Verfahren und Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors. Beim Betrieb einer Brennkraftmaschine entfallt ein Großteil von emittierten Schadstoffen auf verbrennungsbedingt entstehendes Abgas. Darüber hinaus gibt es andere Quellen, die für Schadstoffemissionen verantwort- lieh sind. Zu diesen Quellen können beispielsweise Ausdunstungen eines Kraftstofftanks der Brennkraftmaschine gezahlt werden .

Kraftstoffe wie beispielsweise Superbenzin, die in dem Kraft- stofftank gelagert sein können, weisen eine Reihe von leichtfluchtigen Kohlenwasserstoffen auf. Hierzu zahlen beispielsweise Methan, Butan und Propan. Um den Kraftstofftank bei einer Änderung eines Volumens des Kraftstoffs vor mechanischen Schaden zu schützen und einen Druckausgleich zwischen dem Kraftstofftank und der Umluft zu ermöglichen, kann der Kraftstofftank über eine Leitung mit der Umluft gekoppelt sein. Die leicht-fluchtigen Kohlenwasserstoffe können sich insbesondere bei erhöhten Außentemperaturen, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung, oder auch durch ein Schuttein des Kraft- Stofftanks wahrend einer Fahrt aus dem Kraftstoff losen und als gasformige Bestandteile den Kraftstofftank über die Leitung verlassen.

Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen mit dem beziehungsweise der ein Sensor eines Tankentluftungssystems, der ausgebildet ist zum Erfassen einer Kohlenwasserstoffkonzent- ration eines Fluids einfach und zuverlässig kalibriert werden kann . Die Aufgabe wird gelost durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteranspruchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors eines Tankentluftungssystems . Das Tankentluftungssystem ist in einer Brennkraftmaschine angeordnet, die einen Ansaugtrakt aufweist. Das Tankentluf- tungssystem umfasst einen KohlenwasserstoffSpeicher sowie ein Ventil, wobei das Ventil und der Sensor in einer Fluidleitung angeordnet sind. Die Fluidleitung koppelt den KohlenwasserstoffSpeicher mit dem Ansaugtrakt. Der Sensor ist ausgebildet zum Erfassen einer Kohlenwasserstoffkonzentration eines FIu- ids in der Fluidleitung. Wenn das Ventil geöffnet ist, wird mittels des Sensors ein erfasster Wert der Kohlenwasserstoff- konzentration erfasst. Bei dem geöffneten Ventil wird ein durch die Fluidleitung in den Ansaugtrakt strömender Massenstrom des Fluids erfasst oder ermittelt. Der Massenstrom kann die Kohlenwasserstoffkonzentration eines Luft-/Kraftstoff- Gemisches, das der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zugemessen wird, beeinflussen. Bei dem geöffneten Ventil wird von dem Luft-/Kraftstoff-Gemisch ein Luft-/Kraftstoff-Verhaltnis ermittelt. Insbesondere werden der erfasste Wert der Kohlen- Wasserstoffkonzentration, der Massenstrom und das Luft-/

Kraftstoff-Verhältnis derart zeitnah zueinander erfasst beziehungsweise ermittelt, dass die tatsachliche Kohlenwasserstoffkonzentration wahrend des Erfassens beziehungsweise Ermitteins weitgehend unverändert ist. Abhangig von dem Massen- ström des Fluids und dem Luft-/Kraftstoff-Verhaltnis wird ein geschätzter rtert der Kohlenwasserstoffkonzentration in der Fluidleitung ermittelt. Der Sensor wird kalibriert abhangig von dem erfassten Wert der Kohlenwasserstoffkonzentration und dem geschätzten Wert der Kohlenwasserstoffkonzentration . Dies ermöglicht eine hohe Langzeitstabilitat von Messsignalen des Sensors dadurch, dass der Sensor zuverlässig kalibriert werden kann . Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird das Luft-/Kraft- stoff-Verhaltnis abhangig von einem Messsignal einer Abgas- sonde in einem Abgastrakt der Brennkraftmaschine ermittelt. Bei der Abgassonde kann es sich beispielsweise um eine Lamb- dasonde handeln. Dies kann eine Installation von zusatzlichen Messvorrichtungen obsolet machen.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung wird ermittelt, ob das Ventil zumindest seit einer vorgegebenen Zeitdauer ge- öffnet ist und falls das Ventil zumindest seit der vorgegebenen Zeitdauer geöffnet ist, wird ein weiterer erfasster Wert der Kohlenwasserstoffkonzentration mittels des Sensors er- fasst. Der Sensor wird kalibriert abhangig von dem weiteren erfassten Wert der Kohlenwasserstoffkonzentration und einem vorgegebenen Referenzwert. Dies ermöglicht eine zuverlässige Kalibrierung des Sensors unabhängig von einer anderen Mess- vorπchtung .

Gemäß einem zweiten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Kalibrieren eines Sensors eines Tankentluftungssystems . Das Tankentluftungssystem ist in einer Brennkraftmaschine angeordnet, die einen Ansaugtrakt aufweist. Das Tankentluf- tungssystem umfasst einen KohlenwasserstoffSpeicher sowie ein Ventil, wobei das Ventil und der Sensor in einer Fluidleitung angeordnet sind. Die Fluidleitung koppelt den KohlenwasserstoffSpeicher mit dem Ansaugtrakt. Der Sensor ist ausgebildet ist zum Erfassen einer Kohlenwasserstoffkonzentration eines Fluids in der Fluidleitung. Es wird ermittelt, ob das Ventil zumindest seit einer vorgegebenen Zeitdauer geöffnet ist. Falls das Ventil zumindest seit der vorgegebenen Zeitdauer geöffnet ist wird ein weiterer erfasster i/tfert der Kohlenwasserstoffkonzentration mittels des Sensors erfasst. Der Sensor wird kalibriert, abhangig von dem weiteren erfassten Wert der Kohlenwasserstoffkonzentration und einem vorgegebenen Referenzwert . In einer vorteilhaften Ausgestaltung des ersten und zweiten Aspekts ist der vorgegebene Referenzwert charakteristisch für eine minimale Kohlenwasserstoffkonzentration in der Fluidlei- tung . Dies ermöglicht eine einfache und zuverlässige Kalib- rierung des Sensors auf einen Minimalwert.

Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen naher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Tankentluftungs- system,

Figur 2 eine Steuervorrichtung,

Figur 3 ein Ablaufdiagramm,

Figur 4 eine Gleichung.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figuren- übergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem Motorblock 2, der durch eine KraftstoffZuleitung 4 und eine Ruckflusslei- tung 5 hydraulisch mit einem Tank 6 gekoppelt ist. Bei dem Tank 6 kann es sich beispielsweise um einen Kraftstofftank handeln, der mit Kraftstoff gefüllt sein kann. In dem Tank 6 ist eine Kraftstoffforderemheit 8 angeordnet, die Kraftstoff über die KraftstoffZuleitung 4 und einen m der Kraftstoffzu- leitung 4 angeordneten Filter 10 zu Einspritzventilen 12 lei- tet, die an dem Motorblock 2 angeordnet sind. Von den Einspritzventilen 12 wird der zugefuhrte Kraftstoff in den Motorblock 2 zugemessen, wo er zusammen mit Luft, die mittels eines Ansaugtrakts 14 m einem vorgegebenen Verhältnis zu dem Kraftstoff zugemessen wird, zur Verbrennung kommt. Entstehen- de Abgase des Verbrennungsprozesses werden durch einen Abgastrakt 16 von dem Motorblock 2 weggeführt. In dem Abgastrakt 16 ist eine Lambdasonde 18 angeordnet, die dazu ausgebildet ist ein Messsignal zu erzeugen, das repräsentativ ist für ein Luft-/Kraftstoff-Verhaltnis LKV vor der Verbrennung. Die Lambdasonde 18 ist elektrisch gekoppelt mit einer Steuervorrichtung 20 und so bevorzugt Teil einer Lambdaregelung. Die Lambdasonde 18 kann auch als Abgassonde bezeichnet werden. Die Steuervorrichtung 20 kann als Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bezeichnet werden und beispielsweise als Motorsteuergerat ausgebildet sein. Dem Ansaugtakt 14 wird die Luft über einen Lufteinlass 22 zugeführt, m dem eine Drosselklappe 24 angeordnet ist.

In dem Tank 6 ist ferner ein Kraftstoffsensor 26 angeordnet. Bei dem Kraftstoffsensor 26 kann es sich beispielsweise um einen sogenannten Flex-Fuel-Sensor handeln, mittels dem eine Zusammensetzung des Kraftstoffs ermittelt werden kann. Aus dem Kraftstoff können, insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen, leicht-fluchtige Kohlenwasserstoffe abdampfen. Hierdurch entsteht in dem Tank 6 ein mit Kohlenwasserstoffen angereichertes Luft-/Kraftstoff-Gemisch, welches im Folgenden als Fluid Fl bezeichnet wird.

Der Tank 6 weist einen Einfullstutzen 28 auf, an dessen Ende er mit einem Tankverschluss 30 hermetisch nach außen abgeschlossen ist. Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine kann sich das Volumen des in dem Tank 6 gespeicherten Kraftstoffs verringern, beispielsweise durch Entnahme von Kraftstoff mittels der Kraftstoffforderemheit 8. Es ist beispielsweise auch eine Vergrößerung des Kraftstoffvolumens m dem Tank 6 möglich, beispielsweise durch temperaturbedingte Ausdehnungen des Kraftstoffs bei hohen Außentemperaturen und längeren

Stillstandszeiten der Brennkraftmaschine. Um einer Beschädigung des Tanks 6 wirksam entgegenzuwirken, ist der Tank 6 für einen Druckausgleich zwischen dem Tank 6 und der Umluft bei einer Volumenanderung des Tankinhaltes mit einer Luftungslei- tung 32 gekoppelt. Kommt es zu Volumenanderungen des Tankinhaltes, dann kann das mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Fluid Fl in die Luftungsleitung 32 gelangen. Es ist bei- spielsweise auch möglich, dass Kraftstoff in die Luftungsleitung 32 gelangt, beispielsweise aufgrund von Erschütterungen eines Fahrzeugs, in dem die Brennkraftmaschine mit dem Tank 6 angeordnet ist. In diesem Fall ist der Anteil an Kohlenwas- serstoff in dem Fluid Fl besonders groß .

Zur Filterung der in dem Fluid Fl enthaltenen Kohlenwasserstoffe weist die Brennkraftmaschine einen Kohlenwasserstoffspeicher 34 auf. Der KohlenwasserstoffSpeicher 34 kann bei- spielsweise als Aktivkohlefilter ausgebildet sein und ist dazu ausgebildet Kohlenwasserstoffe zu absorbieren und zu speichern. Der KohlenwasserstoffSpeicher 34 weist drei Anschlüsse auf. Ein erster Anschluss 36 ist mit einer Spulleitung 38 gekoppelt, die auch allgemein als Fluidleitung bezeichnet wer- den kann und über einen Sensor 40 und ein Ventil 42 mit dem Ansaugtrakt 14 gekoppelt ist. Über einen zweiten Anschluss 44 und die Luftungsleitung 32 ist der KohlenwasserstoffSpeicher 34 mit dem Tank 6 gekoppelt. Ein dritter Anschluss 46 koppelt den KohlenwasserstoffSpeicher 34 über ein Spulventil 48 mit einem Spulluftemlass 50.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Ventil 42 als analoges Ventil 42 ausgebildet. Dies ermöglicht eine stufenlose Vorgabe von Offenpositionen des Ventils 42. Insbesondere können beispielsweise im Gegensatz zu einem digital ausgebildeten Ventil Pulsationen in der Spulleitung 38 wirksam vermieden werden.

Das Absorptionsvermögen des KohlenwasserstoffSpeichers 34 be- zuglich der Kohlenwasserstoffe ist begrenzt. Gelangt der KohlenwasserstoffSpeicher 34 in eine Sättigung, so wird er gespult. Hierzu werden das Spulventil 48 und das Ventil 42 geöffnet, so dass über den Spulluftemlass 50 und das Spulventil 48 Umluft in den KohlenwasserstoffSpeicher 34 gelangt, die die in dem KohlenwasserstoffSpeicher 34 gespeicherten Kohlenwasserstoffe aufnimmt und über den Sensor 40 und die Spulleitung 38 dem Ansaugtrakt 14 der Brennkraftmaschine zu- misst. Das Spulventil 48 und das Ventil 42 können dazu von der Steuervorrichtung 20 angesteuert werden. Die Anordnung des KohlenwasserstoffSpeichers 34 mit der Fluidleitung 38, dem Sensor 40 und dem Ventil 42 kann auch als Tankentluf- tungssystem bezeichnet werden.

Zur Reduktion von Schadstoffen der Brennkraftmaschine und auch für eine Leistungsoptimierung wird das Luft-/Kraftstoff- Verhältnis LKV des Luft-/Kraftstoff-Gemisches vorgegeben. Das mit Kohlenwasserstoff aus dem KohlenwasserstoffSpeicher 34 angereicherte Fluid Fl gelangt über das Ventil 42 in den Ansaugtrakt 14, wo es das Luft-/Kraftstoff-Gemisch in seiner Zusammensetzung bezuglich des Kohlenwasserstoffanteils beeinflussen kann. Um das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis LKV präzise vorgeben zu können, wird eine Kohlenwasserstoffkonzentration cHC des mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Fluids Fl mittels des Sensors 40 erfasst. Für eine bekannte Kohlenwasserstoffkonzentration cHC des Fluids Fl können dann die Zufuhr der Luft aus dem Lufteinlass 22 und des Kraftstoffs entspre- chend angepasst werden. Es kann beispielsweise auch ein Massenstrom mFl des mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Fluids Fl mittels des Ventils 42 angepasst werden, beispielsweise mittels der Steuervorrichtung 20. Um auch über lange Zeiträume zuverlässige Messergebnisse des Sensors 40 erwarten zu können, kann der Sensor 40 kalibriert werden, beispielsweise in regelmäßigen Abstanden. Bevorzugt wird der Sensor 40 in Abhängigkeit von mindestens zwei Messpunkten kalibriert. Dies ermöglicht eine Korrektur des Messsignals hinsichtlich einer Nullpunktsverschiebung und einer Verschiebung einer Steigung des Messsignals.

Figur 2 zeigt die Steuervorrichtung 20. Die Steuervorrichtung 20 umfasst einen Prozessor 60, einen Programmspeicher 62 sowie einen Datenspeicher 64. Der Prozessor 60, der Programm- Speicher 62 sowie der Datenspeicher 64 sind gekoppelt miteinander über einen Systembus 66. Die Steuervorrichtung 20 ist ausgebildet zur Ausfuhrung eines Programms, das beispielsweise in dem Programmspeicher 62 gespeichert ist. Mittels des Programms kann beispielsweise der Sensor 40 kalibriert werden. Die Steuervorrichtung 20 kann daher ebenfalls als Vorrichtung zum Kalibrieren des Sensors 40 bezeichnet werden. Der Datenspeicher 64 ist ausgebildet zur Speicherung von Daten, beispielsweise der Messsignale.

Der Systembus 66 ist gekoppelt mit einem Analog-Digital-Wand- ler 68. Über den Analog-Digital-Wandler 68 ist die Steuervorrichtung 20 mit dem Kraftstoffsensor 26 und dem Sensor 40 zum Erfassen der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC gekoppelt. Die empfangenen Messsignale können beispielsweise in dem Datenspeicher 64 gespeichert und von dem Prozessor 60 verarbei- tet werden. Ferner weist die Steuervorrichtung 20 eine

Schnittstelle 70 auf. Über die Schnittstelle 70 ist die Steuervorrichtung 20 zur Ansteuerung elektrisch gekoppelt mit den Einspritzventilen 12, dem Ventil 42 und dem Spulventil 50. Ferner ist die Steuervorrichtung 20 über die Schnittstelle 70 elektrisch mit der Lambdasonde 18 gekoppelt.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des beispielsweise von der Steuervorrichtung 20 ausgeführten Programms. Das Programm um- fasst elf Schritte.

Das Programm beginnt in einem ersten Schritt Vl. In dem ersten Schritt Vl können Parameter Initialisiert werden.

In einem zweiten Schritt V2 wird ermittelt, ob das Ventil 42 geöffnet ist. Wenn das Ventil geöffnet ist, fahrt das Programm in einem dritten Schritt V3 fort. Wenn das Ventil 42 geschlossen ist, fahrt das Programm in dem zweiten Schritt V2 fort. In dem dritten Schritt V3 wird ein erfasster Wert Wl der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC mittels des Sensors 40 er- fasst . In dem vierten Schritt V4 wird der Massenstrom mFl des durch die Fluidleitung 38 in den Ansaugtrakt 14 stromenden Fluids Fl erfasst oder ermittelt. Beispielsweise kann der Massenstrom mFl mit einem Fluidmassensensor erfasst werden. Es ist jedoch beispielsweise auch möglich, dass der Sensor 40 dazu ausgebildet ist, neben der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC auch den Massenstrom mFl des Fluids Fl zu erfassen. Für den Fall, dass kein geeigneter Sensor m der Fluidleitung 38 angeordnet ist, kann der Massenstrom mFl beispielsweise abhan- gig von einem Druckunterschied zwischen der Fluidleitung 38 und dem Ansaugtrakt 14 der Brennkraftmaschine unter weiterer Berücksichtigung eines Durchmessers der Fluidleitung 38 ermittelt werden. Beispielsweise kann zum Ermitteln des Massen- Stroms mFl des Fluids Fl auch eine Temperatur berücksichtigt werden. Durch den Druckunterschied kann das mit Kohlenwasserstoff angereicherte Fluid Fl von der Fluidleitung 38 m den Ansaugtrakt 14 strömen.

In einem fünften Schritt V5 wird ein Luft-/Kraftstoff-Ver- haltnis LKV eines Luft-/Kraftstoff-Gemisches ermittelt. Das Luft-/Kraftstoff-Gemisch ist ausgebildet zur Verbrennung in der Brennkraftmaschine und setzt sich zusammen aus der Luft, die durch den Lufteinlass 22 eingesaugt wurde, aus dem durch die Emspπtzventile 12 zugemessenen Kraftstoff sowie aus dem mit Kohlenstoff angereicherten Fluid Fl. Das Luf^/Kraftstoff-Verhältnis LKV kann beispielsweise nach der Verbrennung des Luft-/Kraftstoff-Gemisches in dem Abgastrakt 16 ermittelt werden, beispielsweise mittels der Lambdasonde 18. In einem sechsten Schritt V6 wird ein geschätzter Wert W2 der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC ermittelt abhangig von dem Massenstrom mFl des Fluids Fl und dem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis LKV. Eine Zuordnungsvorschrift zum Ermitteln der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC ist in einer Gleichung Gl m der Figur 4 abgebildet. Auf der rechten Seite der Gleichung Gl stehen das Luft-/Kraftstoff-Verhaltnis LKV und eine Konstante k, bei der es sich um einen Stochiometπefaktor han- dein kann. Auf der linken Seite der Gleichung Gl stehen zusatzlich zu der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC und dem Massenstrom mFL des Fluids Fl ein Massenstrom eingespritzten Kraftstoffs mK sowie ein Massenstrom zugemessener Luft mL. Der Massenstrom zugemessener Luft mL wird über den Luftein- lass 22 in den Ansaugtrakt 14 zugemessen und kann beispielsweise mittels eines Luftmassensensors 72 ermittelt werden.

In einem siebten Schritt V7 wird ein Kalibrieren des Sensors 40 durchgeführt. In diesem Zusammenhang wird eine Zuordnung des Messsignals des Sensors 40 zu erfassten Werten der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC angepasst. Dies kann beispielsweise Erfolgen durch Ermitteln eines Korrekturwertes, der dann entsprechend zur Anpassung der erfassten Werte im spateren Betrieb eingesetzt wird. Ferner kann beispielsweise auch ein Kennfeld, das zum Zuordnen des Messsignals des Sensors 40 zu erfassten Werten der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC vorgesehen ist, angepasst werden.

Zu diesem Zweck wird ein Zusammenhang zwischen dem erfassten Wert Wl und dem geschätzten Wert W2 ermittelt. Hierfür kann beispielsweise ein Faktor ermittelt werden, mit dem der er- fasste Wert Wl auf den geschätzten Viert W2 abgebildet werden kann. Es kann jedoch beispielsweise auch eine Differenz zwi- sehen dem erfassten Wert Wl und dem geschätzten Wert W2 oder eine beliebige andere Zuordnungsvorschrift zwischen dem erfassten Wert Wl und dem geschätzten Wert ri2 ermittelt werden. Das Programm kann nach dem siebten Schritt V7 m einem achten Schritt V8 beendet werden. In einer bevorzugten Ausfuhrungs- form jedoch fahrt das Programm in einem neunten Schritt V9 fort.

In dem neunten Schritt V9 wird ermittelt, ob das Ventil 42 zumindest seit einer vorgegebenen Zeitdauer tmm geöffnet ist. Ist das nicht der Fall, so fahrt das Programm m dem neunten Schritt V9 fort. Wenn das Ventil 42 zumindest seit der vorgegebenen Zeitdauer titiin geöffnet ist, dann fahrt das Programm in einem zehnten Schritt VlO fort.

In dem zehnten Schritt VlO wird ein weiterer erfasster Wert ι/J3 für die Kohlenwasserstoffkonzentration cHC erfasst.

In dem elften Schritt VIl wird der Sensor 40 kalibriert abhangig von dem weiteren erfassten Wert W3 und einem vorgegebenen Referenzwert WR. In einer bevorzugten Ausfuhrungsform ist der vorgegebene Referenzwert WR charakteristisch für eine minimale Kohlenwasserstoffkonzentration cHC in der Fluidlei- tung 38. Wenn die vorgegebene Zeitdauer tmin sehr groß gewählt wird, kann beispielsweise davon ausgegangen werden, dass das durch die Fluidleitung 38 stromende Fluid Fl keinen Kohlenwasserstoff mehr enthalt. In diesem Fall kann der vorgegebene Referenzwert WR beispielsweise Null sein. Nach Ausfuhrung des elften Schrittes VIl endet das Programm in dem achten Schritt V8.

Eine zusätzliche Ausfuhrung der Schritte V9 bis VIl hat den Vorteil, dass der Sensor 40 sowohl hinsichtlich seines Nullpunktes als auch hinsichtlich der Steigung des Messsignals kalibriert werden kann. Dies ermöglicht sowohl eine Berücksichtigung einer Nullpunktsdrift als auch einer Veränderung der Steigung des Messsignals des Sensors 40.

Die Schritte V3 bis V5 werden derart zeitnah ausgeführt, dass bei der Abarbeitung der Schritte V3 bis V5 die tatsächliche Kohlenwasserstoffkonzentration cHC weitgehend unverändert ist.