Bestimmung der Größe eines Lecks in einem Kraftstofftanksystem

Die vorliegende Erfindung betrifft das technische Gebiet der Fahrzeugdiagnose. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung der Größe eines Lecks in einem Kraftstofftanksystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Die vorliegende Erfindung betrifft auch eine Motorsteuerung und ein Computerprogramm.

Es sind viele verschiedenen Verfahren zur Detektion von Leckagen in Kraftstofftanks bekannt, zum Beispiel das NVLD-Verfahren (NVLD = Natural Vacuum Leakage Detection) und das LDV-Verfahren (LDV = Leakage Detection by Vacuum).

Bei dem NVLD-Verfahren wird das gesamte System auf der Frischluftzuführ-Seite mit Hilfe von federbelasteten Rückschlagventilen abgesperrt. Die Rückschlagventile sind mittels einer Membran so ausgelegt, dass bei minimalem Überdruck im Tank (>1 -2 hPa relativ zur Umgebung) das Ventil selbstständig öffnet, während es bei Unterdrück erst bei einem Differenzdruck von über 10hPa öffnet. Des Weiteren befindet sich in dem sogenannten NVLD-Modul nicht nur die Membran, sondern auch ein elektrischer Kontakt, der sich bei einem gewissen Unterdrück schließt. Die Diagnose mittels NVLD wird bei stehendem Verbrennungsmotor und über einen Zeitraum von mehreren Stunden durchgeführt. Dabei wird ausgenutzt, dass sich der Tank nach Abstellen des Verbrennungsmotors meistens abkühlt (z.B. durch die Kälte in der Nacht). Dies führt zu einer Abnahme des Drucks im Tank, also zu einem natürlichen Vakuum. Ist das System dicht und ist die Temperaturerniedrigung groß genug, dann entsteht ausreichend Unterdrück, um den Schaltkontakt im NVLD zu schließen. Eine kleine Elektronik, die permanent die Temperatur und den Schaltkontakt überwacht, meldet dann beim nächsten Motorstart an die Motorsteuerung, ob die Temperaturänderung ausreichend war und ob der Schaltkontakt geschlossen war. Ist das System nicht dicht genug, dann schließt der Schalter nicht, obwohl die Temperaturerniedrigung ausreichend gewesen wäre. In diesem Fall wird das System als undicht bewertet.

Bei dem LDV-Verfahren wird der Unterdrück im Tank-System von außen erzeugt. Zum Beispiel durch den Fahrzeugmotor oder bei aktiven Spülluftsystemen von der Spülluftpumpe. Dazu muss die Frischluftzufuhr des Systems über ein Absperrventil geschlossen werden. Um zu erkennen, wie groß die derzeitige Abdampfung des Kraftstoffs ist, wird im geschlossenen System der Druck gemessen. Anschließend saugt der Fahrzeugmotor bzw. die Spülluftpumpe Gase über das Tankentlüftungsventil (TEV) aus dem System ab und wenn ausreichend Unterdrück aufgebaut ist, wird auch das TEV geschlossen. Jetzt ist das System dicht und der Unterdrück sollte gleichbleiben, wenn keine Leckage vorhanden ist und somit kein Kraftstoff abdampft. Der Druckverlauf im System wird gemessen und aus dem gemessenen Druckanstieg kann man auf die Größe eines Lecks schließen. Um den Unterdrück zu erzeugen, muss also aus dem Tanksystem ein kleiner Anteil an Gasen abgesaugt werden. Da diese Gase aus dem System prinzipiell Kraftstoffdämpfe enthalten, dürfen sie nicht in die Umgebung geblasen werden. Aus diesem Grund werden sie dem Fahrzeugmotor zugeführt, um dort verbrannt zu werden. Der Fahrzeugmotor muss also laufen. Ein laufender Motor bedeutet, dass das Fahrzeug sich in einem Fahrzyklus befindet und sich beispielsweise bewegt. Die Bewegung führt wiederum dazu, dass der Kraftstoff im Tank hin- und her schwappt. Oft verläuft die Abgasanlage nahe am Tank vorbei, so dass der Tank an unterschiedlichen Stellen unterschiedlichen Temperaturen aufweist. Das Schwappen des Tankinhalts kann so zu Druckänderungen durch Abdampfung von Kraftstoff führen. Aus diesem Grund ist eine exakte Diagnose eines kleineren (z. B. kleiner gleich 0,5 mm) Lochs während der Fahrt sehr schwierig. Diese Art der Diagnose wird deshalb meist im Leerlauf durchgeführt. Ausreichend lange Leerlaufphasen sind aber bei modernen Fahrzeugen wegen Stopp/Start-Betrieb selten vorhanden, weshalb die Diagnose nicht oft durchgeführt werden kann. Um die Diagnose laufen zu lassen, muss man dann Stopp/Start-Betrieb verbieten, was natürlich den Verbrauch erhöht. Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Diagnose von kleinen Tanklecks regelmäßig und ohne erhöhten Kraftstoffverbrauch durchführen zu können.

Diese Aufgabe wird gelöst durch die Gegenstände der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Bestimmung der Größe eines Lecks in einem Kraftstofftanksystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor beschrieben. Das beschriebene Verfahren weist Folgendes auf: (a) Starten des Verbrennungsmotors, (b) Ermitteln einer Abstellzeit für das Fahrzeug und/oder einer Temperaturdifferenz zwischen Kraftstoff im Kraftstofftanksystem und der Fahrzeugumgebung, (c) Prüfen, ob zumindest eine von einer Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt ist, wobei eine erste Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt ist, wenn die Abstellzeit länger als eine vorbestimmte minimale Abstellzeit ist, und wobei eine zweite Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt ist, wenn die Temperaturdifferenz kleiner als eine vorbestimmte maximale Temperaturdifferenz ist, und (d) wenn zumindest eine der Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt ist, Durchführen der folgenden Schritte: (d1 ) Absperren des Kraftstofftanksystems, (d2) Warten bis eine vorbestimmte Wartezeit verstrichen ist, (d3) Evakuieren des Kraftstofftanksystems, (d4) Erfassen eines zeitlichen Verlaufs des Drucks im Kraftstofftanksystem und (d5) Bestimmen der Größe eines Lecks im Kraftstofftanksystem basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf des Drucks.

Dem beschriebenen Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das eingangs beschriebene LDV-Verfahren besonders zuverlässig, umweltfreundlich und präzise eingesetzt werden kann, wenn der Kraftstoff im Kraftstofftanksystem stabil ist und sich in Ruhe befindet, das heißt insbesondere nicht bewegt wird und eine Temperatur aufweist, die möglichst nahe an der Umgebungstemperatur ist. Ob dies der Fall ist, wird erfindungsgemäß durch Prüfen, ob eine oder mehrere Diagnosebedingungen erfüllt sind, festgestellt. Nur wenn zumindest eine von diesen Diagnosebedingungen erfüllt ist, wird das tatsächliche LDV-Verfahren durchgeführt, das heißt die Frischluftzufuhr des Kraftstofftanksystems wird (zum Beispiel mittels eines Absperrventil oder Latching-Valve) geschlossen / abgesperrt, dann wird nach einer kurzen Wartezeit (während derer Kraftstoff abdampfen kann) das Kraftstofftanksystem evakuiert, damit ein Vakuum entsteht, und danach wird (bei geschlossenem Kraftstofftanksystem) der zeitliche Verlauf des Drucks im Kraftstofftanksystem erfasst. Ist das Kraftstofftanksystem komplett dicht, wird der Druck im Wesentlichen konstant bleiben. Wenn aber ein Leck vorhanden ist, wird der erfasste Druckverlauf einen entsprechenden Druckanstieg aufweisen.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung weist das Bestimmen der Größe des Lecks ein Ermitteln eines Gradienten des zeitlichen Verlaufs des Drucks auf.

Der Gradient, das heißt die zeitliche Rate des Druckanstiegs, steht in unmittelbarer Verbindung mit der Größe des Lecks.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist das Evakuieren des Kraftstofftanksystems durchgeführt, wenn der Druck im Kraftstofftanksystem um einen vorbestimmten Betrag reduziert wurde.

Es wird mit anderen Worten so lange evakuiert, bis der Druck im Kraftstofftanksystem um den vorbestimmten Betrag reduziert wurde.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung liegt der vorbestimmte Betrag zwischen 5 mbar und 15 mbar, insbesondere zwischen 8 mbar und 12 mbar, insbesondere um 10 mbar herum.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung erfolgt das Evakuieren durch ein Absaugen mittels des Verbrennungsmotors oder einer Spülluftpumpe.

Es werden folglich keine zusätzlichen Bauteile zum Erstellen des Vakuums benötigt. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine dritte Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt, wenn eine Leerlaufphase mit einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird.

Eine solche Leerlaufphase kann zum Beispiel aus gesetzlichen Gründen direkt nach einem Kaltstart von der Motorsteuerung automatisch durchgeführt werden, um Emissionen zu reduzieren.

Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine vierte Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt, wenn der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben wird und ein Stopp/Start-Verbot vorliegt.

In diesem Zustand besteht ausreichend Zeit für das Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird eine Motorsteuerung für ein Fahrzeug mit Verbrennungsmotor beschrieben. Die beschriebene Motorsteuerung ist zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet.

Die beschriebene Motorsteuerung basiert im Wesentlichen auf der gleichen Idee wie das oben beschriebene Verfahren gemäß dem ersten Aspekt.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird ein Computerprogramm mit computerausführbaren Befehlen beschrieben, die, wenn sie von einem Prozessor ausgeführt werden, zum Durchführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt und/oder einem der obigen Ausführungsbeispiele eingerichtet sind.

Im Sinne dieses Dokuments ist die Nennung eines solchen Computerprogramms gleichbedeutend mit dem Begriff eines Programm-Elements, eines Computerprogrammprodukts und/oder eines computerlesbaren Mediums, das Anweisungen zum Steuern eines Computersystems enthält, um die Arbeitsweise eines Systems bzw. eines Verfahrens in geeigneter Weise zu koordinieren, um die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verknüpften Wirkungen zu erreichen.

Das Computerprogramm kann als computerlesbarer Anweisungscode in jeder geeigneten Programmiersprache wie beispielsweise in JAVA, C++ etc. implementiert sein. Das Computerprogramm kann auf einem computerlesbaren Speichermedium (CD-ROM, DVD, Blu-ray Disk, Wechsellaufwerk, flüchtiger oder nicht-flüchtiger Speicher, eingebauter Speicher/Prozessor etc.) abgespeichert sein. Der Anweisungscode kann einen Computer oder andere programmierbare Geräte wie insbesondere ein Steuergerät für einen Motor eines Kraftfahrzeugs derart programmieren, dass die gewünschten Funktionen ausgeführt werden. Ferner kann das Computerprogramm in einem Netzwerk wie beispielsweise dem Internet bereitgestellt werden, von dem es bei Bedarf von einem Nutzer heruntergeladen werden kann.

Die Erfindung kann sowohl mittels eines Computerprogramms, d.h. einer Software, als auch mittels einer oder mehrerer spezieller elektrischer Schaltungen, d.h. in Flardware oder in beliebig hybrider Form, d.h. mittels Software-Komponenten und Flardware-Komponenten, realisiert werden.

Es wird darauf hingewiesen, dass Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf unterschiedliche Erfindungsgegenstände beschrieben wurden. Insbesondere sind einige Ausführungsformen der Erfindung mit Verfahrensansprüchen und andere Ausführungsformen der Erfindung mit Vorrichtungsansprüchen beschrieben. Dem Fachmann wird jedoch bei der Lektüre dieser Anmeldung sofort klar werden, dass, sofern nicht explizit anders angegeben, zusätzlich zu einer Kombination von Merkmalen, die zu einem Typ von Erfindungsgegenstand gehören, auch eine beliebige Kombination von Merkmalen möglich ist, die zu unterschiedlichen Typen von Erfindungsgegenständen gehören.

Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden beispielhaften Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform. Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 2 zeigt zeitliche Verläufe von Druck und Steuersignalen beim Durchführen des in der Figur 1 gezeigten Verfahrens.

Es wird darauf hingewiesen, dass die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen lediglich eine beschränkte Auswahl an möglichen Ausführungsvarianten der Erfindung darstellt.

Die Figur 1 zeigt ein Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Bestimmung der Größe eines Lecks in einem Kraftstofftanksystem eines Fahrzeugs mit Verbrennungsmotor. Bei 102 wird der Verbrennungsmotor des Fahrzeugs gestartet und bei 104 werden ein oder mehrere Parameterwerte ermittelt, die für den weiteren Verfahrensablauf maßgeblich sind. Diese Parameterwerte können insbesondere eine Abstellzeit des Fahrzeugs, das heißt wie lange das Fahrzeug vor dem Starten 102 ausgeschaltet war, und/oder eine Differenz zwischen der Kraftstofftemperatur im Tanksystem und der Umgebungstemperatur sein. Wichtig ist, dass dem/den Parameterwerten eine Aussage über die Ruhe und Stabilität des Kraftstoffes im Tank entnommen werden kann. Bei 106 wird dann (unter Verwendung der ermittelten Parameterwerte) geprüft, ob zumindest eine von einer Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt ist. Eine erste Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen ist zum Beispiel erfüllt, wenn die Abstellzeit länger als eine vorbestimmte minimale Abstellzeit ist. Eine zweite Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen ist zum Beispiel erfüllt, wenn die Temperaturdifferenz kleiner als eine vorbestimmte maximale Temperaturdifferenz ist. Eine dritte Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen ist zum Beispiel erfüllt, wenn eine Leerlaufphase des Verbrennungsmotors mit einer vorbestimmten Zeitdauer durchgeführt wird. Eine vierte Diagnosebedingung der Vielzahl von Diagnosebedingungen ist zum Beispiel erfüllt, wenn der Verbrennungsmotor im Leerlauf betrieben wird und ein Stopp/Start-Verbot vorliegt. Wenn eine oder mehr von diesen Diagnosebedingungen erfüllt sind, kann davon ausgegangen werden, dass der Kraftstoff sich eine Zeitlang in Ruhe befinden wird und dass eine LDV-Analyse durchgeführt werden kann.

Wenn keine der Diagnosebedingungen erfüllt ist (N=NEIN bei 106), endet das Verfahren (zumindest vorübergehend) bei 107, wobei es natürlich zu einem späteren Zeitpunkt wieder gestartet werden kann. Wenn zumindest eine der Vielzahl von Diagnosebedingungen erfüllt ist (J=JA bei 106), dann wird ein LDV-Verfahren mit den nachfolgend beschriebenen Schritten durchgeführt. Bei 108 wird durch das Schließen des elektrisch betätigten Absperrventils die Frischluftzufuhr des Kraftstofftanksystems geschlossen. Nach dem Absperren der Frischluftzufuhr wird bei 110 abgewartet, bis eine vorbestimmte Wartezeit verstrichen ist, damit eine Abdampfung von Kraftstoff gegebenenfalls stattfinden kann. Die Abdampfrate kann mittels einer Druckmessung bestimmt werden. Daraufhin wird bei 112 das Kraftstofftanksystem evakuiert, indem Gase über das Tankentlüftungsventil TEV mittels des Verbrennungsmotors oder mittels einer Spülluftpumpe aus dem Tanksystem gesaugt werden. Es wird vorzugsweise solange gesaugt, dass der Druck mit einem vorbestimmten Betrag, zum Beispiel 10 mbar reduziert wird. Danach wird bei 114 der zeitliche Verlauf des Drucks im Kraftstofftanksystem erfasst und bei 116 wird die Größe eines Lecks im Kraftstofftanksystem basierend auf dem erfassten zeitlichen Verlauf des Drucks bestimmt, insbesondere basierend auf einem Gradienten des zeitlichen Druckverlaufs. Je größer der Gradient ist, desto größer ist das Leck. Wenn der Gradient aber nur der zuvor bestimmten Abdampfungsrate entspricht, gibt es kein Leck.

Das soeben beschriebene Verfahren 100 kann unmittelbar von der Motorsteuerung unter Zuhilfenahme schon vorhandener Hardware (zum Beispiel Drucksensor, Absperrventil, Entlüftungsventil und Spülluftpumpe) durchgeführt werden.

Die Figur 2 zeigt zeitliche Verläufe von Druck 220 und ein Steuersignal 230 für ein Absperrventil und ein Steuersignal 240 für eine Spülluftpumpe beim Durchführen des in der Figur 1 gezeigten Verfahrens. Bis zum Zeitpunkt T1 fährt das Fahrzeug mit geöffnetem Absperrventil und aktive Spülluftpumpe, wobei der Druck 220 im Kraftstoffsystem variiert. Zum Zeitpunkt T1 wird das Fahrzeug abgestellt (oder angehalten und in Leerlauf geschaltet), das heißt das Tankentlüftungsventil wird geschlossen, die Spülluftpumpe wird deaktiviert, und danach wird das Absperrventil geschlossen. Zum Zeitpunkt T2 beginnt das oben beschriebene Abwarten 110. Dabei steigt der Druck 220 um einen Betrag 222 an bis zum Ende des Abwartens bei T3.Nun beginnt das oben beschriebene Evakuieren 112 des Kraftstofftanksystems, indem die Spülluftpumpe wieder aktiviert und das Tankentlüftungsventil geöffnet wird. Zum Zeitpunkt T4 ist der gewünschte Unterdrück 224 von zum Beispiel 10 mbar erreicht und die Spülluftpumpe und das Tankentlüftungsventil werden wieder abgestellt. Danach steigt der Druck 220 im immer noch geschlossenen System aufgrund von Verdampfung und eventuellem Leck mehr oder weniger an. Die Figur 2 zeigt dabei drei mögliche Druckverläufe 226, 227, 228 ab dem Zeitpunkt T5, die jeweils unterschiedlichen Situationen entsprechen. Der flache Verlauf 226 weist einen Anstieg bzw. Gradienten auf, der vergleichbar mit dem zwischen T2 und T3 aufgrund von Abdampfung gemessenen Druckanstieg ist. In diesem Fall wird konkludiert, dass kein Leck vorliegt. Der etwas steilere Verlauf 227 übersteigt die gemessene Abdampfungsrate und entspricht zum Beispiel einer Leckgröße von 0,5 mm. Der steilste Verlauf 228 übersteigt auch die gemessene Abdampfungsrate und entspricht zum Beispiel einer Leckgröße von 1 mm. Zum Zeitpunkt T6 wird das Absperrventil der Frischluftzufuhr wieder geöffnet und die Spülluftpumpe und das Tankentlüftungsventil werden wieder aktiviert.