-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Entlüftungssystem für einen
Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Kraftfahrzeugs. Die
Erfindung betrifft außerdem
ein Betriebsverfahren für
ein derartiges Entlüftungssystem.
-
Um
immer strengeren Emissionsvorschriften, insbesondere in den USA,
genügen
zu können, werden
moderne Kraftfahrzeuge mit einem Entlüftungssystem der oben genannten
Art ausgestattet. Ein derartiges Entlüftungssystem umfasst üblicherweise
eine Umgebungsleitung, die vom Kraftstofftank zu einem mit der atmosphärischen
Umgebung kommunizierenden Einlass führt und in der ein für Kraftstoffdampf
undurchlässiges
Dampffilter angeordnet ist. Ein solches Dampffilter ist üblicherweise
ein Absorptionsfilter und kann insbesondere als Aktivkohlefilter
ausgestaltet sein. Kraftstoff, der im Tank, z. B. aufgrund erhöhter Umgebungstemperaturen,
verdampft, kann somit im Dampffilter zurückbehalten werden, so dass
er nicht in die Umgebung gelangt. Des Weiteren kann ein derartiges
Entlüftungssystem mit
einer Motorleitung ausgestattet sein, die vom Dampffilter zu einem
Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine führt und in der ein steuerbares
Tankentlüf tungsventil
angeordnet ist. Während
des Betriebs der Brennkraftmaschine kann über eine entsprechende Ansteuerung
des Tankentlüftungsventils
das Dampffilter durch Rückspülung passiv
regeneriert werden, indem Umgebungsluft über den Einlass und die Umgebungsleitung
durch das Dampffilter und durch die Motorleitung in den Ansaugtrakt
gefördert
wird. Angetrieben wird diese Rückspülströmung bei
einer passiven Regeneration durch den im Ansaugtrakt herrschenden
Unterdruck.
-
Es
hat sich gezeigt, dass die Brennkraftmaschine nach dem Abschalten
in den gasführenden Leitungen
und insbesondere in den Brennräumen noch
unverbrannten Kraftstoff enthalten kann, beispielsweise aufgrund
einer unvollständigen
Verbrennung oder aufgrund einer durch die Abschaltung des Motors
nicht gestarteten Verbrennung. Diese Kraftstoffreste können verdampfen
oder sind aufgrund der hohen Temperaturen ohnehin dampf- oder gasförmig und
können
durch den Ansaugtrakt stromauf wandern. Ohne entsprechende Gegenmaßnahmen
können
die Kraftstoffdämpfe
ein im Ansaugtrakt enthaltenes Luftfilter ohne weiteres durchdringen
und so letztlich in die Umgebung des Fahrzeugs gelangen. Des Weiteren
besteht die Gefahr, dass die Kraftstoffdämpfe einen im Ansaugtrakt angeordneten
Luftmassenmesser hinsichtlich seiner Funktion beeinträchtigen;
beispielsweise könnte
sich Kraftstoffdampf am Luftmassenmesser niederschlagen.
-
Die
vorliegende Erfindung beschäftigt
sich mit dem Problem, für
die Tankentlüftung
bei einer Brennkraftmaschine einen Weg aufzuzeigen, der die Emission
von Kraftstoff aus der Brennkraftmaschine reduziert.
-
Dieses
Problem wird durch die Gegenstände der
unabhängigen
Ansprüche
gelöst.
Vorteilhafte Ausführungsformen
sind Gegenstand der abhängigen
Ansprüche.
-
Die
Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, nach dem Abschalten
der Brennkraftmaschine mit Hilfe einer Pumpe über die Motorleitung durch
das Dampffilter und durch die Umgebungsleitung Luft und ggf. darin
enthaltenen Kraftstoffdampf über
den Ansaugtrakt aus der Brennkraftmaschine abzusaugen und in die
Umgebung auszublasen. Da die Absaugung aus der Brennkraftmaschine
durch das Dampffilter erfolgt, werden ggf. in der abgesaugten Luft
enthaltene Kraftstoffgase im Dampffilter zurückbehalten. Diese Absaugung
wird für
eine vorbestimmte Zeit durchgeführt,
die so bemessen ist, dass im Regelfall die ggf. in der Brennkraftmaschine
verbleibenden Kraftstoffrückstände im wesentlichen vollständig verdampft
und abgesaugt werden können.
Eine Emission von Kraftstoff in die Umgebung wird somit vermieden.
Ebenso wird eine Beaufschlagung von Komponenten im Ansaugtrakt,
wie z. B. ein Luftmassenmesser, mit Kraftstoff vermieden.
-
Von
besonderem Vorteil ist bei der vorliegenden Erfindung, dass die
Pumpe, die zum Antreiben dieser Absaugströmung verwendet wird, eine Pumpe sein
kann, die bei einer speziellen Ausführungsform eines derartigen
Entlüftungssystems
ohnehin in der Umgebungsleitung angeordnet ist. Beispielsweise kann das
Entlüftungssystem
mit einer Regenerationseinrichtung ausgestattet sein, die eine aktive
Regeneration des Dampffilters ermöglicht. Eine solche Regenerationseinrichtung
verfügt über eine
Pumpe, die im Regenerationsbetrieb aus der Umgebung Luft ansaugt
und diese vom Einlass über
die Umgebungsleitung durch das Dampffilter über die Motorleitung durch
das Tankentlüftungsventil
zum Ansaugtrakt fördert.
Auf diese Weise wird das Dampffilter aktiv rückgespült, was eine rasche und effektive
Regeneration des Dampffilters ermöglicht. Erfindungsgemäß kann nun
die Pumpe der Regenerationseinrichtung nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine
in einem Nachlaufbetrieb Luft und Kraftstoffdampf aus der Brennkraftmaschine
absaugen. Die Förderrichtung der
Pumpe wird dazu umgekehrt. Dementsprechend handelt es sich hier
um eine reversierbare Pumpe. Der ohnehin vorhandenen oder hinsichtlich
ihrer Reversierbarkeit adaptierten Pumpe wird somit eine Zusatzfunktion
gegeben, was die Realisierung des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems preiswert gestaltet.
-
Zusätzlich oder
alternativ kann das Entlüftungssystem
mit einer Diagnoseeinrichtung ausgestattet sein, mit deren Hilfe
die Dichtigkeit des Tankentlüftungssystems überprüfbar ist.
Eine derartige Diagnoseeinrichtung verfügt über eine in der Umgebungsleitung
angeordnete Pumpe, mit deren Hilfe bei geschlossenem Tankentlüftungsventil
das gesamte Leitungssystem des Entlüftungssystems mit einem vorbestimmten
Prüfdruck
beaufschlagt werden kann. Erfindungsgemäß kann nun diese ohnehin vorhandene
Pumpe für
den Nachlaufbetrieb zum Absaugen der Brennkraftmaschine genutzt
werden. Hierzu muss lediglich die Förderrichtung dieser Pumpe umgekehrt
werden. Dementsprechend kann auch bei dieser Ausführungsform
die vorliegende Erfindung preiswert realisiert werden.
-
Weitere
wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den
Unteransprüchen, aus
den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand
der Zeichnungen.
-
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist in den Zeichnungen dargestellt und wird in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
-
Die
einzige 1 zeigt eine stark vereinfachte,
schaltplanartige Prinzipdarstellung einer Brennkraftmaschine, die
mit einem Entlüftungssystem nach
der Erfindung ausgestattet ist.
-
Entsprechend 1 wird
eine Brennkraftmaschine 1, insbesondere eines hier nicht
dargestellten Kraftfahrzeugs, über
einen Ansaugtrakt 2 mit Frischluft versorgt. In diesem
Ansaugtrakt 2 befindet sich in üblicher Weise stromauf der
Brennkraftmaschine 1 eine Drosselklappe 3, mit
deren Hilfe der Ansaugtrakt 2 in Abhängigkeit des Betriebszustands der Brennkraftmaschine 1 gedrosselt
werden kann. Hierzu ist die Drosselklappe 3 mit einer Steuereinrichtung 4 gekoppelt,
die vorzugsweise ein Motorsteuergerät ist. Stromauf der Drosselklappe 3 ist
im Ansaugtrakt 2 ein Luftfilter 5 angeordnet,
das in üblicher
Weise ein Filterelement 6 enthält, mit dessen Hilfe partikelförmige Verunreinigungen
aus der aus der Umgebung 7 angesaugten Luft herausgefiltert werden
können.
Das Luftfilter 5 kann bei einer besonderen Ausführungsform
außerdem
mit einem Dampffilterelement 31 ausgestattet sein, beispielsweise
in Form eines Aktivkohlevlieses. Dieses Dampffilterelement 31 ist
dabei stromab des Filterelements 6, also an der der Drosselklappe 3 zugewandten
Seite des Filterelements 6 angeordnet.
-
Die
Brennkraftmaschine 1 wird über eine Kraftstoffpumpe 8 mit
Kraftstoff versorgt, den die Kraftstoffpumpe 8 aus einem
Kraftstofftank bzw. Tank 9 ansaugt. Diesem Tank 9 ist
ein Entlüftungssystem 10 zugeordnet,
das zumindest eine Umgebungsleitung 11, eine Motorleitung 12,
ein Dampffilter 13 und ein Tankentlüftungsventil 14 umfasst.
Die Umgebungsleitung 11 führt dabei vom Tank 9 zu
einem Einlass 15, der mit der Umgebung 7 kommuniziert.
In dieser Umgebungsleitung 11 ist das Dampffilter 13 angeordnet.
Dieses Dampffilter 13 ist so ausgestaltet, dass es für Kraftstoffdampf
zumindest für
eine vorbestimmte Zeit im wesentlichen undurchlässig ist. Hierzu enthält das Dampffilter 13 in
seinem Inneren zwei durch eine Trennwand 16 voneinander
getrennte Räume,
nämlich
einen ersten Raum 17 und einen zweiten Raum 18.
Die Trennwand 16 ermöglicht
bei einem Durchgang 19 eine kommunizie rende Verbindung
zwischen den beiden Räumen 17, 18.
Im ersten Raum 17 ist ein erstes Dampffilterelement 20 angeordnet,
während
der zweite Raum 18 ein zweites Dampffilterelement 21 enthält. Die
beiden Dampffilterelemente 20, 21 sind zweckmäßig als
Absorberelemente ausgestaltet, die vorzugsweise mit Aktivkohle arbeiten.
Das Dampffilter 13 ist dann als Aktivkohlefilter ausgestaltet.
Die Strömungspfade
sind innerhalb des Dampffilters 13 so ausgestaltet, dass
eine Strömung
vom Tank 9 zum Einlass 15 nacheinander durch beide
Dampffilterelemente 20, 21 hindurch treten muss,
ebenso wie eine Strömung,
die vom Einlass 15 durch das Dampffilter 13 in
die Motorleitung 12 gelangt. Hierzu ist die Motorleistung 12 an
den ersten Raum 17 angeschlossen.
-
In
der Umgebungsleitung 11 kann zwischen dem Tank 9 und
dem Dampffilter 13 zweckmäßig ein zusätzliches Ventil 22 angeordnet
sein, das beispielsweise als Druckhalteventil und/oder als Notfall-Sperrventil,
insbesondere als sogenanntes „Roll-Over-Ventil", ausgestaltet sein
kann.
-
Die
Motorleitung 12 verbindet das Dampffilter 13 mit
dem Ansaugtrakt 2 und enthält das Tankentlüftungsventil 14,
das über
die Steuereinrichtung 4 steuerbar ist. Entsprechende Steuerleitungen sind
in 1 mit 23 bezeichnet. Die Motorleitung 12 ist
dabei zwischen der Drosselklappe 3 und der Brennkraftmaschine 1 an
den Ansaugtrakt 2 angeschlossen.
-
Erfindungsgemäß ist das
Entlüftungssystem 10 außerdem mit
einer Pumpe 24 ausgestattet, die bei der hier gezeigten,
be vorzugten Ausführungsform in
der Umgebungsleitung 11 zwischen dem Dampffilter 13 und
dem Einlass 15 angeordnet ist. Bei einer anderen Ausführungsform
kann die Pumpe 24 grundsätzlich auch in der Motorleitung 12 zwischen
dem Tankentlüftungsventil 14 und
dem Dampffilter 13 angeordnet sein. Die Steuereinrichtung 4 kann über eine
entsprechende Steuerleitung 23 die Pumpe 24 betätigen.
-
Erfindungsgemäß ist nun
vorgesehen, dass die Steuereinrichtung 4 so ausgestaltet
ist, dass sie die Pumpe 24 unmittelbar nach dem Ausschalten
der Brennkraftmaschine 1 zur Durchführung eines Nachlaufbetriebs
ansteuert, und zwar für
eine vorbestimmte Nachlaufzeit. Bei diesem Nachlaufbetrieb fördert die
Pumpe 24 vom Ansaugtrakt 2 über die Motorleitung 12 und
die Umgebungsleitung 11 zum Einlass 15. Hierdurch
wird aus dem Ansaugtrakt 2 Luft, die mit mehr oder weniger
Kraftstoffdampf beladen sein kann, durch das Dampffilter 13 abgesaugt.
Die Strömung
wird dabei auch durch das Tankentlüftungsventil 14 gefördert, das
dementsprechend von der Steuereinrichtung 4 zum Öffnen der
Motorleitung 12 angesteuert ist. Durch das Absaugen der
Luft aus dem Ansaugtrakt 2 können Kraftstoffdämpfe, die nach
dem Abschalten der Brennkraftmaschine 1 in den Ansaugtrakt 2 austreten,
effektiv aus dem Ansaugtrakt 2 entfernt werden. Durch die
Absaugung durch das Dampffilter 13 verbleiben die Kraftstoffdämpfe im
Dampffilter 13, so dass die in die Umgebung 7 emittierte
Luft bzw. das in die Umgebung 7 emittierte Gasgemisch im
wesentlichen frei von Kraftstoff ist.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung kann die Steuereinrichtung 4 während des
Nachlaufbetriebs die Drosselklappe 3 zum Verstellen in
eine drosselnde Stellung und insbesondere zum Verschließen des
Ansaugtrakts 2 ansteuern. Auf diese Weise wird die Absaugung
von Luft und/oder Kraftstoffdampf aus der Brennkraftmaschine 1 intensiviert.
-
Die
Nachlaufzeit, während
der der Nachlaufbetrieb zur Absaugung der Brennkraftmaschine 1 durchgeführt wird,
kann so bemessen sein, dass bei einer Kraftstoffmenge, die beim
Abschalten der Brennkraftmaschine 1 bei ungünstigsten
Bedingungen maximal erwartet werden kann, mit hinreichender Sicherheit
gewährleistet
werden kann, dass der in der Brennkraftmaschine 1 verbleibende
Kraftstoff verdampft und im wesentlichen vollständig aus der Brennkraftmaschine 1 und
aus dem Ansaugtrakt 2 herausgefördert werden kann. Die Nachlaufzeit
kann beispielsweise etwa fünf
Minuten betragen.
-
Durch
die erfindungsgemäße Vorgehensweise
kann zum einen eine Emission von Kraftstoff durch den Ansaugtrakt 2 in
die Umgebung 7 vermieden werden. Des Weiteren wird dabei
außerdem
vermieden, dass Komponenten der Brennkraftmaschine 1, die
im Ansaugtrakt 2 angeordnet sind, wie z. B. ein hier nicht
gezeigter Luftmassenmesser, mit dem Kraftstoffdampf in Kontakt kommen.
-
Die
vorliegende Erfindung lässt
sich besonders preiswert realisieren, wenn die für die Absaugung der Brennkraftmaschine 1 während der
Nachlaufzeit benötigte
Pumpe 24 durch eine Pumpe gebildet ist, die ohnehin in
der Entlüftungseinrichtung 10 schon
für einen
anderen Zweck vorhanden ist. Die Pumpe 24 kann dann eine
Doppelfunktion realisieren.
-
Bei
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Entlüftungssystem 10 mit
einer Regenerationseinrichtung 25 ausgestattet, welche
die Pumpe 24 umfasst. Mit Hilfe dieser Regenerationseinrichtung 25 kann
das Dampffilter 13, das vorzugsweise als Absorber ausgestaltet
ist, aktiv regeneriert werden. Hierzu steuert die Steuereinrichtung 4 die
Pumpe 24 für
einen Regenerationsbetrieb so an, dass Umgebungsluft vom Einlass 15 über die
Umgebungsleitung 11 durch das Dampffilter 13 und über die
Motorleitung 12 durch das Tankentlüftungsventil 14 zum
Ansaugtrakt 2 gefördert
wird. Hierdurch wird eine aktive Rückspülung des Dampffilters 13 bewirkt. Durch
die Rückspülung kann
der im Dampffilter 13 absorbierte Kraftstoff freigesetzt
und dem Ansaugtrakt 2 und somit der Verbrennung innerhalb
der Brennkraftmaschine 1 zugeführt werden. Zur erfindungsgemäßen Absaugung
der Brennkraftmaschine 1 nach deren Abschaltung muss nun
lediglich die Förderrichtung
der Pumpe 24 umgekehrt werden. Dementsprechend ist die
Pumpe 24 vorzugsweise als reversierbare Pumpe 24 ausgestaltet.
-
Im
Unterschied zu dieser aktiven Regeneration kann bei fehlender Regenerationseinrichtung 25 durchaus
auch eine passive Regeneration des Dampffilters 13 durchgeführt werden.
Als „Motor" für die Rückspülung des
Dampffilters 13 dient dann der im Ansaugtrakt 2 herrschende
Unterdruck. Während der
passiven oder aktiven Regeneration des Dampffilters 13 dient
das Tankentlüftungsventil 14 zur
Steuerung der in den Ansaugtrakt 2 eingeleiteten Rückspülmenge,
derart, dass stets eine vollständige
Verbrennung der abgeführten
Kraftstoffe gewährleistet ist.
-
Alternativ
oder zusätzlich
zur Regenerationseinrichtung 25 kann das Entlüftungssystem
auch mit einer Diagnoseeinrichtung 26 ausgestattet sein, die
dann die Pumpe 24 aufweist. Eine derartige Diagnoseeinrichtung 26 kann
dazu verwendet werden, die Dichtigkeit des Tanks 9 und
des Entlüftungssystems 10 zu überprüfen. Ein
hinsichtlich seiner Dichtigkeit überprüfbares System
ist hier durch einen mit unterbrochener Linie dargestellten Rahmen
symbolisiert und mit 27 bezeichnet und umfasst zumindest den
Tank 9 und wesentliche Komponenten des Entlüftungssystems 10.
-
Zur
Realisierung der Dichtigkeitsprüfung
des Systems 27 kann die Steuereinrichtung 4 so
ausgestaltet sein, dass sie die Pumpe 24 zur Durchführung einer
Dichtigkeitsprüfung
und das Tankentlüftungsventil 14 zum
Schließen
ansteuert. Die Pumpe 24 fördert dann Luft aus der Umgebung 7 über den
Einlass 15 in die Umgebungsleitung 11. Da alle
Ausgänge dieses
Systems 27 druckdicht verschlossen sind, baut sich darin
ein vorbestimmter Prüfdruck
auf. Anschließend
kann ein Sperrventil 28 zum Sperren der Umgebungsleitung 11 betätigt werden.
Dann wird beispielsweise überwacht,
ob der Prüfdruck
eine vorbestimmte Prüfzeit
im System 27 erhalten bleibt.
-
Auch
hier ist die Pumpe 24 reversierbar ausgestaltet, um die
Absaugung der Brennkraftmaschine 1 nach deren Abschaltung
realisieren zu können.
-
Zumindest
bei der Variante mit der Diagnoseeinrichtung 26 ist in
der Umgebungsleitung 11 zwischen dem Einlass 15 und
der Pumpe 24 ein Staubfilter 29 angeordnet, das
einen geeigneten Filtereinsatz 30 enthält.
-
Es
ist klar, dass bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform
die Pumpe 24 auch drei Funktionen aufweisen kann, da sie
zum einen für
die Absaugung der Brennkraftmaschine 1 nach deren Abschaltung
dient und zum anderen sowohl zum aktiven Regenerieren im Rahmen
der Regenerationseinrichtung 25 als auch zur Diagnose im
Rahmen der Diagnoseeinrichtung 26 verwendbar ist.