DE102014010686A1

DE102014010686A1 - Brennkraftmaschine rnit Tankentlüftungssystem und Betriebsverfahren

Info

Publication number: DE102014010686A1
Application number: DE102014010686.1A
Authority: DE
Inventors: Jacky Ölscher
Original assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Current assignee: IAV GmbH Ingenieurgesellschaft Auto und Verkehr
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28
Anticipated expiration: 2034-07-23
Also published as: DE102014010686B4

Abstract

Die vorliegende Erfindung stellt eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem bereit, bei welchem die Desorptionsrate variabel einstellbar ist und an den Betrieb der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise weist das Tankentlüftungssystem dazu einen Adsorptionsfilter mit einem verstellbaren Ultraschallsender auf, wobei der vom Ultraschallsender ausgesendete Schall hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz variabel einstellbar ist. Die vorliegende Erfindung stellt weiter ein Betriebsverfahren für die Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem bereit, bei welchem die Desorptionsrate variabel einstellbar ist und an den Betrieb der Brennkraftmaschine angepasst werden kann.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem und weiter ein Betriebsverfahren für die Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem.
Stand der Technik
Zur Speicherung von flüssigem Kraftstoff für den Betrieb von Brennkraftmaschinen an Bord von Kraftfahrzeugen werden Kraftstofftanks verwendet. Diese Kraftstofftanks sind zum Druckausgleich mit Tankentlüftungssystemen ausgestattet, um mechanische Schäden an den Kraftstofftanks infolge der zunehmenden Verdampfung des Kraftstoffs und der damit einhergehenden Druckerhöhung zu verhindern. Das Tankentlüftungssystem stellt die Entlüftung des Kraftstofftanks gegenüber der Umgebung sicher.
Zum Schutz der Umwelt vor Schadstoffemissionen wiederum sind diese Tankentlüftungssysteme mit Filtersystemen ausgestattet, in welchen flüchtige Bestandteile des Kraftstoffs aus den Kraftstofftanks zwischengespeichert werden, um während der Entlüftung nicht in die Umwelt gelangen zu können. Während des Betriebs der Brennkraftmaschinen werden die Filtersysteme regeneriert. Dazu werden die Filtersysteme mittels Frischluft aus der Umgebung gespült und die flüchtigen Bestandteile des Kraftstoffs zusammen mit dem Frischluftstrom als Spülstrom mit bestimmtem Luft-Kraftstoffverhältnis über das Saugrohr den Brennkraftmaschinen zur Verbrennung im Zylinder zugeführt. Das für die Spülung des Filtersystems erforderliche Spüldruckgefälle ergibt sich aus dem beim Betrieb der Brennkraftmaschine vorherrschenden Differenzdruck zwischen Saugrohr und Umgebung. Die so dem Zylinder zugeführte gasförmige Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem kann bereits zum Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichen, wie aus der Offenlegungsschrift DE 10 2012 004 066 A1 bekannt ist, oder einen Anteil der für den Betrieb der Brennkraftmaschinen notwendigen Kraftstoffmenge bilden. Die Filtersysteme sind hauptsächlich als Adsorptionsfilter ausgeführt, um die flüchtigen Bestandteile des Kraftstoffs während der Entlüftung des Kraftstofftanks gegenüber der Umgebung zu adsorbieren und während der Regeneration zu desorbieren.
Aus der Patentschrift DE1526661 B2 ist ein Tankentlüftungssystem mit einem Adsorptionsbett bekannt, um die aus dem Kraftstofftank entweichenden gasförmigen Brennstoffe bei Stillstand der Brennkraftmaschine zu adsorbieren. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine werden die adsorbierten Bestandteile mittels eines Rückstroms über das Adsorptionsbett desorbiert und der Brennkraftmaschine zugeführt. Es wird beschrieben, dass die Regeneration des Adsorptionsbetts nur außerhalb des Leerlaufs oder des Langsamerwerdens der Brennkraftmaschine erfolgt.
Die Regeneration von Adsorptionsfiltern ist abhängig von der Temperatur des Adsorbens sowie der Strömungscharakteristik der Spülluft gegenüber dem Adsorbens. Zudem führt der endotherme Vorgang der Desorption zum Abkühlen des Adsorbens, was sich negativ auf die Desorption auswirkt.
Im Zuge der Hybridisierung der Antriebsstränge sowie der Umsetzung von Start/Stopp-Systemen reduzieren sich die effektiven Betriebszeiten der Brennkraftmaschinen stetig. Dadurch reduzieren sich auch die für die Regeneration der Adsorptionsfilter zur Verfügung stehenden Betriebszeiten. Weiterhin werden Brennkraftmaschinen aufgrund der Wirkungsgradvorteile bevorzugt in ungedrosselten Arbeitspunkten betrieben. Dadurch reduziert sich zudem das zur Verfügung stehende Spüldruckgefälle zwischen Umgebung und Saugrohr. Zum Schutz der Umwelt werden zudem zunehmend niedrigere Grenzwerte der zulässigen Verdunstungsemissionen definiert. Mit zunehmender Entwicklung des Antriebsstrangs nimmt demnach der zur Verfügung stehende Spülluftstrom ab, wobei sinkende Grenzwerte das Problem für Adsorptionsfilter verschärfen.
Zur Verbesserung der Regeneration von Adsorptionsfiltern im Allgemeinen werden verschiedene Regenerationsmethoden eingesetzt. So kann der Spülvorgang zum Beispiel durch Temperaturerhöhung oder auch durch die Ultraschallbehandlung unterstützt werden, wobei die Regenerationsmethoden auf das Adsorbens und/oder auf die für die Spülung notwendige Frischluft wirken. Alternativ kann auch der Spülvorgang durch Erhöhung des zur Verfügung stehenden Spüldruckgefälles verbessert werden. Mittels dieser Regenerationsmethoden wird die Desorptionsrate im Adsorptionsfilter erhöht. Als Desorptionsrate ist dabei die desorbierte Menge von Adsorbat pro Zeiteinheit zu verstehen.
Es ist bekannt, die Desorptionsrate des Adsorptionsfilters durch Wärmezufuhr zu erhöhen, wie beispielsweise in der Patentschrift DE4104513C2 beschrieben. Die im Adsorptionsfilter vorhandene thermische Masse bewirkt jedoch, dass zum einen die Desorptionsrate nur träge auf eine Wärmezufuhr reagiert, und zum anderen eine anschließende Adsorption während der Entlüftung des Kraftstofftanks durch das langsame Abkühlen des Adsorbens unzureichend ist. Die Gefahr eines Durchbruchs von Schadstoffemissionen durch den Adsorptionsfilter steigt.
Weiter ist bekannt, die Desorption durch den Einsatz von Spülpumpen zu erhöhen, wie aus der Patentschrift DE3935612C2 bekannt. Mittels der Spülpumpe wird das Spülgefälle und dementsprechend der Frischluftmassestrom erhöht, wobei die Spülpumpe jedoch entsprechend groß dimensioniert werden muss, um eine signifikante Steigerung der Desorptionsrate zu erreichen. Die Dimensionierung der Spülpumpe wirkt sich negativ auf Gewicht, Energiebedarf und Bauraum aus.
Aus der Patentschrift DD301979A7 ist bekannt, dass der Spülvorgang von Adsorptionsfiltern im Allgemeinen zur Verbesserung der Regeneration unter Einwirkung von Ultraschall durchgeführt wird.
Aufgabe der Erfindung
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem und ein Betriebsverfahren für die Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem mit erhöhter Desorptionsrate bereitzustellen, wobei eine dem Betrieb der Brennkraftmaschine angepasste Desorptionsrate ermöglicht wird.
Lösung der Aufgabe
Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem nach den Merkmalen des Patentanspruches 1 und einem Betriebsverfahren nach den Merkmalen des Patentanspruches 3 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen und den Ausführungsbeispielen.
Beschreibung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung stellt eine Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem bereit, bei welchem die Desorptionsrate variabel einstellbar ist und an den Betrieb der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise weist das Tankentlüftungssystem dazu einen Adsorptionsfilter mit einem verstellbaren Ultraschallsender auf, wobei der vom Ultraschallsender ausgesendete Schall hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz variabel einstellbar ist. Das Tankentlüftungssystem weist weiter eine Entlüftungsleitung, eine Frischluftleitung und eine Spülleitung auf. Der Adsorptionsfilter ist mittels der Entlüftungsleitung mit einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine, mittels der Frischluftleitung mit der Umgebung, und mittels der Spülleitung mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine fluidverbunden. Die Entlüftungsleitung, die Frischluftleitung und die Spülleitung sind demnach als Fluidverbindungen ausgeführt, durch welche hauptsächlich gasförmiger Kraftstoff und/oder Luft geleitet wird. Innerhalb der Spülleitung ist zudem ein Regenerierventil vorgesehen, um die Spülleitung schaltbar freizugeben oder zu unterbrechen und dementsprechend die Regeneration des Adsorptionsfilters zu aktivieren oder zu deaktivieren.
Der Adsorptionsfilter umfasst ein Filterbett und den verstellbaren Ultraschallsender in einem Adsorptionsfiltergehäuse. Die Entlüftungsleitung mündet direkt in das Filterbett des Adsorptionsfilters, so dass die flüchtigen Kraftstoffbestandteile während der Tankentlüftung aus dem Kraftstofftank direkt auf das Filterbett geleitet und adsorbiert werden können. Während der Regeneration des Adsorptionsfilters wird der zuvor adsorbierte Kraftstoff aus dem Filterbett desorbiert und mittels eines über die Frischluftleitung in das Adsorptionsfiltergehäuse eingeleiteten Frischluftstroms aufgenommen und als Spülstrom über die Spülleitung aus dem Adsorptionsfiltergehäuse abgeführt. Der verstellbare Ultraschallsender und das Regenerierventil sind über eine Steuerleitung mit einer zentralen Steuereinheit der Brennkraftmaschine signalverbunden und werden für eine Regeneration des Adsorptionsfilters von der zentralen Steuereinrichtung angesteuert. Die zentrale Steuereinheit der Brennkraftmaschine ist mit wenigstens einem Sensor der Brennkraftmaschine zur Ermittlung von Informationen zum Betriebspunkt der Brennkraftmaschine signalverbunden. In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die zentrale Steuereinheit mit wenigstens einem Sensor des Adsorptionsfilters zur Ermittlung von Informationen zum Beladungszustand des Adsorptionsfilters signalverbunden.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise ist der verstellbare Ultraschallsender im Bereich des in das Adsorptionsfiltergehäuse einströmenden Frischluftstroms angeordnet, wobei der vom verstellbaren Ultraschallsender ausgesendete Schall direkt auf den Frischluftstrom wirkt. Alternativ kann der verstellbare Ultraschallsender direkt mit dem Filterbett des Adsorptionsfilters verbunden sein, so dass das Filterbett und der adsorbierte Kraftstoff zum Schwingen angeregt werden und der Schall über das Filterbett auf den Frischluftstrom übertragen wird. Werden mehrere verstellbare Ultraschallsender vorgesehen, kann die Anordnung der verstellbaren Ultraschallsender im Bereich des Frischluftstroms und am Filterbett erfolgen. Demnach wirkt der vom verstellbaren Ultraschallsender ausgesendete Schall direkt auf den Frischluftstrom und/oder indirekt über das Filterbett auf den Frischluftstrom.
In einer Ausführung ist die Spülleitung in Strömungsrichtung nach einer Drosselklappe mit einem Saugrohr im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine fluidverbunden. Demnach ist der Adsorptionsfilter mittels der Entlüftungsleitung mit einem Kraftstofftank der Brennkraftmaschine, mittels der Frischluftleitung mit der Umgebung und mittels der Spülleitung mit dem Saugrohr im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine fluidverbunden.
Ist die Brennkraftmaschine als aufgeladene Brennkraftmaschine ausgebildet, ist die Spülleitung in Strömungsrichtung nach dem Aufladeaggregat mit einem Einlasssammler im Ansaugtrakt der aufgeladenen Brennkraftmaschine fluidverbunden, wobei in der Spülleitung eine Spülpumpe angeordnet ist, um dem im Einlasssammler vorherrschenden Ladedruck zur Förderung des Spülstroms in den Einlasssammler entgegenzuwirken. Demnach ist der Adsorptionsfilter mittels der Entlüftungsleitung mit einem Kraftstofftank der aufgeladenen Brennkraftmaschine, mittels der Frischluftleitung mit der Umgebung und mittels der Spülleitung mit dem Einlasssammler im Ansaugtrakt der aufgeladenen Brennkraftmaschine fluidverbunden, wobei innerhalb der Spülleitung eine Spülpumpe vorgesehen ist.
Ist die Brennkraftmaschine als aufgeladene Brennkraftmaschine ausgebildet, ist die Spülleitung in einer alternativen Ausführungsform in Strömungsrichtung vor dem Aufladeaggregat mit einem Ansaugrohr im Ansaugtrakt der aufgeladenen Brennkraftmaschine fluidverbunden. Demnach ist der Adsorptionsfilter mittels der Entlüftungsleitung mit einem Kraftstofftank der aufgeladenen Brennkraftmaschine, mittels der Frischluftleitung mit der Umgebung und mittels der Spülleitung mit dem Ansaugrohr im Ansaugtrakt der aufgeladenen Brennkraftmaschine fluidverbunden.
Die vorliegende Erfindung stellt weiter ein Betriebsverfahren für die Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem bereit, bei welchem die Desorptionsrate variabel einstellbar ist und an den Betrieb der Brennkraftmaschine angepasst werden kann. In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise erfolgt zur Regeneration des Adsorptionsfilters die Steuerung des verstellbaren Ultraschallsenders zusammen mit dem Regenerierventil durch die zentrale Steuereinheit der Brennkraftmaschine über die Steuerleitung. Zur betriebspunktabhängigen Ansteuerung des verstellbaren Ultraschallsenders durch die zentrale Steuereinheit werden Informationen zum Betriebspunkt der Brennkraftmaschine verarbeitet. In einer vorteilhaften Weiterbildung werden zur betriebspunktabhängigen Ansteuerung des verstellbaren Ultraschallsenders zudem Informationen zum Beladungszustand des Adsorptionsfilters und/oder Informationen zum Spülstrom verarbeitet. Demnach werden mittels der zentralen Steuereinheit das Regenerierventil zur Freigabe der Spülleitung und zur Drosselung des Spülstromes sowie der verstellbare Ultraschallsender zur Aussendung von Schall angesteuert.
In erfindungsgemäß vorteilhafter Weise wird dabei der vom verstellbaren Ultraschallsender ausgesendete Schall hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz variabel eingestellt, wobei die Einstellung des Schalls hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz in Abhängigkeit des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine erfolgt. In einer vorteilhaften Weiterentwicklung erfolgt die Einstellung des Schalls hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz zusätzlich in Abhängigkeit des Beladungszustands des Adsorptionsfilters und/oder des Zustands des Spülstroms.
Der vom Ultraschallsender ausgesendete Schall regt den Frischluftstrom zum Schwingen an, wodurch sich die Desorptionsrate variabel beeinflussen und gegenüber herkömmlichen Tankentlüftungssystemen deutlich erhöhen lässt. Mittels der variablen Einstellung des vom verstellbaren Ultraschallsender ausgesendeten Schalls lässt sich die auf den Adsorptionsfilter wirkende Schallleistung, welche sich aus Amplitude und Frequenz des Schalls ergibt, und somit die Desorptionsrate des Adsorptionsfilters verändern. Eine geeignete Parametrierung von Amplitude und/oder Frequenz des Schalls führt zu einer drastischen Steigerung der Desorptionsrate. Dabei wird der Zusammenhang genutzt, dass die Moleküle des Frischluftstroms durch den vom verstellbaren Ultraschallsender ausgesendeten Schall zum Schwingen angeregt werden und demnach die Turbulenz im Frischluftstrom erhöht wird. Die Turbulenzerhöhung wirkt sich positiv auf die Desorption von gasförmigem Kraftstoff aus dem Adsorptionsfilter aus. Dadurch steigt die Desorptionsrate bei Erhöhung der durch den verstellbaren Ultraschallsender auf den Adsorptionsfilter wirkenden Schallleistung und es wird eine größere Kraftstoffmenge je Zeiteinheit aus dem Adsorptionsfilter desorbiert. Weiter kommt es durch die Einleitung von Schall nicht zu einer globalen Erwärmung des Filterbetts, wodurch bei Beendigung der Regeneration die Adsorptionsfähigkeit des Adsorptionsfilters erhalten bleibt.
Durch die Veränderung der Desorptionsrate mittels des verstellbaren Ultraschallsenders lassen sich unterschiedliche Kraftstoffmengen pro Zeiteinheit aus dem Adsorptionsfilter desorbieren und über den zur Verfügung stehenden Frischluftstrom als Spülstrom der Verbrennung im Zylinder der Brennkraftmaschine zuführen. Der Frischluftstrom aus der Umgebung wird dem Adsorptionsfilter über die Frischluftleitung zugeführt. Der Spülstrom wird wiederum vom zur Verfügung stehenden Spüldruckgefälle während der Regeneration sowie durch die Ansteuerung des Regenerierventils bestimmt, welches sich beim Betrieb der Brennkraftmaschine in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine als Differenzdruck zwischen Saugrohrdruck und Umgebungsdruck einstellt. In Abhängigkeit des Spüldruckgefälles und in Abhängigkeit der Desorptionsrate ergibt sich bei geöffnetem Regenerierventil demnach ein Spülstrom mit einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis durch die Spülleitung, welcher sich aus dem Frischluftstrom und dem desorbierten gasförmigen Kraftstoff zusammensetzt. Mittels einer getakteten Ansteuerung des Regenerierventils kann der Spülstrom zusätzlich variabel eingestellt werden. Über die Spülleitung wird der Spülstrom aus dem Adsorptionsfilter in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine eingeleitet, wenn die Spülleitung mittels des Regenerierventils freigegeben ist.
Die beim Betrieb der Brennkraftmaschine auftretenden, unterschiedlichen Betriebspunkte lassen sich neben anderen Möglichkeiten zum Beispiel durch Informationen zu Drehzahl und Drehmoment beschreiben. In Abhängigkeit des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine können unterschiedliche, maximal zulässige Kraftstoffmengen aus dem Tankentlüftungssystem der Verbrennung im Zylinder der Brennkraftmaschine über den Ansaugtrakt zugeführt werden, ohne dass der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine geändert wird. Dazu kann es notwendig sein, die über das Tankentlüftungssystem zugeführte Luft- und Kraftstoffmasse zu kompensieren. Die so dem Zylinder zugeführte Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem kann bereits zum Betrieb der Brennkraftmaschine ausreichen oder einen Anteil der für den Betrieb der Brennkraftmaschinen notwendigen Kraftstoffmenge bilden, wobei mittels des verstellbaren Ultraschallsenders die aus dem Tankentlüftungssystem bereitgestellte Kraftstoffmenge variabel einstellbar ist.
Die maximal zulässige Kraftstoffmenge für den jeweiligen Betriebspunkt ergibt sich daraus, ob der Betrieb der Brennkraftmaschine gestört wird, oder die zur Verfügung stehenden Regelbereiche, insbesondere des Kraftstoffpfades ausreichen, um den Einfluss der aus dem Tankentlüftungssystem zugeführten Kraftstoffmenge auf die Verbrennung auszugleichen. Für den jeweiligen Betriebspunkt ergibt sich somit eine maximal zulässige Kraftstoffmenge, welche aus dem Tankentlüftungssystem über den Spülstrom der Verbrennung im Zylinder zugeführt werden darf. Aus dieser maximal zulässigen Kraftstoffmenge resultiert wiederum eine maximal zulässige Schallleistung des verstellbaren Ultraschallsenders, welche zudem vom Beladungszustand des Adsorptionsfilters abhängig ist. In besonders vorteilhafter Weise kann der verstellbare Ultraschallsender während der Regeneration des Adsorptionsfilters zusätzlich in Abhängigkeit des Beladungszustands des Adsorptionsfilters angesteuert werden. Die Abhängigkeit der Desorptionsrate vom Beladungszustand, vom Spüldruckgefälle, von der Ansteuerung des Regenerierventils und/oder von der Schallleistung des verstellbaren Ultraschallsenders kann in Kennfeldern abgelegt sein und für eine Regelung der zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem verwendet werden.
Die Regelung der aus dem Tankentlüftungssystem zur Verbrennung zugeführten Kraftstoffmenge erfolgt unter Verwendung vorhandener Systeme der Brennkraftmaschine und des verstellbaren Ultraschallsenders während der Regeneration des Adsorptionsfilters. In vorteilhafter Weise ist die Regelung der Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem in eine Lambdaregelung der Brennkraftmaschine integriert, wobei die Lambdaregelung den verstellbaren Ultraschallsender steuert.
Die Bestimmung der aus dem Tankentlüftungssystem bereitgestellten Kraftstoffmenge kann gemessen oder anhand eines Desorptionsmodells bestimmt werden. In vorteilhafter Weise erfolgt die Bestimmung der Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem anhand einer Analyse des Verbrennungsabgases. Mit einer bereits vorhandenen Lambdasonde beziehungsweise Breitbandlambdasonde der Brennkraftmaschine wird der Restsauerstoffgehalt im Verbrennungsabgas ermittelt und im Zusammenhang mit der Kenntnis der der Verbrennung gesamt zugeführten Frischluftmenge die der Verbrennung gesamt zugeführte Kraftstoffmenge ermittelt. Da sich die gesamte Kraftstoffmenge aus einer bekannten Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffversorgungssystem der Brennkraftmaschine und aus der Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem ergibt, lässt sich der Anteil der Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem ermitteln.
In vorteilhafter Weise erfolgt die Regeneration des Adsorptionsfilters bevorzugt, so dass die aus dem Tankentlüftungssystem maximal mögliche Kraftstoffmenge mit der Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffversorgungsystem zur notwendigen Kraftstoffmenge für den jeweiligen Betriebspunkt ergänzt wird.
Reicht die aus dem Tankentlüftungssystem bereitstellbare Kraftstoffmenge bereits für den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine aus, erfolgt die Zuführung der für den Betriebspunkt der Brennkraftmaschine erforderlichen Kraftstoffmenge ausschließlich aus dem Tankentlüftungssystem, wobei der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine durch die Steuerung des verstellbaren Ultraschallsenders, des Regenerierventils und der Drosselklappe eingestellt wird.
In vorteilhafter Weise wird die während der Regeneration des Adsorptionsfilters bereitgestellte Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem für eine schnelle Erhöhung der gesamten Kraftstoffmenge im Falle eines positiven Lastsprungs verwendet. Da die Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem vollständig im gasförmigen Zustand vorliegt, kann dabei die Partikelemission gegenüber einer Erhöhung der gesamten Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffversorgungssystem reduziert werden.
Ausführungsbeispiel Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem
Beispielhaft wird hier eine Ausführung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 1 mit Tankentlüftungssystem 2 dargestellt. In der dazugehörigen Figur zeigt:
1: eine schematische Darstellung der Brennkraftmaschine 1 mit Tankentlüftungssystem 2.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit Tankentlüftungssystem 2, dargestellt in 1, weist einen Adsorptionsfilter 3 mit einem verstellbaren Ultraschallsender 4 auf. Der Adsorptionsfilter 3 ist mittels einer Entlüftungsleitung 5 mit einem Kraftstofftank 6 der Brennkraftmaschine 1, mittels einer Frischluftleitung 7 mit einer Umgebung 8, und mittels einer Spülleitung 9 mit einem Saugrohr 10 eines Ansaugtraktes 20 der Brennkraftmaschine 1 fluidverbunden. Innerhalb der Spülleitung 9 ist zudem ein Regenerierventil 11 vorgesehen, um die Spülleitung 9 schaltbar freizugeben oder zu unterbrechen und dementsprechend eine Fluidverbindung zwischen Adsorptionsfilter 3 und Saugrohr 10 herzustellen, wenn eine Regeneration des Adsorptionsfilters 3 erfolgen soll. Die Spülleitung 9 ist in Strömungsrichtung nach einer Drosselklappe 16 mit dem Saugrohr 10 verbunden, so dass sich während der Regeneration des Adsorptionsfilters ein ausreichend hohes Spüldruckgefälle zwischen Saugrohr 10 und Umgebung 8 ausbildet. Der Adsorptionsfilter 3 umfasst ein Filterbett 12 und den verstellbaren Ultraschallsender 4 in einem Adsorptionsfiltergehäuse 13. Die Entlüftungsleitung 5 mündet direkt in das Filterbett 12 des Adsorptionsfilters 3, so dass die flüchtigen Kraftstoffbestandteile aus dem Kraftstofftank 6 direkt auf das Filterbett 12 geleitet und adsorbiert werden können. Der verstellbare Ultraschallsender 4 ist im Bereich eines in das Adsorptionsfiltergehäuse 13 einströmenden Frischluftstroms 17 angeordnet, wobei der vom verstellbaren Ultraschallsender 4 ausgesendete Schall direkt auf den Frischluftstrom 17 wirkt und die Moleküle des Frischluftstroms 17 zum Schwingen anregt. Der verstellbare Ultraschallsender 4 und das Regenerierventil 11 sind über Steuerleitungen 14 mit einer zentralen Steuereinheit 15 der Brennkraftmaschine 1 signalverbunden. Über die Steuerleitungen 14 wird das Regenerierventil 11 und der verstellbare Ultraschallsender 4 angesteuert, wobei der vom verstellbaren Ultraschallsender 4 ausgesendete Schall hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz variabel einstellbar ist. Die Einstellung des vom verstellbaren Ultraschallsender 4 ausgesendeten Schalls erfolgt dabei in Abhängigkeit des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine 1 und in einer vorteilhaften Weiterbildung zusätzlich in Abhängigkeit des Beladungszustands des Adsorptionsfilters 3. Durch den verstellbaren Ultraschallsender 4 wird die Desorptionsrate von Kraftstoff aus dem Filterbett 12 beeinflusst. In Abhängigkeit des Spüldruckgefälles und in Abhängigkeit der Desorptionsrate ergibt sich bei geöffnetem Regenerierventil 11 ein Spülstrom 18 durch die Spülleitung 9, welcher sich aus dem Frischluftstrom 17 und dem desorbierten gasförmigen Kraftstoff zusammensetzt.
Ausführungsbeispiel Betriebsverfahren
Beispielhaft wird hier eine Ausführung des erfindungsgemäßen Betriebsverfahrens für die Brennkraftmaschine mit Tankentlüftungssystem dargestellt.
Die erfindungsgemäße Brennkraftmaschine 1 mit Tankentlüftungssystem 2, dargestellt in 1, wird durch ein erfindungsgemäßes Betriebsverfahren betrieben, bei welchem der verstellbare Ultraschallsender 4 in Abhängigkeit des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine 1 angesteuert wird. Optional wird der verstellbare Ultraschallsender 4 zusätzlich in Abhängigkeit des Beladungszustands des Adsorptionsfilters 3 angesteuert. Zur Regenration des Adsorptionsfilters 3 wird die Spülleitung 9 mittels des Regenerierventils 11 durch die zentrale Steuereinheit 15 freigegeben und der Spülstrom 18 durch eine getaktete Ansteuerung des Regenerierventils 11 eingestellt. Zudem wird durch eine betriebspunktabhängige Ansteuerung des verstellbaren Ultraschallsenders 4 durch die zentrale Steuereinheit 15 die Desorptionsrate variabel an den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 angepasst.
Dazu wird zunächst der vorherrschende Betriebspunkt während des Betriebs der Brennkraftmaschine 1 und basierend darauf eine notwendige Kraftstoffmenge für den jeweiligen Betriebspunkt ermittelt. Die notwendige Kraftstoffmenge ergibt sich aus der Kraftstoffmenge, welche zum Betrieb der Brennkraftmaschine 1 im jeweiligen Betriebspunkt erforderlich ist. Diese notwendige Kraftstoffmenge kann durch das Tankentlüftungssystem 2 und/oder durch ein Kraftstoffversorgungssystem 19 bereitgestellt werden. Demnach ergibt sich für den jeweiligen Betriebspunkt eine maximal zulässige Kraftstoffmenge, welche aus dem Tankentlüftungssystem 2 als Spülstrom 18 der Verbrennung über den Ansaugtrakt 20 zugeführt werden darf. Aus dieser maximal zulässigen Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem 2 resultiert wiederum eine maximal zulässige Schallleistung des verstellbaren Ultraschallsenders 4, welche zudem vom Beladungszustand des Filterbetts 12 abhängig ist. Während der Regeneration des Adsorptionsfilters 3 wird der verstellbare Ultraschallsender 4 mittels der zentralen Steuereinheit 15 variabel bis zu der maximal zulässigen Schallleistung angesteuert. Dadurch ergibt sich eine bestimmte Kraftstoffmenge, welche als Spülstrom 18 in den Ansaugtrakt 20 geleitet wird. Die Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem 2 wird mittels Kraftstoff aus dem Kraftstoffversorgungssystem 19 zur für den Betriebspunkt notwendigen Kraftstoffmenge ergänzt, wenn die Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem 2 für den Betrieb der Brennkraftmaschine 1 im jeweiligen Betriebspunkt nicht ausreichend ist. Die Ermittlung der für den Betriebspunkt notwendigen Kraftstoffmenge ist in einer Lambdaregelung der Brennkraftmaschine 1 integriert, wobei die Lambdaregelung den verstellbaren Ultraschallsender 4 steuert.
Bezugszeichenliste

1: Brennkraftmaschine
2: Tankentlüftungssystem
3: Adsorptionsfilter
4: verstellbarer Ultraschallsender
5: Entlüftungsleitung
6: Kraftstofftank
7: Frischluftleitung
8: Umgebung
9: Spülleitung
10: Saugrohr
11: Regenerierventil
12: Filterbett
13: Adsorptionsfiltergehäuse
14: Signalleitung
15: zentrale Steuereinheit
16: Drosselklappe
17: Frischluftstrom
18: Spülstrom
19: Kraftstoffversorgungssystem
20: Ansaugtrakt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012004066 A1 [0003]
DE 1526661 B2 [0004]
DE 4104513 C2 [0008]
DE 3935612 C2 [0009]
DD 301979 [0010]

Claims

Brennkraftmaschine (1) mit Tankentlüftungssystem (2), umfassend einen Adsorptionsfilter (3) mit einem Filterbett (12) in einem Adsorptionsfiltergehäuse (13), wobei der Adsorptionsfilter (3) mittels einer Entlüftungsleitung (5) mit einem Kraftstofftank (6) der Brennkraftmaschine (1), mittels einer Frischluftleitung (7) mit einer Umgebung (8), und mittels einer Spülleitung (9) mit einem Ansaugtrakt (20) der Brennkraftmaschine (1) fluidverbunden ist und innerhalb der Spülleitung (9) ein über eine Signalleitung (14) mit einer zentralen Steuereinheit (15) der Brennkraftmaschine (1) signalverbundenes Regenerierventil (11) vorgesehen ist, um die Spülleitung (9) schaltbar freizugeben, wenn eine Regeneration des Adsorptionsfilters (3) erfolgen soll, und der Adsorptionsfilter (3) im Adsorptionsfiltergehäuse (13) weiter einen über die Signalleitung (14) mit der zentralen Steuereinheit (15) signalverbundenen verstellbaren Ultraschallsender (4) aufweist, wobei der vom verstellbaren Ultraschallsender (4) ausgesendete Schall hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz durch die zentrale Steuereinheit (15) unter Verarbeitung von Informationen zum Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) variabel einstellbar ist.
Brennkraftmaschine (1) mit Tankentlüftungssystem (2) nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der verstellbare Ultraschallsender (4) im Bereich eines in das Adsorptionsfiltergehäuse (13) einströmenden Frischluftstroms (17) angeordnet ist, wobei der vom verstellbaren Ultraschallsender (4) ausgesendete Schall direkt auf den Frischluftstrom (17) wirkt.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) mit Tankentlüftungssystem (2), wobei die Brennkraftmaschine (1) mit Tankentlüftungssystem (2) einen Adsorptionsfilter (3) aufweist, welcher ein Filterbett (12) und einen über eine Signalleitung (14) mit einer zentralen Steuereinheit (15) der Brennkraftmaschine (1) signalverbundenen verstellbaren Ultraschallsender (4) in einem Adsorptionsfiltergehäuse (13) umfasst, und der Adsorptionsfilter (3) mittels einer Entlüftungsleitung (5) mit einem Kraftstofftank (6) der Brennkraftmaschine (1), mittels einer Frischluftleitung (7) mit einer Umgebung (8), und mittels einer Spülleitung (9) mit einem Saugrohr (10) der Brennkraftmaschine (1) fluidverbunden ist und innerhalb der Spülleitung (9) ein über die Signalleitung (14) mit der zentralen Steuereinheit (15) der Brennkraftmaschine (1) signalverbundenes Regenerierventil (11) vorgesehen ist, wobei zur Regeneration des Adsorptionsfilters (3) das Regenerierventil (11) zur Freigabe der Spülleitung (9) und der verstellbare Ultraschallsender (4) zur Aussendung von Schall mittels der zentralen Steuereinheit (15) unter Verarbeitung von Informationen zum Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) angesteuert wird, und der vom verstellbaren Ultraschallsender (4) ausgesendete Schall in Abhängigkeit des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine (1) hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz variabel eingestellt wird.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Tankentlüftungssystem (2) nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der vom verstellbaren Ultraschallsender (4) ausgesendete Schall in Abhängigkeit eines Beladungszustands des Adsorptionsfilters (3) hinsichtlich Amplitude und/oder Frequenz variabel eingestellt wird.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Tankentlüftungssystem 2 nach einem der vorherigen Patentansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass – der Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) ermittelt wird, – eine für den Betriebspunkt notwendige Kraftstoffmenge ermittelt wird, – eine für den Betriebspunkt maximal zulässige Kraftstoffmenge ermittelt wird, welche aus dem Tankentlüftungssystem (2) als Spülstrom (18) der Verbrennung über ein Saugrohr (10) der Brennkraftmaschine (1) zugeführt werden darf, so dass die notwendige Kraftstoffmenge nicht überschritten wird, – basierend auf der maximal zulässigen Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem (2) eine für den Betriebspunkt maximal zulässige Schallleistung des verstellbaren Ultraschallsenders (4) ermittelt wird, – und während der Regeneration des Adsorptionsfilters (3) der verstellbare Ultraschallsender (4) mittels der zentralen Steuereinheit (15) variabel bis zu der maximal zulässigen Schallleistung angesteuert wird.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Tankentlüftungssystem 2 nach einem der vorherigen Patentansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem (2) mittels einer Kraftstoffmenge aus einem Kraftstoffversorgungssystem (19) zur für den Betriebspunkt notwendigen Kraftstoffmenge ergänzt wird, wenn die Kraftstoffmenge aus dem Tankentlüftungssystem (2) für den Betrieb der Brennkraftmaschine (1) im jeweiligen Betriebspunkt nicht ausreichend ist.
Betriebsverfahren für eine Brennkraftmaschine (1) mit einem Tankentlüftungssystem (2) nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Regeneration des Adsorptionsfilters (3) bevorzugt erfolgt, so dass die aus dem Tankentlüftungssystem (2) maximal mögliche Kraftstoffmenge mit der Kraftstoffmenge aus dem Kraftstoffversorgungsystem (19) zur notwendigen Kraftstoffmenge für den jeweiligen Betriebspunkt ergänzt wird.