EP1402169B1 - Kraftfahrzeug mit aktivkohlefilter und verfahren zur regeneration eines aktivkohlefilters - Google Patents

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EP1402169B1
EP1402169B1 EP02742984A EP02742984A EP1402169B1 EP 1402169 B1 EP1402169 B1 EP 1402169B1 EP 02742984 A EP02742984 A EP 02742984A EP 02742984 A EP02742984 A EP 02742984A EP 1402169 B1 EP1402169 B1 EP 1402169B1
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EP
European Patent Office
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combustion engine
internal
activated carbon
carbon filter
regeneration device
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Marko Weirich
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DaimlerChrysler AG
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/003—Adding fuel vapours, e.g. drawn from engine fuel reservoir
    • F02D41/0032—Controlling the purging of the canister as a function of the engine operating conditions
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    • F02D41/1454—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the characteristics of the combustion gases the characteristics being an oxygen content or concentration or the air-fuel ratio
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    • F02M2025/0845—Electromagnetic valves

Definitions

  • the invention relates to a motor vehicle with a Internal combustion engine, a fuel tank and a Ventilation device for the fuel tank, the one Activated carbon filter and a regeneration device for Regeneration of the activated carbon filter includes, and on the other a process for the regeneration of an activated carbon filter in a motor vehicle with an internal combustion engine.
  • a regeneration device is known, for example, by the publications US 6039032 and US 4127097.
  • the object of the invention is in contrast, a generic To provide a motor vehicle and a corresponding method, in which a regeneration of the activated carbon filter with particularly simple means and without fuel consumption the internal combustion engine can be realized.
  • the motor vehicle according to the invention is characterized by a control device associated with the regeneration device, the activation of the regeneration device in the overrun mode of the internal combustion engine and in Sliding operation of the internal combustion engine an interruption of a Fuel injection and intake of fresh air mainly caused by the activated carbon filter, wherein During the regeneration of the activated carbon filter, an ignition of the mixture in the internal combustion engine is thereby avoided if necessary, a partial deactivation of the Regeneration device and / or opening of the intake air and / or switching off an ignition of the Internal combustion engine is made.
  • the internal combustion engine can in this case as a suction pump for sucking air out be used the activated carbon filter.
  • the "normal" intake (intake manifold) of the Internal combustion engine by means of an intake air inlet member shut off or throttled while a suction pipe a connection between activated carbon filter and internal combustion engine manufactures.
  • a suction pipe a connection between activated carbon filter and internal combustion engine manufactures.
  • the internal combustion engine is a Assigned emission control system, wherein the control device an activation of the regeneration device at Approximately full capacity of the emission control system performs. This ensures that the from the Activated carbon filter removed hydrocarbons in the emission control system are degradable.
  • the internal combustion engine associated with an intake air inlet member, wherein the Control device activation of the regeneration device at approximately closed Ansaug Kunststoffeinlklaorgan and / or a control of the intake air mass performs by means of the intake air inlet member.
  • the Control device activation of the regeneration device at approximately closed Ansaug Kunststoffeinlklaorgan and / or a control of the intake air mass performs by means of the intake air inlet member.
  • Flow direction behind the intake air is in Sliding operation of the internal combustion engine, a negative pressure, the is controllable with the intake air inlet member and on easy way to suck the charcoal filter is available.
  • the intake air intake member is also on and straight quality controlled internal combustion engines providable, it being in This case does not serve to regulate the power of the motor.
  • the exhaust gas purification system associated with a probe over which the composition the gas mixture in the internal combustion engine is detectable, wherein the control device prior to detection of a ignitable gas mixture in the internal combustion engine one at least partial deactivation of the regeneration device and / or an opening of the intake air inlet member and / or a shutdown an ignition of the internal combustion engine makes.
  • the probe is arranged close to the internal combustion engine, so that preferably the Air / fuel ratio in the cylinders of the internal combustion engine is reliably detectable.
  • control device As an ignitable mixture in the cylinders of the internal combustion engine should be avoided the control device is designed such that it with a corresponding "safety margin" early on Regeneration of the activated carbon filter reduced or stopped, when the mixture composition in the internal combustion engine approaching flammable range.
  • a corresponding "safety margin" early on Regeneration of the activated carbon filter reduced or stopped, when the mixture composition in the internal combustion engine approaching flammable range.
  • an admixture of fresh air over the "normal" Intake tract by opening the Ansauglufteinlhouorgans and / or a shutdown of the ignition / / candles provided to to prevent a reaction in the internal combustion engine.
  • the probe as between internal combustion engine and exhaust gas purification system arranged lambda probe formed.
  • a lambda probe is available in most known systems and can be used for the proposed invention with.
  • Regeneration device a closable suction pipe between internal combustion engine and activated carbon filter as well as a Fresh air supply line to the activated carbon filter, wherein the Suction pipe in the flow direction behind the intake air inlet member in the intake tract of the internal combustion engine empties.
  • the suction pipe can be opened, so that ambient air or substitute another fresh gas over the also open fresh air supply line to Activated carbon filter and from there into the intake tract of the Internal combustion engine can get.
  • the inventive method is characterized in that in a process step, a shift operation of Combustion engine detected, in a subsequent Process step associated with the activated carbon filter Regeneration device for flushing the activated carbon filter with Fresh air is activated and in the push mode of the Internal combustion engine interrupted a fuel injection and a suction of fresh air mainly over the Activated carbon filter is effected while being regenerated the activated carbon filter (5) ignition of the mixture in the Internal combustion engine is avoided by providing a partial deactivation of the regeneration device and / or an opening of the intake air and / or a shutdown a Ignition of the internal combustion engine is made. It will the combustion engine located in the coasting as Suction pump used for ventilation of the activated carbon filter, the Regeneration device as a function of the operating state the internal combustion engine is activated or deactivated.
  • a fuel injection interrupted and a suction of fresh air mainly via the activated carbon filter causes. This is ensures that the entire intake fresh air over the Activated carbon filter is performed. She leaves with Hydrocarbons pollutes the activated carbon filter and becomes passed through the internal combustion engine without ignition.
  • Ansaug Kunststoffeinlstraorgan can at quantity-controlled gasoline engines a usual for power control throttle used in the engine, with quality-controlled, in particular direct injection, petrol and Diesel engines may be provided with an additional throttle.
  • the temperature is provided the emission control system to detect and check whether the operating temperature of the exhaust gas purification system at least is approximately reached.
  • the air / fuel ratio determined in the internal combustion engine is in push mode of the internal combustion engine via a probe the air / fuel ratio determined in the internal combustion engine.
  • the probe can in the intake tract or in the exhaust tract of the internal combustion engine be provided.
  • an already existing Instrumented lambda probe is provided.
  • a threshold for the air / fuel ratio in the internal combustion engine defined below which the intake air inlet member of the internal combustion engine open and / or the regeneration device is deactivated.
  • activated Regeneration device generally first an air / fuel ratio above the ignitable range is present, which decrease in the course of regeneration can, a predeterminable threshold is provided in Dependence on the measurement parameters of the probe (position, Response behavior etc.) a sufficient safety distance should have to the ignitable area.
  • the single figure shows a schematic representation of a ventilation device according to the invention for the Activated carbon filter of a motor vehicle fuel tank.
  • an internal combustion engine of a Motor vehicle 1 in the form of a quality-controlled Otto engine 2 shown.
  • the internal combustion engine 2 will be Operating fuel via a direct injection system 2b fed, wherein a stratified charge mode of the internal combustion engine realized with variable air / fuel ratio (direct injection gasoline engine).
  • the internal combustion engine after the Diesel operated.
  • the internal combustion engine 2 is a Assigned exhaust pipe 2 c, in which an exhaust gas purification system in the form of an oxidation catalyst 8 and a lambda probe 11 for detecting the oxygen content and the air / fuel ratio is arranged in the exhaust pipe.
  • a throttle valve 9 for Throttling the intake air provided, which further has a Air mass measuring device 14 is assigned. This is about the Control device 7, the amount of air supplied and / or the Adjustable negative pressure generated behind the throttle valve.
  • the internal combustion engine designed as a quantity-controlled gasoline engine, wherein the throttle serves to regulate the power of the motor.
  • the direct injection system 2b extracts the operating fuel a fuel tank 3, being as a working fuel preferably liquid hydrocarbons are provided.
  • the liquid hydrocarbons are generally made different chemical substances in a mixture available.
  • the liquid hydrocarbons also tend to to evaporate, so that mainly vapors of the lighter volatiles forming the space above the Fill the liquid level in the fuel tank 3. If the Fuel tank 3 is filled or when it passes through Environmental influences is heated, must be avoided to avoid Pressure build-up in the fuel tank Gas or steam from the Fuel tank to be removed.
  • the fuel tank 3 is a Venting device 4 assigned via the gas from the Fuel tank can be discharged to the environment.
  • the Venting device 4 includes a gas exchange line 10a, 10b for the supply and removal of gas from the fuel tank out and into the fuel tank.
  • an activated carbon filter 5 turned on, by the hydrocarbon components from the be removed to the environment discharged gas.
  • the removed hydrocarbon constituents of the exhaust air of the Fuel tank are adsorbed by the activated carbon and stored in the activated carbon filter. Since the adsorption and Storage potential of the activated carbon filter with a certain Loading amount is exhausted, the activated carbon filter 5 in be regenerated at certain time intervals.
  • the ventilation device 4 is a regeneration device 6 associated with a fresh air supply line 13, and an exhaust duct 12.
  • the suction line 12 connects the Activated carbon filter 5 with the air intake tract 2a of Internal combustion engine 2, wherein the intake passage 12 in the flow direction Seen directly behind the intake air intake of the Internal combustion engine (throttle valve 9) in the intake tract 2a of the Internal combustion engine opens and by means of another valve 16 is lockable.
  • the vent 4 is a Control device 7 assigned to a central Motor control can be integrated.
  • the Internal combustion engine as a braking device for the moving Motor vehicle be used.
  • the internal combustion engine is, for example, in the area the crankshaft of the motor vehicle not shown Sensors provided the appropriate signals to the Control device 7 transmitted.
  • the control device 7 is designed such that, after a determination a shift operation of the internal combustion engine 2 a Interruption of fuel supply to the engine as well complete or partial closing of the throttle valve. 9 to stop the engine's energy output and instead, the energy intake (e.g., gas exchange work) to increase.
  • the energy intake e.g., gas exchange work
  • the control device 7 activates the regeneration device 6, wherein the Vehtile 15, 16 open and the Throttle 9 are substantially closed.
  • the internal combustion engine works as a pump and sucks Ambient air via the fresh air supply 13 in the activated carbon filter 5 and the activated carbon filter via the suction line 12 in the internal combustion engine.
  • the charcoal filter 5 By supplying fresh air and if necessary, further measures the charcoal filter 5 is caused, to release the adsorbed hydrocarbons.
  • the released hydrocarbons can be passed over the Remove sucked fresh air from the activated charcoal filter and the exhaust gas purification system 8, in which they chemically and / or physically reacted (especially oxidized) become.
  • the internal combustion engine 2 supplied gas mixture sets then come together from fresh air, over the column at the Throttle is sucked, and from the over the Activated carbon filter sucked mixture.
  • a monitoring of the mixture composition by means of the lambda probe 11, between the engine 2 and Emission control system 8 is arranged.
  • a probe is provided in the intake tract 2a.
  • the Fresh air intake is mainly via the Activated carbon filter 5.
  • the regulates Control device 7 the composition of the resulting Mixture based on the signal of the air mass measuring device 14th and the opening position of the valve 16 and / or on the basis of Signals from the probe 8.
  • control device 7 is a threshold for a permissible air / fuel ratio deposited on the probe 11, this taking into account further boundary conditions from the internal combustion engine with the air / fuel ratio correlated in the combustion chambers of the engine. At a Falling below the threshold, with a certain Security surcharge is defined, there is a risk of Ignition of the resulting mixture in the internal combustion engine 2. To counteract this, the control device 7 causes in time to open the throttle valve 9 and / or a Closing the valve 16 in the suction line 12. In one modified embodiment achieves the control device in addition a shutdown of the ignition in Combustion engine.
  • the control device is further a temperature sensor 17 associated with the temperature of the exhaust gas purification system 8 detected.
  • the exhaust gas purification system 8 works correctly from first a certain, known minimum operating temperature (e.g., 250 ° C), at which the full performance of the system is achieved, in particular for the chemical / physical. Implementation of hydrocarbons is required.
  • the Control device 7 activates the regeneration of Activated carbon filter preferably only when the exhaust gas purification system 8 reaches its minimum operating temperature Has. When the maximum operating temperature is exceeded If necessary, the regeneration of the activated carbon filter is completely or partially disabled.
  • control device 7 ends the regeneration of the activated carbon filter 5, by the Valves 15, 16 closes as well as the throttle valve 9 completely or partially opens. Likewise, the control device 7 ends the regeneration of the activated carbon filter when the Sliding operation of the internal combustion engine 2 ends.
  • the activated carbon filter can be on simple To regenerate reliably and with simple means. This is the engine in conjunction with a Ansauglufteinlleanedorgan exploited in pushing operation generated negative pressure. The from the activated carbon filter in the regeneration released hydrocarbons become reliable and degraded environmentally friendly in the exhaust gas cleaning system. A separate vacuum pump for evacuation of the activated carbon filter is also not required for quality controlled engines.

Landscapes

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Exhaust Gas After Treatment (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, einem Kraftstoffbehälter sowie einer Entlüftungseinrichtung für den Kraftstoffbehälter, die einen Aktivkohlefilter sowie eine Regenerationseinrichtung zur Regenerierung des Aktivkohlefilters umfaßt, und zum anderen ein Verfahren zur Regeneration eines Aktivkohlefilters in einem Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor. Eine Regenerationseinrichtung ist beispielweise durch die Offenlegungsschriften US 6039032 und US 4127097 bekannt.
Allgemein bekannt sind Kraftfahrzeuge, bei denen einem Aktivkohlefilter des Kraftstoffbehälters eine Unterdruckpumpe zur Lüftung des Aktivkohlefilters zugeordnet ist.
Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber, ein gattungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, bei denen eine Regeneration des Aktivkohlefilters mit besonders einfachen Mitteln und ohne Treibstoffmehrverbrauch des Verbrennungsmotors realisierbar ist.
Diese Aufgabe wird durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 7 gelöst.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug zeichnet sich aus durch eine der Regenerationseinrichtung zugeordnete Steuerungsvorrichtung, die eine Aktivierung der Regenerationseinrichtung im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors vornimmt sowie im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors eine Unterbrechung einer Kraftstoffeinspritzung und ein Ansaugen von Frischluft hauptsächlich über den Aktivkohlefilter veranlasst, wobei während der Regenerierung des Aktivkohlefilters eine Zündung des Gemisches im Verbrennungsmotor dadurch vermieden wird, dass bei Bedarf eine teilweise Deaktivierung der Regenerationseinrichtung und/oder ein Öffnen des Ansaugluftorgans und/oder ein Abschalten einer Zündung des Verbrennungsmotors vorgenommen wird. Der Verbrennungsmotor kann in diesem Fall als Saugpumpe zum Absaugen von Luft aus dem Aktivkohlefilter genutzt werden. Vorzugsweise ist in diesem Fall der "normale" Ansaugtrakt (Saugrohr) des Verbrennungsmotors mittels eines Ansauglufteinlaßorgans abgesperrt oder gedrosselt, während eine Absaugrohrleitung eine Verbindung zwischen Aktivkohlefilter und Verbrennungsmotor herstellt. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist ein mechanischer Lader des Verbrennungsmotors als Saugpumpe zum Evakuieren des Aktivkohlefilters genutzt.
In Ausgestaltung der Erfindung ist dem Verbrennungsmotor ein Abgasreinigungssystem zugeordnet, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Aktivierung der Regenerationseinrichtung bei näherungsweise voller Leistungsfähigkeit des Abgasreinigungssystems vornimmt. Damit ist sichergestellt, daß die aus dem Aktivkohlefilter entfernten Kohlenwasserstoffe im Abgasreinigungssystem abbaubar sind.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Verbrennungsmotor ein Ansauglufteinlaßorgan zugeordnet, wobei die Steuerungsvorrichtung eine Aktivierung der Regenerationseinrichtung bei näherungsweise geschlossenem Ansauglufteinlaßorgan und/oder eine Steuerung der Ansaugluftmasse mittels des Ansauglufteinlaßorgans vornimmt. In Strömungsrichtung hinter dem Ansaugluftorgan liegt im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors ein Unterdruck vor, der mit dem Ansauglufteinlaßorgan steuerbar ist und der auf einfache Weise zum Absaugen des Aktivkohlefilters nutzbar ist. Das Ansauglufteinlaßorgan ist auch und gerade bei qualitätsgeregelten Verbrennungsmotoren vorsehbar, wobei es in diesem Fall nicht zur Leistungsregelung des Motors dient.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist dem Abgasreinigungssystem eine Sonde zugeordnet, über die die Zusammensetzung des Gasgemisches im Verbrennungsmotor erfaßbar ist, wobei die Steuerungsvorrichtung vor einer Detektion eines zündfähigen Gasgemisches im Verbrennungsmotor eine wenigstens teilweise Deaktivierung der Regenerationseinrichtung und/oder ein Öffnen des Ansauglufteinlaßorgans und/oder ein Abschalten einer Zündung des Verbrennungsmotors vornimmt. Die Sonde ist nahe dem Verbrennungsmotor angeordnet, so daß vorzugsweise das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis in den Zylindern des Verbrennungsmotors zuverlässig erfaßbar ist. Da ein zündfähiges Gemisch in den Zylindern des Verbrennungsmotors vermieden werden soll, ist die Steuerungsvorrichtung derart ausgebildet, daß sie mit einem entsprechenden "Sicherheitsabstand" frühzeitig eine Regeneration des Aktivkohlefilters reduziert oder beendet, wenn sich die Gemischzusammensetzung im Verbrennungsmotor dem zündfähigen Bereich annähert. Alternativ oder ergänzend ist eine Beimischung von Frischluft über den "normalen" Ansaugtrakt durch ein Öffnen des Ansauglufteinlaßorgans und/oder ein Abschalten der Zündanlage/-kerzen vorgesehen, um eine Reaktion im Verbrennungsmotor zu unterbinden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist die Sonde als zwischen Verbrennungsmotor und Abgasreinigungssystem angeordnete Lambda-Sonde ausgebildet. Eine derartige Lambda-Sonde ist in den meisten bekannten Systemen verfügbar und kann für die vorgeschlagene Erfindung mit genutzt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung weist, die Regenerationseinrichtung eine absperrbare Absaugrohrleitung zwischen Verbrennungsmotor und Aktivkohlefilter sowie eine Frischluftzufuhrleitung zum Aktivkohlefilter auf, wobei die Absaugrohrleitung in Strömungsrichtung hinter dem Ansauglufteinlaßorgan in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors mündet. Zur Aktivierung der Regenerationseinrichtung im Schiebebetrieb kann die Absaugrohrleitung geöffnet werden, so daß Umgebungsluft oder ersatzweise ein anderes Frischgas über die ebenfalls geöffnete Frischluftzufuhrleitung zum Aktivkohlefilter und von dort weiter in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors gelangen kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, daß in einem Verfahrensschritt ein Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors detektiert, in einem nachfolgenden Verfahrensschritt eine dem Aktivkohlefilter zugeordnete Regenerationseinrichtung zur Spülung des Aktivkohlefilters mit Frischluft aktiviert wird sowie im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors eine Kraftstoffeinspritzung unterbrochen und ein Ansaugen von Frischluft hauptsächlich über den Aktivkohlefilter bewirkt wird, wobei während der Regenerierung des Aktivkohlefilters (5) eine Zündung des Gemisches im Verbrennungsmotor dadurch vermieden wird, dass bei Bedarf eine teilweise Deaktivierung der Regenerationseinrichtung und/oder ein Öffnen des Ansaugluftorgans und/oder ein Abschalten einer Zündung des Verbrennungsmotors vorgenommen wird. Dabei wird der im Schiebebetrieb befindliche Verbrennungsmotor als Saugpumpe zur Lüftung des Aktivkohlefilters genutzt, wobei die Regenerationseinrichtung in Abhängigkeit vom Betriebszustand des Verbrennungsmotors aktiviert bzw. deaktiviert wird.
In Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Verfahren im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors eine Kraftstoffeinspritzung unterbrochen und ein Ansaugen von Frischluft hauptsächlich über den Aktivkohlefilter bewirkt. Dadurch ist sichergestellt, daß die gesamte angesaugte Frischluft über den Aktivkohlefilter geführt wird. Sie verläßt mit Kohlenwasserstoffen belastet den Aktivkohlefilter und wird ohne Zündung durch den Verbrennungsmotor geschleust.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung werden bei dem Verfahren zur Aktivierung der Regenerationseinrichtung eine Frischluftzufuhr zum Aktivkohlefilter und eine Absaugrohrleitung zwischen Aktivkohlefilter und Verbrennungsmotor geöffnet sowie ein Ansauglufteinlaßorgan des Verbrennungsmotors geschlossen werden. Als Ansauglufteinlaßorgan kann bei quantitätsgeregelten Otto-Motoren eine übliche zur Leistungsregelung des Motors verwendete Drosselklappe, bei qualitätsgeregelten, insbesondere direkteinspritzenden, Otto- und Diesel-Motoren eine zusätzliche Drosselklappe vorgesehen sein.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird bei dem Verfahren vor der Aktivierung der Regenerationseinrichtung ein Abgasreinigungssystem auf seine Leistungsfähigkeit hin überprüft. Dazu ist insbesondere vorgesehen, die Temperatur des Abgasreinigungssystems zu erfassen und zu überprüfen, ob die Betriebstemperatur des Abgasreinigungssystems wenigstens näherungsweise erreicht ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors über eine Sonde das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor bestimmt. Mittels der erhaltenen Werte kann überwacht werden, ob sich im Verbrennungsmotor ein zündfähiges Gemisch bildet. Die Sonde kann im Ansaugtrakt oder im Abgastrakt des Verbrennungsmotors vorgesehen sein. Vorzugsweise wird eine bereits vorhandene Lambda-Sonde instrumentalisiert.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird ein Schwellenwert für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor definiert, bei dessen Unterschreiten das Ansauglufteinlaßorgan des Verbrennungsmotors geöffnet und/oder die Regenerationseinrichtung deaktiviert wird. Da bei aktivierter Regenerationseinrichtung im allgemeinen zunächst ein Luft-/Kraftstoff-Verhältnis oberhalb des zündfähigen Bereiches vorliegt, das sich im Verlauf der Regeneration vermindern kann, ist ein vorbestimmbarer Schwellwert vorgesehen, der in Abhängigkeit von den Meßparametern der Sonde (Position, Ansprechverhalten etc.) einen ausreichenden Sicherheitsabstand zum zündfähigen Bereich haben sollte.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Die einzige Figur zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Entlüftungseinrichtung für den Aktivkohlefilter eines Kraftfahrzeug-Kraftstofftanks.
In der Figur ist schematisch ein Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeuges 1 in Form eines qualitätsgeregelten OttoMotors 2 dargestellt. Dem Verbrennungsmotor 2 wird sein Betriebskraftstoff über ein Direkteinspritzsystem 2b zugeführt, wobei ein Schichtladebetrieb des Verbrennungsmotors mit variablem Luft-/Kraftstoff-Verhältnis realisiert wird (direkteinspritzender Otto-Motor). In einem modifizierten Ausführungsbeispiel wird der Verbrennungsmotor nach dem Dieselverfahren betrieben. Dem Verbrennungsmotor 2 ist eine Abgasleitung 2c zugeordnet, in der ein Abgasreinigungssystem in Form eines Oxidationskatalysators 8 sowie eine Lambda-Sonde 11 zur Erfassung des Sauerstoffanteils bzw. des Luft-/Kraftstoffverhältnisses in der Abgasleitung angeordnet ist.
Im Luftansaugtrakt 2a des Verbrennungsmotors ist ein Ansauglufteinlaßorgan in Form einer Drosselklappe 9 zur Drosselung der Ansaugluft vorgesehen, der ferner eine Luftmassenmeßeinrichtung 14 zugeordnet ist. Damit ist über die Steuerungsvorrichtung 7 die zugeführte Luftmenge und/oder der hinter der Drosselklappe erzeugte Unterdruck einstellbar. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist der Verbrennungsmotor als quantitätsgeregelter Otto-Motor ausgebildet, wobei die Drosselklappe zur Leistungsregelung des Motors dient.
Das Direkteinspritzsystem 2b entnimmt den Betriebskraftstoff einem Kraftstoffbehälter 3, wobei als Betriebskraftstoff vorzugsweise flüssige Kohlenwasserstoffe vorgesehen sind. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe bestehen im allgemeinen aus verschiedenen chemischen Stoffen, die in einem Gemisch vorliegen. Die flüssigen Kohlenwasserstoffe neigen ferner dazu zu verdunsten, so daß sich hauptsächlich Dämpfe der leichter flüchtigen Anteile bilden, die den Raum oberhalb des Flüssigkeitsspiegels im Kraftstoffbehälter 3 füllen. Wenn der Kraftstoffbehälter 3 befüllt wird oder wenn er durch Umgebungseinflüsse erwärmt wird, muß zur Vermeidung eines Druckaufbaus im Kraftstoffbehälter Gas bzw. Dampf aus dem Kraftstoffbehälter entfernt werden.
Hierzu ist dem Kraftstoffbehälter 3 eine Entlüftungseinrichtung 4 zugeordnet, über die Gas aus dem Kraftstoffbehälter an die Umgebung abführbar ist. Die Entlüftungseinrichtung 4 beinhaltet eine Gasaustauschleitung 10a, 10b zur Zu- und Abfuhr von Gas aus dem Kraftstoffbehälter heraus und in den Kraftstoffbehälter hinein. In die Gasaustauschleitung 10a, 10b ist ein Aktivkohlefilter 5 eingeschaltet, durch den Kohlenwasserstoffbestandteile aus dem an die Umgebung abgeführten Gas entfernt werden. Die entfernten Kohlenwasserstoffbestandteile der Abluft des Kraftstoffbehälters werden von der Aktivkohle adsorbiert und im Aktivkohlefilter gespeichert. Da das Adsorptions- und Speicherpotential des Aktivkohlefilters mit einer gewissen Beladungsmenge erschöpft ist, muß der Aktivkohlefilter 5 in bestimmten Zeitintervallen regeneriert werden.
Dazu ist der Entlüftungseinrichtung 4 eine Regenerationseinrichtung 6 zugeordnet, die eine Frischluftzufuhrleitung 13, und eine Absaugleitung 12 umfaßt. Die Frischluftzufuhrleitung 13, die im übrigen identisch ist mit einem Teil 10b der Gasaustauschleitung des Kraftstoffbehälters, ist über ein Ventil 15 absperrbar. Die Absaugleitung 12 verbindet den Aktivkohlefilter 5 mit dem Luftansaugtrakt 2a des Verbrennungsmotors 2, wobei die Ansaugleitung 12 in Strömungsrichtung gesehen direkt hinter dem Ansauglufteinlaßorgan des Verbrennungsmotors (Drosselklappe 9) in den Ansaugtrakt 2a des Verbrennungsmotors mündet und mittels eines weiteren Ventils 16 absperrbar ist. Der Entlüftungseinrichtung 4 ist eine Steuerungsvorrichtung 7 zugeordnet, die in eine zentrale Motorsteuerung integriert sein kann.
Im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors 2, d.h. wenn am Verbrennungsmotor ein negatives Moment anliegt, kann der Verbrennungsmotor als Bremsvorrichtung für das sich bewegende Kraftfahrzeug verwendet werden. Zur Detektion des Schiebebetriebes des Verbrennungsmotors ist beispielsweise im Bereich der Kurbelwelle des Kraftfahrzeuges eine nicht dargestellte Sensorik vorgesehen, die entsprechende Signale an die Steuerungsvorrichtung 7 übermittelt. Die Steuerungsvorrichtung 7 ist derart ausgebildet, daß sie nach einer Feststellung eines Schiebebetriebes des Verbrennungsmotors 2 eine Unterbrechung der Kraftstoffzufuhr zum Motor sowie ein vollständiges oder teilweises Schließen der Drosselklappe 9 veranlassen kann, um die Energieabgabe des Motors zu beenden und statt dessen die Energieaufnahme (z.B. Gaswechselarbeit) zu erhöhen. Durch das Schließen der Drosselklappe 9 kann zwischen der Drosselklappe und dem Verbrennungsmotor ein Unterdruck erzeugt werden, wenn der Verbrennungsmotor weiterhin mit normalem Ventiltakt betrieben wird.
Nach der Detektion des Schiebebetriebes des Verbrennungsmotors aktiviert die Steuerungsvorrichtung 7 die Regenerationseinrichtung 6, wobei die Vehtile 15, 16 geöffnet und die Drosselklappe 9 im wesentlichen geschlossen werden. In diesem Fall arbeitet der Verbrennungsmotor als Pumpe und saugt Umgebungsluft über die Frischluftzufuhr 13 in den Aktivkohlefilter 5 und vom Aktivkohlefilter über die Absaugleitung 12 in den Verbrennungsmotor. Durch Zufuhr von Frischluft und ggf. weitere Maßnahmen wird der Aktivkohlefilter 5 veranlaßt, die adsorbierten Kohlenwasserstoffe freizugeben. Die freigegebenen Kohlenwasserstoffe lassen sich über die angesaugte Frischluft aus dem Aktivkohlefilter entfernen und dem Abgasreinigungssystem 8 zuführen, in dem sie chemisch und/oder physikalisch umgesetzt (insbesondere oxidiert) werden.
Das dem Verbrennungsmotor 2 dann zugeführte Gasgemisch setzt sich dann zusammen aus Frischluft, die über Spalte an der Drosselklappe angesaugt wird, und aus dem über den Aktivkohlefilter angesaugten Gemisch. Das Luft-/Kraftstoffverhältnis des resultierenden Gemisches liegt im allgemeinen in einem Bereich oberhalb von λ = 1,6, so daß kein zündfähiges Gemisch in den Brennräumen des Verbrennungsmotors vorliegt, die Zündvorrichtung des Verbrennungsmotors somit nicht abgeschaltet werden muß und im Abgasreinigungssystem 8 eine zuverlässige Umsetzung gewährleistet ist (Bedingung: λ ≥ 1). Eine Überwachung der Gemischzusammensetzung erfolgt mittels der Lambda-Sonde 11, die zwischen Verbrennungsmotor 2 und Abgasreinigungssystem 8 angeordnet ist. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist eine Sonde im Ansaugtrakt 2a vorgesehen. Eine Regelung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses im resultierenden Gemisch erfolgt über die Steuerungsvorrichtung 7, die die Öffnungsstellung der Drosselklappe 9 sowie die Öffnungsstellung (Durchlaßquerschnitt) des Ventils 16 in Abhängigkeit von den Signalen der Sonde 8 steuert. Das Ansaugen von Frischluft erfolgt hauptsächlich über den Aktivkohlefilter 5.
In einem weiteren modifizierten Ausführungsbeispiel regelt die Steuerungsvorrichtung 7 die Zusammensetzung des resultierenden Gemisches anhand des Signals der Luftmassenmeßeinrichtung 14 und der Öffnungsstellung des Ventils 16 und/oder anhand der Signale der Sonde 8.
In der Steuerungsvorrichtung 7 ist ein Schwellenwert für ein zulässiges Luft-/Kraftstoffverhältnis an der Sonde 11 abgelegt, das unter Berücksichtigung weiterer Randbedingungen seitens des Verbrennungsmotors mit dem Luft-/Kraftstoffverhältnis in den Brennräumen des Motors korreliert. Bei einem Unterschreiten des Schwellenwertes, der mit einem bestimmten Sicherheitszuschlag definiert ist, besteht die Gefahr der Zündung des resultierenden Gemisches im Verbrennungsmotor 2. Um dem entgegenzuwirken, bewirkt die Steuerungsvorrichtung 7 rechtzeitig ein Öffnen der Drosselklappe 9 und/oder ein Schließen des Ventils 16 in der Absaugleitung 12. In einem modifizierten Ausführungsbeispiel erzielt die Steuerungsvorrichtung ergänzend ein Abschalten der Zündung im Verbrennungsmotor.
Der Steuerungsvorrichtung ist ferner ein Temperatursensor 17 zugeordnet, der die Temperatur des Abgasreinigungssystems 8 erfaßt. Das Abgasreinigungssystem 8 arbeitet korrekt erst ab einer gewissen, vorbekannten minimalen Betriebstemperatur (z.B. 250°C), bei der die volle Leistungsfähigkeit des Systems erreicht ist, die insbesondere für die chemisch/physikalische. Umsetzung der Kohlenwasserstoffe erforderlich ist. Die Steuerungsvorrichtung 7 aktiviert die Regeneration des Aktivkohlefilters vorzugsweise erst dann, wenn das Abgasreinigungssystem 8 seine minimale Betriebstemperatur erreicht hat. Bei einem Überschreiten der maximalen Betriebstemperatur wird die Regeneration des Aktivkohlefilters ggf. ganz oder teilweise deaktiviert.
Beim Aktivieren der Regeneration des Aktivkohlefilters 5, insbesondere beim Öffnen des Ventils 16 erfolgt eine sprunghafte Änderung (i. allg. eine Verminderung) des Luft-/Kraftstoffverhältnisses im resultierenden Gemisch. Diese Änderung hängt quantitativ vom Beladungszustand des Aktivkohlefilters 5 ab: Bei vollständiger Beladung des Aktivkohlefilters erfolgt ein besonders großer Sprung, bei regeneriertem Aktivkohlefilter ist der Sprung nahezu Null. Die genannte sprunghafte Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses im resultierenden Gemisch läßt sich mittels der Lambda-Sonde 11 erfassen, so daß die Steuerungsvorrichtung 7 in der Lage ist, aus dem Sprung auf die Beladung des Aktivkohlefilters 5 zu schließen. Ebenso läßt sich über eine kontinuierliche Erfassung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses an der Sonde 11 die fortschreitende Regeneration des Aktivkohlefilters erfassen. Findet keine Änderung des Luft-/Kraftstoffverhältnisses mehr statt, beendet die Steuerungsvorrichtung 7 die Regeneration des Aktivkohlefilters 5, indem sie die Ventile 15, 16 schließt sowie die Drosselklappe 9 ganz oder teilweise öffnet. Ebenso beendet die Steuerungsvorrichtung 7 die Regeneration des Aktivkohlefilters, wenn der Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors 2 endet.
In einem modifizierten Ausführungsbeispiel ist die vorgeschlagene Aktivkohlefilter-Regeneration mit einer Zylinderabschaltung im Verbrennungsmotor kombiniert, wobei zum einen davon ausgegangen wird, daß sich die abgeschalteten Zylinder quasi im Schiebebetrieb befinden und zum anderen das aus der Regeneration herrührende Gas-Gemisch den abgeschalteten Zylindern zugeführt wird.
Mittels der vorgeschlagenen Anordnung und des vorgeschlagenen Betriebsverfahrens läßt sich der Aktivkohlefilter auf einfache Weise und mit einfachen Mitteln zuverlässig regenerieren. Dabei wird der vom Motor in Verbindung mit einem Ansauglufteinlaßorgan im Schiebebetrieb erzeugte Unterdruck ausgenutzt. Die aus dem Aktivkohlefilter bei der Regeneration freigesetzten Kohlenwasserstoffe werden zuverlässig und umweltverträglich im Abgasreinigungssystem abgebaut. Eine separate Unterdruckpumpe zur Evakuierung des Aktivkohlefilters ist auch bei qualitätsgeregelten Motoren nicht erforderlich.

Claims (11)

  1. Kraftfahrzeug mit
    einem Verbrennungsmotor (2),
    einem Kraftstoffbehälter (3) sowie
    einer Entlüftungseinrichtung (4) für den Kraftstoffbehälter, die
    einen Aktivkohlefilter (5) sowie
    eine Regenerationseinrichtung (6) zur Regenerierung des Aktivkohlefilters umfaßt,
       dadurch gekennzeichnet, daß der Regenerationseinrichtung (6) eine Steuerungsvorrichtung (7) zugeordnet ist, die im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors (2)
    eine Aktivierung der Regenerationseinrichtung (6),
    eine Unterbrechung einer Kraftstoffeinspritzung und
    ein Ansaugen von Frischluft hauptsächlich über den Aktivkohlefilter veranlasst, wobei
    während der Regenerierung des Aktivkohlefilters (5) eine Zündung des Gemisches im Verbrennungsmotor dadurch vermieden wird, dass bei Bedarf
    eine teilweise Deaktivierung der Regenerationseinrichtung und/oder
    ein Öffnen des Ansaugluftorgans und/oder
    ein Abschalten einer Zündung des Verbrennungsmotors vorgenommen wird.
  2. Kraftfahrzeug nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dem Verbrennungsmotor (2) ein Abgasreinigungssystem (8) zugeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (7) eine Aktivierung der Regenerationseinrichtung bei näherungsweise voller Leistungsfähigkeit des Abgasreinigungssystems vornimmt.
  3. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 oder 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dem Verbrennungsmotor (2) ein Ansauglufteinlaßorgan zugeordnet ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (7) eine Aktivierung der Regenerationseinrichtung bei näherungsweise geschlossenem Ansauglufteinlaßorgan und/oder eine Steuerung der Ansaugluftmasse mittels des Ansauglufteinlaßorgans vornimmt.
  4. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    dem Abgasreinigungssystem (8) eine Sonde zugeordnet ist, über die die Zusammensetzung des Gasgemisches im Verbrennungsmotor erfaßbar ist, wobei die Steuerungsvorrichtung (7) vor einer Detektion eines zündfähigen Gasgemisches im Verbrennungsmotor eine wenigstens teilweise Deaktivierung der Regenerationseinrichtung und/oder ein Öffnen des Ansauglufteinlaßorgans und/oder ein Abschalten einer Zündung des Verbrennungsmotors vornimmt.
  5. Kraftfahrzeug nach Anspruch 4,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Sonde als zwischen Verbrennungsmotor und Abgasreinigungssystem angeordnete Lambda-Sonde ausgebildet ist.
  6. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    die Regenerationseinrichtung (6) eine absperrbare Absaugrohrleitung zwischen Verbrennungsmotor und Aktivkohlefilter sowie eine Frischluftzufuhrleitung zum Aktivkohlefilter aufweist, wobei die Absaugrohrleitung in Strömungsrichtung hinter dem Ansauglufteinlaßorgan in den Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors mündet.
  7. Verfahren zur Regeneration eines Aktivkohlefilters in einem Kraftfahrzeug (1) mit Verbrennungsmotor, insbesondere einem Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem
    in einem Verfahrensschritt ein Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors detektiert,
    in einem nachfolgenden Verfahrensschritt eine dem Aktivkohlefilter zugeordnete Regenerationseinrichtung zur Spülung des Aktivkohlefilters mit Frischluft aktiviert wird sowie
    im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors (2) eine Kraftstoffeinspritzung unterbrochen und ein Ansaugen von Frischluft hauptsächlich über den Aktivkohlefilter (5) bewirkt wird, wobei
    während der Regenerierung des Aktivkohlefilters (5) eine Zündung des Gemisches im Verbrennungsmotor dadurch vermieden wird, dass bei Bedarf
    eine teilweise Deaktivierung der Regenerationseinrichtung und/oder
    ein Öffnen des Ansaugluftorgans und/oder
    ein Abschalten einer Zündung des Verbrennungsmotors vorgenommen wird.
  8. Verfahren nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    zur Aktivierung der Regenerationseinrichtung eine Frischluftzufuhr zum Aktivkohlefilter und eine Absaugrohrleitung zwischen Aktivkohlefilter und Verbrennungsmotor geöffnet sowie ein Ansauglufteinlaßorgan des Verbrennungsmotors geschlossen werden.
  9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    vor der Aktivierung der Regenerationseinrichtung ein Abgasreinigungssystem auf seine Leistungsfähigkeit hin überprüft wird.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    im Schiebebetrieb des Verbrennungsmotors über eine Sonde das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor bestimmt wird.
  11. Verfahren nach Anspruch 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß
    ein Schwellenwert für das Luft-/Kraftstoff-Verhältnis im Verbrennungsmotor definiert wird, bei dessen Unterschreiten das Ansauglufteinlaßorgan des Verbrennungsmotors geöffnet und/oder die Regenerationseinrichtung deaktiviert wird.
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