DE19617386C1 - Tankentlüftungssystem für eine direkteinspritzende Brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Tankentlüftungssystem für eine, ein luftunterstütztes Einspritzsystem aufweisende, direktein­ spritzende Brennkraftmaschine.

Brennkraftmaschinen mit Direkteinspritzung beinhalten ein großes Potential zur Reduktion des Kraftstoffverbrauches bei geringem Schadstoffausstoß. Im Gegensatz zur Saugrohrein­ spritzung bei einer Otto-Brennkraftmaschine, bei der Kraft­ stoffin das Saugrohr eingespritzt wird, sich dort mit der angesaugten Luft vermischen kann und als ein im wesentlichen homogenes Luft/Kraftstoffgemisch in den Zylinder strömt, wird bei einer Direkteinspritzung Kraftstoff mit hohem Einspritz­ druck direkt in den Verbrennungsraum gepreßt. Der Kraftstoff muß in möglichst kleinen Tröpfchen in den Brennraum des Zy­ linders gebracht und durch Schichtladung ein fettes, zündfä­ higes Luft/Kraftstoffgemisch an der Zündkerze erzielt werden.

Zur besseren Gemischaufbereitung ist es bekannt, sogenannte luftunterstützte Einspritzsysteme einzusetzen. Dabei wird der Kraftstoffstrahl der Einspritzdüse mit Luft ummantelt, was einen wesentlich homogener ausgebildeten Strahl zur Folge hat. Die hohe Strömungsgeschwindigkeit verbessert die Zer­ stäubung des Kraftstoffes erheblich und sorgt für ein gleich­ mäßigeres Gemisch und damit zu einem geringeren Schadstoff­ ausstoß der Brennkraftmaschine. Der positive Einfluß der Luftumströmung des Einspritzstrahls auf die HC-Emissionen ist besonders im Leerlauf und in der Warmlaufphase bei Teillast wichtig.

Ein solches Einspritzventil zur kombinierten Einspritzung von Kraftstoff und Luft für eine direkteinspritzende Brennkraft­ maschine ist beispielsweise in der DE 42 39 280 A1 beschrie­ ben.

Außerdem ist es bekannt, Brennkraftmaschinen mit Kraftstoff­ verdunstungs-Rückhaltesystemen, in der Regel auch als Tank­ entlüftungsanlagen bezeichnet, auszustatten. Der Zweck sol­ cher Anlagen besteht darin, das Ausdampfen von Kohlenwasser­ stoffen aus dem Kraftstofftank an die Atmosphäre zu vermei­ den. Hierzu weist z. B. die aus DE 40 12 111 C1 bekannte Tank­ entlüftungsanlage einen Kraftstofftank auf, der über eine Leitung mit einem Aktivkohlebehälter verbunden ist. Die durch die Erwärmung des Kraftstoffes verdampfenden Kohlenwasser­ stoffe werden in diesem Behälter adsorbiert. In bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine wird ein normaler­ weise geschlossenes Tankentlüftungsventil in einer Regenerie­ rungsleitung zwischen Aktivkohlebehälter und Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine mittels Signalen einer elektronischen Steuerungseinrichtung geöffnet, so daß der im Saugrohr herr­ schende Unterdruck die Kraftstoffdämpfe aus dem Aktivkohlebe­ hälter absaugen und der Verbrennung in den Zylindern zuführen kann. Ein am Aktivkohlebehälter angeordnetes Belüftungsventil ist dann offen, so daß Spülluft durch den Behälter strömen und die Aktivkohle regeneriert werden kann.

Bei direkteinspritzenden Brennkraftmaschinen mit Ladungs­ schichtung kann während des Betriebes mit Zylinderladungs­ schichtung keine Spülung des Aktivkohlebehälters durchgeführt werden, da die Spülgase welche in den Ansaugtrakt der Brenn­ kraftmaschine eingeleitet werden, nicht vollständig verbren­ nen können. Die Spülgase werden nämlich über den gesamten Brennraum homogen verteilt. Im Brennraum verbrennt jedoch nur das Gemisch, das in der Nähe der Zündkerze geschichtet ist und eine Luftzahl besitzt, bei der kein Erlöschen der Flam­ menfront bei der Ausbreitung auftritt. Im Rest des Brennrau­ mes erlischt die Flammenfront, weil das Gemisch nicht inner­ halb der Zündgrenzen liegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zur Tankentlüftung einer, mit Direktein­ spritzung und luftunterstütztem Einspritzsystem arbeitenden Brennkraftmaschine anzugeben.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst, soweit sie nicht im vorstehenden Text der Beschreibungs­ einleitung als bekannt herausgestellt sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Un­ teransprüchen.

Durch Beimengung der vom Aktivkohlebehälter abgesaugten Spül­ luft zu dem Luftstrom des luftunterstützten Einspritzsystems wird der Kraftstoff aus dem Aktivkohlebehälter geschichtet in den Brennraum eingebracht und kann vollständig verbrennen.

Der Kompressor für die Erzeugung der Zerstäubungsluft des Einspritzsystems wird gleichzeitig für die Spülung des Aktiv­ kohlefilters verwendet. Damit ist eine kostengünstige Aktiv­ kohlefilterspülung möglich. Der Kompressor kann entweder di­ rekt mit dem Motor über eine Antriebseinrichtung verbunden sein oder elektrisch angetrieben sein. Der elektrische An­ trieb des Kompressors hat den Vorteil, daß die Luft für die Kraftstoffzerstäubung bereits beim Motorstart zur Verfügung steht.

Der Luftkompressor wird mit einer Saugdrosselung geregelt. Damit ist eine energetisch günstige Regelung des Drucks für die Luftunterstützung möglich. Der Anschluß des Aktivkohle­ filterbehälters erfolgt zwischen Saugdrossel und Luftkompres­ sor. Der erzeugte Unterdruck wird durch das Tankentlüftungs­ ventil moduliert, wodurch eine Steuerung des Tankentlüf­ tungsstromes möglich ist. Die Spülung des Aktivkohlebehälters ist in allen Betriebszuständen möglich., in denen der Luftkom­ pressorvolumenstrom gedrosselt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens wird anhand der nachfolgenden schematischen Zeichnungsfigur näher erläutert.

Bei der anhand eines Blockschaltbildes dargestellten Tankent­ lüftungslage sind nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Mit dem Bezugs­ zeichen 10 ist dabei ein Kraftstofftank bezeichnet, dessen Einfüllstutzen mit einem Tankdeckel luftdicht verschließbar ist. Der Kraftstofftank ist über eine Entlüftungsleitung 11 mit einem Adsorptionsbehälter 12 verbunden. Dieser Adsorpti­ onsbehälter enthält beispielsweise ein Aktivkohlefilter zum vorübergehenden Speichern der aus dem Kraftstofftank ausga­ senden Kohlenwasserstoffe. Eine Regenerierungsleitung 13 führt vom Adsorptionsbehälter 12 zu einem luftunterstützten Einspritzsystem 14. In der Regenerierungsleitung 13 ist ein elektromagnetisches Durchflußsteuerventil, im nachfolgenden als Tankentlüftungsventil 15 bezeichnet, angeordnet. Durch entsprechende Ansteuerung mit Signalen von einer für die Steuerung der Brennkraftmaschine ohnehin notwendigen Steue­ rungseinrichtung 16 kann die Durchflußmenge in der Regenerie­ rungsleitung 13 kontinuierlich eingestellt werden.

Weitere Steuerparameter, die zum Betrieb der Brennkraftma­ schine benötigt werden, wie beispielsweise Drehzahl, Tempera­ tur des Kühlmittels, Drosselklappenwinkel und Luftmasse sind ebenfalls der Steuerungseinrichtung 16 zugeführt und sind allgemein in der Figur mit dem Bezugszeichen 17 gekennzeich­ net. Über diese Parameter wird in der Steuerungseinrichtung 16 u. a. der Lastzustand der Brennkraftmaschine erkannt. Auch werden diese Parameter derart aufbereitet und weiterverarbei­ tet, daß bei bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftma­ schine eine Spülung des Adsorptionsbehälters oder eine Über­ prüfung der Dichtheit der Tankentlüftungsanlage eingeleitet und durchgeführt werden kann.

Damit eine Spülung des Adsorptionsbehälters 12 erfolgen kann, ist eine Belüftungsleitung 18 vorgesehen, die über ein Luft­ filter 19 mit der Atmosphäre in Verbindung steht und zur Dia­ gnose der Tankentlüftungsanlage mittels eines elektromagneti­ schen Belüftungsventils 20 durch ein geeignetes Ansteuersig­ nal von der Steuerungseinrichtung 16 absperrbar ist. Von der Belüftungsleitung 18 zweigt ein nicht näher bezeichneter An­ schluß für einen Drucksensor 21 ab. Als Drucksensor kann da­ bei bevorzugt ein Differenzdrucksensor verwendet werden, der die Differenz zwischen dem Druck in der Tankentlüftungsanlage und der Atmosphäre erfaßt. Das Ausgangssignal des Drucksen­ sors wird der Steuerungseinrichtung 16 zugeführt.

In die Regenerierungsleitung 13 ist eine Druckerzeugungsein­ richtung in Form eines elektrisch angetriebenen Luftkompres­ sors 22 eingeschaltet, der über eine nicht näher bezeichnete Leitung von Signalen der Steuerungseinrichtung angesteuert wird und die Luft für das luftunterstützte Einspritzsystem 14 liefert.

Alternativ hierzu kann der Luftkompressors 22 auch von der Brennkraftmaschine selbst über eine mechanische Kupplung an­ getrieben werden.

Stromabwärts des Luftfilters 19 zweigt eine Luftzufuhrleitung 23 ab, die an einer Stelle in die Luftzufuhrleitung 23 zwi­ schen dem Tankentlüftungsventil 15 und dem Einlaß des Luft­ kompressors 22 in die Regenerierungsleitung 13 mündet. Mit Hilfe eines eingeschalteten Drosselventils 24 läßt sich die Luftmenge, die dem luftunterstützten Einspritzsystem 14 zuge­ führt wird, regeln.

Der zur Verbrennung notwendige Kraftstoff KST wird über einen nicht dargestellten Kraftstoffkreislauf dem luftunterstützten Einspritzsystem 14 unter Druck zugeleitet, während die Ver­ brennungsluft über ein Ansaugrohr 25 während des Ansaugtaktes durch ein geöffnetes Einlaßventil 26 in einen Brennraum 27 eines Zylinders 28 einströmt. Eine Zündkerze 29 dient zum Entzünden des geschichteten Gemisches im Brennraum 27. Nach erfolgter Verbrennung strömt das Abgas bei geöffnetem Auslaß­ ventil 30 durch einen Abgastrakt 31 zu einem nachgeschalteten Katalysator zur Umwandlung schädlicher Abgasbestandteile (nicht gezeigt).

In Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, bei denen keine Spülung der Aktivkohle des Adsorptionsbehälters 12 erfolgt, ist das Tankentlüftungsventil 15 geschlossen und das Belüf­ tungsventil 20 offen. Der Luftkompressor 22 fördert dann Frischluft über das Luftfilter 19, die Luftzufuhrleitung 23 und das Drosselventil 24 zu dem luftunterstützten Einspritz­ system 14.

Soll in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine, vorzugsweise im Teillastbetrieb ein Spülvorgang des Adsorp­ tionsbehälters durchgeführt werden, so wird das Tankentlüf­ tungsventil 15 geöffnet. Dadurch saugt der Luftkompressor 22 zusätzlich zur Frischluft auf die oben beschriebene Weise über das weiterhin geöffnete Belüftungsventil 20 auch mit Kraftstoff angereicherte Spülluft aus dem Adsorptionsbehälter 12 an, so daß Kraftstoff aus dem Aktivkohlefilter des Adsorp­ tionsbehälters 12 geschichtet in den Brennraum 27 eingebracht und vollständig verbrannt werden kann.

Die Diagnose des Tanksystems auf Dichtheit erfolgt bei klei­ nem Luftmassenbedarf, d. h. bei niedriger Drehzahl und gerin­ ger Last der Brennkraftmaschine, damit die Leistung des Luft­ kompressors klein gehalten werden kann. Die Diagnose des Tanksystems kann mit der Unterdruckmethode durchgeführt wer­ den, wie es beispielsweise in der DE 40 12 111 C1 beschrieben ist (Tankentlüftungsventil 15 und Belüftungsventil 20 werden geschlossen und die Druckänderung mit dem Drucksensor 21 ge­ messen).

Claims (8)

1. Tankentlüftungssystem für eine direkteinspritzende Brenn­ kraftmaschine

• - mit einem luftunterstützten Einspritzsystem (14), dem Kraftstoff (KST) und Zerstäubungsluft unter Druck zugeführt und direkt in einen Brennraum (27) eines Zylinders (28) der Brennkraftmaschine eingespritzt wird,
• - mit einem Adsorptionsbehälter (12) zum Auffangen und Zwi­ schenspeichern von aus einem Kraftstofftank (10) austreten­ den Kraftstoffdämpfen und
• - mit Mitteln (18, 20; 15, 22), die den im Adsorptionsbehälter (14) gespeicherten Kraftstoff in bestimmten Betriebsberei­ chen der Brennkraftmaschine der Zerstäubungsluft des luf­ tunterstützten Einspritzsystems (14) beimengen.

2. Tankentlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Zerstäubungsluft für das luftunterstützte Einspritzsystem (14) mittels eines Luftkompressors (22) be­ reitgestellt wird, dessen Ansaugseite mittels einer Luftzu­ fuhrleitung (23) mit der Atmosphäre und mittels einer Regene­ rierungsleitung (13) mit dem Adsorptionsbehälter (12) ver­ bindbar ist.

3. Tankentlüftungssystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß in der Luftzufuhrleitung (23) ein Drossel­ ventil (24) zur Regelung des Druckes für das luftunterstütz­ te Einspritzsystem (14) angeordnet ist.

4. Tankentlüftungssystem nach einem der An­ sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in der Regenerierungslei­ tung (13) ein steuerbares Tankentlüftungsventil (15) angeord­ net ist, dessen Öffnungsgrad zur Spülung des Adsorptionsbe­ hälters (12) abhängig von dessen Beladungsgrad eingestellt wird.

5. Tankentlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftkompressor (22) des luftunterstützten Einspritzsystems (14) elektrisch angetrieben wird.

6. Tankentlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftkompressor (22) des luftunterstützten Einspritzsystems (14) von der Brennkraftmaschine angetrieben wird.

7. Tankentlüftungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Luftzufuhrleitung (23) und der Regenerie­ rungsleitung (18) ein gemeinsames Luftfilter (19) zugeordnet ist.

8. Tankentlüftungssystem nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftzufuhrleitung (23) stromabwärts des Tankentlüftungsventils (15) in die Regenerierungsleitung (13) mündet.