DE19941347C1 - Verfahren zum Regenerieren eines mit Kohlenwasserstoffen beladenen Aktivkohlebehälters - Google Patents

Abstract

Zur Regenerierung eines Aktivkohlebehälters (13), der in einer Tankentlüftungsleitung (12) sitzt, wird das Regenerierventil (16) im Leerlauf der Brennkraftmaschine in die maximale Öffnungsstellung gebracht und zugleich die Drosselklappe (18) etwas geöffnet. Dadurch ergibt sich ein höherer Luftmassenstrom im Ansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1), und der Anteil an durch die Regenerierung eingebrachten Kohlenwasserstoffen bleibt konstant. Um die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine (1) konstant zu halten, wird eine Momentenreserve z. B. durch eine Zündwinkelkorrektur aufgebracht.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regenerieren eines mit Kohlenwasserstoffen beladenen Aktivkohlebehälters.

Aufgrund des Dampfdruckes liegt im Tank eines Kraftfahrzeuges neben flüssigem Kraftstoff ständig auch gasförmiger Kraft­ stoff vor. Da der Tank eine Entlüftungsöffnung zum Druckaus­ gleich haben muß, würden durch Verdampfen von Kraftstoff ständig Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre entweichen, wo­ bei dieser Effekt mit der Temperatur des Kraftstoffes an­ steigt. Durch den Einsatz von Aktivkohlebehältern, die in die Entlüftungsleitung geschaltet sind und verdampfte Kohlenwas­ serstoffe aus dem Tank adsorbieren, lassen sich solche Koh­ lenwasserstoffemissionen vermeiden. Dies ist erforderlich, um die gesetzlichen Auflagen bei Verdampfungsverlusten zu erfül­ len.

Der Tank ist somit nur über einen Aktivkohlebehälter belüf­ tet. Wegen des begrenzten Aufnahmevolumens der Aktivkohle muß dieser Aktivkohlebehälter bzw. die darin befindliche Aktiv­ kohle regeneriert werden. Dazu wird bei laufender Brennkraft­ maschine Luft aus der Umgebung über den Aktivkohlebehälter angesaugt, über eine Regenerierleitung in den Ansaugtrakt eingespeist und so der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zu­ geführt. Dabei wird der Unterdruck im Ansaugtrakt ausgenutzt, um die Luft über die Regenerierleitung anzusaugen. Um dabei die Abgasemissionen innerhalb gewünschter Grenzen zu halten, und die Laufeigenschaften der Brennkraftmaschine nicht nega­ tiv zu beeinflussen, muß eine gezielte Einleitung der durch den Aktivkohlebehälter gesaugten und mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Luft in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine erfolgen, und die normal zugeführte Kraftstoffmenge bei­ spielsweise durch eine Einspritzkorrektur angepaßt werden.

Aus der DE 197 01 353 C1 ist es bekannt, diese Einspritzkor­ rektur durch die ohnehin bei einer mit einem Drei-Weg- Katalysator ausgerüsteten Brennkraftmaschine vorhandene Lamb­ da-Regelung zu erreichen.

Dazu steuert ein Steuerungssystem ein Regenerierventil an, das in die Regenerierleitung geschaltet ist. Durch geeignetes Öffnen des Regenerierventils kann man den Spülstrom, der durch den Aktivkohlebehälter gesaugt und in den Ansaugtrakt eingeleitet wird, einstellen. Dabei ist der Spülstrom eine Funktion des Öffnungsquerschnittes, den das Regenerierventil freigibt, der Druckdifferenz zwischen Ansaugtrakt und Umge­ bung und der Temperatur des Spülstroms.

Der Spülstrom wird deshalb durch geeignete Ansteuerung des Regenerierventils mit kennfeldgestützten Werten eingestellt.

Dabei besteht jedoch die Schwierigkeit, daß diese Korrektur der Kraftstoffmenge von dem durch die Regenerierung in den Ansaugtrakt eingeleiteten Massenstrom an Kohlenwasserstoffen, welcher wesentlich durch den Spülstrom beeinflußt wird, ab­ hängt. Es ist also die Kenntnis der Regenerierventilstellung nötig. Man benötigt deshalb ein Regenerierventil, das sehr exakt eingestellt werden kann und vorzugsweise eine Lagerück­ meldung ermöglicht.

Solche Ventile sind jedoch relativ teuer. Darüber hinaus wird insbesondere bei kleinen Öffnungsquerschnitten der Fehler zwischen Soll- und Ist-Wert relativ groß, weshalb nach dem Stande der Technik beispielsweise im Leerlauf, bei dem auf­ grund des hohen Unterdrucks im Ansaugtrakt das Regenerierven­ til fast vollständig geschlossen werden müßte, bislang keine Regenerierung möglich ist (vgl. Kraftfahrttechnisches Ta­ schenbuch, 22. Aufl., VDI-Verlag, 1995, S. 477).

Aus der DE 44 35 420 C1 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Steuerung einer Brennkraftmaschine bekannt, bei wel­ cher im Rahmen einer Antriebsschlupfregelung Einspritzunge ausgeblendet und der Zündwinkel zur Drehmomentenreduzierung korrigiert wird. Ferner sind Zusatzfunktionen wie Abgasrück­ führung und/oder Tankentlüftung vorgesehen. Während des An­ triebsschlupfregelbetriebs und der Reduzierung des Motordreh­ moments durch Ausblenden einzelner Einspritzungen werden die­ se zwangsweise abgeschaltet, bei einer Reduzierung des Motor­ drehmoments zur Regelung des Antriebsschlupfes ausschließlich durch Zündwinkelkorrektur werden diese Zusatzfunktionen je­ doch aufrecht erhalten.

In der DE 44 07 475 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Steuerung der Antriebsleistung eines Fahrzeugs beschrie­ ben, bei welchem auf der Basis eines Sollwertes für das von der Antriebseinheit abzugebende Drehmoment das Verhältnis der der Antriebseinheit zugeführten Luft und des zugeführten Kraftstoffs sowie der Zündwinkel und/oder die Kraftstoffzu­ fuhr zu einzelnen Zylindern beeinflusst wird im Sinne einer Bereitstellung des Sollmomentenwerts.

Aus der DE 197 08 937 A1 ist ein Verfahren zum Betreiben ei­ ner Brennkraftmaschine bekannt, das ein Kraftstoffver­ dunstungsrückhaltesystem aufweist, bei dem die aus einem Kraftstoffbehälter in ein Aktivkohlebehälter strömende Kraft­ stoffdämpfe von diesem zurückgehalten werden und einem Saug­ rohr der Brennkraftmaschine zuführbar sind. Dabei ist vorge­ sehen, dass ein Füllungsgrad des Aktivkohlebehälters ermit­ telt und der Betrieb der Brennkraftmaschine zumindest in Ab­ hängigkeit des ermittelten Füllungsgrades geregelt wird.

Aus der DE 197 39 567 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrich­ tung zur Steuerung des Drehmoments einer Antriebseinheit ei­ nes Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei aus mehreren Sollwerten ein Sollmomentenwert zur Einstellung der Füllung und wenigstens ein Sollmomentenwert zur Einstellung von Leistungsparametern einer Brennkraftmaschine, die eine schnelle Drehmomentsänderung bewirken, gebildet wird. Die beiden Sollmomentenwerte sind dabei unterschiedlich, wobei bei der Bildung dieser Sollmomentenwerte wenigstens ein un­ terschiedlicher und/oder korrigierter Sollwert zugrunde liegt.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Regenerieren eines mit Kohlenwasserstoffen beladenen Ak­ tivkohlebehälters anzugeben, mit dem die Präzisionsanforde­ rung an das Regenerierventil gemindert ist und mit dem insbe­ sondere im Leerlauf eine Regenerierung durchgeführt werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 gekennzeichnete Erfindung gelöst.

Erfindungsgemäß erfolgt die Regenerierung im Leerlauf der Brennkraftmaschine. Dabei wird das Drosselorgan aus der ge­ schlossenen Stellung geöffnet, um den Unterdruck im Ansaug­ trakt zu mindern. Gleichzeitig saugt die Brennkraftmaschine dadurch einen höheren Luftmassenstrom an. In diesen Luft­ massenstrom kann natürlich ein höherer Massenstrom an Kohlen­ wasserstoffen eingebracht werden, weshalb das Regenerierven­ til weiter geöffnet werden kann. Dadurch steht das Regene­ rierventil in einer Stellung fern der minimalen Öffnung, in der auch kostengünstige Regenerierventile eine ausreichend hohe Genauigkeit haben. In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung genügt sogar ein einfaches Zwei-Stellungs- Ventil.

Um nun zu verhindern, daß durch die Öffnung der Drosselklappe die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine steigt, wird vom Leerlaufregler eine Momentenreserve aufgebaut. Unter Momen­ tenreserve wird dabei ein Bündel von Maßnahmen verstanden, die sich mindernd auf das von der Brennkraftmaschine abgege­ bene Moment auswirken, so daß insgesamt die Drehzahl konstant bleibt. Eine bekannte Maßnahme zum Aufbau einer solchen Mo­ mentenreserve ist beispielsweise die Veränderung des Zündwin­ kels.

Durch den erhöhten Spülstrom durch das Regenerierventil ver­ ringert sich die Zeit, die zum Regenerieren des Aktivkohlebe­ hälters nötig ist. Darüber hinaus kann durch die höhere Ge­ nauigkeit des Regenerierventils im größeren Öffnungsbereich die Anpassung der Kraftstoffmenge exakter werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen gekennzeichnet.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnung in einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Die einzige Figur der Zeichnung zeigt ein Blockschaltbild einer Brennkraftmaschine mit Tank, Aktivkohlebehälter und den zur Regenerierung nötigen Vorrichtungen.

In der Figur ist schematisch eine Brennkraftmaschine 1 darge­ stellt, die einen Ansaugtrakt 2 aufweist, in den über Ein­ spritzventile 5, die von einer Einspritzschiene 6 mit Kraft­ stoff versorgt werden, Kraftstoff eingespritzt wird. Im An­ saugtrakt 2 befindet sich eine Drosselklappe 18 und stromauf davon ein Luftmassenmesser 19, in den über eine Ansaugöffnung 20 Ansaugluft geleitet wird.

Die Einspritzschiene 6 wird über eine Kraftstoffleitung 7, die aus einem Pumpenmodul 8 gespeist wird, mit Kraftstoff versorgt. Das Pumpenmodul 8 sitzt in einem Tank 4, der über einen Stutzen 11 befüllbar ist. Im Tank 4 befindet sich Kraftstoff 10. Im darüber befindlichen Hohlraum des Kraft­ stoffes 4 befindet sich Kraftstoffdampf 9. Der Tank 4 ist weiter über eine Tankentlüftungsleitung 12, die in einen Be­ lüftungsanschluß 14 mündet, an die Umgebung angekoppelt, so daß ein Druckausgleich erfolgen kann.

In die Tankentlüftungsleitung 12 ist ein Aktivkohlebehälter 13 geschaltet, in dem sich Kohlenwasserstoff adsorbierendes Aktivkohlematerial befindet. Dadurch ist sichergestellt, daß aus der Tankentlüftungsleitung 12 keine Kohlenwasserstoffe an den Belüftungsanschluß 14 abgegeben werden können, da die Kohlenwasserstoffe im Aktivkohlematerial adsorbiert werden.

Der Aktivkohlebehälter 13 ist über eine Regenerierleitung 15 mit dem Ansaugtrakt 2 der Brennkraftmaschine verbunden, wobei die Regenerierleitung 15 zwischen der Brennkraftmaschine 1 und der Drosselklappe 18 in den Ansaugtrakt 2 mündet. In die Regenerierleitung 15 ist ein Regenerierventil 16 geschaltet, das über ein Stellglied 17 betätigt wird. Dieses Regenerier­ ventil 16 wird auch als Tankentlüftungsventil bezeichnet. Ein Steuergerät 21 ist über nicht näher bezeichnete Leitungen mit dem Luftmassenmesser 19, der Drosselklappe 18, den Einspritz­ ventilen 5 und dem Stellglied 17 des Regenerierventils 16 so­ wie einer im Abgastrakt 3 der Brennkraftmaschine 1 befindli­ chen Lambda-Sonde 22 verbunden und liest über diese Leitungen entsprechende Meßwerte aus bzw. steuert die entsprechenden Bauteile an.

Im Aktivkohlebehälter 13 wird nun Kraftstoffdampf adsorbiert. Um zu verhindern, daß bei vollständiger Beladung des Aktiv­ kohlebehälters 13 ein Durchbruch von Kohlenwasserstoffen zum Belüftungsanschluß 14 erfolgt, wird der Aktivkohlebehälter 13 im Betrieb der Brennkraftmaschine regeneriert. Dazu wird ein Spülstrom durch die Regenerierleitung 15 erzeugt, der vom Be­ lüftungsanschluß 14 durch den Aktivkohlebehälter 13 in den Ansaugtrakt 2 läuft. Dabei macht man sich den Unterdruck im Ansaugtrakt 2 zunutze und treibt den Spülstrom durch diesen Unterdruck. Da der Spülstrom durch die Regenerierleitung 14 kohlenwasserstoffhaltig ist, ergibt sich beim Spülen ein Koh­ lenwasserstoffeintrag in die von der Brennkraftmaschine 1 durch den Ansaugtrakt 2 angesaugte Luftmasse. Im Rahmen der Lambda-Regelung korrigiert das Steuergerät 21 die Ansteuerung der Einspritzventile 5 entsprechend, so daß durch eine ent­ sprechend geringere Kraftstoffmenge beim Einleiten des Spül­ stroms in den Ansaugtrakt 2 dennoch die Brennkraftmaschine um Lambda = 1 betrieben wird.

Das Steuergerät 21 überwacht beispielsweise durch Modellrech­ nungen ständig den Beladungsgrad des Aktivkohlebehälters 13. Es ist allerdings aus der DE 197 01 353 C1 auch bekannt, den Beladungsgrad aus der Verstimmung des Lambda-Reglers zu be­ stimmen. Ergibt sich nun, daß der Aktivkohlebehälter 13 rege­ neriert werden muß, öffnet das Steuergerät 21 in einer Leer­ laufphase das Regenerierventil 16 mittels des Stellgliedes 17 fast vollständig. Gleichzeitig wird die Drosselklappe 18 aus der Leerlaufstellung, in der sie fast vollständig geschlossen ist, etwas geöffnet. Dadurch stellt sich ein höherer Luft­ massenstrom in die Ansaugöffnung 20 ein, der im Luftmassen­ messer 19 entsprechend erfaßt wird. Durch die Öffnung der Drosselklappe 18 gegenüber der Leerlaufstellung kann das Re­ generierventil 16 aus zwei Gründen relativ weit, zumindest jedoch in einem Bereich ausreichender Stellgenauigkeit, ge­ öffnet werden:

• 1. Der Unterdruck im Ansaugtrakt 2 stromab der Dros­ selklappe 18 sinkt. Dadurch stellt sich bei gegebener Öffnung des Regenerierventils 16 ein geringerer Spül­ strom durch die Regenerierleitung 15 ein.
• 2. Aufgrund des höheren Luftmassenstroms durch den An­ saugtrakt 2, der der Brennkraftmaschine 1 zugeführt wird, kann ein höherer Spülstrom mit dem damit verbunde­ nen höheren Massenstrom an Kohlenwasserstoffen verkraf­ tet werden, und das Verhältnis zwischen Massenstrom an Kohlenwasserstoffen und angesaugter Luftmasse bleibt dennoch gleich.

Das Steuergerät 21 muß natürlich bei Öffnung der Drosselklap­ pe 18 gegenüber der Leerlaufstellung dafür Sorge tragen, daß die Leerlaufdrehzahl der Brennkraftmaschine 1 konstant bleibt. Dies wird bei einem momentenbasierten Leerlaufregler durch den Aufbau einer Momentenreserve bewirkt, beispielswei­ se durch Verstellung des Zündwinkels, Lambda-Variation, Zy­ linderabschaltung oder Veränderung der Abgasrückführrate. Da­ zu sei angemerkt, daß ein momentenbasierter Leerlaufregler eine konstante, von der Drehzahlabweichung zwischen Soll- und Ist-Drehzahl abhängige Momentenanforderung so verarbeitet, daß sich durch Variation momentenbeeinflussender Betriebspa­ rameter die Soll-Drehzahl unter Berücksichtigung einer exter­ nen Momentenanforderung (z. B. aus einer Fahrpedalstellung) einstellt. Die Momentenreserve ist also ein Maßnahmenpaket, das sich momentmindernd auswirkt und somit für sich alleine gesehen die Drehzahl absenken würde.

Zusätzlich reduziert das Steuergerät 21 die von den Ein­ spritzventilen 5 abgegebene Kraftstoffmenge durch folgendes Vorgehen:

Die Lambda-Regelung stellt mittels der Lambda-Sonde 22 im Ab­ gastrakt 3 bei Beginn der Regenerierung des Aktivkohlebehäl­ ters 13 eine Abweichung des Lambda-Wertes im Abgastrakt 3 fest. Das Steuergerät 21 korrigiert nun die von den Ein­ spritzventilen 5 abgegebene Kraftstoffmenge so, daß die Lambda-Sonde 22 wieder den gewünschten Wert um Lambda = 1 an­ zeigt. Ist im Ansaugtrakt 3 ein (nicht dargestellter) Drei- Weg-Katalysator vorgesehen, wird das Gemisch über die Ein­ spritzventile 5 dabei bekanntermaßen so geregelt, daß das Si­ gnal der Lambda-Sonde 22 eine Schwingung um den Wert Lambda = 1 ausführt.

Da diese Lambda-Regelung sehr empfindlich ist, wird die Rege­ neration so gestaltet, daß der Massenstrom an Kohlenwasser­ stoffen, der über die Regenerierleitung 15 im Spülstrom der Ansaugluft im Ansaugtrakt 2 zugeführt wird, rampenartig an­ steigt. Bei einem solchen rampenartigen Anstieg kann die Lambda-Regelung sehr feinfühlig reagieren. Bei einer sprung­ haften Änderung des der Ansaugluft zugeführten Massenstroms an Kohlenwasserstoffen ergäbe sich dagegen die Problematik einer Schwingung des Regelsystems. Dies wird dadurch ver­ schärft, daß der Spülstrom zu Beginn der Regenerierung die höchste Konzentration an Kohlenwasserstoffen hat.

Diese rampenartige Änderung kann nun mittels zwei verschiede­ ner Eingriffe bewirkt werden: Zum einen kann die Öffnung der Drosselklappe 18 rampenartig gestaltet werden, zum anderen kann das Regenerierventil 16 zunehmend geöffnet werden. Na­ türlich ist auch eine Kombination dieser beiden Eingriffe möglich.

Das Regenerierventil kann dazu wiederholt geöffnet und ge­ schlossen und das Tastverhältnis aus Öffnung und Schließung gesteigert werden. Dann genügt ein einfaches 2-Stellungs- Ventil, das nur zwischen "offen" und "geschlossen" schaltbar ist.

Durch das Öffnen der Drosselklappe 18 aus der Leerlaufstel­ lung wird vermieden, daß das Regenerierventil 16 bei Beginn der Regenerierung nur gering geöffnet werden darf. Die Stell­ genauigkeit des Regenerierventils 16 für kleine Öffnungen ist somit für die Regenerierung des Aktivkohlebehälters 13 ohne Belang.

Claims (6)

1. Verfahren zum Regenerieren eines mit Kohlenwasserstoffen beladenen Aktivkohlebehälters (13), der einerseits an die Um­ gebungsluft und andererseits über ein stellbares Regenerier­ ventil (16) an den Ansaugtrakt (2) einer Brennkraftmaschine (1) zwischen Brennkraftmaschine (1) und einem einstellbaren Drosselorgan (18) im Ansaugtrakt (2) angeschlossen ist, bei welchem Verfahren im Leerlauf der Brennkraftmaschine

• a) das Regenerierventil (16) in eine Stellung fern der mi­ nimalen Öffnung gestellt wird,
• b) gleichzeitig das Drosselorgan (18) aus einer dem Leer­ lauf zugeordneten Stellung geöffnet wird, um den Unterdruck im Ansaugtrakt (2) zu reduzieren, und
• c) durch Steuerungseingriff an der Brennkraftmaschine (1) eine Momentenreserve aufgebaut wird, die trotz der Öffnung des Drosselorgans (18) die Leerlaufdrehzahl konstant hält.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Momentenreserve durch mindestens einen der folgenden Steuerungseingriffe aufgebaut wird: Verstellung des Zündwinkels, Erhöhung der Abgasrückführrate, Variation des Lambda-Wertes und Zylinderabschaltung.

3. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Beladung des Aktivkohlebehälter (13) mit Kohlenwas­ serstoff ermittelt und in einem Beladungsgrad ausgedrückt wird, und daß die Momentenreserve abhängig vom Beladungsgrad aufgebaut wird.

4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regenerierventil (16) mit einer Tastrate wiederholt zwischen geschlossener und geöffneter Stellung geschaltet wird.

5. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Drosselorgan (18) während des Regenerierens immer weiter geöffnet wird, um einen Spülstrom zu erhöhen.

6. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Regenerierventil (16) während des Regenerierens immer weiter geöffnet wird, um einen Spülstrom zu erhöhen.