DE4412275A1

DE4412275A1 - Verfahren zum Entlüften einer Brennstoffanlage für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE4412275A1
Application number: DE4412275A
Authority: DE
Inventors: Rudolf Dipl Ing Moz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1994-04-09
Filing date: 1994-04-09
Publication date: 1995-10-12
Also published as: US5542396A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Entlüften einer Brennstoffanlage für eine Brennkraftmaschine nach der Gattung des Anspruchs 1.

Es ist schon eine Brennstoffanlage bekannt (DE-OS 40 03 751) bei der die in einem Brennstofftank einer Brennkraftmaschine ausgasenden Brennstoffdämpfe abgesaugt werden, um aus Umweltschutzgründen Emissionen, insbesondere von Kohlenwasserstoffen, in die Umgebung zu vermeiden. Die Brennstoffdämpfe werden vom Brennstofftank über eine Tankleitung in einen in Form eines Aktivkohlefilters ausgebildeten Adsorptionsfilter eingeleitet, der die Brennstoffdämpfe adsorbiert, beziehungsweise zurückhält und zwischenspeichert. Wegen des begrenzten Aufnahmevolumens eines derartigen Adsorptionsfilters muß dieser regeneriert, das heißt, mit Luft gespült werden, wozu eine Belüftungsleitung am Adsorptionsfilter vorgesehen ist. Durch den sich beim Betrieb in einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine einstellenden Unterdruck wird Luft aus der Umgebung über die Belüftungsleitung in den Adsorptionsfilter eingesaugt, wobei der im Adsorptionsfilter gespeicherte Brennstoff mitgerissen wird und sich mit der angesaugten Luft vermischt, um anschließend in Form eines Brennstoff-Luft-Gemisches über ein Regenerierventil in das Ansaugrohr eingeleitet in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verbrennen. Dabei stellt das zwischen dem Adsorptionsfilter und dem Ansaugrohr zwischengeschaltete und von einem elektronischen Steuergerät angesteuerte Regenerierventil sicher, daß die Einleitung des Brennstoff-Luft-Gemisches in das Ansaugrohr nur bei ausgewählten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erfolgt, damit einerseits die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine nicht erhöht werden und andererseits eine hohe Laufruhe der Brennkraftmaschine gewährleistet bleibt. Der Anteil des in das Ansaugrohr eingeleiteten Brennstoff-Luft-Gemisches ist im wesentlichen von der Druckdifferenz zwischen dem im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck zum Umgebungsdruck bestimmt, wobei jedoch aus Gründen des Fahrverhaltens und geringer Abgasemissionen trotz hoher Druckdifferenz im Leerlauf der Brennkraftmaschine nur wenig Brennstoff-Luft-Gemisch in das Ansaugrohr eingeleitet werden darf. Demgegenüber wäre bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Vollastbereich eine Einleitung des Brennstoff-Luft-Gemisches in das Ansaugrohr problemlos, ohne Beeinträchtigung des Fahrverhaltens und Erhöhung der Abgasemissionen vorstellbar, was jedoch wegen der bei höherer Drehzahl vorliegenden, geringen Druckdifferenz zwischen Ansaugrohrunterdruck und Umgebungsdruck nicht möglich ist.

Weiterhin besitzt die eingangs genannte Vorrichtung ein Absperrventil, das an der Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters vorgesehen ist und welches wie das Regenerierventil vom elektronischen Steuergerät angesteuert wird, um in Schließstellung die Belüftungsleitung abzusperren. Die Ansteuerung des Absperrventils erfolgt ausschließlich zu Überprüfungszwecken der Dichtheit und der Funktionstüchtigkeit der Brennstoffanlage und wird nur in bestimmten Intervallen, beispielsweise nach jedem Start der Brennkraftmaschine und nur bei bestimmten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine und zwar im unteren Teillastbereich, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine, durchgeführt. Bei der Überprüfung wird sowohl das Regenerierventil als auch das Absperrventil vom elektronischen Steuergerät angesteuert, damit das Regenerierventil eine Öffnungsstellung und das Absperrventil eine Schließstellung annimmt, so daß sich der beim Betrieb der Brennkraftmaschine im Ansaugrohr herrschende Unterdruck bis zum Brennstofftank fortpflanzen kann. Mittels eines im Brennstofftank untergebrachten Drucksensors wird dabei der Aufbau des Unterdrucks im Brennstofftank überwacht, welcher nur bei dichter und funktionstüchtiger Brennstoffanlage einen bestimmten Wert in etwa von der Größe des Ansaugrohrunterdruckes annehmen kann. Wird dieser Wert erreicht, so kann auf die Funktionstüchtigkeit und Dichtheit der Brennstoffanlage geschlossen werden. In allen anderen Betriebsbereichen, im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast, wird das Absperrventil nicht vom elektronischen Steuergerät angesteuert und verbleibt in Öffnungsstellung, da aufgrund der geringen Druckdifferenz zwischen Ansaugrohrunterdruck und Umgebungsdruck keine Überwachung des Aufbaus des Unterdrucks im Brennstofftank in sinnvoller Weise möglich ist.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß zusätzlich in Betriebsbereichen der oberen Teillast und insbesondere der Vollast der Brennkraftmaschine eine Entlüftung der Brennstoffanlage erfolgt. Vorteilhafterweise reduziert sich dabei der Anteil des im unteren Teillastbereich in das Ansaugrohr einleitbaren Brennstoff-Luft-Gemisches, so daß ein verbessertes Fahrverhalten mit verringerten Abgasemissionen erzielbar ist.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Verfahrens möglich.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Die Zeichnung zeigt schematisch eine mit 1 gekennzeichnete Brennstoffanlage einer Brennkraftmaschine mit einem Brennstofftank 2, der zur Versorgung der nicht näher dargestellten Brennkraftmaschine mit Brennstoff dient. Das erfindungsgemäße Verfahren zum Entlüften der Brennstoffanlage 1 ist insbesondere zum Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehen. Die Brennstoffanlage 1 besitzt ein elektromagnetisch betätigbares Regenerierventil 4 und einen Adsorptionsfilter 3, der über eine Tankleitung 10 mit dem Brennstofftank 2 und über eine Verbindungsleitung 11 mit dem Regenerierventil 4 verbunden ist. In Stillstandsphasen oder in Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine, in denen das Regenerierventil 4 geschlossen ist, strömen die vom Brennstofftank 2 ausgasenden, flüchtigen Bestandteile des Brennstoffes über die Tankleitung 10 in den Adsorptionsfilter 3, um in diesem adsorbiert, beziehungsweise zurückgehalten und zwischengespeichert zu werden. Um sicherzustellen, daß keine Brennstoffdämpfe vom Brennstofftank 2 über eine am Adsorptionsfilter 3 vorgesehene Belüftungsleitung 14 in die Umgebung entweichen können, besitzt dieser ein ausreichend dimensioniertes Bauvolumen mit entsprechender Speicherkapazität für Brennstoffdämpfe, damit die Brennstoffdämpfe im Adsorptionsfilter 3 gespeichert werden und höchstens Luft aus der Belüftungsleitung 14 strömen kann. Der Adsorptionsfilter 3 ist teilweise mit einem Adsorptionsmedium, insbesondere mit Aktivkohle 17 gefüllt, die zwischen zwei permeablen Begrenzungswänden 28, 29 im Innern des Adsorptionsfilters 3 eingeschlossen ist. Der in der Zeichnung dargestellte Adsorptionsfilter 3 ist zum Beispiel in sogenannter Tauchsondenbauweise ausgebildet, bei der eine in der Zeichnung gestrichelt dargestellte, einzelne Zuführung der Tankleitung 10 in die Aktivkohle 17 hineinragt, wobei die Verbindungsleitung 11 mit einem Hohlraum 36 des Adsorptionsfilters 3 verbunden ist. Der Hohlraum 36 ist von einer Innenwandung 9 des Adsorptionsfilters 3 und der in der Zeichnung oben dargestellten Begrenzungswand 28 begrenzt. Es ist auch möglich, den Adsorptionsfilter 3 in sogenannter Kurzschlußbauweise auszubilden, bei der mittels eines in T- Form ausgebildeten, nicht näher dargestellten Anschlußstutzens beispielsweise die Tankleitung 10 und die Verbindungsleitung 11 direkt miteinander verbunden werden, so daß an der Übergangsstelle von Tankleitung 10 zu Verbindungsleitung 11 nur eine einzelne Zuführung in den Hohlraum 36 des Adsorptionsfilters 3 hineinreicht.

Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht Unterdruck in einem Ansaugrohr 15 der Brennkraftmaschine, so daß bei offenem Regenerierventil 4 und zur Umgebung offener Belüftungsleitung 14 die Brennstoffdämpfe im Brennstofftank 2 und insbesondere der im Adsorptionsfilter 3 zwischengespeicherte Brennstoff abgesaugt werden. Dabei strömt durch den Unterdruck im Ansaugrohr 15 Luft aus der Umgebung über die Belüftungsleitung 14 in den Adsorptionsfilter 3 ein, wobei der in der Aktivkohle 17 gespeicherte Brennstoff mitgerissen wird. Dadurch reichert sich die angesaugte Luft mit Brennstoff an, wobei der Adsorptionsfilter 3 regeneriert wird. Anschließend strömt die mit Brennstoff vermischte Luft in Form eines Brennstoff-Luft- Gemisches über die Verbindungsleitung 11 zum Regenerierventil 4 und von diesem über eine Ventilleitung 12 in das Ansaugrohr 15 stromabwärts einer Drosselklappe 16 ein. In dem Ansaugrohr 15 strömt in Richtung eines eingezeichneten Pfeils 18 ein Medium, zum Beispiel Luft oder bin Brennstoff-Luft-Gemisch, das sich mit dem eingeleiteten Brennstoff-Luft-Gemisch vermischt, um danach stromabwärts der in dem Ansaugrohr 15 drehbar eingebrachten Drosselklappe 16 in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verbrennen.

Die Einleitung des Brennstoff-Luft-Gemisches in das Ansaugrohr 15 darf jedoch nur gezielt, das heißt, nur bei ausgewählten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine erfolgen, damit einerseits die Abgasemissionen der Brennkraftmaschine nicht erhöht werden und andererseits eine hohe Lauf ruhe der Brennkraftmaschine gewährleistet bleibt. Zur Bestimmung der Betriebsbereiche ist ein elektronisches Steuergerät 20 vorgesehen, welches elektrische Signale von Sensoren, beispielsweise eines nicht näher dargestellten, die Motordrehzahl erfassenden Drehzahlsensors, auswertet, um das Regenerierventil 4 nur bei ausgewählten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine entsprechend anzusteuern. Zusätzlich zum Drehzahlsensor ist ein Drehwinkelgeber 32 in Form eines Präzisionspotentiometers vorgesehen, der über eine Steuerleitung 24 mit dem elektronischen Steuergerät 20 verbunden ist, um drehfest an einer Stellwelle 33 der Drosselklappe 16 entsprechend der jeweiligen Verdrehstellung der Drosselklappe 16 einen bestimmten Widerstandswert anzunehmen, beziehungsweise ein bestimmtes Spannungssignal dem elektronischen Steuergerät 20 zuzuführen. Aus der Verdrehstellung der Drosselklappe 16, beziehungsweise aus den Spannungssignalen des Drehwinkelgebers 32 kann mit Hilfe des elektronischen Steuergeräts 20 der aktuelle Betriebszustand der Brennkraftmaschine, insbesondere auch der Leerlauf und die Vollast ermittelt werden, wobei der Ansaugrohrunterdruck im Ansaugrohr 15 implizit aus der Verdrehstellung des Drosselklappe 16 errechenbar ist. Es ist auch möglich, wie im Ausführungsbeispiel dargestellt ist, zur Bestimmung des Ansaugrohrunterdruckes einen ersten Drucksensor 34 stromabwärts der Drosselklappe 16 im Ansaugrohr 15 vorzusehen. Der erste Drucksensor 34 ist über eine Steuerleitung 25 mit dem elektronischen Steuergerät 20 verbunden, um dem Steuergerät 20 entsprechend dem im Ansaugrohr 15 herrschenden Ansaugrohrunterdruck ein elektrisches Signal zuführen.

Das Regenerierventil 4 ist über eine Steuerleitung 23 mit dem elektronischen Steuergerät 20 verbunden und wird von diesem nur bei bestimmten, von Sensoren ermittelten Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine angesteuert, um in Öffnungsstellung über die Ventilleitung 12 das Brennstoff-Luft-Gemisch in das Ansaugrohr 15 einzuleiten. Das elektronische Steuergerät 20 ist außerdem über eine Steuerleitung 22 mit einem elektromagnetisch betätigbaren Absperrventil 5 verbunden, das an der Belüftungsleitung 14 des Adsorptionsfilters 3 vorgesehen ist, um zum Beispiel in bestromtem Zustand eine Schließstellung und in stromlosem Zustand eine Öffnungsstellung anzunehmen. Wie in der eingangs genannten Schrift nach der DE-OS 40 03 751 zu entnehmen ist, ist dort ein derartiges Absperrventil 5 ausschließlich zu Überprüfungszwecken der Funktionstüchtigkeit und der Dichtheit der Brennstoffanlage 1 vorgesehen und wird nur im unteren Lastbereich, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine, in bestimmten Intervallen, beispielsweise nach jedem Start der Brennkraftmaschine, kurzzeitig vom elektronischen Steuergerät 20 angesteuert, das heißt geschlossen. Die Überprüfung der Brennstoffanlage 1, beziehungsweise das Ansteuern des Absperrventils 5 erfolgt ausschließlich im unteren Lastbereich, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine, da nur in diesem Betriebsbereich eine ausreichende Druckdifferenz zwischen dem Ansaugrohrunterdruck und dem Umgebungsdruck vorhanden ist. Dabei wird in bekannter Weise mittels eines im Brennstofftank 2 untergebrachten, zweiten Drucksensors 35 nach dem Schließen des Absperrventils 5 und dem Öffnen des Regenerierventils 4 der Unterdruckaufbau im Brennstofftank 2 überwacht, der bei funktionstüchtiger Brennstoffanlage 1 in etwa dem Ansaugrohrunterdruck entsprechen muß. Der zweite Drucksensor 35 ist über eine Steuerleitung 26 mit dem elektronischen Steuergerät 20 verbunden, um entsprechend dem im Brennstofftank 2 herrschenden Unterdruck elektrische Signale dem Steuergerät 20 zuzuführen. In allen anderen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast ist keine Überprüfung der Brennstoffanlage 1 möglich, da hierfür die Druckdifferenz zwischen Ansaugrohrunterdruck und Umgebungsdruck zu gering wäre, da sich nur ein geringer Unterdruck im Brennstofftank 2 aufbaut.

Erfindungsgemäß wird das Absperrventil 5, beispielsweise zusätzlich zur Überprüfung der Brennstoffanlage 1, auch im oberen Teillastbereich und insbesondere im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine vom elektronischen Steuergerät 20 angesteuert, um in Schließstellung die Belüftungsleitung 14 abzusperren, damit keine Luft aus der Umgebung in die Belüftungsleitung 14 in den Adsorptionsfilter 3 einströmen kann. Zeitgleich zur Ansteuerung des Absperrventils 5 oder vor dem Ansteuern des Absperrventils 5 wird das Regenerierventil 4 ebenfalls vom elektronischen Steuergerät 20 angesteuert, damit sich dieses in Öffnungsstellung befindet, um bei geöffnetem Regenerierventil 4 und abgesperrter Belüftungsleitung 14 im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine Brennstoffdämpfe des Brennstofftanks 2 über die Tankleitung 10 in den Adsorptionsfilter 3 und von diesem über die Verbindungsleitung 11 zum Regenerierventil 4 und über die Ventilleitung 12 in das Ansaugrohr 15 einzuleiten. Das Ausströmen der Brennstoffdämpfe vom Brennstofftank 2 in das Ansaugrohr 15 wird durch eine Druckdifferenz zwischen dem Ansaugrohrunterdruck im Ansaugrohr 15 und dem sich aus einzelnen Partialdrücken der einzelnen Bestandteile des Brennstoffes zusammensetzenden Dampfdruck im Brennstofftank 2 bewirkt. Diese Druckdifferenz baut sich durch das Öffnen des Regenerierventils 4 durch eine Ausgleichsströmung wieder ab, wobei unterstützt durch den Ansaugrohrunterdruck die Brennstoffdämpfe vom Brennstofftank 2, beziehungsweise vom Adsorptionsfilter 3 in das Ansaugrohr 15 einströmen. Dies ist nur im oberen Teillastbereich und insbesondere im Vollastbereich der Brennkraftmaschine der Fall, da nur in diesen Betriebsbereichen der Betrag des Ansaugrohrunterdruckes gegenüber dem Umgebungsdruck kleiner ist als und der Betrag des Brennstofftanküberdrucks gegenüber dem Umgebungsdruck. Die Ausgleichsströmung ist insbesondere bei durch den Betrieb der Brennkraftmaschine erwärmtem Brennstoff besonders ausgeprägt, da bei erwärmten Brennstoff relativ viel Brennstoff im Brennstofftank 2 ausgast, so daß sich eine große Druckdifferenz zwischen dem Ansaugrohrunterdruck und dem Dampfdruck im Brennstofftank 2 ergibt, die sich durch die Ausgleichsströmung beim Öffnen des Regenerierventils 4 bei geschlossenem Absperrventil 5 im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine wieder abbaut, wobei Brennstoffdämpfe des Brennstofftanks 2 in das Ansaugrohr 15 eingeleitet werden. Beispielsweise baut sich bei geschlossenem Regenerierventil 4 und geschlossenem Absperrventil 5 für handelsüblichen Brennstoff, zum Beispiel für eine gemischverdichtende, fremdgezündete Brennkraftmaschine, schon bei relativ niedriger Brennstofftemperatur von etwa 40° Celsius ein erheblicher Dampfdruck im Brennstofftank 2 auf, der Werte von über 1,9 Bar Überdruck im Brennstofftank 2 annehmen kann.

Vorteilhafterweise bewirkt die erfindungsgemäße Einleitung der Brennstoffdämpfe im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine zusätzlich zur herkömmlichen Einleitung im unteren Teillastbereich, daß sich der Anteil der einleitbaren Brennstoffdämpfe im unteren Teillastbereich, insbesondere im Leerlauf der Brennkraftmaschine, deutlich reduziert, so daß ein verbessertes Fahrverhalten mit verringerten Abgasemissionen erzielbar ist. Die im Bereich der oberen Teillast und insbesondere im Bereich der Vollast erfindungsgemäße Einleitung der Brennstoffdämpfe ist äußerst problemlos, ohne Verschlechterung des Fahrverhaltens und ohne Erhöhung der Abgasemissionen zu bewerkstelligen, da in diesen Betriebsbereichen bereits von vorgesehenen Einspritzaggregaten der Brennkraftmaschine ein Höchstmaß an Brennstoff der Verbrennung zugeführt wird, so daß sich der Anteil der über das Regenerierventil 4 eingeleiteten Brennstoffdämpfe nicht nachteilig auswirkt.

Da der Fall auftreten kann, daß einerseits das Absperrventil 5 am Adsorptionsfilter 3, beispielsweise durch einen Defekt in Schließstellung verbleibt und andererseits die Brennkraftmaschine im Stillstand mit geschlossenem Regenerierventil 4 einer starken Erwärmung ausgesetzt wird, kann sich durch verstärkt ausgasende Brennstoffdämpfe ein enormer Überdruck im Brennstofftank 2 aufbauen, der dann aus Sicherheitsgründen über eine am Brennstofftank 2 vorgesehene Sicherheitsvorrichtung 40 in Form eines Überdruckventils in die Umgebung entweichen muß. Zusätzlich umfaßt die Sicherheitsvorrichtung 40 noch ein Unterdruckventil, da auch der Fall auftreten kann, daß während der Fahrt beim Betrieb der Brennkraftmaschine das Absperrventil 5 in Schließstellung verbleibt, so daß sich durch Öffnen des Regenerierventils 4 unter Umständen ein erheblicher Unterdruck im Brennstofftank 2 aufbaut, der dann aus Sicherheitsgründen bei einem bestimmten Unterdruck durch Öffnen des Unterdruckventils durch in den Brennstofftank 2 einströmende Luft ausgeglichen werden muß.

Claims

1. Verfahren zum Entlüften einer Brennstoffanlage für eine Brennkraftmaschine, bei dem Brennstoffdämpfe eines Brennstofftanks in ein Adsorptionsfilter und über ein eine Öffnungsstellung oder eine Schließstellung einnehmendes Regenerierventil in ein Ansaugrohr der Brennkraftmaschine einleitbar sind, wobei der Adsorptionsfilter über ein eine Öffnungsstellung oder eine Schließstellung einnehmendes Absperrventil mit einer Belüftungsleitung in Verbindung zur Atmosphäre steht, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einleitung der Brennstoffdämpfe in das Ansaugrohr (15) im Bereich der oberen Teillast und/oder im Bereich der Vollast der Brennkraftmaschine das Regenerierventil (4) in eine Öffnungsstellung und das Absperrventil (5) in eine Schließstellung gebracht werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst das Regenerierventil (4) in eine Öffnungsstellung und danach das Absperrventil (5) in eine Schließstellung gebracht wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in etwa zeitgleich das Regenerierventil (4) in eine Öffnungsstellung und das Absperrventil (5) in eine Schließstellung gebracht wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Regenerierventil (4) und das Absperrventil (5) als elektromagnetisch betätigbare Ventile ausgebildet sind.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Bereichs, in dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, ein Drehwinkelgeber (32) an einem Drosselorgan (16) vorgesehen ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ermittlung des Bereichs, in dem die Brennkraftmaschine betrieben wird, ein erster Drucksensor (34) in dem Ansaugrohr (15) stromabwärts eines Drosselorgans (16) der Brennkraftmaschine untergebracht ist.