DE3935612C2 - Einer Brennkraftmaschine zugeordnete Einrichtung zur Rückgewinnung in einem Kraftstoffdampffilter gespeicherter Kraftstoffdämpfe - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Wie in der gattungsbildenden US-Re. 26 169 im einzelnen dargelegt, sammeln sich ins­ besondere in dem gegen das Äußere praktisch abgeschlossenen Kraftstofftank oberhalb des Flüssigkeitsspiegels Kraftstoffdämpfe an, und es muß verhindert werden, daß diese ins Freie - sei es direkt, sei es über das Abgasauslaßsystem der Maschine - austreten. Daher sieht man ein beispielsweise Aktivkohle enthaltendes Kraftstoffdampffilter in einer Verbindungsleitung zwischen dem Tankvolumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels einerseits und einer Stelle des Ansaugsystems der Brennkraftmaschine andererseits vor, die zumindest im Leerlauf und bei niedriger Last der Maschine Unterdruck führt. Bei einer Vergasermaschine ist dies ein in Strömungsrichtung der Frischgase hinter einer Drosselklappe liegender Saugrohrbereich. Durch die gewählte Anordnung des Filters ist sichergestellt, daß die vom Kraftstofftank, aber auch von anderen Kraftstoff führen­ den Behältern der Maschine, z. B. einer Vergaserkammer, insbesondere während des Stillstands der Maschine emittierten Kraftstoffdämpfe aufgefangen und anschließend bei Betrieb der Maschine mit niedriger Last, also bei Unterdruckbeaufschlagung des genannten Bereichs des Saugrohrs, unter Regenerieren des Filters abgesaugt und dem Arbeitsprozeß der Maschine wieder zugeführt werden.

Dieses System hat den grundlegenden Nachteil, daß bei höherer Maschinenlast in dem definierten Saugrohrbereich kein Unterdruck mehr vorliegt (die Drosselklappe ist dann voll geöffnet), so daß der in Fig. 1 über der Drehzahl n der Maschine aufgetragene Spülluftdurchsatz V, der das Kraftstoffdampffilter durchsetzt, bei diesem allein saug­ rohrunterdruckabhängigen System gemäß Kurve a mit steigender Drehzahl stark abfällt.

Das Filter wird daher beispielsweise auch bei längerer Autobahnfahrt nicht regeneriert.

Aus der DE-OS 17 51 077, F 02 M 25/08, ist ein Verfahren zur Rückgewinnung von Treibstoffdämpfen bekannt, bei dem die Treibstoffdämpfe mit Austreibluft von zeitab­ hängig verschiedener Geschwindigkeit desorbiert und die ausgetriebenen Dämpfe im Motor verbrannt werden. Dieses Verfahren arbeitet also so, daß beispielsweise nach einer Minute die Geschwindigkeit der Austreibluft auf das Doppelte der anfänglichen Austreibgeschwindigkeit erhöht wird. Dieses Verfahren vermeidet zwar den grundlegen­ den Nachteil der eben diskutierten amerikanischen Lösung, trägt jedoch dem Verhalten einer Brennkraftmaschine im Betrieb ebenfalls nicht Rechnung.

Aus der DE-OS 25 47 065, F 02 M 25/08, schließlich ist eine Vorrichtung bekannt, die ebenfalls mit Ansaugung der in einem Filter gespeicherten Kraftstoffdämpfe durch das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine arbeitet. Zusätzlich ist ein Kühlgebläse vorgesehen, zwischen dem und dem Filter ein erst bei Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl öffnendes Regelventil angeordnet ist, das einen eventuellen Tanküberdruck während des Startens und im Leerlauf vermeiden soll. Über das Kühlgebläse, insbesondere seinen Antrieb, ist nichts gesagt, so daß anzunehmen ist, daß es mit konstanter Drehzahl be­ trieben wird. Das wiederum bedeutet bei niedrigen Drehzahlen und geringem Treibstoff­ dampfanfall im Filter bei Einstellung der Strömung auf Regeneration des Treibstoff­ dampffilters bei hohen Drehzahlen eine unzulässige Abmagerung des Kraftstoff-Luft- Gemischs bei niedrigen Drehzahlen, dagegen bei Abstimmung der Strömung, das heißt der Drehzahl des Kühlgebläses, auf die Erfordernisse des Filters bei niedrigen Dreh­ zahlen eine zu schwache Spülluftströmung im hohen Drehzahlbereich.

Daß die Einspeisung eines Kraftstoff-Luft-Gemischs aus dem Kraftstoffdampffilter in das Ansaugsystem der Brennkraftmaschine durch Änderung der Luftzahl des den Brenn­ räumen der Maschine zuzuführenden Gemischs die Arbeitsweise der Brennkraftmaschine nachteilig beeinflussen kann, wird dadurch unterstrichen, daß der Stand der Technik in der Regenerationsleitung zwischen Filter einerseits und Ansaugsystem der Maschine an­ dererseits Ventile oder dergleichen vorsieht, die den Strömungsquerschnitt dieser Lei­ tung erst bei Drehzahlen oberhalb der Leerlaufdrehzahl freigeben. Damit ist sicherge­ stellt, daß bei niedrigen Drehzahlen und hohem Saugrohrunterdruck durch die dann re­ lativ große angesaugte Kraftstoffdampfmenge nicht eine den Betrieb der Maschine stö­ rende Überfettung des Gemischs erfolgt.

Eine entsprechende Ventileinrichtung ist auch aus dem amerikanischen Patent 4,059,081 bekannt. Die Ventileinrichtung wird dort durch den Förderdruck einer in Antriebsverbin­ dung mit der Brennkraftmaschine stehende Luftpumpe so gesteuert, daß sie sich bei einer bestimmten Drehzahl automatisch öffnet und die Regenerationsleitung freigibt. Bei geöffnetem Ventil wird Luft in das Kraftstoffdampffilter eingesaugt, durch die der in dem Filter gespeicherte Kraftstoffdampf desorbiert und dem Ansaugsystem zugeführt wird.

Bei dem amerikanischen Patent 4,070,828 ist das Kraftstoffdampffilter hingegen über eine vor dem Vergaser mündende Regenerationsleitung mit dem Ansaugtrakt der Brennkraft­ maschine verbunden. Ein in Antriebsverbindung mit der Brennkraftmaschine stehendes Spülgebläse fördert bei Betrieb der Maschine ständig Luft in das Kraftstoffdampffilter und führt damit die dort gespeicherten Kraftstoffdampfe dem Vergaser zu, wobei jedoch keine Einrichtung zum Absperren der Regenerationsleitung bei stehender Maschine oder bei niedrigen Drehzahlen vorgesehen ist.

Die europäische Patentanmeldung 0 208 069 A2 offenbart schließlich zwei Regenera­ tionsleitungen für ein Kraftstoffdampffilter, von denen sich eine über ein geregeltes Ab­ sperrventil in den hinter der Drosselklappe liegenden Saugrohrbereich erstreckt, während die andere ständig mit dem Luftfilterbereich stromaufwärts zur Drosselklappe verbunden ist, so daß über den Luftfilter ständig eine Regeneration des Kraftstoffdampffilters erfolgen kann. Es ist jedoch wiederum keine Absperreinrichtung für diese Regenerationsleitung bei stehender Maschine oder bei niedrigen Drehzahlen oder ein Spülgebläse zur besse­ ren Desorption der in dem Filter gespeicherten Kraftstoffdämpfe vorgesehen.

Der Erfindung liegt die Aufgebe zugrunde, eine gattungsgemäße Einrichtung mit gerin­ gem zusätzlichen Aufwand dahingehend zu verbessern, daß die Regenerierung des Kraft­ stoffdampffilters praktisch über den gesamten Drehzahlbereich der Brennkraftmaschine sichergestellt ist, ohne daß die Betriebsweise der Maschine nachteilig beeinflußt wird.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht in den kennzeichnenden Merkma­ len des Anspruchs 1, vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschreiben die Un­ teransprüche.

Bei der Erfindung wird also die übliche saugrohrunterdruckabhängige Regenerierung des Kraftstoffdampffilters ergänzt oder überlagert durch eine drehzahlabhängige Re­ generierung, indem ein von der Brennkraftmaschine her und damit entsprechend der Drehzahl derselben angetriebenes Spülgebläse Verwendung findet. Betrachtet man nochmals das Diagramm nach Fig. 1, so ist bei b der Zusammenhang zwischen Spül­ luftdurchsatz V und Drehzahl n der Maschine bei dem erfindungsgemäß vorgesehenen drehzahlabhängigen System (Spülgebläse) angegeben: Während der Spülluftdurchsatz bei dem saugrohrunterdruckabhängigen System gemäß Kurve a mit zunehmender Drehzahl, das heißt abnehmendem Unterdruck im Saugrohr, stark abfällt, steigt er bei dem dreh­ zahlabhängigen System gemäß Kurve b an, so daß bei niedrigen Drehzahlen die Spülung durch das saugrohrunterdruckabhängige System, dagegen bei höheren Drehzahlen durch das drehzahlabhängige System sichergestellt ist. Daher besitzt die Erfindung den weite­ ren Vorteil, daß beim Betanken auftretende Kraftstoffdämpfe im Filter aufgefangen werden können, da bei allen Betriebsweisen der Maschine eine Regeneration erfolgt.

In üblicher Weise wird man im Zuge der ersten Regenerationsleitung (unterdruckabhän­ giges System) gemäß Anspruch 3 eine beispielsweise durch Signale einer Lambda-Sonde im Abgassystem gesteuerte oder geregelte Drossel vorsehen, damit bei niedrigen Dreh­ zahlen, insbesondere Leerlaufdrehzahl, durch die Spülung des Filters keine unzulässige Überfettung des Gemischs eintritt. Im übrigen ist bei höheren Drehzahlen die die erste Regenerationsleitung durchsetzende Strömung so klein, daß sie praktisch ohne Einfluß auf die Zusammensetzung des Gemischs ist. Dann ist jedoch infolge des mit der Dreh­ zahl steigenden Liefergrads des Spülgebläses die Strömung in der zweiten Regenera­ tionsleitung so stark, daß sie bei der Erfassung des Luftdurchsatzes durch das Ansaug­ system berücksichtigt werden muß. Aus diesem Grunde mündet die zweite Regenera­ tionsleitung in das Ansaugsystem in Strömungsrichtung vor einer Meßstelle für den Luftdurchsatz, gemäß Anspruch 2 in ein Luftfilter der Brennkraftmaschine, ein. An dieser Stelle sei eingefügt, daß unter einer Meßstelle für den Luftdurchsatz bei einem Vergaser auch der Bereich der Kraftstoffdüsen zu verstehen ist, wo durch die Druck­ verhältnisse im Vergaser die austretende Kraftstoffmenge bestimmt wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand Fig. 2 erläutert.

Die Brennkraftmaschine 1 besitzt einen üblichen Aufbau; in diesem Beispiel handelt es sich um die Antriebsmaschine eines Kraftfahrzeugs, die bekanntlich mit stark unter­ schiedlichen Drehzahlen betrieben wird. Den Brennräumen in Strömungsrichtung vorge­ schaltet ist in diesem Ausführungsbeispiel das Saugrohr 2 mit der als Leistungsstell­ glied dienenden, mit einem Gaspedal in Verbindung stehenden Drosselklappe 3; die Ver­ brennungsluft tritt in das Ansaugsystem über das Luftfilter 4 üblicher Bauart ein. Die Kraftstoffzufuhr ist nicht eingezeichnet; sie erfolgt aus dem Kraftstofftank 5, dessen Füllstutzen 6 in üblicher Weise mit der Tankentlüftung 7 versehen ist. Zum Auffangen der über die Tankentlüftung 7 aus dem Volumen des Kraftstofftanks 5 oberhalb des Kraftstoffspiegels entweichenden Kraftstoffdämpfe dient das Kraftstoffdampffilter 8, beispielsweise ein geschlossener, mit Aktivkohle gefüllter Behälter. Von der in Fig. 2 oberen Stirnseite des Filters 8 geht die Leitung 9 ab, in die einerseits die Tankentlüf­ tung 7, andererseits die erste und zweite Regenerationsleitung 10 bzw. 11 direkt bzw. indirekt einmünden.

Betrachtet man zunächst die erste Regenerationsleitung 10, so mündet sie über eine relativ kleine Bohrung 12 in den in Strömungsrichtung der Frischluft hinter der Dros­ selklappe 3 liegenden Bereich des Saugrohrs 2 ein, das heißt an einer Stelle, an der bei Leerlaufdrehzahl und niedrigen Drehzahlen Unterdruck herrscht. Das bedeutet, daß bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine 1 in der ersten Regenerationsleitung eine relativ starke, das Kraftstoffdampffilter 8 durchsetzende und regenerierende Spül­ luftströmung herrscht, die kraftstoffreich ist. Damit insbesondere bei Leerlauf der Ma­ schine keine Überfettung des den Brennräumen zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemischs durch diese Spülluftströmung entsteht, ist im Zuge der ersten Regenerationsleitung 10 die verstellbare Drossel 13 vorgesehen, die in diesem Ausführungsbeispiel durch Signa­ le eines an sich bekannten und daher nicht dargestellten Lambda-Sensors im Abgassy­ stem der Brennkraftmaschine so angesteuert wird, daß eine Überfettung des den Brenn­ räumen zugeführten Gemischs durch die kraftstoffreiche Spülluftströmung vermieden ist. Bei 14 ist eine Auswerteschaltung für die Signale des Lambda-Sensors angedeutet, die diese Signale in Stellbefehle für die Drossel 13 umsetzt.

Wie bereits anhand Fig. 1 erläutert, hat diese allein den Saugrohrunterdruck ausnut­ zende Regeneration den schwerwiegenden Nachteil, daß das Spülluftvolumen gemäß Kurve a mit zunehmender Drehzahl stark absinkt. Die Spülung bei höheren Drehzahlen, bei denen das Kraftstoffdampffilter 8 ebenfalls wirksam sein soll, ist also nicht aus­ reichend. Daher sieht die Erfindung die zweite Regenerationsleitung 11 sowie das bei­ spielsweise über einen Keilriemen 15 mit einer von der Maschinendrehzahl abhängenden Drehzahl angetriebene Spülgebläse 16 vor, das über die Druckleitung 17 an der der Ein­ mündungsstelle der Leitung 9 gegenüberliegenden Stirnseite in den Behälter des Filters 8 einmündet. Dadurch wird also der Kurve a in Fig. 1 ein drehzahlabhängiges Spülluft­ volumen V gemäß Kurve b überlagert, so daß auch bei hohen Drehzahlen eine einwand­ freie Spülung des Filters 8 sichergestellt ist.

Im Zuge der zweiten Regenerationsleitung 11, die vorzugsweise in die Reinluftseite des Luftfilters 4 einmündet, erkennt man das Absperrventil 18. Es hat die Aufgabe, bei ste­ hender Maschine die Verbindung zum Luftfilter 4 und damit zur Atmosphäre zu unter­ binden, damit vom Tank 5 kommende Kraftstoffdämpfe nicht über den Luftfilter 4 ins Freie austreten können. Die Aufsteuerung des Ventils 18 erfolgt hier auf pneumatischem Wege dann, wenn der Förderdruck des Spülgebläses 18 das Vorliegen einer vorgegebenen Mindestdrehzahl der Maschine signalisiert, bei der praktisch keine Strömung mehr über die erste Regenerationsleitung 10 zustandekommt.

Mit der Erfindung ist demgemäß eine gattungsgemäße Einrichtung geschaffen, die in optimaler Weise den Erfordernissen für eine Spülung eines Kraftstoffdampffilters unter Berücksichtigung der Verhältnisse bei einer mit unterschiedlichen Drehzahlen betriebe­ nen Brennkraftmaschine Rechnung trägt.

Claims (5)

1. Einer Brennkraftmaschine zugeordnete Einrichtung zur Rückgewinnung in einem Kraftstoffdampffilter gespeicherter Kraftstoffdämpfe mit einer ersten Regenera­ tionsleitung zwischen dem Filter und einem bei niedriger Maschinenlast Unterdruck führenden Bereich des Ansaugsystems der Brennkraftmaschine, gekennzeichnet durch eine zweite, sich zwischen dem Filter (8) und einer Stelle des Ansaugsystems strö­ mungsaufwärts einer Meßstelle für den Luftdurchsatz erstreckende Regenerationslei­ tung (11) mit einem bei stehender Maschine (1) und bei niedrigen Drehzahlen (n) wirksamen Absperrventil (18) sowie durch ein in das Filter (8) lieferndes Spülgebläse (16) mit mit steigender Drehzahl (n) steigendem Liefergrad, das in Antriebsverbin­ dung (15) mit der Brennkraftmaschine (1) steht.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Regenerations­ leitung (11) in ein Luftfilter (4) der Brennkraftmaschine (1) einmündet.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Zuge der ersten Regenerationsleitung (10) eine in Abhängigkeit von der Zusammensetzung der Abgase der Brennkraftmaschine (1) verstellbare Drossel (13) liegt.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ab­ sperrventil (18) pneumatisch bei Erreichen eines vorgegebenen Druckwertes auf der Druckseite des Spülgebläses (16) den Strömungsquerschnitt der zweiten Regenera­ tionsleitung (11) freigibt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bei­ den Regenerationsleitungen (10, 11) einerseits und eine von dem Spülgebläse (16) kommende Spülluftleitung (17) andererseits auf entgegengesetzten Seiten des Filters (8) einmünden.