Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine entfällt ein Großteil von emittierten Schadstoffen auf verbrennungsbedingt entstehendes Abgas. Darüber hinaus gibt es andere Quellen, die für Schadstoffemissionen verantwortlich sind. Zu diesen Quellen können beispielsweise Ausdünstungen eines Kraftstofftanks der Brennkraftmaschine gezählt werden.

Kraftstoffe wie beispielsweise Superbenzin, die in dem Kraftstofftank gelagert sein können, weisen eine Reihe von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen auf. Hierzu zählen beispielsweise Methan, Butan und Propan. Um den Kraftstofftank bei einer Änderung eines Volumens des Kraftstoffs vor mechanischen Schäden 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-flüchtigen Kohlenwasserstoffe können sich insbesondere bei erhöhten Außentemperaturen, beispielsweise durch Sonneneinstrahlung, oder auch durch ein Schütteln des Kraftstofftanks während einer Fahrt aus dem Kraftstoff lösen und als gasförmige 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 sich Änderungen einer Konzentration von Kohlenwasserstoff in einem Fluid einfach und präzise ermitteln lassen . Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einem ersten Aspekt zeichnet sich die Erfindung aus durch ein Verfahren und eine korrespondierende Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, die einen Sensor aufweist zum Erfassen einer Konzentration von Kohlenwasserstoff eines Fluids, das in einer Fluidleitung strömt. Mittels des Sensors wird ein zeitlicher Verlauf eines Messsignals er- fasst. Es wird ermittelt, ob eine Änderung des zeitlichen Verlaufs des erfassten Messsignals eine vorgegebene Schwelle überschreitet. Ein Extremwert der Kohlenwasserstoffkonzentra- tion wird erkannt, wenn der zeitliche Verlauf des Messsignals die vorgegebene Schwelle überschreitet. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung von Änderungen der Kohlenwasserstoffkon- zentration unabhängig beispielsweise von Messfehlern beim Erfassen der absoluten Kohlenwasserstoffkonzentration, die beispielsweise durch eine Drift des Messsignals hervorgerufen werden können.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird die Änderung der Kohlenwasserstoffkonzentration mittels einer Gradientenauswertung oder einer Differenzenbildung ermittelt. Dies ermög- licht eine sehr einfache Ermittlung der Änderung der Kohlenwasserstoffkonzentration.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine Brennkraftmaschine mit einem Tankentlüftungssystem,

Figur 2 eine Steuervorrichtung,

Figur 3 ein Ablaufdiagramm, Figur 4 zeitliche Verläufe von Kurven, die repräsentativ sind für eine Kohlenwasserstoffkonzentration .

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 Rückflussleitung 5 hydraulisch mit einem Tank 6 gekoppelt ist. Bei dem Tank 6 kann es sich beispielsweise um einen Kraftstofftank handeln. In dem Tank 6 ist eine Kraftstofffördereinheit 8 angeordnet, die Kraftstoff über die KraftstoffZuleitung 4 und einen in der KraftstoffZuleitung 4 angeordneten Filter 10 zu Einspritzventilen 12 leitet, die an dem Motorblock 2 angeord- net sind. Von den Einspritzventilen 12 wird der zugeführte

Kraftstoff in den Motorblock 2 zugemessen, wo er zusammen mit Luft, die mittels eines Ansaugtrakts 14 in einem vorgegebenen Verhältnis zu dem Kraftstoff zugemessen wird, zur Verbrennung kommt. Entstehende 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-Verhältnis vor der Verbrennung. Die Lambdasonde 18 ist elektrisch gekoppelt mit einer Steuervorrichtung 20 und so bevorzugt Teil einer Lambdarege- lung. Die Steuervorrichtung 20 kann als Vorrichtung zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bezeichnet werden und beispielsweise als Motorsteuergerät ausgebildet sein. Dem Ansaugtakt 14 wird die Luft über einen Lufteinlass 22 zuge- führt, in 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 so genannten Flex-Fuel-Sensor handeln, mittels dem eine Zusammensetzung des Kraftstoffs ermittelt werden kann. Aus dem Kraftstoff können, insbesondere bei erhöhten Umgebungstemperaturen, leicht-flüchtige 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 Einfüllstutzen 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 mit- tels der Kraftstofffördereinheit 8. Es ist beispielsweise auch eine Vergrößerung des Kraftstoffvolumens in dem Tank 6 möglich, beispielsweise durch temperaturbedingte Ausdehnungen des Kraftstoffs bei hohen Außentemperaturen und längeren Stillstandszeiten der Brennkraftmaschine. Um einer Beschädi- gung des Tanks 6 wirksam entgegenzuwirken, ist der Tank 6 für einen Druckausgleich zwischen dem Tank 6 und der Umluft bei einer Volumenänderung des Tankinhaltes mit einer Lüftungsleitung 32 gekoppelt. Kommt es zu Volumenänderungen des Tankinhaltes, dann kann das mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Fluid FL in die Lüftungsleitung 32 gelangen. Es ist beispielsweise auch möglich, dass Kraftstoff in die Lüftungsleitung 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 Spülleitung 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 Lüftungsleitung 32 ist der KohlenwasserstoffSpeicher 34 mit dem Tank 6 gekoppelt. Ein dritter Anschluss 46 koppelt den KohlenwasserstoffSpeicher 34 über ein Spülventil 48 mit einem Spüllufteinlass 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 Spülleitung 38 wirksam ver- mieden werden.

Das Absorptionsvermögen des KohlenwasserstoffSpeichers 34 bezüglich der Kohlenwasserstoffe ist begrenzt. Gelangt der KohlenwasserstoffSpeicher 34 in eine Sättigung, so wird er ge- spült. Hierzu werden das Spülventil 48 und das Ventil 42 geöffnet, so dass über den Spüllufteinlass 50 und das Spülventil 48 Umluft in den KohlenwasserstoffSpeicher 34 gelangt, die die in dem KohlenwasserstoffSpeicher 34 gespeicherten Kohlenwasserstoffe aufnimmt und über den Sensor 40 und die Spülleitung 38 Ansaugtrakt 14 der Brennkraftmaschine zumisst. Das Spülventil 48 und das Ventil 42 können dazu von der Steuervorrichtung 20 angesteuert werden.

Zur Reduktion von Schadstoffen der Brennkraftmaschine und auch für eine Leistungsoptimierung wird das Luft/Kraftstoff- Verhältnis 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 Zusam- mensetzung bezüglich des Kohlenwasserstoffanteils beeinflussen kann. Um das Luft/Kraftstoff-Verhältnis präzise vorgeben zu können, wird eine Kohlenwasserstoffkonzentration cHC des mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Fluids FL mittels des Sensors 40 erfasst. Für eine bekannte Kohlenwasserstoffkon- zentration cHC des Fluids FL können dann die Zufuhr der Luft aus dem Lufteinlass 22 und des Kraftstoffs entsprechend ange- passt werden. Es kann beispielsweise auch ein Massenstrom des mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Fluids FL mittels des Ventils 42 angepasst werden, beispielsweise mittels der Steuervorrichtung 20.

Figur 2 zeigt die Steuervorrichtung 20. Die Steuervorrichtung 20 umfasst einen Prozessor 60, einen Programmspeicher 62 sowie einen Datenspeicher 64. Der Prozessor 60, der Programmspeicher 62 sowie der Datenspeicher 64 sind gekoppelt miteinander über einen Systembus 66.

Die Steuervorrichtung 20 ist ausgebildet zur Ausführung eines Programms, das beispielsweise in dem Programmspeicher 62 gespeichert ist. Mittels des Programms kann ermittelt werden, ob eine Änderung eines zeitlichen Verlaufs der Kohlenwasser- stoffkonzentration cHC eine vorgegebene Schwelle tau überschreitet. Der Datenspeicher 64 ist ausgebildet zur Speicherung von Daten, beispielsweise von Signalen.

Der Systembus 66 ist gekoppelt mit einem Analog-Digital- Wandler 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. Empfangene Sensorsignale können beispielsweise in dem Datenspeicher 64 gespeichert und von dem Prozessor 60 verar- beitet 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 Spülventil 50.

Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm des beispielsweise von der

Steuervorrichtung 20 ausgeführten Programms. Das Programm umfasst fünf Schritte.

Das Programm beginnt in einem ersten Schritt Vl. In dem ers- ten Schritt Vl können Parameter Initialisiert werden. In einem zweiten Schritt V2 wird ein zeitlicher Verlauf eines Messsignals mittels des Sensors 40 erfasst wird und für eine Weiterverarbeitung an die Steuervorrichtung 20 übermittelt, wo der zeitliche Verlauf des Messsignals in dem Datenspeicher 64 abgespeichert werden kann, beispielsweise in Form von Messwerten .

In einem dritten Schritt V3 wird ermittelt, ob eine Änderung des zeitlichen Verlaufs des Messsignals eine vorgegebene Schwelle tau überschreitet. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Änderung des zeitlichen Verlaufs des erfassten Messsignals mittels eines Gradienten oder eines Differenzenquotienten ermittelt. Falls der zeitliche Verlauf des Messsignals die vorgegebenen Schwelle tau überschreitet, wird ein Extremwert der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC erkannt.

Das Programm endet in einem fünften Schritt V5. In dem fünften Schritt V5 kann beispielsweise das Ventil 42 angesteuert werden, beispielsweise für den Fall, dass die vorgegebene Schwelle tau überschritten wurde. Bei einem Überschreiten der vorgegebenen Schwelle tau kann das Ventil 42 beispielsweise geschlossen werden, so dass die große Änderung der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC in der Spülleitung 38 nicht zu einer ungewollten Veränderung des Luft-/Kraftstoff-Verhältnis- ses in dem Ansaugtrakt 14 führt.

Durch eine Betrachtung der Änderung im Gegensatz zu einer Betrachtung von Absolutwerten der Kohlenwasserstoffkonzentration cHC können auch dann verlässliche Aussagen getroffen wer- den, wenn der Sensor 40 beispielsweise eine Drift D aufweist, die zu einem Offset O führt. Figur 4 zeigt ein Schaubild mit der von dem Sensor 40 erfassten Kohlenwasserstoffkonzentration cHC IST und der tatsächlichen Kohlenwasserstoffkonzentration cHC . Gestrichelt eingetragen ist die Drift D, die in dem Offset O resultiert.