DE102010018572B4 - System zur Steuerung von Maschinen-Verdunstungsemissionen - Google Patents
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Abstract
Verdunstungsemissionssystem, welches umfasst: einen ersten Durchgang, der selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen einem Kraftstoffdampfbereich eines Fahrzeug-Kraftstoffreservoirs und einem Maschinen-Luftansaugsystem bereitstellt; einen zweiten Durchgang in fluidtechnischer Verbindung mit dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft; eine Ventilanordnung, die in dem zweiten Durchgang angeordnet ist und eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft steuert, wobei die Ventilanordnung ein mechanisches Ventil umfasst, das zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen durch eine Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft betätigt wird; ein erstes solenoidbetriebenes Ventil, das in dem ersten Durchgang angeordnet ist und die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und dem Maschinen-Luftansaugsystem steuert; ein zweites solenoidbetriebenes Ventil, das in dem zweiten Durchgang angeordnet ist, wobei das zweite solenoidbetriebene Ventil und die Ventilanordnung parallele Strömungspfade bilden und die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft steuern; und eine für den Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe undurchlässige Filteranordnung, die in dem zweiten Durchgang zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft angeordnet ist und verhindert, dass sich der Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft bewegen, wobei die Ventilanordnung die Fluidströmung steuert, die aus dem Kraftstoffdampfbereich austritt, wenn das erste und das zweite Ventil geschlossen sind, wobei die Fluidströmung, die aus dem Kraftstoffdampfbereich austritt, durch die Filteranordnung strömt, bevor sie aus dem Verdunstungsemissionssystem austritt, und wobei die Filteranordnung nur im Strömungspfad der Ventilanordnung und nicht im Strömungspfad des zweiten solenoidbetriebenen Ventils angeordnet ist.
Description
- Gebiet
- Die vorliegende Offenlegung betrifft Brennkraftmaschinen und im Spezielleren Verdunstungsemissionssteuerungssysteme für eine Brennkraftmaschine.
- Hintergrund
- Dieser Abschnitt liefert Hintergrundinformation in Bezug auf die vorliegende Offenlegung, die nicht unbedingt den Stand der Technik darstellt.
- Ein Fahrzeug umfasst typischerweise einen Kraftstofftank, der flüssigen Kraftstoff wie z. B. Benzin, Diesel, Methanol oder andere Kraftstoffe speichert. Ein Anteil des flüssigen Kraftstoffes in dem Kraftstofftank kann zu Kraftstoffdampf verdunsten. Ein Verdunstungsemissionssteuerungs-(EVAP)-System ist entworfen, um Kraftstoffdampf zu speichern und zu beseitigen, um eine unbeabsichtigte Freisetzung in die Umgebung zu verhindern und zu steuern. Zum Beispiel kann das EVAP-System den Kraftstoffdampf von dem Kraftstofftank zu der Maschine zur Verbrennung darin zurückführen. Moderne Plug-in-Hybridfahrzeuge können lange Zeitspannen erfahren, in denen ein Maschinenbetrieb nicht erforderlich und der Umsatz im Kraftstofftank niedrig ist. Infolgedessen können alternative Entlüftungsanordnungen verwendet werden, bei denen der Kraftstofftank in die Umgebung entlüftet wird, um den Druck innerhalb des Kraftstofftanks zu steuern. Wenn das Innere des Kraftstofftanks Sauerstoff aus der Umgebungsluft ausgesetzt ist, kann dies zu einer Oxidation des flüssigen Kraftstoffes innerhalb des Tanks führen. Das direkte Entlüften des Kraftstofftanks in die Umgebung kann unerwünschte Emissionen sowie eine zusätzliche Verdunstung von flüssigem Kraftstoff innerhalb des Kraftstofftanks produzieren.
- Herkömmliche Verdunstungsemissionssysteme sind in den Druckschriften
DE 10 2004 063 008 A1 ,DE 33 23 425 C1 undWO 2005/014 467 A1 - Zusammenfassung
- Ein Verdunstungsemissionssystem kann einen ersten Durchgang, der selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen einem Kraftstoffdampfbereich eines Fahrzeug-Kraftstoffreservoirs und einem Maschinen-Luftansaugsystem bereitstellt, einen zweiten Durchgang in fluidtechnischer Verbindung mit dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft und eine Filteranordnung umfassen. Die Filteranordnung kann undurchlässig für den Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe sein und kann in dem zweiten Durchgang zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft angeordnet sein. Die Filteranordnung kann verhindern, dass sich der Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft bewegen.
- Das Verdunstungsemissionssystem umfasst ein solenoidbetätigtes Spülventil, ein solenoidbetätigtes Tagessteuerventil, ein mechanisches Ventil und eine Filteranordnung. Das solenoidbetätigte Spülventil kann selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen einem Kraftstoffdampfbereich eines Fahrzeug-Kraftstoffreservoirs und einem Maschinenluftansaugsystem bereitstellen. Das solenoidbetätigte Tagessteuerventil kann selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft bereitstellen. Das mechanische Ventil kann selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft auf der Basis einer Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft bereitstellen. Die Filteranordnung kann in fluidtechnischer Verbindung mit einer Fluidströmung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft stehen, wenn das mechanische Ventil geöffnet ist, und kann undurchlässig für den Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe sein. Die Filteranordnung kann verhindern, dass sich der Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe zwischen den Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft bewegen, wenn das mechanische Ventil geöffnet ist. Erfindungsgemäß ist die Filteranordnung nur im Strömungspfad des mechanischen Ventils und nicht im Strömungspfad des solenoidbetätigten Tagessteuerventils angeordnet.
- Weitere Anwendungsgebiete werden aus der hierin bereitgestellten Beschreibung offensichtlich. Die Beschreibung und spezifischen Beispiele in dieser Zusammenfassung sollen lediglich der Illustration dienen und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung nicht einschränken.
- Zeichnungen
- Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Illustrationszwecken und sollen den Schutzumfang der vorliegenden Offenlegung in keiner Weise einschränken.
-
1 ist eine schematische Veranschaulichung eines Fahrzeuges gemäß der vorliegenden Offenlegung; und -
2 ist eine schematische Veranschaulichung des Kraftstoffsystems des Fahrzeuges von1 . - Entsprechende Bezugsziffern bezeichnen in den verschiedenen Ansichten der Zeichnungen durchweg einander entsprechende Teile.
- Detaillierte Beschreibung
- Beispiele der vorliegenden Offenlegung werden nun mit Bezug auf die beiliegenden Zeichnungen in größerem Detail beschrieben. Die nachfolgende Beschreibung ist rein beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenlegung, ihre Anwendung oder ihre Verwendungen nicht einschränken.
- Unter nunmehriger Bezugnahme auf
1 ist ein beispielhaftes Hybridfahrzeug10 schematisch veranschaulicht. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann das Fahrzeug10 ein Plug-in-Hybridfahrzeug umfassen. Das Fahrzeug10 kann eine Maschinenanordnung12 , eine Hybridleistungsanordnung14 , ein Getriebe16 , eine Kraftübertragungsanordnung18 und ein Kraftstoffsystem20 umfassen. Die Maschinenanordnung12 kann eine Brennkraftmaschine22 mit einer durch Kolben26 rotatorisch angetriebenen Kurbelwelle24 und einen Ansaugkrümmer28 in fluidtechnischer Verbindung mit einer Umgebungsluftströmung (A) umfassen. Es ist einzusehen, dass die vorliegende Offenlegung sowohl auf Otto- als auch einen Dieselkreisprozessmaschinen angewendet werden kann. - Die Hybrid-Leistungsanordnung
14 kann einen Elektromotor30 und eine aufladbare Batterie32 umfassen. Der Elektromotor30 und die aufladbare Batterie32 können einen Antriebsmechanismus für die Hybrid-Leistungsanordnung14 bilden. Der Motor30 kann in elektrischer Verbindung mit der Batterie32 stehen, um Leistung von der Batterie32 in mechanische Leistung umzuwandeln. Der Motor30 kann außerdem durch die Maschine22 versorgt und als ein Generator betrieben werden, um Leistung zum Laden der Batterie32 bereitzustellen. Die Hybrid-Leistungsanordnung14 kann in dem Getriebe16 eingebaut sein und mit diesem in Eingriff stehen. - Die Kraftübertragungsanordnung
18 kann eine Ausgangswelle34 und eine Antriebsachse36 umfassen. Der Motor30 kann mit der Ausgangswelle34 über das Getriebe16 gekoppelt sein, um die Rotation der Antriebsachse36 zu betreiben. Die Maschine22 kann mit dem Getriebe16 über eine Kopplungsvorrichtung38 gekoppelt sein. Die Kopplungsvorrichtung38 kann eine Reibungskupplung oder einen Drehmomentwandler umfassen. Das Getriebe16 kann die Leistung von der Maschine22 und/oder dem Motor30 verwenden, um die Ausgangswelle34 anzutreiben und die Rotation der Antriebsachse36 zu betreiben. - Unter zusätzlicher Bezugnahme auf
2 kann das Kraftstoffsystem20 eine Kraftstofftankanordnung40 , eine Kraftstoffpumpe42 (1 ) und ein Verdunstungsemissions(EVAP)-System44 umfassen. Die Kraftstofftankanordnung40 kann ein Kraftstoffreservoir46 und einen Einfüllstutzen48 umfassen. Das Kraftstoffreservoir46 kann flüssigen Kraftstoff enthalten. Die Kraftstoffpumpe42 kann in fluidtechnischer Verbindung mit dem Kraftstoff stehen, der in einem Flüssigkeitsbereich50 des Kraftstoffreservoirs46 enthalten ist, und kann den Kraftstoff mit Druck beaufschlagen und an die Maschine22 liefern. - Das EVAP-System
44 kann eine erste, eine zweite und eine dritte Ventilanordnung52 ,54 ,56 , eine Behälteranordnung58 und eine Filteranordnung60 umfassen. Die Behälteranordnung58 kann einen Aktivkohlebehälter in fluidtechnischer Verbindung mit einem Dampfbereich62 des Kraftstoffreservoirs46 umfassen. Die erste Ventilanordnung52 kann ein Spülventil bilden, das ein erstes Solenoidventil in fluidtechnischer Verbindung mit dem Ansaugkrümmer28 und dem Dampfbereich62 umfasst, und kann selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Ansaugkrümmer28 und dem Dampfbereich62 über einen ersten Durchgang64 bereitstellen. Im Spezielleren kann die erste Ventilanordnung52 zwischen dem Ansaugkrümmer28 und der Behälteranordnung58 angeordnet sein und kann mit dem Dampfbereich62 über die Behälteranordnung58 in Verbindung stehen. - Die zweite Ventilanordnung
54 kann ein Tagessteuerventil bilden, das ein zweites Solenoidventil in fluidtechnischer Verbindung mit der Umgebungsluft und dem Dampfbereich62 umfasst, und kann selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Umgebungsluft und dem Dampfbereich62 über einen zweiten Durchgang66 bereitstellen. Im Spezielleren kann die zweite Ventilanordnung54 zwischen der Behälteranordnung58 und der Umgebungsluft angeordnet sein und kann mit dem Dampfbereich62 über die Behälteranordnung58 in Verbindung stehen. Auch die dritte Ventilanordnung56 kann in fluidtechnischer Verbindung mit der Umgebungsluft und dem Dampfbereich62 stehen und kann selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen der Umgebungsluft und dem Dampfbereich62 über einen zweiten Durchgang66 bereitstellen. - Die zweite und die dritte Ventilanordnung
56 können parallele Strömungspfade zwischen der Umgebungsluft und dem Dampfbereich62 bilden. Die dritte Ventilanordnung56 kann eine mechanische Ventilanordnung umfassen. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die dritte Ventilanordnung56 ein erstes und ein zweites mechanisches Ventil68 ,70 umfassen. Das erste mechanische Ventil68 kann ein Unterdrucksteuerventil bilden. Das erste mechanische Ventil68 kann normalerweise in eine geschlossene Position vorgespannt sein und kann sich öffnen, wenn der Druck innerhalb des Dampfbereiches62 niedriger ist als der Umgebungsdruck und eine Druckdifferenz zwischen der Umgebungsluft (Umgebung) und dem Dampfbereich62 eine vorbestimmte Grenze überschreitet. Das zweite mechanische Ventil70 kann ein Druckentlastungsventil bilden. Das zweite mechanische Ventil70 kann normalerweise in eine geschlossene Position vorgespannt sein und kann sich öffnen, wenn der Druck innerhalb des Dampfbereiches62 höher ist als der Umgebungsdruck und eine Druckdifferenz zwischen der Umgebungsluft (Umgebung) und dem Dampfbereich62 eine vorbestimmte Grenze überschreitet. Das erste und das zweite mechanische Ventil68 ,70 können parallele Strömungspfade zwischen dem Dampfbereich62 und der Umgebungsluft (Umgebung) bilden. - Die Filteranordnung
60 kann zwischen dem Dampfbereich62 des Kraftstoffreservoirs46 und der Umgebungsluft angeordnet sein. Die Filteranordnung60 kann sowohl für Sauerstoff als auch Kohlenwasserstoffe undurchlässig sein und kann für andere Gase wie z. B. Stickstoff durchlässig sein. Die Filteranordnung60 kann viele verschiedene Formen annehmen. In dem vorliegenden nicht einschränkenden Beispiel ist eine einzige Filteranordnung60 zwischen der dritten Ventilanordnung56 und der Umgebungsluft veranschaulicht. Es ist allerdings einzusehen, dass alternative Anordnungen vorhanden sein können, wo die Filteranordnung60 zwischen dem Dampfbereich62 des Kraftstoffreservoirs46 und der dritten Ventilanordnung56 angeordnet ist. Es ist ferner einzusehen, dass die Filteranordnung60 ein erstes und ein zweites Filterelement umfassen kann, die sich voneinander unterscheiden (nicht gezeigt), wobei das erste undurchlässig für Sauerstoff ist und das zweite undurchlässig für Kohlenwasserstoffe ist. - Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann die Filteranordnung
60 Membranen, Lagen und Siebe umfassen wie z. B. technische Zeolithe, molekulare Kohlenstoffsiebe und/oder anorganische Metallkomplexe. Die Größen und Filtereigenschaften der verschiedenen Komponenten der Filteranordnung60 können für die Molekülgrößen von Sauerstoff und Kohlenwasserstoffen speziell maßgeschneidert sein. - Während des Betriebes kann das Fahrzeug
10 in Abhängigkeit von den Leistungserfordernissen in vielen verschiedenen Modi betrieben werden. In einem ersten Betriebsmodus kann die Maschine22 von dem Getriebe16 abgekoppelt sein und der Elektromotor30 kann die Ausgangswelle34 antreiben. Die Maschine22 kann während des ersten Modus abgestellt sein. In einem zweiten Betriebsmodus kann die Kurbelwelle24 die Ausgangswelle34 durch die Verbrennung innerhalb der Maschine22 antreiben. In dem zweiten Betriebsmodus kann die Maschine22 die Ausgangswelle34 selbst oder in Kombination mit dem Elektromotor30 antreiben. In einem dritten Betriebsmodus kann die Maschine22 den Elektromotor30 antreiben, um die Batterie32 zu laden, und sie kann die Ausgangswelle34 antreiben. - Während des Betriebes im ersten Modus können die erste und die zweite Ventilanordnung
52 ,54 geschlossen sein. Während des Betriebes im zweiten Modus können die erste und die zweite Ventilanordnung52 ,54 auf der Basis von Maschinenbetriebsbedingungen periodisch geöffnet werden, um den Kraftstoffdampf (V) aus dem Dampfbereich62 zur Verbrennung an den Ansaugkrümmer28 zu liefern. Die erste Ventilanordnung52 kann eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Dampfbereich62 und dem Ansaugkrümmer28 verhindern, wenn sie sich in der geschlossenen Position befindet. Wie oben angegeben, können die zweite Ventilanordnung54 und die dritte Ventilanordnung56 parallele Strömungspfade zwischen dem Dampfbereich62 und der Umgebungsluft bilden. Wenn die zweite Ventilanordnung54 geschlossen ist, ist die Fluidströmung zwischen dem Dampfbereich62 und der Umgebungsluft durch die dritte Ventilanordnung56 gesteuert. Der Druck innerhalb des Dampfbereiches62 kann auf der Basis der Temperatur und Meereshöhe schwanken. - Während langer Betriebsdauern im ersten Modus können die Druckschwankungen ein Öffnen und Schließen der dritten Ventilanordnung
56 bewirken, um den Druck innerhalb des Kraftstoffreservoirs46 zu steuern. Wenn die dritte Ventilanordnung56 und im Spezielleren das erste mechanische Ventil68 geöffnet ist, um eine Fluidströmung in das Kraftstoffreservoir46 hinein zuzulassen, tritt eine Umgebungsluftströmung (A) in den zweiten Durchgang66 ein und strömt durch die Filteranordnung60 hindurch. Die Filteranordnung60 verhindert, dass Sauerstoff aus der Umgebungsluft in das Kraftstoffreservoir eintritt. Daher kann die Fluidströmung (AO), die in das Kraftstoffreservoir62 eintritt, im Allgemeinen Umgebungsluft ohne Sauerstoff (d. h. Stickstoff) umfassen. Das Verhindern der Einleitung von Sauerstoff begrenzt die Oxidation des flüssigen Kraftstoffes innerhalb des Kraftstoffreservoirs46 während der langen Zeiten mit abgestellter Maschine während des Betriebes im ersten Modus. - Wenn die dritte Ventilanordnung
56 und im Spezielleren das zweite mechanische Ventil70 geöffnet sind, um eine Fluidströmung aus dem Kraftstoffreservoir46 zuzulassen, strömt auch der Kraftstoffdampf (V) durch die Filteranordnung60 hindurch. Die Filteranordnung60 verhindert, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Dampfbereich62 in die Umgebungsluft (Umgebung) entweichen. Somit kann die Fluidströmung (VHC), die aus dem Kraftstoffreservoir62 austritt, allgemein Gase in dem Dampfbereich62 ohne Kohlenwasserstoffe umfassen. Das Verhindern des Entweichens von Kohlenwasserstoffen begrenzt Verdunstungsverluste an die Umgebung und hält einen Kraftstoffdampfdruck in dem Kraftstoffreservoir62 aufrecht. - Während sie in Kombination mit einem Hybridfahrzeug
10 und im Spezielleren einem Plug-in-Hybridfahrzeug erläutert ist, ist einzusehen, dass die vorliegende Offenlegung nicht auf Hybridanwendungen beschränkt ist und gleichermaßen auf Fahrzeuge zutrifft, die nur durch eine Brennkraftmaschine betrieben werden.
Claims (5)
- Verdunstungsemissionssystem, welches umfasst: einen ersten Durchgang, der selektiv eine fluidtechnische Verbindung zwischen einem Kraftstoffdampfbereich eines Fahrzeug-Kraftstoffreservoirs und einem Maschinen-Luftansaugsystem bereitstellt; einen zweiten Durchgang in fluidtechnischer Verbindung mit dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft; eine Ventilanordnung, die in dem zweiten Durchgang angeordnet ist und eine fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft steuert, wobei die Ventilanordnung ein mechanisches Ventil umfasst, das zwischen geöffneten und geschlossenen Positionen durch eine Druckdifferenz zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft betätigt wird; ein erstes solenoidbetriebenes Ventil, das in dem ersten Durchgang angeordnet ist und die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und dem Maschinen-Luftansaugsystem steuert; ein zweites solenoidbetriebenes Ventil, das in dem zweiten Durchgang angeordnet ist, wobei das zweite solenoidbetriebene Ventil und die Ventilanordnung parallele Strömungspfade bilden und die fluidtechnische Verbindung zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft steuern; und eine für den Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe undurchlässige Filteranordnung, die in dem zweiten Durchgang zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft angeordnet ist und verhindert, dass sich der Sauerstoff und die Kohlenwasserstoffe zwischen dem Kraftstoffdampfbereich und der Umgebungsluft bewegen, wobei die Ventilanordnung die Fluidströmung steuert, die aus dem Kraftstoffdampfbereich austritt, wenn das erste und das zweite Ventil geschlossen sind, wobei die Fluidströmung, die aus dem Kraftstoffdampfbereich austritt, durch die Filteranordnung strömt, bevor sie aus dem Verdunstungsemissionssystem austritt, und wobei die Filteranordnung nur im Strömungspfad der Ventilanordnung und nicht im Strömungspfad des zweiten solenoidbetriebenen Ventils angeordnet ist.
- Verdunstungsemissionssystem nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung ein Druckentlastungsventil umfasst, wobei das Druckentlastungsventil eine Fluidströmung von dem Kraftstoffdampfbereich zu der Umgebungsluft zulässt, wenn es sich in einer geöffneten Position befindet, und die Filteranordnung verhindert, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoffdampfbereich austreten, wenn sich das Druckentlastungsventil in der geöffneten Position befindet.
- Verdunstungsemissionssystem nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung ein Unterdrucksteuerventil umfasst, wobei das Unterdrucksteuerventil eine Fluidströmung von der Umgebungsluft zu dem Kraftstoffdampfbereich zulässt, wenn es sich in einer geöffneten Position befindet, und die Filteranordnung verhindert, dass Sauerstoff in den Kraftstoffdampfbereich eintritt, wenn sich das Unterdrucksteuerventil in der geöffneten Position befindet.
- Verdunstungsemissionssystem nach Anspruch 1, wobei die Ventilanordnung eine Fluidströmung von dem Kraftstoffdampfbereich zu der Umgebungsluft während einer ersten Bedingung zulässt und eine Fluidströmung von der Umgebungsluft zu dem Kraftstoffdampfbereich während einer zweiten Bedingung zulässt, wobei die Filteranordnung verhindert, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoffdampfbereich während der ersten Bedingung austreten, und verhindert, dass Sauerstoff während der zweiten Bedingung in den Kraftstoffdampfbereich eintritt.
- Verdunstungsemissionssystem nach Anspruch 1, wobei die Filteranordnung durchlässig für Stickstoff ist.
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