DE102008014614B4

DE102008014614B4 - Dampfunterstützte Kaltstartarchitektur unter Verwendung von Tankneigungs-Entlüftungsventilen

Info

Publication number: DE102008014614B4
Application number: DE102008014614.5A
Authority: DE
Inventors: Roy A. Giacomazzi; Eugene V. Gonze; Gregory E. Rich; Bernard Toton
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-03-20
Filing date: 2008-03-17
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: DE102008014614A1; US20080230038A1; US7690363B2; CN101270705A

Abstract

Kraftstoffdampfrückgewinnungssystem für einen Kraftstofftank (30), umfassend:
einen Kanister (44), der aus dem Kraftstofftank (30) ausgestoßenen Kraftstoffdampf auffängt;
ein Entlüftungsventil (43), das die Entlüftung von Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank (30) zu dem Kanister (44) steuert;
eine zwischen dem Kanister (44) und dem Entlüftungsventil (43) angeordnete Entlüftungsumgehung, die den Durchfluss von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank (30) zu dem eingebauten Rückgewinnungskanister (44) steuert, wenn ein Kraftstoffpegel in dem Kraftstofftank (30) dem vollen Zustand entspricht, wobei die Umgehung ein Umgehungsventil (52) und wenigstens eine Öffnung aufweist; und
ein Steuermodul (14) zur elektronischen Steuerung des Umgehungsventils (52), wobei das Steuermodul (14) einen Kaltstartzustand eines Motors (16) sowie einen Bedarf an Kraftstoffdampf ermittelt und das Steuermodul (14) das Umgehungsventil (52) öffnet, so dass Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank (30) zu dem Kanister (44) fließt, wenn unter Kaltstartbedingungen ein Bedarf an Kraftstoffdampf besteht und das Entlüftungsventil (43) geschlossen ist.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Motorsteuersysteme und insbesondere auf Motorsteuersysteme, die während Kaltstartzuständen eine Dampfanreicherung von zu einem Motor strömendem Kraftstoff bewirken.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Während der Verbrennung oxidiert eine Brennkraftmaschine Benzin und kombiniert Wasserstoff (H₂) und Kohlenstoff (C) mit Luft. Die Verbrennung erzeugt chemische Verbindungen wie etwa Kohlendioxid (CO₂), Wasser (H₂O), Kohlenmonoxid (CO), Stickoxide (NO_x), unverbrannte Kohlenwasserstoffe (HC), Schwefeloxide (SO_x) und weitere Verbindungen. Ein Abgaskatalysator behandelt Abgase von dem Motor. Ein Motor und ein Abgaskatalysator werden während einer anfänglichen Startperiode nach einer langen Stehzeit als ”kalt” betrachtet. Während dieser Kaltstartperiode ist die Verbrennung von Benzin in dem Motor unvollständig. Außerdem arbeitet der Abgaskatalysator nicht optimal.
Im Bemühen, die Wirksamkeit des Motors und des Abgaskatalysators während Kaltstartzuständen zu optimieren, sind dampfunterstützte Kaltstartverfahren und -systeme entwickelt worden. Die Verfahren und Systeme erleichtern das Einfangen von Kraftstoffdämpfen aus einem Kraftstofftank und das Absaugen bzw. Spülen des Kraftstoffdampfs als zusätzliche Quelle von Kraftstoff für den Motor.
Ein Mangel des herkömmlichen Systems ist, dass dann, wenn ein Kraftstofftank voll ist oder das Fahrzeug auf einem Gefälle steht, so dass sich ein Kraftstoffpegel-Entlüftungsventil (fuel level vent valve, FLVV) des Dampfunterstützungssystems schließt, der Tankdampfraum für die Motorabsaugung im Wesentlichen versperrt ist. Das FLVV ist so entworfen, dass beim Auftanken des Fahrzeugs verhindert wird, dass Kraftstoff in einen eingebauten Betankungsdampfrückgewinnungs-(on-board refueling vapor revovery, ORVR)-Kanister gepumpt wird. Das FLVV ist nicht so entworfen, dass es für die Motorabsaugung geöffnet bleibt, wenn der Kraftstofftank voll ist oder das Fahrzeug auf einem Gefälle steht.
Die Druckschrift US 6 176 259 B1 beschreibt ein Kraftstoffdampfrückgewinnungssystem für Kraftstofftanks mit einem Kanister, der aus dem Kraftstofftank ausgestoßenen Kraftstoffdampf auffängt, und einem Entlüftungsventil, das die Entlüftung von Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank zu dem Kanister steuert. Zwischen dem Kanister und dem Entlüftungsventil ist eine Entlüftungsumgehung angeordnet, die den Durchfluss von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank zu dem eingebauten Rückgewinnungskanister steuert. Die Entlüftungsumgehung weist ein von einem Steuermodul gesteuertes Umgehungsventil auf.
Die Druckschriften DE 100 40 574 A1 und DE 10 2005 053 476 A1 offenbaren, dass Kraftstoffdampf zur Unterstützung eines Motorkaltstarts verwendet wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher wird ein Kraftstoffdampfrückgewinnungssystem für Kraftstofftanks geschaffen. Das Dampfrückgewinnungssystem umfasst: einen Kanister, der aus dem Kraftstofftank ausgestoßenen Kraftstoffdampf auffängt, ein Entlüftungsventil, das die Entlüftung von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank zu dem Kanister steuert, und eine zwischen dem Kanister und dem Entlüftungsventil angeordnete Entlüftungsumgehung, die den Durchfluss von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank zu dem eingebauten Rückgewinnungskanister steuert, wenn ein Kraftstoffpegel in dem Kraftstofftank dem vollen Zustand entspricht. Die Umgehung weist ein Umgehungsventil und wenigstens eine Öffnung auf. Das Dampfrückgewinnungssystem umfasst ferner ein Steuermodul, das einen Kaltstartzustand eines Motors ermittelt, einen Wunsch nach Kraftstoffdampf ermittelt und auf der Grundlage des Kaltstartzustands und des Wunschs nach Kraftstoffdampf das Umgehungsventil steuert.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der im Folgenden gelieferten genauen Beschreibung deutlich. Selbstverständlich sind die genaue Beschreibung und die spezifischen Beispiele, obwohl sie die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung angeben, lediglich zum Zweck der Veranschaulichung gedacht und nicht dazu gedacht, den Umfang der Erfindung zu begrenzen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollkommener verstanden anhand der genauen Beschreibung und der begleitenden Zeichnungen, in denen zeigen:
1 einen funktionalen Blockschaltplan eines Motorsteuersystems und eines Kraftstoffsteuersystems, das eine Neigungs-Entlüftungsöffnungsumgehung umfasst; und
2 einen Ablaufplan, der ein Steuerverfahren für ein elektrisches Neigungs-Entlüftungsöffnungsumgehungsventil zeigt.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen) ist dem Wesen nach lediglich beispielhaft und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen in keiner Weise begrenzen. Zwecks Klarheit werden in den Zeichnungen dieselben Bezugszeichen verwendet, um gleiche oder ähnliche Elemente zu identifizieren. Der Begriff ”Modul”, wie er hier verwendet wird, bezieht sich auf eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine elektronische Schaltung, einen Prozessor (gemeinsam genutzt, eigens zugewiesen oder für eine Gruppe) mit Speicher, der ein oder mehrere Software- oder Firmwareprogramme ausführt, eine kombinatorische Logikschaltung und/oder andere geeignete Komponenten, die die beschriebene Funktionalität verschaffen.
In 1 sind zunächst ein Motorsystem 10 und ein Kraftstoffsystem 12 gezeigt. Ein oder mehrere Steuermodule 14 kommunizieren mit dem Motor 10 und dem Kraftstoffsystem 12. Das Kraftstoffsystem 12 versorgt das Motorsystem 10 wahlweise mit flüssigem und/oder dampfförmigem Kraftstoff, wie weiter unten näher beschrieben wird.
Das Motorsystem 10 umfasst einen Motor 16, einen Einlasskrümmer 18 und einen Auslasskrümmer 20. Luft und Kraftstoff werden in den Motor 16 angesaugt und darin verbrannt. Durch den Auslasskrümmer 20 strömen Abgase, die in einem Abgaskatalysator 22 behandelt werden. Ein erster und ein zweiter O₂-Sensor 24 und 26 übermitteln Abgas-L/K-Verhältnis-Signale zu dem Steuermodul 14. Ein Massenluftdurchfluss-(mass airflow, MAF)-Sensor 28 übermittelt ein Massenluftdurchflusssignal zu dem Steuermodul 14. Das Steuermodul 14 bestimmt anhand des L/K-Verhältnis-Signals, des MAF-Signals und weiterer Motorbetriebszustände ein Soll-L/K-Verhältnis. Das Steuermodul steuert anhand des Soll-L/K-Verhältnisses die Luft-, Kraftstoff- und/oder Kraftstoffdampfpegel.
Das Kraftstoffsystem 12 umfasst einen Kraftstofftank 30, der flüssigen Kraftstoff und dampfförmigen Kraftstoff enthält. Von dem Kraftstofftank 30 erstreckt sich ein Kraftstoffeinlass 32, der das Befüllen mit Kraftstoff ermöglicht. Ein Tankdeckel 34, der ein Belüftungs- bzw. Entlüftungsloch (nicht gezeigt) aufweisen kann, verschließt den Kraftstoffeinlass 32. Im Kraftstofftank 30 ist eine modulare Behälteranordnung (modular reservoir assembly, MRA) 36 angeordnet, die eine Kraftstoffpumpe 38 enthält. Von der MRA 36 erstrecken sich eine Leitung 40 für flüssigen Kraftstoff und eine Leitung 42 für dampfförmigen Kraftstoff.
Die Kraftstoffpumpe 38 pumpt flüssigen Kraftstoff durch die Leitung 40 für flüssigen Kraftstoff zu dem Motor 16. Ein Neigungs- bzw. Gefälle-Entlüftungsventil 41 ermöglicht das Entlüften von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank zu einem eingebauten Betankungsdampfrückgewinnungskanister (ORVR-Kanister) 44. Im Kraftstofftank ist ein Kraftstoffpegel-Entlüftungsventil 43 (FLVV) angeordnet. Das FLVV ermöglicht, wenn es geöffnet ist, dass Kraftstoffdampf durch die Kraftstoffdampfleitung zu dem ORVR-Kanister 44 strömt. Das FLVV 43 ist so entworfen, dass es während Kraftstoffauftankereignissen das Eindringen von flüssigem Kraftstoff in die ORVR verhindert. Eine Leitung 48 für dampfförmigen Kraftstoff verbindet einen Dampfsensor 45, ein Absaug-Magnetventil 46 und den ORVR-Kanister 44. Das Steuermodul 14 moduliert das Absaug-Magnetventil 46, um wahlweise einen Kraftstoffdampffluss zum Motor 16 zu ermöglichen. Das Steuermodul 14 moduliert ein Kanisterentlüftungs-Magnetventil 50, um wahlweise einen Luftstrom aus der Umgebung in den ORVR-Kanister 44 zu ermöglichen.
Ein Kraftstoffsystem gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Neigungs-Entlüftungsumgehung 52, die zwischen dem Neigungs-Entlüftungsventil 41 und dem ORVR-Kanister 44 angeordnet ist. Die Neigungs-Entlüftungsumgehung 52 weist wenigstens eine Öffnung und ein Umgehungsventil auf. Eine Öffnung ermöglicht das Entlüften von Tankdampf zu dem ORVR-Kanister 44, wenn das Umgehungsventil geschlossen ist. Öffnungen der Neigungs-Entlüftungsumgehung 52 können anstelle herkömmlicher Öffnungen des Neigungs-Entlüftungsventils 41 oder zusätzlich zu diesen vorhanden sein. Wohlgemerkt kann das Umgehungsventil ein elektrisches Ventil sein. Das Umgehungsventil ermöglicht einen Zugang des Motors zu dem Dampfraum in dem Kraftstofftank, wenn das FLVV 43 geschlossen ist.
Das Öffnen des Umgehungsventils kann durch ein elektrisches Ventil bewirkt werden. 2 zeigt ein Steuerverfahren zum Betätigen des elektrischen Umgehungsventils. Falls bei 100 unter Kaltstartbedingungen Dampf angefordert wird und bei 110 das FLVV 43 geschlossen ist, befiehlt die Steuerung bei 120 das Öffnen des elektrischen Neigungs-Entlüftungsumgehungsventils 52. Andernfalls befiehlt die Steuerung bei 130 das Schließen des elektrischen Neigungs-Entlüftungsumgehungsventils 52.
Fachleute auf dem Gebiet können nun aus der vorangegangenen Beschreibung erkennen, dass die weit reichenden Lehren der vorliegenden Offenbarung in verschiedenen Formen implementiert sein können. Obwohl diese Offenbarung in Verbindung mit bestimmten Beispielen von ihr beschrieben worden ist, soll daher der wahre Umfang der Offenbarung nicht darauf begrenzt sein, da dem erfahrenen Praktiker nach einem Studium der Zeichnungen, der Patentbeschreibung und der folgenden Ansprüche weitere Abänderungen offenbar werden.

Claims

Kraftstoffdampfrückgewinnungssystem für einen Kraftstofftank (30), umfassend: einen Kanister (44), der aus dem Kraftstofftank (30) ausgestoßenen Kraftstoffdampf auffängt; ein Entlüftungsventil (43), das die Entlüftung von Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank (30) zu dem Kanister (44) steuert; eine zwischen dem Kanister (44) und dem Entlüftungsventil (43) angeordnete Entlüftungsumgehung, die den Durchfluss von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank (30) zu dem eingebauten Rückgewinnungskanister (44) steuert, wenn ein Kraftstoffpegel in dem Kraftstofftank (30) dem vollen Zustand entspricht, wobei die Umgehung ein Umgehungsventil (52) und wenigstens eine Öffnung aufweist; und ein Steuermodul (14) zur elektronischen Steuerung des Umgehungsventils (52), wobei das Steuermodul (14) einen Kaltstartzustand eines Motors (16) sowie einen Bedarf an Kraftstoffdampf ermittelt und das Steuermodul (14) das Umgehungsventil (52) öffnet, so dass Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank (30) zu dem Kanister (44) fließt, wenn unter Kaltstartbedingungen ein Bedarf an Kraftstoffdampf besteht und das Entlüftungsventil (43) geschlossen ist.
Dampfunterstütztes Kraftstoffsystem, das während Motorkaltstartzuständen verwendet wird, umfassend: einen Kraftstofftank (30), der flüssigen und dampfförmigen Kraftstoff speichert; eine in dem Kraftstofftank (30) angeordnete Behälteranordnung (36), die flüssigen Kraftstoff zu einem Motor (16) pumpt; einen Kanister (44), der aus dem Kraftstofftank (30) ausgestoßenen Kraftstoffdampf auffängt; ein in dem Kraftstofftank (30) angeordnetes Sperrventil (43), das einen Durchfluss von Kraftstoffdampf zu dem Kanister (44) steuert und das auf der Grundlage von Flüssigkraftstoffpegeln in dem Tank (30) arbeitet; ein Entlüftungsventil (41), das einen eingeschränkten Durchfluss von Dampf von dem Kraftstofftank (30) zu dem Kanister (44) steuert; eine zwischen dem Entlüftungsventil (41) und dem Kanister (44) angeordnete Entlüftungsumgehung, die einen Durchfluss von Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank (30) zu dem Kanister (44) steuert, wenn das Sperrventil (43) geschlossen ist, wobei die Entlüftungsumgehung ein Umgehungsventil (52) umfasst, das, wenn es geöffnet ist, einen vollständigen Zugang von dem Kanister (44) zu dem Kraftstofftank (30) schafft; und ein Steuermodul (14) zur elektronischen Steuerung des Umgehungsventils (52), wobei das Steuermodul (14) das Umgehungsventil (52) während eines Motorkaltstartzustands öffnet, wenn Kraftstoffdampf erforderlich ist und das Sperrventil (43) geschlossen ist, und andernfalls das Umgehungsventil (52) schließt.
System nach Anspruch 2, wobei die Entlüftungsumgehung wenigstens eine Öffnung aufweist, die einen eingeschränkten Fluss von Dampf zu dem Kanister (44) ermöglicht, wenn das Umgehungsventil (52) geschlossen ist.
Verfahren zum Steuern eines zwischen einem Entlüftungsventil (41) und einem Dampfrückgewinnungskanister (44) angeordneten Entlüftungsumgehungsventils (52) während Motorkaltstartereignissen, umfassend: Ermitteln während eines Motorkaltstartereignisses, wann Kraftstoffdampf erforderlich ist; Ermitteln, wann ein Kraftstoffpegel-Sperrventil (43) geschlossen ist; und Befehlen des Öffnens des Entlüftungsumgehungsventils (52), wenn Kraftstoffdampf erforderlich ist und das Kraftstoffpegel-Sperrventil (43) geschlossen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Befehlen des Schließens des Entlüftungsumgehungsventils (52), wenn kein Kraftstoffdampf erforderlich ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Befehlen des Schließens des Entlüftungsumgehungsventils (52), wenn das Sperrventil (43) geöffnet ist, umfasst.
Verfahren nach Anspruch 4, das ferner das Vorsehen wenigstens einer Öffnung an einer Entlüftungsumgehung, die das Entlüftungsumgehungsventil (52) aufweist, um das Entlüften von Kraftstoffdampf zu dem Dampfrückgewinnungskanister (44) zu ermöglichen, wenn das Umgehungsventil (52) geschlossen ist, umfasst.