DE60201570T2

DE60201570T2 - Verfahren zur Regelung des Kraftstofftankunterdrucks eines Fahrzeugs

Info

Publication number: DE60201570T2
Application number: DE2002601570
Authority: DE
Inventors: Fabien Lenglet
Original assignee: Renault SAS
Current assignee: Renault SAS
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2002-12-20
Publication date: 2005-03-31
Anticipated expiration: 2022-12-21
Also published as: DE60201570D1; EP1321652A1; EP1321652B1; FR2833999A1; FR2833999B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung und zur Regelung des Unterdrucks in einem Kraftstofftank für Automobile, welcher durch die Reinigung/Entleerung des Absorbers für Kraftstoffdämpfe erzeugt wird. Das Kraftfahrzeug ist unter anderem mit einem Motor ausgestattet, der mit Kraftstoff betrieben wird, der in dem Kraftstofftank gelagert ist, mit einem Messstab für den Füllstand des Kraftstoffs, einem Absorber für Kraftstoffdämpfe, mit Leitungen, die notwendig sind, für die Entleerung/Reinigung des Absorbers für Kraftstoffdämpfe, einem elektromechanischen Aktuator, der vorgesehen ist, die Reinigung/Entleerung des Absorbers für Kraftstoffdämpfe zu regeln, und welcher zwischen letzterem und dem Einlasskrümmer des Motors auf einer der erwähnten Leitungen liegt und mit einem elektronischen Rechner, welcher ein Steuersignal des elektromechanischen Aktuators bestimmt und erzeugt.
Innerhalb des Ziels, die Normen einzuhalten, welche den Ausstoß von Kohlenwasserstoffen durch ein Kraftfahrzeug betreffen, neben der Verbesserung der Dichtigkeit der Kohlenwasserstoffe enthaltenden Mittel, ist es bekannt, dass diejenigen, die mit Verbrennungsmotoren und insbesondere Motoren mit gesteuerter Zündung, "Benzinmotoren" genannt, ausgestattet sind, einen Absorber für Kraftstoffdämpfe zu benutzen. Dies erlaubt, die Kraftstoffdämpfe, die von dem Kraftstofftank ausgehen, der im Folgenden einfach Tank genannt werden wird, zu lagern, um den Ausstoß in die umgebende Luft zu vermeiden, ob das Fahrzeug und/oder sein Motor angehalten sind/ist oder in Betrieb.
Der Absorber für Kraftstoffdämpfe, im Folgenden einfach Absorber (in Englisch: canister) genannt, erscheint als Behälter, welcher die Kraftstoffdämpfe lagert, mittels Absorptionselementen, die durchlässig sind, z. B. durch Aktivkohle. Er ist im Allgemeinen mit drei Öffnungen ausgestattet: eine zur Verbindung mit dem Tank, eine zum Einsaugen und eine zur Freisetzung.
Die Öffnung zur Verbindung des Absorbers ist mit dem Tank mittels einer durchlässigen Leitung verbunden, die Verbindungsleitung genannt wird. Auf Grund seiner Konstruktion, und in Abwesenheit von Lecks, erlaubt der Tank den Kraftstoffdämpfen, allein zu dem Absorber hin zu entweichen. Die Freisetzungsöffnung ist eine Öffnung des Absorbers zur Atmosphäre und so wird der Tank unter atmosphärischen Druck gesetzt, über den Absorber und insbesondere über die Absorptionselemente.
Der Absorber verfügt über eine bestimmte Lagerungskapazität. Wenn diese Kapazität erreicht ist, wird gesagt, dass der Absorber gesättigt ist. Um die Sättigung und daher den Ausstoß von Kohlenwasserstoffen in die umgebende Luft über die Freisetzungsöffnung zu vermeiden, ist es notwendig, die Absorptionselemente zu regenerieren. Es ist bekannt, dass die Regenerierung stattfindet, wenn der Motor in Betrieb ist, und dass es angebracht ist, ein System von Leitungen zu benutzen, welches Reinigungs-/Entleerungsleitung genannt wird, welche die Einsaugöffnung des Absorbers mit dem Einlasskrümmer des Motors verbindet. Die Bewegung der Kolben des Motors erzeugt einen Unterdruck in dem Einlasskrümmer, was erlaubt, über den Unterschied zu dem atmosphärischen Druck, einen Luftstrom zwischen der Freisetzungsöffnung und dem Einlasskrümmer herzustellen, welcher die Absorptionselemente überstreicht; die Luft lädt sich mit Kraftstoff auf, der in dem Absorber enthalten ist und das so erhaltene kraftstoffhaltige Gemisch wird durch den Motor angesaugt, um dort verbrannt zu werden.
Wenn der Motor angehalten ist, und damit der Absorber so wirksam wie möglich ist, ist es trivial, dass die Öffnungen zur Freisetzung und zur Verbindung beabstandet sind und durch die Absorptionselemente voneinander getrennt sind. Ebenfalls, um den Absorber zu reinigen, ist es notwendig, dass die Öffnungen zum Einsaugen und zur Freisetzung durch die gleichen Absorptionselemente getrennt sind. So sind die Öffnungen zur Verbindung und zum Einsaugen daher nah beieinanderliegend; sie können in der gleichen Zone des Absorbers oberhalb der Absorptionselemente platziert sein; oder eine (beide) Öffnungen(en) kann/können leicht in die Absorptionselemente eindringen, während die Trennung zwischen den Öffnungen zur Verbindung und zum Einsaugen im Verhältnis zu der Trennung dieser Öffnungen von derjenigen der Freisetzung schwach bleibt.
Es ist bekannt, dass das Ausdünsten von Kraftstoffdämpfen aus dem Tank abhängig von der Temperatur im Inneren desselben und seinem Füllstand ist. Ferner emittiert ein schwach mit Kraftstoff gefüllter Tank gewöhnlich mehr Dämpfe als ein stark gefüllter. Es können die folgenden Gründe aufgeführt werden, welche die Verdampfung von Kraftstoff begünstigen, die Kontaktoberfläche zwischen dem flüssigen Kraftstoff und dem darüber liegenden Gas ist im Allgemeinen der wichtigste, für eine Füllung des Tanks in der Ordnung von 40% des Gesamtvolumens, die thermischen Effekte (Erwärmung des Kraftstoffs auf Grund z. B., der Rückkehr von überschüssigem Kraftstoff, der von der Einspritzleitung ausgeht und welcher heiß ist oder auch auf Grund der thermischen Ausstrahlung der Abgasleitung des Motors), deren Übergangsphasen (Anstieg der Temperatur des Kraftstoffs) viel schneller sind, wenn die geladene Kraftstoffmenge reduziert ist, die Bewegungen des flüssigen Kraftstoffs in dem Tank, verursacht unter anderem bei Beschleunigungen und Verlangsamungen des Kraftfahrzeugs, welche viel erheblicher sind, wenn der Tank nur teilweise gefüllt ist.
Das kraftstoffhaltige Gemisch, welches durch die Reinigung/Entleerung des Absorbers herangebracht wird, darf nicht in den Zylindern des Motors Unterschiede im Mischungsverhältnis bewirken, die schädlich für die Einhaltung der Normen über die Emission von Schadstoffen durch den Motor sind. So ist es bekannt, dass dieser Beitrag durch eine Vorrichtung kontrolliert und begrenzt werden muss, welche einen elektromechanischen Aktuator umfasst, z. B. ein Elektroventil, welches durch den elektronischen Rechner gesteuert wird und welcher in der Reinigungs-/Entleerungsleitung integriert ist, programmierte Steuermittel in dem elek tronischen Rechner, welche unter anderem das Signal zur Steuerung des elektromechanischen Aktuators bestimmen und erzeugen, der im Folgenden einfach Aktuator genannt wird.
Diese Vorrichtung erlaubt, im Bereich des Durchgangs der Gase der Reinigungs-/Entleerungsleitung zu regeln, der Verlust der Ladung dieser Leitung ist daher variabel abhängig von der Steuerung des Aktuators. Der Aktuator kann mehrere Zwischenpositionen besitzen, zwischen einem vollständigen Verschluss, d. h. einem unendlichen Verlust an Ladung der Reinigungs-/Entleerungsleitung, und, einer maximalen Öffnung, d. h. einem minimalen Verlust an Ladung (aber nicht 0) der Reinigungs-/Entleerungsleitung. Es ist daher angebracht, die Öffnung des Aktuators zu reduzieren, um den Beitrag von kraftstoffhaltigem Gemisch zu vermindern. Im Folgenden ist es angebracht, den allgemeinen Fall zu betrachten, in dem der Aktuator mehrere Zwischenpositionen der Öffnung besitzt; und das diejenigen, welche durch ein zyklisches Öffnungsverhältnis gesteuert werden, ihnen gleichgestellt sind, die Öffnungsposition ist durch den RCO genannten Wert des zyklischen Öffnungsverhältnisses gegeben.
Die Öffnung des Aktuators wird in fortschreitender Weise durch einen Öffnungsschritt bewirkt. So ist es gleichfalls für das Verschließen, außer in bestimmten Fällen, nicht ausgeführt, in denen ein abruptes und vollständiges Verschließen bewirkt wird.
Es ist gleichfalls bekannt, dass bestimmte Fahrzeuge, abhängig von der geltenden Norm für Schadstoffemissionen in dem Land der Vermarktung, im Betrieb eine Diagnose der Dichtigkeit des Kraftstoffstanks und der zugehörigen Elemente bewirken müssen, wenn ein Verlust, gleich oder höher als der durch die Norm festgelegte, festgestellt wird, deshalb muss eine Information eines schlechten Funktionierens an den Fahrer gegeben werden, z. B. durch Aufleuchten einer Warnleuchte, die auf dem Armaturenbrett des Fahrzeugs platziert ist. Das bekannte Diagnoseprinzip ist, ein normalerweise geöffnetes Lüftungsventil zu benutzen, das auf der Freisetzöffnung des Absorbers platziert ist, und einen Drucksensor, der auf dem Kraftstofftank oder auf einem der Elemente, die der Funktion des Enthaltens von Kraftstoff zugeordnet sind, wie dem Absorber, platziert ist. Das Verfahren zur Diagnose ist in mehrere Phasen unterteilt, der Tank wird in Unterdruck versetzt durch das Verschließen des Lüftungsventils und die Öffnung des Aktuators. Nach einer bestimmten Verzögerung, der Aktuator ist geschlossen, wird, da das Lüftungsventil geschlossen bleibt, dann ein Unterdruck in dem Tank erhalten und dieser entwickelt sich abhängig von einem eventuellen Verlust. Die durch den Drucksensor ausgegebene Information erlaubt, das erneute Steigen des Drucks in dem Tank zu verarbeiten und die Erheblichkeit des Verlusts zu erfassen. Wenn der Test abgeschlossen ist, ist das Lüftungsventil offen und der Aktuator wird geöffnet, um den Absorber zu reinigen/entleeren.
Wenn der Motor im Betrieb und der Aktuator offen ist, selbst teilweise, werden dann statische Unterdrücke auf der Höhe der Öffnungen zum Einsaugen und zur Verbindung des Absorbers erzeugt (eventuell sind die Werte identisch). Dieser Unterdruck auf Höhe der Öffnung zur Verbindung existiert, ob ein Lüftungsventil auf der Freisetzungsöffnung des Absorbers vorhanden ist oder nicht, und wenn es vorhanden ist, ob es offen ist oder nicht. Da der Kraftstofftank dicht ist, entwickelt sich der Druck im Inneren desselben, um sich mit demjenigen auszugleichen, der auf Höhe der Verbindungsöffnung des Absorbers herrscht, auf Grund einer Strömung, welche in der Verbindungsleitung entsteht. Der Unterdruck, der durch die Reinigung/Entleerung des Absorbers so in dem Tank erzeugt wurde, ist im Stande, letzteren und/oder die verbundenen Elemente, wie die Kraftstoffpumpe, zu beschädigen.
Um den Unterdruck in dem Tank zu begrenzen, auf einen vernünftigen Wert, damit letzterer nicht beschädigt wird, existieren mehrere Lösungen. Sie habe entweder den Nachteil, die Kosten des Fahrzeugs zu erhöhen oder die Reinigung/Entleerung des Absorbers zu vermindern. Als Beispiele für Lösungen können angeführt werden: die Integration einer Klappe oder eines Sicherheitsventils in der Verbindungsleitung und welche zur Aufgabe hat, diese Leitung zu verschließen, wenn der Unterdruck auf Höhe des Verbindungsansatzes des Absorbers zu erheblich wird. Die Benutzung einer Klappe oder eines Sicherheitsventils, platziert auf dem Tank und welches den Tank in Kommunikation mit der Atmosphäre setzt, wenn der Unterdruck in demselben zu erheblich wird, neben den Kosten der Klappe, ist der Nachteil, das Risiko, äußerliche Partikel anzusaugen, welche in der Folge die Elemente der Kraftstoffpumpe oder der Filter verschließen können. Die Verminderung des Verlusts an Ladung zwischen den Stutzen der Verbindung und der Einsaugung mittels der Benutzung von absorbierenden Elementen, die durchlässiger aber teuerer sind. Die Erhöhung des Verlusts der Ladung der Leitung zur Reinigung/Entleerung (z. B., indem diejenige des Aktuators erhöht wird) erlaubt, das in Unterdruck Setzen des Tanks zu reduzieren, beschränkt jedoch auch die Reinigung/Entleerung des Absorbers und dies dauerhaft, was auch der in dem Tank vorhandene Unterdruck sei.
Das Problem ist noch kritischer, wenn das Fahrzeug mit einem Lüftungsventil ausgestattet ist und welches, im Fall eines Ausfalls, sich nicht öffnet, wenn die Dichtigkeitsdiagnose des Tanks beendet ist. Das Patent US 54996613 , angewandt auf ein Fahrzeug, das mit einem Lüftungsventil und einem Drucksensor ausgestattet ist, die zu dieser Dichtigkeitsdiagnose bestimmt sind, lehrt ein Verfahren, welches Informationen benutzt, die von einem Drucksensor stammen, um einen Ausfall des Lüftungsventils zu diagnostizieren, und, wenn dies der Fall ist, und mit dem Ziel, die Beschädigung des Kraftstofftanks zu vermeiden, und welches den Aktuator schließt, um die Verbindung zwischen dem Tank und der Quelle des Unterdrucks, welche der Motor ist, zu beenden. Währenddessen ist die Vorrichtung auf ein Fahrzeug nicht anwendbar, welches nicht über einen Drucksensor verfügt, der auf dem Tank befestigt ist, ferner erlaubt ein totaler Verschluss des Aktuators nicht, den Absorber zu reinigen/entleeren, endlich ist das beschriebene Verfahren nur korrekt unter der Bedingung, dass der Drucksensor nicht defekt ist.
Die vorliegende Erfindung hat zum Ziel, diesen Nachteilen des Standes der Technik abzuhelfen, indem ein Verfahren zum Schätzen und zur Regelung des Drucks in dem Tank des Kraftfahrzeugs vorgeschlagen wird, welches erlaubt, den Unterdruck in einem Tank auf einen bestimmten Wert zu begrenzen, während eine Möglichkeit zur Reinigung/Entleerung des Absorbers erhalten wird. Angewandt auf ein Fahrzeug, das mit einem Drucksensor ausgestattet ist, der für eine Dichtigkeitsdiagnose des Tanks bestimmt ist, erlaubt sie auch, das richtige Funktionieren des Drucksensors zu diagnostizieren. Tatsächlich kann ein zu starker Unterdruck eine Beschädigung des Kraftstofftanks und von verbundenen Elementen, wie der Kraftstoffpumpe, nach sich ziehen.
Weitere Besonderheiten und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden klarer in der nachfolgenden Beschreibung ersichtlich, die unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen hergestellt wurde, in welchen:
1 ein Schema der durch die Reinigung/Entleerung des Absorbers und durch die vorliegende Erfindung betroffenen Systeme ist.
2 ein System zur Messung des Unterdrucks ΔP_can auf Höhe des Verbindungsstutzens darstellt.
3 die Ergebnisse der Messung von ΔP_can mit dem System aus 2 darstellt.
4 ein vereinfachtes Diagramm des Initialisierungsverfahrens der Strategie zur Steuerung des elektromechanischen Aktuators darstellt.
5 ein vereinfachtes Diagramm des Verfahrens zur Berechnung der Strategie zur Steuerung des elektromechanischen Aktuators (Elektroventil, gesteuert über RCO) mit Modifikation desselben durch das Verfahren gemäß der Erfindung darstellt.
6 ein Diagramm des Initialisierungsverfahrens der Strategie zur Schätzung des Unterdrucks in dem Tank darstellt.
7 ein vereinfachtes Diagramm des Verfahrens zur Berechnung der Strategie zur Steuerung des elektromechanischen Aktuators (Elektroventil, gesteuert über RCO) mit Modifikation auf Grund der Erfindung darstellt.
8a, 8b ein Diagramm des Verfahrens zur Berechnung der Schätzung des Unterdrucks in dem Tank darstellen.
Bevor im Detail das Verfahren gemäß der Erfindung beschrieben wird, ist es angebracht, an das Phänomen des in dem Tank erzeugten Unterdrucks zu erinnern.
Wenn der Motor im Betrieb und der Aktuator geöffnet ist, selbst nur teilweise, wird dann ein Unterdruck auf Höhe der Öffnungen zum Einsaugen und zur Verbindung des Absorbers erzeugt. Da der Tank dicht ist, entwickelt sich der Druck im Inneren desselben, um ins Gleichgewicht mit demjenigen zu kommen, der auf Höhe der Öffnung zur Verbindung des Absorbers herrscht, auf Grund einer Strömung, die in der Verbindungsleitung entsteht. Die Richtung und der Durchsatz der Strömung in der Verbindungsleitung variieren im Verlauf der Zeit mit den Entwicklungen des Steuersignals des Aktuators und den Drücken in dem Tank und in dem Einlasskrümmer. Der Unterdruck in dem Tank ist minimal und von einem Wert von 0 mbar, nach Schließen des Aktuators oder dem Anhalten des Motors und dies, wenn eine Verzögerung, die für die Stabilisierung dieses Unterdrucks notwendig ist, abgelaufen ist. Der Unterdruck in dem Tank ist maximal, für einen maximalen Unterdruck im Krümmer und einen minimalen Verlust an Ladung der Leitung zur Reinigung/Entleerung und dies, nachdem eine Verzögerung, die für die Stabilisierung dieses Unterdrucks notwendig ist, abgelaufen ist.
Der statische Unterdruck, der auf Höhe der Öffnung zur Verbindung des Absorbers erzeugt wird, ist hauptsächlich abhängig von dem statischen Druck in dem Einlasskrümmer des Motors, dem statischen Druck auf Höhe des Freisetzungsanschlusses, trivialer Weise dem atmosphärischen Druck, dem Verlusts an Ladung zwischen den Öffnungen zum Ansaugen und zur Freisetzung abhängig von der Durchlässigkeit der Gesamtheit der Absorptionselemente, der Konstruktionseigenschaften des Absorbers), des Verlusts der Ladung (eventuell nicht 0) zwischen den Öffnungen zum Ansaugen und zur Verbindung, des Verlusts an Ladung der Reinigungs-/Entleerungsleitung abhängig von der Öffnung des Aktuators, von einer variablen und für die Stabilisierung dieses Unterdrucks notwendigen Verzögerung, von physischen Eigenschaften und der Temperatur des Gasgemischs, welche die Reinigungs-/Entleerungsleitung durchquert.
Die Richtung und der Durchsatz der Strömung, welche in der Verbindungsleitung entsteht, sind hauptsächlich abhängig von dem Unterdruck auf Höhe der Öffnung zur Verbindung des Absorbers, von dem Unterdruck in dem Tank, vom Verlust der Ladung in dieser Leitung und von physischen Eigenschaften und der Temperatur des Gasgemischs, welches die Verbindungsleitung durchquert.
So, und weil die Öffnung des Aktuators abhängig ist von dem durch den Rechner erzeugten Steuersignal, sind daher die Richtung und der Durchsatz der Gase in der Verbindungsleitung hauptsächlich abhängig von den folgenden Parametern: dem statischen Druck in dem Einlass des Motors, dem statischen Druck auf Höhe des Freisetzungsanschlusses, trivialer Weise dem Atmosphärendruck, dem entsprechenden Verlust an Ladung zwischen den Öffnungen zur Ansaugung und zur Freisetzung, dem Verlust an Ladung (eventuell nicht 0) zwischen den Öffnungen zur Ansaugung und zur Verbindung, dem Verlust an Ladung der Reinigungs-/Entleerungsleitung abhängig von dem Steuersignal des Aktuators, dem Unterdruck in dem Tank, dem Verlust an Ladung der Verbindungsleitung und der physischen Eigenschaften und Temperaturen des Gasgemischs, welches die Leitungen zur Verbindung und die Reinigung/Entleerung durchquert, aufgrund der variablen und zur Stabilisierung des statischen Unterdrucks auf Höhe der Verbindungsöffnung des Absorbers notwendigen Verzögerung.
Die für die Stabilisierung des Unterdrucks in dem Tank notwendige Verzögerung ist variabel und ist hauptsächlich abhängig von den folgenden Parametern: dem Massendurchsatz, welcher die Verbindungsleitung durchquert und daher hauptsächlich von den zuvor gezeigten neuen Parametern, dem Volumen des Gases in dem Tank, unter Berücksichtigung, dass die Variation des Volumens einer Flüssigkeit, abhängig von dem Druck, vernachlässigbar ist gegenüber derjenigen eines Gases, den physischen Eigenschaften und der Temperatur der Gase in dem Tank.
Die Tatsache, dass der Tank gleichzeitig von seinem flüssigen Kraftstoff entleert wird, für die Erfordernisse der Versorgung des Motors, ändert nicht die beschriebenen Phänomene, da dies ein Parameter ist, welcher das Volumen der in dem Tank vorhandenen Gase bestimmt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung hat zur Aufgabe, insbesondere, im offenen Regelkreis und dauerhaft den in dem Tank vorhanden Unterdruck zu schätzen. Hierfür wird ein iteratives Modell benutzt, bei dem der Zeitschritt sorgfältig gewählt wird, welches die Masse an Gasen berechnet, welche die Verbindungsleitung durchquert und welche, verbunden mit einer Berechnung des Volumens der in dem Tank enthaltenen Gase, erlaubt, die Masse der in dem Tank vorhandenen Gase zu berechnen und folglich die Höhe des Unterdrucks.
Die Konstruktion des Modells basiert auf der zuvor erwähnten vorläufigen Analyse, nichtsdestotrotz ist es möglich, bestimmte Vereinfachungen vorzunehmen. Das im Folgenden dargestellte Modell berücksichtigt bestimmte Parameter als Konstanten, da ihre Variationen keinen erheblichen Schätzfehler nach sich ziehen.
Um das Modell zu vereinfachen werden das Gasgemisch, welches die Leitungen zur Verbindung und zur Reinigung/Entleerung durchströmt, so wie das in dem Tank vorhandene, als aus einer homogenen und konstanten Zusammensetzung bestehend betrachtet, bei einer gleichen Temperatur, die als Konstante angesehen wird, und der Atmosphärendruck wird auch als konstant angenommen. Folglich benutzt das Modell einen Wert der Gasdichte, eine Gaskonstante, eine Temperatur des Gases und einen Atmosphärendruck, welche sorgfältig zu definierende Kon stanten sind. Schließlich beruht das Modell auf folgenden Thesen: das Gas ist vollkommen, die Transformationen sind isoterm und die Variation des Volumens des Tanks abhängig von dem Druck ist vernachlässigbar (d. h.: vernachlässigbare Verformung der Wände).
Das Volumen der Gase in dem Tank und seinen verbundenen Elementen, kann leicht ausgehend von dem Füllstand des Tanks und der bekannten Eigenschaften seiner Konstruktion bestimmt werden, wie: maximales Volumen an Kraftstoff, das enthalten werden kann, Totvolumen (verbleibendes Volumen der Gase, wenn der Tank maximal gefüllt ist), etc. ... Die Höhe des Füllstandes des Kraftstofftanks kann gewusst werden: 1) mittels des Messstabs für Kraftstoff, bereits im Fahrzeug vorhanden, dessen Information durch den Rechner erlangt wird, wo diese Strategie programmiert ist, sei es direkt über eine Drahtverbindung, sei es indirekt über einen weiteren Rechner, der auf dem Fahrzeug montiert ist und Multiplexen der beiden Rechner, 2) eventuell mittels des Kraftstoffverbrauchs des Motors.
Da das Modell im offenen Regelkreis funktioniert, kann es wünschenswert sein, einen Reserve-Unterdruck "schlimmster Fall" zu berechnen. So können die durch die zu definierenden Konstanten beeinflussten Werte folglich unter realistischen Werten ausgewählt werden. Ebenfalls wird in einer der folgenden Formeln, ein Korrekturterm zur eventuellen Berücksichtigung der Toleranz hinsichtlich der Exaktheit der durch den Kraftstoffmessstab gelieferten Information integriert. Es versteht sich auch, dass, wenn die Masse der Kraftstoffdämpfe, die in dem Tank während des Betriebs des Motors erzeugt wird, vernachlässigt wird, dies dann in Richtung dieses Modells "schlimmster Fall" geht.
Das Berechnungsmodell beginnt mit der Initialisierung des Unterdrucks in dem Tank, mit ΔP_res bezeichnet. Es kann ein Wert 0 für ΔP_res benutzt werden, unter Berücksichtigung, das bei Anlassen des Motors, der Unterdruck in dem Tank 0 ist: ΔP_res(t₀) = 0, oder, einem Wert gleich nicht 0, unter Berücksichtigung, dass ein Unterdruck bereits in dem Tank vorhanden ist, z. B. bei einem Anlassen, wel ches unmittelbar auf das Anhalten des Motors folgt, in welchem Fall eine Möglichkeit darin besteht, den Reserve-Unterdruck auf das maximal zulässige ΔP_res = ΔPmax_res zu initialisieren, oder ΔPmax_res ist die Schwelle des Unterdrucks in dem Tank, die nicht zu überschreiten ist, welche in dem elektronischen Rechner definiert und programmiert ist.
Danach wird die iterative Berechnung vorgenommen, bei jedem Schritt Δt der Berechnung, gemäß der folgenden Abschnitte:
der erste Abschnitt besteht im Berechnen des Volumens der Gase in dem Tank Vgas_res durch: VGasres(ti) = Vres – Vcarb(ti) – εjauge + Vmort (E.1)
Mit:
VGas_res: zur Berechnung des Volumens der Gase im Tank, von denen die Einheit m³ ist.
V_carb: Volumen des Kraftstoffs in dem Tank, dessen Einheit m³ ist, und welches mittels der Information bekannt ist, die von dem Kraftstoffmessstab stammt, welche vorzugsweise gefiltert werden sollte.
V_res: maximales Volumen des Kraftstoffs, welchen der Tank enthalten kann, dessen Einheit m³ ist, welches eine bekannte Konstante ist.
V_mort: minimales Volumen der in dem Tank enthaltenen Gase, dessen Einheit m³ ist, das eine bekannte Konstante ist.
ε_jouge: Fehler des Tankmessstabs, homogen bei einem Volumen, dessen Einheit m³ ist, welches eine bekannte Konstante ist.
Aus ΔP_res(t_{i – 1}) und VGas_res(t_i) wird ein Referenzwert der Masse der Gase in dem Tank, mit Mgaz_ref_res(t_i) bezeichnet, abgeleitet durch: Mgaz_refres = VGasres(ti) × [Patmo – ΔPres(ti – 1)]/(r × T) (E.2)oder trivialer Weise t_{i – 1} = t₀ im ersten Schritt der Berechnung.
Mit:
Mgaz_ref_res: zur berechneten Referenzmasse der in dem Tank enthaltenen Gase, deren Einheit Kg ist.
T: Temperatur der Gase in Kelvin, als Konstante betrachtet, deren Wert zu definieren ist.
P_atmo atmosphärischer Druck, betrachtet als Konstante, deren Wert zu definieren ist.
r: Gaskonstante, deren Einheit J/Kg/K ist, betrachtet als Konstante, deren Wert zu definieren ist.
Die Referenzmasse der Gase Mgaz_ref_res wird bei jedem Berechnungsschritt berechnet, um zu berücksichtigen: 1) die Entwicklung des Füllstands des Kraftstoffs in dem Tank, und 2) die Schwankungen des Füllstands, welche vorhanden sein können, obwohl die von dem Messstab für Kraftstoff stammende Information glatt ist. Es wird angenommen, dass die Schwankungen im Laufe der Zeit variieren, um einen tatsächlichen Füllstand, so wie die Referenzmasse der Gase im Verlauf der Zeit um ihren tatsächlichen Wert schwankt. Folglich wird der Unterdruck in dem Tank, welcher im Folgenden berechnet werden wird, um seinen tatsächlichen Wert bleiben.
Zu dem Referenzterm Mgaz_ref_res wird eine Gasmasse ΔMgaz_gen addiert, welche die Masse der durch Verdampfung während des Zeitschritts Δt erzeugt wird, repräsentiert und ein Wert des Massendurchflusses ΔMgaz_res, welcher die Verbin dungsleitung während dieses gleichen Zeitschritts durchquert, wird abhängig von der Richtung der Strömung der Gase in der Verbindungsleitung addiert oder subtrahiert. ΔMgaz_res rührt von der Reinigung/Entleerung des Kanisters her. Die Masse der Gase in dem Tank Mgaz_res, zum Zeitpunkt t_i, wird erhalten durch: Mgazres(ti) = Mgaz_refres(ti) + ΔMgazgen(ti) ± ΔMgazres(ti) (E.3)
Mit:
Mgaz_res: Masse der Gase in dem Tank, berechnet nach Berechnung der Masse der Gase, die durch Verdampfung des Kraftstoffs erzeugt wurden und Abschätzung der, deren Einheit Kg ist.
Was dann erlaubt, zum Zeitpunkt t_i, den statischen Unterdruck in dem Tank ΔP_res abzuleiten, durch:
Die iterative Berechnung ist daher am Ausgang der Berechnung von ΔP_res mittels der obigen der Gleichung E.4 rückgekoppelt. Es ist angebracht, im Folgenden zu erklären, wie ΔMgaz_gen und ΔMgaz_res erhalten werden.
ΔMgaz_gen kann auf verschiedene Weisen, nicht ausgeführt, mittels z. B. einer Formulierung geschätzt werden, die empirisch, semiempirisch oder experimentell sein kann.
Bevor die Berechnung von ΔMgaz_res ausgeführt wird, ist es angebracht zu präzisieren, dass die im Folgenden aufgestellten Formeln (E.9), (E.5) und (E.5'), mittels der Gleichungen von Barré St. Venant und von Bernoulli, annehmen, dass zuerst die Variation der Höhe zwischen dem Kraftstofftank und dem Absorber vernachlässigbar ist, zweitens, dass die Vorstellung eines Reservoirs impliziert, dass die Geschwindigkeit des Gases in dem Tank 0 ist, drittens die Tatsache, dass der Unterdruck in dem Tank, der Unterdruck auf Höhe der Verbindungsöffnung des Absorbers und der Unterdruck auf Höhe des Einlasskrümmers als gemeinsame Referenz den Atmosphärendruck besitzen.
Wenn ein Lüftungsventil in geschlossener Position auf dem Freisetzungsanschluss des Absorbers vorhanden ist, wird das durch den Motor angesaugte Gas allein in den Tank abgezogen (unter Vernachlässigung des Volumens von Gasen, die in dem Absorber und den Leitungen zur Reinigung/Entleerung und zur Verbindung im Verhältnis zu dem Volumen des in dem Tank enthaltenen Gases enthalten sind). ΔMgaz_res kann daher direkt mittels der Werte des Unterdrucks in dem Tank ΔP_res und dem Wert des Unterdrucks in dem Einlasskrümmer ΔP_coll berechnet werden. Die Verhältnisse der beobachteten Drücke berücksichtigend wird die Formel von Barré St. Venant benutzt. Ein Korrekturkoeffizient β im äquivalenten Abschnitt wird benutzt, um das Modell zu stabilisieren.
Wenn
so ist die Strömung subsonisch und der Durchsatz wird berechnet durch:
andernfalls ist die Strömung sonisch und der Durchsatz wird berechnet durch:
Die beiden Gleichungen, die Ungleichungen und die bedingte Ausführung werden in einer einzigen mit (E.9) bezeichneten Formel vereinigt.
Und, zu jedem Zeitpunkt t_i berücksichtigend, dass das Auftreten von Berechnungen im Zeitintervall Δt hinreichend klein und deutlich weniger als das Auftreten von beobachteten Umkehrungen des Durchsatzes gewählt ist, wird P_amont und P_aval gemäß der Strömungsrichtung definiert durch: wenn ΔPcoll(ti) > ΔPres(ti – 1), dann Paval = Patmo – ΔPcoll(ti) und Pamont = Patmo – ΔPres(ti – 1)wenn nicht Pamont = Patmo – ΔPcoll(ti) und Paval = Patmo – ΔPres(ti – 1)
Mit:
ΔP_coll: statischer Unterdruck auf Höhe des Einlasskrümmers des Motors.
γ: Verhältnis der Massenwärmen der Gase, betrachtet als Konstante, deren Wert zu definieren ist.
Se: äquivalenter Querschnitt der Verbindungsleitung, welcher eine Konstante ist, deren Wert bekannt ist.
Δt: Zeitschritt, oder Wiederauftreten von Berechnungen, Δt = t_i – t_{i – 1}, dessen Wahl bestimmend für die Präzision der Berechnung ist.
β: Korrekturkoeffizient.
Wenn die Vorrichtung kein Lüftungsventil umfasst oder sie eines besitzt und dieses in geöffneter Position ist, dann wird der Massendurchsatz, welcher das Elektroventil passiert, einerseits in die Atmosphäre über die Freisetzung des Absorbers und andererseits des Tanks gezogen. ΔMgaz_res wird daher unter anderem anhand von Werten der Unterdrücke an den Enden der Verbindungsleitung berechnet.
Die allgemein beobachteten Verhältnisse der Drücke an den Enden der Verbindungsleitung sind schwach, daher kann die Formel von Bernoulli benutzt werden, um den Massendurchsatz ΔMgaz_res während einer Zeit Δt zu berechnen:
und, zu jedem Zeitpunkt t_i, berücksichtigend, dass das Auftreten von Berechnungen in dem Zeitintervall Δt hinreichend klein gewählt ist und deutlich weniger als das Auftreten von beobachteten Umkehrungen des Durchsatzes, wird angenommen, dass die Strömungsrichtung durch das Vorzeichen bestimmt wird von: ΔPres(ti – 1) – ΔPcan(ti) (E.6)
Mit:
ΔP_can: statischer Unterdruck auf Höhe der Verbindungsöffnung, welcher berechnet wird.
ρGas: Gasdichte, betrachtet als Konstante, deren Wert zu definieren ist.
α: Korrekturkoeffizient.
Eventuell, um (E.5) und (E.6) zu ersetzen, kann die Formel von Barré St. Venant benutzt werden, was die folgende Gleichung ergibt, um den Massendurchsatz ΔMgaz_res während einer Zeit Δt zu berechnen.
Wenn:
so ist die Strömung subsonisch und der Durchsatz wird berechnet durch:
andernfalls ist die Strömung sonisch und der Durchsatz wird berechnet durch:
Die beiden Gleichungen, die Ungleichungen und die bedingte Ausführung werden in einer einzigen mit (E.9) bezeichneten Formel vereinigt.
Und, zu jedem Zeitpunkt t_i berücksichtigend, dass das Auftreten von Berechnungen im Zeitintervall Δt hinreichend klein und deutlich weniger als das Auftreten von beobachteten Umkehrungen des Durchsatzes gewählt ist, wird P_amont und P_aval gemäß der Strömungsrichtung definiert durch: wenn ΔPcan(ti) > ΔPres(ti – 1), dann Paval = Patmo – ΔPcan(ti) und Pamont = Patmo – ΔPres(ti – 1)Wenn nicht: Pamont = Patmo – ΔPcoll(ti) und Paval = Patmo – ΔPres(ti – 1)
ΔP_res ist der gesuchte Wert, daher ist es angebracht, den im vorhergehenden Schritt der Berechnung geschätzten Wert zu benutzen.
ΔP_can sollte bekannt sein und kann bestimmt werden mittels der Berechnungen und der Parameter, die ordnungsgemäß in den Rechner einprogrammiert sind, von denen ein Verfahren unten ausgeführt wird:
Die Parameter sind die Resultate der ausgeführten Messungen auf den Elementen, die mit denen übereinstimmen, die durch das Fahrzeug in folgender Weise benutzt werden: unter dem gewählten Atmosphärendruck P_atmo und der Gastemperatur, wird der Versuch ausgeführt entweder auf einem Versuchsstand oder direkt im Fahrzeug; die Reinigungs-/Entleerungsleitung, welche den Aktuator beinhaltet, verbindet die Einsaugöffnung des Absorbers mit dem Einsaugkrümmer des Motors wie zuvor dargestellt. Der Absorber ist eventuell mit einem Lüftungsventil auf der Freisetzöffnung ausgestattet, in diesem Fall ist es in geöffneter Position. Die Verbindungsleitung wird weggelassen und ersetzt durch einen statischen Drucksensor, der auf der Verbindungsöffnung des Absorbers fixiert ist. Für verschiedene Steuersignale des Aktuators, welche jedes eine Öffnungsposition des letzteren charakterisieren, und, für verschiedene Unterdrücke in dem Krümmer ΔP_coll, wird der Unterdruck ΔP_can nach Stabilisierung seines Wert auf eine Konstante gemessen. Das Steuersignal, mit SC bezeichnet, kann charakterisiert werden durch einen oder mehrere Parameter, z. B.: Spannung, Steuerfrequenz, zyklisches Öffnungsverhältnis, etc ... Man merkt sich PSC_j den j-ten der n erfassten Parameter, um das Signal SC zu beschreiben. Aus den Messungen wird eine Wertmatrix von ΔP_can erhalten abhängig von mehreren Vektoren von Werten von ΔP_coll und von dem (den) PSC_j, Parameter(n) des Steuersignals: SC: [ΔPcan] = F{[ΔPcoll], [PSC1] ... [PSCj], [PSCn]}
Die in dem Rechner programmierten Parameter sind die Matrize [ΔP_can], der Vektor [ΔP_coll] und die n Vektoren [PSC_j]. Der Wert von ΔP_can wird in dem Zeitpunkt t_i bestimmt abhängig von diesen Parametern und der Werte ΔP_coll und von dem (der) PSC_j, welche durch den Rechner im Vorfeld im gleichen Schritt der Berechnung t_i bestimmt wurden. ΔPcan(ti) = f{[ΔPcan], [ΔPcoll], [PSC1] ... [PSCj], [PSCn] ΔPcoll(ti), PSC1(ti) ... PSCj(ti) ... PSCn(ti)} E.7
Es wird daher betrachtet, dass das Auftreten (oder die Variation zwischen zwei Berechnungsschritten) des Unterdrucks auf Höhe der Verbindungsöffnung ΔP_can augenblicklich ist (sämtliche Effekte des dynamischen Verhaltens des Gases wer den hier vernachlässigt). Der Korrekturkoeffizient α des äquivalenten Querschnitts erlaubt gerade, das Modell zu stabilisieren. Dies erlaubt, ein einfaches, schnelles und leicht zu kalibrierendes Modell zu erhalten.
Der Unterdruck in dem Einlasskrümmer ΔP_coll wird erhalten durch die Differenz zwischen dem zuvor definierten Atmosphärendruck P_atmo und dem statischen Druck in dem Einlasskrümmer, welcher für die Erfordernisse der Regelung des Motors bekannt ist und entweder aus der Erfassung von Informationen des Sensors für den statischen Druck, der auf dem Einlasskrümmer platziert ist, oder aus der Wiederherstellung von Information(en) eines (mehrerer) weitere(n/r) Sensors/Sensoren stammt.
Im Rahmen eines mit einem Drucksensor ausgestatteten Fahrzeugs, welcher auf dem Absorber platziert ist, nahe der Einsaugmündung, zum Beispiel für die Erfordernisse einer Borddiagnose eines Kraftstofflecks, kann die von diesem Sensor stammende Information dann als Wert von ΔP_can benutzt werden.
Ferner kann, gemäß einer Variante der Erfindung, die Konstante Se durch zwei Konstanten Se1 und Se2 ersetzt werden, und die eine oder die andere abhängig von der Strömungsrichtung benutzt werden, die durch die Gleichung (E.6) bestimmt wird, da die Verbindungsleitung allgemein ein (mehrere) durchlässige(s) mechanische(s) System(e) umfasst, wie ein Sicherheitsventil bei Überschlagen des Fahrzeugs (englisches Akronym: ROV), welche(s) einen unterschiedlichen äquivalenten Querschnitt gemäß der Strömungsrichtung mit sich bringen kann (können). Diese äquivalenten Querschnitte können gemessen werden. In gleicher Weise kann der Koeffizient α ersetzt werden durch zwei verschiedene Koeffizienten α1 und α2.
Gleichfalls gemäß einer weiteren Variante der Erfindung werden die Konstante Se und der Koeffizient α durch den Term Se2 und α3 ersetzt, wenn der Verschluss des Elektroventils abrupt ist. Tatsächlich ist es vorzuziehen, ΔMgaz_res nicht mehr zwischen den Enden der Verbindungsleitung zu berechnen, aber zwischen der Freisetzungsöffnung des Absorbers und dem Tank.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist es möglich, in das Modell ein Leck von einem zuvor definierten Querschnitt zu integrieren. Zum Beispiel ein Leck mit maximal durch die geltende Norm definiertem Querschnitt und die Gegenstand eine Borddiagnose ist. Hierfür wird die Gleichung E.3 modifiziert, durch Subtrahieren eines Terms, der repräsentativ für die Masse des durch das Leck verlorenen Gases ist, mit ΔMgaz_fuite(t_i) bezeichnet, während des Zeitschritts Δt: Mgazres(ti) = Mgaz_refres(ti) + ΔMgazgen(ti) ± ΔMgazres(ti) – ΔMgazfuite(ti) (E.3')
Und die Masse des durch das Leck während des Zeitschritts Δt verlorenen Gases, zwischen dem Tank und der Atmosphäre, kann modelliert werden in ähnlicher Weise zu der Berechnung von ΔMgaz_res:
Im Rahmen des Verfahrens zur Regelung gemäß der Erfindung, ist es angebracht, einen Wert für den Querschnitt des Lecks von Null zu benutzen, um einen Unterdruck „im schlimmsten Fall" zu schätzen.
Schliesslich ist es gemäß der Erfindung möglich, die Vorhersage des Modells in folgender Weise zu verbessern. Es werden als Variablen betrachtet, zum Beispiel mittels von Sensoren stammenden Informationen, die folgenden Parameter, die als konstant angenommen wurden, wie die Temperatur des Gases, der Atmosphärendruck. Es kann gleichfalls die Zusammensetzung des Gases in dem Absorber und dem Tank modelliert werden, zum Beispiel mittels einer Strategie, die sich auf die Abweichungen des Mischungsverhältnisses stützt, welche durch die Abgassonde beobachtet werden. Es kann bei jedem Schritt der Berechnung die Gaskonstante und die Gasdichte gefolgert werden.
Eine Aufgabe der Erfindung wird daher erreicht mittels der Initialisierung des Werts von ΔP_res(t0) gefolgt von einer iterativen Berechnung des Unterdrucks in dem Tank, die rückgekoppelt ist, bei jeder Iteration des Auftretens Δt mit der folgenden Benutzung der Erfassung des Füllstandes des Kraftstoffs Vcarb, dann der Gleichungen E.1, E.2, E.7, E.6, E.5, E.8, E.3' und E.4 (oder der Gleichungen E.1, E.2, E.7, E.6, E.5, E.3 und E.4 für die erste Anwendung dieser Erfindung mit einer Berechnung eines Unterdrucks „im schlimmsten Fall").
Das Verfahren zur Regelung des Unterdrucks in dem Tank besteht im Vergleichen, zu jedem Zeitpunkt ti, der geschätzten Höhe des Unterdrucks in dem Tank ΔPres mit einem Schwellwert des Unterdrucks, der in dem elektronischen Rechner definiert und programmiert ist, welcher ΔPmax_res genannt wird. Wenn der Schwellwert erreicht oder überschritten wird, berechnet die Strategie dann, zu jedem Zeitpunkt t_i, einen Schwellwert über einem der Parameter des Signals zur Steuerung des Aktuators, welcher einen Wert von ΔP_can gleich dem Schwellwert ΔPmax_res gewährleistet. Standardmäßig wird der erste Parameter des Signals SC als derjenige betrachtet, für welchen ein Schwellwert berechnet wird, welcher mit PSCmax1 bezeichnet wird. Er kann bestimmt werden mittels Matrizen von Parametern [ΔP_can], [ΔP_coll] und [PSCj] mit j = 1, n zuvor definiert und welche in dem Rechner programmiert sind, dem Schwellwert des Unterdrucks ΔPmax_res und den Werten ΔP_coll und PSCk mit k = 2, n dem elektronischen Rechner bekannt, durch: PSCmax1(ti) = g{[ΔPcan], [ΔPcoll], [PSC1]..[PSCj]..[PSCn], ΔPmaxres(ti), ΔPcoll(ti), PSC2(ti)...PSCk(ti)..PSCn(ti)}
Wenn nicht, wenn ΔP_res kleiner ist als ΔPmax_res, dann setzt die Erfindung den Wert von PSCmax1 auf den maximalen Wert, der benutzt werden kann, d. h. die volle Öffnung des elektromechanischen Aktuators.
Gemäß einer Variante der Erfindung werden zwei Schwellwerte des Unterdrucks in dem Rechner 10 definiert und programmiert. Tatsächlich kann ein erster Schwellwert definiert werden, der einem Ziel für den Unterdruck entspricht, welches nicht wünschenswert zu überschreiten ist und ein zweiter Schwellwert (dessen Höhe größer ist als der erste), welchen es absolut nicht zu überschreiten gilt.
Der zu benutzende Schwellwert wird gemäß Parametern ausgewählt. Zum Beispiel ist der festgehaltene Schwellwert der erste, außer in einem der folgenden Fälle: 1) im Fall der Abwesenheit von Information über das Niveau des Messstabs, wird ein standardmäßiges Niveau des Messstabs als herabgesetzter Modus benutzt (z. B. ein dem vollen Tank entsprechendes Niveau) und um die Reinigung/Entleerung des Absorbers durch dieses Verfahren nicht zu beschränken, wird der zweite Schwellwert benutzt, 2) wenn eine Information über den Grad der Ladung des Absorbers verfügbar ist (zum Beispiel mittels eines Verfahrens, welches die Ladung des Absorbers mit Kraftstoff schätzt) und wenn der Grad höher ist als eine in dem Rechner definierte und programmierte Ladung, was dem Fall entsprechen kann, in dem der Absorber im Verlauf der Sättigung mit Kraftstoff ist, um dann den Ausstoß von Kraftstoff in die Atmosphäre zu vermeiden, wird der zweite Schwellwert angewandt, um die Reinigung/Entleerung des Absorbers durch dieses Verfahren nicht zu beschränken.
So besteht die Erfindung darin, ein Signal zur Steuerung des Aktuators zu erzeugen, indem der zuvor bestimmte Schwellwert PSCmax1(t_i) berücksichtigt wird. Das neue Steuersignal wird bestimmt in dem folgenden Berechnungsschritt t_i + 1. Wie zuvor angegeben ist die Basisfunktion des Aktuators, die Zufuhr von kraftstoffhaltigem Gemisch durch die Reinigung/Entleerung des Absorbers zu beschränken, so wird bei jedem Berechnungsschritt PSC1 bestimmt, um diese Zu fuhr zu regeln. Nach der anfänglichen Berechnung von PSC1(t_i – 1) wird eine zusätzliche Bedingung hinzugefügt: wenn PSC1(t_i + 1) > PSCmax1(t_i), dann ist PSC1(t_i + 1) = PSCmax1(t_i). Das Signal zur Steuerung des Aktuators wird danach erzeugt mit der Konsequenz der Reduktion der Öffnung des Aktuators und einer erheblicher als vorgesehenen Beschränkung der Zufuhr von Kraftstoff.
Die Berechnungen, welche die Schätzung des Unterdrucks in dem Tank in Schritt t_i + 1 betreffen, werden anschließend ausgeführt, und so fort, die Gesamtheit der Strategie ist daher rückgekoppelt.
So wird, indem PSC1(t_i + 1) auf PSCmax1(t_i) beschränkt wird, der Unterdruck in dem Behalter bei einem Wert von ΔPmaxres bei t_i + 1 gehalten, wenn nicht, wird sich der Unterdruck bei Verschliessen des Aktuators vermindern.
In einer weiteren Ausführungsvariante basiert das beschriebene Verfahren zur Regelung nicht auf einer Schätzung der Höhe des Unterdrucks wie definiert in den zuvor beschriebenen Formeln, aber durch die direkte Messung der Höhe des Unterdrucks über einen Drucksensor, die in dem Tank oder auf einem mit dem Tank verbundenen Element liegt.
Die Erfindung wird nun detaillierter beschrieben unter Bezugnahme auf die anliegenden Figuren.
Das Fahrzeug, gemäß 1, benutzt einen Absorber 1 für Kraftstoffdämpfe, welcher erlaubt, den Ausstoß von Kohlenwasserstoffen aufzufangen, die aus dem Kraftstofftank 2 stammen mittels einer Verbindungsleitung 3, welche den Tank 2 mit der Verbindungsöffnung 101 des Absorbers 1 verbindet. Der Absorber 1 ist mit zwei weiteren Öffnungen ausgestattet, einer Freisetzungsöffnung 102 und einer Einsaugöffnung 103. Die Freisetzungsöffnung 102 ist von der Verbindungsöffnung 101 durch Absorptionselemente 104 getrennt, die durchlässig sind. Die Einlassöffnung 103 ist mit dem Einlasskrümmer 7 des Motors (nicht darge stellt) stromabwärts der Drosselklappe 9 verbunden, über eine Reinigungs-/Entleerungsleitung 4, in welche ein Elektroventil 6 integriert ist, welches ein elektromechanischer Aktuator ist, der durch den elektronischen Einspritzrechner 10 des Motors gesteuert wird, mittels eines Steuersignals, definiert durch eine Amplitude, die gleich der mit Ubat bezeichneten Batteriespannung ist und durch zwei weitere durch den Rechner 10 bestimmte Parameter, einer mit FC bezeichneten Steuerfrequenz und einem mit RCO bezeichneten zyklischen Öffnungsverhältnis. Der Tank 2 ist mit einem Messstab 5 für den Füllstand des Kraftstoffs ausgestattet, welcher mit einem elektronischen Rechner 11 des Fahrzeugs verbunden ist. Die Rechner 10 und 11 sind untereinander über ein Multiplex-System 12 verbunden, durch welches sie Informationen austauschen können und so greift der Rechner 10 auf die Information des Füllstandes an Kraftstoff in dem Tank zu, welche durch den Messstab 5 geliefert wird. Der Unterdruck in dem Krümmer 7 wird erhalten über den Unterschied zu einer Höhe des Atmosphärendrucks, welche in dem Rechner 10 festgelegt und programmiert ist, mittels des Drucks, welcher durch einen Sensor des statischen Drucks 13 erfasst wird, der mit dem Rechner 10 verbunden ist und auf dem Krümmer 7 liegt.
Für gegebene Batteriespannungen Ubat und Frequenz FC ist der Unterdruck ΔPcan auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 charakterisiert in Abhändigkeit von dem Unterdruck in dem Krümmer und dem RCO zur Steuerung des Elektroventils 6, z. B. mittels des Systems von Messungen gemäß 2. Die Vorrichtung von 2 greift die Elemente der Leitung des Absorbers 1 auf. Sie umfasst im Wesentlichen eine Unterdruckpumpe 20, die den Unterdruck in dem Einlasskrümmer simuliert, ein Sensor 21 des differentiellen Drucks, der stromaufwärts des Elektroventils herrscht, erlaubt, den Unterdruck im Krümmer zu messen, wobei dieser Wert auf einem Bildschirm angezeigt wird. Ein Generator des RCO-Signals zur Steuerung des Elektroventils, ein Sensor des differentiellen Drucks, der auf der Leitung 3 zur Verbindung des Absorbers platziert ist. Dieser Verbindungssensor erlaubt, den Unterdruck auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 des Absorbers zu messen, wobei dieser Wert auf einem Bildschirm angezeigt wird. Der Versuch wird ausgeführt unter einem Atmosphärendruck gleich demjenigen, der in dem Rechner 10 programmiert ist.
Die mit Hilfe der Vorrichtung erhaltenen Resultate sind in Form der Graphik aus 3 dargestellt, mit Hilfe von Matrizenwerten [ΔPcan], erhalten abhängig von Vektoren [ΔP_coll] und [RCO]. Auf der Abszisse variiert RCO von 0 bis 100%. Das Elektroventil ist vollständig geschlossen, wenn der RCO gleich oder kleiner einem Öffnungsoffset ist, dies ist hauptsächlich abhängig von dem Unterdruck in dem Krümmer 7 und der Steuerfrequnz FC. Das Elektroventil ist vollständig offen für einen RCO von 100%. Zwischen den beiden Werten ist die Öffnung des Elektroventils teilweise und abhängig von dem benutzten Wert von RCO (und in dieser dargestellten Ausführungsform ist sie linear abhängig von RCO) und folglich kann in 3 festgestellt werden, dass der Unterdruck ΔP_can auch proportional zu dem benutzten RCO ist. Man stellt fest, dass es trivial ist, dass der RCO der zu benutzende Parameter des Signals zur Steuerung ist, um den Unterdruck auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 auf einen gewünschten Schwellwert des Unterdrucks zu beschränken. Man definiert seitdem bis heute eine Wertetabelle, Table_Dpcan_100 genannt, welche ein Vektor der Höhen des Unterdrucks auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 ist, für einen RCO von 100% abhängig von dem Unterdruck im Krümmer ΔPcoll; die Werte sind identisch, was auch die Steuerfrequenz FC sei. Mittels neuer Messungen gemäß dem Schema in 3 ist es möglich, für andere Batteriespannungswerte und andere Steuerfrequenzen, neue Höhen des Unterdrucks ΔP_can auf Höhe des Verbindungsöffnung 101 und neue Öffnungs-Offsets zu bestimmen. Aus den Resultaten ist es leicht, die in dem Rechner 10 zu programmierenden Werte abzuleiten.
Die Algorithmen, die Variablen und die Konstanten, die für die Regelung des Motors notwendig sind, von denen, die der Steuerung der Reinigung/Entleerung des Absorbers 1 gewidmet sind und von denen, die dem Verfahren gemäß der Erfindung gewidmet sind, werden ordnungsgemäß in den Rechner 10 einprogrammiert.
Nach Unterspannungsetzen des Rechners 10 und am Rande von weiteren für den Betrieb des Motors notwendigen Schritten, werden die Prozeduren zur Initialisierung der verschiedenen Strategien, von diesen die der Initialisierung der Steuerstrategie des Elektroventils 6 zur Reinigung/Entleerung, dargestellt in 4, und der Initialisierung der Schätzstrategie des Unterdrucks in dem Tank 2, dargestellt in 6, ausgeführt.
Gemäß 4 werden die verschiedenen für den Betrieb der Strategie zur Reinigung/Entleerung notwendigen Variablen in Phase 201 initialisiert, wobei der RCO mit seinem Minimalwert initialisiert wird, mit RCO_{lim_min} bezeichnet. Dieser Wert entspricht dem physischen Grenzwert des Bauteils oder dem Grenzwert, der einer Notwendigkeit der elektrischen Diagnose geschuldet ist.
Gemäß 6 beginnt die Initialisierung der Variablen, die für die Schätzung des Unterdrucks in dem Tank notwendig sind, durch die Phase 301 mit der Initialisierung der Variablen ΔP_res, dann mit der Initialisierung der Variablen RCOmax mit 100% der Öffnung in Phase 302.
Gemäß 5 werden nach den Phasen der Initialisierung die Prozeduren zur Berechnung der Strategie zur Reinigung/Entleerung des Absorbers 1 und der Strategie zur Schätzung des Unterdrucks (später unter Bezugnahme auf 8a und 8b beschrieben) in dem Tank verwirklicht, durch den Rechner bei jeder Wiederholung der Berechnung, welche auf eine Dauer von Δt festgelegt ist. Die Prozedur zur Schätzung des Unterdrucks in dem Tank 2 beginnt genau nach dem Ende der Prozedur zur Berechnung der Strategie zur Reinigung/Entleerung des Absorbers 1. Die Prozedur zur Steuerung des Elektroventils beginnt durch die Phase 401, welche darin besteht, zu überprüfen, ob die Bedingungen der Reinigungen/Entleerungen erfüllt sind. Solange die verschiedenen zur Aktivierung der Reinigung/Entleerung noch nicht gemeinsam vorliegen, bleibt der Algorithmus in Phase 401. Wenn die Bedingungen gemeinsam vorliegen, dann wird die Phase 402 aktiviert und bestimmt die Steuerfrequenz FC des Elektroventils 6, dann wird in Phase 403 der Öffnungs-Offset, als OFF_RCO bezeichnet, des Elektroventils 6 bestimmt, abhängig von der Steuerfrequenz FC und dem anfänglichen Unterdruck im Krümmer ΔP_res. Ein Zielwert für RCO zur Steuerung, mit OBJ_RCO bezeichnet, dann ein Öffnungsschritt, mit PAS_RCO bezeichnet, werden nacheinander in den Phasen 404 und 405 bestimmt. Dann wird in Phase 406 ein Test ausgeführt. Wenn der RCO im vorhergehenden Berechnungsschritt größer ist als der berechnete Zielwert für RCO, dann wird Phase 407 ausgeführt, andernfalls ist es Phase 408, die vollzogen wird. Die Phasen 407 und 408 haben zur Aufgabe, den RCO zur Steuerung des Elektroventils 6 zu vermindern oder zu erhöhen, unter Berücksichtigung der Grenzwerte des RCO, mit RCO_{lim_min} und RCO_{lim_max} bezeichnet (physische Grenzwerte des Bauteils oder Grenzwerte aufgrund von Erfordernissen der elektrischen Diagnose).
Die Basisstrategie aus 5 kann übereinstimmend mit 7 modifiziert werden, indem eine Phase 409 hinzugefügt wird. Der RCO ist imstande auf den Wert von RCOmax begrenzt zu werden, welcher in Phase 302 initialisiert wurde und welcher dann bestimmt wird, wie gesehen werden wird, in Phase 514 oder Phase 515. Die Prozedur beendet sich und dann, mit den Parametern der Frequenz und des RCO, erzeugt der Rechner 10 das Steuersignal, welches das Elektroventil 6 öffnet und ein Unterdruck stellt sich auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 ein.
Gemäß den 8a und 8b beginnt das Diagramm des Verfahrens zur Schätzung des Unterdrucks in dem Tank dann mit der Erfassung des Niveaus des Messstabes 5 in der Phase 501, was die Berechnung des Volumens des Gases in dem Tank 2 in Phase 502 gemäß Formel E.1 erlaubt. Die Phase 503 berechnet, abhängig von dem Unterdruck in dem Tank (Wert in Phase 301 initialisiert, dann danach bei jeder Wiederholung von 513 berechnet) und dem Volumen des Gases in dem Tank, eine Referenzmasse des Gases Mgaz_ref_res gemäß Formel E.2 mit K, welche eine in dem Rechner 10 programmierte Konstante ist und welche K = r × t zum Wert hat. Die Phase 504 berechnet, abhängig von dem Unterdruck im Krümmer ΔP_coll, den Unterdruck ΔPcan_100 auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 für einen RCO von 100% mittels der mit Table_Dpcan_100 bezeichnet Werttabelle. Da diese Ausführungsform ein Elektroventil benutzt, dessen Durchsatz, für einen gleichen Unterdruck im Krümmer, pseudo-linear abhängig ist von dem Wert des RCO, wird der Unterdruck in der Verbindungsöffnung 101 ΔP_can in Phase 505 berechnet mittels einer Proportionalitätsregel abhängig von dem RCO zur Steuerung des Elektroventils, der in Phase 409 bestimmt wurde und von dem Offset des RCO, der in Phase 403 bestimmt wurde. Eine Differenz der Unterdrücke ΔP_res – ΔP_can existiert zwischen den Enden der Verbindungsleitung 3, welche in Phase 506 berechnet wird gemäß der Formel E.6. Das Ergebnis wird in der Variablen ΔΔP gespeichert. Die Erfindung geht davon aus, dass das Vorzeichen dieser Differenz, in Phase 507 bestimmt, die Strömungsrichtung ergibt. Wenn das Vorzeichen positiv ist, dann berechnet die Phase 508 die Variation der Masse ΔMgaz_res für eine Strömung in Richtung vom dem Tank 2 zu dem Absorber 1 mittels von Interpolationen in einer Werttablle, die mit Table_DM_1 bezeichnet wird, abhängig von dem absoluten Wert von ΔΔP. Diese Werttabelle wird bestimmt durch Berechnungen mittels der Gleichung E.5. Dann, in Phase 509, wird die neue Masse des in dem Tank 2 vorhandenen Gases abgeleitet. Wenn das Vorzeichen der in Phase 507 bestimmten Differenz negativ ist, dann wird Phase 510 ausgeführt. Sie ähnelt der Phase 508, jedoch mit einer mit Table_DM_2 bezeichneten Werttabelle, die spezifisch ist für eine Strömung in der Richtung von dem Absorber 1 zu dem Tank 2. Dann, in Phase 511, wird die neue Masse des in dem Tank 2 vorhandenen Gases gemäß Formel E.3 abgeleitet, wobei der Term ΔMgazgen(ti) als Null betrachtet wird. Nach Beendigung der Phase 509 oder der Phase 511, wird die Phase 512 ausgeführt, um gemäß Gleichung E.4 den Unterdruck in dem Tank ΔPres mit K zu berechnen, welches eine in dem Rechner 10 programmierte Konstante ist und welches K = r × T zum Wert hat. Der Wert von ΔPres wird mit einem Schwellwert des Unterdrucks ΔPmaxres in Phase 513 verglichen. Wenn der Wert von ΔPres kleiner ist als der Schwellwert ΔPmaxres, dann wird Phase 514 ausgeführt und der Maximalwert von 100% wird der Variablen RCOmax gegeben, ansonsten wird die Phase 515 ausgeführt und sie berechnet den der Variablen RCOmax zu gebenden Wert derart, dass die Anwendung dieses Wertes impliziert, dass der Unterdruck auf Höhe der Verbindungsöffnung 101 gleich dem Schwellwert des Unterdrucks ΔPmax_res ist. In diesem letzten Fall, im folgenden Berechnungsschritt, wird der RCO in der Phase 409 beschränkt und so überschreitet der Unterdruck in dem Tank nicht den Wert von ΔPmax_res.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann auf ein Fahrzeug angewandt werden, das mit einem Lüftungsventil und einem Drucksensor ausgestattet ist, welcher auf dem Tank platziert ist. So ist es möglich, den Wert des durch den Sensor erfassten Unterdrucks mit dem Wert des Drucks zu vergleichen, der mit dem Verfahren der Erfindung geschätzt wurde.
Wenn der gemessene Unterdruck kleiner als der geschätzte Unterdruck ist, gibt es entweder:

– Ein Leck in dem Tank oder auf der Verbindungsleitung oder auf der Reinigungs-/Entleerungsleitung. Tatsächlich bewirkt das Leck eine Zufuhr von Luft, welche die Unterdrucksetzung des Tanks vermindert.
– Eine Verstopfung in der Reinigungs-/Entleerungsleitung. Tatsächlich erhöht diese Verstopfung, selbst teilweise, den Verlust an Ladung der Reinigungs-/Entleerungsleitung. So ist der Unterdruck ΔP_can viel schwächer und infolgedessen ist der Unterdruck in dem Tank viel schwächer.
– Die vorigen zwei Mängel sind gleichzeitig vorhanden.

Wenn der gemessene Unterdruck größer ist als der geschätzte Unterdruck, dann gibt es eine Verstopfung der Freisetzungsöffnung des Absorbers. Diese Verstopfung kann auf eine Verunreinigung oder eine Fehlfunktion des Elektroventils zur Entlüftung zurückzuführen sein, das Elektroventil ist geschlossen anstatt offen, wenn es geöffnet sein soll.

Claims

Verfahren zur Regelung des Unterdrucks in einem Kraftstofftank (2) für Fahrzeuge, welcher durch die Reinigung/Entleerung eines Absorbers (1) für Kraftstoffdämpfe mittels eines elektromagnetischen Aktuators 6 erzeugt wird, der in der Reinigungs-/Entleerungsleitung (4) des Absorbers, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, dass es umfasst: einen Schritt der Schätzung des im Tank herrschenden Unterdrucks im offenen Regelkreis und in einem bestimmten Zeitintervall (t_i), gemäß der Formel:
wobei ΔP_res(t_i) der Schätzung der Höhe des Unterdrucks im Zeitpunkt t_i ist P_atmo dem Atmosphärendruck entspricht Mgaz_res(t_i) eine Schätzung der Gasmasse ist, die in dem Tank vorhanden ist, abhängig von ΔP_res(t_{i – 1}) und von der Bewegungsrichtung des Gases zwischen dem Tank und dem Absorber r die Konstante des in dem Tank vorhandenen Gases ist T die Temperatur des Gases in Kelvin ist Vgaz_res(t_i) dem Volumen des in dem Tank vorhandenen Gases ist.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Schritt des Vergleichens der Höhe des Unterdrucks mit einem bestimmten Schwellwert umfasst, wobei, wenn der Schwellwert überschritten ist, das Verfahren einen Schritt der Erzeugung eines Signals zur Steuerung des elektromechanischen Aktuators (6) umfasst, um die Höhe des Unterdrucks unter oder gleich dem bestimmten Schwellwert zu halten.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des in dem Tank vorhandenen Gases definiert wird durch die Formel: Mgazres(ti) = Mgaz_refres(ti) + ΔMgazgen(ti) ± ΔMgazres(ti)mit Mgaz_refres(ti) = Vgazres(ti) × [Patmo – ΔPres(ti – 1)]/(r × T)wo Mgaz_ref_res(t_i) der zu berechnenden Referenzmasse des Gases in dem Tank entspricht, ΔMgaz_gen(t_i) der Masse des durch Verdampfen während der Zeit Δt erzeugten Gases entspricht Mgaz_res(t_i) der Masse des Gases entspricht, welches die Verbindungsleitung während der Zeit Δt durchquert Δt der Dauer des bestimmten Intervalls entspricht.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des Gases, welches die Verbindungsleitung während der Zeit Δt durchquert, definiert wird durch die Formel:
indem α als Korrekturkoeffizient genommen wird und Se einem äquivalenten Abschnitt der Verbindungsleitung zwischen dem Absorber und dem Tank entspricht ΔP_can(t_i) dem statischen Unterdruck auf Höhe der Verbindungsöffnung zwischen dem Absorber und der Verbindungsleitung entspricht, wobei dieser Unterdruck bestimmt wird durch eine Kartographie, welche von dem Druck in dem Einlasskrümmer und von mindestens einem der Parameter des Signals zur Steuerung des elektromagnetischen Aktuators abhängt.
Verfahren gemäß 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Formel der Masse des in dem Tank vorhandenen Gases korrigiert wird durch Abziehen eines Terms ΔMgaz_fuite(t_i), der repräsentativ ist für die Masse des Gases welche einem Entweichen von Gas aus einem bestimmten Abschnitt S_fuite entspricht, der definiert wird durch die Formel:
indem α als Korrekturkoeffizient genommen wird.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des in dem Tank vorhandenen Gases bestimmt wird durch die Formel: Vgazres(ti) = Vres – Vcarb(ti) – εjauge + Vmort wo V_res dem maximalen Volumen von Kraftstoff entspricht, welches der Tank enthalten kann, V_carb(t_i) – ε_jauge dem tatsächlich in dem Tank vorhandenen Volumen an Kraftstoff entspricht, wobei dieses Volumen einer Information entspricht, die von dem Messstab für Kraftstoff herrührt, der in dem Tank montiert ist, V_mort dem minimalen Volumen von Gas entspricht, das in dem Tank vorhanden ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt der Messung des in dem Tank herrschenden Unterdrucks durch einen Drucksensor umfasst, der in dem Tank oder einem mit dem Tank verbundenen Element platziert ist, einen Schritt des Vergleichens zwischen der geschätzten Höhe des Unterdrucks und der durch den Sensor gemessenen Höhe des Unterdrucks.
Verbrennungsmotor, ausgestattet mit einem Absorber (1) für Kraftstoffdämpfe, der in Verbindung mit dem Kraftstofftank montiert ist, wobei der Motor einen Rechner umfasst, der dazu bestimmt ist, das Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 zu verwirklichen.