DE102017213868A1

DE102017213868A1 - Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine und Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102017213868A1
Application number: DE102017213868.8A
Authority: DE
Inventors: Silke Weddig; Björn Fröhlich; Jens Wodausch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2017-08-09
Filing date: 2017-08-09
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Es ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Tankentlüftungsventil umfassenden Kraftstofftanksystem vorgesehen, bei dem das Tankentlüftungsventil mit einem variablen Ansteuerwert angesteuert wird, um ein Öffnen des Tankentlüftungsventils zu erzielen. Ein solches zumindest beginnendes Öffnen des Tankentlüftungsventils wird dann anhand einer insbesondere sprunghaften Änderung zumindest eines einen Betrieb der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Parameters ermittelt. Dem so ermittelten Öffnen des Tankentlüftungsventils wird daraufhin ein konkreter Ansteuerwert zugeordnet und dieser Ansteuerwert als Öffnungsnullwert abgespeichert. Das Verfahren basiert demnach auf einer Adaption des Öffnungsnullwerts, d.h. desjenigen Ansteuerwerts, bei dem tatsächlich ein Öffnen des Tankentlüftungsventils stattfindet, wodurch die Problematik, dass unterschiedliche Tankentlüftungsventile trotz einer grundsätzlich identischen Bauart gegebenenfalls bei unterschiedlichen Ansteuerwerten öffnen, gelöst werden kann. Diese Problematik kann insbesondere in abweichenden Fertigungstoleranzen begründet sein. Somit kann, nach einer solchen Adaption, sichergestellt sein, dass ein definierter, eingestellter Ansteuerwert auch zu einem exakten, dazugehörigen Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils führt, was sich in vorteilhafter Weise auf den Betrieb der Brennkraftmaschine auswirken kann.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Tankentlüftungsventil umfassenden Kraftstofftanksystem. Die Erfindung betrifft weiterhin eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine.
Ein Kraftstofftanksystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs weist regelmäßig eine Entlüftungsleitung auf, die es ermöglicht, einen ansteigenden Druck in dem Kraftstofftank des Tanksystems infolge von beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen verdampfendem Kraftstoff an die Umgebung zu entlasten. Dabei dürfen, auch aufgrund von Emissionsvorschriften, möglichst keine Kraftstoffdämpfe in die Umgebung gelangen. Dies wird verhindert, indem in die Entlüftungsleitung ein Kraftstoffdampffilter, der regelmäßig in Form eines Aktivkohlefilters ausgebildet ist, integriert ist, der die Kraftstoffdämpfe absorbiert.
Zur Regeneration eines solchen Kraftstoffdampffilters ist ein solches Tanksystem zusätzlich mit einer Spülgasleitung versehen, die einerseits mit dem Kraftstoffdampffilter und andererseits mit dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann zeitweise mittels des im Bereich der Mündung der Spülgasleitung in dem Frischgasstrang herrschenden Unterdrucks Umgebungsluft über eine Umgebungsmündung des Kraftstoffdampffilters angesaugt werden, die den Kraftstoffdampffilter in Gegenrichtung zu derjenigen Strömungsrichtung, in der die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank in den Kraftstoffdampffilter strömen, durchströmen und diesen dadurch spülen. Die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampffilter werden so über den Frischgasstrang den Brennräumen des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeführt.
Aus der DE 10 2011 084 403 A1 ist ein Tankentlüftungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstofftank, einem Aktivkohlefilter, einem Tankentlüftungsventil und mindestens einem Rückschlagventil bekannt. Zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil ist ein Drucksensor angeordnet. Zur Diagnose des Tankentlüftungssystems wird zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil ein Unterdruck eingestellt, der geringer ist als der Umgebungsdruck. Der eingestellte Druck wird durch Ansteuern des Tankentlüftungsventils geändert. Die Änderung des Drucks in der Leitung zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil wird mittels des Drucksensors gemessen und der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils zugeordnet. Aus der Korrelation des Öffnungszustands des Tankentlüftungsventils und der Änderung des Drucks in der Leitung zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil wird auf die Funktion der Tankentlüftungsleitung, des Rückschlagventils und des Tankentlüftungsventils geschlossen. Insbesondere kann dabei auch auf die Dichtheit des Tankentlüftungssystems in dem Abschnitt zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil geschlossen werden.
Die DE 10 2014 208 987 A1 beschreibt ein Verfahren zur Diagnose eines Tankentlüftungsventils eines Kraftfahrzeugs, bei dem aus einem zeitlichen Verlauf eines Drucks in einem Teilraum des Kraftfahrzeugs nach einem Start eines Verbrennungsmotors darauf geschlossen wird, ob das Tankentlüftungsventil offen klemmt, wobei der Teilraum einen Kraftstofftank des Kraftfahrzeugs enthält und durch das Tankentlüftungsventil begrenzt ist.
Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Tankentlüftungsventil umfassenden Kraftstofftanksystem anzugeben.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Eine zur Durchführung eines solchen Verfahrens geeignete Brennkraftmaschine ist Gegenstand des Patentanspruchs 7. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und bevorzugten Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Tankentlüftungsventil umfassenden Kraftstofftanksystem vorgesehen, bei dem das Tankentlüftungsventil mit einem variablen Ansteuerwert angesteuert wird, um ein Öffnen des Tankentlüftungsventils zu erzielen. Ein solches (zumindest beginnendes) Öffnen des Tankentlüftungsventils wird dann anhand einer insbesondere sprunghaften, d.h. einen definierten Änderungsgradienten überschreitenden, Änderung zumindest eines einen Betrieb der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Parameters, der insbesondere gemessen werden kann (Messwert), ermittelt. Dem so ermittelten Öffnen des Tankentlüftungsventils wird daraufhin ein konkreter Ansteuerwert zugeordnet und dieser Ansteuerwert als Öffnungsnullwert abgespeichert.
Das erfindungsgemäße Verfahren basiert demnach auf einer Adaption des Öffnungsnullwerts, d.h. desjenigen Ansteuerwerts, bei dem tatsächlich ein Öffnen des Tankentlüftungsventils stattfindet beziehungsweise beginnt, wodurch die Problematik, dass unterschiedliche Tankentlüftungsventile trotz einer grundsätzlich gleichen Bauart und Baugröße teilweise bei unterschiedlichen Ansteuerwerten öffnen, gelöst werden kann. Diese Problematik kann insbesondere in abweichenden Fertigungstoleranzen und/oder in unterschiedlichen äußeren Einflüssen, beispielsweise unterschiedlichen Umgebungstemperaturen, begründet sein. Somit kann auf relativ einfache Weise, nach einer solchen Adaption, sichergestellt sein, dass ein definierter, eingestellter Ansteuerwert auch zu einem exakten, dazugehörigen Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils führt, was sich in vorteilhafter Weise auf den Betrieb der Brennkraftmaschine auswirken kann.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine weist zumindest

- einen Verbrennungsmotor,
- einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor,
- einen Abgasstrang zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor,
- ein Tanksystem, das zumindest
- - einen Kraftstofftank,
- - einen Kraftstoffdampffilter, der in fluidleitender Verbindung mit einer Umgebungsmündung steht, so dass über die Umgebungsmündung Umgebungsluft in den Kraftstoffdampffilter eingeleitet werden kann,
- - eine von dem Kraftstofftank zu dem Kraftstoffdampffilter führende Entlüftungsleitung,
- - eine von dem Kraftstoffdampffilter zu dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine führende Spülgasleitung und
- - ein in die Spülgasleitung integriertes Tankentlüftungsventil umfasst, sowie
- eine Steuerungsvorrichtung auf.

Die Steuerungsvorrichtung ist dabei derart ausgebildet, dass mittels dieser automatisiert ein erfindungsgemäßen Verfahren durchführbar ist.
Vorzugsweise kann der erfindungsgemäß erzielbare Vorteil, wonach ein definierter, eingestellter Ansteuerwert auch zu einem exakten, dazugehörigen Öffnungszustand des Tankentlüftungsventils führt, ausgenutzt werden, um eine (ungewollte) zu fette, gegebenenfalls auch zu magere Verbrennung eines Kraftstoff-Frischgas-Gemischs in einem Brennraum des Verbrennungsmotors zu verhindern. Eine solche zu fette oder zu magere Verbrennung könnte anderenfalls darin begründet sein, dass eine Dosierung von (über ein Einspritzventil) dem Brennraum zuzuführendem Kraftstoff in Abhängigkeit von einem erwarteten Öffnungszustand und folglich in Abhängigkeit von einem erwarteten Mengenstrom (d.h. Volumen- oder Massenstrom) von über die Spülgasleitung in den Frischgasstrang eingebrachtem Spülgas, bei dem es sich um eine Mischung aus Spülluft und Kraftstoff in unterschiedlichen Konzentrationen handelt, angepasst wird und der erwartete Öffnungszustand und damit auch der erwartete Mengenstrom des Spülgases nicht dem tatsächlichen Öffnungszustand und damit auch dem tatsächlichen Mengenstrom des Spülgases entspricht. Dementsprechend kann gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass ein Einbringen von Kraftstoff in einen Brennraum des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem abgespeicherten Öffnungsnullwert beeinflusst wird, um insbesondere eine zu fette oder zu magere Verbrennung zu vermeiden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass als (ein) Parameter der Sauerstoffgehalt des Abgases des Verbrennungsmotors oder ein Druck in einem Abschnitt des Frischgasstrangs der Brennkraftmaschine oder ein Druck in einer Spülgasleitung, die den Kraftstoffdampffilter des Kraftstofftanksystems mit dem Frischgasstrang verbindet, verwendet wird. Bei einer Verwendung eines Drucks in einem Abschnitt des Frischgasstrangs als (ein) Parameter in einem erfindungsgemäßen Verfahren kann dieser Druck insbesondere in einem Druckrohr oder in einem Saugrohr des Frischgasstrangs ermitteln werden. Als Druckrohr wird dabei derjenige Abschnitt des Frischgasstrangs einer aufgeladenen Brennkraftmaschine, der stromab (bezüglich einer Strömungsrichtung des Frischgases in dem Frischgasstrang) eines Ladeluftverdichters sowie stromab einer Drosselklappe des Frischgasstrangs angeordnet ist, verstanden, während sich das Saugrohr von einer solchen Drosselklappe bis zu dem Verbrennungsmotor erstreckt. Bei einer Verwendung eines Drucks in der Spülgasleitung als Parameter kann dieser Druck insbesondere in einem Abschnitt stromauf (bezüglich einer Strömungsrichtung des Spülgases in der Spülgasleitung) des Tankentlüftungsventils ermittelt werden. Sämtliche dieser Parameter sind relativ einfach direkt ermittelbar beziehungsweise messbar, wozu zumindest teilweise auch auf entsprechende Sensoren zurückgegriffen werden kann, die in Brennkraftmaschinen für Kraftfahrzeuge ohnehin vorgesehen sind, weil sie auch aus anderen Gründen für den Betrieb der Brennkraftmaschine erforderlich oder zumindest sinnvoll sind. Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann demnach vorzugsweise eine in den Abgasstrang integrierte Lambdasonde und/oder einen in den Frischgasstrang integrierten Drucksensor und/oder einen in die Spülgasleitung integrierten Drucksensor umfassen.
Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass eine Ansteuerung des Tankentlüftungsventils basierend auf einer Pulsweitenmodulation (PWM) durchgeführt wird. Dies ermöglicht beispielsweise, mit digitalen Schaltungen (z.B. Mikrocontrollern), die nur geschaltete Signale erzeugen können, ein analog anzusteuerndes Tankentlüftungsventil zu betätigen.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Tankentlüftungsventil zumindest bis zur Ermittlung des Öffnens mit einem kontinuierlich zunehmenden oder abnehmenden Ansteuerwert oder mit einem wechselweise zu- und abnehmenden Ansteuerwert angesteuert wird, wodurch auf möglichst schnelle und gleichzeitig sichere Weise ein als Öffnungsnullwert abzuspeichernder Ansteuerwert ermittelt werden kann.
Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass das Ermitteln eines als Öffnungsnullwert abzuspeichernden Ansteuerwerts nur einmalig (je Tankentlüftungsventil) durchgeführt wird, wodurch bereits eine Abweichung für das konkrete Tankentlüftungsventil von einem für die Bauart dieses Tankentlüftungsventils allgemein vorgesehenen Ansteuerwert infolge von Fertigungstoleranzen kompensiert werden kann. Gegebenenfalls kann es aber auch sinnvoll sein, mit jeder Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine (und insbesondere nur einfach für jede Inbetriebnahme) ein Ermitteln eines als Öffnungsnullwert abzuspeichernden Ansteuerwerts vorzunehmen, wodurch weitere Einflüsse, die sich über der Betriebslebensdauer der Brennkraftmaschine auf den Öffnungsnullwert auswirken können, wie beispielsweise zunehmender Verschleiß und/oder unterschiedliche Umgebungstemperaturen bei den verschiedenen Inbetriebnahmen der Brennkraftmaschine, kompensiert werden können. Weiterhin kann es unter Umständen auch sinnvoll sein, bei jedem Öffnen des Tankentlüftungsventils ein Ermitteln eines als Öffnungsnullwert abzuspeichernden Ansteuerwerts durchzuführen, wodurch zusätzlich auch sich kurzfristig während einer Betriebsphase der Brennkraftmaschine auf den Öffnungsnullwert auswirkende Einflüsse, wie insbesondere eine sich ändernde Körpertemperatur des Tankentlüftungsventils, kompensiert werden können.
Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass das Kraftstofftanksystem auch einen in die Spülgasleitung integrierten Verdichter, d.h. eine sogenannte Spülluftpumpe, umfasst, mittels der stets, d.h. immer dann, wenn ein Spülen des Kraftstoffdampffilters vorgesehen ist, ein ausreichendes Druckgefälle in der Spülgasleitung sichergestellt werden kann. Dies kann insbesondere bei einer aufgeladenen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine, d.h. mit einem in den Frischgasstrang integrierten Ladeluftverdichter, und bei einer solchen aufgeladenen Brennkraftmaschine insbesondere bei einer Mündung der Spülgasleitung stromauf des Ladeluftverdichters in den Frischgasstrang sinnvoll sein. Ein solcher Ladeluftverdichter kann vorzugsweise Teil eines Abgasturboladers sein.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei einem Kraftstofftanksystem einer Brennkraftmaschine zur Anwendung kommen, die einen fremdgezündet und insbesondere nach dem Otto-Prinzip betreibbaren Verbrennungsmotor umfasst, weil der für den Betrieb eines solchen Verbrennungsmotors genutzte Kraftstoff in der Regel relativ (insbesondere im Vergleich zu Diesel-Kraftstoff) leicht flüchtig ist, wodurch die besondere Notwendigkeit einer Tankentlüftung begründet sein kann.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine kann insbesondere Teil eines Kraftfahrzeugs sein. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur (direkten oder indirekten) Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Die Erfindung betrifft daher weiterhin ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein radbasiertes Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW), mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine.
Die Bezeichnung „Kraftstoffdampffilter“ bedingt erfindungsgemäß nicht, dass dieser den flüchtigen Kraftstoff in gasförmiger Form filtern muss. Vielmehr kann der Kraftstoff bei der Filterung auch schon wieder (teilweise) auskondensiert sein.
Die unbestimmten Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

1: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine mit einem Kraftstofftanksystem in schematischer Darstellung;
2: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer ersten Ausführungsform;
3: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer zweiten Ausführungsform;
4: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer dritten Ausführungsform; und
5: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einer vierten Ausführungsform.

Die 1 zeigt eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine für ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftanksystem. Dieses umfasst einen Kraftstofftank 10, der über eine Entlüftungsleitung 12 mit einem Kraftstoffdampffilter 14, der insbesondere in Form eines Aktivkohlefilters ausgebildet sein oder zumindest einen solchen umfassen kann, verbunden ist. Der Kraftstoffdampffilter 14 ist weiterhin über eine Spülgasleitung 16 mit einem Frischgasstrang 18 der Brennkraftmaschine verbunden, wobei die Spülgasleitung 16 in den Frischgasstrang 18 stromauf (bezüglich der Strömungsrichtung von Frischgas in dem Frischgasstrang 18 in Richtung eines Verbrennungsmotor 20 der Brennkraftmaschine) eines in den Frischgasstrang 18 integrierten Ladeluftverdichters 22 mündet. Der Ladeluftverdichter 22 ist Teil eines Abgasturboladers, der weiterhin eine Abgasturbine 24 umfasst, die in einen Abgasstrang 26 der Brennkraftmaschine integriert ist. In der zwischen dem Ladeluftverdichter 22 und dem Verbrennungsmotor 20 gelegenen Ladeluftstrecke des Frischgasstrangs 18 ist noch eine Drosselklappe 36 vorgesehen, die die Ladeluftstrecke in einen stromauf gelegenen, häufig als Druckrohr bezeichneten Abschnitt sowie einen stromab gelegenen, häufig als Saugrohr bezeichneten Abschnitt unterteilt.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird in bekannter Weise in definierter Reihenfolge in Brennräumen 28 des Verbrennungsmotors 20, die teilweise von Zylindern 30 des Verbrennungsmotors 20 begrenzt sind, Gemischmengen, die aus Frischgas, das vollständig oder im Wesentlichen aus Umgebungsluft besteht, sowie aus beispielsweise direkt mittels nicht dargestellten Einspritzventilen in die Brennräume 28 eingespritztem Kraftstoff bestehen, verbrannt, wobei die so erzeugten Druckerhöhungen in den Brennräumen 28 dazu genutzt werden, in den Zylindern 30 längsaxial beweglich geführte Kolben 32 zu bewegen. Diese Bewegungen der Kolben 32 werden unter Zwischenschaltung von Pleueln (nicht dargestellt) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) gewandelt, wobei die Führung der Kolben 32 über die Pleuel mittels der Kurbelwelle gleichzeitig zu einer zyklischen Hin-und-herBewegung der Kolben 32 führt. Das bei der Verbrennung der Frischgas-Kraftstoff-Gemischmengen in den Brennräumen 28 entstandene Abgas wird über den Abgasstrang 26 abgeführt und durchströmt dabei die Abgasturbine 24, was zu einem drehenden Antrieb eines Turbinenlaufrads (nicht dargestellt) führt. Diese Drehung des Turbinenlaufrads wird mittels einer Welle 34 auf ein Verdichterlaufrad (nicht dargestellt) des Ladeluftverdichters 22 übertragen, wodurch der Ladeluftverdichter 22 für eine Verdichtung des über den Frischgasstrang 18 dem Verbrennungsmotor 20 zugeführten Frischgases sorgt.
Der Kraftstoffdampffilter 14 des Kraftstofftanksystems steht mit seiner bezüglich der Entlüftungsleitung 12 und der Spülgasleitung 16 abgewandten Seite (bezogen auf dessen Filterwirkung für Kraftstoffdämpfe) über eine Umgebungsluftleitung 38 mit der Umgebung in gasleitender Verbindung, wozu die Umgebungsluftleitung 38 eine Umgebungsmündung 44 ausbildet.
Der Kraftstofftank 10 ist teilweise mit flüssigem Kraftstoff gefüllt, wobei ein Teil dieses Kraftstoffs in der Regel verdampft ist, so dass in dem Kraftstofftank 10 auch Kraftstoff in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Ein solches Verdampfen von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 10 wird durch eine relativ hohe Temperatur des Kraftstoffs verstärkt, was insbesondere bei vergleichsweise hohen Umgebungstemperaturen sowie bei einer Änderung des Umgebungsdrucks, beispielsweise infolge einer Bergfahrt eines die Brennkraftmaschine umfassenden Kraftfahrzeugs, der Fall sein kann. Um einen durch ein solches Verdampfen bedingten, unzulässig hohen Überdruck in dem Kraftstofftank 10 zu vermeiden, ist die Möglichkeit eines Druckausgleichs mit dem Umgebungsdruck über die Entlüftungsleitung 12 und den Kraftstoffdampffilter 14 sowie über die Umgebungsluftleitung 38 gegeben, wobei durch den Kraftstoffdampffilter 14 vermieden wird, dass ein solcher Druckausgleich zu einem Entweichen von Kraftstoffdämpfen in die Umgebung führt.
Ein solches Entlüften des Kraftstofftanks 10 führt zu einer zunehmenden Sättigung des Kraftstoffdampffilters 14, was wiederum bedingt, diesen in regelmäßigen Abständen zu regenerieren. Hierzu ist ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 vorgesehen, indem Umgebungsluft über die Umgebungsluftleitung 38 angesaugt wird. Diese Umgebungsluft durchströmt den Kraftstoffdampffilter 14 in im Vergleich zu der Durchströmung bei der Entlüftung des Kraftstofftanks 10 entgegengesetzter Richtung, wodurch in dem Kraftstoffdampffilter 10 absorbierte Kraftstoffmoleküle durch die Umgebungsluft mitgenommen und über die Spülgasleitung 16 in den Frischgasstrang 18 eingetragen werden. Dadurch wird dieser Kraftstoff einer Verbrennung in den Brennräumen 28 des Verbrennungsmotors 20 zugeführt.
Ein solches Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 ist lediglich zeitweise und stets während des Betriebs des Verbrennungsmotors 26 vorgesehen, weil nur dann der durch das Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 in den Frischgasstrang 18 eingebrachte Kraftstoff auch sicher einer Verbrennung in den Brennräumen 34 zugeführt werden kann. Ein Einbringen in den Frischgasstrang 18 bei einem Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors 26 könnte dagegen dazu führen, dass der gasförmige Kraftstoff über Undichtigkeiten im Frischgasstrang 18 und insbesondere über eine Ansaugöffnung des Frischgasstrangs 18 in die Umgebung entweichen könnte.
In die Spülgasleitung 16 ist ein Tankentlüftungsventil 42 integriert, das möglichst nah an deren Mündung 40 in den Frischgasstrang 18 angeordnet oder in diese integriert ist.
Für ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 ist ein ausreichendes Druckgefälle zwischen einerseits dem Umgebungsdruck und andererseits dem Druck im Frischgasstrang 18 im Bereich der Mündung 40 der Spülgasleitung 16 erforderlich, die aufgrund stark schwankender Drücke in dem Frischgasstrang 18 während eines Betriebs des Verbrennungsmotors 26 nicht immer gegeben ist. Während eines Betriebs des Verbrennungsmotors 20 und damit des Ladeluftverdichters 22 ist der Druck des Frischgases in dem Abschnitt des Frischgasstrangs 18 im Bereich der Mündung 40 der Spülgasleitung 16 meistens so niedrig, dass ein ausreichendes Druckgefälle im Vergleich zu dem an der Umgebungsmündung 44 anliegenden Umgebungsdruck vorliegt. Dies ist jedoch nicht immer der Fall.
Um jederzeit ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 zu ermöglichen, so dass sicher eine vollständige Sättigung desselben verhindert werden kann, umfasst das Kraftstofftanksystem der Brennkraftmaschine noch einen in die Spülgasleitung 16 integrierten Verdichter 46, der regelmäßig auch als „Spülluftpumpe“ bezeichnet wird und der in Form eines Kolbenverdichters, insbesondere als Flügelzellenverdichter, oder als Radialgebläse ausgebildet sein kann. Durch einen Betrieb dieses Verdichters 46 kann aktiv Umgebungsluft über die Umgebungsmündung 44 angesaugt werden, die dann den Kraftstoffdampffilter 14 zu dessen Spülung durchströmt und über den Verdichter 46 bis zu der Mündung 40 der Spülgasleitung 16 gefördert wird.
Zumindest der Verdichter 46, das Tankentlüftungsventil 42 und die Drosselklappe 36 sind mittels einer Steuerungsvorrichtung 48 (z.B. der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine) ansteuerbar.
Die 2 bis 5 veranschaulichen in grundsätzlich gleichen Diagrammen das Vorgehen bei der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß verschiedenen Ausführungsformen. Dabei zeigen die Diagramme einerseits jeweils die Verläufe der Ansteuerbeziehungsweise Taktverhältnisse A (über der Zeit t) für ein mittels Pulsweitenmodulation (PWM) ansteuerbares Tankentlüftungsventil eines Kraftstofftanksystems einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, beispielsweise des Tankentlüftungsventils 42 der Brennkraftmaschine gemäß der 1. Eine Ansteuerung mittels PWM ist dabei dadurch gekennzeichnet, dass die tatsächlich an einem beispielsweise elektromagnetischen Aktor zur Betätigung eines Tankentlüftungsventils 42 angelegte (elektrische) Spannung zwischen lediglich zwei Spannungszuständen (Maximalwert und Nullwert) gewechselt wird, wobei zur Modellierung eines definierten Mittelwerts und damit des Öffnungszustands des Tankentlüftungsventils 42 das Verhältnis der Zeiträume, zu denen die aufeinanderfolgenden (unterschiedlichen) Spannungszustände jeweils anliegen (Ansteuerverhältnis A), verändert wird.
Andererseits zeigen die Diagramme jeweils auch (in gestrichelter Linienführung) den Verlauf eines Messwerts L bezüglich des Sauerstoffgehalts in dem Abgas der Brennkraftmaschine (über der Zeit t), der mittels einer in den Abgasstrang 26 der Brennkraftmaschine integrierten Lambdasonde 50 (vgl. 1) gemessen wird.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass ein Tankentlüftungsventil 42 jeweils mit einem variablen Ansteuerwert (konkret: Ansteuerverhältnis A) angesteuert, ein Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 anhand einer sprunghaften Änderung des Messwerts L ermittelt, diesem ermittelten Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 ein konkreter Ansteuerwert zugeordnet und dieser Ansteuerwert als Öffnungsnullwert in einer Steuerungsvorrichtung 48 der Brennkraftmaschine abgespeichert wird. Die unterschiedlichen Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren, wie sie anhand der 2 bis 5 veranschaulicht sind, unterscheiden sich dabei lediglich in der Art, wie das Tankentlüftungsventil 42 variabel angesteuert wird.
Bei der Ausführungsform gemäß der 2 ist ein linearer Anstieg für das Ansteuerverhältnis A vorgesehen. Demnach wird für jedes Paar aufeinanderfolgender (unterschiedlicher) Spannungszustände das Verhältnis der dazugehörigen Zeiträume, in der diese an dem Tankentlüftungsventil 42 anliegen, um einen definierten, gleichbleibenden Änderungswert angehoben. Sobald der dadurch modellierte Mittelwert für die an dem Tankentlüftungsventil 42anliegende Spannung erreicht wird, öffnet das Tankentlüftungsventil 42 in einem relevanten Ausmaß, wodurch Spülgas, das eine mehr oder weniger große Konzentration an Kraftstoffdampf umfasst, über die Spülgasleitung 16 in den Frischgasstrang 18 einströmt, sich mit dem dort vorhandenen Frischgas vermischt und daraufhin in die Brennräume 28 des Verbrennungsmotors 20 eingebracht wird. In den Brennräumen 28 wird dann in der bereits beschriebenen Weise Kraftstoff in die jeweiligen (mit dem Spülgas angereicherten) Frischgasmengen eingebracht und diese Frischgas-Kraftstoff-Gemischmengen verbrannt, um den Verbrennungsmotor 20 zu betreiben. Das dabei erzeugte Abgas strömt dann durch den Abgasstrang 26 der Brennkraftmaschine und kann folglich mittels der Lambdasonde 50 hinsichtlich des Sauerstoffgehalts analysiert werden.
Vor dem Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 ist mittels der Steuerungsvorrichtung 48 eine Bemessung der in die Brennräume 28 des Verbrennungsmotors 20 einzubringenden Kraftstoffmengen vorgesehen, die zu einem definierten, im wesentlichen konstanten Sauerstoffgehalt des Abgases führt. Diese Bemessung der in die Brennräume 28 einzubringenden Kraftstoffmengen ändert sich zunächst bei einem durch die Ansteuerung bewirkten Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 nicht, so dass dann die bemessenen Kraftstoffmengen im Hinblick auf den vorgesehenen Sauerstoffgehalt im Abgas grundsätzlich zu hoch sind, da infolge der Vermischung des Frischgases mit dem Spülgas zusätzlich Kraftstoff (Kohlenwasserstoffe) in die Brennräume 28 des Verbrennungsmotors 20 eingebracht wird. Dies führt zu einem relativ stark ausgeprägten Absinken des Sauerstoffgehalts im Abgas, der mittels der Lambdasonde 50 detektiert und als beginnendes Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 gewertet wird. Das bei dieser Auswertung an dem Tankentlüftungsventil 42 anliegende Ansteuerverhältnis A wird dann als Öffnungsnullwert abgespeichert. Dieser Öffnungsnullwert definiert demnach dasjenige Ansteuerverhältnis A, bei dem das konkret genutzte Tankentlüftungsventil 42 tatsächlich (beginnend) öffnet. Infolge von beispielsweise Fertigungstoleranzen kann dieser Öffnungsnullwert für ein Tankentlüftungsventil 42 von dem Öffnungsnullwert eines anderen, grundsätzlich baugleichen Tankentlüftungsventils 42 abweichen.
Das Absinken des Sauerstoffgehalts im Abgas infolge des Öffnens des Tankentlüftungsventils 42 stellt sich lediglich temporär ein, weil mittels der Steuerungsvorrichtung 48 nach dem Erkennen des Öffnens die zusätzliche Menge des Kraftstoffs, der über das mit dem Spülgas vermischte Frischgas in die Brennräume eingebracht wird, bei der Bemessung des über Einspritzventile in die Brennräume einzubringenden Kraftstoffs berücksichtigt werden kann. Um übliche Schwankungen hinsichtlich des mittels der Lambdasonde 50 ermittelten Sauerstoffgehalts im Abgas herauszufiltern, wird lediglich eine sprunghafte Änderung des Messwerts der Lambdasonde 50, d.h. eine Änderung, die über einen längeren Zeitraum einen Änderungsgradienten aufweist, der über oder unter einem definierten Gradientengrenzwert liegt, als Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 gewertet.
Bei der Ausführungsform gemäß der 3 ist, abweichend von derjenigen gemäß der 2, vorgesehen, das Ansteuerverhältnis A nicht linear sondern abgestuft zu variieren, konkret ansteigen zu lassen. Demnach ist für eine definierte Anzahl von Paaren aufeinanderfolgender (unterschiedlicher) Spannungszustände ein gleichbleibendes Ansteuerverhältnis vorgesehen. Dieses wird dann jeweils für die gleiche oder eine abweichende Anzahl unmittelbar darauffolgender Paare aufeinanderfolgender (unterschiedlicher) Spannungszustände um einen definierten Änderungswert erhöht. Dasjenige Ansteuerverhältnis, mit dem das Tankentlüftungsventil 42 angesteuert wird, wenn mittels der Lambdasonde 50 eine sprunghafte Verringerung des Sauerstoffgehalts im Abgas festgestellt wird, wird dann als Öffnungsnullwert in der Steuerungsvorrichtung 48 abgespeichert.
Bei der Ausführungsform gemäß der 4 ist eine sogenannte Sprungansteuerung vorgesehen. Auch dabei wird, entsprechend der abgestuften Ansteuerung gemäß der 3, für eine definierte Anzahl von Paaren aufeinanderfolgender (unterschiedlicher) Spannungszustände ein gleichbleibendes Ansteuerverhältnis A vorgesehen, das dann jeweils für die gleiche oder eine andere Anzahl darauffolgender Paare dieser Spannungszustände um einen definierten Änderungswert erhöht wird. Zwischen diesen Paaren der Spannungszustände mit ansteigendem Ansteuerverhältnis ist jedoch, in Abweichung von der abgestuften Ansteuerung gemäß der 3, jeweils ein Zeitraum mit einem Ansteuerverhältnis von 0% vorgesehen.
Bei der Ausführungsform gemäß der 5 ist eine sogenannte Ansteuerung mit Intervallverschachtelung vorgesehen. Dabei wird, entsprechend sowohl der abgestuften wie auch der sprunghaften Ansteuerung gemäß den 3 und 4, für eine definierte Anzahl von Paaren aufeinanderfolgender (unterschiedlicher) Spannungszustände ein gleichbleibendes Ansteuerverhältnis A vorgesehen, wobei in diesem Fall die Ansteuerverhältnisse dieser Gruppen von Paaren der Spannungszustände wechselweise reduziert und erhöht werden, so dass sich einerseits eine abnehmende Flanke der zweiten, vierten, sechsten, achten, zehnten, etc. Gruppe von Paaren der Spannungszustände und andererseits eine zunehmende Flanke der ersten, dritten, fünften, siebten, neunten, elften, etc. Gruppe einstellt. Zumindest das Ansteuerverhältnis der zweiten Gruppe, die die erste derjenigen Gruppen ist, die die abnehmende Flanke ausbilden, ist dabei so gewählt, dass damit sicher ein Öffnen des Tankentlüftungsventils erreicht wird. Infolge der abnehmenden Flanke, die von dieser Gruppe und den dazugehörigen, nachfolgenden Gruppen ausgebildet ist, wird ein Zeitpunkt erreicht, zu dem die Ansteuerverhältnisse A sowohl der die abnehmende Flanke als auch der die zunehmende Flanke ausbildenden Gruppen von Paaren der Spannungszustände nicht mehr zu einem Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 und folglich nicht mehr zu einer sprunghaften Änderung des Sauerstoffgehalts im Abgas führt. Das Ansteuerverhältnis A der davor liegenden Gruppe, die einen Teil der abnehmenden Flanke darstellt und die noch zu einem mittels der Lambdasonde 50 messbaren Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 geführt hat, kann dann als Öffnungsnullwert für das Tankentlüftungsventil 42 abgespeichert werden.
Infolge einer erfindungsgemäßen Ermittlung und Speicherung eines Öffnungsnullwerts für ein konkretes Tankentlüftungsventil 42 kann mittels der Steuerungsvorrichtung 48 für ein darauf folgendes, geplantes Öffnen dieses Tankentlüftungsventils 42 eine Anpassung der Bemessung des über die Einspritzventile in die Brennräume 28 des Verbrennungsmotors 20 einzubringenden Kraftstoffs bereits unmittelbar mit dem tatsächlichen Öffnen des Tankentlüftungsventils 42 vorgesehen werden, so dass dann die für die Ermittlung eines solchen Öffnungsnullwerts ausgewerteten, sprunghaften Änderungen des Sauerstoffgehalts des Abgases vermieden oder vermindert werden können. Dies kann sich positiv auf den Betrieb des Verbrennungsmotors 20 und insbesondere auf das Emissionsverhalten der Brennkraftmaschine auswirken.
Anstelle oder zusätzlich zu einer Verwendung des Sauerstoffgehalts des Abgases als Parameter, anhand dessen Änderung eine Öffnung des Tankentlüftungsventils 42 ermittelt wird, kann auch vorgesehen sein, einen Druck in einem Abschnitt des Frischgasstrangs 18 oder einen Druck in einem Abschnitt der Spülgasleitung 16 als Parameter zu verwenden, wozu entsprechende Druck- oder kombinierte Druck- und Temperatursensoren 52, 54 vorgesehen sein können (vgl. 1).
Bezugszeichenliste

10: Kraftstofftank
12: Entlüftungsleitung
14: Kraftstoffdampffilter
16: Spülgasleitung
18: Frischgasstrang
20: Verbrennungsmotor
22: Ladeluftverdichter
24: Abgasturbine
26: Abgasstrang
28: Brennraum des Verbrennungsmotors
30: Zylinder des Verbrennungsmotors
32: Kolben des Verbrennungsmotors
34: Welle
36: Drosselklappe
38: Umgebungsluftleitung
40: Mündung der Spülgasleitung
42: Tankentlüftungsventil
44: Umgebungsmündung
46: Verdichter
48: Steuerungsvorrichtung
50: Lambdasonde
52: Drucksensor im Frischgasstrang
54: Drucksensor in der Spülgasleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102011084403 A1 [0004]
DE 102014208987 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem ein Tankentlüftungsventil (42) umfassenden Kraftstofftanksystem, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (42) mit einem variablen Ansteuerwert angesteuert, ein Öffnen des Tankentlüftungsventils (42) anhand einer Änderung eines einen Betrieb der Brennkraftmaschine kennzeichnenden Parameters ermittelt, dem ermittelten Öffnen des Tankentlüftungsventils (42) ein konkreter Ansteuerwert zugeordnet und dieser Ansteuerwert als Öffnungsnullwert abgespeichert wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einbringen von Kraftstoff in einen Brennraum (28) eines Verbrennungsmotors (20) der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit von dem abgespeicherten Öffnungsnullwert beeinflusst wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Parameter der Sauerstoffgehalt des Abgases des Verbrennungsmotors (20), ein Druck in einem Abschnitt eines Frischgasstrangs (18) der Brennkraftmaschine oder ein Druck in einer Spülgasleitung (16), die einen Kraftstoffdampffilter (14) des Kraftstofftanksystems mit dem Frischgasstrang (18) verbindet, verwendet wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ansteuerung des Tankentlüftungsventils (42) basierend auf einer Pulsweitenmodulation.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankentlüftungsventil (42) zumindest bis zur Ermittlung des Öffnens des Tankentlüftungsventils (42) mit einem kontinuierlich zunehmenden oder abnehmenden Ansteuerwert oder mit einem wechselweise zu- und abnehmenden Ansteuerwert angesteuert wird.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ermitteln eines als Öffnungsnullwert abzuspeichernden Ansteuerwerts einmalig oder mit jeder Inbetriebnahme der Brennkraftmaschine oder bei jedem Öffnen des Tankentlüftungsventils (42) durchgeführt wird.
Brennkraftmaschine mit - einem Verbrennungsmotor (20), - einem Frischgasstrang (18) zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor (20), - einem Abgasstrang (26) zum Abführen von Abgas von dem Verbrennungsmotor (20), - einem Kraftstofftanksystem, das - einen Kraftstofftank (10), - einen Kraftstoffdampffilter (14), der in fluidleitender Verbindung mit einer Umgebungsmündung (44) steht, - eine von dem Kraftstofftank (10) zu dem Kraftstoffdampffilter (14) führende Entlüftungsleitung (12), - eine von dem Kraftstoffdampffilter (14) zu dem Frischgasstrang (18) der Brennkraftmaschine führende Spülgasleitung (16) und - ein in die Spülgasleitung (16) integriertes Tankentlüftungsventil (42) umfasst, und - einer Steuerungsvorrichtung (48), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsvorrichtung (48) zur automatisierten Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine in den Abgasstrang (26) integrierte Lambdasonde (50) und/oder einen in den Frischgasstrang (18) integrierten Drucksensor (52) und/oder einen in die Spülgasleitung (16) integrierten Drucksensor (54).
Brennkraftmaschine gemäß Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftstofftanksystem einen in die Spülgasleitung (16) integrierten Verdichter (46) umfasst.
Brennkraftmaschine gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (20) fremdgezündet betreibbar ist.