DE10247936A1

DE10247936A1 - Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE10247936A1
Application number: DE10247936A
Authority: DE
Inventors: Stephan von Dr. Andrian-Werburg; Klaus Dipl.-Ing. Wunderlich
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-10-15
Filing date: 2002-10-15
Publication date: 2004-04-29
Also published as: WO2004036023A1; US7044112B2; JP2006503212A; US20050199223A1; EP1552133B1; EP1552133A1; DE50303057D1

Abstract

Ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine, die einlassseitig über eine Druckquelle druckbeaufschlagbar ist, ist bezüglich seines Aktivkohlebehälters sowohl mit Überdruck als auch mit Unterdruck spülbar ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Kraftstoffversorgungssystem der vorgenannten Art ist aus der DE 199 47 080 C1 bekannt, bei der, bezogen auf eine mit luftunterstützter Direkteinspritzung arbeitende Brennkraftmaschine, eine Regeneration des Aktivkohlebehälters mit Druckspülung vorgesehen ist. Hierzu ist der für die luftunterstützte Direkteinspritzung vorgesehenen, durch eine Druckpumpe gebildeten Druckquelle ein Druckregler zugeordnet, und es wird die über den Druckregler abgezweigte Überschussmenge zur Regeneration dem Aktivkohlebehälter zugeführt. Die den Aktivkohlebehälter durchspülende Luft wird, mit Kohlewasserstoffen beladen, über ein Regenerierventil benachbart zum Einlassmodul auf den Luftversorgungskanal zurückgeführt. Eine derartige Lösung ermöglicht über die der Brennkraftmaschine abgasseitig zugeordnete Lambda-Sonde zwar die Berücksichtigung der durch die Regeneration des Aktivkohlebehälters zusätzlich eingeleiteten Kohlenwasserstoffe bei der Bestimmung der Einspritzmengen, ist aber für die Regeneration an die druckbeaufschlagte Durchspülung des Aktivkohlebehälters, und damit an eine mit Überschuss arbeitende Druckpumpe, gebunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Kraftstoffversorgungssystem der eingangs genannten Art dahingehend auszubilden, dass dieses sowohl eine Spülung des Aktivkohlebehälters mit Überdruck wie auch mit Unterdruck ermöglicht, somit bezüglich der Durchführung der Regeneration von Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und dieser zugeordneten Druckquellen unabhängig ist und dadurch auch, ohne oder mit nur geringen Modifikationen, in Verbindung mit unterschiedlich betriebenen Brennkraftmaschinen, so beispielsweise mit oder ohne Lader arbeitenden Brennkraftmaschinen einzusetzen ist.

Erreicht wird dies gemäß der Erfindung durch ein Kraftstoffversorgungssystem gemäß dem Anspruch 1, das bei Auslegung auf einen Betrieb mit einer versorgungsseitig zur Brennkraftmaschine vorgesehenen Druckquelle, und damit möglicher Druckspülung des Aktivkohlebehälters, auch einen Betrieb ermöglicht, bei dem der Aktivkohlebehälter mit Unterdruck gespült wird. Hierzu ist bei dem erfindungsgemäßen Kraftstoffversorgungssystem die Anschlussverbindung des Kraftstofftanks zur Atmosphäre und die Abzweigung vom Luftversorgungskanal jeweils im Zulauf auf den Aktivkohlebehälter ventilgesteuert sowie zur Belüftung des Kraftstofftanks und zur Regeneration des Aktivkohlebehälters wechselweise freigeschaltet, was – bei einfachem Aufbau – bei Sperrung der Abzweigung gegen den Aktivkohlebehälter über die über den Aktivkohlebehälter laufende, ventilgesteuerte Anschlussverbindung des Kraftstofftanks zur Atmosphäre und über den auf das Einlassmodul zurückgeführten Abschnitt der Abzweigung, in dem das Regenerierventil liegt, eine Spülung mit Unterdruck ermöglicht. Weitere diesbezügliche Möglichkeiten ergeben sich insbesondere bei Verwendung eines gesteuerten Ventiles, insbesondere eines Proportionalventiles im Ausgang der Anschlussverbindung auf die Atmosphäre.

In Verbindung mit Ladermotoren erweist es sich als zweckmäßig, für den Lader einen Bypass vorzusehen, der durch leichtes Schließen des zugehörigen Umluftventiles eine verringerte Verdichtung ermöglicht, so dass für die Regeneration auch dann mit einem bezogen auf den Saugrohrdruck bevorzugt geringen Überdruck – beispielsweise bis in die Größenordnung von 150 mbar – für die Spülung des Aktivkohlebehälters gearbeitet werden kann, wenn, ungeachtet der Auslegung des Laders auf brennkraftmaschinenseitig geforderte maximale Ladedrücke, die Spülung des Aktivkohlebehälters und dessen Regeneration in Betriebsphasen der Brennkraftmaschine erfolgt, in denen motorseitig nur geringe Ladedrücke gewünscht und erforderlich sind.

Für die Anordnung des Laders erweist es sich als zweckmäßig, diesen stromauf des Luftmassenmessers vorzusehen, wobei im Rahmen der Erfindung bevorzugt mit einem mechanischen Lader gearbeitet wird.

Die wechselweise Freischaltung der Anschlussverbindung des Kraftstoffbehälters zur Atmosphäre und des zulaufseitigen, auf den Aktivkohlebehälter mündenden Abschnittes der Abzweigung vom Luftversorgungssystem wird erfindungsgemäß bevorzugt über ein gemeinsames Wegeventil vorgenommen, wobei das Wegeventil als 4/2-Wegeventil insbesondere ausgebildet wird. Eine solche vereinfachte Lösung ist auch bei Spülung mit Unterdruck und zum Kraftstofftank offener Verbindung des Aktivkohlebehälters ohne Gefährdung des Kraftstofftanks durch hohe Unterdruckbelastung im Regelfall möglich. Im Rahmen der Erfindung kann aber auch ein 4/3-Wegeventil Verwendung finden, das als weitere Stellung eine Sperrlage hinsichtlich aller Anschlüsse aufweist, so dass der Aktivkohlebehälter sowohl gegen den Tank wie auch gegen den vom Einlassmodul ausgehenden Abschnitt der Abzweigung abgesperrt ist und die zur Spü lung des Aktivkohlebehälters angesaugte Luft ausschließlich über die Anschlussverbindung des Aktivkohlebehälters zur Atmosphäre erfolgt.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung nachstehend anhand eines schematisierten Ausführungsbeispieles näher erläutert, das eine Brennkraftmaschine mit zugeordnetem erfindungsgemäßem Kraftstoffversorgungssystem zeigt.
In der Zeichnung ist mit 1 eine Brennkraftmaschine, hier eine mit Fremdzündung arbeitende Brennkraftmaschine bezeichnet, der ein Auslassmodul 2 und ein Einlassmodul 3 zugeordnet sind und an deren Einlassmodul 3 ein Kraftstoffversorgungssystem 4 anschließt, das einen Kraftstofftank 5 und einen Aktivkohlebehälter 6 umfasst. An das Einlassmodul 3, dem im Ausführungsbeispiel eine Drosselklappe 7 eingangsseitig zugeordnet ist, schließt, in Verbindung zur Drosselklappe 7 stehend, ein Luftversorgungskanal 8 an, in dem als Druckquelle 9 ein Lader liegt, dem in einem Bypass 10 ein Umluftventil 11 zugeordnet ist. In Durchströmungsrichtung auf das Einlassmodul 3 liegt nachgeordnet zur Druckquelle 9, also stromab der Druckquelle 9 im Luftversorgungskanal 8 ein Luftmassenmesser 12, der bevorzugt als Heißfilm-Luftmassenmesser ausgebildet ist. Zwischen dem Luftmassenmesser 12 und dem Anschluss des Luftversorgungskanales 8 an das Einlassmodul 3 liegt der Anschluss für eine Abzweigung 13, die Abschnitte 14, 15 und 16 umfasst, und von denen der Abschnitt 14 an ein hier als 4/2-Wegeventil ausgebildetes Wegeventil 17 anschließt. Das Wegeventil 17 liegt im Übergang auf den Abschnitt 15 der Abzweigung 13, der an den Aktivkohlebehälter 6 angeschlossen ist, von dem der Abschnitt 16 ausgeht, in dem als Regenerierventil 18 ein 2/2-Wegeventil angeordnet ist und der anschließend an das Regenerierventil 18 auf das Einlassmodul 3, bevorzugt benachbart zu einem oder mehreren der Saugkanäle der Brennkraftmaschine 1, ausmündet. Grundsätzlich kann der Luftmassenmesser im Rahmen der Erfindung auch stromauf der Druckquelle angeordnet sein, da auch so die gesamte Luftmasse erfasst wird, sofern dem Lader kein Abblaseventil zugeordnet ist.
Parallel geschaltet zum Abschnitt 15 der Abzweigung 13 ist dem Aktivkohlebehälter 6 eine Anschlussleitung 19 zur Atmosphäre zugeordnet, wobei in der Anschlussleitung 19, vereinfacht dargestellt, ein in Richtung auf die Atmosphäre sperrendes Rückschlagventil 20 liegt. Parallel geschaltet zum vom Aktivkohlebehälter 6 ausgehenden Abschnitt 16 der Abzweigung 13 ist an den Aktivkohlebehälter 6 eine Anschlussverbindung 21 zum Kraftstofftank 5 vorgesehen, die über das Wegeventil 17 läuft, wobei das Wegeventil 17 zwei Schaltstellungen aufweist, in deren einer als Grundstellung die Anschlussverbindung 21 zwischen Kraftstofftank 5 und als Aktivkohlebehälter 6 durchgeschaltet ist, bei gleichzeitiger Unterbrechung der Verbindung zwischen den Abschnitten 14 und 15 der Abzweigung 13, und in deren zweiter, über ein Stellglied geschalteter Schaltstellung die Verbindung des Kraftstofftankes 5 zum Aktivkohlebehälter 6 unterbrochen ist und die Abschnitte 14 und 15 der Abzweigung 13 verbunden sind.
Das Regenerierventil 18 ist in seiner ersten, eine Grundstellung bildenden Schaltstellung gezeigt, in der die Verbindung über den Abschnitt 16 der Abzweigung 13 unterbrochen ist und über ein Stellglied auf eine zweite Schaltstellung umschaltbar, in der diese Verbindung geöffnet ist.
Das Rückschlagventil 20 kann im Rahmen der Erfindung auch als gesteuertes Ventil ausgebildet sein kann.
Der geschilderte Aufbau des Kraftstoffversorgungssystemes 4 veranschaulicht, dass die Spülung und damit die Regeneration des Aktivkohlebehälters 6 sowohl mit Überdruck als auch mit Unterdruck erfolgen kann, und damit in seiner Funktion auch unabhängig vom Betrieb des Laders als Druckquelle 9 ist, womit die Eignung auch für Brennkraftmaschinen 1 gegeben ist, die mit zuschaltbarem Lader arbeiten. Ferner kann dadurch das System, beispielsweise im Rahmen von Fahrzeugbaureihen mit unterschiedlicher Motorenbestückung, bei gleichem und in Anpassung gegebenenfalls abgemagertem Aufbau eingesetzt werden, so dass sich eine geringe Teilevielfalt trotz variierender Einsatzgegebenheiten ergibt.
Wird das Kraftstoffversorgungssystem 4 in Bezug auf die Regeneration des Aktivkohlebehälters 6 mit Überdruck betrieben, so wird die über den Lader als Druckquelle 9 angesaugte Frischluft durch leichtes Schließen des Umluftventiles 11 in geringem Umfang verdichtet, bevor sie über den Luftmassenmesser 12 der Brennkraftmaschine 1 über die Drosselklappe 7 zufließt. Ein Teil der vorverdichteten Luft wird zwischen Luftmassenmesser 12 und Drosselklappe 7 vom Luftversorgungskanal 8 abgezweigt und über den Abschnitt 14 der Abzweigung 13, das für die Regeneration in die Schaltstellung 2 geschaltete Wegeventil 17 sowie den Leitungsabschnitt 15 dem Aktivkohlebehälter 6 zugeführt. Nach Durchströmen des Aktivkohlebehälters 6 erfolgt über den Abschnitt 16 der Abzweigung 13 bei auf seine zweite Schaltstellung geschaltetem Regenerierventil 18 die Zuführung auf das Einlassmodul 3, wobei der diesbezügliche Anschluss bevorzugt im Bereich der Saugkanäle der Brennkraftmaschine 1 ausmündet, um den dort gegebenen Unterdruck zu nutzen.
Um in der Phase der Regeneration die der Brennkraftmaschine 1 zugeführte Luftmasse, bezogen auf den jeweiligen Be triebspunkt, konstant zu halten, wird der Öffnungswinkel der Drosselklappe 7 entsprechend reduziert, und damit der zusätzliche zugeführte, mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Spülstrom kompensiert.
In Anbetracht dessen, dass die gesamte über den Luftversorgungskanal 8 laufende Luftmasse vom Luftmassenmesser 12 erfasst wird und abgasseitig dem Auslassmodul 2 eine Lambda-Sonde 22 zur Erfassung der Abgaszusammensetzung zugeordnet ist, kann bei der Regeneration durch die Lambda-Verschiebung direkt auf den Beladungszustand des Aktivkohlebehälters 6 geschlossen werden, so dass, in Anbetracht der sehr kurzen Ansprechzeiten, der Beladungszustand des Aktivkohlebehälters 6 nicht vorab in oder zu einer Regenerierphase erfasst und hinsichtlich seines Beitrages zum Mischungsverhältnis berücksichtigt werden muss. Gegen die Atmosphäre ist die Abzweigung 13 bei der geschilderten Durchspülung des Aktivkohlebehälters 6 mit Überdruck über das Rückschlagventil 20 abgesperrt, über das, aufgrund des vorgeschilderten Aufbaus, in der gezeigten, der Grundstellung entsprechenden Schaltstellung 1 des Wegeventils 17 die Belüftung des Kraftstofftanks 5 außerhalb der Phasen der Regenerierung erfolgt.
Der gezeigte Grundaufbau des Kraftstoffversorgungssystems 4 ermöglicht des Weiteren auch eine Spülung mit Unterdruck bei inaktiver Druckquelle 9 unter Ausnutzung des Gefälles, das zwischen dem anströmseitig zur Drosselklappe 7 (Luftversorgungskanal 8) und anströmseitig zu den Saugkanälen des Einlassmodulen 3 (Abschnitt 16 der Abzweigung 13) gegebenen Druck besteht. In Verbindung mit der zweiten Schaltstellung des Regenerierventiles 18 zur Durchführung der Regeneration ist das Wegeventil 17 in seine zweite Schaltstellung geschaltet, in der der Kraftstofftank 5 gegen den Aktivkohlebehälter 6 abgesperrt ist, so dass sich keine Unterdruckbeaufschlagung des Kraftstoffbehälters 5 ergibt. Insbesondere in Verbindung mit einer derartigen Lösung ist eine Ausgestaltung des Ventiles 20 in der Anschlussleitung 19 als geschaltetes Ventil zweckmäßig, so dass auch für die Spülung mit Unterdruck die gesamte, der Brennkraftmaschine 1 einlassseitig zugeführte Luftmenge über den Luftmassenmesser 12 läuft. Der ersten Schaltstellung des Wegeventiles 17 entspricht bei Verwendung eines solchen geschalteten Ventiles 20 außerhalb der Phasen der Regeneration eine bevorzugt druckabhängig geschaltete und/oder sich einstellende Öffnungsstellung gegen die Atmosphäre, so dass der Kraftstofftank 5 über den Aktivkohlebehälter 5 bedarfsweise beatmet ist.

Claims

Kraftstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine, ei der das Kraftstoffversorgungssystem einen Kraftstofftank, einen Aktivkohlebehälter, ein brennkraftmaschinenseitiges Einlassmodul, einen auf das Einlassmodul ausmündenden Luftversorgungskanal und einen im Luftversorgungskanal angeordneten Luftmassenmesser umfasst sowie eine über den Aktivkohlebehälter laufende, ventilgesteuerte Verbindung des Kraftstofftanks zur Atmosphäre und, stromab des Luftmassenmessers, eine Abzweigung vom Luftversorgungskanal aufweist, die, über eine Druckquelle beaufschlagt, über den Aktivkohlebehälter auf das Einlassmodul zurückgeführt ist und in der stromab des Aktivkohlebehälters ein gesteuertes Regenerierventil angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussverbindung (21) des Kraftstofftanks (5) zur Atmosphäre und die Abzweigung (13) vom Luftversorgungskanal (8) jeweils im Übergang auf den Aktivkohlebehälter (6) ventilgesteuert sowie zur Belüftung des Kraftstoffbehälters (5) und zur Regeneration des Aktivkohlebehälters (6) wechselweise freigeschaltet sind.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (9) stromauf des Luftmassenmessers (12) dem Luftversorgungskanal (8) zugeordnet ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (9) stromab des Luftmassenmessers (12) dem Luftversorgungskanal (8) zugeordnet ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Druckquelle (9) ein Lader vorgesehen ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckquelle (9) ein Bypass (10) mit einem Umluftventil (11) zugeordnet ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (9) durch einen mechanischen Lader gebildet ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (9) durch den Verdichter eines Abgasturboladers gebildet ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlussverbindung (21) des Kraftstofftanks (5) zum Aktivkohlebehälter (6) und die Abzweigung (13) von Luftversorgungskanal (8) zum Aktivkohlebehälter (6) über eine Wegeventil (17) gemeinsam gesteuert sind.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wegeventil (17) ein 4/2-Wegeventil vorgesehen ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass als Wegeventil (17) ein 4/3-Wegeventil vorgesehen ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für den Anschluss (Anschlussleitung 20) des Kraftstoffbehälters (5) zur Atmosphäre ein Rückschlagventil (20) vorgesehen ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss des Aktivkohlebehälters (6) zur Atmosphäre ein gesteuertes Ventil, insbesondere ein Wegeventil vorgesehen ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das gesteuerte Ventil bei Regeneration des Aktivkohlebehälters (6) mit Unterdruck gesperrt ist.
Kraftstoffversorgungssystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte der Brennkraftmaschine zugeführte Luftmassenstrom einschließlich Spülluftmenge über die Lambda-Sonde (22) geführt wird.
Kraftstoffversorgungssystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Beladung des Aktivkohlefilters (6) bei Spülung durch Unter- oder Überdruck über die Lambda-Sonde (22) erfasst wird.