DE102011002021A1

DE102011002021A1 - Kraftstoffanlage

Info

Publication number: DE102011002021A1
Application number: DE102011002021A
Authority: DE
Inventors: Andreas Menke; Josef Österle; Horst Petri
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2011-04-13
Filing date: 2011-04-13
Publication date: 2012-10-31
Also published as: US20120260892A1; US9206773B2

Abstract

Kraftstoffanlage (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffvorratsbehälter (2) mit einem einen Aktivkohlefilter (3) enthaltenden Entlüftungspfad (4) für Kraftstoffdämpfe, wobei zur Regenerierung des Aktivkohlefilters (3) dieser, zumindest randseitig und dann bevorzugt seine Frischluftseite, von einem durch eine nahe dem Aktivkohlefilter (3) angeordnete selbständige Pumpeneinheit (5) in Richtung Tankentlüftungsventil (6) geblasenen bzw. gesaugten Frischluftstrom (7) durchströmbar ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Kraftstoffanlage für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine nach Patentanspruch 1.
Bei nahezu allen Fahrzeugen ist zwischen Kraftstoffbehälter und Umgebung ein Zwischenspeicher für Kohlenwasserstoffe, insbesondere als Aktivkohlefilter (AKF) in der Tankentlüftung verbaut. Dieser Zwischenspeicher wird in der Regel über die Motorenelektronik gesteuert und durch einen Luftstrom regeneriert. Dabei wird Luft über die mit Kohlenwasserstoff besetzte Kohlepartikel geleitet. Die mit Kohlenwasserstoff beladene Luft transportiert den mit Kohlenwasserstoff beladenen Luftstrom zum Motor. Dort wird der aus dem Aktivkohlefilter stammende beladene Luftstrom der Verbrennungsluft zugemischt und verbrannt. Eine Besonderheit ergibt sich bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb. Beim Hybridantrieb fallen insbesondere durch den Elektrobetrieb einige Spülphasen, auch in den gesetzlichen Fahrprofilen weg. Insbesondere beim Plug-In-Hybrid, der große Strecken, auch ganze Fahrzyklen der gesetzlichen Tests, elektrisch fahren kann, entfallen dadurch erhebliche Anteile der Spülung. Dennoch sollte der Aktivkohlefilter gespült werden, damit die gesetzlichen Emissionsgrenzwerte eingehalten werden können.
Die DE 199 44 388 A1 betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Aufheizen eines Schadstoff-Katalysators in einem Kraftfahrzeug mit Brennkraftmaschine und Kraftstofftank. Vorgesehen ist hierbei, dass während der Katalysator-Heizphasen Luft durch Verbrennen von aus dem Kraftstoffvorrat im Kraftstofftank verflüchtigten Kraftstoffbestandteilen erhitzt und durch den Katalysator geleitet wird. Ferner ist vorgesehen, dass die Verbrennung der verflüchtigten Kraftstoffbestandteile in einem im Katalysator eingangsseitig integrierten Brenner erfolgt, dem ein mit verflüchtigten Kraftstoffbestandteilen angereicherter Luftstrom zugeführt ist.
Bei der JP 2002122046 A trennt eine in die Tankentlüftung zwischengeschaltete Membran das entweichende Gasgemisch in eine luftreiche Komponente und in eine kraftstoffreiche Komponente. Die kraftstoffreiche Komponente wird in einem Kühler wieder verflüssigt und dem Tank zurückgeführt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine u. a. hinsichtlich der Umweltbelastung verbesserte Kraftstoffanlage bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Kraftstoffanlage mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
Weitere vorteilhafte Merkmale beinhalten die Unteransprüche.
Die Erfindung schlägt eine Kraftstoffanlage für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffvorratsbehälter mit einem einen Aktivkohlefilter enthaltenden Entlüftungspfad für Kraftstoffdämpfe vor, wobei zur Regenerierung des Aktivkohlefilters dieser, zumindest randseitig und dann bevorzugt seine Frischluftseite, von einem durch eine nahe dem Aktivkohlefilter angeordnete selbständige Pumpeneinheit in Richtung Tankentlüftungsventil geblasenen bzw. gesaugten Frischluftstrom durchströmbar ist.
Eine Ausführungsform sieht vor, dass dem Aktivkohlefilter eine Kondensatoreinrichtung nachgeschaltet ist, in welcher das aus dem Aktivkohlefilter austretende Gemisch aus Luft und Kraftstoffdampf abkühlbar und der Kraftstoffanteil durch Kondensation trennbar ist. Auf diese Weise lässt sich eine effektive Kondensierung der Kraftstoffdämpfe bzw. eine effektive Kühlung des Kraftstoffes erzielen.
Bevorzugt ist eine als Verdichter auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters und/oder als Saugvorrichtung auf der Brennkraftmaschinenseite zwischen dessen Kühler und dem Aktivkohlefilter angeordnete Pumpeneinheit vorgesehen. Die Pumpe bläst/saugt einen Frischluftstrom durch den Aktivkohlefilter, oder zumindest einen Teil davon, in den Spülpfad, in Richtung Tankentlüftungsventil (Regenerierventil). Diese Luft wird über einen Kondensator geleitet. Dort wird das Gemisch aus Luft und Kraftstoffdampf gekühlt und der Kraftstoffanteil aus dem Gasstrom kondensiert.
Vorzugsweise ist dabei eine Steuer- bzw. Regelabhängigkeit des Volumenstroms der Pumpeneinheit von für die Regenerierung des Aktivkohlefilters relevanten Zustandsgrößen vorgesehen.
Beispielsweise kann die Pumpeneinheit eine Leistung von ca. 50–100 Watt aufweisen und insbesondere auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters als Verdichter oder auf der Motorseite zwischen Aktivkohlefilter und Kühler als Saugpumpe an geeigneter Stelle im Fahrzeug verbaut oder im Kraftstoffbehälter integriert sein.
Bei der Heizung kann es sich beispielsweise um ein eigensicheres System, bevorzugt PTC-Element, mit einer Heizleistung von ca. 100°C handeln. Beispielsweise könnte auch die Integration der Heizung in ein anderes Bauteil, beispielsweise den Aktivkohlefilter, vorgesehen sein.
Vorzugsweise und nicht ausschöpfend sind folgende Betriebsarten/Anwendungen der Kraftstoffanlage bzw. der Pumpeneinheit denkbar:

– die Anwendung auf einen Hybrid-Antrieb mit einer Aktivierung der Pumpeneinheit in Stillstandsphasen der Brennkraftmaschine;
– eine Aktivierung der Pumpeneinheit im Fahrzeugbetrieb und im Stillstand des Fahrzeugs;
– eine Aktivierung der Pumpeneinheit nur im Stillstand des Fahrzeugs oder nur im Betrieb des Fahrzeugs.

Ferner kann vorgesehen sein, dass

– die Pumpeneinheit nur bei elektrischer Fahrt zum Spülen des Aktivkohlefilters eingesetzt wird;
– die Pumpeneinheit ausgeschaltet wird, wenn der Aktivkohlefilter ausreichend gespült wurde (somit beladungsabhängig);
– die Pumpeneinheit nur zugeschaltet wird, wenn der Aktivkohlefilter eine bestimmte Beladung überschreitet (somit beladungsabhängig) z. B. um einen Durchbruch des Aktivkohlefilters zu vermeiden oder zu verzögern.

Beispielsweise kann ein kombiniertes Ventil zum Zuschalten der Gebläse oder dem Versperren der Tankentlüftung vorgesehen sein. Die Einsatzzeit bzw. der (das) Betriebsbeginn(-ende) der Pumpeneinheit kann in Abhängigkeit von Sensoren z. B. im Tanksystem, Tankdruck, Kraftstofftemperatur, im Entlüftungssystem z. B. HC-Sensor, Druckaufnehmer, Aktivkohlefilter oder z. B. Temperatur, Delta P oder Beladungszustand des Aktivkohlefilters erfolgen. Ferner kann eine Berücksichtigung z. B. des Füllstandes des Fahrzeugtanks vorgesehen sein.
Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass ein Zwischenspeicher in der Rückleitung für den kondensierten Kraftstoffanteil von der Kondensatoreinrichtung zu dem Kraftstoffvorratsbehälter vorgesehen ist.
Beispielsweise kann vorgehen sein, dass der kondensierte Kraftstoffanteil in den Kraftstoffbehälter rückführbar ist. Der Ablauf kann somit direkt (gravimetrisch) oder mit Zwischenspeicher bzw. Speicher mit Entleerungseinrichtung erfolgen.
Eine weitere besonders bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass eine Pumpeneinheit unter Verwendung einer elektrischen Pumpe mit nur relativer Dichtheit, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, vorgesehen sein kann. Eine Drehschieberpumpe oder Flügelzellenpumpe ist eine Verdrängerpumpe für Gase und Flüssigkeiten für Saug- oder Druckaufgaben. Sie besteht zumeist aus einem Hohlzylinder (Stator), in dem ein weiterer Zylinder (Rotor) rotiert. Die Drehachse des Rotors ist dabei exzentrisch zum Stator angeordnet, der Rotor berührt die Innenwand des Stators zwischen Einlass- und Auslassöffnung. Diese Stelle ist dann die Trennstelle zwischen Saug- und Druckraum.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Die Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläutert. Die Figuren werden zusammenhängend und übergreifend beschrieben. Gleiche Bezugszeichen bedeuten gleiche Bauteile, Bezugszeichen mit unterschiedlichen Indices geben funktionsgleiche oder ähnliche Bauteile an.
Es zeigen:
1 ein schematisches Schaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage;
2 ein schematisches Schaltbild eines zweiten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage;
3 ein schematisches Schaltbild eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage;
4 ein schematisches Schaltbild eines vierten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage;
5 ein schematisches Schaltbild eines fünften Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage; und
6 ein schematisches Schaltbild eines sechsten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage.
1 zeigt ein schematisches Schaltbild einer zu einem Personenkraftfahrzeug gehörenden Kraftstoffanlage 1a. Die Kraftstoffanlage 1 für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine umfasst u. a. einen Kraftstoffvorratsbehälter 2 mit einem einen Aktivkohlefilter 3 enthaltenden Entlüftungspfad 4 für Kraftstoffdämpfe, wobei zur Regenerierung des Aktivkohlefilters 3 dieser von einem durch eine nahe dem Aktivkohlefilter 3 angeordnete selbständige Pumpeneinheit 5 in Richtung Tankentlüftungsventil 6 geblasenen Frischluftstrom 7 durchströmbar ist.
Das Schaltbild zeigt ferner einen Tankstutzen 8, den Motor 9 sowie einen innerhalb der Kraftstoffanlage 1 angeordneten Kondensator 10. Vom Kondensator 10 ausgehend verläuft eine Rückführleitung 11 vom Kondensator 10 zum Kraftstoffvorratsbehälter 2. Über die Rückführleitung 11 wird der kondensierte Kraftstoffanteil in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 rückgeführt.
Die Pumpeneinheit 5 ist nahe (vor) dem Aktivkohlefilter 3 angeordnet. Die Pumpeneinheit 5 bläst den Frischluftstrom 7 durch den Aktivkohlefilter 3 bzw. einen Teil davon in den Spülpfad 12, in Richtung Tankentlüftungsventil (Regenerierventil) 6. Dieser Frischluftstrom 7 wird über den Kondensator 10 geleitet. Dort wird das Gemisch aus Luft und Kohlenstoffdampf gekühlt, der Kraftstoffanteil aus dem Gasstrom kondensiert und das Kondensat in den Kraftstoffvorratsbehälter 2 zurückgeführt.
Die Pumpeneinheit 5 ist hierbei im Wesentlichen als Verdichter auf der Frischluftseite F des Aktivkohlefilters 3 angeordnet.
2 zeigt eine weitere Ausführungsform einer Kraftstoffanlage 1b. Die Kraftstoffanlage 1b gem. 2 umfasst zusätzlich zu der Kraftstoffanlage 1a gem. 1 ein in die Kraftstoffanlage 1b integriertes Steuergerät 13 sowie eine in die Kraftstoffanlage 1b integrierte Anordnung 14, wobei die Anordnung 14 mehrere fahrzeugspezifische Sensoren umfassen kann. Das Steuergerät 13 ist u. a. mit der Pumpeneinheit 5, dem Kondensator 10, dem Tankentlüftungsventil 6, dem Motor 9 sowie der Anordnung 14 verbunden. Ansonsten entspricht die Kraftstoffanlage 1b gem. 2 im Wesentlichen der Kraftstoffanlage 1a gem. 1.
3 zeigt eine Kraftstoffanlage 1c bei der die Pumpeneinheit 5 zwischen dem Aktivkohlefilter 3 und dem Kondensator 10 angeordnet ist. Ansonsten entspricht die Kraftstoffanlage 1c gem. 3 dem Aufbau der Kraftstoffanlage 1a gem. 1. Die Pumpeneinheit 5 ist somit im Wesentlichen als Saugvorrichtung auf der Brennkraftmaschinenseite B zwischen Kondensator 10 und Aktivkohlefilter 3 angeordnet.
4 zeigt eine Kraftstoffanlage 1d mit einem im Gegensatz zu der Kraftstoffanlage 1c gem. 3 differenten Verlauf des Frischluftstroms 7. 5 zeigt eine Kraftstoffanlage 1e gem. der Kraftstoffanlage 1c gem. 4 jedoch mit veränderter Position der Pumpeneinheit 5. Die Pumpeneinheit 5 ist bei der Kraftstoffanlage 1e gem. 5 vor dem Aktivkohlefilter 3 angeordnet. Ansonsten entspricht der Aufbau der in 5 gezeigten Kraftstoffanlage 1e dem der Kraftstoffanlage 1d gem. 4.
6 zeigt eine Kraftstoffanlage 1f umfassend einen Kraftstoffvorratsbehälter 2, einen Aktivkohlefilter 3, einen Entlüftungspfad 4, eine Pumpeneinheit 5, ein Tankentlüftungsventil 6, einen Tankstutzen 8, einen Motor 9, einen Kondensator 10, eine Rückführleitung 11 mit integriertem Zwischenspeicher 15, eine Heizung 16, ein Diagnosemodul 17, einen Filter 18, eine Tankschutzeinrichtung 19, eine Diagnoseleitung 20 sowie eine Kühlstrecke 21 mit Kühlmodul 22. Wenngleich sich der Aufbau der Kraftstoffanlage 1f von dem Aufbau der in den 1 bis 5 gezeigten Kraftstoffanlagen 1a, 1b, 1c, 1d, 1e unterscheidet, unterliegt die Kraftstoffanlage 1f dem gleichen Erfindungsgedanken.
Die Kraftstoffanlage 1f bietet ferner durch das Vorsehen des Diagnosemoduls 17 bzw. der Diagnoseleitung 20 die Möglichkeit von beispielsweise in Abhängigkeit von Beladungszuständen des Aktivkohlefilters 3 durchführbaren Spülvorgängen. Beispielsweise wird die Pumpeneinheit 5 ausgeschaltet, wenn der Aktivkohlefilter 3 ausreichend gespült ist. Oder die Pumpeneinheit 5 wird zugeschaltet, wenn der Aktivkohlefilter eine bestimmte Beladung überschreitet z. B. um einen Durchbruch des Aktivkohlefilters zu vermeiden oder zu verzögern.
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 19944388 A1 [0003]
JP 2002122046 A [0004]

Claims

Kraftstoffanlage (1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f) für eine Kraftfahrzeug-Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffvorratsbehälter (2) mit einem einen Aktivkohlefilter (3) enthaltenden Entlüftungspfad (4) für Kraftstoffdämpfe, wobei zur Regenerierung des Aktivkohlefilters (3) dieser, zumindest randseitig und dann bevorzugt seine Frischluftseite, von einem durch eine nahe dem Aktivkohlefilter (3) angeordnete selbständige Pumpeneinheit (5) in Richtung Tankentlüftungsventil (6) geblasenen bzw. gesaugten Frischluftstrom (7) durchströmbar ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass dem Aktivkohlefilter (3) eine Kondensatoreinrichtung (10) nachgeschaltet ist, in welcher das aus dem Aktivkohlefilter (3) austretende Gemisch aus Luft und Kraftstoffdampf abkühlbar und der Kraftstoffanteil durch Kondensation trennbar ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine als Verdichter auf der Frischluftseite des Aktivkohlefilters und/oder als Saugvorrichtung auf der Brennkraftmaschinenseite zwischen dessen Kühler und dem Aktivkohlefilter (3) angeordnete Pumpeneinheit (5) vorgesehen ist.
Kraftstoffanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuer- bzw. Regelabhängigkeit des Volumenstroms der Pumpeneinheit (5) von für die Regenerierung des Aktivkohlefilters (3) relevanten Zustandsgrößen vorgesehen ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anwendung auf einen Hybrid-Antrieb mit einer Aktivierung der Pumpeneinheit (5) in Stillstandsphasen der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung der Pumpeneinheit (5) im Fahrzeugbetrieb und im Stillstand des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Aktivierung der Pumpeneinheit (5) nur im Stillstand des Fahrzeugs oder nur im Betrieb des Fahrzeugs vorgesehen ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zwischenspeicher (15) in der Rückleitung (11) für den kondensierten Kraftstoffanteil von der Kondensatoreinrichtung (10) zu dem Kraftstoffvorratsbehälter (2) vorgesehen ist.
Kraftstoffanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der kondensierte Kraftstoffanteil in den Kraftstoffvorratsbehälter (2) rückführbar ist.
Kraftstoffanlage nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Pumpeneinheit (5) unter Verwendung einer elektrischen Pumpe mit nur relativer Dichtheit, insbesondere eine Flügelzellenpumpe, vorgesehen ist.