zu bestimmen.

Bei einer wiederum anderen vorteilhaften Ausführungsform ist vorgesehen, das Gewicht aus der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten, schwingungsfähigen, insbesondere elastisch gelagerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers zu bestimmen.

Eine vorteilhafte Ausgestaltung des Verfahrens sieht vor, aufgrund eines Vergleichs der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers mit der in einem früheren Messzyklus erfassten Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers auf eine Veränderung der Schwingungsparameter, insbesondere auf eine Veränderung der Feder- und Dämpfungseigenschaften der schwingungsfähigen Lagerung zu schließen. Dies ermöglicht bei Veränderung der Parameter eine Korrektur und damit eine Steigerung der Präzision der Gewichts-/Massenbestimmung.

Die elastische Lagerung selbst kann auf die unterschiedlichste Weise ausgebildet sein. Beispielsweise ist die Anordnung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers aufliegend auf Federelementen denkbar. Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht eine elastische Aufhängung vor.

Die Aufhängung der schwingungsfähigen Lagerung kann durch einen Wegsensor erfasst werden. Die Schwingungsfrequenz wird vorteilhafterweise mittels eines Schwingungssensors erfasst.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

In der Fig. ist eine von der Erfindung Gebrauch machende Vorrichtung zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers dargestellt.

Ausführungsformen der Erfindung

In der Fig. ist ein Kraftstoffversorgungssystem eines Verbrennungsmotors 10 dargestellt, das für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug vorgesehen ist. Dem Verbrennungsmotor 10 wird über ein Saugrohr 20 Luft und über ein Kraftstoffzumessmittel 30 Kraftstoff aus einem Tank 40 zugeführt. Um das Entweichen von Kraftstoffdämpfen aus dem Tank 40 in die Umgebung zu verhindern, ist ein Tankentlüftungssystem vorgesehen, das wie dargestellt einen Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher 50 in Form eines Aktivkohlefilters, ein in der Belüftungsleitung des Aktivkohlefilters 50 angeordnetes Absperrventil 60 und ein in der Leitung zwischen Aktivkohlefilter und Saugrohr angeordnetes Tankentlüftungsventil 70 umfasst. In dem Tank 40 verdampfender Kraftstoff wird in dem Aktivkohlefilter 50 gespeichert und während des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 über das geöffnete Tankentlüftungsventil 70 und das Saugrohr 20 der Verbrennung zugeleitet. Aufgrund der sich dabei einstellenden Druckverhältnisse wird gleichzeitig der Aktivkohlefilter 50 bei geöffnetem Absperrventil 60 mit Frischluft gespült und damit regeneriert.

Zur Steuerung der Tankentlüftung über das Öffnen und Schließen der genannten Ventile dient ein Steuergerät 80. Dem Steuergerät 80 werden, wie nachfolgend noch näher beschrieben, Signale eines Wegsensors 82, welcher eine Lageveränderung des Aktivkohlefilters 50 erfasst, und/oder die Signale eines Frequenzsensors 84, welcher die Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten Aktivkohlefilters 50 erfasst, zugeführt. Ferner werden dem Steuergerät 20 den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierende Signale sowie das Kraftstoff-Luftgemisch charakterisierende Signale zugeführt. So ist beispielsweise ein mit 110 bezeichneter Sensor stellvertretend dargestellt für die Erfassung der den Betriebszustand der Brennkraftmaschine charakterisierenden Signale. Ein Sensor 120 dient zur Erfassung der Abgaszusammensetzung in einem Abgasrohr 130 der Brennkraftmaschine. Auch die Signale dieser Sensoren werden in dem Steuergerät 80 verarbeitet.

Während der Regenerierung des Aktivkohlefilters 50 gelangen auf oben beschriebene Weise Kohlenwasserstoffdämpfe in das Saugrohr 20 des Verbrennungsmotors 10 und werden von diesem zusammen mit der Frischluft angesaugt. Damit in dem Verbrennungsmotor 10 die richtige Kraftstoffmenge zur Verfügung steht, wird von dem Steuergerät 80 die Einspritzmenge reduziert und das Kraftstoffzumessmittel 30 entsprechend angesteuert.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren wird nun die durch den Aktivkohlefilter 50 angesaugte Kraftstoffmenge über die durch den Sensor 120 gemessene Luftzahl Lambda berechnet und auf einen Sollwert geregelt. Da das Ausgasungsverhalten des Kraftstoffs im Tanksystem, welches von den Kraftstoffeigenschaften, der Temperatur, dem Umgebungsdruck und anderen Größen abhängt, in der Regel unbekannt ist, ist auch die eingespeicherte Masse an Kohlenwasserstoffen, die Beladung, unbekannt. Um den Bedarf an Tankentlüftungsphasen möglichst genau bestimmen zu können und die Vorsteuerung der Einspritzkorrektur optimal anpassen zu können, muss die Masse der absorbierten Kohlenwasserstoffe bestimmt werden.

Hierzu ist das Aktivkohlefilter 50 in einer schwingungsfähigen Aufhängung 52, 54 gelagert. Diese Lagerung kann beispielsweise wie in der Fig. schematisch dargestellt, an einem Karosserieteil 54 durch Federn 52 realisiert sein. Statt Federn 52 können aber auch Anschlussgummischläuche oder dergleichen vorgesehen sein. Ferner könnte statt einer schwingungsfähigen Aufhängung rein prinzipiell auch vorgesehen sein, den Kraftstoffdampf-Zwischenspeicher aufliegend auf Federelementen zu lagern. In jedem Falle muss sichergestellt sein, dass die Lagerung die Eigenschaften einer Feder aufweist bzw. zu Schwingungen angeregt werden kann.

Die Bestimmung der Beladung des Aktivkohlefilters 50, das heißt, die Bestimmung der in dem Aktivkohlfilter 50 adsorbierten Masse der Kohlenwasserstoffverbindungen kann nun auf zwei unterschiedliche Weisen erfolgen.

Zum einen kann das Gewicht aufgrund der statischen Auslenkung einer der Federn 52 im Gravitationsfeld bestimmt werden. Hierzu ist der Wegsensor 82 vorgesehen, der die Auslenkung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers 50 im Gravitationsfeld ermittelt. Dies wird anhand des folgenden Beispiels näher erläutert. So ergibt sich beispielsweise bei einer Gesamtmasse des Aktivkohlefilters 50 von 2,2 Kilogramm und bei einer Federkonstanten von 200 N/m eine Auslenkung von einem Millimeter. In diesem Falle beträgt die Gewichtskraft 22 Newton. Die Masse des entleerten Aktivkohlefilters 50, die in einem früheren Messzyklus oder vor Einbau des Aktivkohlefilters 50 bestimmt wurde, beträgt beispielsweise 2 Kilogramm. In diesem Falle verursacht die Beladung eine Massenzunahme von 0,2 Kilogramm. Diese Bestimmung der Gewichtskraft setzt voraus, dass der Fahrzeugaufbau waagerecht angeordnet ist. Im Falle einer nicht waagrechten Anordnung des Fahrzeugaufbaus erfolgt die Bestimmung der Gewichtskraft durch eine Korrektur, z.B. auf Basis des Neigungswinkels.

Eine andere Ausführungsform, bei der diese Voraussetzung nicht gegeben sein muss, sieht vor, den Aktivkohlefilter 50 in Schwingungen zu versetzen und durch die Messung der Schwingungsfrequenz die Gesamtmasse zu bestimmen. Dieses Verfahren ist beispielsweise einsetzbar, wenn Schwingungen der Karosserie des Fahrzeugs das Aktivkohlefilter 50 zu Schwingungen anregen. In diesem Falle wird aus der Schwingungsfrequenz &ohgr; auf die Masse der in dem Aktivkohlefilter 50 adsorbierten Kohlenwasserstoffe geschlossen. Unter der Annahme, die schwingungsfähige Aufhängung in Form der Federn 52 weise eine Federkonstante c auf, ergibt sich für die Schwingungsfrequenz die folgende Formel: &ohgr; = (c/mges)1/2 und hieraus für die Masse der adsorbierenden Kohlenwasserstoffe mHC mHC = (mges·c/&ohgr;2) – mAKF, wobei mges die Gesamtmasse und mAKF die Masse des entleerten Aktivkohlefilters 50, die zuvor bestimmt wird, sind. Die Frequenz der Frequenz &ohgr; der Schwingung kann durch den an Frequenzsensor 84 erfolgen.

Mit zunehmender Beladung des Aktivkohlefilters 50 nimmt die Frequenz ab. Aufgrund der Frequenzabnahme kann auf die Masse mHC geschlossen werden. Dabei ist zu bemerken, dass Frequenzmessungen mit hoher Präzision durchgeführt werden können.

Aufgrund eines Vergleichs der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers 50 mit der in einem früheren Messzyklus erfassten Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten Kraftstoff-Zwischenspeichers 50 kann auf eine Veränderung der Schwingungsparameter, insbesondere auf eine Veränderung der Feder- und Dämpfungseigenschaften der schwingungsfähigen Lagerung geschlossen werden. Dies ermöglicht eine weitere Steigerung der Präzision durch Korrektur der Messergebnisse zur Bestimmung des Gewichts/der Masse des Aktivkohlefilters 50, da so auch Veränderungen der für die Messung herangezogenen Parameter berücksichtigt werden können.

Beide vorbeschriebenen Verfahren zur Bestimmung der Masse mHC der im Aktivkohlefilter 50 adsorbierten Kohlenwasserstoffe HC erlauben eine sehr präzise Bestimmung der Beladung, die mit aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen nicht möglich ist. Die Bestimmung der HC-Masse kann zur Verbesserung der Vorsteuerung verwendet werden und zur präzisen Festlegung von Regenerationsphasen. Sie kann darüber hinaus auch zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils 70 herangezogen werden, beispielsweise durch Beobachtung der Veränderung der Luftzahl bei Aufsteuerung des Tankentlüftungsventils 70. In diesem Falle ist es erforderlich, dass das Luft-Kraftstoffgemisch, welches über das Tankentlüftungsventil 70 strömt, nicht stöchiometrisch ist. Auf diese Weise könnte zur Prüfung der Funktionsfähigkeit des Tankentlüftungsventils eine Regenerationsphase herangezogen werden, da durch die oben beschriebenen Verfahren eine sehr genaue Massenbestimmung der im Aktivkohlefilter 50 adsorbierten Kohlenwasserstoffe möglich ist und insoweit die Luftzahl des über das Tankentlüftungsventil 70 strömenden Luft-Kraftstoffgemisches bestimmt werden kann. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Tankleckdiagnose. Über eine zeitliche Beobachtung der im Aktivkohlefilter 50 adsorbierten Masse und der Luftzahl Lambda kann auf das Ausgasungsverhalten im Tank geschlossen werden. Die Kenntnis des Ausgasungsverhaltens ist erforderlich für eine präzise Tankleckdiagnose, die auf an sich bekannte Weise auf einer Druckmessung beruht. Durch Informationen über die Verdampfung und die Kondensation im Tank kann die Genauigkeit einer solchen Tankleckdiagnose wesentlich erhöht werden.


Anspruch[de]
Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) bei Verbrennungsmotoren (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) bestimmt und durch einen Vergleich mit dem zuvor bestimmten Gewicht des entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) auf die Beladung geschlossen wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht aufgrund der statischen Auslenkung einer die Eigenschaften einer Feder (52) aufweisenden Lagerung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) im Gravitationsfeld bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gewicht aus der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten, schwingungsfähig gelagerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) bestimmt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass aufgrund eines Vergleichs der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) mit der in einem früheren Messzyklus erfassten Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten entleerten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) auf eine Veränderung der Schwingungsparameter, insbesondere auf eine Veränderung der Feder- und Dämpfungseigenschaften der schwingungsfähigen Lagerung geschlossen wird. Vorrichtung zur Bestimmung der Beladung eines Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) bei Verbrennungsmotoren (10), gekennzeichnet durch eine schwingungsfähige Lagerung (52, 54) des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) und eine Schaltungseinrichtung (80) zur Erfassung des Gewichts und hieraus Bestimmung der Beladung aufgrund von Änderungen der die schwingungsfähige Lagerung (52, 54) charakterisierenden Parameter, insbesondere der statischen Auslenkung der Lagerung (52, 54) im Gravitationsfeld und/oder der Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50). Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die schwingungsfähige Lagerung (52, 54) eine elastische Aufhängung des Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) ist. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die statische Auslenkung der schwingungsfähigen Lagerung (52, 54), insbesondere der elastischen Aufhängung, durch einen Wegsensor (82) erfasst wird. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwingungsfrequenz des zu Schwingungen angeregten Kraftstoffdampf-Zwischenspeichers (50) durch einen Schwingungssensor (84) erfasst wird.






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