DE10122056A1

DE10122056A1 - Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem

Info

Publication number: DE10122056A1
Application number: DE10122056A
Authority: DE
Inventors: Douglas Joseph Mancini; Thomas C Crowley; Jun Thomas Edwin Pearson
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2000-05-13
Filing date: 2001-05-07
Publication date: 2001-12-20
Also published as: US6367457B1

Abstract

Ein Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem für einen Verbrennungsmotor isoliert während des Spülens eines Kohlebehälters, welcher zur Speicherung von während des Tankens aus dem Kraftstofftank angesaugten Kraftstoffdampfes verwendet wird, den Kraftstofftank von dem Motor. Das Strömen von Dampf von dem Tank zu dem Behälter wird mittels eines Hauptdampfsteuerventils gesteuert und das Strömen von Dampf von dem Behälter zu dem Motor wird mittels eines Spülventils gesteuert. Druckwandler werden verwendet, um den Dampfdruck in dem Tank und in dem Behälter unabhängig zu erfassen. Ein elektronisches Steuergerät betätigt die Ventile zum Teil anhand der von den Druckwandlern erzeugten Druckinformationen.

Description

Gebiet der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen in Verbrennungsmotoren verwendete Kraftstoffdampf-Rückhaltesysteme und behandelt insbesondere ein System, welches während des Spülens von Dämpfen aus einem Kohlespeicherbehälter eine Kraftstofftankisolierung vorsieht.

Hintergrund der Erfindung

Kraftstoffdampf-Rückhaltesysteme unter Verwendung einer Kraftstoffdampfrückführung werden bei Fahrzeugen mit Verbrennungsmotorantrieb häufig verwendet, um zu verhindern, dass Kraftstoffdämpfe aus dem Benzintank eines Fahrzeugs in die Atmosphäre gelangen. Bekannte Kraftstoffdampf- Rückhaltesysteme verwenden typischerweise einen oder mehrere mittels Dampfleitungen mit dem Kraftstofftank und mit dem Motor gekoppelte Kohlebehälter sowie eine Reihe von Ventilen zur Steuerung des Strömens von Kraftstoffdämpfen zwischen dem Kraftstofftank, dem Behälter und dem Motor. Der Behälter, der mit dem Kraftstofftank gekoppelt ist, verwendet ein Aktivkohlebett zur Absorption der in dem Kraftstoff enthaltenen Kohlenwasserstoffe. Der Behälter wird in regelmäßigen Abständen gespült, indem man Umgebungsluft durch die Aktivkohle leitet, welche die Kohlenwasserstoffe desorbiert. Das resultierende Gemisch aus Luft und Kohlenwasserstoffen wird durch ein Spülventil zu dem Ansaugkrümmer des Motors geleitet und wird mit dem normalen Kraftstoffstrom vereint, so dass es in dem Motor verbrannt wird. Diese Systeme saugen während des Spülvorgangs auch Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank an, so dass die Dämpfe aus dem Tank und aus dem Behälter vereint werden, bevor sie in den Ansaugkrümmer gesaugt werden. Häufig werden Druckwandler zur Erfassung des Dampfdrucks an verschiedenen Punkten im System verwendet, um das System auf Leckstellen zu prüfen und um einem elektronischen Motorsteuergerät, das für den Betrieb der Ventile des Systems verwendet wird, Druckinformationen zu liefern.

Zwar sind bekannte Kraftstoffdampfsysteme verhältnismäßig wirksam, dennoch unterliegen sie weiteren Verbesserungen, welche die Emissionen von aus Kraftstoffdämpfen abgeleiteten Kohlewasserstoffen in die Atmosphäre verringern. Eines der Probleme bekannter Systeme ist die Notwendigkeit der Regulierung des vom Ansaugkrümmer aufgenommenen Dampfstroms in Reaktion auf die Änderungen des Dampfdrucks relativ zum Ansaugkrümmervakuum. Dieses Problem wird bei Kraftstoffrückführungssystemen verschärft, bei denen Dampf direkt aus dem Kraftstofftank in den Motor gesaugt wird. Wenn der Kraftstofftank nicht ganz voll ist und in dem Tank über dem Kraftstoff leeres Raumvolumen vorhanden ist, neigt der Kraftstoff zum Hin- und Herschwappen, wenn sich das Fahrzeug in Bewegung befindet, wodurch in dem Tank zusätzliche Kraftstoffdämpfe erzeugt werden und der Dampfdruck steigt. Diese Zunahme des Dampfdrucks steigert das Maß der Dampfströmung zum Ansaugkrümmer, welcher dann durch entsprechendes Modulieren des Dampfstroms durch das Spülventil in den Motor ausgeglichen werden muss. Bei einem schnellen Ansteigen bzw. Fallen des Dampfdrucks im Kraftstofftank ist es jedoch nicht immer möglich, das Strömen der Dämpfe in den Krümmer präzis zu modulieren. Dadurch wird die kombinierte Menge aus Kraftstoff und Dämpfen, die in dem Motor verbrannt wird, nicht so präzis gesteuert, wie dies erwünscht ist. Daher wäre es wünschenswert, das Strömen der Kraftstoffdämpfe in den Ansaugkrümmer präziser zu steuern, um eine effizientere Kraftstoffverbrennung zu erreichen und die Emissionen von Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre zu verringern.

Zusammenfassende Beschreibung der Erfindung

Eine allgemeine Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Kraftstoffdampf- Rückhaltesystem zu Hand zu geben, welches den Kraftstofftank während des normalen Motorbetriebs isoliert, um so eine präzisere Steuerung der Zufuhr der rückgeführten Kraftstoffdämpfe zu dem Ansaugkrümmer eines Verbrennungsmotors zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird durch ein Ventilsystem erreicht, welches den Kraftstofftank von einer Spülungsleitung isoliert, welche während des Normalbetriebs eines Fahrzeugs in einem Kohlebehälter gespeicherte Dämpfe durch ein moduliertes Spülventil in einen Ansaugkrümmer des Motors leitet. Während eines Tankvorgangs ist das Spülventil jedoch geschlossen und ein Hauptdampfsteuerventil geöffnet, welches dem Kraftstoffdampf in dem Kraftstofftank ein Strömen in den Kohlebehälter ermöglicht. Nach dem Tanken werden, solange der Motor noch abgeschaltet ist, beide Ventile geschlossen, um das Strömen von Dämpfen zwischen dem Tank, dem Behälter und dem Motor zu verhindern.

Somit führt nach einer Erscheinungsform der Erfindung das Kraftstoffdampf- Rückhaltesystem dem Verbrennungsmotor Kraftstoffdampf zu. Das System umfasst einen Kraftstoffspeichertank, in welchem Kraftstoffdampf erzeugt wird, einen Behälter zum Speichern des im Tank erzeugten Kraftstoffdampfes und eine Strömsteueranordnung, welche während des Normalbetriebs des Motors die Dämpfe in dem Tank vom Motor isoliert. Die Strömsteueranordnung umfasst eine erste Dampfleitung, welche den Tank mit dem Behälter verbindet, ein Dampfsteuerventil zum Steuern des Strömens von Dampf durch die erste Leitung, eine zweite Dampfleitung, welche die erste Leitung mit dem Motor verbindet, und ein Spülventil zum Steuern des Strömens von Dampf durch die zweite Leitung zu dem Motor. Es sind erste und zweite Drucksensoren jeweils zum Erfassen des Kraftstoffdampfdrucks im Tank und in dem Behälter vorgesehen. Ein elektronisches Motorsteuergerät wird zur Betätigung der Ventile zum Teil anhand von den durch die ersten und zweiten Drucksensoren gelieferten Informationen verwendet.

Nach einer weiteren Erscheinungsform der Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung des Strömens von Kraftstoffdampf von einem Kraftstofftank zu einem Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem vorgesehen. Das Verfahren umfasst die Schritte des Ermöglichens eines Kraftstoffdampfströmens von einem Dampfspeicherbehälter zu dem Motor, während gleichzeitig verhindert wird, dass der Kraftstoffdampfstrom in einem Kraftstofftank in den Behälter oder den Motor gelangt. Das Verfahren umfasst weiterhin während eines Tankvorgangs die Schritte der Unterbindung eines Strömens von Dampf in den Motor, während ein Strömen von Dampf von einem Kraftstofftank zu dem Behälter ermöglicht wird.

Die obigen Aufgaben und weitere offensichtliche Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung gehen aus der nachfolgenden eingehenden Beschreibung der besten Art der Durchführung der Erfindung in Verbindung mit den Begleitzeichnungen mühelos hervor.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein kombiniertes Block- und Schemadiagramm der bevorzugten Ausführung des erfindungsgemäßen Systems.

Eingehende Beschreibung der bevorzugten Ausführung

Unter Bezug auf Fig. 1 wird ein Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem verwendet, um den Kraftstoffdampf zurückzuführen, der in einem Kraftstofftank 10 enthalten ist, welcher verdampften Kraftstoff speichert, der zum Antrieb eines Verbrennungsmotors 14 verwendet wird, wie er zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Im Tank 10 entwickelt sich Kraftstoffdampf in Folge eines Tankvorgangs oder in Folge eines Herumschwappens des Kraftstoffs in einer Luftmenge im Tank, wenn der Tank nicht ganz mit Kraftstoff gefüllt ist, wodurch der Dampf erzeugt wird.

Der Tank 10 ist mit einem manchmal als "Überschlag"-Ventil bezeichneten Dampfereignisventil 20 versehen, um das Entweichen von Kraftstoff aus einem Tank 10 im Falle eines Überschlagens des Fahrzeugs zu verhindern. Der Tank 10 ist geschlossen, dadurch erzeugt eine Akkumulation von Dampf darin einen Dampfdruck. Der Auslass des Entlüftungsventils 20 ist durch eine erste Dampfleitung 22 mit dem Auslass des Dampfbehälters 12 gekoppelt. Der Behälter 12 ist von gut bekannter Art, welche ein Aktivkohlebett zur Adsorption von im Kraftstofftank enthaltenen Kohlewasserstoffen umfasst. Während eines Tankvorgangs speichert der Behälter 12 die Kohlenwasserstoffe des Dampfes, während ihre Freigabe an die Atmosphäre verhindert wird, bis dieser gesättigt ist, zu welchem Zeitpunkt die darin gespeicherten Kraftstoffdämpfe durch Ansaugen von Frischluft durch den Behälter 12 desorbiert werden, wie später erläutert wird.

Der Auslass des Entlüftungsventils 20 ist mittels der Dampfleitung 22 mit einem magnetbetriebenen Hauptdampfsteuerventil 24 gekoppelt, welches das Strömen des Dampfes aus dem Tank 10 zu dem Behälter 12 steuert. Der Auslass des Behälters 12, der mit der Leitung 22 gekoppelt ist, dient auch als Einlass, wenn während eines Tankvorgangs ein Strömen von Dampf von dem Tank 10 zu dem Behälter ermöglicht werden soll, wie später beschrieben wird. Ein Druckwandler 26 ist in der Leitung 22 gekoppelt und dient zwischen dem Hauptventil 24 und dem Behälter 12 zur Erfassung des Drucks der Dämpfe in dem Behälter 12, wenn das Hauptventil 24 geschlossen ist. Ein Druckwandler 34 ist auch in dem Tank 10 angebracht, um den Druck des Kraftstoffdampfes darin zu erfassen. Die Druckwandler 26, 34 arbeiten unabhängig, so dass die Dampfdrücke in dem Behälter 12 und dem Tank 10 jeweils unabhängig erfasst werden.

Eine zweite Dampfzufuhrleitung 28 ist zwischen der ersten Leitung 22 und dem Einlass eines Spülventils 30 gekoppelt, dessen Auslass mit dem (nicht abgebildeten) Ansaugkrümmer des Motors 14 verbunden ist. Das Spülventil 30 wird elektrisch gesteuert, zum Beispiel durch Impulsbreitenmodulation, wobei der Arbeitszyklus zur Einstellung des Ventils verwendet wird, um den Volumenstrom der zu dem Motor 14 geleiteten Dämpfe zu steuern.

Der Behälter 12 umfasst eine Frischlufteinlassleitung 36, welche mit dem Auslass eines magnetbetriebenen Behälters, dem normalerweise geschlossenen Entlüftungsventil 32, verbunden ist. Das Behälterentlüftungsventil 32 besitzt einen mit einer Entlüftungsleitung 38 gekoppelten Einlass, der zur Umgebungsatmosphäre hin offen ist.

Ein elektronisches Motorsteuergerät (EEC) 16 steuert den Betrieb der Ventile 24, 30 und 32 anhand der von den Druckwandlern 26 und 34 erhaltenen Dampfdruckinformationen sowie anderer Informationen von einem einer Vielzahl von weiteren Sensoren 18, welche zum Beispiel einen Abgas-/Sauerstoffsensor umfassen können, der Änderungen des Kraftstoffgehalts der in den Motor 14 gelangenden Luft und Dampfes feststellt.

Im Betrieb sammeln sich Kraftstoffdämpfe in dem geschlossenen Kraftstofftank 10, so dass sich darin ein Dampfdruck entwickelt, der von dem Wandler 34 erfasst wird, während das Hauptventil 24 während des normalen Motorbetriebs geschlossen ist. Bei geschlossenem Hauptventil 24 erfasst der Druckwandler 26 den Druck des Dampfes an dem Auslass des Behälters 12 und der Druckwandler 34 erfasst unabhängig den Druck des Dampfes in dem Tank 10. Wenn die Motor 14 bei Normalbetrieb läuft, schließt EEC 16 das Ventil 24 und öffnet das Ventil 30 und 32. In diesem Zustand wird unterbunden, dass Dampf in dem Tank 10 entweder in den Behälter 12 oder die Dampfleitung 28 strömt und wird somit von dem Behälter 12 und dem Motor 14 isoliert. Wenn EEC 16 das Öffnen des normalerweise geschlossenen Behälterventils 32 anordnet, wird durch die Leitungen 36, 38 Frischluft in den Behälter 12 gesaugt und Kraftstoffdämpfe werden unter Einwirkung des Unterdrucks des Ansaugkrümmers durch das Spülventil 30 in den Motor 14 gesaugt. Abhängig von den von den Sensoren 18 festgestellten Motorbetriebsbedingungen sowie vom Druck des Dampfes im Behälter 12 wird das Spülventil 30 so moduliert, dass es den Volumenstrom des Kraftstoffdampfes in den Motor 14 steuert. Wenn der Behälter 12 vollständig von Kraftstoffdampf gereinigt wurde, signalisiert EEC 16 dem Spülventil 30 zu schließen. In jedem Fall hält EEC 16, während die Ventile 30 und 32 offen sind, das Hauptventil 24 geschlossen, wodurch das direkte Strömen des Dampfes von dem Tank 10 zu dem Motor 14 verhindert wird.

Während des nächsten Tankvorgangs signalisiert EEC 16 dem Ventil 32 zu öffnen, während es das Spülventil 30 geschlossen hält. Während des Tankvorgangs strömt ein in dem Tank 10 vorhandener Kraftstoffdampf durch das Entlüftungsventil 20 und die Leitung 22 hinaus durch das offene Ventil 24 in den Behälter 12, wo die Dämpfe adsorbiert werden und somit ihr Entweichen in die Atmosphäre verhindert wird. Am Ende des Tankvorgangs schließt EEC 16 bei abgeschaltetem Motor 14 das Ventil 24 und hält die Ventile 30 und 38 weiterhin in ihrem geschlossenem Zustand. Unter diesen Bedingungen wird bei weiterhin abgeschaltetem Motor 14 ein Strömen von Dampf zwischen dem Tank 10 und dem Behälter 12 unterbunden. Das Strömen des Dampfes von dem Behälter 12 zu dem Motor 14 wird analog unterbunden und es wird dank der Tatsache, dass das Behälterventil 32 geschlossen ist, verhindert, dass etwaige Dämpfe in dem Behälter 12 durch die Leitungen 36, 38 an die Atmosphäre entweichen.

Bei Neuanlassen des Motors 14 wird die zuvor beschriebene Zyklus wiederholt. Das heißt: die Ventile 30 und 32 werden geöffnet, damit in dem Behälter 12 gespeicherter Dampf durch die Leitung 28 an dem Spülventil 30 vorbei in den Ansaugkrümmer des Motors 14 strömen kann, bis der Behälter 12 vom Dampf geleert ist, zu welchem Zeitpunkt das Spülventil 30 geschlossen wird und bis zum nächsten Spülvorgang geschlossen bleibt. Unter normalen Betriebsbedingungen wird, wenn sich der Dampfdruck in der Leitung 22 zu einem vorbestimmten Druck aufbaut, was anzeigt, dass der Behälter nahezu voll ist, und was vom Druckwandler 26 festgestellt wird, ein weiterer Spülzyklus eingeleitet.

Zwar wurde die Erfindung in ihrer bevorzugten Ausführung gezeigt und beschrieben, doch für einen Fachmann auf dem Gebiet ist klar, dass hieran viele Änderungen und Abwandlungen vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Claims

1. Kraftstoffdampf-Rückhaltesystem zur Zufuhr von Kraftstoffdampf an einen Verbrennungsmotor, welches Folgendes umfasst:
einen Kraftstoffspeichertank mit einer Auslassöffnung, damit Kraftstoffdämpfe aus dem Tank austreten können;
einen Behälter zum Speichern des im Tank erzeugten Kraftstoffdampfes, wobei der Behälter eine erste Öffnung zur Aufnahme von Luft in den Behälter und eine zweite Öffnung sowohl zur Aufnahme von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank als auch zur Ermöglichung des Austretens des gespeicherten Kraftstoffdampfes aus dem Behälter bei Spülen des Behälters aufweist;
eine erste Dampfleitung, welche die Tankauslassöffnung mit der zweiten Auslassöffnung verbindet;
ein Dampfsteuerventil zum Steuern des Strömens von Dampf durch die erste Dampfleitung;
eine zweite Dampfleitung, welche die erste Dampfleitung mit dem Motor verbindet;
ein Spülventil zum Steuern des Strömens von Dampf durch die zweite Leitung zu dem Motor;
einen ersten Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Kraftstoffdampfes im Tank;
einen zweiten Drucksensor zum Erfassen des Drucks des Dampfes in dem Behälter unabhängig von dem Druck im Tank;
ein mit den ersten und zweiten Drucksensoren verbundenes Steuergerät zum Steuern des Betriebs des Dampfventils und des Spülventils, so dass der Tank von dem Motor und dem Behälter isoliert ist, wenn der Behälter gespült wird.

2. System nach Anspruch 1, welches ein normalerweise geschlossenes Behälterentlüftungsventil umfasst, das mit dem Steuergerät zum Steuern des Luftstroms in den Behälter durch die Behältereinlassöffnung funktionell verbunden ist.

3. System nach Anspruch 1, welches ein Dampfentlüftungsventil zum Steuern des Strömens von Dampf von der Tankauslassöffnung zu dem Dampfsteuerventil umfasst.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Drucksensor an dem Tank angebracht ist.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Drucksensor in der ersten Dampfleitung zwischen dem Dampfsteuerventil und dem Behälter angeschlossen ist.

6. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Spülventil in der zweiten Dampfleitung zwischen der ersten Dampfleitung und dem Motor angeschlossen ist.

7. Verfahren zur Steuerung des Strömens von Kraftstoffdampf von einem Kraftstofftank zu einem Verbrennungsmotor mit einem Kraftstoffdampf- Rückhaltesystem, welches die folgenden Schritte umfasst:

A) Ermöglichen eines Strömens von Kraftstoffdampf von einem Dampfspeicherbehälter zu dem Motor und
B) während der Durchführung von Schritt (A) Unterbinden des Strömens von Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank zu dem Behälter.

8. Verfahren nach Anspruch 7, welches die folgenden Schritte umfasst:

A) Beenden von Schritt (B) und dann Ermöglichen eines Strömens von Kraftstoffdampf von dem Tank zu dem Behälter und
B) während der Durchführung von Schritt (C) Unterbinden des Strömens von Kraftstoffdampf von dem Behälter zu dem Motor.

9. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass:
Schritt (A) durch Offenhalten eines Spülventils durchgeführt wird und
Schritt (B) durch Geschlossenhalten eines Dampfsteuerventils durchgeführt wird, während das Spülventil offengehalten wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass:
Schritt (A) durch Schalten des Dampfsteuerventils von einer geschlossenen Stellung zu einer offenen Stellung durchgeführt wird, was es dem Dampf erlaubt, von dem Tank zu dem Behälter zu strömen, und
Schritt (D) durch Schalten eines Spülventils von einer offenen Stellung zu einer geschlossenen Stellung durchgeführt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 7, welches folgende Schritte umfasst:

A) Erfassen des Drucks des Kraftstoffdampfes in dem Tank und
B) Erfassen des Drucks des Dampfes in dem Behälter.

12. Verfahren zum Steuern des Betriebs eines in einem Verbrennungsmotor verwendeten Kraftstoffdampf-Rückhaltesystems der Art mit einem Kraftstoffdampf enthaltenden Kraftstofftank, einem Kohlebehälter zum Speichern von Kraftstoffdampf, welcher von dem Tank zu dem Behälter strömt, und einem Kraftstoffdampf-Spülsystem zum Spülen von Dampf aus dem Behälter und Strömen des gespülten Dampfes zu dem Motor, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:

A) Ermöglichen eines Strömens des in dem Behälter gespeicherten Dampfes zu dem Motor,
B) gleichzeitig zu Schritt (A) Unterbinden des Strömens von Dampf von dem Tank zu dem Behälter und während des Auftankens
C) Unterbinden eines Strömens des in dem Behälter gespeicherten Dampfes zu dem Motor
D) Ermöglichen des Strömens des Dampfes in dem Tank in den Kanister nach dem Auftanken und während der Motor abgeschaltet ist
E) Unterbinden des Strömens von Dampf von dem Behälter zu dem Motor und
F) Unterbinden des Strömens von Dampf von dem Tank zu dem Behälter.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass:
Schritt (A) durch Öffnen eines Spülventils, damit in dem Behälter gespeicherter Dampf durch eine Spülleitung strömen kann, durchgeführt wird,
Schritt (B) durch Schließen eines Hauptdampfsteuerventils zur Verhinderung des Strömens von Dampf aus dem Tank heraus durchgeführt wird.

14. Verfahren nach Schritt 13, dadurch gekennzeichnet, dass:
Schritt (C) durch Schalten des Spülventils von einer offenen Stellung zu einer geschlossenen Stellung durchgeführt wird und
Schritt (D) durch Schalten des Hauptdampfsteuerventils von einer geschlossenen Stellung zu einer offenen Stellung durchgeführt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass:
Schritt (E) durch Halten des Spülventils in einer geschlossenen Stellung durchgeführt wird und
Schritt (F) durch Halten des Hauptdampfsteuerventils in einer geschlossenen Stellung durchgeführt wird.