VERFAHREN ZUR BILDUNG DER VERZUGSZEIT EINES ELEKTROMAGNETISCHEN TANKENTLÜFTUNGSVENTILS

Beschreibung

Stand der Technik

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bildung der Verzugszeit von elektromagnetischen Tankentlüftungsventilen. Von Verbrennungsmotoren angetriebene Kraftfahrzeuge sind häufig mit sogenannten Tankentlüftungsanlagen ausgerüstet, die eine Emission von Kraftstoffdampf aus dem Vorratstank in die Umgebung verhindern helfen. Der im Tank verdunstende Kraftstoff wird in einem Aktivkohlefilter gespeichert und im Betrieb des Kraftfahrzeugs über ein getaktet ansteuerbares elektromagnetisches Tankentlüftungsventil an das Saugrohr des Verbrennungsmotors und damit der Verbrennung zugeführt.

[0002] Derartige Ventile weisen konstruktionsbedingt eine Verzugszeit auf (siehe z.B. US-A-5 476 081).

[0003] Tankentlüftungsventile (TEV) sind i.a. als getaktet anzusteuernde Magnetventile ausgeführt und zwischen dem Aktivkohlefilter (AKF) und dem Saugrohr angeordnet. Bei elektrischer Ansteuerung derartiger Ventile erfolgt die Magnetisierung eines Kerns, die dazu führt, daß der Ventilanker vom Kern entgegen einer Federkraft angezogen wird und das Ventil öffnet. Beim Schließen erfolgt der dazu inverse Vorgang. Die Bewegung des Ankers folgt der elektrischen Ansteuerung mit einer zeitlichen Verzögerung (= Verzugszeit), die vom Aufbau des Magnetfelds und damit auch von der anliegenden Batteriespannung, der Trägheit des Ankers und den auf diesen wirkenden Kräften abhängt.

[0004] Die tatsächliche Offenzeit des Ventils verkürzt sich um diese Verzugszeit. Dadurch verkleinert sich die über das Tankentlüftungsventil strömende Gasmenge, was sich insbesondere bei kurzen Ansteuerzeiten stark auswirkt.

[0005] In Tankentlüftungssystemen wird die über das Tankentlüftungsventil strömende Gasmenge unter Umständen abhängig von ihrer Kraftstoffkonzentration und auch vom aktuellen Lastdrehzahlbetriebspunkt des Motors innerhalb weiter Grenzen in gesteuerter oder auch geregelter Weise variiert. Auch bei vergleichsweise kleinem vom Verbrennungsmotor angesaugten Gesamtluftstrom, beispielsweise im Leerlauf, muß eine ausreichende Genauigkeit der Dosierbarkeit des über das Tankentlüftungsventil fließenden Gasstroms gewährleistet sein. Dies verlangt auf jeden Fall die Berücksichtigung der Verzugszeit.

[0006] Bekannt ist, bei der Ansteuerung von Magnetventilen den Einfluß der Batteriespannung auf die Verzugszeit zu berücksichtigen.

[0007] Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung in einer rechnerischen Bildung der Verzugszeit, die der tatsächlichen Verzugszeit im Betrieb des Tankentlüftungsventils noch näher kommt und ihr möglichst genau entspricht.

[0008] Diese Aufgabe wird mit der Merkmalskombination des unabhängigen Anspruchs gelöst.

[0009] Im einzelnen wird bei einem Verfahren zur periodisch getakteten Ansteuerung eines Durchflußsteuerventils, dessen Öffnungsquerschnitt seinem Ansteuersignal um eine Verzugszeit tv verzögert nachfolgt und bei dem ein Wert für die Verzugszeit bei der Bildung des Ansteuersignals berücksichtigt wird, der Saugrohrdruck bei der Bildung des Wertes für die Verzugszeit berücksichtigt.

[0010] Eine Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass bei Tankentlüftungsventilen, deren reale Verzugszeit sich bei höherem Saugrohrunterdruck vergrößert, die rechnerisch gebildete Verzugszeit ebenfalls vergrößert wird.

[0011] Eine weitere Ausführungsform sieht vor, daß bei Tankentlüftungsventilen, deren reale Verzugszeit sich bei höherem Saugrohrunterdruck verkleinert, die rechnerisch gebildete Verzugszeit ebenfalls verkleinert wird.

[0012] Gemäß einer weiteren Ausführungsform wird der Einfluss des Saugrohrdrucks mittels einer separat zu modellierenden Kennlinie, mittels eines mehrdimensionalen Kennfeldes oder auf der Basis einer rechnerischen Modellierung berücksichtigt.

[0013] Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, daß

• die Werte des Saugrohrdrucks und des Umgebungsdrucks oder die Werte des Saugrohrdrucks und des Drucks auf der dem Saugrohr abgewandten Seite des Tankentlüftungsventils
• oder die daraus zu bestimmenden Werte der Druckdifferenz
• oder die daraus zu bestimmenden Werte des Druckverhältnisses

als Eingangsgröße der Kennlinie, des Kennfeldes oder der rechnerischen Modellierung dienen.

[0014] Die Erfindung richtet sich auch auf eine elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung wenigstens eines der oben genannten Verfahren und Ausführungsformen.

[0015] Erfindungswesentlich ist die Berücksichtigung der Abhängigkeit der Verzugszeit des Tankentlüftungsventils vom Saugrohrdruck bei der rechnerischen Bildung der Verzugszeit. Die Erfindung basiert damit auf der Erkenntnis, dass eine der Kräfte, die der Öffnung des Ventils entgegenwirken, vom Saugrohrunterdruck stammt, der saugrohrseitig am Anker liegt; diese Kraft nimmt mit dem Saugrohrunterdruck zu und führt zu einer entsprechenden Änderung der Verzugszeit, die bei der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils zu berücksichtigen ist. Die dem Aktivkohlefilter zugewandte Seite des Tankentlüftungsventils liegt dabei in guter Näherung auf Umgebungsdruck.

[0016] Bei der Anwendung in einem auch als Tankentlüftungssystem bezeichneten Brennstoffdampfrückhaltesystem ergibt sich folgender Vorteil:

[0017] Die Steigerung der Genauigkeit der rechnerisch gebildeten Verzugszeit verringert den Fehler bei der Bildung des Ansteuersignals für das Tankentlüftungsventil. Die erfindungswesentliche Berücksichtigung des Einflusses des Saugrohrdrucks auf die TEV-Verzugszeit ist insbesondere vorteilhaft und notwendig für die genaue Dosierung kleiner Massenströme über das Tankentlüftungsventil. Eine Nichtberücksichtigung dieses Einflusses kann zu großen relativen Fehlern in der Tankentlüftung und damit zu unerwünscht hohen Gemischabweichungen führen. Ein Beispiel wird weiter unten dargestellt.

[0018] Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer Tankentlüftungsanlage.

Figur 2 stellt den zeitlichen Verlauf des Ansteuersignals zur Verdeutlichung des technischen Hintergrundes des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

[0019] Im einzelnen zeigt Figur 1 eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Saugrohr 2, einem Abgastrakt 3, einer Tankentlüftungsanlage 4, einem Tank 5, einem Steuergerät 6, einer Abgassensorik 7, einer Sensorik 8, die stellvertretend für eine Vielzahl von beim Betrieb des Verbrennungsmotors verwendeten Sensoren für Betriebsparameter wie Drehzahl n, angesaugte Luftmenge L, Temperatur T, Ansauglufttemperatur, Drosselklappenöffnungswinkel, Saugrohrdruck, Umgebungsdruck usw. steht, sowie eine Kraftstoffzumeßeinrichtung 9, die beispielsweise als Anordnung von einem oder mehreren Einspritzventilen realisiert sein kann. Die Ansteuersignale ti für die Einspritzventile werden dabei durch eine Kombination aus einer Vorsteuerung und einem Regeleingriff erzeugt. Dabei umfaßt die Vorsteuerung im wesentlichen die Bildung eines Basiswertes für das Ansteuersignal in Abhängigkeit von Drehzahl n und Last L der Brennkraftmaschine. Dieser Basiswert wird dann noch in einem geschlossenen Regelkreis multiplikativ in Abhängigkeit von der Abgaszusammensetzung korrigiert, die von der Abgassensorik 7 erfaßt wird. Weitere Korrekturen berücksichtigen Temperatureinflüsse der Brennkraftmaschine oder der Ansaugluft sowie den Einfluß der Tankentlüftung oder der Batteriespannung.

[0020] Die Tankentlüftungsanlage 4 besteht aus einem Aktivkohlefilter 10, der über entsprechende Leitungen beziehungsweise Anschlüsse mit dem Tank, der Umgebungsluft und dem Saugrohr des Verbrennungsmotors kommuniziert, wobei in der Leitung zum Saugrohr ein Tankentlüftungsventil 11 angeordnet ist. Der Aktivkohlefilter 10 speichert im Tank 5 verdunstenden Kraftstoff. Bei vom Steuergerät 6 öffnend angesteuerten Tankentlüftungsventil 11 wird Luft aus der Umgebung durch den Aktivkohlefilter gesaugt, der dabei den gespeicherten Kraftstoff an die Luft abgibt. Dieses auch als Tankentlüftungsgemisch oder auch als Regeneriergas bezeichnete Kraftstoff-Luft-Gemisch beeinflußt die Zusammensetzung des dem Verbrennungsmotor insgesamt zugeführten Gemisches, das im übrigen durch eine der angesaugten Luftmenge angepaßte Zumessung von Kraftstoff über die Kraftstoffzumeßvorrichtung 9 mitbestimmt wird. Dabei kann der über das Tankentlüftungssystem angesaugte Kraftstoff in Extremfällen einen Anteil von ca. einem Drittel bis zur Hälfte der Gesamtkraftstoffmenge entsprechen.

[0021] Das folgende Berechnungsbeispiel verdeutlicht den Einfluß der Tankentlüftung auf die Gemischbildung anhand typischer Werte, wie sie im Bereich der Tankentlüftung von Kraftfahrzeugen auftreten. In diesem Beispiel beträgt der Leerlauf luftbedarf des Motors etwa 10 Kubikmeter pro Stunde. Durch das dauernd geöffnete Tankentlüftungsventil strömen ca. 4 Kubikmeter pro Stunde. Das Tankentlüftungsventil ist jedoch nicht dauernd geöffnet, sondern wird beispielsweise mit einem Tastverhältnis von 1,67 % angesteuert. Mit anderen Worten: Das Verhältnis der Zeiten, in denen es öffnend angesteuert wird zu den Zeiten, in denen es schließend angesteuert wird, beträgt 1,67 : 100. Im weiteren wird davon ausgegangen, daß das durch das geöffnete Tankentlüftungsventil strömende Regeneriergas zu 100 % aus Kraftstoffdampf besteht. Dieser verbrennt etwa im Volumenverhältnis 1 : 30 stöchiometrisch mit Luft. Die zur Verbrennung des Kraftstoffdampfes, der bei diesen Werten durch das Tankentlüftungsventil strömt, notwendige Luftmenge berechnet sich zu 30 * 1,67 : 100 * 4 Kubikmeter pro Stunde zu 2 Kubikmeter pro Stunde. Anders ausgedrückt: Da die Ansaugluftmenge 10 Kubikmeter pro Stunde beträgt, 20% davon, bzw. 2 Kubikmeter pro Stunde jedoch schon über die Tankentlüftung ihren Kraftstoffanteil erhalten, müssen nur noch 80% der ohne Tankentlüftung benötigten Kraftstoffmenge eingespritzt werden. Um den Tankentlüftungseinfluß auf die Gemischbilanz zu korrigieren, ist eine Gemischkorrektur, die den oben angegebenen 20 % entspricht, notwendig. Diese Gemischkorrektur wird im Gemischregelkreis aus Abgassonde 7 (Regelfühler), Steuergerät 6 (Regler) und Einspritzventil 9 (Regelstellglied) wirksam.

[0022] Dieses Berechnungsbeispiel ist für den idealen Fall gültig, der sich durch ein Tankentlüftungsventil ohne Verzugszeit bzw. mit exakt richtig berücksichtigter Verzugszeit auszeichnet. Im folgenden wird gezeigt, wie sich die bei realen Tankentlüftungsventilen auftretende Verzugszeit auswirkt. Die dem Berechnungsbeispiel zunächst zugrundeliegende Periodendauer des Ansteuertastverhältnisses betrage 100 Millisekunden. Die tatsächliche Anzugsverzögerung betrage 3 Millisekunden. Kompensiert werden soll die Anzugsverzögerung durch Einrechnung einer angenommenen Verzugszeit von 4 Millisekunden.

[0023] Das Tankentlüftungsventil wird in diesem Falle 1,67 Millisekunden + 4 Millisekunden = 5,67 Millisekunden lang öffnend angesteuert. Dabei ist das oben angegebene Tastverhältnis von 1,67 % zugrundegelegt worden. Als tatsächliche Offenzeit ergibt sich die Differenz von 5,67 Millisekunden und 3 Millisekunden zu 2,67 Millisekunden. In die Berechnung der Gemischkorrektur geht jedoch die Öffnungszeit 1,67 Millisekunden ein. Dies führt zu einem berechneten Kraftstoffanteil von 20 %, der dem tatsächlichen Kraftstoffanteil von 32 % gegenübersteht.

[0024] Dies belegt die Bedeutung einer möglichst genauen Bildung des Wertes für die Verzugszeit. Eine Steigerung der Genauigkeit bedeutet in diesem Zusammenhang eine verbesserte Annäherung des rechnerisch ermittelten Wertes an die tatsächlichen Verhältnisse.

[0025] Erfindungsgemäß wird zusätzlich zur Abhängigkeit der Verzugszeit von der Batteriespannung die Abhängigkeit vom Saugrohrdruck bei der Ansteuerung des TEVs berücksichtigt.

[0026] Dies kann mittels einer separat zu modellierenden Kennlinie, mittels eines mehrdimensionalen Kennfelds oder auf Basis einer analytischen Modellierung geschehen.

[0027] Neben der Batteriespannung sind sowohl die Werte des Saugrohr- und des Umgebungsdrucks als auch die daraus zu bestimmenden Werte des Differenzdrucks oder das Druckverhältnisses als Eingangsgrößen denkbar.

[0028] Saugrohr- und Umgebungsdruck werden beispielsweise von der Sensorik 8 geliefert. Sie können aber bekanntlich auch aus anderen Betriebsparametern des Motors wie Ansaugluftmenge und Ansauglufttemperatur errechnet werden.

[0029] Der Differenzdruck bezieht sich beispielsweise auf die Differenz zwischen Umgebungsdruck und Saugrohrdruck. Analog bezieht sich das Druckverhältnis auf das Verhältnis des Umgebungsdruckes zum Saugrohrdruck. Falls im Tankentlüftungssystem, beispielsweise zur Diagnose, ein Drucksensor eingesetzt wird, kann dieser den Umgebungsdruck ersetzen. Selbstverständlich kann auch die Druckdifferenz (oder das Druckverhältnis) direkt über dem Tankentlüftungsventil, d.h. aus den Drücken auf beiden Seiten des Tankentlüftungsventils gemessen und benutzt werden.

[0030] Bei heute üblichen stromlos geschlossenen Tankentlüftungsventilen wirkt ein höherer Saugrohrunterdruck (niedrigerer absoluter Saugrohrdruck) schließend auf den beweglichen Anker des Tankentlüftungsventils. Bei dieser Bauart wirkt der höhere Saugrohrunterdruck der Ventilöffnung entgegen und damit vergrößernd auf die Verzugszeit.

[0031] Erfindungsgemäß wird dies dadurch berücksichtigt, dass bei höherem Saugrohrunterdruck die rechnerisch gebildete Verzugszeit ebenfalls vergrößert wird.

[0032] Bei einer anderen Bauart des Ventils, bei dem ein höherer Saugrohrunterdruck die reale Verzugszeit verringert, muß dann auch die rechnerisch gebildete Verzugszeit verringert werden.

[0033] Ein Beispiel der Ansteuersignalbildung ist im Flussdiagramm der Fig. 3 dargestellt.

[0034] Das Ausmaß der Vergrößerung als Funktion der genannten Drücke wird mittels einer separat zu modellierenden Kennlinie, mittels eines mehrdimensionalen Kennfeldes oder auf der Basis einer rechnerischen Modellierung berücksichtigt. Dies sind dem Fachmann geläufige Maßnahmen, die keiner ausführlichen Erläuterung bedürfen.

[0035] Die genannte Kennlinie und/oder das Kennfeld ist im Steuergerät abgelegt. Das Steuergerät enthält weiter ein Programm zur Ansteuerung des Tankentlüftungsventils in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern wie Ansaugluftmenge, Drehzahl etc. Ein solche Steuerung ist bspw. in der US 4 683 861 beschrieben. Bei einer Periodendauer des Ansteuertastverhältnisses von beispielsweise 100 Millisekunden und dem schon weiter oben als Beispiel genannten gewünschten realen Tastverhältnis von 1,67% ergibt sich eine gewünschte reale Öffnungsdauer OD von 1,67ms. Das tatsächliche Ansteuersignal AS wird beispielsweise auf folgende Weise bestimmt:

[0036] In Fig. 3 wird dazu im Schritt 1 die gewünschte Öffnungsdauer OD bestimmt. Im Schritt 2 wird die Verzugszeit tv durch Kennfeldzugriff, Kennlinienzugriff oder durch Berechnung bestimmt. Das Kennfeld oder die Kennlinie oder die für die Berechnung wesentlichen Abhängigkeiten werden beispielsweise einmal für einen Fahrzeugtyp bestimmt. Sie können auch on Board korrigiert werden, wie es aus der US 5 873 350 bekannt ist.

[0037] Im Fall eines Kennfeldes, das durch mehrere Kenngrößen adressierbar ist, können der Einfluss des Saugrohrdrucks und der Batteriespannung in einem gemeinsamen Kennfeld berücksichtigt werden, das mit dem Saugrohrdruck und der Batteriespannung als Eingangsgrößen adressiert wird. Ergänzend zum Saugrohrdruck ist der Wert des Umgebungsdruck als Eingangsgröße verwendbar. Alternativ zum Saugrohrdruck können Werte für die Differenz oder das Verhältnis der Drücke auf beiden Seiten des Tankentlüftungsventils als Eingangsgröße dienen. Der so bestimmte tv-Wert enthält dann bereits eine Batteriespannungskorrektur (tv = tv(Ubatt, Druckgrößen).

[0038] Im Fall einer Kennlinie
tv = tv(Saugrohrdruckeinfluss), die nur vom Saugrohrdruckeinfluss adressiert wird, ist die Batteriespannung durch eine getrennte Korrektur zu berücksichtigen.

[0039] Im Schritt 3 wird dann das reale Ansteuertastverhältnis als Summe AS = OD + tv bestimmt.

Ansprüche

1. Verfahren zur periodisch getakteten Ansteuerung eines Durchflußsteuerventils, dessen Öffnungsquerschnitt seinem Ansteuersignal um eine Verzugszeit tv verzögert nachfolgt und bei dem ein Wert für die Verzugszeit bei der Bildung des Ansteuersignals berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Bildung des Wertes für die Verzugszeit der Saugrohrdruck berücksichtigt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Tankentlüftungsventilen, deren reale Verzugszeit sich bei höherem Saugrohrunterdruck vergrößert, die rechnerisch gebildete Verzugszeit ebenfalls vergrößert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Tankentlüftungsventilen, deren reale Verzugszeit sich bei höherem Saugrohrunterdruck verkleinert, die rechnerisch gebildete Verzugszeit ebenfalls verkleinert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Einfluss des Saugrohrdrucks mittels einer separat zu modellierenden Kennlinie, mittels eines mehrdimensionalen Kennfeldes oder auf der Basis einer rechnerischen Modellierung berücksichtigt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass

- die Werte des Saugrohrdrucks und des Umgebungsdrucks oder die Werte des Saugrohrdrucks und des Drucks auf der dem Saugrohr abgewandten Seite des Tankentlüftungsventils

- oder die daraus zu bestimmenden Werte der Druckdifferenz

- oder die daraus zu bestimmenden Werte des Druckverhältnisses

als Eingangsgröße der Kennlinie, des Kennfeldes oder der rechnerischen Modellierung dienen.

6. Elektronische Steuereinrichtung zur Durchführung wenigstens eines der Verfahren nach den Ansprüchen 1 - 5.

Claims

1. Method for the periodically clocked actuation of a flow control valve, the opening cross section of which follows its actuation signal with a delay by a delay time tv, and in which a value for the delay time is taken into account when forming the actuation signal, characterized in that the induction pipe pressure is taken into account when forming the value for the delay time.

2. Method according to Claim 1, characterized in that in the case of tank vent valves with a real delay time which increases in the event of a higher induction pipe subatmospheric pressure, the delay time formed by calculation is likewise increased.

3. Method according to Claim 1, characterized in that in the case of tank vent valves with a real delay time which reduces in the event of a higher induction pipe subatmospheric pressure, the delay time formed by calculation is likewise reduced.

4. Method according to Claim, 1, 2 or 3, characterized in that the influence of the induction pipe pressure is taken into account by means of a characteristic curve which can be separately modelled, by means of a multidimensional characteristic diagram or on the basis of computer modelling.

5. Method according to Claim 4, characterized in that

- the values for the induction pipe pressure and the ambient pressure or the values for the induction pipe pressure and the pressure on the side of the tank vent valve which faces away from the induction pipe,

- or the values for the pressure difference which can be determined therefrom,

- or the values for the pressure ratio which can be determined therefrom,

all serve as input variables for the characteristic curve, the characteristic diagram or the computer modelling.

6. Electronic control device for carrying out at least one of the methods according to Claims 1-5.

Revendications

1. Procédé permettant la commande périodiquement synchronisée d'une vanne-pilote de débit dont la section transversale d'ouverture suit avec un temps de retard tv son signal de commande, selon lequel on prend en compte une valeur pour le temps de retard lors de la formation du signal de commande,
caractérisé en ce que
la formation de la valeur du temps de retard tient compte de la pression de la tubulure d'aspiration est prise en compte.

2. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
pour des soupapes de dégazage de réservoir dont le temps de retard réel augmente en cas de dépression plus élevée de la tubulure d'aspiration, on augmente également le temps de retard formé mathématiquement.

3. Procédé selon la revendication 1,
caractérisé en ce que
pour des soupapes de dégazage de réservoir dont le temps de retard réel diminue en cas de dépression plus élevée de la tubulure d'aspiration, on diminue également le temps de retard formé mathématiquement.

4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3,
caractérisé en ce que
l'influence de la pression de la tubulure d'aspiration est prise en compte à l'aide d'une ligne caractéristique à modéliser séparément, à l'aide d'un champ caractéristique pluridimensionnel ou sur la base d'une modélisation mathématique.

5. Procédé selon la revendication 4,
caractérisé en ce que
comme grandeur d'entrée de la ligne caractéristique, du champ caractéristique ou de la modélisation mathématique, on prend :

- les valeurs de la pression de la tubulure d'aspiration et de la pression de l'environnement, ou les valeurs de la pression de la tubulure d'aspiration et de la pression sur la partie de la soupape de dégazage de réservoir opposée à la tubulure d'aspiration, ou

- les valeurs de différence de pression définies à partir de ces résultats, ou

- les valeurs de rapport de pression définies à partir de ces résultats.

6. Dispositif de commande électronique pour réaliser au moins l'un des procédés selon les revendications 1 - 5.

Zeichnung