WO2021069160A1 - Verfahren sowie vorrichtung zur ermittlung des durchflusses durch ein taktventil - Google Patents

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Definitions

  • the invention relates to a method and a device for determining the flow through a clock valve, in particular through a clock valve of a motor vehicle.
  • the clock valve can in particular be a tank ventilation valve.
  • the invention is based on the object of providing a method and a device for determining the flow rate through a clock valve, which also enable the flow rate to be determined with high accuracy over a long period of time.
  • the object is achieved by a method according to claim 1 and by a device according to claim 12.
  • Advantageous configurations are the subject matter of the dependent claims, the description and the figures.
  • the method according to the invention for determining the flow through a clock valve comprises the following steps:
  • an existing model of the flow through the clock valve is adapted or corrected, specifically on the basis of a flow through the clock valve that is present during an evacuation of a container located upstream of the clock valve.
  • the model can be given.
  • a step of modeling the flow through the clock valve and / or modeling a variable that is dependent on the flow can also be provided as part of the method.
  • a possible model will be discussed later.
  • the flow model modeled by the model can have inaccuracies due to aging of system components and due to component tolerances. According to the invention, it is therefore provided that the pressure upstream of the clock valve is determined during an evacuation of the container arranged upstream of the clock valve. The pressure is determined in particular during the entire evacuation period. A pressure gradient can thus be determined.
  • the flow through the clock valve during evacuation is then determined from the pressure or the pressure gradient and from the temperature and the volume of the gas in the container. Any inflows to the system, in particular to the container, are preferably closed during the evacuation.
  • the flow determined during the evacuation is then compared with the modeled flow.
  • a comparison can also be made between a variable dependent on the determined flow rate and a variable dependent on the modeled flow rate.
  • a dependent variable can be, for example, the flow rate, that is to say the mass flowing through the clock valve over a certain period of time - in particular over the entire evacuation period.
  • the model on which the modeled flow rate is based is adapted accordingly.
  • the flow model can thus be checked for plausibility and, if necessary, adjusted. For example, the deviation can be recorded in an adaptation factor and henceforth taken into account when calculating the flow rate through the tank ventilation valve. In this way, component aging and component tolerances can be taken into account in a simple manner. If the clock valve is used as a tank ventilation valve for a motor vehicle, thanks to the method according to the invention, in particular over the entire service life of the system, mixture deviations in the combustion chamber and thus increased emissions from the combustion engine can be avoided.
  • the flow rate through the clock valve is determined during evacuation using the following relationship: in which the flow through the timing valve,
  • V GasTank is the volume of the gas in the container
  • T GasTank is the temperature of the gas in the container, which is the pressure gradient in the container.
  • the flow through the clock valve i.e. based on the detected pressure, i. H. determined on the basis of a pressure gradient as well as on the basis of the temperature and the volume in the container.
  • the container can in particular be the fuel tank of a motor vehicle.
  • the flow rate determined during the evacuation is used to determine the flow rate that has flowed through the clock valve in a predetermined period of time.
  • the flow rate is a variable that depends on the flow rate determined.
  • the flow rate can also be referred to as mass flow, the flow rate as mass.
  • a comparison can then be made between the determined flow rate and the modeled flow rate and, if there is a discrepancy between these flow rates, the model on which the modeled flow rate is based can be adapted.
  • the flow rate can be determined according to the following relationship: in which is the flow through the timing valve and m ausTank is the flow rate that has flowed through the timing valve in the period from t 0 to t end.
  • the point in time t 0 denotes in particular the beginning of the evacuation process of the container and the point in time t end the end of the evacuation process of the container. In this way, the amount of gas escaping from the tank over the entire evacuation process can be determined.
  • one or more of the following parameters are included in the model on which the modeled flow rate is based: a detected pressure upstream of the clock valve, a detected pressure downstream of the clock valve, the cross-sectional area of the clock valve through which the flow is flowing, a determined opening time of the clock valve determined closing time of the clock valve.
  • the flow through the clock valve can be modeled, in particular by determining the flow through the clock valve, taking into account a detected pressure upstream of the clock valve, a detected pressure downstream of the clock valve, a determined opening time of the clock valve and a determined closing time of the clock valve .
  • the following relationship can be used to model the flow through the clock valve: where the flow through the clock valve,
  • a r is a reduced cross-sectional area of the clock valve, ⁇ a flow parameter,
  • R s is a specific gas constant of the mass flow through the clock valve.
  • the index "TEV” stands for tank ventilation valve.
  • the clock valve can in particular be such a tank ventilation valve.
  • the mentioned flow parameter can be determined on the basis of the following relationship: where p cr is a critical pressure ratio.
  • the method comprises the step of: modeling the flow through the clock valve and / or modeling a variable that is dependent on the flow, as already mentioned.
  • the modeling can be done according to one of the relationships explained above.
  • the variable that is dependent on the flow rate can in particular be the flow rate.
  • the modeling step can take place before the flow is determined according to the invention. The modeling can also take place in parallel.
  • the container is evacuated by a flushing pump arranged between the container and the clock valve or by a negative pressure in an intake tract arranged downstream of the clock valve.
  • a flushing pump arranged between the container and the clock valve or by a negative pressure in an intake tract arranged downstream of the clock valve.
  • access points that allow pressure equalization are preferred would allow the container to be locked.
  • a supply of fresh air to the container is prevented via a shut-off valve.
  • the pressure upstream of the clock valve is determined during evacuation by means of a pressure sensor which is arranged upstream of the clock valve, for example in the container or in a line running between the container and the clock valve.
  • the clock valve is a tank ventilation valve, as already mentioned.
  • the invention also relates to a device for determining the flow through a clock valve, comprising a control unit which is designed to carry out the method explained above.
  • a control unit which is designed to carry out the method explained above.
  • the explanations given for the method apply accordingly to the device.
  • the device can have a pressure sensor upstream of the clock valve for determining the pressure during the evacuation of the container.
  • Figure 1 shows an apparatus for performing the invention
  • FIG. 1 shows a device according to the invention in an exemplary embodiment in which the flow through a tank ventilation valve of a motor vehicle is determined and adjusted.
  • the device in Figure 1 forms a tank ventilation system with a fuel tank 6 as a container.
  • Fuel tank 6 is connected to an activated charcoal container 1, to which fresh air is supplied via an air filter 9 through a shut-off valve 7.
  • the activated charcoal canister 1 is connected to a tank ventilation valve 5 via an optionally provided flushing pump 2.
  • a pressure sensor 3 is arranged in the line between the flushing pump 2 and the tank ventilation valve 5. If the flushing pump 2 is missing, the pressure sensor 3 is arranged between the activated charcoal canister 1 and the tank ventilation valve 5.
  • a further pressure sensor 8 is arranged in the fuel tank 6 upstream of the tank ventilation valve 5.
  • upstream of the tank ventilation valve 5 there is a further pressure sensor 4 in front of the flushing pump 2.
  • Downstream of the tank ventilation valve 5 there is an intake tract 10 with a compressor 11 and an air filter 9.
  • a mass flow flowing from the fuel tank 6 to the tank ventilation valve 5 is directed downstream of the tank ventilation valve 5 into the intake tract 10 and mixed there with fresh air to be compressed, which is fed to the intake tract 10 through the air filter 9.
  • the compressor 11 can be part of an exhaust gas turbocharger.
  • an engine controller 12 is provided as a control unit, which provides output signals 21 on the basis of input signals 20 supplied to it and stored working software.
  • the input signals 20 fed to the engine controller 12 can in particular be sensor signals and / or data signals provided by a higher-level controller.
  • the sensor signals include, for example, pressure sensor signals, temperature sensor signals and accelerator pedal position signals.
  • the output signals 21 include, in particular, control signals for the injection valves and the tank ventilation valve 5.
  • the flow through the tank ventilation valve 5 is initially using a physical model, in particular according to the following relationship: where the flow through the tank ventilation valve, A r is a reduced cross-sectional area of the tank ventilation valve through which flow occurs, ⁇ a flow parameter, P after, TEV the detected pressure downstream of the tank ventilation valve, P before, TEV the detected pressure upstream of the tank ventilation valve, k an isentropic exponent of the mass flow through the tank ventilation valve , and R s is a specific gas constant of the mass flow through the tank ventilation valve.
  • the pressure measured at the sensor 3 as well as geometric variables, such as the cross-sectional area of the tank ventilation valve 5 through which flow occurs, are important input parameters.
  • Such a model is always subject to certain assumptions and does not necessarily reflect the real flow through the tank ventilation valve exactly. For example, the area through which the air flows can change over time due to component aging.
  • the change in state i.e. in particular the change in pressure and / or temperature, of the gas in the fuel tank 6 during an evacuation of the fuel tank 6 is therefore considered in a first step. So it becomes a Evacuation of the tank 6 carried out, for example via the electric flushing pump 2 or due to a pressure gradient generated in some other way via the tank ventilation valve 5, in particular due to a negative pressure in the intake tract 10.
  • the fresh air supply to the fuel tank 6 is prevented via the shut-off valve 7.
  • a pressure upstream of the tank ventilation valve 5 is detected by evaluating the data from the pressure sensor 8 in the tank 6. A pressure gradient is thus recorded over the period of the evacuation process. The flow through the tank ventilation valve 5 from the fuel tank 6 to the intake tract 10 is then determined from the detected pressure / pressure gradient.
  • the following relationship can be used for this:
  • V GasTank the volume of the gas in the tank
  • R GasTank the specific gas constant of the gas in the tank
  • T GasTank the temperature of the gas in the tank
  • the pressure gradient in the tank is.
  • the flow rate that is to say the mass flow from the fuel tank 6, the pressure gradient and the volume and the temperature of the gas in the fuel tank 6 are included.
  • a flow rate can be determined from the flow, i.e. a mass that has escaped from the fuel tank 6 over the period of the evacuation process, in particular according to the following relationship:
  • m ausTank is the flow rate through which the tank ventilation valve has flowed in the period from t 0 to t end .
  • the flow through the tank ventilation valve 5 can take place in accordance with the model explained.
  • a modeled flow rate can also be determined from the modeled flow by integration.
  • FIG. 2 shows three diagrams one above the other, the upper diagram showing the two states of the shut-off valve 7, namely open and closed, over a time axis, the middle diagram showing the relative pressure at the sensor 4 over a corresponding time scale and the lower diagram showing the mass flow through the tank ventilation valve 5 over a corresponding time scale.
  • the shut-off valve 7 is closed in the time periods from approx. 30 seconds to 90 seconds and from 130 seconds, which represents an evacuation of the fuel tank 6. During these time periods, the relative pressure measured at the sensor 4 drops accordingly.
  • both the modeled flow and the flow rate detected at pressure sensor 8 during evacuation represented by the tank ventilation valve 5.
  • a comparison of the flow rate determined during evacuation and the modeled flow rate or a comparison of the corresponding flow rates represents the next step.
  • the result of this comparison for example, characterized by the formation of a relative deviation from the modeled flow rate to the flow rate determined During the evacuation, C AD can be recorded in an adaptation factor.
  • the adaptation factor C AD can now be used in the flow calculation using the Tank ventilation valve 5 can be used in accordance with the following relationship:
  • the model on which the modeled flow is based can be adapted.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil (5) mit den folgenden Schritten: - Erfassen des Drucks stromauf des Taktventils (5) während einer Evakuierung eines stromauf des Taktventils (5) angeordneten Behälters (6), - Ermitteln des Durchflusses durch das Taktventil (5) aufgrund des erfassten Drucks stromauf des Taktventils (5) sowie aufgrund der Temperatur und des Volumens des Gases im Behälter (6), - Vergleichen des während der Evakuierung ermittelten Durchflusses und eines modellierten Durchflusses und/oder Vergleichen einer von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und einer von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe, - Anpassen des Modells bei einer Abweichung zwischen dem während der Evakuierung ermittelten Durchfluss und dem modellierten Durchfluss und/oder bei einer Abweichung zwischen der von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und der von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe.

Description

Beschreibung
Verfahren sowie Vorrichtung zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil, insbesondere durch ein Taktventil eines Kraftfahrzeugs. Das Taktventil kann insbesondere ein Tankentlüftungsventil sein.
Bei ottomotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen werden Kraftstoffgase aus dem Kraftstofftank über eine Tankentlüftungsleitung abgeführt, in einem Adsorptionsfilter zwischengespeichert und dann über ein Tankentlüftungsventil der ottomotorischen Verbrennung zugeführt. Somit können Kraftstoffgase, die den Tank zum Zwecke des Druckausgleichs verlassen, aufgefangen und anschließend weiterverwendet werden, was Verluste reduziert. Aufgrund der motorischen Rohemissionen ist es dabei notwendig, den Motor mit einem stöchiometrischen Verhältnis von Luft und Kraftstoff zu betreiben. Hierfür muss die Kraftstoffeinspritzmenge um die durch die Tankentlüftung zugeführte Kraftstoffgasmenge korrigiert werden. Um diese Kraftstoffeinspritzmengenkorrektur durchführen zu können, muss der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil ermittelt werden.
Es ist bekannt, diesen Durchfluss durch eine Vermessung des Tankentlüftungssystems zu ermitteln und der Motorsteuerung als Kalibrationswerte bzw. als Datenmodell zur Verfügung zu stellen. Diese Vermessung des Tankentlüftungssystems ist jedoch aufwändig. Zudem können weder eine altersbedingte Veränderung der Systemcharakteristik noch Fertigungstoleranzen in den Bauteilen, also insbesondere den Ventilen, berücksichtigt werden. Hierdurch wird die Genauigkeit der Einspritzkorrektur beeinträchtigt, was zu Gemischabweichungen im Brennraum und dadurch zu erhöhten Emissionen des Verbrennungsmotors führen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil bereitzustellen, welche auch längerfristig mit hoher Genauigkeit die Bestimmung des Durchflusses ermöglichen. Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche, der Beschreibung sowie der Figuren.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil umfasst die folgenden Schritte:
- Erfassen des Drucks stromauf des Taktventils während einer Evakuierung eines stromauf des Taktventils angeordneten Behälters,
- Ermitteln des Durchflusses durch das Taktventil aufgrund des erfassten Drucks stromauf des Taktventils sowie aufgrund der Temperatur und des Volumens des Gases im Behälter,
- Vergleichen des während der Evakuierung ermittelten Durchflusses und eines modellierten Durchflusses und/oder Vergleichen einer von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und einer von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe,
- Anpassen des Modells bei einer Abweichung zwischen dem während der Evakuierung ermittelten Durchfluss und dem modellierten Durchfluss und/oder bei einer Abweichung zwischen der von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und der von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein bestehendes Modell des Durchflusses durch das Taktventil angepasst oder korrigiert, und zwar auf Grundlage eines Durchflusses durch das Taktventil, der während einer Evakuierung eines stromauf des Taktventils liegenden Behälters vorliegt. Das Modell kann gegeben sein. Auch kann als Teil des Verfahrens ein Schritt des Modellierens des Durchflusses durch das Taktventil und/oder des Modellierens einer von dem Durchfluss abhängigen Größe vorgesehen sein. Auf ein mögliches Modell wird später noch eingegangen. Der durch das Modell modellierte Durchfluss kann, wie eingangs erläutert, Ungenauigkeiten aufweisen, bedingt durch eine Alterung von Systemkomponenten sowie bedingt durch Bauteiltoleranzen. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, den Druck stromauf des Taktventils während einer Evakuierung des stromauf des Taktventils angeordneten Behälters zu ermitteln. Der Druck wird insbesondere während des gesamten Zeitraums der Evakuierung ermittelt. Es kann somit ein Druckgradient bestimmt werden. Aus dem Druck bzw. dem Druckgradienten sowie aus der Temperatur und dem Volumen des Gases in dem Behälter wird anschließend der Durchfluss durch das Taktventil während der Evakuierung ermittelt. Während der Evakuierung werden eventuelle Zuflüsse zu dem System, insbesondere zu dem Behälter, bevorzugt geschlossen. Anschließend wird der während der Evakuierung ermittelte Durchfluss mit dem modellierten Durchfluss verglichen. Auch kann ein Vergleich erfolgen zwischen einer von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und einer von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe. Eine solche abhängige Größe kann zum Beispiel die Durchflussmenge sein, also die über einen gewissen Zeitraum - insbesondere über den gesamten Evakuierungszeitraum - das Taktventil durchströmende Masse.
Sollte dieser Vergleich eine Abweichung ergeben zwischen dem ermittelten Durchfluss und dem modellierten Durchfluss bzw. der davon abhängigen Größen, so erfolgt eine entsprechende Anpassung des dem modellierten Durchfluss zugrunde liegenden Modells. Somit lässt sich das Durchflussmodell plausibilisieren und gegebenenfalls anpassen. Beispielsweise kann die Abweichung in einem Adaptionsfaktor festgehalten und fortan bei der Durchflussberechnung durch das Tankentlüftungsventil berücksichtigt werden. Es können so Bauteilalterungen wie auch Bauteiltoleranzen in einfacher Weise berücksichtigt werden. Wird das Taktventil als Tankentlüftungsventil für ein Kraftfahrzeug verwendet, können dank des erfindungsgemäßen Verfahrens insbesondere über die gesamte Lebenszeit des Systems Gemischabweichungen im Brennraum und damit erhöhte Emissionen des Verbrennungsmotors vermieden werden.
Nach einer Ausgestaltung wird die Ermittlung des Durchflusses durch das Taktventil während der Evakuierung anhand der folgenden Beziehung durchgeführt:
Figure imgf000006_0001
wobei
Figure imgf000006_0002
der Durchfluss durch das Taktventil,
VGasTank das Volumen des Gases im Behälter,
RGasTank die spezifische Gaskonstante des Gases im Behälter,
TGasTank die Temperatur des Gases im Behälter, der Druckgradient im Behälter ist.
Figure imgf000006_0003
Wie der Beziehung unmittelbar zu entnehmen, wird der Durchfluss durch das Taktventil, also aufgrund des erfassten Drucks, d. h. aufgrund eines Druckgradienten, sowie aufgrund der Temperatur und des Volumens im Behälter ermittelt. Der Behälter kann insbesondere der Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs sein.
Nach einer Ausgestaltung wird aus dem während der Evakuierung ermittelten Durchfluss die durch das Taktventil in einem vorgegebenen Zeitraum geströmte Durchflussmenge bestimmt. Die Durchflussmenge ist eine von dem ermittelten Durchfluss abhängige Größe. Der Durchfluss kann auch als Massenstrom, die Durchflussmenge als Masse bezeichnet werden. Es kann dann insbesondere ein Vergleich zwischen der ermittelten Durchflussmenge und der modellierten Durchflussmenge erfolgen und bei einer Abweichung zwischen diesen Durchflussmengen das der modellierten Durchflussmenge zugrunde liegende Modell angepasst werden.
Insbesondere kann die Durchflussmenge bestimmt werden nach der folgenden Beziehung:
Figure imgf000007_0001
wobei
Figure imgf000007_0003
der Durchfluss durch das Taktventil und mausTank die Durchflussmenge, die das Taktventil im Zeitraum von t0 bis tende durchströmt hat, ist.
Der Zeitpunkt t0 bezeichnet dabei insbesondere den Beginn des Evakuierungsvorgangs des Behälters und der Zeitpunkt tende das Ende des Evakuierungsvorgangs des Behälters. Somit kann die über den gesamten Evakuierungsvorgang aus dem Tank entweichende Gasmenge bestimmt werden.
Nach einer Ausgestaltung gehen in das Modell, das dem modellierten Durchfluss zugrunde liegt, einer oder mehrere der folgenden Parameter ein: ein erfasster Druck stromauf des Taktventils, ein erfasster Druck stromab des Taktventils, die durchströmte Querschnittsfläche des Taktventils, ein ermittelter Öffnungszeitpunkt des Taktventils, ein ermittelter Schließzeitpunkt des Taktventils. Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung kann die Modellierung des Durchflusses durch das Taktventil, insbesondere durch Ermittlung des Durchflusses durch das Taktventil, unter Berücksichtigung eines erfassten Drucks stromauf des Taktventils, eines erfassten Druck stromab des Taktventils, eines ermittelten Öffnungszeitpunkts des Taktventils und eines ermittelten Schließzeitpunktes des Taktventils erfolgen.
Nach einer diesbezüglichen Ausgestaltung kann für die Modellierung des Durchflusses durch das Taktventil die folgende Beziehung verwendet werden:
Figure imgf000007_0002
wobei der Durchfluss durch das Taktventil,
Figure imgf000007_0004
Ar eine reduzierte durchströmte Querschnittsfläche des Taktventils, ψ ein Durchflussparameter,
Pnach,TEV der erfasste Druck stromab des Taktventils,
Pvor,TEV der erfasste Druck stromauf des Taktventils, k ein Isentropenexponent des Massenstroms durch das Taktventil, und
Rs eine spezifische Gaskonstante des Massenstroms durch das Taktventil ist.
Der Index „TEV“ steht hierbei für Tankentlüftungsventil. Wie eingangs erwähnt, kann es sich bei dem Taktventil insbesondere um ein solches Tankentlüftungsventil handeln.
Der erwähnte Durchflussparameter kann nach einer Ausgestaltung anhand der folgenden Beziehung ermittelt werden:
Figure imgf000008_0001
wobei pcr ein kritisches Druckverhältnis ist.
Nach einer Ausgestaltung umfasst das Verfahren den Schritt: Modellieren des Durchflusses durch das Taktventil und/oder Modellieren einer von dem Durchfluss abhängigen Größe, wie bereits erwähnt. Das Modellieren kann nach einer der oben erläuterten Beziehungen erfolgen. Bei der von dem Durchfluss abhängigen Größe kann es sich insbesondyxe um die Durchflussmenge handeln. Der Schritt des Modellierens kann vor dem erfindungsgemäßen Ermitteln des Durchflusses erfolgen. Auch kann das Modellieren parallel dazu erfolgen.
Nach einer Ausgestaltung erfolgt das Evakuieren des Behälters durch eine zwischen dem Behälter und dem Taktventil angeordnete Spülpumpe oder durch einen Unterdrück in einem stromab des Taktventils angeordneten Ansaugtrakt. Während der Evakuierung werden bevorzugt Zugänge, die einen Druckausgleich in dem Behälter erlauben würden, gesperrt. Insbesondere wird eine Frischluftzufuhr zu dem Behälter über ein Absperrventil unterbunden.
Nach einer Ausgestaltung wird der Druck stromauf des Taktventils während der Evakuierung mittels eines Drucksensors ermittelt, der stromauf des Taktventils, beispielsweise in dem Behälter oder in einer zwischen dem Behälter und dem Taktventil verlaufenden Leitung, angeordnet ist.
Nach einer Ausgestaltung ist das Taktventil ein Tankentlüftungsventil, wie bereits angesprochen.
Die Erfindung betrifft zudem eine Vorrichtung zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil, umfassend eine Steuereinheit, die dazu ausgebildet ist, das oben erläuterte Verfahren auszuführen. Die zu dem Verfahren gemachten Erläuterungen gelten entsprechend für die Vorrichtung. So kann die Vorrichtung beispielsweise einen Drucksensor stromauf des Taktventils aufweisen zum Ermitteln des Drucks während der Evakuierung des Behälters.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Figuren erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens, und
Figur 2 Diagramme des Druckverlaufs bzw. des Massenstroms durch das
Taktventil.
Soweit nichts anderes angegeben ist, bezeichnen im Folgenden gleiche Bezugszeichen gleiche Gegenstände.
Figur 1 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel, bei welchem der Durchfluss durch ein Tankentlüftungsventil eines Kraftfahrzeugs ermittelt und angepasst wird. Die Vorrichtung in Figur 1 bildet ein Tankentlüftungssystem mit einem Kraftstofftank 6 als Behälter. Mit dem Kraftstofftank 6 ist ein Aktivkohlebehälter 1 verbunden, dem über einen Luftfilter 9 durch ein Absperrventil 7 hindurch Frischluft zugeführt wird. Des Weiteren ist der Aktivkohlebehälter 1 über eine optional vorgesehene Spülpumpe 2 an ein Tankentlüftungsventil 5 angeschlossen. In der Leitung zwischen der Spülpumpe 2 und dem Tankentlüftungsventil 5 ist ein Drucksensor 3 angeordnet. Bei fehlender Spülpumpe 2 ist der Drucksensor 3 zwischen dem Aktivkohlebehälter 1 und dem Tankentlüftungsventil 5 angeordnet. Stromauf des Tankentlüftungsventils 5 ist in dem Kraftstofftank 6 ein weiterer Drucksensor 8 angeordnet. Zudem findet sich stromauf des Tankentlüftungsventils 5 ein weiterer Drucksensor 4 vor der Spülpumpe 2. Stromab des Tankentlüftungsventils 5 findet sich ein Ansaugtrakt 10 mit einem Verdichter 11 und einem Luftfilter 9.
Ein von dem Kraftstofftank 6 zu dem Tankentlüftungsventil 5 fließender Massenstrom wird stromab des Tankentlüftungsventils 5 in den Ansaugtrakt 10 geleitet und dort mit zu verdichtender Frischluft vermischt, die dem Ansaugtrakt 10 durch den Luftfilter 9 zugeführt wird. Der Verdichter 11 kann Bestandteil eines Abgasturboladers sein.
Zur Steuerung des Verbrennungsvorgangs ist eine Motorsteuerung 12 als Steuereinheit vorgesehen, die auf Grundlage ihr zugeführter Eingangssignale 20 und einer abgespeicherten Arbeitssoftware Ausgangssignale 21 bereitstellt. Bei den der Motorsteuerung 12 zugeführten Eingangssignalen 20 kann es sich insbesondere um Sensorsignale und/oder von einer übergeordneten Steuerung bereitgestellte Datensignale handeln. Zu den Sensorsignalen gehören beispielsweise Drucksensorsignale, Temperatursensorsignale und Fahrpedalstellungssignale. Zu den Ausgangssignalen 21 gehören insbesondere Steuersignale für die Einspritzventile und das Tankentlüftungsventil 5.
Der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil 5 wird zunächst mithilfe eines physikalischen Modells berechnet, insbesondere gemäß der folgenden Beziehung:
Figure imgf000011_0001
wobei der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil, Ar eine reduzierte durchströmte Querschnittsfläche des Tankentlüftungsventils, ψ ein Durchflussparameter, Pnach,TEV der erfasste Druck stromab des Tankentlüftungsventils, Pvor,TEV der erfasste Druck stromauf des Tankentlüftungsventils, k ein Isentropenexponent des Massenstroms durch das Tankentlüftungsventil, und Rs eine spezifische Gaskonstante des Massenstroms durch das Tankentlüftungsventil ist.
Für den Durchflussparameter kann insbesondere gelten:
Figure imgf000011_0002
wobei pcr ein kritisches Druckverhältnis ist.
Es sind also insbesondere der am Sensor 3 gemessene Druck sowie geometrische Größen, wie die durchströmte Querschnittsfläche des Tankentlüftungsventils 5, wichtige Eingangsparameter. Ein solches Modell ist stets gewissen Annahmen unterworfen und gibt den realen Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil nicht unbedingt exakt wieder. So kann sich beispielsweise die durchströmte Fläche aufgrund von Bauteilalterungen mit der Zeit verändern.
Zur Plausibilisierung sowie gegebenenfalls zur Anpassung des Modells wird daher erfindungsgemäß in einem ersten Schritt die Zustandsänderung, also insbesondere die Druck- und/oder Temperaturänderung, des Gases im Kraftstofftank 6 während einer Evakuierung des Kraftstofftanks 6 betrachtet. Es wird folglich eine Evakuierung des Tanks 6 durchgeführt, beispielsweise über die elektrische Spülpumpe 2 oder aufgrund eines auf andere Weise erzeugten Druckgefälles über das Tankentlüftungsventil 5, wie insbesondere durch einen Unterdrück im Ansaugtrakt 10. Hierbei wird die Frischluftzufuhr zu dem Kraftstofftank 6 über das Absperrventil 7 unterbunden.
Während der Evakuierung des Kraftstofftanks 6 wird durch Auswertung der Daten des Drucksensors 8 im Tank 6 ein Druck stromauf des Tankentlüftungsventils 5 erfasst. Über den Zeitraum des Evakuierungsvorgangs wird somit ein Druckgradient erfasst. Aus dem erfassten Druck/Druckgradienten wird anschließend der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil 5 vom Kraftstofftank 6 zum Ansaugtrakt 10 hin ermittelt. Hierfür kann die nachfolgende Beziehung dienen:
Figure imgf000012_0001
Wobei
Figure imgf000012_0003
der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil, VGasTank das Volumen des Gases im Tank, RGasTank die spezifische Gaskonstante des Gases im Tank, TGasTank die Temperatur des Gases im Tank, der Druckgradient im Tank
Figure imgf000012_0004
ist.
Wie ersichtlich, gehen in den Durchfluss, also den Massenstrom aus dem Kraftstofftank 6, der Druckgradient sowie das Volumen und die Temperatur des Gases im Kraftstoffbehälter 6 ein. Durch Aufintegration kann aus dem Durchfluss eine Durchflussmenge, also eine über den Zeitraum des Evakuierungsvorgangs aus dem Kraftstofftank 6 entwichene Masse bestimmt werden, insbesondere nach der folgenden Beziehung:
Figure imgf000012_0002
Wobei
Figure imgf000012_0005
der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil und mausTank die Durchflussmenge, die das Tankentlüftungsventil im Zeitraum von t0 bis tende durchströmt hat, ist. Es kann parallel hierzu der Durchfluss durch das Tankentlüftungsventil 5 gemäß dem erläuterten Modell erfolgen. Auch kann entsprechend aus dem modellierten Durchfluss eine modellierte Durchflussmenge durch Aufintegration bestimmt werden.
Zur Veranschaulichung wird auf Figur 2 eingegangen. Figur 2 zeigt drei Diagramme übereinander, wobei das obere Diagramm die beiden Zustände des Absperrventils 7, nämlich offen und geschlossen, über einer Zeitachse darstellt, das mittlere Diagramm den Relativdruck am Sensor 4 über einer entsprechenden Zeitskala darstellt und das untere Diagramm den Massenstrom durch das Tankentlüftungsventil 5 über einer entsprechenden Zeitskala darstellt.
Wie ersichtlich, ist das Absperrventil 7 in den Zeiträumen von ca. 30 Sekunden bis 90 Sekunden sowie ab 130 Sekunden geschlossen, was eine Evakuierung des Kraftstofftanks 6 darstellt. In diesen Zeiträumen fällt entsprechend der gemessene Relativdruck am Sensor 4 ab. In dem untersten Diagramm der Figur 2 sind sowohl der modellierte Durchfluss
Figure imgf000013_0002
sowie der während der Evakuierung am Drucksensor 8 erfasste Durchfluss
Figure imgf000013_0001
durch das Tankentlüftungsventil 5 dargestellt. Diese Größen sind nach den oben erläuterten Beziehungen bestimmt worden, wobei jedoch erfindungsgemäß der Durchfluss
Figure imgf000013_0003
lediglich während den geschlossenen Phasen des Absperrventils 7 - also lediglich während der Evakuierung - bestimmt wird.
Ein Abgleich des während der Evakuierung ermittelten Durchflusses sowie des modellierten Durchflusses bzw. ein Abgleich der entsprechenden Durchflussmengen stellt den nun folgenden Schritt dar. Das Ergebnis dieses Abgleichs, zum Beispiel charakterisiert durch Bildung einer relativen Abweichung von dem modellierten Durchfluss zu dem ermittelten Durchfluss
Figure imgf000013_0004
Figure imgf000013_0005
während der Evakuierung, kann in einem Adaptionsfaktor CAD festgehalten werden. Der Adaptionsfaktor CAD kann fortan bei der Durchflussberechnung durch das Tankentlüftungsventil 5 gemäß der folgenden Beziehung herangezogen werden:
Figure imgf000014_0001
Es kann also in diesem Sinne das dem modellierten Durchfluss zugrunde liegende Modell angepasst werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil (5) mit den folgenden Schritten:
- Erfassen des Drucks stromauf des Taktventils (5) während einer Evakuierung eines stromauf des Taktventils (5) angeordneten Behälters (6),
- Ermitteln des Durchflusses durch das Taktventil (5) aufgrund des erfassten Drucks stromauf des Taktventils (5) sowie aufgrund der Temperatur und des Volumens des Gases im Behälter (6),
- Vergleichen des während der Evakuierung ermittelten Durchflusses und eines modellierten Durchflusses und/oder Vergleichen einer von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und einer von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe,
- Anpassen des Modells bei einer Abweichung zwischen dem während der Evakuierung ermittelten Durchfluss und dem modellierten Durchfluss und/oder bei einer Abweichung zwischen der von dem ermittelten Durchfluss abhängigen Größe und der von dem modellierten Durchfluss abhängigen Größe.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ermittlung des Durchflusses durch das Taktventil (5) während der Evakuierung anhand der folgenden Beziehung durchgeführt wird:
Figure imgf000015_0001
wobei der Durchfluss durch das Taktventil (5) während der Evakuierung,
Figure imgf000015_0002
VGasTank das Volumen des Gases im Behälter (6),
RGasTank die spezifische Gaskonstante des Gases im Behälter (6),
TGasTank die Temperatur des Gases im Behälter (6), der Druckgradient im Behälter (6) ist.
Figure imgf000015_0003
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass aus dem während der Evakuierung ermittelten Durchfluss die durch das Taktventil (5) in einem vorgegebenen Zeitraum geströmte Durchflussmenge bestimmt wird, insbesondere nach der folgenden Beziehung:
Figure imgf000016_0001
wobei der Durchfluss durch das Taktventil (5) während der Evakuierung und
Figure imgf000016_0002
mausTank die Durchflussmenge, die das Taktventil (5) im Zeitraum von to bis tende durchströmt hat, ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in das Modell, das dem modellierten Durchfluss zugrunde liegt, einer oder mehrere der folgenden Parameter eingehen: ein erfasster Druck stromauf des Taktventils (5), ein erfasster Druck stromab des Taktventils (5), die durchströmte Querschnittsfläche des Taktventils (5), ein ermittelter Öffnungszeitpunkt des Taktventils (5), ein ermittelter Schließzeitpunkt des Taktventils (5).
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Modellieren des Durchflusses durch das Taktventil (5) erfolgt durch Ermittlung des Durchflusses durch das Taktventil (5) unter Berücksichtigung eines erfassten Drucks stromauf des Taktventils (5), eines erfassten Drucks stromab des Taktventils (5), eines ermittelten Öffnungszeitpunkts des Taktventils (5) und eines ermittelten Schließzeitpunkts des Taktventils (5).
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass für die Modellierung des Durchflusses durch das Taktventil (5) die folgende Beziehung verwendet wird:
Figure imgf000016_0003
wobei der Durchfluss durch das Taktventil (5),
Ar eine reduzierte durchströmte Querschnittsfläche des Taktventils (5), ψ ein Durchflussparameter,
Pnach,TEV der erfasste Druck stromab des Taktventils (5),
Pvor,TEV der erfasste Druck stromauf des Taktventils (5), k ein Isentropenexponent des Massenstroms durch das Taktventil (5), und
Rs eine spezifische Gaskonstante des Massenstroms durch das Taktventil (5) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchflussparameter anhand der folgenden Beziehung ermittelt wird:
Figure imgf000017_0001
wobei pcr ein kritisches Druckverhältnis ist.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch, Modellieren des Durchflusses durch das Taktventil (5) und/oder Modellieren einer von dem Durchfluss abhängigen Größe.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Evakuieren des Behälters (6) durch eine zwischen dem Behälter (6) und dem Taktventil (5) angeordnete Spülpumpe (2) oder durch einen Unterdrück in einem stromab des Taktventils (5) angeordneten Ansaugtrakt (10).
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck stromauf des Taktventils (5) während der Evakuierung mittels eines Drucksensors (3) ermittelt wird, der in dem Behälter (6) oder in einer zwischen dem Behälter und dem Taktventil (5) verlaufenden Leitung angeordnet ist.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Taktventil (5) ein Tankentlüftungsventil (5) ist.
12. Vorrichtung zur Ermittlung des Durchflusses durch ein Taktventil (5) umfassend eine Steuereinheit (12), die dazu ausgebildet ist, das Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
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