DE102009048134B4

DE102009048134B4 - Filtereinrichtung, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Betreiben einer Filtereinrichtung

Info

Publication number: DE102009048134B4
Application number: DE102009048134.6A
Authority: DE
Inventors: Harald Hagen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2009-10-02
Filing date: 2009-10-02
Publication date: 2016-03-24
Anticipated expiration: 2029-10-03
Also published as: DE102009048134A1; US20110079738A1; US8960162B2

Abstract

Filtereinrichtung zum Speichern und Freigeben von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, mit einem Einlass (16), über welchen ein Speichermedium (14) mit gasförmigen, aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs stammenden Kohlenwasserstoffen beaufschlagbar ist, und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums (14), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizeinrichtung durch eine Absperreinrichtung (18) zum Absperren des Einlasses (16) bereitgestellt ist, wobei die Absperreinrichtung (18) stromabwärts des Einlasses (16) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Filtereinrichtung zum Speichern und Freigeben von gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Die Filtereinrichtung weist einen Einlass auf, über welchen ein Speichermedium mit gasförmigen, aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs stammenden Kohlenwasserstoffen beaufschlagbar ist. Die Filtereinrichtung umfasst wenigstens eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Filtereinrichtung und ein Verfahren zum Betreiben einer Filtereinrichtung.
Die US 4 951 643 A beschreibt eine Filtereinrichtung zum vorübergehenden Speichern von gasförmigen Kohlenwasserstoffen. Über eine Einlassleitung kann ein Speichermedium mit gasförmigen, aus einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs stammenden Kohlenwasserstoffen beaufschlagt werden. Zwischen einer im Inneren der Filtereinrichtung angeordneten Spülleitung und einer aus einem äußeren Gehäuse der Filtereinrichtung herausführenden Spülleitung ist ein Ventil mit einem Ventilkörper und einem Elektromagneten angeordnet. An dem Elektromagneten ist eine Heizplatte angeordnet. Beim Entlüften wird das Ventil geöffnet, indem der Elektromagnet mit Strom versorgt wird. Die hierbei freigesetzte Wärme wird über die Heizplatte an das Speichermedium abgegeben.
Die DE 101 16 693 A1 beschreibt eine beheizbare Leckdiagnoseeinheit für Kraftfahrzeuge. Hierbei umfasst eine Tankentlüftungsanlage einen Tank, der über eine Anschlussleitung mit einem Aktivkohlefilter verbunden ist. Um die Dichtigkeit der Tankentlüftungsanlage zu diagnostizieren, ist die mit dem Aktivkohlefilter verbundene Leckdiagnoseeinheit vorgesehen. Zum Entfernen von Feuchtigkeit aus der Leckdiagnoseeinheit ist eine Heizwendel vorgesehen. Alternativ kann die Leckdiagnoseeinheit durch Ansteuern eines Umschaltventils der Leckdiagnoseeinheit erwärmt werden. Hierbei wird das Umschaltventil mit einer Frequenz angesteuert, bei welcher sich eine in dem Umschaltventil angeordnete Ventilplatte nicht bewegt.
Die DE 36 09 976 C2 beschreibt einen Aktivkohlefilter für ein Kraftfahrzeug, welcher dem Auffangen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen dient. An einer Unterseite des Aktivkohlefilters befindet sich ein Deckel mit einer Öffnung als Frischlufteintritt. Eine Heizeinrichtung, welche mit elektrischem Strom aus dem Bordnetz des Kraftfahrzeugs beaufschlagbar ist, ist stromabwärts des Frischlufteintritts angeordnet. So werden in den Aktivkohlefilter eintretende Frischluft und die oberhalb der Heizeinrichtung angeordnete Aktivkohle erwärmt. Dies sorgt für einen verbesserten Austrag der an der Aktivkohle adsorbierten gasförmigen Kohlenwasserstoffe beim Regenerieren des Aktivkohlefilters.
Eine solche Heizeinrichtung ist vergleichsweise aufwändig und erhöht den Bauraumbedarf des Aktivkohlefilters.
Die US 6 514 326 B1 beschreibt einen Aktivkohlefilter mit einer linken Kammer und einer rechten Kammer, welche jeweils mit Aktivkohle gefüllt sind. Ventile, Filter und dergleichen Peripherieteile des Aktivkohlefilters sind in einem seitlich offenen Zwischenraum zwischen den beiden Kammern bauraumsparend untergebracht. Die in dem Zwischenraum untergebrachten Teile dienen dem Abführen von Adsorptionswärme aus den Kammern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Filtereinrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche ein verbessertes Regenerieren des Speichermediums ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch eine Filtereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6 und durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
Bei der erfindungsgemäßen Filtereinrichtung ist die wenigstens eine Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums durch eine Absperreinrichtung zum Absperren des Einlasses bereitgestellt. Die Absperreinrichtung ist also so betreibbar, dass beim Betreiben freigesetzte Abwärme in das Speichermedium eindringt. Da das von Regenerationsluft durchspülte Speichermedium leichter die vorher gespeicherten gasförmigen Kohlenwasserstoffe wieder freigibt, wenn das Speichermedium beheizt ist, kann so eine verbessertes Regenerieren des Speichermediums erreicht werden. Durch das verbesserte Regenerieren des Speichermediums ist auch eine besonders langsame Alterung des Speichermediums erreichbar.
Des Weiteren ist die Absperreinrichtung stromabwärts des Einlasses angeordnet. So ist insbesondere erreichbar, dass die Absperreinrichtung vollständig von dem Speichermedium umgeben ist, wodurch ein besonders effektiver Wärmeübergang auf das Speichermedium ermöglicht ist. Zudem kann so die Speichereinrichtung mit der in diese integrierten Absperreinrichtung als eine Baueinheit gefertigt sein, welche bereits wenigstens eine von dem Einlass zu der Absperreinrichtung führende Leitung und wenigstens einen von der Absperreinrichtung in das Speichermedium mündenden Auslass aufweist.
Wenn die zum Absperren des Einlasses ausgelegte Absperreinrichtung ohnehin an der Filtereinrichtung vorgesehen ist, lässt sich durch Nutzen eben dieser Absperreinrichtung als Heizeinrichtung eine besonders geringe Komplexität der Filtereinrichtung erreichen, da keine separate Heizeinrichtung vorgesehen zu werden braucht. Der Verzicht auf eine separate Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums bringt auch einen verringerten Bauraumbedarf und zudem eine Energieeinsparung mit sich.
Die Absperreinrichtung ist insbesondere dann eine übliche Komponente der Filtereinrichtung, wenn letztere mit einem Drucktank gekoppelt ist, welcher als Stahltank für einen Unterdruck von bis zu – 100 mbar und für einen Überdruck von bis zu 300 mbar bzw. als Kunststoff-Niederdrucktank für einen Unterdruck von bis zu – 90 mbar und für einen Überdruck von bis zu 90 mbar ausgelegt sein kann. Die Absperreinrichtung kann jedoch auch bei einer Filtereinrichtung für einen Drucktank bzw. Niederdrucktank zum Einsatz kommen, welcher für andere als die oben beispielhaft genannten Drücke ausgelegt ist. Durch Vorsehen der als Heizeinrichtung einsetzbaren Absperreinrichtung ist die Filtereinrichtung insbesondere in Verbindung mit einem Niederdrucktank besonders gut einsetzbar.
Durch das Beheizen des Speichermediums lassen sich außerdem Emissionen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus der Filtereinrichtung verringern, was im Hinblick auf die sich zunehmend verschärfenden Ansprüche an einzuhaltende Emissionsgrenzwerte vorteilhaft ist. Die Absperreinrichtung ist zudem besonders wenig anfällig und besonders betriebssicher.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Filtereinrichtung einen Aufnahmeraum auf, in welchem die Absperreinrichtung zumindest bereichsweise in das Speichermedium eingebettet ist. Die Absperreinrichtung kann hierbei in zumindest zwei in einer Ebene liegenden Richtungen beidseitig oder bei einer im Wesentlichen zylindrischen Absperreinrichtung außenumfangsseitig von dem Speichermedium umgeben sein, so dass ein besonders guter Wärmeübergang von der als Heizeinrichtung betriebenen Absperreinrichtung auf das zu beheizende Speichermedium gegeben ist.
Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass die Filtereinrichtung einen Aufnahmeraum aufweist, in welchen die Absperreinrichtung zumindest bereichsweise reversibel einbringbar ist. Bei einer solchen Auslegung der Filtereinrichtung ist die Absperreinrichtung bevorzugt als Modul ausgebildet, welches bei einem Defekt besonders leicht austauschbar ist. Eine Anschlussleitung zum Verbinden der Absperreinrichtung mit dem Einlass kann hierbei innerhalb oder außerhalb der Filtereinrichtung angeordnet sein.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Absperreinrichtung als elektromagnetisch betätigbares Ventil ausgebildet. Ein solches elektromagnetisch betätigbares Ventil zeichnet sich durch eine besonders hohe Wärmeentwicklung beim Beaufschlagen des Schaltmagneten mit elektrischem Strom aus. Das Ventil kann im stromlosen Zustand geschlossen sein und dann im bestromten, geöffneten Zustand als Heizeinrichtung wirken oder im bestromten Zustand geschlossen und stromlos geöffnet sein. Bei der Ausbildung des Ventils als bistabiles Ventil sorgt das Bestromen für das Ändern des Schaltzustands, in welchem das Ventil dann verbleibt, auch wenn es nicht mehr mit elektrischem Strom beaufschlagt wird. Hierbei kann dann sowohl beim Öffnen als auch beim Schließen das Bestromen des Schaltmagneten als Mittel zum Freisetzen von Wärmeenergie eingesetzt werden.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Filtereinrichtung gelöst. Bevorzugt weist hierbei das Kraftfahrzeug Mittel zum Beaufschlagen der elektromagnetisch betätigbaren Absperreinrichtung mit einem Schaltsignal auf, dessen Frequenz höher ist als eine zum Ändern eines Schaltzustands der Absperreinrichtung geeignete Frequenz. Hier kann dann das Beaufschlagen der Absperreinrichtung mit dem hochfrequenten Schaltsignal dazu genutzt werden, die Absperreinrichtung lediglich aufzuheizen, ohne dass sich der Schaltzustand der Absperreinrichtung ändert. Ein solches Beaufschlagen der Absperreinrichtung mit dem hochfrequenten Schaltsignal ist besonders einfach durch Pulsweitenmodulation erreichbar.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird die oben genannte Aufgabe durch ein Verfahren zum Betreiben einer Filtereinrichtung gelöst, bei welchem die Filtereinrichtung gasförmige Kohlenwasserstoffe speichert, indem ein Speichermedium über einen Einlass mit aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs stammenden gasförmigen Kohlenwasserstoff beaufschlagt wird. Das Speichermedium wird mittels wenigstens einer Heizeinrichtung beheizt, wobei eine zum Absperren des Einlasses ausgelegte und stromabwärts des Einlasses angeordnete Absperreinrichtung als Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums betrieben wird.
Die für die erfindungsgemäße Filtereinrichtung beschriebenen bevorzugten Vorteile und Ausführungsformen gelten auch für das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug und das erfindungsgemäße Verfahren zum Betreiben einer Filtereinrichtung.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisch einen Aktivkohlefilter zum Speichern von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs, in welchen ein Tankabsperrventil integriert ist; und
2 schematisch eine weitere Möglichkeit der Anordnung des Tankabsperrventils an einem Aktivkohlefilter.
Ein Aktivkohlefilter 10 dient dem Speichern von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus einer (nicht gezeigten) Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs. Der Aktivkohlefilter 10 umfasst einen Behälter 12, in welchem sich Aktivkohle 14 befindet. Über einen Einlass 16 werden gasförmige, aus dem Kraftstofftank stammende Kohlenwasserstoffe in die Aktivkohle 14 eingebracht. Ein Tankabsperrventil 18 ist stromabwärts des Einlasses 16 angeordnet und vollständig von Aktivkohle 14 umgeben (vgl. 1). Eine Eintrittsleitung 20, welche das Tankabsperrventil 18 mit dem Einlass 16 koppelt, verläuft ebenfalls im Inneren des Behälters 12. Eine Auslassleitung 22 des Tankabsperrventils 18 mündet in die Aktivkohle 14. Um zu ermöglichen, dass die gasförmigen Kohlenwasserstoffe zu der Aktivkohle 14 gelangen, wird das Tankabsperrventil 18 geöffnet.
Wenn die Aktivkohle 14 mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen beladen ist, wird über einen Spüllufteintritt 24 Frischluft in die Aktivkohle 14 eingebracht, welche anschließend – und mit gasförmigen Kohlenwasserstoffen beladen – über einen Auslass 26 einem Saugrohr eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeugs zugeführt wird. So wird die Aktivkohle 14 regeneriert.
Vorliegend wird zum Verbessern des Regenerierens der Aktivkohle 14 das Tankabsperrventil 18 als Heizeinrichtung betrieben. Ein Schaltmagnet des elektromagnetisch betätigbaren Tanksabsperrventils 18 wird hierfür über eine Steuerleitung 28 mit elektrischem Strom beaufschlagt. Durch die Wärmeentwicklung des Schaltmagneten wird die Aktivkohle 14 und die über den Spüllufteintritt 24 in den Behälter 12 eintretende Spülluft mit Wärme beaufschlagt. Dadurch kann die Aktivkohle 14 besonders rasch und besonders weitgehend regeneriert werden.
Das Tankabsperrventil 18 kann mittels eines mit der Steuerleitung 28 gekoppelten Steuergeräts 30, etwa durch Pulsweitenmodulation, mit einem hochfrequenten Schaltsignal beaufschlagt werden, welches nicht ausreicht, den Schaltzustand des Tankabsperrventils 18 zu verändern. Ist das Tankabsperrventil 18 also in einem geschlossenen oder geöffneten Zustand, bleibt es trotz des Bestromens des Schaltmagneten mit dem hochfrequenten Schaltsignal in diesem Zustand, setzt jedoch Abwärme frei.
Eine Umlenkwand 32 im Inneren des Behälters 12 sorgt dafür, dass beim Regenerieren die Spülluft die Aktivkohle 14 entlang eines besonders langen Strömungspfads durchströmt, bevor sie über den Auslass 26 dem Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs zugeführt wird.
Zum Vergrößern einer äußeren Oberfläche des Tankabsperrventils 18 und somit für eine verbesserte Wärmeübertragung auf die Aktivkohle 14 kann das Tankabsperrventil 18 (nicht gezeigte) Wärmeübertragungsrippen oder dergleichen von einem Grundkörper des Tankabsperrventils 18 hervorstehende Vorsprünge aufweisen.
An einer (nicht gezeigten) Leitung von dem Auslass 26 zu dem Saugrohr des Verbrennungsmotors ist ein (ebenfalls nicht gezeigtes) Regenerierventil angeordnet, dessen Öffnen bewirkt, dass an dem Auslass 26 der in dem Saugrohr herrschende Unterdruck anliegt. Um ein Beheizen der über den Spüllufteintritt 24 in Folge des Unterdrucks einströmenden Spülluft mittels des Bestromens des Schaltmagneten des Tankabsperrventils 18 zu ermöglichen, kann das Schaltsignal zum Öffnen des Tankabsperrventils 18 zeitgleich mit dem Schaltsignal zum Öffnen des Regenerierventils das jeweilige Ventil beaufschlagen. Hierfür kann die Steuereinrichtung 30 mit einem Motorsteuergerät gekoppelt sein. Es kann aber auch zunächst ein Aufheizen der Aktivkohle 14 durch Betreiben des Tankabsperrventils 18 als Heizeinrichtung erfolgen und dann bei geschlossenem Tankabsperrventil 18 das Regenerierventil geöffnet werden.
2 zeigt eine weitere Möglichkeit, das als Heizeinrichtung betreibbare Tankabsperrventil 18 an einem Aktivkohlefilter 10' anzuordnen. Hierbei weist der Aktivkohlefilter 10' einen Aufnahmeraum 34 auf, in welchen das Tankabsperrventil 18 als Modul eingesetzt werden kann. Wenn das Tankabsperrventil 18 in den Aufnahmeraum 34 eingesetzt ist und als Heizeinrichtung betrieben wird, kann das bestromte Tankabsperrventil 18 in seitliche Richtungen und nach unten Wärme an die Aktivkohle 14 abgeben. Eine das Tankabsperrventil 18 mit dem Einlass 16 verbindende Leitung ist so angeordnet, dass das Tankabsperrventil 18 stromabwärts des Einlasses 16 angeordnet ist.

Claims

Filtereinrichtung zum Speichern und Freigeben von gasförmigen Kohlenwasserstoffen, mit einem Einlass (16), über welchen ein Speichermedium (14) mit gasförmigen, aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs stammenden Kohlenwasserstoffen beaufschlagbar ist, und mit wenigstens einer Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums (14), dadurch gekennzeichnet, dass die wenigstens eine Heizeinrichtung durch eine Absperreinrichtung (18) zum Absperren des Einlasses (16) bereitgestellt ist, wobei die Absperreinrichtung (18) stromabwärts des Einlasses (16) angeordnet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (10) einen Aufnahmeraum aufweist, in welchem die Absperreinrichtung (18) zumindest bereichsweise in das Speichermedium (14) eingebettet ist.
Filtereinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Filtereinrichtung (10') einen Aufnahmeraum (34) aufweist, in welchen die Absperreinrichtung (18) zumindest bereichsweise reversibel einbringbar ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperreinrichtung als elektromagnetisch betätigbares, insbesondere bistabiles, Ventil (18) ausgebildet ist.
Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Absperreinrichtung (18) einen Grundkörper umfasst, welcher wenigstens einen Vorsprung zum Vergrößern einer äußeren Oberfläche der Absperreinrichtung (18) aufweist.
Kraftfahrzeug mit einer Filtereinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Kraftfahrzeug Mittel (30) zum Beaufschlagen der elektromagnetisch betätigbaren Absperreinrichtung (18) mit einem Schaltsignal aufweist, dessen Frequenz höher ist als eine zum Ändern eines Schaltzustands der Absperreinrichtung (18) geeignete Frequenz.
Kraftfahrzeug nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel (30) zum Beaufschlagen dazu ausgelegt sind, die Absperreinrichtung (18) in Abhängigkeit von einem Schaltzustand eines Regenerierventils zu betätigen, welches an einer Leitung von der Filtereinrichtung (10, 10') zu einem Zuluftstrang einer Verbrennungskraftmaschine angeordnet ist.
Verfahren zum Betreiben einer Filtereinrichtung (10, 10'), welche gasförmige Kohlenwasserstoffe speichert, bei welchem ein Speichermedium (14) über einen Einlass (16) mit aus einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeugs stammenden gasförmigen Kohlenwasserstoffen beaufschlagt wird, und bei welchem das Speichermedium (14) mittels wenigstens einer Heizeinrichtung beheizt wird, dadurch gekennzeichnet, dass eine zum Absperren des Einlasses (16) ausgelegte und stromabwärts des Einlasses (16) angeordnete Absperreinrichtung (18) als Heizeinrichtung zum Beheizen des Speichermediums (14) betrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektromagnetisch betätigbare Absperreinrichtung (18) mit einem Schaltsignal beaufschlagt wird, dessen Frequenz höher ist als eine zum Ändern eines Schaltzustands der Absperreinrichtung (18) geeignete Frequenz.