DE4316728A1

DE4316728A1 - Zudosierung von flüchtigen Kraftstoffkomponenten an einem Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE4316728A1
Application number: DE19934316728
Authority: DE
Inventors: Harald Krohm
Original assignee: AFT Atlas Fahrzeugtechnik GmbH
Current assignee: Schaeffler Engineering GmbH
Priority date: 1992-05-23
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1994-03-03

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Sammeln und gezielten Zudosieren von flüchtigen Kraftstoffkomponenten (Fraktionen) an einem Ottomotor mit einem Sammelbehälter für die flüchtigen Kraftstoffkomponenten, mit einem regenerier baren Speicher für die Kraftstoffkomponenten, einem Kanal zur Verbindung des Speichers mit dem Saugkanal des Ottomo tors und einem Dosierventil in dem Anschlußkanal.

Kraftstoffe bestehen heute nicht aus nur einer chemischen Verbindung, sondern aus einer Vielzahl sogenannter Fraktio nen unterschiedlicher Zusammensetzung und Konzentration mit jeweils unterschiedlichen chemischen, physikalischen und somit motorischen Eigenschaften.

Strategie und Abstimmung heutiger Verbrennungsmotoren sind darauf ausgerichtet, mit den aus dem Gesamtgemisch ent stehenden Eigenschaften einen optimalen Motorbetrieb und Verbrennung, auch im Hinblick auf eine Minimierung der Umweltbelastung, zu erzielen.

Die leichtflüchtigen Komponenten, insbesondere Alkohole führen vor allem im Kraftstofftank zu Verdunstungsemissio nen, die in einem Speicher an einem Filter aufgefangen werden. Da insbesondere die leichtflüchtigen Komponenten verdunsten, haben diese Verdunstungskomponenten eine von dem in dem Kraftstofftank enthaltenen Gemisch verschiedene Zusammensetzung.

Bekannt sind Speichervorrichtungen zur Reduzierung der Verdunstungsemissionen von Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor. Bestandteil solcher Systeme sind Steuervorrichtungen zur Entleerung dieser Vorrichtungen mittels Zuleitung zum Verbrennungsprozeß.

Ziel der Sammlung der als Verdunstungsemission bezeichneten Kraftstoffbestandteile ist also die Verhinderung eines Austritts in die Atmosphäre.

Ziel der gesteuerten Zuführung der zunächst gesammelten Anteile ist die Entleerung bzw. Regeneration des Speichers, um für erneute Befüllvorgänge wieder zur Verfügung zu stehen.

Angepaßt an diese Aufgabenstellung ist der Aufbau und die Funktionsweise solcher Systeme:

Ein Speicher, vorzugsweise ein Aktivkohlebehälter, wird im wesentlichen durch den Dampfdruck des Kraftstoffes mit Kraftstoffbestandteilen beladen. Eine Regeneration erfolgt in der Regel durch den Ansaugunterdruck des Ottomotors vorzugsweise in Betriebszuständen, in denen die Zumischung zum sonstigen Brenngemisch möglichst wenig stört.

Aufgabe der Erfindung ist eine gezielte und aktive Sammlung und eine auf den jeweiligen Betriebszustand abgestimmte, ebenso gezielte und aktive Zuführung der leichtflüchtigen Komponenten in das Verbrennungsgemisch, um den Motorbetrieb zu optimieren.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, daß ein Steuergerät für die Motorfunktionen und Motorbetriebs zustände das Dosierventil entsprechend der in dem jeweiligen Betriebszustand gewünschten Zumischung der flüchtigen Kraftstoffkomponenten steuert.

Betriebszustände, in denen eine Zumessung erfolgt, sind abweichend von bestehenden Verfahren insbesondere die Zustände, in denen der Einsatz leichtsiedender Bestandteile nicht weniger störend als vielmehr bewußt vorteilhaft sind; ausdrücklich erwähnenswert hierbei: Kaltstart, Warmlaufzu stände und klopfgefährdeter Vollastbetrieb.

Beispiel

Klopfneigung von Kraftstoffkomponenten:
Es ist bekannt, daß gewisse physikalische und chemische Eigenschaften der Einzelbestandteile gekoppelt auftreten. Dies ist z. B. durch die Koppelung von Komponenteneigen schaften wie Klopfneigung und Siedetemperaturbereich gegeben.

Dies ermöglicht die Nutzung eines an der Siedetemperatur orientierten Selektionsverfahren zur Sammlung von Kom ponenten, die in bestimmten Betriebszuständen, hier Vollast betrieb, von Vorteil sind.

Die Erfindung unterscheidet sich also insofern vom Stand der Technik, als die leichtflüchtigen Komponenten in an den jeweiligen Betriebszustand angepaßter Weise zur Unter stützung eines optimalen Motorbetriebs dem Verbrennungs gemisch zudosiert werden. Damit wird berücksichtigt, daß die im Filter gesammelten Verdunstungskomponenten spezifische physikalische und chemische Eigenschaften haben.

Die Erfindung geht von dem Ansatz aus, die einzelnen Bestandteile des als Kraftstoff bezeichneten Konglomerats gezielt zu nutzen und den jeweiligen Anforderungen der Motorbetriebszustände zuzumessen. Steigende Bedeutung kommt der Erfindung dadurch zu, daß in steigendem Maße weitere Komponenten den heutigen Grundkraftstoffen zugemischt werden bzw. variable Zumischungen von z. B. Alkoholen zwischen 0 und 100% möglich sein müssen, um z. B. Tendenzen zu "flexible- fuel"-Fahrzeugen und "reformulated fuels" unterstützen zu können.

Vorteilhaft ist es, daß im Grundsatz geeignete Komponenten jedoch mit anderem Einsatzzweck als sog. Tankentlüftungs systeme realisiert bzw. in der Entwicklung sind.

Eine Optimierung des Motorbetriebs wird dadurch möglich, daß eine Zudosierung insbesondere während der Betriebszustände Kaltstart, Warmlauf, Beschleunigung, klopfgefährdete Betriebszustände erfolgt.

Eine Zudosierung unabhängig von dem Saugunterdruck ist dadurch möglich, daß der Kanal eine ebenfalls von dem Steuergerät gesteuerte Pumpe enthält.

Eine große Speicherkapazität und eine einfache Regenerierung wird dadurch gewährleistet, daß der Speicher ein Aktivkohle filter enthält.

Die Beeinflussung sowohl der Entlüftung als auch der Regenerierung wird dadurch verbessert, daß der Speicher über einen Kanal und ein Dosierventil mit der Atmosphäre verbunden ist.

Eine Regenerierung unabhängig von der Temperatur des Speichers wird dadurch ermöglicht, daß der Speicher mit einer Heizvorrichtung ausgestattet ist.

Vorteilhaft kann es sein, wenn für das Sammeln getrennter Fraktionen separate Speicherbereiche vorhanden sind.

Dabei kann es sich als zweckmäßig erweisen, wenn mehrere Speicher vorhanden sind.

Von besonderem Vorteil kann es sein, wenn eine Steuer einrichtung vorhanden ist zur gezielten Abgabe der einzelnen Fraktionen aus den Speicherbereichen (Speichern) entspre chend der in dem jeweiligen Betriebszustand gewünschten Zumischung der flüchtigen Kraftstoffkomponenten.

Allgemein kann es zweckmäßig sein, wenn die Speicherbereiche steuerbar temperierbar sind.

Zur Realisierung der Erfindung kann es vorteilhaft sein, wenn gegebenenfalls zusätzliche Einrichtungen vorgesehen werden, wie beispielsweise

- angepaßtes Speichervolumen, Speicheranzahl und -zu sammensetzung
- Speicherheizung zur Bereitstellung der leichtsiedenden Anteile auch bei ungünstigen Betriebsbedingungen (z. B. niedrige Temperaturen) bzw. für eine aktive Auslösung des Selektionsverfahrens der Kraftstoffbestandteile
- aktive Zumeßeinrichtung (z. B. Pumpe und Dosierventil)
- Einrichtung zur Ermittlung von Menge und Konzentration des Speicherinhalts
- Aufheizvorrichtung des Kraftstoffbehälters zur aktiven Auslösung eines thermischen Selektionsverfahrens.

Weiterhin bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur differenzierten Sammlung und Zumessung von flüchtigen Kraftstoffeinzelbestandteilen (Fraktionen) für Brennkraftma schinen, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- die Selektion der Einzelbestandteile beruht auf Basis der Unterschiedlichkeit ihres Siedeverhaltens
- die Temperatur zur Zuordnung der Fraktion wird als Folge natürlicher Wärmeprozesse (Temperaturabsenkung und -erhöhung durch ungesteuerte äußere Einflüsse, wie Tankvorgang, Wechsel der Außentemperatur etc.) erzeugt
- die Temperatur zur Zuordnung der Fraktion wird durch aktive Aufheizung von zumindest Teilen des Kraftstoff vorrats erzeugt
- die Sammlung der Fraktionen erfolgt in einem Speicher
- die Sammlung der Fraktionen erfolgt in mehreren um schaltbaren Speichern entsprechend ihren Siedetempera turbereichen
- die Selektion der Fraktionen erfolgt auf Basis des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens paralleler Speicher (Speichereinheiten)
- der/die Speicher ist/sind (ein) Aktivkohlebehälter
- die Zumessung erfolgt betriebspunktbezogen entsprechend der Verknüpfung von Siedeverhalten und motorischem Verhalten der Fraktion.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden unter Bezugnahme auf die schematische Figur der Zeichnung erläutert.

Von einem Motor 1 ist ein Verbrennungsraum eines Zylinders 2 mit einem Einlaßventil 3 dargestellt. Zu dem Einlaßventil 3 führt ein Saugkanal 4 mit einer Drosselklappe 5. Der Motor 1 kann ein Vergasermotor, ein Einspritzmotor mit Fremd zündung, also ein Ottomotor sein oder eine andere Aus führungsform einer Brennkraftmaschine.

Ein Kraftstofftank 6 ist über einen Entlüftungskanal 7 mit einem Speicher 8 verbunden, der z. B. als Aktivkohlefilter ausgebildet ist und mit einer Heizvorrichtung 9 versehen ist. Der Speicher 8 ist über ein Dosierventil 10 mit der Atmosphäre verbunden. Außerdem verbindet ein Kanal 11 den Speicher 8 über eine Pumpe 12 und über ein weiteres Dosier ventil 13 mit dem Saugkanal 4.

Ein Steuergerät 14 erhält über die Leitungen 15 Informatio nen über Motorbetriebszustände und über die Leitungen 16 Informationen über den Beladungszustand des Speichers 8 sowie über den Durchfluß durch das Dosierventil 10. Das Steuergerät 14 steuert die Motorfunktionen und Motorbe triebszustände. In vorliegendem Zusammenhang gibt das Steuergerät 14 über die Leitungen 17 und 18 Signale für das Dosierventil 10 und das Dosierventil 13, über die Leitung 19 ein Signal für die Heizvorrichtung 9 und über die Leitung 20 ein Signal für die Pumpe 12 ab.

Im Kraftstofftank 6 verdampfende leichtflüchtige Komponenten sammeln sich in dem Speicher 8 und werden in dem Kohlefilter adsorbiert. Die Zusammensetzung dieser leichtflüchtigen Verdunstungskomponenten weicht von der Zusammensetzung des Kraftstoffgemischs ab. Das Dosierventil 10 ermöglicht insbesondere während der Stillstandperioden des Ottomotors einen Druckausgleich zur Atmosphäre.

Im Betrieb des Ottomotors erkennt das Steuergerät 14 solche Betriebszustände des Motors, in denen eine Zumischung leichtflüchtiger Kraftstoffkomponenten erwünscht oder zumindest nicht schädlich ist. Dies ist insbesondere in einer Kaltstartphase, einer Warmlaufphase, einer Beschleuni gungsphase oder in einem klopfgefährdeten Betriebszustand der Fall. Es erfolgt dann eine dem Betriebszustand ent sprechende Öffnung der Dosierventile 13 und 10 und eine Einschaltung der Pumpe 12, so daß Luft durch den Speicher 8 gesaugt wird. Entsprechend wird der Filter entladen und dadurch regeneriert. Erforderlichenfalls wird zur Beschleu nigung der Verdampfung der Kraftstoffkomponenten die Heizvorrichtung 9 eingeschaltet.

Die mit der Anmeldung eingereichten Patentansprüche sind Formulierungsvorschläge ohne Präjudiz für die Erzielung weitergehenden Patentschutzes. Die Anmelderin behält sich vor, noch weitere, bisher nur in der Beschreibung und/oder den Zeichnungen offenbarte Merkmale von erfindungswesentli cher Bedeutung zu beanspruchen.

Claims

1. Vorrichtung zum Sammeln und gezielten Zudosieren von flüchtigen Kraftstoffkomponenten (Fraktionen) an einem Ottomotor mit einem Sammelbehälter für die flüchtigen Kraftstoffkomponenten, mit einem regenerierbaren Speicher für die Kraftstoffkomponenten, einem Kanal zur Verbindung des Speichers mit dem Saugkanal des Ottomo tors und einem Dosierventil in dem Anschlußkanal, wobei ein Steuergerät (14) für die Motorfunktionen und Motorbetriebszustände das Dosierventil (13) entspre chend der in dem jeweiligen Betriebszustand gewünschten Zumischung der flüchtigen Kraftstoffkomponenten steu ert.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Zudosierung insbesondere während der Betriebs zustände Kaltstart, Warmlauf, Beschleunigung, klopfge fährdete Betriebszustände erfolgt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß der Kanal (11) eine ebenfalls von dem Steuergerät (14) gesteuerte Pumpe (12) enthält.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) ein Aktivkohlefil ter enthält.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) über einen Kanal und ein Dosierventil (10) mit der Atmosphäre verbunden ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Speicher (8) mit einer Heiz vorrichtung (9) ausgestattet ist.

7. Vorrichtung nach mindestens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für das Sammeln getrennter Fraktionen separate Speicherbereiche vorhan den sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Speicher vorhanden sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekenn zeichnet, daß eine Steuereinrichtung vorhanden ist zur gezielten Abgabe der einzelnen Fraktionen aus den Speicherbereichen (Speichern) entsprechend der in dem jeweiligen Betriebszustand gewünschten Zumischung der flüchtigen Kraftstoffkomponenten.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Speicherbereiche steuerbar temperierbar sind.

11. Verfahren zur differenzierten Sammlung und Zumessung von flüchtigen Kraftstoffeinzelbestandteilen (Fraktio nen) für Brennkraftmaschinen, gekennzeichnet durch zumindest eines der folgenden Merkmale:

- die Selektion der Einzelbestandteile beruht auf Basis der Unterschiedlichkeit ihres Siedeverhal tens
- die Temperatur zur Zuordnung der Fraktion wird als Folge natürlicher Wärmeprozesse (Temperaturabsen kung und -erhöhung durch ungesteuerte äußere Einflüsse, wie Tankvorgang, Wechsel der Außen temperatur etc.) erzeugt
- die Temperatur zur Zuordnung der Fraktion wird durch aktive Aufheizung von zumindest Teilen des Kraftstoffvorrats erzeugt
- die Sammlung der Fraktionen erfolgt in einem Speicher
- die Sammlung der Fraktionen erfolgt in mehreren umschaltbaren Speichern entsprechend ihren Siede temperaturbereichen
- die Selektion der Fraktionen erfolgt auf Basis des unterschiedlichen Absorptionsverhaltens paralleler Speicher (Speichereinheiten)
- der/die Speicher ist/sind (ein) Aktivkohlebehälter
- die Zumessung erfolgt betriebspunktbezogen ent sprechend der Verknüpfung von Siedeverhalten und motorischem Verhalten der Fraktion.