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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine, bei welchem eine Drosselklappe geschlossen wird und einem Brennraum der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe eine mittels einer Ventileinrichtung veränderbare Verbrennungsluftmenge zugeführt wird.
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Die Erfindung betrifft ferner ein Computerprogramm sowie ein Steuergerät für eine Brennkraftmaschine.
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Bei einfachen und kleinen Brennkraftmaschinen, welche beispielsweise in Motorrädern eingesetzt werden, besteht eine mechanische Verbindung zwischen der Drosselklappe und einem Fahrerwunschmomentgeber, beispielsweise einem Gasgriff. Die Verbindung zwischen der Drosselklappe und dem Fahrerwunschmomentgeber ist beispielsweise mittels eines Bowdenzugs realisiert. Bei diesen Systemen ist die Drosselklappe vollständig geschlossen, wenn der Fahrerwunschmomentgeber eine Nullstellung einnimmt. Um in diesem Fall einen Stopp der Brennkraftmaschine durch den Mangel an Verbrennungsluft zu verhindern, ist ein Umgehungskanal (”Bypass”) vorgesehen, in welchem eine Ventileinrichtung angeordnet ist. Die Ventileinrichtung kann auch als Leerlaufsteller bezeichnet werden und ist üblicherweise mit relativ teuren Stellmotoren ausgestattet. Insbesondere bei Fahrzeugen mit einfachen und kleinen Brennkraftmaschinen besteht aber ein erhöhter Bedarf, diese möglichst kostengünstig herstellen zu können.
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Die
DE 696 23 200 T2 offenbart eine elektronische Luft-/Kraftstoff-Steuereinrichtung für eine Brennkraftmaschine. Mittels der elektronischen Luft-/Kraftstoff-Steuereinrichtung wird die Dynamik einer Sekundär-Drosselklappe während vorübergehendem Betrieb, und besonders während des Betriebs mit kaltem Motor, gesteuert.
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Die
DE 103 06 411 A1 betrifft betrifft eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine, insbesondere Dieselmotor, insbesondere eines Kraftfahrzeuges, mit einer in einem Saugrohr (
12) angeordneten Drosselklappe (
14) sowie mit einem die Drosselklappe (
14) überbrückenden Bypaßkanal (
18). Hierbei ist im Bypaßkanal (
18) ein von der Drosselklappe (
14) unabhängig ansteuerbares Ventil (
20) angeordnet, wobei eine Regeleinrichtung (
22) vorgesehen ist, welche im Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine die Drosselklappe (
14) schließt und zum Regeln der Luftzuführung an die Brennkraftmaschine, derart, daß diese in einem abgedrosselten Betriebszustand ist, die das Ventil (
20) ansteuert. Zum Androsseln der Brennkraftmaschine im Leerlauf wird die Drosselklappe vollständig geschlossen und eine der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmenge an der Drosselklappe vorbei über einen Bypaß mittels einer von der Drosselklappe unabhängigen Regeleinrichtung geregelt
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Offenbarung der Erfindung
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Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass es eine Leerlaufsteuerung unter Verwendung möglichst einfacher Bauteile ermöglicht.
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Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ventileinrichtung so angesteuert wird, dass sie eine vollständig geöffnete Durchgangsstellung oder eine vollständig geschlossene Sperrstellung einnimmt, wobei die Verbrennungsluftmenge durch Einstellung der Zeitanteile der Durchgangsstellung und der Sperrstellung bestimmt wird.
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Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Darüber hinaus finden sich für die Erfindung wichtige Merkmale in der nachfolgenden Beschreibung und in der Zeichnung, wobei die Merkmale sowohl in Alleinstellung als auch in unterschiedlichen Kombinationen für die Erfindung wichtig sein können, ohne dass hierauf nochmals explizit hingewiesen wird.
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Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, auf teure Stellmotoren als Teil einer Ventileinrichtung verzichten zu können. Die Ventileinrichtung wird so angesteuert, dass sie entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen ist. Auf einer Ansteuerung von Zwischenstellungen wird verzichtet, sodass eingangs genannte teure Stellmotoren nicht erforderlich sind. Hierdurch kann eine preiswerte Vorrichtung zur Steuerung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine geschaffen werden.
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Die Steuerung der Verbrennungsluftmenge erfolgt dadurch, dass zwischen den beiden Endstellungen der Ventileinrichtung gewechselt wird und die Zeitanteile der beiden Endstellungen die Verbrennungsluftmenge bestimmen. Beträgt beispielsweise der Zeitanteil der Durchgangsstellung 100%, ist die Ventileinrichtung während des betrachteten Zeitraums dauerhaft geöffnet und führt dem Brennraum der Brennkraftmaschine eine maximale Verbrennungsluftmenge zu.
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Bevorzugt ist es, wenn die Ventileinrichtung mit einem pulsweitenmodulierten Signal angesteuert wird. Das Tastverhältnis eines solchen Signals korrespondiert dabei mit einem der Zeitanteile, insbesondere mit dem Zeitanteil der Durchgangsstellung.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass als Ventileinrichtung ein Regenerierventil eines Entlüftungssystems eines Kraftstoffbehälters der Brennkraftmaschine verwendet wird. Ein solches Regenerierventil ist schaltbar und entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen. Wenn ein solches Regenerierventil als Ventileinrichtung genutzt wird, um bei einer geschlossenen Drosselklappe einem Brennraum Verbrennungsluft zu zuführen, kann gegebenenfalls auch eine separat vorgesehene Ventileinrichtung verzichtet werden, sodass ein besonders einfach aufgebautes System geschaffen werden kann.
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Nach einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass eine zu der Ventileinrichtung parallel geschaltete Zusatzventileinrichtung vorgesehen ist, mittels welcher dem Brennraum eine Zusatzverbrennungsluftmenge zugeführt wird. Eine solche Zusatzventileinrichtung ermöglicht es, bei bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine gegebenenfalls erforderliche erhöhte Verbrennungsluftmengen bereitzustellen. Eine maximale Verbrennungsluftmenge wird bereitgestellt, wenn sowohl die Ventileinrichtung als auch die Zusatzventileinrichtung geöffnet sind.
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Die Zusatzventileinrichtung kann separat von bereits vorhandenen Bauteilen vorgesehen sein oder in Form eines Regenerierventils eines Entlüftungssystems eines Kraftstoffbehälters der Brennkraftmaschine.
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Die Zusatzventileinrichtung wird vorzugsweise so angesteuert, dass sie eine vollständig geöffnete Durchgangsstellung oder eine vollständig geschlossene Sperrstellung einnimmt und dass die Zusatzverbrennungsluftmenge durch Einstellung der Zeitanteile der Durchgangsstellung und der Sperrstellung bestimmt wird. Hierdurch ist eine genaue und einfache Steuerung der Zusatzverbrennungsluftmenge möglich. Die Zusatzventileinrichtung kann auch ungetaktet betrieben werden, sodass sie während eines Zeitfensters, in welchem die Ventileinrichtung getaktet betrieben wird, also zwischen einer geöffneten Stellung und einer geschlossenen Stellung wechselt, dauerhaft geöffnet oder geschlossen ist. Dies ermöglicht eine weitere Vereinfachung der Zusatzventileinrichtung.
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Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Zusatzventileinrichtung während eines Kaltstarts der Brennkraftmaschine vollständig geöffnet wird und erst dann geschlossen wird, wenn eine für den Leerlauf der Brennkraftmaschine erforderliche Gesamtverbrennungsluftmenge kleiner oder gleich der Verbrennungsluftmenge ist, welche ausschließlich über die Ventileinrichtung zuführbar ist. Auf diese Weise kann durch Öffnen der Ventileinrichtung und der Zusatzventileinrichtung eine hohe Gesamtverbrennungsluftmenge bereitgestellt werden. Sinkt diese mit Erhöhung der Temperatur der Brennkraftmaschine ab, kann die Zusatzventileinrichtung geschlossen werden und die Leerlaufsteuerung ausschließlich über die Ventileinrichtung erfolgen.
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Von besonderer Bedeutung ist die Realisierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in Form eines Computerprogramms, das auf einem elektronischen Speichermedium abspeicherbar ist und in dieser Form einem die Brennkraftmaschine steuernden Steuergerät zugewiesen werden kann.
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Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Steuerung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine, mit einer Drosselklappe und mit einer Ventileinrichtung, mittels welcher einem Brennraum der Brennkraftmaschine unter Umgehung der Drosselklappe eine veränderbare Verbrennungsluftmenge zuführbar ist.
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Der Erfindung liegt die weitere Aufgabe zugrunde, eine möglichst einfach aufgebaute Vorrichtung zur Steuerung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine zu schaffen.
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Diese Aufgabe wird bei einer vorstehend genannten Vorrichtung zur Steuerung des Leerlaufs einer Brennkraftmaschine erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das die Ventileinrichtung als Sperrventil ausgebildet ist, welches ausschließlich mittels zwei Steuergrößen ansteuerbar ist, wobei eine erste Steuergröße mit einer vollständig geöffneten Durchgangsstellung und eine zweite Steuergröße mit einer vollständig geschlossenen Sperrstellung korrespondiert.
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Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind Gegenstand der Unteransprüche 11 bis 14, deren Vorteile bereits vorstehend im Zusammenhang mit den Ausgestaltungen und Vorteilen des erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
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Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
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1 eine schematische Ansicht einer Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Leerlaufs der Brennkraftmaschine, welche eine Ventileinrichtung und eine Zusatzventileinrichtung umfasst;
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2 ein Diagramm zur Ermittlung der Tastverhältnisse der Ventileinrichtung und der Zusatzventileinrichtung;
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3 ein Diagramm zur Ermittlung des Tastverhältnisses der Ventileinrichtung und eines Schaltzustands einer schaltbaren Zusatzventileinrichtung;
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4 eine schematische Ansicht einer weiteren Ausführungsform einer Brennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Steuerung des Leerlaufs der Brennkraftmaschine, welche eine Ventileinrichtung und eine als Regenerierventil eines Entlüftungssystems eines Kraftstoffbehälters der Brennkraftmaschine ausgebildete Zusatzventileinrichtung umfasst; und
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5 ein Diagramm zur Ermittlung der Tastverhältnisse der Ventileinrichtung und der Zusatzventileinrichtung gemäß 4.
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In der 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 schematisch dargestellt und insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichnet. Die Brennkraftmaschine 10 weist einen Brennraum 12 auf, welcher über eine Ansaugkanal 14 mit Verbrennungsluft 16 versorgt wird.
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Die Verbrennungsluftmenge wird mit Hilfe einer Drosselklappe 18 gesteuert. Die Drosselklappe 18 ist insbesondere mechanisch angesteuert und verschließt während eines Leerlaufbetriebs der Brennkraftmaschine 10 den Ansaugkanal 14 vollständig.
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Zur Umgehung einer vollständig geschlossenen Drosselklappen 18 ist ein erster Umgehungskanal 20 vorgesehen, welcher in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft 16 gesehen vor und nach der Drosselklappe 18 mit dem Ansaugkanal 14 verbunden ist. Der Umgehungskanal 20 kann mit Hilfe einer Ventileinrichtung 22 vollständig geöffnet oder vollständig gesperrt werden.
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Um eine höhere Verbrennungsluftmenge bereitstellen zu können, was insbesondere bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 vorteilhaft ist, ist ein zweiter Umgehungskanal 24 vorgesehen, welcher ebenfalls in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft 16 gesehen vor und nach der Drosselklappe 18 mit dem Ansaugkanal 14 verbunden ist. Der zweite Umgehungskanal 24 ist mittels einer Zusatzventileinrichtung 26 vollständig öffenbar oder vollständig schließbar.
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Zur Steuerung der Stellung der Ventileinrichtung 22 und der Zusatzventileinrichtung 26 ist ein Steuergerät 28 vorgesehen, welches die Ventileinrichtung 22 und die Zusatzventileinrichtung 26 mit einem pulsweitenmodulierten Signal beaufschlägt.
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Das Steuergerät 28 ermöglicht die Vorgabe eines Verbrennungsluftmassenstroms mslls, welcher für die Aufrechterhaltung eines Leerlaufs der Brennkraftmaschine 10 bei geschlossener Drosselklappe 18 benötigt wird. Da die Kennlinien der Ventileinrichtung 22 und der Zusatzventileinrichtung 26 üblicherweise bei Normbedingungen aufgenommen wurde, wird der Verbrennungsluftmassenstrom mslls auf diese Normbedingungen umgerechnet, indem mslls durch die Faktoren ftu und fpu dividiert wird, so dass ein Normverbrennungsluftmassenstrom mnlls erhalten wird. Hierbei ist ftu gleich der Wurzel aus dem Verhältnis von Normtemperatur zu Umgebungstemperatur. Der Faktor fpu ist gleich dem Verhältnis von Umgebungsdruck zu dem Normumgebungsdruck.
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Der für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 10 benötigte Massenstrom mnlls geht in eine Summenkennlinie 30 ein, welche aus einer Kennlinie 32 der Ventileinrichtung 22 und einer Kennlinie 34 der Zusatzventileinrichtung 26 zusammengesetzt ist. Beispielsweise kann mit Hilfe der Ventileinrichtung 22 bei vollständig geöffnetem Zustand eine Verbrennungsluftmassenstrom von 4 kg/h bereitgestellt werden und mit der Zusatzventileinrichtung 26 ein maximaler Verbrennungsluftmassenstrom von 6 kg/h.
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Mit Hilfe des erforderlichen Verbrennungsluftmassenstrom mnlls und der Kennlinie 30 kann ein Gesamttastverhältnis berechnet werden, welches in die Tastverhältnisse talls1 der Ventileinrichtung 22 und talls2 der Zusatzventileinrichtung 26 aufgeteilt wird. Ein Tastverhältnis kennzeichnet den auf einen Zeitraum bezogenen Zeitanteil, in welchem die Ventileinrichtung 22 oder die Zusatzventileinrichtung 26 vollständig geöffnet ist.
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Wenn für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine beispielsweise eine Verbrennungsluftmenge von 6 kg/h benötigt wird, korrespondiert dies mit einem der Kennlinie 30 entnehmbaren Wert von 133%. Von diesem Wert werden zur Bestimmung des Tastverhältnisses talls2 der Zusatzventileinrichtung 26 ein Wert von 100% abgezogen und das Maximum von dem hierdurch erhaltenen Wert und dem Wert 0% ausgewählt. Dieses Maximum entspricht dem Tastverhältnis talls2 der Zusatzventileinrichtung 26. Der für das Tastverhältnis talls2 berechnete Wert wird außerdem von dem mit Hilfe der Kennlinie 30 ermittelten Wert abgezogen. Für das vorstehend beschriebene Beispiel ergibt sich für talls2 ein Wert von 33% und für talls1 ein Wert von 100%.
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Es ist möglich, die Zusatzventileinrichtung 26 nicht getaktet zu betreiben sondern als Schaltventil (vergleiche 3). Hierdurch wird eine besonders einfache Ansteuerung der Zusatzventileinrichtung 26 ermöglicht. Das Tastverhältnis talls1 der Ventileinrichtung 22 bestimmt sich für diesen Fall wie vorstehend unter Bezugnahme auf 2 beschrieben. Das Tastverhältnis talls2 der Zusatzventileinrichtung 26 hat entweder den Wert 0% (Zusatzventileinrichtung 26 vollständig geschlossen) oder den Wert 100% (Zusatzventileinrichtung 26 vollständig geöffnet).
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Bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine 10 und einem als Schaltventil ausgebildeten Zusatzventileinrichtung 26 wird diese vollständig geöffnet, also mit einem Tastverhältnis von 100% betrieben. Ein zusätzlicher Verbrennungsluftmengenbedarf wird durch die Taktung der Ventileinrichtung 26 gesteuert. Sobald der für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 10 erforderliche Verbrennungsluftmassenstrom auf einen Wert gesunken ist, welcher der maximalen Menge entspricht, die mit Hilfe der vollständig geöffneten Ventileinrichtung 22 bereitstellbar ist, wird die Zusatzventileinrichtung 26 geschlossen.
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Zur Bestimmung des Schaltzustands der Zusatzventileinrichtung 26 wird ausgehend von einem mittels der Kennlinie 30 ermittelten Wert ein Wert von 100% abgezogen. Im Rahmen einer Bedingung 36 wird geprüft, ob der sich hierdurch ergebende Wert positiv ist. In diesem Fall wird eine Schalteinrichtung 38 der Zusatzventileinrichtung 26 so geschaltet, dass die Zusatzventileinrichtung 26 vollständig geöffnet wird (talls2 = 100%). Ist die Bedingung 36 nicht erfüllt, wird die Schalteinrichtung 38 der Zusatzventileinrichtung 26 so geschaltet, dass die Zusatzventileinrichtung 26 vollständig geschlossen wird (talls2 = 0%).
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Das Tastverhältnis talls1 der Ventileinrichtung 22 ergibt sich jeweils durch den mittels der Kennlinie 30 ermittelten Wert abzüglich des Tastverhältnisses talls2 der Zusatzventileinrichtung 26.
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Bezüglich der Gemeinsamkeiten mit dem in 1 dargestellten Aufbau wird im folgenden unter Bezugnahme auf die 4 auf die vorstehende Beschreibung Bezug genommen. Im Unterschied zur Ausführungsform gemäß 1 ist bei der Ausführungsform gemäß 4 die Zusatzventileinrichtung 26 in Form eines Regenerierventils 40 einer Tankentlüftungsanlage 42 vorgesehen.
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Die Tankentlüftungsanlage 42 umfasst eine Filtereinrichtung in Form eines Aktivkohlefilters 44. Der Aktivkohlefilter 44 ist über eine Leitung 46 mit einem Kraftstoffbehälter 48 verbunden, in welchem Kraftstoff zum Betrieb der Brennkraftmaschine 10 gespeichert ist. Der Aktivkohlefilter 44 ist ferner mit einer endseitig offenen Entlüftungsleitung 50 sowie mit einer Leitung 52 verbunden, welche in dem Ansaugkanal 14 mündet.
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Der Aktivkohlefilter 44 hält Kraftstoffdämpfe zurück, ermöglicht es jedoch Luft abzuführen, und zwar mittels der Entlüftungsleitung 50.
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Wenn das Regenerierventil 40 geöffnet wird, kann eine in der Aktivkohle des Aktivkohlefilters 44 gespeicherte Kraftstoffmasse in den Ansaugkanal 14 angesaugt und dem Brennraum 12 zur Unterstützung eines Verbrennungsvorgangs zugeführt werden.
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Die Nutzung des Regenerierventils 40 als Zusatzventileinrichtung 26 ist bei einem Kaltstart der Brennkraftmaschine möglich. Bei niedrigen Temperaturen gibt der Aktivkohlefilter 44 gespeicherten Kraftstoffdampf nicht frei, sodass in diesem Zustand das Öffnen des Regenerierventils 40 nicht bewirkt, dass dem Brennraum 12 zusätzlicher Kraftstoff zugeführt wird. Vielmehr gelangt durch das Öffnen des Regenerierventils 40 lediglich zusätzliche Verbrennungsluft in den Brennraum 12 der Brennkraftmaschine. Auf diese Weise kann eine bei einem Kaltstart benötigte erhöhte Luftmenge bereitgestellt werden, ohne hierbei eine Gemischbildung in unerwünschter Weise zu verfälschen.
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Die Ansteuerung des Regenerierventils 40 erfolgt wie nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben. Ein für den Leerlaufbetrieb der Brennkraftmaschine 10 erforderlicher Normverbrennungsluftmassenstrom mnlls geht in eine Kennlinie 30 ein, um einen Gesamtwert auszulesen.
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Das Tastverhältnis talls der Ventileinrichtung 22 wird durch den aus der Kennlinie 30 ausgelesenen Gesamtwert abzüglich des Tastverhältnisses tatev des Regenerierventils 40 ermittelt.
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Das Tastverhältnis tatev des Regenerierventils 40 wird durch das Steuergerät 28 vorgegeben, welches auch zur Steuerung des Tankentlüftungssystems 42 dient. Dieses Tastverhältnis ist in 5 mit tate bezeichnet. Ist das Tastverhältnis tate höher als der aus der Kennlinie 30 ausgelesene Wert abzüglich 100%, wird das Regenerierventil 40 mit dem Tastverhältnis tate betrieben. Andernfalls wird das Regenerierventil 40 mit dem Tastverhältnis tatev betrieben, welches sich durch den aus der Kennlinie 30 ausgelesenen Wert abzüglich 100% bestimmt.
