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Stand der
Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Tankentlüftung für eine direkteinspritzende
Brennkraftmaschine sowie eine Brennkraftmaschine insbesondere für ein Kraftfahrzeug
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Ein
solches Verfahren geht beispielsweise aus der
EP 0 923 669 B1 hervor.
Bei diesem Verfahren wird eine zweite Betriebsart, der sogenannte
Homogenbetrieb der Brennkraftmaschine, solange beibehalten, bis
die Beladung des Aktivkohlefilters kleiner wird als ein vorgegebener
Wert. Auf diese Weise wird erreicht, daß bei einer zu hohen Beladung
des Aktivkohlefilters die Brennkraftmaschine noch solange im Homogenbetrieb
betrieben wird, bis die Beladung wieder unter den vorgegebenen Wert
abgesunken ist.
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Der
Schichtbetrieb wird insbesondere bei kleineren Lasten verwendet,
während
der Homogenbetrieb bei größeren, an
der Brennkraftmaschine anliegenden Lasten zur Anwendung kommt. Im Schichtbetrieb
wird der Kraftstoff während
der Verdichtungsphase der Brennkraftmaschine in den Brennraum eingespritzt.
Der Vorteil des Schichtbetriebs liegt darin, daß die anliegenden kleineren
Lasten mit verbessertem Wirkungsgrad von der Brennkraftmaschine
ausgeführt
werden können.
Größere Lasten
werden üblicherweise
nicht durch den Schichtbetrieb erfüllt. Im für derartige größere Lasten vorgesehenen
Homogenbetrieb wird der Kraftstoff während der Ansaugphase der Brennkraftmaschine eingespritzt,
so daß eine
Verwirbelung und damit eine gleichmäßige Verteilung des Kraftstoffs
in dem Brennraum erfolgen kann. In dieser zweiten Betriebsart wird
dem Brennraum aus dem Tank verdunsteter Kraftstoff zugeführt. Zu
diesem Zweck ist bei einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten
Art eine entsprechende Leitung vorgesehen. Der aus dem Tank verdunstete
Kraftstoff wird aufgefangen und über
die Leitung, die ins Saugrohr führt,
dem Brennraum und damit der Verbrennung zugeführt. Auf diese Weise wird erreicht,
daß der
verdunstete Kraftstoff nicht in die Atmosphäre entweicht und damit ungenutzt
bleibt, sondern daß dieser
verdunstete Kraftstoff zum Antrieb der Brennkraftmaschine mitverwendet
wird. Hierdurch ergibt sich nicht nur der Vorteil einer Kraftstoffeinsparung,
sondern auch eine geringere Umweltbelastung durch den Betrieb der Brennkraftmaschine.
Der verdunstete Kraftstoff wird dabei nicht permanent dem Brennraum
zugeführt, sondern
nur unter bestimmten Bedingungen.
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Bei
dem aus der
EP 0 923
669 B1 hervorgehenden Verfahren wird der verdunstete Kraftstoff
insbesondere nur in der zweiten Betriebsart, also während des
Homogenbetriebs der Brennkraftmaschine, dem Brennraum zugeführt, was
zu einem unnötig
hohen Kraftstoffverbrauch führen
kann.
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Allgemein
ist die Tankentlüftung,
das heißt die
Zuführung
von verdunstetem Kraftstoff im ersten Betriebszustand, nur bei geringer
Beladung des Aktivkohlefilters möglich,
da mit zunehmender Beladung die Kohlenwasserstoffemission ansteigt
und somit auch der Kraftstoffverbrauch verschlechtert wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es nun, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine,
insbesondere eines Kraftfahrzeugs, dahingehend weiterzubilden, daß eine Tankentlüftung auch
bei hoher Belastung des Aktivkohlefilters im Schichtbetrieb möglich ist,
ohne daß es
zu negativen Auswirkungen auf den Kraftstoffverbrauch und das Abgasverhalten
der Brennkraftmaschine kommt.
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Vorteile der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Grundgedanke
der Erfindung ist es, in der ersten Betriebsart der Brennkraftmaschine,
im Schichtbetrieb, in der Zeitspanne, in der Frischluft angesaugt
wird, dem Brennraum den aus dem Tank verdunsteten Kraftstoff zuzuführen.
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Vorzugsweise
wird der aus dem Tank verdunstete Kraftstoff dem Brennraum nur dann
zugeführt,
wenn der Kraftstoffanteil im Spülstrom
einen Mindestanteil an Kohlenwasserstoffen aufweist, so daß die vollständige Verbrennung
dieses homogenen Grundgemisches zusammen mit einer Schichteinspritzung
sichergestellt ist. Der Mindestanteil an Kohlenwasserstoffen korreliert
mit einer oberen Grenze der Luftzahl, die so gewählt wird, daß durch die
Verbrennung des zugeführten
verdunsteten Kraftstoffs ein Beitrag zum Drehmoment erzielt wird.
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Ein
wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt in einer
Ausweitung der durch einen verbesserten Wirkungsgrad verbrauchsgünstigen
Betriebsart, bei der während
einer Verdichtungsphase Kraftstoff eingespritzt wird. Hierdurch kann
auch der Klopfschutz durch Verstellung der Zündung hin zu spät entfallen.
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Vorteilhaft
ist auch, daß durch
das erfindungsgemäße Verfahren
der zeitliche Anteil der Tankentlüftung im Leerlauf reduziert
werden kann. Dies führt
zu einer Kraftstoffverbrauchsreduzierung und zu einer Verminderung
von Kohlenwasserstoffemissionen.
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Weitere
Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten
und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
der Erfindung, die in den Figuren der Zeichnung dargestellt sind.
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Zeichnung
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In
der Zeichnung zeigen:
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1 schematisch ein aus dem
Stand der Technik bekanntes Blockschaltbild eines Systems zum Betreiben
einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs und
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2 schematisch den Betriebsbereich
der Brennkraftmaschine für
die Tankentlüftung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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In
der 1 ist ein Kraftstoffversorgungssystem 1 einer
Brennkraftmaschine dargestellt, das für den Einsatz in einem Kraftfahrzeug
vorgesehen ist. Die Brennkraftmaschine weist beispielsweise wie dargestellt
vier Zylinder und damit vier Brennräume auf. Bei dieser Brennkraftmaschine
wird der Kraftstoff, vorzugsweise Benzin, direkt in die Brennräume eingespritzt.
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Der
Kraftstoff wird von einer Pumpe 2 aus einem Tank 3 über einen
Filter 4 zu einer weiteren Pumpe 5 transportiert,
von welcher der Kraftstoff in eine Druckkammer 6 gepumpt
wird. Mit Hilfe der Pumpen 2, 5 ist in der Druckkammer 6 ein
relativ hoher Kraftstoffdruck vorhanden. An die Druckkammer 6 sind
ein Drucksteuerventil 7 und ein Drucksensor 8 angeschlossen,
wobei mit letzterem der in der Druckkammer 6 vorhandene
Kraftstoffdruck gemessen werden kann. Der Drucksensor 8 erzeugt
ein elektrisches Signal, das dem gemessenen Druck entspricht und
das über
eine Leitung 9 einem elektrischen Steuergerät 10 zugeführt wird.
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Vier
Einspritzventile 11 sind an die Druckkammer 6 angeschlossen.
Jedes der Einspritzventile 11 ist direkt einem Brennraum
der Brennkraftmaschine zugeordnet. Durch die geschlossenen Einspritzventile 11 wird
die Druckkammer 6 von dem jeweiligen Brennraum getrennt. Über elektrische
Leitungen 12 sind die Einspritzventile 11 mit
dem Steuergerät 10 verbunden.
Zur Ansteuerung eines der Einspritzventile 11 erzeugt das
Steuergerät 10 ein
elektrisches Signal, mit dem das entsprechende Einspritzventil 11 in
seinem geöffneten
Zustand gesteuert wird. Die Länge
des Signals entspricht der Einspritzdauer, während der Kraftstoff aus der
Druckkammer 6 über
das entsprechende Einspritzventil 11 in den zugehörigen Brennraum
der Brennkraftmaschine eingespritzt wird. Darüber hinaus ist der Tank 3 über eine
hydraulische Leitung 13 mit einem Aktivkohlefilter 14 verbunden.
Die Leitung 13 ist dabei derart an den Tank 3 angeschlossen,
daß gas-
oder dampfförmiger
Kraftstoff der in dem Tank 3 verdunstet, durch die Leitung 13 zu
dem Aktivkohlefilter 14 strömen kann. Dort wird der verdunstete
Kraftstoff aufgefangen, so daß sich
das Aktivkohlefilter 14 füllt.
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Damit
das Aktivkohlefilter 14 nicht überläuft, muß es regeneriert werden. Zu
diesem Zweck führt die
Leitung 13 von dem Aktivkohlefilter 14 über ein Magnetventil 15 zu
einem Ansaugrohr 16, durch das Luft angesaugt und den Brennräumen der
Brennkraftmaschine zugeführt
wird. Mittels der angesaugten Luft wird dann der verdunstete und
in das Ansaugrohr 16 gesaugte Kraftstoff den Brennräumen der
Brennkraftmaschine zugeführt.
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Ein
Magnetventil 15 ist über
eine elektrische Leitung 17 mit dem Steuergerät 10 verbunden
und von diesem ansteuerbar.
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In
einer ersten Betriebsart, dem Schichtbetrieb S der Brennkraftmaschine,
wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 11 während einer
durch einen Kolben hervorgerufenen Verdichtungsphase in den Brennraum
eingespritzt, und zwar zeitlich vor dem oberen Totpunkt des Kolbens.
Dann wird mit Hilfe der Zündkerze
der Kraftstoff entzündet,
so daß der
Kolben in der nunmehr folgenden Arbeitsphase durch die Ausdehnung
des entzündeten
Kraftstoffs angetrieben wird.
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In
einer zweiten Betriebsart, dem sogenannten Homogenbetrieb H der
Brennkraftmaschine, wird der Kraftstoff von dem Einspritzventil 11 während einer
durch den Kolben hervorgerufenen Ansaugphase in den Brennraum eingespritzt.
Durch die gleichzeitig über
das Ansaugrohr 16 angesaugte Luft wird der eingespritzte
Kraftstoff verwirbelt und damit in dem Brennraum im wesentlichen
gleichmäßig verteilt.
Danach wird das Kraftstoff-Luft-Gemisch
während
der Verdichtungsphase verdichtet, um dann von der Zündkerze
entzündet
zu werden. Durch die Ausdehnung des entzündeten Kraftstoff-Luftgemischs
wird wiederum der Kolben angetrieben.
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Die
im Schichtbetrieb S und im Homogenbetrieb H von den Einspritzventilen 11 in
die Brennräume
jeweils eingespritzte Kraftstoffmenge bzw. -masse wird von dem Steuergerät 10 insbesondere
im Hinblick auf einen geringen Kraftstoffverbrauch und/oder eine
geringe Abgasentwicklung gesteuert und/oder geregelt. Zu diesem
Zweck ist das Steuergerät 10 mit
einem Mikroprozessor versehen, der in einem Speichermedium, insbesondere
in einem Read-Only-Memory ein Programm abgespeichert hat, das dazu
geeignet ist, die genannte Steuerung und/oder Regelung durchzuführen. Das
Steuergerät 10 wird
von Eingangssignalen beaufschlagt, die mittels Sensoren gemessene
Betriebszustände
der Brennkraftmaschine darstellen, und es erzeugt Ausgangssignale,
mit denen über
Aktoren das Verhalten der Brennkraftmaschine entsprechend der erwünschten
Steuerung und/oder Regelung beeinflußt werden kann.
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Eine
Regenerierung des Aktivkohlefilters 14 kann zum einen im
Homogenbetrieb H erfolgen. Zum anderen kann die Regenerierung gemäß der Erfindung
aber auch im Schichtbetrieb (S) erfolgen. In diesem Fall wird der
Kraftstoff aus dem Aktivkohlefilter mit der Frischluft angesaugt.
Hierzu wird das Magnetventil 15 von dem Steuergerät 10 derart
angesteuert, daß es
geöffnet
ist, so daß in
dem Tank 3 verdunsteter Kraftstoff über das geöffnete Magnetventil 15 zu dem
Ansaugrohr 16 und damit in den oder die Brennräume der
Brennkraftmaschine gelangt.
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Die
Regenerierung des Aktivkohlefilters
14 wird nun in Abhängigkeit
von dessen Beladung vorgenommen. Eine Ermittlung der Beladung des
Aktivkohlefilters
14 ist durch das Steuergerät
10 möglich. Diese
Ermittlung kann mit Hilfe einer Lambda-Regelung durchgeführt werden,
die in dem Steuergerät
10 vorhanden
ist. Bei geöffnetem
Magnetventil
15 muß die
Lambda-Regelung die von den Einspritzventilen
11 eingespritzte
Kraftstoffmasse verringern, um dadurch den über das Aktivkohlefilter
14 hinzukommenden
verdunsteten Kraftstoff auszugleichen. Aus der Verringerung kann
das Steuergerät
10 auf
die Konzentration und damit auf den Füllgrad bzw. die Beladung B
des Aktivkohlefilters
14 auf an sich bekannte und in der
EP 0 923 669 B1 ,
Spalte
7, Zeilen
10 ff, auf die vorliegend vollinhaltlich
Bezug genommen wird, schließen.
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Im
Schichtbetrieb S wird nun die Tankentlüftung erst ab einer Mindestbeladung
des Aktivkohlefilters 14 durchgeführt. Die Mindestbeladung wird
dabei so gewählt,
daß der
Kraftstoffanteil im Spülstrom einen
Mindestanteil an Kohlenwasserstoffen besitzt, so daß die vollständige Verbrennung
dieses homogenen Grundgemisches im Brennraum zusammen mit der Schichteinspritzung
sichergestellt ist. Der Mindestanteil an Kohlenwasserstoffen korreliert
mit einer oberen Lambda-Grenze, die beispielsweise dem Lambda-Wert entsprechen
kann, der aus der ersten Einspritzung einer an sich bekannten Betriebsart HSP
(Homogen Split) oder HSK (Homogen Klopfschutz) resultiert.
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Neben
der Mindestbeladung im Aktivkohlefilter 14 ist eine Mindestlast
Voraussetzung. Die Mindestlast korreliert mit der kleinsten zumeßbaren Kraftstoffmasse.
Diese ergibt sich aus der Summe aus Mindestkraftstoffeinspritzmasse
im Schichtbetrieb, resultierend aus der kleinsten zulässigen Einspritzzeit,
und der Kraftstoffmasse im homogenen Grundgemisch aus der Tankentlüftung.
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Der
Vorteil gegenüber
Verfahren der Tankentlüftung
mit nur geringer Beladung des Aktivkohlefilters 14 besteht
darin, daß der
für das
vorliegende Verfahren verwendete neue Betriebsbereich außerhalb
des bekannten Betriebsbereichs für
den Schichtbetrieb liegen kann, wie aus 2 hervorgeht. Insbesondere kann der neue
Bereich auch bei höheren
Lasten liegen, im Grenzfall sogar bei Vollast. In 2 ist der Bereich, in dem eine Tankentlüftung stattfindet,
durch eine Schraffur dargestellt. Neben dem konventionellen Homogenbereich
HOM, in 2 mit III bezeichnet,
der an der Vollast-Kennlinie endet, ist eine Regenerierung des Aktivkohlefilters 14 auch
im Übergangsbereich
homogen mager (HHM), in 2 mit
II bezeichnet und in einem Teil des Schichtladebereichs (SCH), in 2 mit I bezeichnet, möglich. Ein
Vorteil der Ausweitung des durch verbesserten Wirkungsgrad verbrauchsgünstigen Betriebsbereichs
Schicht, also der Einspritzung im Verdichtungshub hin zu höherer Last,
liegt bei dem vorgeschlagenen Verfahren auch darin, daß im Vergleich
zum Homogenbetrieb HOM bei konstantem Kraftstoffeinsatz ein höheres Motormoment
erzielt wird. Darüber
hinaus wird eine Kraftstoffeinsparung durch den Wegfall der für den Klopfschutz
erforderlichen Zündungsspätverstellung
erzielt.