Tankentlüftungssvstem und Verfahren zu seinem Betrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Tankentlüftungssystem. Weiterhin betrifft sie ein Verfahren zum Betreiben eines Tankentlüftungssystems.

Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens

durchzuführen, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das erfindungsgemäße Computerprogramm gespeichert ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um eine Verbrennungskraftmaschine mittels des erfindungsgemäßen

Verfahrens zu betreiben.

Stand der Technik

Zur Einhaltung von Verdunstungsemissionsgrenzwerten weisen

Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen ein Tankentlüftungssystem auf. Dieses besteht aus einem Aktivkohlefilter zur Adsorption der aus einer

Entlüftungsleitung des Kraftstofftanks entweichenden Kraftstoffdämpfe und einer Verbindungsleitung, die den Aktivkohlefilter mit dem Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine verbindet. In dieser Leitung ist ein

Tankentlüftungsventil angeordnet.

Aus dem Kraftstofftank entweichende Kraftstoffdämpfe werden im

Aktivkohlefilter adsorbiert, so dass nur gereinigte Luft in die Atmosphäre austreten kann. Um die Aktivkohle immer wieder zu regenerieren, werden die adsorbierten Kraftstoffdämpfe in einem Regenerierbetrieb in ein Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine geleitet. In dem Saugrohr herrscht ein

Unterdruck, so dass bei geöffnetem Tankentlüftungsventil auch in der Verbindungsleitung und im Aktivkohlefilter ein Unterdruck erzeugt wird. Dadurch strömt Luft aus der Umgebung durch die Aktivkohle ins Saugrohr. Diese desorbiert die angelagerten Kohlenwasserstoffe und führt sie der motorischen Verbrennung zu. Das Tankentlüftungsventil in der

Verbindungsleitung dosiert diesen Regenerierstrom, der auch als„Spülstrom bezeichnet wird. Über das elektrische Tastverhältnis kann dieser

Regenerierstrom dem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine angepasst werden. Auf die eingetragene Kohlenwasserstoffmenge wird mit Hilfe der Lambdaregelung der Verbrennungskraftmaschine

zurückgeschlossen und über eine Gemischadaption wird die über einen Kraftstoff! njektor in die Verbrennungskraftmaschine eingespritzte

Kraftstoff menge entsprechend angepasst.

Hierzu ist es aus der DE 20 2012 203 650 A1 bekannt eine drehzahlbasierte Lambda-Schätzung durchzuführen und aus der DE 10 2012 203 652 ist es bekannt eine drehzahlbasierte Momentenschätzung durchzuführen.

Offenbarung der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben eines

Tankentlüftungssystems, umfassend die folgenden Schritte:

Ermitteln eines Drehzahlsignals einer Verbrennungskraftmaschine, Ermitteln eines aus einem Aktivkohlefilter durch eine Verbindungsleitung in ein Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine eingeleiteten

Kohlenwasserstoffstroms aus dem Drehzahlsignal,

- Anpassen einer Kraftstoffeinspritzzeit in die Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit von dem Kohlenwasserstoffstrom.

Indem ein Anpassen einer Kraftstoffeinspritzzeit aufgrund von

Drehzahlinformationen erfolgt, ermöglicht das erfindungsgemäße Verfahren eine Tankentlüftung auch für Tankentlüftungssysteme von

Verbrennungskraftmaschinen in deren Abgastrakt keine Lambdasonde angeordnet ist. Zudem ermöglicht es eine Reduzierung des

Kraftstoffverbrauchs und der Emissionen der Verbrennungskraftmaschine. Das Ermitteln des Drehzahlsignals erfolgt insbesondere mittels eines

Drehzahlsensors der Verbrennungskraftmaschine. Bei dem Drehzahlsignal kann es sich beispielsweise um verschiedene Zahnzeiten oder

Segmentzeiten, welche unmittelbar proportional zur Drehzahl der Kurbelwelle sind, aber auch Winkelgeschwindigkeitsänderungen und

Winkelbeschleunigungen oder Änderungen der Winkelbeschleunigung, bekannt als Laufunruhe, handeln.

Um den Kohlenwasserstoffstrom zu ermitteln wird bevorzugt aus

Schwankungen des Drehzahlsignals auf einen indizierten Mitteldruck pmi und/oder auf ein Verbrennungsluftverhältnis λ geschlossen wird. Aus dem indizierten Mitteldruck pmi und/oder aus dem Verbrennungsluftverhältnis λ wird dann der Kohlenwasserstoffstrom ermittelt. Hierbei wird ausgenutzt, dass die in einen Zylinder einer Verbrennungskraftmaschine eingespritzte Kraftstoffmenge unter bestimmten Randbedingungen sowohl mit dem pmi als auch mit einem auf einer Auswertung des Drehzahlsignals basierenden Merkmal MWF (mechanical work feature, Merkmal für mechanische Arbeit) des jeweiligen Zylinders korreliert. Bestimmte Betriebs- bzw.

Randbedingungen sind beispielhaft eine magere Verbrennung, damit eine Menge von Kraftstoff sicher vollständig umgesetzt wird. Weiterhin ist die Kenntnis der zugrundeliegenden Verbrennungslage bzw. die Sicherstellung der optimalen Verbrennungslage durch die Verbrennungseinleitung durch den optimalen Zündwinkel MBT (minimum advance for best torque) erforderlich. Dabei stellt pmi ein Maß für eine von dem jeweiligen Zylinder geleistete Arbeit bezogen auf ein Hubvolumen dar. Dieser ist gemäß Formel 1 wie folgt definiert:

(Formel 1 ) wobei Vh für das Hubvolumen eines Zylinders, p für den in dem Zylinder herrschenden Druck und φ für den Winkel zwischen Kurbelwelle und

Mittelachse des Zylinders steht. Es muss zusätzlich angegeben werden, ob der pmi über ein gesamtes Arbeitsspiel oder nur über eine entsprechende Hochdruck- bzw. Niederdruckschleife berechnet wird. Für eine pmi-Berechnung können Drehsignalwerte als Eingangsgrößen für eine Berechnung verwendet werden, aus der als Ausgangsgröße ein drehzahlbasiertes Merkmal zur Bestimmung des Drehmomentes folgt. Hierzu kann das bereits voranstehend erwähnte MWF zum Einsatz kommen. Dieses berechnet sich gemäß Formel 2 aus dem Verlauf von Rotationsenergien der Kurbelwelle:

^MWF = Er ^ot nZOT ^"

Dabei beschreibt y°KWnZOT den Wert y des Winkels um den sich die Kurbelwelle (KW) im Vergleich zu ihrem Stand, an dem sich ein

entsprechender Kolben im zentralen oberen Totpunkt (ZOT) befindet, weitergedreht hat. Analog hierzu beschreibt x°KWvZOT den Wert des Winkels vor dieser Position. Verglichen wird durch MWF der

Energieunterschied zwischen einem Zustand des entsprechenden

Kurbelwellen-Systems vor der Zündung und einem Zustand des

Kurbelwellen-Systems nach der Zündung. Folglich ist MWF ein mit geringem Rechenaufwand bestimmbares Merkmal für eine abgegebene Arbeit aufgrund einer Verbrennung in der Verbrennungskraftmaschine.

Bei der Berechnung können auch aus einem engen Bereich um die jeweilige Winkelstellung mehrere Werte der Drehzahl ermittelt und daraus ein

Mittelwert gebildet werden, um zum Beispiel einen weniger rauschbehafteten Wert für die Drehzahl zu erhalten. Es ist weiterhin denkbar, aus mehreren

Bereichen vor und nach der Verbrennung, Werte in der oben beschriebenen Art und Weise für die Drehzahl zu ermitteln und sie paarweise angeordnet zu Winkeln vor und nach der Verbrennung, oder zusammengefasst zu einem Wert vor und einem Wert nach der Verbrennung, zur Differenzbildung im MWF heranzuziehen.

Das Verbrennungsluftverhältnis λ kann aus einer Änderung des Merkmals MWF in Abhängigkeit der dem Verbrennungsmotor zugeführten

Kraftstoffmenge ermittelt werden. Alternativ wird zur Bestimmung bzw.

Schätzung von λ unter Variation einer Kraftstoffmenge das Merkmal MWF als auch eine Änderung der Verbrennungslage betrachtet. Bei einer

vorgegebenen Variation einer Last wird dann bei Auswertung der genannten Größen auf ein λ geschlossen.

Unter der Kraftstoffeinspritzzeit in die Verbrennungskraftmaschine wird erfindungsgemäß eine Einspritzzeit einer Kraftstoffquelle der

Verbrennungskraftmaschine verstanden.

In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Verbindungsleitung in bekannter Weise ein Tankentlüftungsventil angeordnet. Die Kraftstoffeinspritzzeit ist dann eine Einspritzzeit des

Tankentlüftungsventils.

In einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Verbindungsleitung ein Absperrventil angeordnet. Anders als ein

Tankentlüftungsventil, welches ein Dosieren des Kohlenwasserstoffstroms ermöglicht, kann ein Absperrventil nur zwischen einer vollständig geöffneten und einer vollständig geschlossenen Stellung geschaltet werden. Die

Kraftstoffeinspritzzeit ist dann eine Einspritzzeit eines

Kraftstoffeinspritzventils. Dieses kann im Saugrohr angeordnet sein

(Einpunkt- oder Mehrpunkteinspritzung). Das Einspritzventil kann aber auch ein Injektor für eine Kraftstoffdirekteinspritzung sein. Die Ansteuerung des Einspritzventils wird dabei so angepasst dass die Gesamtmenge des

Kraftstoffs aus dem Kohlenwasserstoffstrom und aus der

Kraftstoffeinspritzung ein gewünschtes λ ergibt.

In noch einer anderen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist in der Verbindungsleitung überhaupt kein Ventil angeordnet. Auch in dieser Ausführungsform ist die Kraftstoffeinspritzzeit eine Einspritzzeit eines Kraftstoffeinspritzventils. Es finden keine zeitlich begrenzten

Regenerierphasen des Aktivkohlefilters mehr statt. Stattdessen wird kontinuierlich Kraftstoff aus dem Aktivkohlefilter desorbiert und der

Verbrennung zugeführt. Die über das Einspritzventil zugeführte

Kraftstoff menge muss hiezu entsprechend angepasst werden. Es ist bevorzugt, dass in der Verbindungsleitung eine variable Drossel angeordnet ist. Die variable Drossel wird in Abhängigkeit von einer

Drehmomentanforderung an die Verbrennungskraftmaschine gesteuert. Hierzu ist sie insbesondere mit einem Gaspedal oder einem Gaszug eines Kraftfahrzeugs verbunden, das von der Verbrennungskraftmaschine angetrieben wird. Die variable Drossel ermöglicht es bei höheren Lasten, die bei gedrücktem Gaspedal zu einem geringeren Saugrohrunterdruck führen, einen größeren und somit verlustärmeren effektiven Querschnitt der

Verbindungsleitung einzustellen.

Das erfindungsgemäße Computerprogramm ist eingerichtet, jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder elektronischen Steuergerät ausgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen. Hierzu ist das Computerprogramm insbesondere auf dem erfindungsgemäßen maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert.

Wenn das erfindungsgemäße Computerprogramm auf einem elektronischen Steuergerät aufgespielt wird, wird das erfindungsgemäße elektronische

Steuergerät erhalten, welches eingerichtet ist, um ein Tankentlüftungssystem mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens zu betreiben.

Während das erfindungsgemäße Verfahren auch mit einem

Tankentlüftungssystem durchgeführt werden kann, dass in herkömmlicher

Weise ein Tankentlüftungsventil aufweist, ermöglicht der Betrieb des

Tankentlüftungssystems mit dem erfindungsgemäßen Verfahren auch neue Gestaltungen des Tankentlüftungssystems. Ein erfindungsgemäßes

Tankentlüftungssystem, weist einen Aktivkohlefilter, der mit einer

Entlüftungsleitung eines Kraftstofftanks verbunden ist, und eine

Verbindungsleitung, welche den Aktivkohlefilter mit einem Saugrohr einer Verbrennungskraftmaschine verbindet, auf. Die Verbrennungskraftmaschine weist einen Drehzahlsensor auf. In der Verbindungsleitung ist kein

Tankentlüftungsventil angeordnet. Es kann also auf ein in herkömmlichen Tankentlüftungssystemen benötigtes teures Bauteil verzichtet werden. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Tankentlüftungssystems ist in der Verbindungsleitung ein Absperrventil angeordnet ist.

Vorzugsweise ist in der Verbindungsleitung eine variable Drossel angeordnet ist, welche eingerichtet ist, um in Abhängigkeit von einer

Drehmomentanforderung an die Verbrennungskraftmaschine gesteuert zu werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

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

Fig. 1 zeigt ein Tankentlüftungssystem gemäß dem Stand der Technik.

Fig. 2 zeigt ein Tankentlüftungssystem, das mittels eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann. Fig. 3 zeigt ein Tankentlüftungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mittels eines Verfahrens gemäß einem anderen

Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann.

Fig. 4 zeigt ein Tankentlüftungssystem gemäß einem anderen

Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mittels eines Verfahrens gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann.

Fig. 5 zeigt ein Tankentlüftungssystem gemäß noch einem anderen

Ausführungsbeispiel der Erfindung, das mittels eines Verfahrens gemäß noch einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung betrieben werden kann.

Fig. 6 zeigt in einem Diagramm die Beziehung zwischen dem Drehmoment einer Verbrennungskraftmaschine und dem Verbrennungsluftverhältnis in einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung In Fig. 1 ist die Verbrennungskraftmaschine 1 eines Kraftfahrzeugs dargestellt. Diese wird über ein Saugrohr 2 mit einem Kraftstoff-/Luftgemisch versorgt. In dem Saugrohr 2 sind stromabwärts aufeinanderfolgend ein Heißfilm-Anemometer (HFM) als Luftmassenmesser 21 , ein Ladeluftkühler 22, eine Drosselklappe 23 und ein Kraftstoffeinspritzventil 24 für die

Saugrohr-Einpunkteinspritzung angeordnet. In einem Abgasstrang 3 der Verbrennungskraftmaschine 1 ist eine Lambdasonde 31 angeordnet. Ein herkömmliches Tankentlüftungssystem ist mit dem Saugrohr 2 verbunden. Ein Kraftstofftank 4, der Kraftstoff 41 enthält ist über eine Entlüftungsleitung 5 mit einem Aktivkohlefilter 6 verbunden. Dieser weist eine Öffnung 61 auf, welche seinen Innenraum mit der Umgebungsatmosphäre verbindet. Eine Verbindungsleitung 7 verlässt den Aktivkohlefilter 6 und endet zwischen der Drosselklappe 23 und dem Kraftstoffeinspritzventil 24 im Saugrohr 2. Das Tankentlüftungsventil 71 wird in einem Regenerierbetrieb des

Tankentlüftungssystems in Abhängigkeit vom Signal der Lambdasonde 31 angesteuert.

Das in Fig. 2 dargestellte Tankentlüftungssystem entspricht dem

herkömmlichen Tankentlüftungssystem gemäß Fig. 1. Allerdings enthält das Saugrohr 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 keinen Luftmassenmesser 21 und keinen Ladeluftkühler 22. Im Abgasstrang ist keine Lambdasonde 31 angeordnet. Dafür weist die Verbrennungskraftmaschine 1 einen

Drehzahlsensor 11 auf. Dieses Tankentlüftungssystem kann im

Regenerierbetrieb mittels eines ersten Ausführungsbeispiels des

erfindungsgemäßen Verfahrens betrieben werden. Hierin wird ein

Drehzahlsignals der Verbrennungskraftmaschine 1 mittels des

Drehzahlsensors 1 1 ermittelt. Aus Schwankungen des Drehzahlsignals wird gemäß den Formeln 1 und 2 auf den indizierten Mitteldruck pmi geschlossen und aus dem pmi wird ein aus dem Aktivkohlefilter 6 durch eine

Verbindungsleitung 7 in das Saugrohr 2 der Verbrennungskraftmaschine 1 eingeleiteter Kohlenwasserstoffstrom ermittelt. Schließlich wird die

Kraftstoffeinspritzzeit des Tankentlüftungsventils 71 in die

Verbrennungskraftmaschine 1 in Abhängigkeit von dem

Kohlenwasserstoffstrom angepasst. In Fig. 3 ist ein Tankentlüftungssystem gemäß einem zweiten

Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese unterscheidet sich von dem Tankentlüftungssystem gemäß Fig. 2 darin, dass das

Tankentlüftungsventil 71 durch ein Absperrventil 72 ersetzt ist. Die

Verbindungsleitung 7 ist so dimensioniert, dass es bei geöffnetem

Absperrventil 72 auch im ungünstigsten Fall zu keinen Aussetzern der Verbrennungskraftmaschine 1 aufgrund eines zu mageren oder zu fetten Kraftstoff-/Luftgemisches kommen kann. Im Regenerierbetrieb des

Tankentlüftungssystems wird das Absperrventil geöffnet. In einem Verfahren gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird hierbei der

Kohlenwasserstoffstrom in derselben Weise ermittelt wie im ersten

Ausführungsbeispiel der Erfindung. Allerdings wird die Kenntnis des

Kohlenwasserstoffstroms dann dazu verwendet, die Kraftstoffeinspritzung durch das Kraftstoffeinspritzventil 24 anzupassen.

In Fig. 4 ist ein Tankentlüftungssystem gemäß einem vierten

Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Diese unterscheidet sich von den Tankentlüftungssystemen gemäß Fig. 2 und 3 darin, dass das in der Verbindungsleitung 7 kein Ventil angeordnet ist. Es findet kein zeitlich begrenzter Regenerierbetrieb des Tankentlüftungssystems statt. Stattdessen strömt in einem Verfahren gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung ständig Luft durch die Öffnung 61 des Aktivkohlefilters 6 und transportiert desorbierten Kraftstoff durch die Verbindungsleitung 7 ins Saugrohr 2. Der Kohlenwasserstoffstrom wird in derselben Weise ermittelt wie im dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung ermittelt und seine Kenntnis dazu verwendet, die Kraftstoffeinspritzung ins Saugrohr 2 durch das

Kraftstoffeinspritzventil 24 anzupassen.

Ein Tankentlüftungssystem gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in Fig. 5 dargestellt. Es unterscheidet sich von dem

Tankentlüftungssystem gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel dadurch, dass in der Verbindungsleitung 7 eine variable Drossel 73 angeordnet ist. Diese ist mit dem Gaszug 8 des Kraftfahrzeugs verbunden. In einem

Verfahren gemäß einem siebten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nicht nur die Kraftstoffeinspritzung ins Saugrohr 2 durch das Kraftstoffeinspritzventil 24 in derselben Weise angepasst wie im fünften Ausführungsbeispiel. Zusätzlich wird bei einer Drehmomentanforderung des Fahrers der effektive Querschnitt der Verbindungsleitung 7 mittels der variablen Drossel 7 vergrößert, um die hierbei auftretende Verringerung des Saugrohrdrucks zu kompensieren. Der Zusammenhang zwischen dem angeforderten Drehmoment M und dem Verbrennungsluftverhältnis λ ist hierzu in Fig. 6 qualitativ für λ-Werte im Bereich von 0,8 bis 1 ,3 dargestellt. Auch wenn die Anordnung einer variablen Drossel 73 beispielhaft nur für ein Tankentlüftungssystem ohne Ventil in der Verbindungsleitung 7 beschrieben wurde, ist es erfindungsgemäß auch möglich, die variable Drossel 73 in der

Verbindungsleitung eines Tankentlüftungssystems mit einem

Tankentlüftungsventil 71 gemäß Fig. 2 oder mit einem Absperrventil 72 gemäß Fig. 3 vorzusehen.