DE19813321B4

DE19813321B4 - Regenerierbares Filtermaterial enthaltende Adsorptionsfiltereinrichtung für die Be- und Entlüftung eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges

Info

Publication number: DE19813321B4
Application number: DE19813321A
Authority: DE
Inventors: Ivano Morgillo
Original assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Current assignee: Mahle Filtersysteme GmbH
Priority date: 1998-03-26
Filing date: 1998-03-26
Publication date: 2011-09-01
Anticipated expiration: 2018-03-27
Also published as: DE19813321A1

Abstract

Regenerierbares Filtermaterial enthaltende Adsorptionsfiltereinrichtung für die Be- und Entlüftung eines Kraftstofftanks (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem Adsorptionsfilter (2), bei der – das Adsorptionsfilter (2) verbunden ist mit dem Kraftstofftank (1), einem Luftansaugbereich des Verbrennungsmotors (8) sowie der Atmosphäre, – in der Verbindung (5) zur Atmosphäre eine Luftpumpe (15) vorgesehen ist, – in den Leitungen (4, 7) zu dem Kraftstofftank (1) und dem Luftansaugbereich Verschlussventile (3, 6) vorgesehen sind, – das Adsorptionsfilter (2) zusätzlich über eine Verbindung (10) mit einem stromauf liegenden Bereich einer Abgasreinigungseinrichtung verbunden ist, – sich in der Verbindung (10) zu der Abgasreinigungseinrichtung (12) ein verschließbares Verschlussventil (9) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (10) über ein, einen Kohlenwasserstoffsensor aufweisendes Abgasmessgerät (13) in eine Abgasanlage (11) einmündet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Adsorptionsfiltereinrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb dieser Einrichtung.
Aus der JP 6-213083 A ist eine, ein regenerierbares Filtermaterial enthaltende Adsorptionsfiltereinrichtung für die Be- und Entlüftung eines Kraftstofftankes eines Kraftfahrzeuges mit einem Adsorptionsfilter bekannt. Dabei ist das Adsorptionsfilter mit dem Kraftstofftank, einem Luftansaugbereich des Kraftfahrzeugmotors sowie der Atmosphäre verbunden. In den Verbindungen zum Kraftstofftank und dem Luftansaugbereich sind Verschlussventile vorgesehen, wobei das Adsorptionsfilter zusätzlich mit einem stromauf liegenden Bereich einer Abgasreinigungseinrichtung verbunden ist. In der Verbindung zur Abgasreinigungseinrichtung befindet sich ein verschließbares Ventil.
Aus der WO 94/18447 A1 ist eine Adsorptionsfiltereinrichtung für die Be- und Entlüftung eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges bekannt, bei der zu Diagnosezwecken eine Luftpumpe in einer Verbindung zur Atmosphäre vorgesehen ist, um das Entlüftungssystem auf Dichtheit zu testen. Nach dem Betätigen der Luftpumpe werden dabei die Verbindungen zur Atmosphäre unterbrochen und ein möglicher Druckabfall innerhalb des nun geschlossenen Systems über eine gewisse Zeit beobachtet.
Schließlich ist aus der JP 09195865 A bekannt, insbesondere bei einer Kaltstartphase eines Verbrennungsmotors, für ein zeitlich begrenztes Aufheizen der Abgasreinigungseinrichtung Kohlenwasserstoff belastetes Gas aus einer Tankentlüftung in die Abgasanlage zu leiten, welches aufgrund seiner Kohlenwasserstoffanteile beim Verbrennen Energie freisetzt und dadurch die Abgasreinigungseinrichtung schneller aufheizt. Bei bekannten derartigen Einrichtungen erfolgt das Regenerieren des Adsorptionsfilters dadurch, dass während bestimmter Motorbetriebszustände ein Teil der Ansaugluft durch das Adsorptionsfilter hindurchgeführt dem Verbrennungsprozess in dem Motor zugeführt wird. Die Zuführung kann durch Unter-Druck in dem Motoransaugbereich oder durch eine an das Adsorptionsfilter angeschlossene Pumpe bewirkt werden.
Nachteilig bei einer solchen Einrichtung ist, dass in einer Regenerationsphase des Adsorptionsfilters dem Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor ein bezüglich seiner genauen Zusammensetzung unbekanntes Regenerationsgas zugeführt wird. Durch die unbekannte Zusammensetzung des dem Verbrennungsprozess zugeführten Regenerationsgases kann der Verbrennungsprozess ungünstig mit Bezug auf die Motorleistung und/oder die Abgaszusammensetzung beeinflusst werden.
Die Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, durch das Regenerieren des Filtermaterials einer gattungsgemäßen Adsorptionsfiltereinrichtung den von einem elektronischen Motorsteuergerät unter anderem in Abhängigkeit der Abgaszusammensetzung geregelten Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor so wenig wie möglich zu verändern.
Gelöst wird dieses Problem durch eine nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 aufgebaute gattungsgemäße Adsorptionsfiltereinrichtung und Betriebsverfahren, die diese Einrichtung ermöglicht.
Die Erfindung beruht auf dem wesentlichen Gedanken, die Zusammensetzung eines aus dem Adsorptionsfilter stammenden Regenerationsgases vor einer Zuführung zu dem Motor-Verbrennungsprozess zu bestimmen und dem elektronischen Motorsteuergerät zuzuführen, damit von dort aus der Motorverbrennungsprozess der jeweiligen Zusammensetzung angesaugten Regenerationsgases angepasst werden kann. Des Weiteren erlaubt die erfindungsgemäße Einrichtung, das Adsorptionsfilter nur dann zu regenerieren, wenn vorgegebene Belastungsgrenzwerte überschritten sind. Eine entsprechende Kontrolle der Belastungswerte wird in einfacher Weise durch Abfragen in vorgebbaren Zeitabständen oder in Abhängigkeit von vorgebbaren Motorbetriebszuständen erreicht. Für jede Kontrolle ist ein kurzzeitiges Zuführen von Regenerationsgas (Probe-gasstrom) aus dem Adsorptionsfilter über das Abgasmessgerät in die Abgasanlage notwendig. Denkbar wäre es, einen Kohlenwasserstoffsensor getrennt zu einer Lambda-Sonde einzusetzen.
Ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben der erfindungsgemäßen Einrichtung ist Gegenstand des Anspruchs 2. Danach werden die Ergebnisse der Kontrollmessungen auch dazu benutzt, bei der Führung des Verbrennungsprozesses durch das elektronische Motorsteuergerät die Zusammensetzung angesaugten Regenerationsgases zu berücksichtigen, so dass der Verbrennungsprozess in den Zeiten, in denen Regenerationsgas zugeführt wird, mittels von dem Motorsteuergerät eingeleiteter Gegenmaßnahmen unverändert bleiben kann.
Die erfindungsgemäße Einrichtung bietet u. a. den großen Vorteil, Regenerationsgas nur dann dem Verbrennungsprozess zuzuführen, d. h. überhaupt Regenerationsgas strömen zu lassen, wenn ein Motorbetriebszustand vorliegt, bei dem Regenerationsgas einer bestimmten Zusammensetzung relativ unkritisch dem Verbrennungsprozess zugeführt werden kann.
Zweckmäßige Betriebsverfahren der erfindungsgemäßen Einrichtung zeigen die weiteren Unteransprüche auf. Diese Verfahren werden bei der nachfolgenden Beschreibung eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles noch näher erläutert werden.
Als Ausführungsbeispiel zeigt die Zeichnung in
1 ein Flussdiagramm einer in einen Verbrennungsmotor mit zugehöriger Abgasanlage integrierten Adsorptionsfiltereinrichtung.
Ein Kraftstofftank 1 eines Kraftfahrzeuges ist über ein regenerierbares Filtermaterial enthaltenes Adsorptionsfilter 2 mit der Atmosphäre verbunden. Dabei führt eine mit einem Verschlussventil 3 versehene Leitung 4 in das Adsorptionsfilter 2. Zur Atmosphäre führt von dem Adsorptionsfilter 2 eine mit einer Pumpe 15 versehene Leitung 5. Die Pumpe 15 erlaubt bei Betriebsstillstand ein Durchströmen in beiden Richtungen, so dass bei einer Be- und Entlüftung des Kraftstofftankes 1 Luft durch die Pumpe 15 strömen kann.
Von dem Adsorptionsfilter 2 führt eine mit einem Verschlussventil 6 ausgestattete Leitung 7 in einen Luftansaugbereich des Verbrennungsmotors 8 des Kraftfahrzeuges.
Von dem Adsorptionsfilter 2 führt eine weitere, ebenfalls mit einem Verschlussventil 9 versehene Verbindung 10 in die Abgasanlage 11 des Verbrennungsmotors 8. Der Eintritt der Verbindung 10 in die Abgasanlage 11 liegt stromauf einer Abgasreinigungseinrichtung 12.
In demjenigen Bereich der Abgasanlage 11, in den die Verbindung 10 des Adsorptionsfilters 2 mündet, ist ein Abgasmessgerät 13 installiert. Dieses Messgerät kann die in einer Abgasanlage 11 üblicherweise vorgesehene Lamda-Sonde sein. Die von dem Abgasmessgerät 13 ermittelten Messwerte werden einem elektronischen Motorsteuergerät 14 zur Auswertung zugeleitet. Dieses Motorsteuergerät 14 regelt den Verbrennungsprozess in dem Verbrennungsmotor 8.
Mit der vorstehend beschriebenen Einrichtung sind folgende Betriebsarten möglich.
Regenerieren des Adsorptionsfilters
Voraussetzung für ein Regenerieren des Adsorptionsfilters 2 durch Hindurchleiten von aus der Atmosphäre stammender Frischluft ist, dass einerseits das Filtermaterial in dem Adsorptionsfilter 2 in einem solchen Maße mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 1 beladen ist, dass ein Regenerieren notwendig oder zumindest sinnvoll ist und dass andererseits ein Motorbetriebszustand vorliegt, in dem dem Verbrennungsprozess ohne die Gefahr einer unzulässigen Beeinflussung Regenerationsgas zugeführt werden kann.
Die vorliegende erste Voraussetzung wird dadurch geprüft, dass über die Verbindung 10 kurzzeitig ein Regeneriergasstrom in die Abgasanlage 11 geleitet wird. Dieses kurzzeitige Einleiten von Regenerationsgas in die Abgasanlage 11 wird nachfolgend als Prüfgasstrom bezeichnet. Von dem Abgasmessgerät 13 wird jeweils die Zusammensetzung des Prüfgasstromes ermittelt. Die ermittelten Werte werden an das elektronische Motorsteuergerät 14 übermittelt und dort ausgewertet.
Die Zeitpunkte, zu denen ein Prüfgasstrom erzeugt wird, erfolgt nach einem in dem Motorsteuergerät 14 gespeicherten Programm oder anhand von ebenfalls in dem Motorsteuergerät 14 gesammelten Motorbetriebskenndaten.
Anhand der in dem Motorsteuergerät 14 vorhandenen gespeicherten und/oder betriebsabhängig ermittelten Motorkenndaten erhält der Verbrennungsmotor 8 über die Leitung 7 Regenerationsgas zugeführt. Das Motorsteuergerät 14 berücksichtigt bei einem Zuführen von Regenerationsgas in den Verbrennungsprozess des Verbrennungsmotors 8 die ihm jeweils aus dem letzten Prüfgasstrom bekannte Zusammensetzung. Entsprechend der jeweils vorliegenden Zusammensetzung wird der Verbrennungsprozess durch das Motorsteuergerät 14 derart gesteuert, dass durch Einströmen des Regenerationsgases praktisch keine Veränderung des gewünschten Verbrennungsprozesses eintritt.
Während bei einem aktiven Prüfgasstrom die Verschlussventile 6 und 3 zu dem Verbrennungsmotor 8 bzw. dem Kraftstofftank 1 geschlossen sind, ist bei einem Einleiten von Regenerationsgas in den Verbrennungsprozess das Verschlussventil 6 geöffnet, während die beiden übrigen Verschlussventile 9 und 3 zu der Abgasanlage 11 bzw. zu dem Kraftstofftank 1 geschlossen sind. Für das Fließen eines Prüfgasstromes bzw. eines Regenerationsgasstromes zu dem Verbrennungsmotor 8 wird entweder ein anlagebedingt vorhandenes Druckgefälle ausgenützt oder wenn ein solches nicht bzw. nicht in ausreichendem Maße vorhanden ist, durch die Pumpe 15 erzeugt.
Die Steuerung des vorstehend beschriebenen Regenerierbetriebes erfolgt im Prinzip durch das Motorsteuergerät 14 anhand eines in diesem Gerät gespeicherten Programmes und/oder dort gesammelter Betriebskenndaten unter Berücksichtigung der jeweils aus Prüfgasströmen ermittelten aktuellen Regenerationsgaszusammensetzungen.
Die kurzzeitigen Prüfgasströme, die in die Abgasanlage 11 eingeleitet werden, beeinflussen die Abgasemission nicht, da in den Prüfgasströmen enthaltene Kraftstoffanteile in einer Abgasreinigungseinrichtung (12) verbrannt und damit neutralisiert werden.
Die Messung der Prüfgaszusammensetzung in dem Abgasmessgerät 13 erfolgt durch eine Auswertung der während des Einleitens eines Prüfgasstromes in die Abgasanlage 11 eintretenden Veränderung der von diesem Gerät laufend gemessenen Abgaszusammensetzung.
Dichtheitsprüfung der Adsorptionsfiltereinrichtung sowie des Kraftstofftankes
Für eine Überprüfung der Dichtheit der Adsorptionsfiltereinrichtung einschließlich des Kraftstofftankes 1 werden die Verschlussventile 6 und 9 zu dem Verbrennungsmotor 8 bzw. zu der Abgasanlage 11 verschlossen, während das Verschlussventil 3 zu dem Kraftstofftank 1 geöffnet ist. In diesem Zustand der Einrichtung wird durch die Pumpe 15 aus der Atmosphäre Luft in den durch die Verschlussventile 6 und 9 abgeschlossenen Einrichtungsbereich gedrückt. Anhand eines in Bezug auf eine vorgegebene Zeiteinheit ermittelten Druckverlustes lässt in an sich bekannter Weise die Dichtheit der überprüften Einrichtung feststellen.
Aufheizen der Abgasreinigungseinrichtung
Bei einem Anlaufbetrieb des Verbrennungsmotors 8 kann es wünschenswert sein, für eine Aufheizung der Abgasreinigungseinrichtung 12 zu sorgen, um dadurch deren Wirkungsgrad zu erhöhen. Ein solches Aufheizen lässt sich dadurch bewirken, dass ein Prüfgasstrom über einen längeren von dem Motorsteuergerät 14 bestimmten Zeitraum in die Abgasanlage 11 geführt wird. Je nach der dem Motorsteuergerät 14 bekannten Zusammensetzung des Prüfgasstromes erhält die Abgasreinigungsvorrichtung, das heißt hier speziell ein Katalysator, durch einen Regenerationsgasstrom aus dem Adsorptionsfilter 2 verbrennungsfördernde Zusätze.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstofftank
2: Adsorptionsfilter
3: Verschlussventil
4: Leitung von Filter zu Kraftstofftank
5: Leitung von Pumpe zu Adsorptionsfilter
6: Verschlussventil vor Verbrennungsmotor
7: Leitung zu Verbrennungsmotor
8: Verbrennungsmotor
9: Verschlussventil vor Abgasanlage
10: Verbindung zu Abgasanlage
11: Abgasanlage
12: Abgasreinigungseinrichtung
13: Abgasmessgerät
14: elektronisches Motorsteuergerät
15: Pumpe

Claims

Regenerierbares Filtermaterial enthaltende Adsorptionsfiltereinrichtung für die Be- und Entlüftung eines Kraftstofftanks (1) eines Kraftfahrzeuges mit einem Adsorptionsfilter (2), bei der – das Adsorptionsfilter (2) verbunden ist mit dem Kraftstofftank (1), einem Luftansaugbereich des Verbrennungsmotors (8) sowie der Atmosphäre, – in der Verbindung (5) zur Atmosphäre eine Luftpumpe (15) vorgesehen ist, – in den Leitungen (4, 7) zu dem Kraftstofftank (1) und dem Luftansaugbereich Verschlussventile (3, 6) vorgesehen sind, – das Adsorptionsfilter (2) zusätzlich über eine Verbindung (10) mit einem stromauf liegenden Bereich einer Abgasreinigungseinrichtung verbunden ist, – sich in der Verbindung (10) zu der Abgasreinigungseinrichtung (12) ein verschließbares Verschlussventil (9) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung (10) über ein, einen Kohlenwasserstoffsensor aufweisendes Abgasmessgerät (13) in eine Abgasanlage (11) einmündet.
Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei geschlossenen Verschlussventilen (6 und 3) vor dem Verbrennungsmotor (8) bzw. dem Kraftstofftank (1) in Abhängigkeit eines vorgebbaren Programmes und/oder motorbetriebsabhängiger Daten jeweils ein kurzzeitiger von dem Adsorptionsfilter (2) in die Abgasanlage (11) fließender Gasstrom (Prüfgasstrom) erzeugt wird und dass der Einfluss dieses Gasstromes auf die Messwerte des Abgasmessgerätes (13) ermittelt und zur Steuerung eines die Verbindung (7) zwischen Adsorptionsfilter (2) und Ansaugbereich des Verbrennungsmotors (8) durchströmenden Regeneriergasstromes herangezogen wird.
Verfahren zum Betreiben einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass für ein zeitlich begrenztes zusätzliches Aufheizen der Abgasreinigungseinrichtung (12) Regenerationsgas aus dem Adsorptionsfilter (2) in die Abgasanlage (11) geleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusammensetzung des aus dem Adsorptionsfilter (2) stammenden Prüfgasstromes aus derjenigen Veränderung ermittelt wird, die das die Abgaszusammensetzung laufend ermittelnde Abgasmessgerät (13) gegenüber demjenigen Zustand feststellt, in dem der Abgasanlage (11) kein Prüfgasstrom zugeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Adsorptionsfilter (2) strömendes Regenerationsgas von der Luftpumpe (15) gefördert wird.