DE4429307C1

DE4429307C1 - Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: DE4429307C1
Application number: DE19944429307
Authority: DE
Inventors: Joachim Dipl Ing Heinemann; Reinhard Dipl Ing Tinz
Original assignee: Carl Freudenberg KG
Current assignee: Carl Freudenberg KG
Priority date: 1994-08-18
Filing date: 1994-08-18
Publication date: 1995-12-21
Anticipated expiration: 2014-08-19

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und do sierten Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, bei der eine Leitung zwischen dem Freiraum und dem Ansaugrohr vorgesehen ist, wobei die Leitung ein Absorptionselement enthält und durch ein dem Absorpti onselement nachgeschaltetes, signalbetätigbares Servoventil verschließbar ist, wobei das Servoventil durch das Signal eines Betriebsdaten der Verbrennungs kraftmaschine erfassenden Diagnoseblocks getaktet ansteuerbar ist und wobei die Leitung mit einem dem Absorptionselement vorgeschalteten und Gas strömungen erfassenden Sensor versehen ist, der signalleitend mit dem Diagno seblock verbunden ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 41 00 659 C1 bekannt. Die vorbekannte Vorrichtung ermöglicht die Überwachung des dosierten Einspeisens flüchtiger Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine. In der Leitung zwischen dem Freiraum der Tankanlage und dem Absorptionsele ment ist ein Gasströmungen erfassender erster Sensor vorgesehen. Ein zweiter Sensor ist am Unterdruckversteller des Servoventils angeordnet und zeigt des sen Betätigung an. Die beiden Sensoren sind jeweils signalleitend mit dem Dia gnoseblock verbunden, wobei die beiden Signale der beiden Sensoren innerhalb des Diagnoseblocks mit entsprechenden Sollwerten verglichen und zur Feststel lung von Fehlern innerhalb der Vorrichtung verwendet werden.

Eine weitere Vorrichtung ist aus der DE 41 20 279 C2 bekannt. Die Vorrichtung ist als Adsorptionsvorrichtung für verdampften Kraftstoff ausgebildet und in ein Kraftstoffversorgungssystem eines Kraftfahrzeugs integriert. Die dem Verbren nungsmotor zugeführte Menge von verdampftem Kraftstoff soll durch die vorbe kannte Vorrichtung gemessen werden. Dazu ist es vorgesehen, daß eine Men generfassungseinrichtung mit zwei Elektroden in der das Adsorptionsmittel ent haltenden Kammer angeordnet sind, mit denen eine Veränderung einer elektri schen Eigenschaft des Adsorptionsmittels erfaßt wird, wobei die Mengenerfas sungseinrichtung signalleitend mit einem Diagnoseblock verbunden ist. Die Mo torsteuerung der Verbrennungskraftmaschine bestimmt die Menge des von dem Adsorptionsmittel wieder freigegebenen Kraftstoffs und die über die Adsorpti onsvorrichtung angesaugte Luft und korrigiert diese entsprechend der einge spritzen Kraftstoffmenge. Die eingespritzte Kraftstoffmenge wird aufgrund der von einer Luftmengenerfassungseinrichtung erfaßten und vom Verbrennungsmo tor angesaugten Luftmenge bestimmt.

Aus der DE 43 03 997 A1 ist ein Verfahren zum Prüfen der Funktionsfähigkeit einer Tankentlüftungsanlage an einem Fahrzeug mit Verbrennungsmotor sowie eine Vorrichtung zur Tankentlüftungsdiagnose bekannt. Um zu beurteilen, ob die Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs dicht ist, wird die Tankentlüftungsanlage unterdruckbeaufschlagt und vollständig verschlossen. Erfolgt der Abbau des Unterdrucks schneller, als es einem vorgegebenen Schwellwert entspricht, wird die Tankentlüftungsanlage als undicht beurteilt. Zur Unterdruckbeaufschlagung muß bei leerem Tank vergleichsweise mehr Gas aus der Anlage abgepumpt werden, als bei vollem Tank. Um bei vollem Tank nicht zu schnell und zu stark abzupumpen und um bei fast leerem Tank nicht zu lange zu pumpen, wird das Tastverhältnis zum Öffnen des Tankentlüftungsventils an der Anlage tankfüllstandsabhängig dahingehend variiert, daß das Ventil bei fast vollem Tank mit kleinem Tastverhältnis angesteuert wird, um nur einen kleinen Gasdurchsatz zu erzielen, während bei fast leerem Tank ein vergleichsweise größeres Tastverhältnis gewählt wird.

Die Zusammensetzung des Kraftstoff-Luftgemischs ist bei mit einer elektroni schen Motorsteuerung versehenen Verbrennungskraftmaschinen überwiegend vom Signal einer Lambda-Sonde abhängig, die im Abgasstrang der Verbren nungskraftmaschine angeordnet ist und die Abgaswerte ermittelt. Die Regelung der Gemischbildung erfolgt in einem für Abgaskatalysatoren optimalen Arbeits bereich. Als Störgröße in diesem Regelkreis tritt die Tankentlüftung auf, die je nach Beladungszustand des Absorptionselements mehr oder weniger Kraftstoff bestandteile in das Ansaugrohr einspeist. Eine Korrektur der Gemischbildung kann erst dann vorgenommen werden, wenn das mit den flüchtigen Kraftstoff bestandteilen durchsetzte Kraftstoff-Luftgemisch in der Verbrennungskraftma schine bereits verbrannt und durch den Abgasstrang an der Lambda-Sonde vor beigeführt wird. Da die Reaktion der Lambda-Sonde erst nach der Verbrennung erfolgt, ist die Regelstrecke und die Reaktionszeit vergleichsweise lang.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der vorbekannten Art derart weiterzuentwickeln, daß eine Regelung der Gemischbildung unter Ein beziehung des Beharrungszustands des Absorptionselements erfolgt. Die Reakti onszeit im Regelkreis soll deutlich verkürzt werden, um die Zustände, in denen keine optimale Abgasnachbehandlung stattfinden kann, deutlich zu reduzieren.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprü che Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß das Signal des Sensors im Diagnoseblock zur Ermittlung der Beladungsmenge im Absorptions element und zur Berechnung des Tastverhältnisses des Servoventils vorgesehen ist und daß die getaktete Ansteuerung des Servoventils in Abhängigkeit vom Beladungszustand des Absorptionselements erfolgt. Hierbei ist von Vorteil, daß der vom Freiraum in das Absorptionselement eingespeiste Brennstoffmassen strom ermittelt wird. Die Regelung des in die Verbrennungskraftmaschine ge führten Kraftstoff-Luftgemischs, bestehend aus dem Gemisch, das von der Ein spritzanlage bereitgestellt wird und den flüchtigen Kraftstoffbestandteilen aus dem Absorptionselement, erfolgt unter Berücksichtigung der Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine in Strömungsrichtung vor den Brennräumen und durch die Ansteuerung des Servoventils. Dadurch sind die Regelstrecke und die Regelzeit zur Regelung deutlich verkürzt. Das Signal der Lambda-Sonde dient lediglich einer zusätzlichen Kontrolle der Regelung durch die Abgaszusammen setzung. Das Absorptionselement ist bevorzugt mit drei Anschlüssen versehen, wobei zwei der Anschlüsse als Zuleitungen und einer der Anschlüsse als Ablei tung ausgebildet ist. Durch eine der Zuleitungen werden die im Freiraum der Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Absorptionsele ment eingespeist. Durch die andere Zuleitung gelangt Luft aus der Atmosphäre zur Regeneration in das Absorptionselement. Durch die Ableitung wird ein aus dem Absorptionselement entnommener Regenerierbrennstoffmassenstrom in Richtung des Servoventils und der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine geführt. Da aus der Atmosphäre in der Regel kein Brennstoff aufgenommen wird und eine Abgabe von unverbrannten flüchtigen Kraftstoffbestandteilen an die Atmosphäre grundsätzlich durch das System verhindert werden soll, ist der in das Absorptionselement eingespeiste Brennstoffmassenstrom vom Tank zu er mitteln, der dem aus dem Absorptionselement entnommenen Regenerierbrenn stoffmassenstrom entsprechen muß. Es gilt:

_{B REG} = _{B TANK} + _{B LUFT},

wobei _{B REG} den Brennstoffmassenstrom angibt, der aus dem Absorptions element in Richtung der Verbrennungskraftmaschine geführt wird, _{B TANK} den Brennstoffmassenstrom, der vom Tank in das Absorptionselement geleitet wird und _{B LUFT} den Brennstoffmassenstrom, der dem Absorptionselement von der Atmosphäre zugeführt wird.

Unter der Voraussetzung, daß _{B LUFT} Null ist, gilt

_{B REG} = _{B TANK}.

Der vom Tank in das Absorptionselement eingespeiste Brennstoffmassenstrom m_B TANK kann ermittelt werden nach der Gleichung

_{B TANK} = _TANK / (1 + 1 / X),

wobei _TANK den Gemischmassenstrom aus Brennstoffmassenstrom und Luftmassenstrom bezeichnet und X den Brennstoffgehalt des Kraftstoffs. Der Brennstoffgehalt X kann insbesondere bei Vorhandensein eines Druckhalteven tils in der Leitung zwischen Tank und Absorptionselement als gesättigt ange nommen werden. Der Gemischmassenstrom m_TANK läßt sich aus der Geome trie des Gasströmungen erfassenden Sensors, dem am Sensor anliegenden Dif ferenzdruck sowie der Durchflußzahl ermitteln. Die Masse des zugeführten Brennstoffs m_{B TANK} ergibt sich aus dem Brennstoffmassenstrom _{B TANK}, der vom Freiraum der Tankanlage in das Absorptionselement eingespeist wird multipliziert mit der Einspeisedauer t.

_{B TANK} = _{B TANK} * t

Um die Reaktionszeit der Regelstrecke zu verringern, wird die Ansteuerung des Servoventils in Abhängigkeit vom Beladungszustand des Absorptionselements vorgenommen. Es gibt im Fahrzeug auch Zeiten, in denen das Absorptionsele ment zwar bespeist, d. h. m_{B TANK} ungleich Null ist, jedoch nicht regeneriert wird. Dies ist beispielsweise bei ausgeschalteter Verbrennungskraftmaschine der Fall. Das Absorptionselement stellt dann einen Speicher dar. Um den Beladungs zustand der Absorptionselements m_{B AKF} definitiv beschreiben zu können, muß also neben m_{B TANK} auch m_{B REG} bekannt sein, wobei m_{B REG} die Masse des Brennstoffs beschreibt der aus dem Absorptionselement entnommen wird.

m_{B AKF} = m_{B TANK} - m_{B REG}

m_{B REG} läßt sich aufgrund der Kennliniencharakteristik des Servoventils, dem eingestellten Tastverhältnis sowie der empirisch ermittelten und im Diagnose block abgelegten Desorptionscharakteristik des Absorptionselements rechnerisch ermitteln. Der Beladungszustand des Absorptionselements ist dadurch eindeutig bestimmbar. Ist das Absorptionselement beispielsweise leer, d. h., daß keine flüchtigen Kraftstoffbestandteile innerhalb des Aktivkohlespeichers angeordnet sind, wird die Ansteuerung des Servoventils derart vorgenommen, daß dem durch die Einspritzanlage gebildeten Kraftstoff-Luftgemisch die für eine günstige Verbrennung entsprechende Luft aus dem leeren Absorptionselement zugesetzt wird. Ist das Absorptionselement demgegenüber mit flüchtigen Kraftstoffbe standteilen voll beladen, wird eine Korrektur des Ansteuersignals des Servoven tils vorgenommen, dahingehend, daß das Tastverhältnis im Leerlauf und Teil lastbereich der Verbrennungskraftmaschine verringert wird, um eine geringere Durchflußmenge in die Gemischstrecke zu bewirken und somit eine Überfettung in diesen Lastbereichen sicher auszuschließen. Das Servoventil gibt, abhängig vom Tastverhältnis, unterschiedliche Dosiermengen frei. Unter dem Tastverhält nis wird das Verhältnis zwischen der Periodendauer des geöffneten Ventils zur gesamten Periodendauer, also der Periodendauer des geöffneten und des ge schlossenen Ventils verstanden. Die Feststellung des Beladungszustands des Absorptionselements ist hierzu Grundvoraussetzung. Da eine Einspeisung der flüchtigen Kraftstoffbestandteile vom Freiraum der Tankanlage in das Absorpti onselement in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Parametern erfolgt, ist die Ermittlung des Durchflusses in der Leitung zwischen dem Tank und dem Ab sorptionselement die sicherste Lösung und mit den geringsten Störgrößen behaf tet. Die Umgebungstemperatur, die Temperatur des Kraftstoffrücklaufs, die Tankoberfläche und/oder der Dampfdruck des Kraftstoffs sind dabei bereits be rücksichtigt. Systeme, die demgegenüber nur eine Temperatur- und/oder Druck überwachung im Tank oder in Tanknähe vornehmen, erfassen die Vorgänge nur indirekt, wodurch die ermittelten Ergebnisse ungenau sind. Außerdem sind zu sätzliche Bauteile in Form einer Vielzahl von Sensoren nötig, so daß die Vorrich tung störanfällig wird. Eine derartige Ausgestaltung ist in wirtschaftlicher Hin sicht wenig befriedigend.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Sensor ein Bestandteil eines druckabhängig betätigbaren Tankentlüftungsventil bilden. Durch eine einfache signalleitende Verbindung zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Dia gnoseblock kann die in das Absorptionselement eingespeiste Durchflußmenge errechnet werden, wenn die Öffnungsdauer des Tankentlüftungsventils bekannt ist und im Diagnoseblock zur Berechnung herangezogen wird. Da neben der Öffnungszeit der geöffnete Querschnitt des Tankentlüftungsventils, die Durch flußzahl sowie der am Ventil anliegende Differenzdruck bekannt ist, kann die Durchflußmenge im Diagnoseblock berechnet werden. Der Diagnoseblock kann ein Bestandteil der Motorsteuerung bilden. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestal tung ist das Absorptionselement als Aktivkohlespeicher ausgebildet.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist nachfolgend an hand der Zeichnung näher erläutert.

In der Zeichnung ist eine Vorrichtung zur Ermittlung der Beladungsmenge eines als Aktivkohlespeicher ausgebildeten Absorptionselements (6) in einem ge schlossenen Tankentlüftungssystem gezeigt, wobei die in dem Freiraum 1 der Tankanlage 2 befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteile in Abhängigkeit vom Lastzustand der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine 4 in das Ansaug rohr 3 eingespeist werden. Die Tankanlage 2 ist durch einen Verschluß 12 her metisch zur Atmosphäre 13 hin verschlossen. In der Leitung 5, die sich vom Freiraum 1 der Tankanlage 2 bis zum Ansaugrohr 3 der Verbrennungskraftma schine 4 erstreckt, ist das Absorptionselement 6 angeordnet. Dem Absorptions element 6 ist ein signalbetätigbares Servoventil 7 nachgeschaltet, das durch den Diagnoseblock 9 getaktet ansteuerbar ist. Die Ansteuerung erfolgt bei der erfin dungsgemäßen Vorrichtung nicht nur in Abhängigkeit von Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine, wie beispielsweise die Drehzahl und/oder die Stel lung der Drosselklappe, sondern außerdem in Abhängigkeit vom Beladungszu stand des Absorptionselements 6. Zwischen dem Freiraum 1 der Tankanlage 2 und dem Absorptionselement 6 ist ein Gasströmungen erfassender Sensor 10 angeordnet, der in diesem Ausführungsbeispiel durch ein Tankentlüftungsventil gebildet ist. Der Sensor 10 ist signalleitend mit dem Diagnoseblock 9 verbun den. Unter Berücksichtigung der Betriebsdaten der Verbrennungskraftmaschine 4 und der Beladungsmenge im Absorptionselement 6 wird im Diagnoseblock 9 das erforderliche Tastverhältnis für das Servoventil 7 bestimmt. Durch die Ein beziehung der Beladungsmenge im Absorptionselement 6 bei der Ansteuerung des Servoventils 7, kann bereits eine ausgezeichnete exakte Regelung der Ge mischbildung vorgenommen werden. Dadurch, daß eine exakte Regelung der Gemischbildung in Strömungsrichtung des Kraftstoff-Luftgemischs bereits vor der Verbrennung in den Brennräumen der Verbrennungskraftmaschine 4 erfolgt, ist eine verbesserte geregelte Abgasreinigung im Katalysator des Abgasstrangs möglich, denn die Regelstrecke und die Regelzeit der Regelung sind auf ein Mi nimum reduziert. Die Signale der Lambda-Sonde 15 fungieren bei der bean spruchten Vorrichtung lediglich als Kontrolle für die bereits vor der Verbrennung geregelte Gemischbildung. Eine ungünstige Verbrennung ist bei der beanspruch ten Vorrichtung demnach nicht Voraussetzung für einen regelnden Eingriff in die Gemischbildung.

Claims

1. Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, bei der eine Leitung zwischen dem Freiraum und dem Ansaugrohr vorgesehen ist, wobei die Lei tung ein Absorptionselement enthält und durch ein dem Absorptionselement nachgeschaltetes, signalbetätigbares Servoventil verschließbar ist, wobei das Servoventil durch das Signal eines Betriebsdaten der Verbrennungskraftma schine erfassenden Diagnoseblocks getaktet ansteuerbar ist und wobei die Leitung mit einem dem Absorptionselement vorgeschalteten und Gasströ mungen erfassenden Sensor versehen ist, der signalleitend mit dem Diagno seblock verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (11) des Sensors (10) im Diagnoseblock (9) zur Ermittlung der Beladungsmenge im Absorptionselement (6) und zur Berechnung des Tastverhältnisses des Ser voventils (7) vorgesehen ist und daß die getaktete Ansteuerung des Servo ventils (7) in Abhängigkeit vom Beladungszustand des Absorptionselements (6) erfolgt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (10) einen Bestandteil eines druckabhängig betätigbaren Tankentlüftungsventils bildet.