Verfahren und Steuerungsvorrichtung zum Betreiben eines Tankentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Steuerungsvorrichtung zum Betreiben eines Tankentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine.

Zur Begrenzung der Schadstoffemissionen sind moderne Kraftfahrzeuge, welche mit Brennkraftmaschinen angetrieben werden, mit Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen, meist als Tankentlüftungsvorrichtungen bezeichnet, ausgestattet. Der Zweck solcher Vorrichtungen besteht darin, Kraftstoffdampf, der sich in einem Kraftstofftank durch Verdunsten bildet, aufzunehmen und temporär zu speichern, so dass der Kraftstoffdampf nicht in die Umwelt entweichen kann. Als Speicher für den Kraftstoffdampf ist in dem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem ein Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter vorgesehen, der z. B. Aktivkohle als Speichermedium nutzt. Das Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter weist nur eine begrenzte Speicherkapazität für Kraftstoffdampf auf. Um das Kraftstoffdampf-Rückhaltfilter über einen langen Zeitraum nutzen zu können, muss dieses regeneriert werden. Hierzu ist in einer Leitung zwischen dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter und einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein steuerbares Tankentlüftungsventil angeordnet, welches zur Durchführung der Regeneration geöffnet wird, so dass einerseits die im Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter adsorbierten Kraftstoffdämpfe aufgrund des Unterdrucks im Saugrohr in dieses entweichen und so der Ansaugluft der Brennkraftmaschine und damit der Verbrennung zugeführt und anderseits die Aufnahmefähigkeit des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters für Kraftstoffdampf wieder hergestellt wird.

Ein Regenerierungsvorgang des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters ist demnach nur dann möglich, wenn im Saugrohr gegenüber der Tankentlüftungsvorrichtung ein Unterdrück herrscht.

Neue Fahrzeugkonzepte mit Hybridantrieb und Start/Stopp- Funktionalität sind ein Mittel, um die vom Gesetzgeber geforderten Emissionswerte einzuhalten und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Diese führen aber gleichzeitig zu einer signifikanten Verringerung der Spülraten zur Regeneration des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters, da sich durch das zeitweise Abschalten der Brennkraftmaschine die effektive Zeit in der gespült werden kann, verringert.

Weiterhin führt die Erdrosselung der Brennkraftmaschinen durch Wegfall der Drosselklappe und Steuerung der einströmenden Luftmasse mit Hilfe der Einlassventile (WT, variabler Ventiltrieb) und/oder Abgasturboaufladung dazu, dass der für die Spülung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters benötigte Unterdrück im Saugrohr nicht mehr ausreichend vorhanden ist.

In der DE 10 2010 054 668 A1 wird eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstofftank, einem Kraftstoffdämpfespeicher zur Speicherung von Kraftstoffdämpfen, welche dem Kraftstofftank entweichen, einer Verbindungsleitung zwischen dem Kraftstoffdämpfespeicher und einem Luftansaugtrakt der Brennkraftmaschine, um während einer Regenerationsphase Kraftstoffdämpfe vom Kraftstoffdämpfespeicher in den Luftansaugtrakt zu leiten, einem in der Verbindungsleitung angeordneten Ventil, einer Belüftungsleitung für den Kraftstoffdämpfespeicher und einer in der Belüftungsleitung angeordneten Ventileinheit zur Steuerung der Belüftung des Kraftstoffdämpfespeichers beschrieben. In der Belüftungsleitung für den Kraftstoffdämpfespeicher ist eine Spülluftpumpe angeordnet, die in die Ventileinheit zur Steuerung der Belüftung des Kraftstoffdämpfespeichers integriert ist. Auf diese Weise wird eine besonders effektive Spülung bzw. Regenerierung des Kraftstoffdämpfespeichers selbst dann erreicht, wenn kein Unterdrück bzw. nur ein geringer Unterdrück vom Luftansaugtrakt zur Verfügung gestellt wird.

Während des Tankentlüftungsvorgangs gelangt bei geöffnetem Gaseinlassventil ein zusätzlicher Kraftstoffanteil aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Um einen ordnungsgemäßen Betrieb der Brennkraftmaschine und die Einhaltung von Abgasgrenzwerten zu gewährleisten, muss dieser Kraftstoffanteil bei der von der Motorsteuerung für den momentanen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine berechneten, insgesamt zuzuführenden Kraftstoffmenge berücksichtigt werden. Für die Regelung des Spülflusses und der Einspritzkorrektur ist somit eine möglichst genaue Kenntnis des dampfförmigen Kraftstoffanteils (HC/Luftgemisch aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter), d. h. der Beladungsgrad des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters notwendig.

Die Ermittlung des Beladungsgrades erfolgt bei herkömmlichen Systemen durch Auswertung der Signalabweichung einer im Abgastrakt stromaufwärts eines Abgaskatalysators angeordneten Lambdasonde beim langsamen Öffnen des Tankentlüftungsventils. Da Abweichungen des Lambdasondensignals auch auf andere Ursachen zurückzuführen sind, beispielsweise durch einen Lastwechsel, kann es bei der Beladungsgradermittlung auf der Basis dieser Signalabweichung zu fehlerhaften Ergebnissen kommen. Die Folge davon ist eine fehlerbehaftete Einspritzmengenberechnung, was zu erhöhten Abgasemissionen, erhöhtem Kraftstoffverbrauch und schlechterer Fahrbarkeit führen kann. Außerdem kann während dieser relativ langen Lernphase nur sehr wenig HC-Gas regeneriert werden.

Aus der EP 2 627 889 B1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben eines Tankentlüftungssystems für eine Brennkraftmaschine beschrieben. Das Tankentlüftungssystem weist einen Adsorptionsbehälter, einem Regenerationskanal und eine elektrisch angetriebene Pumpe auf. Der Adsorptionsbehälter dient zum Auffangen und Zwischenspeichern von aus einem Kraftstofftank austretenden Kraftstoffdämpfen, wobei der Adsorptionsbehälter von einem Spülluftstrom durchströmbar ist. Der Regenerationskanal verbindet den Adsorptionsbehälter mit einem Ansaugkanal. In dem Regenerationskanal ist eine Pumpe angeordnet, die ausgebildet ist, die Spülluft aus dem Adsorptionsbehälter abzusaugen und einer Ansaugluft in dem Ansaugkanal beizumengen.

Es wird eine Dichte der Spülluft, die in dem Regenerationskanal strömt, ermittelt. Des Weiteren wird ein Spülluftmassenstrom, der in dem Regenerationskanal strömt, ermittelt abhängig von der Dichte der Spülluft und einer vorgegebenen Pumpencharakteristik der Pumpe.

In der DE 196 50 517 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Tankentlüftung für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine beschrieben. Mit Hilfe einer Überdruckpumpe in einer Regenerierungsleitung, zwischen einem Adsorptionsbehälter für Kraftstoffdämpfe und einem Ansaugkanal der Brennkraftmaschine wird es ermöglicht, unabhängig von dem gerade im Ansaugkanal herrschenden Unterdrück in allen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, in denen eine Spülung des Adsorptionsbehälters möglich ist, eine solche Spülung auch durchzuführen.

Die US 2014/0 245 997 A1 zeigt ein Tankentlüftungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einer druckunterstützten Spülung der Kraftstoffdämpfe. Um auch bei Betriebspunkten der Brennkraftmaschinen, bei denen im Saugrohr kein oder nur ein geringer Unterdrück herrscht, wird vorgeschlagen zur Druckerhöhung eine Spülpumpe zu verwenden in Verbindung mit einen oder mehreren Venturidüsen. Dadurch kann der Druck erhöht werden und eine Spülung des Canisters erfolgen.

In der DE 10 2017 201 530 A1 ist ein Tankentlüftungssystem für eine Verbrennungskraftmaschine und ein Verfahren zur Regenerierung eines Sorptionsspeichers beschrieben. Das Tankentlüftungssystem weist folgendes auf: einen Tank, der über eine Tankentlüftung mit einem Sorptionsspeicher zum Zwischenspeichern von Kraftstoff aus einem Tankentlüftungsstrom verbunden ist, eine Spülluftpumpe, zum Zuführen von regeneriertem Kraftstoff aus dem Sorptionsspeicher über einen Spülluftstrom in einen Ansaugluftstrom zur Verbrennungskraftmaschine, wobei eine Steuerung vorgesehen ist, die dazu ausgebildet ist, die Spülluftpumpe derart anzusteuern, dass der Spülluftstrom hinsichtlich seines Drucks, seiner Masse, und/oder seines Volumens einstellbar ist, so dass eine Dosierung des regenerierten Kraftstoffs über den Spülluftstrom in den Ansaugluftstrom entsprechend einem Betriebszustand der Verbrennungskraftmaschine erfolgt. Weiters ist ein Verfahren zur Regenerierung eines Sorptionsspeichers unter Verwendung des beschriebenen Tankentlüftungssystems offenbart.

Die DE 11 2017 001 080 T5 zeigt eine Verdampfer-Kraftstoff-Behandlungseinrichtung, die an einem Fahrzeug montiert ist. Die Behandlungseinrichtung weist folgendes auf: einen Behälter, der zum Adsorbieren des Kraftstoffs, in einem Kraftstofftank verdampft wird ausgebildet ist; einen Spüldurchgang der zwischen dem Behälter und einem Saugweg des Motors verbunden ist und durch den ein Spülgas, das aus dem Behälter ausgesandt wird, zu dem Saugweg hindurchtritt; eine Pumpe, die zum Aussenden des Spülgases aus dem Behälter zu dem Saugweg ausgebildet ist; ein Steuerventil das auf dem Spüldurchgang angeordnet ist und zum Umschalten zwischen einem Verbindungszustand und einem Abschaltzustand ausgebildet ist, wobei der Verbindungszustand ein Zustand ist, bei dem der Behälter und der Saugweg durch den Spüldurchgang in Verbindung stehen, und der Abschaltzustand ein Zustand ist, bei dem der Behälter und der Saugweg auf dem Spüldurchgang getrennt sind; einen Verzweigungsdurchgang, der sich von dem Spüldurchgang an einem stromwärtigen Ende des Verzweigungsdurchgangs verzweigt und an einem stromabwärtigen Ende des Verzweigungsdurchgangs in den Spüldurchgang eintritt, wobei der stromabwärtige Ende des Verzweigungsdurchgangs sich an einer Position befindet, die sich von dem stromaufwärtigen Ende des Verzweigungsdurchgangs unterscheidet, eine Druckspezifizierungseinheit, die einen Kleiner-Durchmesser-Bereich aufweist, der auf dem Verzweigungsdurchgang angeordnet ist und durch den das Spülgas in dem Verzweigungsdurchgang hindurchtritt, und die zum Spezifizieren eines Druckunterschieds des Spülgases, das durch den Kleiner-Durchmesser-Bereich zwischen einer ström aufwärtigen Seite und einer stromabwärtigen Seite des Kleiner-Durchmesser-Bereichs hindurchtritt, ausgebildet ist; einen Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor, der an einem Abgasdurchgang des Motors angeordnet ist; und einer Schätzeinheit, die zum Abschätzen einer ersten Strömungsrate des Spülgases, das aus der Pumpe ausgesandt wird, unter Verwendung einer Verdampfer-Kraftstoff-Konzentration in dem Spülgas, die unter Verwendung eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses geschätzt wird, das von dem Luft-Kraftstoff-Verhältnissensor erfasst wird, und der Druckdifferenz, die von der Druckspezifizierungseinheit spezifiziert wird, ausgebildet ist.

Der vorliegenden Offenbarung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Steuerungsvorrichtung anzugeben, mit dem bzw. mit der auf einfache Weise die Beladung eines Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters in einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem einer Brennkraftmaschine präzise ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Die Offenbarung zeichnet sich aus durch ein Verfahren und eine entsprechende Steuerungsvorrichtung zum Bestimmen der Beladung eines Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters in einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem einer Brennkraftmaschine. Das Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem weist mindestens auf: einen Kraftstoffvorratsbehälter zum Speichern von Kraftstoff, eine Verbindungsleitung, welche den Kraftstoffvorratsbehälter mit dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter koppelt, eine Regenerierungsleitung, welche den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine koppelt und in der ein elektrisch ansteuerbares Durchflusssteuerventil angeordnet ist, eine Belüftungsleitung, welche den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter mit der Atmosphäre koppelt, eine in der Regenerierungsleitung angeordnete, elektrisch ansteuerbare Spülluftpumpe, so dass zum Regenerieren des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters Spülluft durch den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter geleitet und dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt werden kann, wobei die Spülluftpumpe bei geschlossenem Durchflusssteuerventil eingeschaltet wird und bei Erreichen einer konstanten Drehzahl des Pumpenrads der die Spülluft fördernden Spülluftpumpe ein Wert für den Druck in der Regenerierungsleitung stromauf der Spülluftpumpe und ein Wert für den Druck in der Regenerierungsleitung stromab der Spülluftpumpe erfasst wird und aus diesen Druckwerten ein Wert für einen Differenzdruck an der Spülluftpumpe ermittelt wird. Dem Differenzdruck wird dann ein Wert für den Beladungsgrad des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters zugeordnet. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das Verfahren während einer oder mehrerer vorbestimmter Zeitspannen und / oder einer oder mehrerer vorbestimmter Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt und die jeweils ermittelten Beladungsgrade des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters werden bei der Einspritzberechnung der Brennkraftmaschine berücksichtigt.

Die vorliegende Offenbarung geht von der Erkenntnis aus, dass bei einer vorgegebenen Drehzahl der Spülluftpumpe der von der Spülluftpumpe erzeugte Druck abhängig von der Dichte des zu fördernden Mediums, d.h. von der Dichte des HC/Luftgemisches aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter ist.

Abhängig vom Beladungsgrad und damit von der Zusammensetzung des Spülstromes ergeben sich unterschiedliche Dichten des Spülstromes. Da sich die Dichten von Luft und Kohlenwasserstoffen (HC) deutlich unterscheiden, kann durch Erfassen und Auswerten der Druckwerte stromauf und stromab der Spülluftpumpe auf einfache Weise die Kohlenwasserstoffkonzentrationen (HC-Konzentrationen), also auf den Beladungsgrad des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters geschlossen werden.

Wird die beschriebene Beladungsermittlung vor der eigentlichen Spülphase, also vor der Regeneration des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters und bei geschlossenem Durchflusssteuerventil durchgeführt, so kann das erstmalige Öffnen des Durchflusssteuerventils wesentlich schneller und mit präziserer Einspritzkorrektur aufgrund des zugeführten dampfförmigen Kraftstoffes aus dem des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters erfolgen. Dadurch kann eine Erhöhung der Spülrate bei geringeren Lambda-Abdriftungen erfolgen und auch Fahrbarkeitsprobleme werden minimiert. Gemäß der vorliegenden Offenbarung wird das Verfahren während vorbestimmter Zeitspannen und / oder Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt. Es können dadurch Zeitspannen vordefiniert werden, die voraussichtlich besonders aussagekräftige Messergebnisse liefern. Dadurch kann insgesamt die Ermittlung des Beladungsgrads des Kraftstoff-Rückhaltefilters präziser durchgeführt werden.

Gemäß einer Ausführung ist zumindest eine der Zeitspannen eine Erwärmungsphase des Kraftstoffvorratsbehälters. Eine solche Erwärmungsphase ist gemäß einer Ausführungsform eine Zeitspanne tagsüber, während dessen sich der Kraftstoffvorratsbehälters aufgrund einer Temperaturerhöhung der Umgebung erwärmt. Die Temperaturerhöhung / Erwärmung kann mittels eines Temperatursensors detektiert werden, woraufhin das Verfahren durchgeführt wird. Die Brennkraftmaschine kann dabei gemäß einer Ausführungsform betrieben oder gemäß einer anderen Ausführungsform nicht betrieben werden. Während einer Temperaturerhöhung des Kraftstoffvorratsbehälters gast der Kraftstoff aus. Diese Gase sammeln sich im Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter und können demgemäß den Beladungsgrad erhöhen, sofern noch Gase / Dämpfe aufgenommen werden können. Die Ermittlung des Beladungsgrads während oder nach einer solchen Erwärmungsphase kann demgemäß besonders präzise durchgeführt werden.

Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine der Zeitspannen eine Abkühlungsphase des Kraftstoffvorratsbehälters. Eine solche Abkühlungsphase ist gemäß einer Ausführungsform eine Zeitspanne nachts, während dessen sich der Kraftstoffvorratsbehälter aufgrund einer Temperaturverringerung der Umgebung abkühlt. Die Temperaturverringerung / Abkühlung kann mittels eines Temperatursensors detektiert werden, woraufhin das Verfahren durchgeführt wird. Die Brennkraftmaschine kann dabei gemäß einer Ausführungsform betrieben oder gemäß einer anderen Ausführungsform nicht betrieben werden. Während einer Abkühlungsphase kann Frischluft durch den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter strömen, wodurch der Beladungsgrad beeinflusst werden kann. Demgemäß ist es sinnvoll während oder nach einer Abkühlungsphase den Beladungsgrad gemäß dieser Ausführungsform zu bestimmen.

Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest eine der Zeitspannen eine Zeitspanne mit konstanter Temperatur des Kraftstoffvorratsbehälters. Eine solche konstante Temperatur tritt beispielsweise während des Betriebs der Brennkraftmaschine auf. Die Zeitspanne mit konstanter Temperatur kann mittels eines Temperatursensors detektiert werden, woraufhin das Verfahren eingeleitet werden kann. Bei konstanter Temperatur des Kraftstoffvorratsbehälters wird der Beladungsgrad nicht durch zusätzliches Ausgasen von Kraftstoff bzw. durch einströmende Frischluft beeinflusst, sodass die Ermittlung des Beladungsgrads vorteilhaft präzise durchgeführt werden kann.

Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren während mehrerer Zeitspannen und / oder Betriebsphasen der Brennkraftmaschine durchgeführt und es werden die daraus jeweils ermittelten Beladungsgrade bei der Ermittlung des aktuellen Beladungsgrades des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters berücksichtigt. Gemäß einer Ausführungsform wird beispielhaft das Verfahren zunächst während oder unmittelbar nach einer Erwärmungsphase durchgeführt und anschließend während oder unmittelbar nach einer Abkühlungsphase durchgeführt. Die daraus jeweils ermittelten Beladungsgrade werden gemäß dieser Ausführungsform anschließend zur Ermittlung des aktuellen Beladungsgrades verwendet. Dadurch kann der aktuelle Beladungsgrad zusätzlich vorteilhaft präzise ermittelt werden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann das Verfahren während oder nach weiteren Betriebsphasen der Brennkraftmaschine, wie beispielsweise Betrieb der Brennkraftmaschine oder kein Betrieb der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. Zusätzliche Werte des Beladungsgrades erhöhen die Präzision der aktuellen Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters, wodurch die Einspritzberechnung vorteilhaft genau durchgeführt werden kann.

Eine besonders einfache Ermittlung der HC-Konzentration, also des Beladungsgrades ergibt sich, wenn der Zusammenhang zwischen Druckdifferenz und Beladungsgrad in einem Kennfeld innerhalb eines Speichers einer die Brennkraftmaschine steuernden und/oder regelnden Steuerungsvorrichtung abgelegt ist, wobei der Zusammenhang auf dem Prüfstand ermittelt wird.

Da zur Ermittlung des Beladungsgrades als Hardware-Komponenten nur zwei handelsübliche Drucksensoren oder gemäß einer weiteren Ausführungsform lediglich ein einzelner Differenzdrucksensor benötigt werden, ergibt sich insgesamt eine sehr einfache und kostengünstige Lösung, die ein zuverlässiges und genaues Ergebnis liefert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird anhand der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 in vereinfachter Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einer Tankentlüftungsanlage,

Figur 2 ein Diagramm für den Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz an der Spülluftpumpe und der gemessenen HC-Konzentration über der Zeit bei stetig abnehmender HC-Konzentration,

Figur 3 ein Diagramm für den Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz an der Spülluftpumpe und der HC-Konzentration,

Figur 4 eine schematische Darstellung eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems mit einem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter gemäß einer ersten Ausführungsform,

Figur 5 eine schematische Darstellung der prozentualen Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter gemäß der ersten Ausführungsform.

Die Figur zeigt in grob schematischer Darstellung eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, einer Aufladeeinrichtung in Form eines Abgasturboladers und einer Steuerungsvorrichtung. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist nur ein Zylinder der Brennkraftmaschine dargestellt.

Die Brennkraftmaschine 100 umfasst einen Ansaugtrakt 1 , einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4.

Der Ansaugtrakt 1 umfasst in Strömungsrichtung der angesaugten Luft ausgehend von einer Ansaugöffnung 10 nacheinander vorzugsweise einen Umgebungsluftdrucksensor 16, einen Luftfilter 11 , einen Ansaugluft-Temperatur- sensor 12, einen Luftmassenmesser 13 als Lastsensor, einen Verdichter 14 eines Abgasturboladers, einen Ladeluftkühler 15, eine Drosselklappe 17, einen Drucksensor 18 und ein Saugrohr 19, das hin zu einem Zylinder Z1 über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Bei der Drosselklappe 17 handelt es sich vorzugsweise um ein elektromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas), dessen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer

(Fahrerwunsch) abhängig vom Betriebsbereich der Brennkraftmaschine 100 über Signale einer elektronischen Steuerungsvorrichtung 8 einstellbar ist. Zugleich wird zur Überwachung und Überprüfung der Stellung der Drosselklappe 17 ein Signal an die Steuerungsvorrichtung 8 abgegeben.

Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 21 , welche über eine Pleuelstange 22 mit einem Kolben 23 des Zylinders Z1 gekoppelt ist. Die durch die Verbrennung erzeugte Antriebsenergie wird über die Kurbelwelle 21 an den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) übertragen. Der Kolben 23 und der Zylinder Z1 begrenzen einen Verbrennungsraum 24.

Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit mindestens einem Gaseinlassventil 31 , mindestens einem Gasauslassventil 32 und nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtungen für diese Ventile. Dabei handelt es sich insbesondere um einen sogenannten variablen Ventilantrieb, bei dem die Betätigung des mindestens einen Gaseinlassventils 31 und/oder des mindestens einen Gasauslassventils 32 weitgehend oder sogar völlig von der Bewegung der Kurbelwelle 21 entkoppelt ist. Der Zylinderkopf 3 umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) 33 und eine Zündkerze 34.

Vom Verbrennungsraum 24 führt der Abgastrakt 4 ab, in dessen weiterem Verlauf eine Turbine 41 des Abgasturboladers, welche über eine nicht näher bezeichnete Welle mit dem Verdichter 14 verbunden ist, ein Abgassensor 42 in Form einer Lambdasonde und ein Abgaskatalysator 43 angeordnet ist. Der Abgaskatalysator 43 kann als Dreiwegekatalysator und/oder als NOx-Speicherkatalysator ausgeführt sein. Der NOx-Speicherkatalysator dient dazu, in Betriebsbereichen mit magerer Verbrennung die geforderten Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschichtung die bei magerer Verbrennung erzeugten NOx-Verbindungen im Abgas. Des Weiteren kann im Abgastrakt 4 ein Partikelfilter vorgesehen sein, der auch in den Abgaskatalysator 43 integriert sein kann.

Ein den Verdichter 14 des Abgasturboladers umgehender Bypass mit einem Schubumluftventil und ein die Turbine des Abgasturboladers umgehender Bypass mit einem Wastegateventil sind aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt.

Der Brennkraftmaschine 100 ist eine Kraftstoffversorgungseinrichtung zugeordnet (nur teilweise dargestellt), welche das Kraftstoffeinspritzventil 33 mit Kraftstoff KST versorgt. Der Kraftstoff KST wird dabei in bekannter Weise aus einem Kraftstoffvorratsbehälter 5 von einer, in der Regel innerhalb des Kraftstoffvorratsbehälters 5 angeordneten, einen Vorfilter aufweisenden Elektrokraftstoffpumpe 51 (Intank-Pumpe, Niederdruck-Kraftstoffpumpe) unter geringem Druck (typisch <5 bar) gefördert und anschließend über eine, ein Kraftstofffilter enthaltende Niederdruck-Kraftstoffleitung zu einem Eingang einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe geleitet. Diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird entweder mechanisch durch eine Kopplung mit der Kurbelwelle 21 der Brennkraftmaschine 100 oder elektrisch angetrieben. Sie erhöht den Kraftstoffdruck bei einer mit Otto-Kraftstoff betriebenen Brennkraftmaschine 100 auf einen Wert von typisch 200 -300 bar und pumpt den Kraftstoff KST über eine Hochdruck-Kraftstoffleitung in einen Hochdruck-Kraftstoffspeicher (Common Rail), an dem eine Zuführleitung für das Kraftstoffeinspritzventil 33 angeschlossen ist und der somit das Kraftstoffeinspritzventil 33 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt, so dass Kraftstoff in den Verbrennungsraum 24 eingespritzt werden kann.

Der Druck im Hochdruck-Kraftstoffspeicher wird durch einen Drucksensor erfasst. Abhängig von dem Signal dieses Drucksensors wird der Druck im Hochdruck-Kraftstoffspeicher entweder auf einen konstanten oder einen variablen Wert mittels eines Druckreglers eingestellt. Überflüssiger Kraftstoff wird entweder in den Kraftstoffvorratsbehälter 5 oder an die Eingangsleitung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zurückgeleitet.

Der Brennkraftmaschine 100 ist ferner ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem 6, im Folgenden vereinfacht als Tankentlüftungsvorrichtung bezeichnet, zugeordnet. Zu der Tankentlüftungsvorrichtung 6 gehört ein Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 , welches beispielsweise Aktivkohle 62 enthält und über eine Verbindungsleitung 63 mit dem Kraftstoffvorratsbehälter 5 verbunden ist. Die in dem Kraftstoffvorratsbehälter 5 entstehenden Kraftstoffdämpfe, insbesondere die leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe werden somit in das Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 geleitet und dort von der Aktivkohle 62 adsorbiert. In der Verbindungsleitung 63 zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 5 und dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 ist ein elektromagnetisches Absperrventil 64 eingefügt, das mittels Signale der Steuerungsvorrichtung 8 betätigt werden kann. Dieses Absperrventil 64 wird auch als Roll Over-Ventil bezeichnet, das im Falle einer extremen Schräglage des Kraftfahrzeuges oder bei einem Überschlag des Kraftfahrzeuges automatisch geschlossen wird, so dass kein flüssiger Kraftstoff KST aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 5 in die Umgebung austreten und/oder in den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 eintreten kann. Das Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 ist über eine Regenerationsleitung 65 mit dem Ansaugtrakt 1 an einer Stelle stromabwärts des Luftfilters 11 und stromaufwärts des Verdichters 14 verbunden. Zum Einstellen des Gasflusses in der Regenerationsleitung 65 ist ein mittels Signale der elektronischen Steuerungsvorrichtung 8 ansteuerbares Durchflusssteuerventil 66, meist als Tankentlüftungsventil bezeichnet, vorgesehen. Bei dem Ansteuersignal handelt es sich insbesondere um ein pulsweitenmoduliertes Signal (PWM-Signal).

Damit eine Spülung und damit eine Regeneration des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters 61 auch bei entdrosseltem Saugrohr bzw. im aufgeladenen Betrieb der Brennkraftmaschine 100 erfolgen kann, ist in der Regenerationsleitung 65 eine elektrisch angetriebene Spülluftpumpe 67 angeordnet.

Des Weiteren ist an dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 eine Belüftungsleitung 68 vorgesehen, welche über einen Luftfilter 69 mit der Umgebung in Verbindung steht. In der Belüftungsleitung 68 ist ein mittels Signalen der elektronischen Steuerungsvorrichtung 8 ansteuerbares Belüftungsventil 70 angeordnet.

Die Spülluftpumpe 67, auch als aktive Spülluftpumpe (engl.: aktive purge pump, APP bezeichnet), ist bevorzugt als elektrisch angetriebene Kreiselpumpe bzw. Radialpumpe ausgeführt und kann in ihrer Drehzahl geregelt werden.

Stromaufwärts der Spülluftpumpe 67 ist in der Regenerationsleitung 65 ein Drucksensor 71 vorgesehen, der ein dem Druck an dem Eingang der Spülluftpumpe 67 entsprechenden Wert p_up liefert. Der Drucksensor 71 kann auch mit einem Temperatursensor zu einem Bauteil integriert sein, so dass durch Auswerten dieser Signale auch die Dichte des Spülgases und damit die in den Ansaugtrakt 1 eingeleitete dampfförmige Kraftstoff masse ermittelt werden kann.

Stromabwärts der Spülluftpumpe 67 ist in der Regenerationsleitung 65 ein Drucksensor 72 vorgesehen, der ein dem Druck an dem Ausgang der Spülluftpumpe 67 entsprechenden Wert p_down liefert.

Anstelle zweier separater Drucksensoren 71 , 72 kann auch ein Differenzdrucksensor 73 eingesetzt werden, wie es in der Figur 1 in strichlinierter Darstellung gezeigt ist und der der ein der Druckdifferenz AAPP = p_down - p_up entsprechendes Signal liefert. Der elektronischen Steuerungsvorrichtung 8 sind verschiedene Sensoren zugeordnet, die Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuerungsvorrichtung 8 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen die Stellglieder, die der Brennkraftmaschine 100 zugeordnet sind, und denen jeweils entsprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stellsignalen für die Stellantriebe an.

Die Sensoren sind beispielsweise der Luftmassenmesser 13, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts des Verdichters 14 erfasst, der Temperatursensor 12, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, der Umgebungsluftdrucksensor 16, der ein Signal AMP liefert, die Drucksensoren 71 , 72, 73, ein Temperatursensor 26, welcher die Temperatur des Kühlmittels der Brennkraftmaschine 100 erfasst, der Drucksensor 18 welcher den Saugrohrdruck stromabwärts der Drosselklappe 17 erfasst, der Abgassensor 42, welcher einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und dessen Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder Z1 bei der Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches. Signale von weiteren Sensoren, die zur Steuerung und/oder Regelung der Brennkraftmaschine 100 und deren Nebenaggregate nötig sind, sind in der Figur 1 allgemein mit dem Bezugszeichen ES gekennzeichnet.

Je nach Ausgestaltung kann eine beliebige Untermenge der genannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.

Die Stellglieder, welche die Steuerungsvorrichtung 8 mittels Stellsignalen ansteuert, sind beispielsweise die Drosselklappe 17, das Kraftstoffeinspritzventil 33, die Zündkerze 34, das Durchflusssteuerventil 66, das Absperrventil 64, das Belüftungsventil 70 und die Spülluftpumpe 67.

Stellsignale für weitere Stellglieder der Brennkraftmaschine 100 und deren Nebenaggregate sind in der Figur allgemein mit dem Bezugszeichen AS gekennzeichnet.

Neben dem Zylinder Z1 sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen auch entsprechende Stellglieder zugeordnet sind.

Die elektronische Steuerungsvorrichtung 8 kann auch als Motorsteuergerät bezeichnet werden. Solche Steuerungsvorrichtungen 8, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten, sind an sich bekannt, sodass im Folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird.

Die Steuerungsvorrichtung 8 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 81 , die mit einem Programmspeicher 82 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 83 gekoppelt ist. In dem Programmspeicher 82 und dem Wertespeicher 83 sind Programme bzw. Werte gespeichert, die für den Betrieb der Brennkraftmaschine 100 nötig sind. Unter anderem ist in dem Programmspeicher 82 softwaremäßig eine Funktion FKT_TEV zum Steuern der Brennkraftmaschine 100 während eines Tankentlüftungszeitraumes implementiert, insbesondere zur Ermittlung und Einstellung eines Sollwertes für den Spülfluss und zur Bestimmung des Beladungsgrades des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters 61. Hierzu ist in der Steuersteuerungsvorrichtung 8 eine Steuerelektronik zum Ansteuern der Spülluftpumpe 67 und zum Auswerten der von der Spülluftpumpe 67 aufgebauten Druckdifferenz AAPP vorgesehen, wie es im Folgenden näher erläutert wird.

Mit Hilfe der Spülluftpumpe 67 ist es möglich, den gewünschten Spülstrom des Spülgases (HC/Luftgemisch) aus dem Kraftstoffdampf- Rückhaltefilter 61 für alle Betriebspunkte der Brennkraftmaschine 100 einzustellen. Bei einen hohen HC-Anteil im Spülgas muss der Spülstrom kleiner sein als im Falle eines nahezu leeren Kraftstoffdampf- Rückhaltefilters 61. Zum Zeitpunkt des Öffnens des Durchflusssteuerventils 66 muss der HC -Anteil im Spülgas mit hoher Genauigkeit bekannt sein, da dieser bei der Berechnung der für den aktuellen Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 100 einzuspritzenden Kraftstoffmenge berücksichtigt werden muss.

Wenn die Spülluftpumpe 67 bei geschlossenem Durchflusssteuerventil 66 betrieben wird, ergibt sich die erzeugte Druckdifferenz AAPP über der Spülluftpumpe 67 nach folgender Beziehung:

AAPP = ^ (27rr ) ² mit p als Dichte des Spülgases, f als Drehzahl des Pumpenrades der Spülluftpumpe r als Radius des Pumpenrades der Spülluftpumpe Durch die Fliehkräfte des geförderten Mediums, also des Spülgases in der Spülluftpumpe 67 ist bei vorgegebener Drehzahl der erzeugte Druck abhängig von der Dichte des Spülgases. Die Dichten von Kohlenwasserstoffen sind unterschiedlich zu der Dichte von Luft. So beträgt beispielsweise bei einer Temperatur von 0°C und Umgebungsdruck die Dichte von Luft ca. 1 ,29 kg/m ³ und die Dichte von reinem Buthan 2,48 kg/m ³ .

Ist die Drehzahl f konstant, dann ist die Druckdifferenz AAPP proportional der Dichte p und damit proportional zum HC-Gehalt im Spülgas.

Wenn das Durchflusssteuerventil 66 geschlossen ist, fließt kein Spülstrom und der Druck p_up entspricht dem Umgebungsdruck AMP.

Somit kann durch einen kurzen Druckaufbau durch Ansteuern der Spülluftpumpe 67 bei geschlossenem Durchflusssteuerventil 66 und einer vorgegebenen Drehzahl der Spülluftpumpe 67 aus der gemessenen Druckdifferenz AAPP auf die HC-Konzentration im Spülgas geschlossen werden.

Wird dieser Schritt vor dem Beginn der eigentlichen Spülphase (geöffnetes Durchflusssteuerventil 66) durchgeführt, kann das erstmalige Öffnen des Durchflusssteuerventils 66 wesentlich schneller und mit präziserer Einspritzmassenkorrektur erfolgen.

In dem Wertespeicher 83 der Steuerungsvorrichtung 8 ist ein Kennfeld KF abgelegt, in dem abhängig von den Werten der ermittelten Druckdifferenz AAPP zugehörige Werte für die HC-Konzentration des Spülgases abgelegt sind. Das Kennfeld wird auf dem Prüfstand experimentell ermittelt. Die Werte für die Druckdifferenz AAPP werden entweder in der Steuerungseinrichtung 8 aus den einzelnen Druckwerten P_up und P_down stromaufwärts bzw. stromabwärts der Spülluftpumpe 67 durch entsprechende Differenzbildungen ermittelt oder die vom Differenzdrucksensor 73 gelieferten Werte AAPP gehen unmittelbar ein.

Das Prinzip der HC-Konzentrationsbestimmung auf der Basis des Differenzdruckes an der Spülluftpumpe funktioniert auch während des Spülvorganges in Kombination mit einem pulsweitenmodulierten Ansteuersignal (PWM-Signal) für das Durchflusssteuerventil. Hierzu ist es lediglich nötig, die Auswertung der Drucksignale in der Steuerungseinrichtung mit einer ausreichenden Abtastrate synchron zur PWM-Ansteuerung des Durchflusssteuerventils durchzuführen. Mit einer geeigneten, an sich bekannten nachgeschalteten Filterung ergibt sich dann ein Wert für den Differenzdruck, welcher proportional zu der HC-Konzentration des Spülgases ist.

Das Diagramm in Figur 2 zeigt den zeitlichen Verlauf der gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ermittelten Druckdifferenz AAPP und den sich einstellenden Spülluftmassenstrom m bei stetig abnehmender HC-Konzentration. Zusätzlich ist eine Kennlinie HC_SENS eingetragen, welche den Verlauf der HC-Konzentration angibt, der von einem lediglich zur Validierung der Korrektheit und Brauchbarkeit des angegebenen Verfahrens stromaufwärts der Spülluftpumpe 67 angeordneten HC-Sensors geliefert wird. Daraus ist eindeutig ersichtlich, dass der oben beschriebene Zusammenhang mit sehr großer Genauigkeit gegeben ist; die beiden Kurvenverläufe AAPP und HC_SENS sind nahezu identisch.

In dem Diagramm gemäß der Figur 3 ist der Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz AAPP und die mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens ermittelte HC-Konzentration dargestellt (Kurve HC_KONZ). Auch hier ist wieder zusätzlich der Zusammenhang zwischen der Druckdifferenz AAPP und der HC- Konzentration HC_SENS eingezeichnet, den der oben genannte HC-Sensor liefert. Die beiden Kurvenläufe sind im Rahmen der Messgenauigkeit identisch. Die Druckdifferenz AAPP ist direkt proportional der HC-Konzentration.

Die Messung bzw. Ermittlung des Differenzdruckes AAPP wurde dabei mit einer als Kreiselpumpe ausgebildeten Spülluftpumpe 67 mit einer vorgegebenen Drehzahl von 30.000 1/min und einem PWM-Ansteuersignal für das Durchflusssteuerventil 66 mit einem Tastgrad von 50% durchgeführt. Es muss lediglich die Drehzahl der Pumpe während der Messung/Ermittlung konstant gehalten werden.

Die Figur 4 zeigt einen Teil eines erfindungsgemäßen Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem 6 mit dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 , der Spülluftpumpe 67 und dem Tankentlüftungsventil 66. Der Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 weist eine erste Kammer 74, eine zweite Kammer 75 und eine dritte Kammer 76 auf, die zwischen einer Belüftungsleitung 68 (links unten) und einer Verbindungsleitung 63 (rechts oben) zum Kraftstoffvorratsbehälter 6 und einer Regenerationsleitung 65 zum Ansaugtrakt des Motors (nicht gezeigt) angeordnet sind. Bei Verdampfung von HC aus dem sich im Kraftstoffvorratsbehälter 6 befindlichen Kraftstoff (bspw. Benzin) strömt dieses durch die Verbindungsleitung 63 in den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 hinein und wird in dem Filtermaterial in den drei Kammern 74, 75, 76 gespeichert.

Figur 5 zeigt ein schematisches Beladungsdiagramm 9 der prozentualen Beladung jeder Kammer 74, 75, 76 des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 bei einer gesamten Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 von jeweils 75%, 55% und 10%.

Die Kurve 91 zeigt dabei die Beladung an jeder Stelle im Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 zwischen der Luftseite (links) und der Tankseite (rechts) während der Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 . Wie man sieht, nimmt die Beladung von der Tankseite aus in Richtung Luftseite ab. Nach der Beladung führt Diffusion innerhalb jeder Kammer 74, 75, 76 zu einer kammerdurchgehenden gleichmäßigen Beladung, dies ist mit den gestrichelten Kurven 911 , 912, 913 gezeigt. Ein der Kurve 911 entsprechender HC-Anteil an der Tankseite (ganz rechts in Figur 5) von etwa 90% entspricht somit einer gesamten Beladung des Aktivkohlenfilters von 75%.

Die Kurve 92 zeigt in ähnlicher Weise den Verlauf der Beladung in den Kammern 74, 75, 76 (während der Beladung), wenn die gesamte Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 gleich 55% ist. Die gestrichelten Kurven 921 , 922, 923 zeigen die kammerindividuellen Beladungen in Ruhe (nach Ausgleich durch Diffusion). Anhand der Kurve 923 entspricht ein HC-Anteil an der Tankseite von etwa 60% somit einer Gesamtbeladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 von 50%.

Die Kurve 93 zeigt in ähnlicher Weise den Verlauf der Beladung in den Kammern 74, 75, 76 (während der Beladung), wenn die gesamte Beladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 gleich 10% ist. Die gestrichelten Kurven 931 , 932 zeigen die kammerindividuellen Beladungen in Ruhe (nach Ausgleich durch Diffusion). Anhand der Kurve 931 entspricht ein HC-Anteil an der Tankseite von etwa 20% somit einer Gesamtbeladung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 von 10%.