DE19708937A1

DE19708937A1 - Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE19708937A1
Application number: DE1997108937
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Krostewitz
Original assignee: Mannesmann VDO AG
Current assignee: Mannesmann VDO AG
Priority date: 1997-03-05
Filing date: 1997-03-05
Publication date: 1998-09-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine sowie eine Verfahren zum Be treiben einer Brennkraftmaschine gemäß den Merkmalen des Oberbegriffes der jeweiligen unabhängigen Patentansprüche.

Es sind Brennkraftmaschinen mit Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystemen be kannt. Diese Kraftstoffrückhaltesysteme begrenzen Verdunstungsemissionen die dadurch entstehen, daß Kraftstoff in einem Kraftstoffbehälter verdampft beziehungsweise sich erwärmt, zum Beispiel wegen Wärmestrahlung von außen oder wegen überschüssigen Kraftstoffes, der aus dem Kraftstoffkreislauf zurückfließt und sich im Motorraum erhitzt hat. Dadurch entstehen HC-Emis sionen, die hauptsächlich im Kraftstoffbehälter ausdampfen. Zu diesem Zweck begrenzen Kraftstoffrückhaltesysteme diese HC-Emissionen, was ins besondere aufgrund gesetzlicher Bestimmung für die Grenzwerte für Verdun stungsemissionen erforderlich ist.

Die Kraftstoffrückhaltesysteme sind mit einem Aktivkohlebehälter ausgerüstet, in dem eine Entlüftungsleitung aus dem Kraftstoffbehälter endet. Die Aktivkohle lagert den Kraftstoffdampf an und minimiert die Verdunstungsemissionen. Um die Aktivkohle immer wieder zu regenerieren, ist es bekannt, eine weitere Lei tung von dem Aktivkohlebehälter zu einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zu führen. Während des Betriebes der Brennkraftmaschine entsteht im Saug rohr ein Unterdruck, welcher bewirkt, daß Luft aus der Umgebung durch die Aktivkohle in das Saugrohr strömt und diese Luft die angelagerten Benzin dämpfe mitreißt und sie der Verbrennung in der Brennkraftmaschine zuführt. Ein Regenerierventil in der Leitung zu dem Saugrohr dosiert diesen Regene rierstrom. Der Regenerierstrom ist ein Luft-Kraftstoff-Gemisch, dessen Zusam mensetzung nicht bekannt ist. Denn es kann sowohl Frischluft als auch mit Benzindampf stark angereicherte Luft vom Aktivkkohlebehälter kommen.

Für die Regelung bei Brennkraftmaschinen ist deshalb dieser Regenerierstrom eine beachtliche Störgröße. Bei einem bekannten Kraftstoffverdunstungsrück haltesystem wird das Regenerierventil in regelmäßigen Zeitabständen geöffnet beziehungsweise geschlossen, wobei dies unabhängig von dem Füllungsgrad des Aktivkohlebehälters erfolgt, so daß aufgrund der unbekannten Störgröße ein beachtlicher Regelungsaufwand erforderlich ist, der zu einer Laufunruhe und zu einer erhöhten Schadstoffemission der Brennkraftmaschine führt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine anzugeben, womit eine verbesserte Spülung des Aktivkohlebehälters gegeben ist, wobei während der Spülung eine schlagartige beziehungsweise große Beeinträchtigung bei der Regelung des Betriebes der Brennkraftmaschine unterbleiben soll.

Diese Aufgabe ist durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche ge löst.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Füllungsgrad des Aktivkohle behälters ermittelt und der Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit des ermittelten Füllungsgrades geregelt. Dies hat den Vorteil, daß der Füllungs grad und damit die Zusammensetzung des Spülstromes (Kraftstoff-Luft-Ge misch) bekannt ist und somit diese Störgröße in die Regelung der Brenn kraftmaschine einfließen kann, so daß eine schlagartige Änderung der Stör- Größe weitestgehend ausgeschlossen ist.

Der Füllungsgrad des Aktivkohlebehälters kann beispielsweise mittels direkter Messung mit einem Sensor an beziehungsweise in dem Aktivkohlebehälter er folgen, wobei es weiterhin auch denkbar ist, beispielsweise die dem Aktivkoh lebehälter zuströmenden Kraftstoffdämpfe über eine vorgebbare Zeit zu ermit teln und daraus einen Füllungsgrad des Aktivkohlebehälters abzuleiten. Alter nativ oder ergänzend dazu kann auch vorgesehen sein, daß der aus dem Ak tivkohlebehälter strömende Spülstrom erfaßt und dessen Zusammensetzung ermittelt wird, wobei dann die ermittelte Zusammensetzung ein maß für die Regelung des Betriebes der Brennkraftmaschine ist.

In Weiterbildung der Erfindung erfolgt mit dem ermittelten Füllgrad bezie hungsweise mit der ermittelten Zusammensetzung des Spülstromes eine Vor steuerung einer Lamdaregelung der Brennkraftmaschine. Damit kann in belie bigen Betriebssituationen (Arbeitspunkten) der Brennkraftmaschine der Aktiv kohlebehälter gespült werden. Denkbar ist hier auch, daß die Spülung nur in bestimmten Arbeitsbereichen (in denen beispielsweise eine homogene Ge mischzusammensetzung vorliegt) erfolgt. So können beispielsweise bei inakti ver Lamdaregelung kleine oder gar keine Regeneriermengen zugelassen wer den, weil dann Gemischfehler nicht mehr ausgeregelt werden können. Das er findungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, daß auch präventiv eine Spülung des Aktivkohlebehälters erfolgen kann. Das heißt, immer dann, wenn beispielsweise aufgrund einer homogenen Gemischzusammensetzung eine Spülung des Aktivkohlebehälters möglich ist, wird diese auch durchgeführt, damit der Aktivkohlebehälter für den Fall weitestgehend entleert ist, daß eine Betriebsphase der Brennkraftmaschine erfolgt, in der eine Spülung nicht oder nur in geringem Masse möglich ist.

In Weiterbildung der Erfindung wird das Verfahren bei direkt einspritzenden, nach dem Otto-Prinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen angewendet. Bei di rekt einspritzenden Otto-Motoren liegt das größte Kraftstoffeinsparungspoten tial in der Entdrosselung des Motors, was bedeutet, daß die Gemischzusam mensetzung sehr mager ist (da sich beispielsweise die Drosselklappe im An saugtrakt in einem weitestgehend geöffneten Zustand befindet). Ein brennfähi ges Kraftstoff-Luft-Gemisch befindet sich daher nur noch an der Zündkerze (Ladungsschichtung) der Brennkraftmaschine. Bei dieser Ladungsschichtung ist eine Spülung (Regenierung) des Aktivkohlebehälters nicht möglich, da die abgesaugten Dämpfe homogen mit Kraftstoff durchsetzt sind und bei zu mage rer Zusammensetzung im Brennraum der Brennkraftmaschine nicht verbren nen, das heißt, daß unverbrannte Kohlenwasserstoffe im Abgas zu finden sind und sich bei fetter Zusammensetzung der abgesaugten Dämpfe die einge brachte Kraftstoffmenge erhöht und sich daraus resultierend das Brennkraftma schinenmoment erhöht, was ein Sicherheitsrisiko darstellen kann, da beispiels weise eine in ein Fahrzeug eingebaute Brennkraftmaschine ungewollt be schleunigen kann.

Da nunmehr die Störgröße (Füllungsgrad) bekannt ist, ist die Speicherkapazi tät des Aktivkohlebehälters optimal nutzbar und die Regenerierung erfolgt im homogenen Modus beziehungsweise ein Wechsel in den Wirkungsgrad ungünstigen, homogenen Modus ist nur für die benötigte Zeit zur Regenierung erforderlich. Dadurch ergibt sich eine weitere Kraftstoffeinsparung gegenüber den mit den bekannten Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystemen ausgerüste ten Brennkraftmaschinen. Das heißt, es muß nur immer dann regeneriert werden, wenn die Speicherkapazität des Aktivkohlebehälters nahezu erschöpft ist, so daß das Einsparungspotential des im Magerbetrieb betriebenen direkt einspritzenden Ottomotors maximal genutzt werden kann.

Eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystem ist im folgenden beschrieben, woraus sich weitere vorteilhafte Wirkungen ergeben, und anhand der Fig. 1 erläutert.

Fig. 1 zeigt ein Saugrohr 1 einer nicht weiter dargestellten Brennkraftmaschi ne, wobei das Saugrohr 1 einen Ansaugbereich 2, in dem sich beispielsweise ein Luftfilter befindet, und einen Auslaßbereich 3, der zu den Brennräumen der Brennkraftmaschine führt, aufweist. In diesem Saugrohr 1 ist in an sich bekann ter Weise eine Drosselklappe 4 angeordnet. Die für die Ansteuerung der Dros selklappe 4 erforderlichen Elemente (beispielsweise Stellmotor und deren An steuereinheit) sind nicht dargestellt, aber selbstverständlich vorhanden.

Weiterhin ist ein Kraftstofftank 5 vorhanden, von dem aus eine Kraftstoffleitung 6 zu einer Einspritzeinrichtung 7 der Brennkraftmaschine führt. Die Einspritz ventile der Einspritzeinrichtung 7 werden von einer Steuereinrichtung 8 in Ab hängigkeit von erfaßten Parametern (Betriebsgrößen und Umgebungsgrö ßen der Brennkraftmaschine und gegebenenfalls weiteren Größen) ange steuert und spritzen den Kraftstoff in das Saugrohr 1 beziehungsweise bei ei nem direkt einspritzenden Otto-Motor direkt in die Brennräume ein.

Von dem Kraftstofftank 5 führt eine weitere Leitung 9 zu einem Aktivkohlebehäl ter 10, in dem die aus dem Kraftstoffbehälter 5 entweichenden Kraftstoffdämpfe gesammelt werden. Der Aktivkohlebehälter 10 kann darüber hinaus auch weite re Anschlüsse haben, so daß beispielsweise beim Tanken austretende Kraft stoffdämpfe ebenfalls in diesem gesammelt werden können. Die in dem Aktiv kohlebehälter 10 gesammelten Kraftstoffdämpfe werden durch Ansteuerung eines Regenerierventiles 11 durch die Steuereinrichtung 8 dem Saugrohr 1 zu geführt. Eine Spülung (Regenerierung) erfolgt bei geöffnetem Regenerierventil 11 weitestgehend selbsttätig, da in dem Saugrohr 1 Unterdruck herrscht.

Erfindungsgemäß ist als Messeinrichtung ein Füllungsgradsensor 12 in oder an dem Aktivkohlebehälter 10 angeordnet, dessen Ausgangssignal ein maß für den Füllungsgrad ist und dieses Ausgangssignal der Steuereinrichtung 8 als Störgröße zugeführt wird, wobei die Steuereinrichtung 8 diese Störgröße als Vorsteuerung bei der Regelung (Lamdaregelung) des Betriebes der Brenn kraftmaschine berücksichtigt. Es ist auch denkbar, eine solche Messeinrichtung in der weiteren Leitung 9 zur Erfassung der austretenden Kraftstoffdämpfe oder auch in der Leitung zwischen dem Aktivkohlebehälter 10 und dem Regenerier ventil 11 beziehungsweise zwischen dem Regenerierventil 11 und dem Saug rohr 1 anzuordnen.

Während in Fig. 1 die einzelnen Elemente eines Kraftstoffverdunstungsrück haltesystems gezeigt sind, ist es auch denkbar, daß die Messeinrichtung Be standteil eines Tankmodules und über ein Bussystem mit der Steuereinrichtung 8 verbunden ist. Das heißt, daß beispielsweise Kraftstofftank 5, Aktivkohlebe hälter 10 und Füllungsgradsensor 12 sowie weitere für ein Kraftstoffversor gungssystem erforderliche Komponenten (wie beispielsweise Kraftstoffilter und Kraftstoffpumpe) zu einem Tankmodul zusammengefaßt sind und über ein Bussystem mit dem Motormanagementsystem verbunden sind, in dem sich dann die Steuereinrichtung 8 und deren zugehörigen Komponenten (wie bei spielsweise Sensoren zur Erfassung der Betriebs- und Umgebungsgrößen, Gaspedalsensor, Drosselklappenstellglied und weitere) befinden.

Bezugszeichenliste

1

Saugrohr

2

Ansaugbereich

3

Auslaßbereich

4

Drosselklappe

5

Kraftstoffbehälter

6

Kraftstoffleitung

7

Einspritzeinrichtung

8

Steuereinrichtung

9

weitere Leitung

10

Aktivkohlebehälter

11

Regenerierventil

12

Füllungsgradsensor

Claims

1. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffver dunstungsrückhaltesystem, bei dem die aus einem Kraftstoffbehälter in ei nen Aktivkohlebehälter strömenden Kraftstoffdämpfe von diesem zurückge halten werden und einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß ein Füllungsgrad des Aktivkohlebehälters ermittelt und der Betrieb der Brennkraftmaschine zumindest in Abhängigkeit des ermittelten Füllungsgrades geregelt wird.

2. Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffver dunstungsrückhaltesystem, bei dem die aus einem Kraftstoffbehälter in ei nen Aktivkohlebehälter strömenden Kraftstoffdämpfe von diesem zurückge halten werden und einem Saugrohr der Brennkraftmaschine zuführbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die in den Aktivkohlebehälter und/oder aus dem Aktivkohlebehälter strömenden Kraftstoffdämpfe ermittelt werden und der Betrieb der Brennkraftmaschine zumindest in Abhängigkeit des ermittel ten Füllungsgrades geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem ermittelten Füllungsgrad und/oder den ermittelten Kraftstoffdämpfen ei ne Vorsteuerung einer λ-Regelung der Brennkraftmaschine erfolgt.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn zeichnet, daß das Verfahren bei einer direkteinspritzenden, nach dem Otto-Prin zip arbeitenden Brennkraftmaschine angewendet wird.

5. Brennkraftmaschine mit einem Kraftstoffverdunstungsrückhaltesystem, wo bei ein Kraftstoffbehälter (5) mit einem Aktivkohlebehälter (10) und dieser unter Zwischenschaltung eines von einer Steuereinrichtung (8) ansteuerba ren Regenerierventiles (11) mit einem Saugrohr (1) der Brennkraftmaschine verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Messeinrichtung zur Ermittlung des Füllungsgrades des Aktivkohlebehälters (10) und/oder der in den Aktiv kohlebehälter (10) einströmenden und/oder aus dem Aktivkohlebehälter (10) ausströmenden Kraftstoffdämpfe.

6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Messeinrichtung Bestandteil eines Tankmodules und über ein Bussystem mit einer Steuereinrichtung (8) zur Regelung des Betriebes der Brennkraftma schine verbunden ist.

7. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die als Füllungsgradsensor (12) ausgebildete Messeinrichtung in oder an dem Aktivkohlebehälter (10) angeordnet ist.