DE112006001128B4

DE112006001128B4 - Steuerung von Kohlenwasserstoffemissionen eines Ansaugsystems

Info

Publication number: DE112006001128B4
Application number: DE112006001128T
Authority: DE
Inventors: Sam R. West Bloomfield Reddy; David H. Highland Coleman
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-05-04
Filing date: 2006-04-27
Publication date: 2011-02-17
Anticipated expiration: 2026-04-28
Also published as: WO2006118979A2; US7225796B2; BRPI0611119A2; CN101171419B; DE112006001128T5; CN101171419A; KR100932448B1; KR20080007396A; WO2006118979A3; US20060249125A1

Abstract

Verfahren zum Verringern von Kohlenwasserstoffemissionen aus einem Luftansaugsystem (28, 30) einer Brennkraftmaschine (10), die eine Kraftstoffleitung (18) aufweist, die einen Kraftstofftank (12) mit einer Kraftstoffleiste (20) verbindet, nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (10), das umfasst, dass eine Zunahme des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleiste (20) während täglicher Temperaturzunahmen verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhindern der Zunahme des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleiste (20) während täglicher Temperaturzunahmen bewirkt wird, indem die Kraftstoffleitung (18) zu in dem Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoff (12) geöffnet wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung (18) auf den Umgebungsdruck des Kraftstofftanks (12) abnimmt oder wenn der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung (18) auf eine gewünschte Temperatur abkühlt.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verringern von Kohlenwasserstoffemissionen aus einem Luftansaugsystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 2.
Ein gattungsgemäßes Verfahren wird beispielsweise in der US 2004/0250795 A1 beschrieben.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Automobilindustrie hat aktiv eine verbesserte Verminderung von Emissionen angestrebt, was eine Verminderung der Emissionen aufgrund von Benzinverdunstung einschließt. Benzin umfasst ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen, die von Sutanen (C₄) mit höherer Flüchtigkeit bis zu C₈ bis C₁₀ Kohlenwasserstoffen mit niedrigerer Flüchtigkeit reichen. Wenn der Dampfdruck in dem Kraftstofftank aufgrund von Bedingungen, wie etwa einer höheren Umgebungstemperatur oder einer Verdrängung von Dampf während des Befüllens des Tanks, zunimmt, kann Kraftstoffdampf durch Öffnungen in dem Kraftstofftank austreten und in die Atmosphäre entweichen. Um einen Kräftstoffdampfverlust in die Atmosphäre zu verhindern, wird der Kraftstofftank in einen Behälter hinein entlüftet, der ”Verdunstungsbehälter” genannt wird und ein adsorbierendes Material, wie etwa Aktivkohlekörner, enthält. Wenn der Kraftstoffdampf in einen Einlass des Behälters eintritt, diffundiert der Kraftstoffdampf in die Kohlekörner und wird temporär adsorbiert. Die Größe des Behälters und das Volumen des adsorbierenden Materials werden derart gewählt, dass die erwartete Kraftstoffdampferzeugung aufgenommen wird. Ein beispielhaftes Verdunstungssteuersystem ist in U.S. Patent Nr. 6,279,548 beschrieben.
Steuersysteme für Verdunstungsemissionen haben bis zu dem Punkt Fortschritte gemacht, an dem Kohlenwasserstoffemissionen des Fahrzeugansaugsystems oder Lufteinlasssystems zu einem signifikanten Anteil der verbleibenden Kohlenwasserstoffemissionen beitragen. Kohlenwasserstoffemissionen des Einlasssystems können durch Diffusion von Kraftstoff auftreten, der nach Abschalten der Brennkraftmaschine aus Kraftstoffeinspritzvorrichtungen austritt. Obwohl dieses Problem mit dem in der US 2004/0250795 A1 beschriebenen Verfahren bereits gelöst wird, ist diese Lösung nur bedingt befriedigend aufgrund der verhältnismäßig komplizierten und teuren Vorrichtung zum Verhindern von Vakuum, die das Verfahren erforderlich macht.
Auch Kohlenwasserstofffallen, die ein Adsorptionsmittel, wie etwa Aktivkohle, enthalten, können dem Lufteinlass hinzugefügt werden, um derartige Emissionen zu absorbieren, welche dann durch Ansaugluft der Brennkraftmaschine desorbiert werden können, wenn die Brennkraftmaschine arbeitet, sie würden aber die Kosten und Komplexität bei der Fertigung des Fahrzeugs erhöhen.
Es wäre daher eine weniger teure aber dennoch effektive Möglichkeit zum Beseitigen oder Vermindern der Emissionen wünschenswert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 2 gelöst.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Verfahren zum Verringern oder Verhindern von Kohlenwasserstoffemissionen aus einem Luftansaugsystem nach dem Abschalten einer Brennkraftmaschine vorgesehen, indem eine Zunahme eines Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleiste während täglicher Temperaturzunahmen verhindert wird. Der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleiste kann eine Leckage aus der Kraftstoffeinspritzvorrichtung bewirken, die vermieden wird, wenn kein Kraftstoff in der Kraftstoffleitung und der Kraftstoffleiste vorhanden ist.
Bei dem Verfahren wird, wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet ist und der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung aufgrund einer Abkühlung abfällt, dann die Kraftstoffleitung zu Umgebungsdruck des Kraftstofftanks geöffnet. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine hält die Kraftstoffpumpe in dem Fahrzeugkraftstofftank einen Druck in der Kraftstoffleiste (z. B. etwa 400 kPa) aufrecht. Ein Druckentlastungsventil hält den Druck auf nicht höher als das gewünschte Maximum (z. B. 400 kPa) und ein Unterdruckentlastungsventil hält den Unterdruck unter etwa 20 kPa. Nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff in der Leiste unter Druck belassen, um ein Kochen des Kraftstoffs zu vermeiden, das Probleme hervorrufen kann, wenn die Brennkraftmaschine wieder gestartet wird. Wenn sich der Kraftstoff abkühlt, nimmt der Druck aufgrund der Wärmekontraktion des flüssigen Kraftstoffs ab. Bei dem Verfahren der Erfindung wird nicht zugelassen, dass sich der Druck während des täglichen Zeitraums wieder aufbaut, indem die Kraftstoffleitung zu Umgebungsdruck des Kraftstofftanks geöffnet wird, wenn sich der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung abgekühlt hat. Ein Ventil öffnet die Kraftstoffleitung zu Umgebungsdruck des Kraftstofftanks, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung auf den Umgebungsdruck des Kraftstofftanks abnimmt. Das Ventil kann auch betätigt werden, wenn sich der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung auf eine gewünschte Temperatur abkühlt oder einen gewünschten Kraftstoffdruck erreicht, um die Kraftstoffleitung zu Umgebungsdruck des Kraftstofftanks zu öffnen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug umfasst einen Kraftstofftank, der Kraftstoff enthält, und eine Kraftstoffpumpe, die Kraftstoff unter Druck durch eine Kraftstoffleitung Kraftstoffeinspritzvorrichtungen einer Brennkraftmaschine zuführt, die sich in einen Lufteinlasskrümmer eines Luftansaugsystems erstrecken, in der Kraftstoffpumpe ein Ventil, das bei nicht arbeitender Brennkraftmaschine öffnet, nachdem der Kraftstoff abgekühlt ist, um den Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung auf einen Umgebungsdruck das Kraftstofftanks zu verringern, und das bis zum nächsten Start der Brennkraftmaschine offen bleibt. Das Druckentlastungsventil verhindert einen Druckaufbau in der Kraftstoffleitung aufgrund einer täglichen Temperaturzunahme, die bewirken kann, dass Kraftstoff aus den Kraftstoffeinspritzvorrichtungen in das Luftansaugsystem austritt und in die Atmosphäre emittiert wird.
Weitere Anwendungsgebiete der vorliegenden Erfindung werden aus der nachstehend angegebenen ausführlichen Beschreibung deutlich werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung und den begleitenden Zeichnungen umfassender verstanden werden, in denen:
1A ein Funktionsblockdiagramm eines erfindungsgemäßen Brennkraftmaschinen- und Kraftstoffeinspritzsystems für ein Fahrzeug ist, wobei in 1B ein Detail gezeigt ist, und
2A–2C graphisch Kohlenwasserstoffemissionen eines Ansaugsystems (2C) aus dem System der Erfindung (2B) im Vergleich mit einem System aus dem Stand der Technik ohne ein Druckentlastungsventil (2A) darstellen.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 1A ist eine Brennkraftmaschine 10 mit einem Einlasskrümmer 24 und einem Kraftstofftank 12 dargestellt. Die Brennkraftmaschine kann Teil eines herkömmlichen (nicht hybriden) Fahrzeugs sein, das nur die Brennkraftmaschine umfasst, oder Teil eines Hybridfahrzeugs, das die Brennkraftmaschine und einen Elektromotor (der nicht gezeigt ist) umfasst. Die Maschine 10 verbrennt typischerweise Benzin, Ethanol oder andere flüchtige Kraftstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis. Während des Maschinenbetriebs wird Kraftstoff 16 aus dem Kraftstofftank 12 durch eine Kraftstoffpumpe 14 über eine Kraftstoffleitung 18 an eine Kraftstoffleiste 20 abgegeben. Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 22, die entlang der Kraftstoffleiste 20 angeordnet sind, spritzen Kraftstoff in den Lufteinlasskrümmer 24 ein, aus dem das Luft/Kraftstoff-Gemisch in Zylinder der Maschine 10 abgezogen und verbrannt wird, um Leistung für die Brennkraftmaschine 10 bereitzustellen. Der Lufteinlass in den Einlasskrümmer 24 wird durch ein Ventil 26 in einer Luftansaugsystemleitung 28 gesteuert, und die Einlassluft wird durch ein Luftfilter 30 gesaugt.
Kraftstoffpumpen, wie Pumpe 14, pumpen im Allgemeinen Kraftstoff durch ein Filter in einen Druckregler, der der Kraftstoffleitung Kraftstoff nur bis zu dem gewünschten Maximaldruck zuführt und überschüssigen Kraftstoff über eine Bypassleitung in den Tank zurückführt. Die Kraftstoffpumpe der Erfindung weist ein Ventil auf, das die Kraftstoffleitung nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine zu Umgebungsdruck des Kraftstofftanks öffnet, wenn das Abkühlen des Kraftstoffs in der Kraftstoffleitung den Druck auf den Umgebungskraftstoffdruck in dem Kraftstofftank verringert hat. Das Ventil bleibt offen, bis die Brennkraftmaschine wieder gestartet wird. Dann schließt das Ventil, so dass die Kraftstoffleitung wieder mit dem gewünschten Kraftstoffdruck unter Druck gesetzt werden kann.
In einer Ausführungsform, die in 1A dargestellt und in 1B detaillierter gezeigt ist, ist das Ventil (das nicht maßstäblich gezeigt ist), ein Aufspringventil (pop-open valve), das eine Kugel 110 enthält, die auf einem Kanal 112 sitzt oder in Richtung eines Kanals 114 fällt. Der Kanal 112 führt in den Kraftstofftank 12; weshalb der Druck gegen die Kugel 110 von dem Kanal 112 der Umgebungsdruck in dem Kraftstofftank 12 ist. Der Kanal 114 ist mit der Kraftstoffleitung 18 verbunden; weshalb der Druck gegen die Kugel 110 von dem Kanal 114 der Druck in der Kraftstoffleitung 18 ist. Während des Betriebs der Brennkraftmaschine wird der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 18 relativ zu dem Umgebungsdruck des Kraftstofftanks unter Druck gesetzt. Beispielsweise kann durch die Kraftstoffpumpe 14 ein Druck von etwa 400 kPa in der Kraftstoffleitung aufrechterhalten werden. Zu Beginn, nachdem die Brennkraftmaschine stoppt, wird der Kraftstoffleitungsdruck fortfahren, den Kraftstoff auf einer Anfangstemperatur und relativ zu dem Umgebungsdruck des Kraftstofftanks unter Druck gesetzt zu halten. Wenn der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung 18 und im Motorraum abkühlt, wird jedoch der Kraftstoffleitungsdruck abfallen, was zulässt, dass die Kugel 110 die Kraftstoffleitung 18 zu dem Kraftstofftank 12 öffnet. 1B veranschaulicht eine offene Position der Kugel 110. Von da ab kann die Kraftstoffleitung etwas Kraftstoff abziehen oder einlassen, wenn die Temperatur abnimmt (aufgrund einer Wärmekontraktion des Kraftstoffs), oder kann etwas Kraftstoff ausstoßen, wenn die Temperatur zunimmt (aufgrund einer Wärmeausdehnung des Kraftstoffs). Das Ventil bleibt während des Rests des täglichen Zeitraums und bei wieder zunehmender Temperatur während langer Haltezeiten und täglicher Zyklen zu dem Kraftstofftank 12 hin offen. Das offene Ende des Kanals 112 bleibt unter dem Pegel des Kraftstoffs 16 in dem Tank 12, um ein Einlassen von Luft in die Kraftstoffleitung zu verhindern, und der Kanal 112 kann so gerichtet sein, dass dies selbst dann sichergestellt ist, wenn der Kraftstoffpegel in dem Tank 12 niedrig ist.
Es wurden Fahrzeugtests in einem VT SHED (abgedichtetes Gehäuse mit variabler Temperatur zum Bestimmung von Verdunstung) durchgeführt. Die Testprozedur umfasste die folgenden Schritte: 23 min Fahren (gemäß California Air Resources Board Testprozedur); 1 h Haltezeit heiß in VT SHED; 6 h Abkühlen auf 18°C (65°F); dreitägiger täglicher Test bei 18–41°C (65–105°F).
2a ist ein Graph des Kraftstoffleistendrucks (Linie a) gemessen bei den täglichen Temperaturen von Linie b für eine Fahrzeuganordnung aus dem Stand der Technik ohne ein Druckentlastungsventil. Die Kraftstoffleistendrücke bewirkten Leckagen der Einspritzvorrichtung, die zu Emissionen durch Kohlenwasserstoffverdunstung wurden. Die Gesamtemissionen durch Kohlenwasserstoffverdunstung wurden für jeden Tag gemessen und sind in 2c als Balken a gezeigt. Die Emissionen betrugen 1,19 Gramm für Tag 1, 1,27 Gramm für Tag 2 und 1,18 Gramm für Tag 3, wenn der Druck in der Kraftstoffleitung und der Kraftstoffleiste während des täglichen Zeitraums nicht entspannt wurde.
2b ist ein Graph des Kraftstoffleistendrucks (Linie a), gemessen bei den täglichen Temperaturen von Linie b für eine Fahrzeuganordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. Zunächst liegt der anfängliche Kraftstoffleistendruck bei abgeschalteter Brennkraftmaschine bei etwa 380 kPa, was gleich ist wie der Druck bei der Fahrzeugkonfiguration aus dem Stand der Technik, dann kühlt der Kraftstoff ab und das Druckentlastungsventil öffnet die Kraftstoffleitung zu dem Umgebungsdruck des Kraftstofftanks (0 kPa) und die Kraftstoffleiste bleibt während des Rests des täglichen Tests nicht unter Druck gesetzt. Es wird eine Leckage einer Einspritzvorrichtung aufgrund eines Druckaufbaus im Laufe des Tages vermieden, und infolgedessen werden Emissionen stark vermindert. Die Gesamtemissionen durch Kohlenwasserstoffverdunstung wurden für jeden Tag gemessen und sind in 2c als Balken b gezeigt. Die Emissionen betrugen 0,66 Gramm für Tag 1, 0,37 Gramm für Tag 2 und 0,34 Gramm für Tag 3, wenn der Druck in der Kraftstoffleitung und der Kraftstoffleiste während des täglichen Zeitraums erfindungsgemäß entspannt wurde. Die Gesamtemissionen wurden unter Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens von 3,64 Gramm auf 1,37 Gramm verringert, was eine Verringerung auf nahezu ein Drittel ist.
Während der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung und der Kraftstoffleiste nach dem erstmaligen Abschalten der Brennkraftmaschine noch heiß ist, muss der Kraftstoff unter Druck stehen, um ein Kochen des Kraftstoffs in der Kraftstoffleiste zu verhindern. Wenn der Kraftstoff kocht, erzeugt dies in der Kraftstoffleiste Gas-/Dampfblasen, was zu Warmstartproblemen der Brennkraftmaschine führt. Sobald sich der Kraftstoff abkühlt und das Druckentlastungsventil die Kraftstoffleitung zu Umgebungsdruck des Kraftstofftanks öffnet, bleibt jedoch das Druckentlastungsventil bis zum nächsten Start der Brennkraftmaschine offen. Während des Starts der Brennkraftmaschine schließt der Kraftstoffpumpendruck das Ventil, und es bleibt geschlossen, bis der Druck während des täglichen Zeitraums wieder auf Null abfällt.

Claims

Verfahren zum Verringern von Kohlenwasserstoffemissionen aus einem Luftansaugsystem (28, 30) einer Brennkraftmaschine (10), die eine Kraftstoffleitung (18) aufweist, die einen Kraftstofftank (12) mit einer Kraftstoffleiste (20) verbindet, nach dem Abschalten der Brennkraftmaschine (10), das umfasst, dass eine Zunahme des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleiste (20) während täglicher Temperaturzunahmen verhindert wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verhindern der Zunahme des Kraftstoffdrucks in der Kraftstoffleiste (20) während täglicher Temperaturzunahmen bewirkt wird, indem die Kraftstoffleitung (18) zu in dem Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoff (12) geöffnet wird, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung (18) auf den Umgebungsdruck des Kraftstofftanks (12) abnimmt oder wenn der Kraftstoff in der Kraftstoffleitung (18) auf eine gewünschte Temperatur abkühlt.
Kraftfahrzeug, umfassend eine Brennkraftmaschine (10), einen Kraftstofftank (12), der Kraftstoff (16) enthält, und eine Kraftstoffpumpe (14), die Kraftstoff (16) unter Druck durch eine Kraftstoffleitung (18) einer Kraftstoffleiste (20) zuführt, die Brennkraftmaschinen-Kraftstoffeinspritzvorrichtungen (22) umfasst, die sich in einen Lufteinlasskrümmer (24) eines Luftansaugsystems (28, 30) erstrecken, wobei die Kraftstoffpumpe (14) ein Ventil (110, 112) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (110, 112) bei nicht arbeitender Brennkraftmaschine (10) die Kraftstoffleitung (18) zu dem in dem Kraftstofftank (12) enthaltenen Kraftstoff (16) öffnet, wenn der Kraftstoffdruck in der Kraftstoffleitung (18) unter den Umgebungsdruck des Kraftstofftanks (12) abfällt, und das bei arbeitender Brennkraftmaschine (10) schließt.