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WO2017036705A1 - Verfahren und vorrichtung zum steuern einer verbrennungskraftmaschine während des kaltstarts und warmlaufs - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum steuern einer verbrennungskraftmaschine während des kaltstarts und warmlaufs Download PDF

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WO2017036705A1
WO2017036705A1 PCT/EP2016/068381 EP2016068381W WO2017036705A1 WO 2017036705 A1 WO2017036705 A1 WO 2017036705A1 EP 2016068381 W EP2016068381 W EP 2016068381W WO 2017036705 A1 WO2017036705 A1 WO 2017036705A1
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WO
WIPO (PCT)
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fuel
combustion engine
internal combustion
fuel vapor
valve
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/EP2016/068381
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English (en)
French (fr)
Inventor
Harry SCHÜLE
Manfred Weigl
Hong Zhang
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Continental Automotive GmbH
Original Assignee
Continental Automotive GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Continental Automotive GmbH filed Critical Continental Automotive GmbH
Publication of WO2017036705A1 publication Critical patent/WO2017036705A1/de
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Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
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    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/3011—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion
    • F02D41/3017—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used
    • F02D41/3023—Controlling fuel injection according to or using specific or several modes of combustion characterised by the mode(s) being used a mode being the stratified charge spark-ignited mode

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for controlling an internal combustion engine equipped with a fuel vapor retention system during cold start and warm-up.
  • tank venting devices To limit pollutant emissions, modern motor vehicles driven by internal combustion engines are equipped with fuel vapor retention systems, commonly referred to as tank venting devices. The purpose of such devices is to receive and temporarily store fuel vapor that forms in a fuel tank by evaporation so that the fuel vapor can not escape into the environment.
  • a fuel vapor retention filter As a memory for the fuel vapor, a fuel vapor retention filter is provided in the fuel vapor retention system, the z. B. uses activated carbon as a storage medium.
  • Fuel vapor retention filter has only a limited storage capacity for fuel vapor. To use the power ⁇ material vapor-retaining filter over a long period, it must be regenerated. This is in one
  • the normally closed tank vent valve is in a regeneration line between the activated carbon container and the intake tract of the internal combustion engine by means of signals of an electronic control device opened.
  • the fuel vapors from the fuel vapor retention filter pass into the intake tract downstream of a throttle valve and mix there with the intake air. This mixture then flows at ge ⁇ opened intake valve in the cylinder or cylinders, where it is ignited by means of an ignition device and then burned.
  • a valve disposed on the fuel vapor ⁇ -retaining filter ventilation valve is opened, so that flow due to the Saugrohrunter horres purge air from the atmosphere through the fuel vapor retention filter and the activated carbon can be regenerated.
  • a regeneration process is therefore only possible if there is a negative pressure in the intake manifold relative to the tank ventilation device.
  • New vehicle concepts with hybrid drive and start / stop functionality are a means to achieve the emission levels ge by law ⁇ demanded and to reduce fuel consumption. At the same time, however, these lead to a significant reduction in the purge rates for the regeneration of the fuel vapor retention filter since the effective time in which the internal combustion engine can be purged is reduced.
  • VVT variable valve train
  • Abgasturboauf ⁇ charge Control of the incoming air mass by means of the intake valves (VVT, variable valve train) and / or Abgasturboauf ⁇ charge to the fact that the required for the purging of the fuel ⁇ vapor retention filter vacuum in the intake manifold is no longer sufficiently available.
  • the flame front extinguishes because the mixture is not within the ignition limits since, depending on the operating range of the internal combustion engine, there is a very highly lean mixture down to pure air and / or recirculated exhaust gas.
  • EP 0 488 254 A1 discloses an internal combustion engine with direct fuel injection and a tank-venting system, in which fuel vapor is stored in a fuel-collecting container with an activated carbon.
  • the stored fuel vapor is supplied via a regeneration line and a tank vent valve to the intake manifold.
  • a flushing of the activated carbon filter is suppressed when the load of the internal combustion engine is smaller than a predetermined limit value and the temperature of the Kata ⁇ lysators below a threshold value. Flushing is performed when the load is higher than the limit and although independent of the currently prevailing current catalyst temperature.
  • an electrically driven pump is provided, which pumps air in purging operation through the activated carbon filter and presses the Tankentlüf ⁇ mixture via the open tank vent valve in the suction pipe.
  • From DE 43 16 728 AI is a device for collecting and targeted metered addition of volatile fuel components
  • Fractions on a gasoline engine with a reservoir for the volatile fuel components is known, which has a channel for connecting the memory with the suction channel of the gasoline engine and a metering valve in the connection channel.
  • This device serves to selectively supply the tank venting mixture in order to optimize the engine operation.
  • the metering valve between activated carbon filter and intake manifold is controlled by a control unit according to the desired admixing of the volatile fuel components at the respective operating state.
  • An electric pump in the regeneration line between the activated carbon filter and intake manifold is controlled by signals from the control unit and thus also allows regeneration at full load, if the prevailing Saugrohrunter horr this is not sufficient.
  • the object of the invention is to specify a method and an apparatus for controlling an internal combustion engine which can be operated at least partially with throttling, which enables low-emission operation of the internal combustion engine, in particular during cold start and warm-up of the internal combustion engine.
  • the invention is characterized by a method and corresponding device for controlling a, with a An internal combustion engine having a fuel storage tank for storing fuel and a fuel vapor retention filter, which is coupled to the fuel tank via a connecting line to temporarily store the fuel vapors escaping therefrom fuel combustion evacuation system equipped internal combustion engine. Further, the fuel vapor retention filter is coupled via a regeneration line to an intake tract of the internal combustion engine to initiate the stored fuel vapors in the intake tract in the presence of certain operating ranges of the internal combustion ⁇ machine. In addition, the fuel vapor retention filter communicates with the atmosphere via a vent line so that purge air can be directed through the fuel vapor retention filter to regenerate the fuel vapor retention filter. During a cold start and subsequent warm-up of the internal combustion engine, fuel vapor is sucked out of the fuel reservoir in a first phase by means of a scavenging air pump arranged in the regeneration line and directed into the intake tract, the pressure in
  • the purge rate ie the number of regenerations can be increased within a certain period of time. Since the fuel vapors, essentially gaseous carbon ⁇ hydrogens, in contrast to the supplied by the injectors liquid fuel almost emission-free, soot-free and particle-free, are fed during cold start and subsequent warm-up of the internal combustion engine, results in a very good emissions behavior, especially in this critical Operating range, when the internal combustion engine and the catalytic converter have not yet reached their optimum operating temperature.
  • a valve disposed in the vent line vent valve is in the first phase of closed, open a valve disposed in the connecting line and the shut-off valve Spülluftpumpe a downstream arranged open für Kunststoffsteu ⁇ erventil in the regeneration line. This makes it possible in a simple manner to suck the fuel vapors from the fuel tank.
  • a valve disposed in the vent line vent valve is in the second phase open, open a valve disposed in the connecting line shut-off valve and the Spülluftpumpe arranged für Wegu ⁇ erventil (67) has a downstream opening in the regeneration line. This makes it possible in a simple manner to suck the fuel vapors from the fuel vapor retention filter.
  • the use of electromagnetically actuated valves which are controlled by signals of a control device controlling and / or regulating the internal combustion engine, results in a fast and reliable possibility of releasing and closing the cross sections of the individual lines.
  • the hydrocarbon concentration of the fuel vapors is determined from the signal of an exhaust gas sensor arranged in an exhaust tract of the internal combustion engine. Because this exhaust gas sensor, usually in shape a lambda probe is installed anyway, results in a very cost-effective way to determine the HC concentration. This results from the deviation of the lambda probe signal to the operating state before the start of purging. This contributes to a robust and cost-effective implementation of the tank ventilation device.
  • the hydrocarbon concentration of the fuel vapors is measured directly with an HC sensor in the regeneration line. This results in a very accurate value for the HC concentration and thus for the calculation of the injection time or injection mass.
  • the volumetric flow of fuel vapors conveyed by the purge air pump is set by selecting the speed of the purge air pump, the setpoint value of which depends on the load and speed of the internal combustion engine and the hydrocarbon concentration of the fuel vapors, a simple possibility of metering the fuel vapors.
  • FIG. 1 shows an internal combustion engine with a fuel evaporation restraint system and associated control device and
  • Figure 2 is a flowchart of a method for controlling such an internal combustion engine during cold start and warm-up.
  • FIG. 1 shows a rough schematic representation of an internal combustion engine with high-pressure ⁇ fuel storage injection (common rail), which is operable depending on the operating range both with a homogeneous mixture and with stratified charge with a very highly emaciated mixture. It has a fuel evaporation restraint system and a charging device in the form of a Exhaust gas turbocharger on. For clarity, only those parts are drawn, which are necessary for understanding the invention. In particular, only one cylinder of a multi-cylinder internal combustion engine is shown.
  • the internal combustion engine 100 comprises an intake tract 1, an engine block 2, a cylinder head 3 and an exhaust tract 4.
  • the intake tract 1 In the direction of flow of the intake air, the intake tract 1, starting from an intake opening 10, successively preferably comprises an air filter 11, an intake air temperature sensor 12, an air mass meter 13 as a load sensor, a compressor 14 of an exhaust gas turbocharger, a charge air cooler 15, a pressure sensor 16, a throttle flap 17, a further pressure sensor 18 and a suction pipe 19, which is guided toward a cylinder ZI via an inlet channel in the engine block 2.
  • the throttle valve 17 is preferably a
  • Electromotive driven throttle body e-gas
  • the opening cross section in addition to the operation by the driver depends on the operating range of the internal combustion engine 100 via signals of an electronic control device 8 is adjustable. At the same time a signal is sent to the control device 8 for monitoring and checking the position of the throttle valve 17.
  • the engine block 2 comprises a crankshaft 21, which is coupled via a connecting rod 22 with a piston 23 of the cylinder ZI.
  • the drive energy generated by the combustion is transmitted via the crankshaft 21 to the drive train of a motor vehicle (not shown).
  • the piston 23 and the cylinder ZI define a combustion chamber 24.
  • the cylinder head 3 includes a valve gear with a gas ⁇ inlet valve 31, a gas outlet 32 and drive devices not shown in detail for these valves. This is in particular a so-called variable valve drive, in which the actuation of the gas inlet valve 31 and / or the gas outlet valve 32 largely or even completely is decoupled from the movement of the crankshaft 21.
  • the Zy ⁇ linder head 3 further comprises a fuel injection valve (injector) 33 and a spark plug 34.
  • the catalytic converter 43 may be designed as Dreiwe ⁇ catalyst and / or as a NO x storage catalytic converter.
  • the NO x storage catalytic converter serves to be able to comply with the required exhaust gas limit values in lean-burn operating areas. Due to its coating, it adsorbs the lean NO x compounds in the exhaust gas.
  • the internal combustion engine 100 is also assigned a fuel supply device, not shown for reasons of clarity, which supplies the fuel injection valve 33 with fuel KST. The fuel KST is doing in a known manner from a
  • Fuel tank 5 of a usually arranged within the fuel tank 5, a prefilter having electric fuel pump (Intank pump) under ge ⁇ ringem pressure (typically 1 bar) promoted and then via a, containing a fuel filter low-pressure fuel line ⁇ to an input passed a high-pressure fuel pump.
  • This high-pressure fuel pump is either me ⁇ chanically powered by a coupling with the crankshaft 21 of the internal combustion engine 100 or electrically. It increases the fuel pressure at a petrol fuel be ⁇ excessive engine 100 to a value of typically 200 -300 bar and pumps the fuel through a
  • High-pressure fuel line in a high-pressure fuel storage to which a supply line for the fuel injection valve 33 is connected and thus the fuel injection valve 33 with pressurized fuel supplied so that fuel can be injected into the combustion chamber 24.
  • the pressure in the high-pressure fuel reservoir is detected by a pressure sensor.
  • the pressure in the high-pressure fuel storage is set to either a constant or a variable value by means of a pressure regulator. Excess fuel is returned ent ⁇ neither in the fuel tank 5 or to the input output line of the high pressure fuel pump.
  • the internal combustion engine 100 is further associated with a fuel evaporation restraint system 6, hereinafter referred to simply as tank ventilation device.
  • a fuel vapor retention filter 61 which contains, for example activated carbon 62 and is connected via a connecting line 63 to the fuel ⁇ supply reservoir 5.
  • the resulting in the fuel reservoir 5 fuel vapors, especially the volatile hydrocarbons are thus passed into the fuel vapor retention filter 61 and adsorbed there by the activated carbon 62.
  • an electromagnetic shut-off valve 64 is inserted, which can be actuated by means of signals ⁇ control device 8.
  • This shut-off valve 64 is also referred to as a roll over valve, which is automatically closed in the event of an extreme tilt of the motor vehicle or an over ⁇ impact of the motor vehicle, so that no fuel can escape from the fuel tank 5 in the environment.
  • a regeneration line 65 leads to the intake tract 1 to a point downstream of the air mass meter 13 and upstream of the compressor 14.
  • an electrically driven scavenge pump 66 is arranged, which is an electromagnetic flow control valve 67, usually as a tank vent valve denoted, and a sensor module 68 is connected downstream.
  • the sensor module includes an HC sensor for detecting the hydrocarbon content of the purge air and an air mass meter for detecting the purge air mass.
  • a pressure sensor 69 is installed in the regeneration line 65.
  • the flow in the Regenerie ⁇ ment line 65 depending on the operating range of the internal combustion engine 100 and the degree of loading of the fuel ⁇ retention filter 61 can be adjusted. So that a purging of the fuel vapor retention filter 61 can take place, a venting line 70 is provided on the fuel vapor retention filter 61, which communicates with the atmosphere via an air filter 71. To shut off the ventilation line 70 at times when no rinsing, so no regeneration of the fuel vapor retention filter 61 is carried out, an electromagnetically actuated ventilation valve 72 is provided in the ventilation line 70.
  • the electronic control device 8 is assigned various sensors that detect measured variables and determine the measured values of the measured variable. Operating variables include not only the measured variables but also derived from these variables.
  • the control device 8 controls depending on at least one of the operating variables, the actuators associated with the internal combustion engine 100, and each of which corresponding actuators are assigned, by generating Stell ⁇ signals for the actuators.
  • the sensors are, for example, the air mass meter 13, which detects an air mass flow upstream of the compressor 14, the temperature sensor 12, which detects an intake air temperature, a temperature sensor 26, which detects the temperature of the coolant of the internal combustion engine. holds, the pressure sensors 16, 18 which detect the intake manifold pressure upstream and downstream of the throttle valve 17, the pressure sensor 69 in the regeneration line 65, the exhaust gas sensor 42, which detects a residual oxygen content of the exhaust gas and whose measurement signal is characteristic of the air / fuel ratio in the cylinder ZI in the Ver ⁇ combustion of the air / fuel mixture and the sensor module 68 for detecting the hydrocarbon content and the purge air mass flow in the regeneration line 65. Signals from other sensors that control the and / or
  • ES Internal combustion engine 100 and its ancillary units are necessary, are generally indicated in FIG. 1 by the reference symbol ES.
  • any subset of ge the cited sensors can be present or additional sensors may also be present.
  • the actuators which controls the control device 8 by means of actuating signals are, for example, the throttle valve 17, the gas inlet and gas outlet valves 31, 32, the ⁇ fuel injection valve 33, the spark plug 34, the flow ⁇ control valve 67, the shut-off valve 64, the venting valve 72nd and the purge air pump 66. Control signals for further actuators of the internal combustion engine 100 and their
  • the electronic control device 8 may also be referred to as an engine control unit.
  • Such control devices 8, which as a rule include one or more microprocessors, are known per se, so that in the following only the relevant construction and its function in connection with the invention will be discussed.
  • the control device 8 preferably comprises a computing unit (processor) 81, which is coupled to a program memory 82 and a value memory (data memory) 83.
  • program memory 81 and the value memory 83 programs or values are stored, which are necessary for the operation of the combustion ⁇ engine 100.
  • a function FKT_TEV for controlling an internal combustion engine during the cold start and warm-up is in the Pro ⁇ program memory 82 by software fuel vapors, taking into account the stored power implemented, as will be explained below with reference to Be ⁇ scription of FIG. 2
  • a query is made in a method step S1 as to whether this start is a so-called cold start.
  • a cold start is concluded when a signal representing the temperature of the internal combustion engine 100 has not yet exceeded a predetermined threshold value.
  • This threshold value is determined experimentally and is stored in the value memory 83 of the control device 6. The threshold is designed so that the catalytic converter 43 reaches its operating temperature (light off temperature). In particular, the signal of the coolant temperature sensor 26 is evaluated. If there is no cold ⁇ start the internal combustion engine, so is the
  • step S2 it is queried in a step 2, whether the exhaust gas sensor 42 upstream of the exhaust catalyst 43 in the exhaust system 4 is already ready for operation. As a rule, no preheating of the exhaust gas sensor 42 takes place, so that this also during cold start the internal combustion engine 100 does not have its Radiotempe ⁇ temperature, in which a reliable signal can be expected. In the case of using a lambda probe as the exhaust gas sensor 42 results depending on the type used, a time delay of about 10-20 seconds. The query in step S2 is repeated in a loop until it gives a positive result.
  • This waiting time is necessary because from the deviation of the signal of the exhaust gas sensor 42 (lambda deviation), the hydrocarbon concentration (HC concentration) is determined in the regeneration line.
  • the HC concentration is needed to calculate the injection amount, which is composed of the vapor fraction from the fuel vapor retention system and the liquid portion of fuel metered by the fuel injector.
  • Purge air pump 66 is effected by means of a corresponding signal of the control device 6.
  • the purge air pump 66 Since the purge air pump 66 takes some time to start up, it can also be switched on shortly before reaching the operational readiness of the exhaust gas sensor 43. Typical values for such a lead are for modern purge air pumps> 1 second.
  • step S3 As a result of the measures taken in step S3 flows over the fuel vapor retention filter 61 no purge air and it will first be in the free space above the fuel level in
  • Fuel tank 5 sucked existing fuel vapors and fed to the intake 1.
  • the volume flow in the regeneration line 65 is determined by the speed of the flushing adjusted air pump 66, wherein the target value from the operating point of the internal combustion engine 100 (speed and load), as well as the HC concentration of the fuel vapors results.
  • the amount of hydrocarbons from the fuel storage tank 5 depends not only on the fuel composition, but above all on the level of the fuel in the fuel storage tank 5. In a full fuel tank 5 less fuel vapor is present as in an empty.
  • a step S4 By sucking the fuel vapors from the fuel ⁇ reservoir 5 is in this a negative pressure.
  • a step S4 it is checked whether the negative pressure has reached a predetermined value. This is done by evaluating the signal of the pressure sensor 69 in the regeneration line 65. If the value for the negative pressure is reached, the vent valve 72 is opened in a step S5, so that the fuel ⁇ vapor retention filter 61 via the vent line 70 to the atmosphere is purged and by means of the scavenging and thus sucked the fuel vapor stored in the fuel vapor retention filter 61 and fed to the intake manifold 1.
  • the shut-off valve 64 may remain open in this case. From the deviation of the signal of the exhaust gas sensor 42 from a value before the rinsing process and the value for the volume flow through the purge air pump 66, the HC concentration can be determined.
  • step S6 The suction of fuel vapors is ended in a step S6, as soon as the internal combustion engine is no longer 100 in the warm-up, thus has reached a certain temperature Trotem ⁇ or no fuel vapors are present. Subsequently, in a step S7, the valves 72, 64, 67 are closed and the scavenging air pump 66 is switched off and the internal combustion engine 100 is used in accordance with step S8 with parameters applicable to normal operation (fuel injection time, fuel injection start, mixture composition, Firing angle, etc.) and the process is completed in step S9.
  • parameters applicable to normal operation fuel injection time, fuel injection start, mixture composition, Firing angle, etc.
  • the HC concentration is not determined in step S2 from the signal of the exhaust gas sensor 42 arranged upstream of the exhaust catalyst 43, but measured directly by means of a sensor module located in the regeneration line 65, which contains an HC concentration sensor (step S2 '). This eliminates the waiting time for the operational readiness of the exhaust gas sensor, as described at the beginning.

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Abstract

Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine während des Kaltstarts und Warmlaufs Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer, mit einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem (6) ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine (100), wobei die Verbrennungskraftmaschine (100) einen Kraftstoffvorratsbehälter (5) zum Speichern von Kraftstoff aufweist und einen Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61), der mit dem Kraftstoffvorratsbehälter (5) über eine Verbindungsleitung (63)gekoppelt ist, um die daraus entweichenden Kraftstoffdämpfe temporär zu speichern. Ferner ist der Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61) über eine Regenerierungsleitung (65) mit einem Ansaugtrakt (1) der Verbrennungskraftmaschine (100) gekoppelt, um bei Vorliegen bestimmter Betriebsbereiche der Verbrennungskraftmaschine (100) die gespeicherten Kraftstoffdämpfe in den Ansaugtrakt (1) einzuleiten. Außerdem steht der Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61) über eine Belüftungsleitung (70) mit der Atmosphäre in Verbindung, so dass zum Regenerieren des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters (61) Spülluft durch den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61) geleitet werden kann. Bei einem Kaltstart und daran anschließendem Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine (100) wird mittels einer in der Regenerierungsleitung (65) angeordneten Spülluftpumpe (66) in einer ersten Phase Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (5) abgesaugt und in den Ansaugtrakt (1) geleitet, der Druck im Kraftstoffvorratsbehälter (5) mittels eines Drucksensors (69) überwacht und sobald sich im Kraftstoffvorratsbehälter (5) ein Unterdruck einstellt, die Absaugung der Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (5) beendet und in einer zweiten Phase mittels der Spülluftpumpe (66) die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61) abgesaugt und in den Ansaugtrakt (1) geleitet.

Description

Beschreibung
Verfahren und Vorrichtung zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine während des Kaltstarts und Warmlaufs
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer, mit einem Kraftstoffverduns- tungs-Rückhaltesystem ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine während des Kaltstarts und Warmlaufs.
Zur Begrenzung der Schadstoffemissionen sind moderne Kraftfahrzeuge, welche mit Verbrennungskraftmaschinen angetrieben werden, mit Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen, meist als Tankentlüftungsvorrichtungen bezeichnet, ausgestattet. Der Zweck solcher Vorrichtungen besteht darin, Kraftstoffdampf, der sich in einem Kraftstofftank durch Verdunsten bildet, aufzunehmen und temporär zu speichern, so dass der Kraftstoffdampf nicht in die Umwelt entweichen kann. Als Speicher für den Kraftstoffdampf ist in dem Kraftstoffverdunstungs- Rückhaltesystem ein Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter vorgesehen, der z. B. Aktivkohle als Speichermedium nutzt. Das
Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter weist nur eine begrenzte Speicherkapazität für Kraftstoffdampf auf. Um den Kraft¬ stoffdampf-Rückhaltefilter über einen langen Zeitraum nutzen zu können, muss dieser regeneriert werden. Hierzu ist in einer
Leitung zwischen dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter und einem Saugrohr der Verbrennungskraftmaschine ein steuerbares Tank¬ entlüftungsventil angeordnet, welches zur Durchführung der Regeneration geöffnet wird, so dass einerseits die im Kraft- stoffdampf-Rückhaltefilter adsorbierten Kraftstoffdämpfe aufgrund des Unterdrucks im Saugrohr in dieses entweichen und so der Ansaugluft der Verbrennungskraftmaschine und damit der Verbrennung zugeführt und anderseits die Aufnahmefähigkeit des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters für Kraftstoffdampf wieder hergestellt wird.
In bestimmten Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine wird das normalerweise geschlossene Tankentlüftungsventil in einer Regenerierungsleitung zwischen Aktivkohlebehälter und Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine mittels Signalen einer elektronischen Steuerungsvorrichtung geöffnet. Durch den im Saugrohr herrschenden Unterdruck gelangen die Kraftstoff- dämpfe aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter in den Ansaugtrakt stromabwärts einer Drosselklappe und vermischen sich dort mit der Ansaugluft. Dieses Gemisch strömt dann bei ge¬ öffnetem Einlassventil in den oder die Zylinder, wo es mittels einer Zündeinrichtung gezündet und anschließend verbrannt wird. Zur Durchführung des Spülvorganges wird ein am Kraftstoff¬ dampf-Rückhaltefilter angeordnetes Belüftungsventil geöffnet, so dass aufgrund des Saugrohrunterdruckes Spülluft aus der Atmosphäre durch den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter strömen und die Aktivkohle regeneriert werden kann. Ein Regenerie- rungsvorgang ist demnach nur dann möglich, wenn im Saugrohr gegenüber der Tankentlüftungsvorrichtung ein Unterdruck herrscht .
Neue Fahrzeugkonzepte mit Hybridantrieb und Start/Stopp- Funktionalität sind ein Mittel, um die vom Gesetzgeber ge¬ forderten Emissionswerte einzuhalten und den Kraftstoffverbrauch zu senken. Diese führen aber gleichzeitig zu einer signifikanten Verringerung der Spülraten zur Regeneration des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters , da sich durch das Abschalten der Verbrennungskraftmaschine die effektive Zeit in der gespült werden kann, verringert.
Weiterhin führt die Entdrosselung der Verbrennungskraftma¬ schinen durch Downsizing, Wegfall der Drosselklappe und
Steuerung der einströmenden Luftmasse mit Hilfe der Einlassventile (VVT, variabler Ventiltrieb) und/oder Abgasturboauf¬ ladung dazu, dass der für die Spülung des Kraftstoff¬ dampf-Rückhaltefilters benötigte Unterdruck im Saugrohr nicht mehr ausreichend vorhanden ist.
Bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen herrscht im aufgeladenen Betriebszustand im Saugrohr ein höherer Druck als in der Tankentlüftungsvorrichtung. Außerdem kann bei Verbren- nungskraftmaschinen, die mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betrieben werden, in bestimmten Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere während des Betriebes mit Zylinderladungsschichtung keine Spülung des Kraftstoff- dampf-Rückhaltefilters durchgeführt werden, da die Spülgase welche in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine ein¬ geleitet werden, nicht vollständig verbrennen können. Die Spülgase werden nämlich über den gesamten Brennraum homogen verteilt. Im Brennraum verbrennt jedoch nur das Gemisch, das in der Nähe der Zündkerze geschichtet ist und eine Luftzahl besitzt, bei der kein Erlöschen der Flammenfront bei der Ausbreitung auftritt. Im Rest des Brennraumes erlischt die Flammenfront, weil das Gemisch nicht innerhalb der Zündgrenzen liegt, da abhängig vom Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine sehr stark abgemagertes Gemisch bis zu reiner Luft und/oder rückgeführtes Abgas vorliegt.
Darüber hinaus besteht bei Verbrennungskraftmaschinen, die mit Kraftstoff-Direkteinspritzung betrieben werden, im Kaltstart und Warmlauf das Problem, dass infolge der niedrigen Temperatur der Kraftstoff nur ungenügend verdampft und es damit zu erhöhten Emissionen und Partikelbildung kommen kann. Insbesondere während der sogenannten Katalysator-Aufheizfunktionen, bei denen der Kraftstoff sehr spät eingebracht wird und der Zündwinkel ebenfalls nach spät verstellt wird, treten erhöhte Emissionen auf .
Aus der EP 0 488 254 AI ist eine Verbrennungskraftmaschine mit Kraftstoff-Direkteinspritzung und einem Tankentlüftungssystem bekannt, bei der Kraftstoffdampf in einem Kraftstoffauffang- behälter mit einer Aktivkohle gespeichert wird. Bei bestimmten Betriebszuständen wird der gespeicherte Kraftstoffdampf über eine Regenerierungsleitung und ein Tankentlüftungsventil dem Saugrohr zugeführt. Eine Spülung des Aktivkohlefilters wird unterbunden, wenn die Last der Verbrennungskraftmaschine kleiner als ein vorgegebener Grenzwert und die Temperatur des Kata¬ lysators unterhalb eines Schwellenwertes liegt. Eine Spülung wird durchgeführt, wenn die Last höher ist als der Grenzwert und zwar unabhängig von der dabei gerade herrschenden aktuellen Katalysatortemperatur. An der Anschlussleitung des Aktivkohlefilters, die mit der Atmosphäre verbunden ist, ist eine elektrisch angetriebene Pumpe vorgesehen, die im Spülbetrieb Luft durch den Aktivkohlefilter pumpt und das Tankentlüf¬ tungsgemisch über das offene Tankentlüftungsventil in das Saugrohr drückt.
Aus der DE 43 16 728 AI ist eine Vorrichtung zum Sammeln und gezielten Zudosieren von flüchtigen Kraftstoffkomponenten
(Fraktionen) an einem Ottomotor mit einem Sammelbehälter für die flüchtigen Kraftstoffkomponenten bekannt, die einen Kanal zur Verbindung des Speichers mit dem Saugkanal des Ottomotors und ein Dosierventil in dem Anschlusskanal aufweist. Diese Vorrichtung dient zur gezielten Zuführung des Tankentlüftungsgemisches, um den Motorbetrieb zu optimieren. Hierzu wird das Dosierventil zwischen Aktivkohlefilter und Saugrohr von einem Steuergerät entsprechend der an dem jeweiligen Betriebszustand gewünschten Zumischung der flüchtigen Kraftstoffkomponenten angesteuert. Eine elektrische Pumpe in der Regenerierungsleitung zwischen Aktivkohlefilter und Saugrohr wird über Signale des Steuergerätes angesteuert und ermöglicht so auch eine Regenerierung bei Vollastbetrieb, wenn der herrschende Saugrohrunterdruck hierzu nicht ausreicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern einer zumindest teilweise mit Ent- drosselung betreibbaren Verbrennungskraftmaschine anzugeben, das bzw. die einen emissionsarmen Betrieb der Verbrennungs- kraftmaschine, insbesondere im Kaltstart und Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine ermöglicht .
Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch eine Verfahren und entsprechende Vorrichtung zum Steuern einer, mit einem Kraftstoff erdunstungs-Rückhaltesystem ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine, wobei die Verbrennungskraftmaschine einen Kraftstoffvorratsbehälter zum Speichern von Kraftstoff aufweist und einen Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter, der mit dem Kraftstoffvorratsbehälter über eine Verbindungsleitung gekoppelt ist, um die daraus entweichenden Kraftstoffdämpfe temporär zu speichern. Ferner ist der Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter über eine Regenerierungsleitung mit einem Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine gekoppelt, um bei Vorliegen bestimmter Betriebsbereiche der Verbrennungskraft¬ maschine die gespeicherten Kraftstoffdämpfe in den Ansaugtrakt einzuleiten. Außerdem steht der Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter über eine Belüftungsleitung mit der Atmosphäre in Verbindung, so dass zum Regenerieren des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters Spülluft durch den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter geleitet werden kann. Bei einem Kaltstart und daran anschließendem Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine wird mittels einer in der Regenerierungsleitung angeordneten Spülluftpumpe in einer ersten Phase Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffvorratsbehälter abgesaugt und in den Ansaugtrakt geleitet, der Druck im
Kraftstoffvorratsbehälter mittels eines Drucksensors überwacht und sobald sich im Kraftstoffvorratsbehälter ein Unterdruck einstellt, die Absaugung der Kraftstoffdämpfe aus dem Kraft¬ stoffvorratsbehälter beendet und in einer zweiten Phase mittels der Spülluftpumpe die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoff¬ dampf-Rückhaltefilter abgesaugt und in den Ansaugtrakt geleitet.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren bzw. der Vorrichtung ist es möglich, Kraftstoffdämpfe, welche sich sowohl im Kraftstoff- dampf-Rückhaltefilter, als auch im Kraftstoffvorratsbehälter befinden, während des Kaltstarts und anschließendem Warmlauf dem Ansaugtrakt und damit letztendlich der Verbrennung im Brennraum der Verbrennungskraftmaschine zuzuführen und zwar unabhängig von dem Unterdruck im Ansaugtrakt.
Durch die Verwendung einer elektrisch angetriebenen Spülluftpumpe kann die Spülrate, also die Anzahl der Regenerationen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erhöht werden. Da die Kraftstoffdämpfe, im wesentlichen gasförmige Kohlen¬ wasserstoffe, im Gegensatz zu dem mittels der Einspritzventile zugeführten flüssigen Kraftstoff nahezu emissionsfrei, Rußfrei und Partikelfrei verbrennen, beim Kaltstart und anschließendem Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine zugeführt werden, ergibt sich ein sehr gutes Abgasverhalten, gerade in diesem kritischen Betriebsbereich, wenn die Verbrennungskraftmaschine und der Abgaskatalysator noch nicht ihre optimale Betriebstemperatur erreicht haben.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird in der ersten Phase ein in der Belüftungsleitung angeordnetes Belüftungsventil geschlossen, ein in der Verbindungsleitung angeordnetes Absperrventil geöffnet und ein in der Regenerierungsleitung stromabwärts der Spülluftpumpe angeordnetes Durchflusssteu¬ erventil geöffnet. Damit ist es auf einfache Weise möglich, die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffvorratsbehälter abzusaugen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird in der zweiten Phase ein in der Belüftungsleitung angeordnetes Belüftungsventil geöffnet, ein in der Verbindungsleitung angeordnetes Absperrventil geöffnet und ein in der Regenerierungsleitung stromabwärts der Spülluftpumpe angeordnetes Durchflusssteu¬ erventil (67) geöffnet. Damit ist es auf einfache Weise möglich, die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter abzusaugen .
Durch die Verwendung von elektromagnetisch betätigten Ventilen, welche von Signalen einer die Verbrennungskraftmaschine steuernden und/oder regelnden Steuerungsvorrichtung angesteuert werden, ergibt sich eine schnelle und zuverlässige Möglichkeit, die Querschnitte der einzelnen Leitungen freizugeben und zu verschließen . Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kohlenwasserstoff-Konzentration der Kraftstoffdämpfe aus dem Signal eines in einem Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine angeordneten Abgassensors ermittelt. Da dieser Abgassensor, meist in Form einer Lambdasonde ohnehin verbaut ist, ergibt sich eine sehr kostengünstige Möglichkeit die HC-Konzentration zu ermitteln. Diese ergibt sich aus der Abweichung des Lambdasondensignals zu dem Betriebszustand vor dem Beginn des Spülens. Dies trägt zu einer robusten und kostengünstigen Realisierung der Tankentlüftungsvorrichtung bei.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung wird die Kohlenwasserstoff-Konzentration der Kraftstoffdämpfe unmittelbar mit einem HC-Sensor in der Regenerierungsleitung gemessen. Dadurch ergibt sich ein sehr genauer Wert für die HC -Konzentration und damit für die Berechnung der Einspritzzeit bzw. Einspritzmasse.
Wird gemäß einer Ausgestaltung der Erfindung der von der Spülluftpumpe geförderte Volumenstrom an Kraftstoffdämpfen durch Wahl der Drehzahl der Spülluftpumpe eingestellt, wobei deren Sollwert abhängig von der Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine und der Kohlenwasserstoffkonzentration der Kraftstoffdämpfe ist, ergibt sich eine einfache Möglichkeit der Dosierung der Kraftstoffdämpfe .
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Figur 1 eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Kraftstoff- verdunstungs-Rückhaltesystem und zugeordneter Steuerungsvorrichtung und
Figur 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Steuern einer solchen Verbrennungskraftmaschine beim Kaltstart und Warmlauf.
Die Figur 1 zeigt in grob schematischer Darstellung eine Verbrennungskraftmaschine mit Hochdruckkraft¬ stoff-Speichereinspritzung (Common Rail) , die abhängig vom Betriebsbereich sowohl mit homogenem Gemisch als auch mit geschichteter Ladung mit sehr stark abgemagertem Gemisch betreibbar ist. Sie weist ein Kraftstoffverduns- tungs-Rückhaltesystem und eine Aufladeeinrichtung in Form eines Abgasturboladers auf. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind dabei nur diejenigen Teile gezeichnet, die für das Verständnis der Erfindung notwendig sind. Insbesondere ist nur ein Zylinder einer mehrzylindrigen Verbrennungskraftmaschine dargestellt.
Die Verbrennungskraftmaschine 100 umfasst einen Ansaugtrakt 1, einen Motorblock 2, einen Zylinderkopf 3 und einen Abgastrakt 4.
Der Ansaugtrakt 1 umfasst in Strömungsrichtung der angesaugten Luft ausgehend von einer Ansaugöffnung 10 nacheinander vorzugsweise einen Luftfilter 11, einen Ansaugluft-Temperatursensor 12, einen Luftmassenmesser 13 als Lastsensor, einen Verdichter 14 eines Abgasturboladers, einen Ladeluftkühler 15, einen Drucksensor 16, eine Drosselklappe 17, einen weiteren Drucksensor 18 und ein Saugrohr 19, das hin zu einem Zylinder ZI über einen Einlasskanal in den Motorblock 2 geführt ist. Bei der Drosselklappe 17 handelt es sich vorzugsweise um ein
elektromotorisch angesteuertes Drosselorgan (E-Gas) , dessen Öffnungsquerschnitt neben der Betätigung durch den Fahrer (Fahrerwunsch) abhängig vom Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine 100 über Signale einer elektronischen Steuerungsvorrichtung 8 einstellbar ist. Zugleich wird zur Überwachung und Überprüfung der Stellung der Drosselklappe 17 ein Signal an die Steuerungsvorrichtung 8 abgegeben.
Der Motorblock 2 umfasst eine Kurbelwelle 21, welche über eine Pleuelstange 22 mit einem Kolben 23 des Zylinders ZI gekoppelt ist. Die durch die Verbrennung erzeugte Antriebsenergie wird über die Kurbelwelle 21 an den Antriebsstrang eines Kraftfahrzeuges (nicht dargestellt) übertragen. Der Kolben 23 und der Zylinder ZI begrenzen einen Verbrennungsraum 24.
Der Zylinderkopf 3 umfasst einen Ventiltrieb mit einem Gas¬ einlassventil 31, einem Gasauslassventil 32 und nicht näher dargestellte Antriebsvorrichtungen für diese Ventile. Dabei handelt es sich insbesondere um einen sogenannten variablen Ventilantrieb, bei dem die Betätigung des Gaseinlassventils 31 und/oder des Gasauslassventils 32 weitgehend oder sogar völlig von der Bewegung der Kurbelwelle 21 entkoppelt ist. Der Zy¬ linderkopf 3 umfasst ferner ein Kraftstoffeinspritzventil (Injektor) 33 und eine Zündkerze 34. Vom Verbrennungsraum 24 führt der Abgastrakt 4 ab, in dessen weiterem Verlauf eine Turbine 41 des Abgasturboladers, ein Abgassensor 42 in Form einer Lambdasonde und ein Abgaskatalysator 43 angeordnet ist. Der Abgaskatalysator 43 kann als Dreiwe¬ gekatalysator und/oder als NOx-Speicherkatalysator ausgeführt sein. Der NOx-Speicherkatalysator dient dazu, in Betriebsbereichen mit magerer Verbrennung die geforderten Abgasgrenzwerte einhalten zu können. Er adsorbiert aufgrund seiner Beschichtung die bei magerer Verbrennung erzeugten NOx-Verbindungen im Abgas. Der Verbrennungskraftmaschine 100 ist ferner eine aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellte KraftstoffVersorgungs¬ einrichtung zugeordnet, welche das Kraftstoffeinspritzventil 33 mit Kraftstoff KST versorgt. Der Kraftstoff KST wird dabei in bekannter Weise aus einem
Kraftstoffvorratsbehälter 5 von einer, in der Regel innerhalb des Kraftstoffvorratsbehälters 5 angeordneten, einen Vorfilter aufweisenden Elektrokraftstoffpumpe ( Intank-Pumpe) unter ge¬ ringem Druck (typisch 1 bar) gefördert und anschließend über eine, ein Kraftstofffilter enthaltende Niederdruck-Kraft¬ stoffleitung zu einem Eingang einer Hochdruck-Kraftstoffpumpe geleitet. Diese Hochdruck-Kraftstoffpumpe wird entweder me¬ chanisch durch eine Kopplung mit der Kurbelwelle 21 der Verbrennungskraftmaschine 100 oder elektrisch angetrieben. Sie erhöht den Kraftstoffdruck bei einer mit Otto-Kraftstoff be¬ triebenen Verbrennungskraftmaschine 100 auf einen Wert von typisch 200 -300 bar und pumpt den Kraftstoff über eine
Hochdruck-Kraftstoffleitung in einen Hochdruck-Kraftstoff- speicher (Common Rail) , an dem eine Zuführleitung für das Kraftstoffeinspritzventil 33 angeschlossen ist und der somit das Kraftstoffeinspritzventil 33 mit druckbeaufschlagtem Kraftstoff versorgt, so dass Kraftstoff in den Verbrennungsraum 24 eingespritzt werden kann.
Der Druck im Hochdruck-KraftstoffSpeicher wird durch einen Drucksensor erfasst . Abhängig von dem Signal dieses Drucksensors wird der Druck im Hochdruck-KraftstoffSpeicher entweder auf einen konstanten oder einen variablen Wert mittels eines Druckreglers eingestellt. Überflüssiger Kraftstoff wird ent¬ weder in den Kraftstoffvorratsbehälter 5 oder an die Ein- gangsleitung der Hochdruck-Kraftstoffpumpe zurückgeleitet.
Der Verbrennungskraftmaschine 100 ist ferner ein Kraftstoff- verdunstungs-Rückhaltesystem 6, im Folgenden vereinfacht als Tankentlüftungsvorrichtung bezeichnet, zugeordnet. Zu der Tankentlüftungsvorrichtung 6 gehört ein Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61, welches beispielsweise Aktivkohle 62 enthält und über eine Verbindungsleitung 63 mit dem Kraft¬ stoffvorratsbehälter 5 verbunden ist. Die in dem Kraftstoff- vorratsbehälter 5 entstehenden Kraftstoffdämpfe, insbesondere die leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffe werden somit in das Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 geleitet und dort von der Aktivkohle 62 adsorbiert. In der Verbindungsleitung 63 zwischen dem Kraftstoffvorratsbehälter 5 und dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 ist ein elektromagnetisches Ab- Sperrventil 64 eingefügt, das mittels Signalen der Steue¬ rungsvorrichtung 8 betätigt werden kann. Dieses Absperrventil 64 wird auch als Roll Over-Ventil bezeichnet, das im Falle einer extremen Schräglage des Kraftfahrzeuges oder bei einem Über¬ schlag des Kraftfahrzeuges automatisch geschlossen wird, so dass kein Kraftstoff aus dem Kraftstoffvorratsbehälter 5 in die Umgebung austreten kann.
Vom Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 führt eine Regenerierungsleitung 65 zum Ansaugtrakt 1 an eine Stelle stromabwärts des Luftmassenmessers 13 und stromaufwärts des Verdichters 14. In dieser Regenerierungsleitung 65 ist eine elektrisch angetriebene Spülluftpumpe 66 angeordnet, der ein elektromagnetisches Durchflusssteuerventil 67, meist als Tankentlüftungsventil bezeichnet, und ein Sensormodul 68 nachgeschaltet ist. Das Sensormodul beinhaltet einen HC-Sensor zum Erfassen des Kohlenwasserstoffgehaltes der Spülluft und einen Luftmassenmesser zum Erfassen der Spülluftmasse. Stromaufwärts der Spülluftpumpe 66 ist in der Regenerierungsleitung 65 ein Drucksensor 69 verbaut .
Durch entsprechende Ansteuerung der Spülluftpumpe 66 und des Durchflusssteuerventils 67 mit Signalen von der Steuerungs- Vorrichtung 8 kann die Durchflussmenge in der Regenerie¬ rungsleitung 65 in Abhängigkeit vom Betriebsbereich der Verbrennungskraftmaschine 100 und vom Beladungsgrad des Kraft¬ stoffdampf-Rückhaltefilters 61 eingestellt werden. Damit eine Spülung des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters 61 erfolgen kann, ist an dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 eine Belüftungsleitung 70 vorgesehen, die über einen Luftfilter 71 mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Zum Absperren der Belüftungsleitung 70 zu Zeiten, in denen kein Spülen, also kein Regenerieren des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters 61 erfolgt, ist in der Belüftungsleitung 70 ein elektromagnetisch betätigtes Belüftungsventil 72 vorgesehen.
Der elektronischen Steuerungsvorrichtung 8 sind verschiedene Sensoren zugeordnet, die Messgrößen erfassen und die Messwerte der Messgröße ermitteln. Betriebsgrößen umfassen neben den Messgrößen auch von diesen abgeleitete Größen. Die Steuerungsvorrichtung 8 steuert abhängig von mindestens einer der Betriebsgrößen die Stellglieder, die der Verbrennungskraft- maschine 100 zugeordnet sind, und denen jeweils entsprechende Stellantriebe zugeordnet sind, durch das Erzeugen von Stell¬ signalen für die Stellantriebe an.
Die Sensoren sind beispielsweise der Luftmassenmesser 13, welcher einen Luftmassenstrom stromaufwärts des Verdichters 14 erfasst, der Temperatursensor 12, welcher eine Ansauglufttemperatur erfasst, ein Temperatursensor 26, welcher die Temperatur des Kühlmittels der Verbrennungskraftmaschine er- fasst, die Drucksensoren 16, 18 welche den Saugrohrdruck stromaufwärts bzw. stromabwärts der Drosselklappe 17 erfassen, der Drucksensor 69 in der Regenerierungsleitung 65, der Abgassensor 42, welche einen Restsauerstoffgehalt des Abgases erfasst und deren Messsignal charakteristisch ist für das Luft/Kraftstoff-Verhältnis in dem Zylinder ZI bei der Ver¬ brennung des Luft/Kraftstoff-Gemisches und das Sensormodul 68 zur Erfassung des Kohlenwasserstoffgehaltes und des Spül- luftmassenstromes in der Regenerierungsleitung 65. Signale von weiteren Sensoren, die zur Steuerung und/oder Regelung der
Verbrennungskraftmaschine 100 und deren Nebenaggregate nötig sind, sind in der Figur 1 allgemein mit dem Bezugszeichen ES gekennzeichnet . Je nach Ausgestaltung kann eine beliebige Untermenge der ge¬ nannten Sensoren vorhanden sein oder es können auch zusätzliche Sensoren vorhanden sein.
Die Stellglieder, welche die Steuerungsvorrichtung 8 mittels Stellsignalen ansteuert, sind beispielsweise die Drosselklappe 17, die Gaseinlass- und Gasauslassventile 31, 32, das Kraft¬ stoffeinspritzventil 33, die Zündkerze 34, das Durchfluss¬ steuerventil 67, das das Absperrventil 64, das Belüftungsventil 72, sowie die Spülluftpumpe 66. Stellsignale für weitere Stellglieder der Verbrennungskraftmaschine 100 und deren
Nebenaggregate sind in der Figur 1 allgemein mit dem Bezugs¬ zeichen AS gekennzeichnet.
Neben dem Zylinder ZI sind auch noch weitere Zylinder Z2 bis Z4 vorgesehen, denen auch entsprechende Stellglieder zugeordnet sind .
Die elektronische Steuerungsvorrichtung 8 kann auch als Motorsteuergerät bezeichnet werden. Solche Steuerungsvorrich- tungen 8, die in der Regel einen oder mehrere Mikroprozessoren beinhalten, sind an sich bekannt, sodass im Folgenden nur auf den im Zusammenhang mit der Erfindung relevanten Aufbau und dessen Funktionsweise eingegangen wird. Die Steuerungsvorrichtung 8 umfasst bevorzugt eine Recheneinheit (Prozessor) 81, die mit einem Programmspeicher 82 und einem Wertespeicher (Datenspeicher) 83 gekoppelt ist. In dem Programmspeicher 81 und dem Wertespeicher 83 sind Programme bzw. Werte gespeichert, die für den Betrieb der Verbrennungs¬ kraftmaschine 100 nötig sind. Unter anderem ist in dem Pro¬ grammspeicher 82 softwaremäßig eine Funktion FKT_TEV zum Steuern einer Verbrennungskraftmaschine während des Kaltstarts und Warmlaufs unter Berücksichtigung der gespeicherten Kraft- stoffdämpfe implementiert, wie es nachfolgend anhand der Be¬ schreibung der Figur 2 erläutert wird.
Nach dem Start der Verbrennungskraftmaschine 100 wird in einem Verfahrensschritt Sl abgefragt, ob es sich bei diesem Start um einen sogenannten Kaltstart handelt. Auf einen Kaltstart wird geschlossen, wenn ein die Temperatur der Verbrennungskraftmaschine 100 repräsentierendes Signal einen vorbestimmten Schwellenwert noch nicht überschritten hat. Dieser Schwellenwert wird experimentell ermittelt und ist in dem Wertespeicher 83 der Steuerungseinrichtung 6 abgelegt. Der Schwellenwert ist so ausgelegt, dass der Abgaskatalysator 43 seine Betriebstemperatur (Light Off temperator) erreicht. Insbesondere wird das Signal des Kühlmitteltemperatursensors 26 ausgewertet. Liegt kein Kalt¬ start der Verbrennungskraftmaschine vor, liegt also die
Kühlmitteltemperatur oberhalb des Schwellenwertes, so brauchen keine speziellen Aufheizmaßnahmen und Maßnahmen zur Reduzierung der Partikelemissionen beim Start eingeleitet werden und die Verbrennungskraftmaschine 100 wird mit für einen Normalbetrieb geltenden Parametern (Kraftstoffeinspritzzeit , Kraftstoff- einspritzbeginn, Gemischzusammensetzung, Zündwinkel etc.) betrieben und das Verfahren ist im Schritt S9 zu Ende. Dieser Fall tritt insbesondere bei Start/Stop-Systemen ein.
Liegt aber ein Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 100 vor, so wird in einem Schritt 2 abgefragt, ob der Abgassensor 42 stromaufwärts des Abgaskatalysators 43 im Abgastrakt 4 schon betriebsbereit ist. In der Regel findet keine Vorheizung des Abgassensors 42 statt, so dass dieser ebenfalls beim Kaltstart der Verbrennungskraftmaschine 100 nicht seine Betriebstempe¬ ratur aufweist, bei der ein zuverlässiges Signal erwartet werden kann. Im Falle der Verwendung einer Lambdasonde als Abgassensor 42 ergibt sich abhängig von dem verwendeten Typ eine zeitliche Verzögerung von ca. 10-20 Sekunden. Die Abfrage in Schritt S2 wird in einer Schleife solange wiederholt, bis sie ein positives Ergebnis liefert. Diese Wartezeit ist notwendig, da aus der Abweichung des Signals des Abgassensors 42 (Lambdaabweichung) die Kohlenwasserstoffkonzentration (HC-Konzentration) in der Regenerierungsleitung ermittelt wird. Die HC- Konzentration wiederum wird benötigt zur Berechnung der Einspritzmenge, die sich aus dem dampfförmigen Anteil aus dem Kraftstoffverduns- tungs-Rückhaltesystem und dem flüssigen Anteil an Kraftstoff zusammensetzt, der mittels des Kraftstoffeinspritzventils zugemessen wird.
Ist der Abgassensor 42 betriebsbereit, so wird in einem Schritt S3 das in der Belüftungsleitung 70 eingefügte Belüftungsventil 72 geschlossen, das in der Verbindungsleitung 63 zwischen Kraftstoffvorratsbehälter 5 und dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 eingefügte Absperrventil 64 geöffnet, das in der Regenerierungsleitung 65 eingefügte Durchfluss¬ steuerventil 67 geöffnet und die Spülluftpumpe 6 eingeschaltet. Das Ansteuern der genannten Ventile 72,64,67, sowie der
Spülluftpumpe 66 erfolgt mittels entsprechender Signal der Steuerungseinrichtung 6.
Da die Spülluftpumpe 66 etwas Zeit zum Hochlaufen benötigt, kann diese auch schon kurz vor dem Erreichen der Betriebsbereitschaft des Abgassensors 43 eingeschaltet werden. Typische Werte für solch einen Vorhalt sind für moderne Spülluftpumpen > 1 Sekunde.
Als Folge der in Schritt S3 ergriffenen Maßnahmen fließt über den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 keine Spülluft und es werden zunächst die im Freiraum oberhalb des Kraftstoffniveaus im
Kraftstoffvorratsbehälter 5 vorhandenen Kraftstoffdämpfe abgesaugt und dem Ansaugtrakt 1 zugeführt. Der Volumenstrom in der Regenerierungsleitung 65 wird über die Drehzahl der Spül- luftpumpe 66 eingestellt, wobei sich der Sollwert aus dem Betriebspunkt der Verbrennungskraftmaschine 100 (Drehzahl und Last), sowie der HC-Konzentration der Kraftstoffdämpfe ergibt. Die Menge der Kohlenwasserstoffe aus dem Kraftstoffvorrats- behälter 5 richtet sich neben der KraftstoffZusammensetzung vor allem nach dem Füllstand des Kraftstoffes im Kraftstoffvor- ratsbehälter 5. In einem vollen Kraftstoffvorratsbehälter 5 ist weniger Kraftstoffdampf vorhanden als in einem leeren.
Durch das Absaugen der Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoff¬ vorratsbehälter 5 stellt sich in diesem ein Unterdruck ein. In einem Schritt S4 wird deshalb überprüft, ob der Unterdruck einen vorgegebenen Wert erreicht hat. Dies erfolgt durch Auswertung des Signals des Drucksensors 69 in der Regenerierungsleitung 65. Ist der Wert für den Unterdruck erreicht, so wird in einem Schritt S5 das Belüftungsventil 72 geöffnet, so dass der Kraftstoff¬ dampf-Rückhaltefilter 61 über die Belüftungsleitung 70 mit der Atmosphäre verbunden ist und mittels der Spülluftpumpe gespült wird und somit die in dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter 61 gespeicherten Kraftstoffdämpfe abgesaugt und dem Ansaugtrakt 1 zugeführt werden. Das Absperrventil 64 kann in diesem Fall offen bleiben . Aus der Abweichung des Signals des Abgassensors 42 von einem Wert vor dem Spülvorgang und dem Wert für den Volumenstrom durch die Spülluftpumpe 66 kann die HC-Konzentration ermittelt werden.
Das Absaugen der Kraftstoffdämpfe wird in einem Schritt S6 beendet, sobald sich die Verbrennungskraftmaschine 100 nicht mehr im Warmlauf befindet, also eine bestimmte Betriebstem¬ peratur erreicht hat oder keine Kraftstoffdämpfe mehr vorhanden sind. Anschließend werden in einem Schritt S7 die Ventile 72,64,67 geschlossen und die Spülluftpumpe 66 abgeschaltet und die Verbrennungskraftmaschine 100 wird gemäß Schritt S8 mit für einen Normalbetrieb geltenden Parametern (Kraftstoffein- spritzzeit, Kraftstoffeinspritzbeginn, Gemischzusammensetzung, Zündwinkel etc.) betrieben und das Verfahren ist im Schritt S9 zu Ende .
In einer alternativen Ausgestaltung des Verfahrens wird die HC- Konzentration in Schritt S2 nicht aus dem Signal des stromaufwärts des Abgaskatalysators 43 angeordneten Abgassensors 42 ermittelt, sondern direkt gemessen mit Hilfe eines in der Regenerierungsleitung 65 befindlichen Sensormoduls, das einen HC-Konzentrationssensor enthält (Schritt S2 ' ) . Damit entfällt die Wartezeit für die Betriebsbereitschaft des Abgassensors, wie es Eingangs beschrieben ist.
Begriffs- /Bezugs zeichenliste
1 Ansaugtrakt
10 Ansaugöffnung
11 Luftfilter
12 Ansaugluft-Temperatursensor
13 Luftmassenmesser
14 Verdichter Abgasturbolader
15 Ladeluftkühler
16 Drucksensor für Druck stromaufwärts der Drosselklappe
17 Drosselklappe
18 Drucksensor für Druck stromabwärts der Drosselklappe
19 Saugrohr
100 Verbrennungskraftmaschine
2 Motorblock
21 Kurbelwelle
22 Pleuelstange
23 Kolben
24 Verbrennungsraum
26 Kühlmitteltemperatursensor
3 Zylinderkopf
31 Gaseinlassventil
32 Gasauslassventil
33 Kraftstoffeinspritzventil
34 Zündkerze
4 Abgastrakt
41 Turbine Abgasturbolader
42 Abgassensor, Lambdasonde
43 Abgaskatalysator
5 Kraftstoffvorratsbehälter
6 Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem
61 Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter
62 Aktivkohle 63 Verbindungsleitung
64 Absperrventil
65 Regenerierungsleitung
66 Spülluftpumpe
67 Durchflusssteuerventil
68 Sensormodul
69 Drucksensor
70 Belüftungsleitung
71 Luftfilter
72 Belüftungsventil
8 elektronische Steuerungsvorrichtung
81 Recheneinheit, Prozessor
82 Programmspeicher
83 Datenspeicher, Wertespeicher
AS Ausgangssignale
ES Eingangssignale
FKT_TEV Funktion zur Regenerierung des Kraftstoff- dampf-Rückhaltefilter
KST Kraftstoff
Z1-Z4 Zylinder

Claims

Patentansprüche :
1. Verfahren zum Steuern einer, mit einem Kraftstoffver- dunstungs-Rückhaltesystem (6) ausgestatteten Verbrennungs- kraftmaschine (100), wobei die Verbrennungskraftmaschine (100) aufweist :
- einen Kraftstoff orratsbehälter (5) zum Speichern von
Kraftstoff,
- einen Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61),
-- der mit dem Kraftstoffvorratsbehälter (5) über eine
Verbindungsleitung (63) gekoppelt ist, um die daraus entweichenden Kraftstoffdämpfe temporär zu speichern, -- der über eine Regenerierungsleitung (65) mit einem An- saugtrakt (1) der Verbrennungskraftmaschine (100) ge¬ koppelt ist, um bei Vorliegen bestimmter Betriebsbereichen der Verbrennungskraftmaschine (100) die gespeicherten Kraftstoffdämpfe in den Ansaugtrakt (4) einzuleiten, -- der über eine Belüftungsleitung (70) mit der Atmosphäre in Verbindung steht, so dass zum Regenerieren des Kraftstoffdampf-Rückhaltefilters (61) Spülluft durch den Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61) geleitet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass
- bei einem Kaltstart und daran anschließendem Warmlauf der Verbrennungskraftmaschine (100) mittels einer in der Regene¬ rierungsleitung (65) angeordneten Spülluftpumpe (66) in einer ersten Phase Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (5) abgesaugt und in den Ansaugtrakt (1) geleitet werden, - der Druck im Kraftstoffvorratsbehälter (5) mittels eines Drucksensors (69) überwacht wird,
- sobald im Kraftstoffvorratsbehälter (5) der Tankdruck einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet, die Absaugung der Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffvorratsbehälter (5) beendet wird und
- in einer zweiten Phase mittels der Spülluftpumpe (66) die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampf-Rückhaltefilter (61) abgesaugt und in den Ansaugtrakt (4) geleitet werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Phase ein in der Belüftungsleitung (70) angeordnetes Belüftungsventil (72) geschlossen, ein in der Verbindungsleitung (63) angeordnetes Absperrventil (64) geöffnet und ein in der Regenerierungsleitung (65) stromabwärts der Spülluftpumpe (66) angeordnetes Durchflusssteuerventil (67) geöffnet wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in der zweiten Phase ein in der Belüftungsleitung (70) angeordnetes Belüftungsventil (72) geöffnet wird, ein in der Verbindungsleitung (63) angeordnetes Absperrventil (64) ge¬ öffnet und ein in der Regenerierungsleitung (65) stromabwärts der Spülluftpumpe (66) angeordnetes Durchflusssteuerventil (67) geöffnet wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Belüftungsventil (72), das Absperr¬ ventil (64) und das Durchflusssteuerventil (67) als elektro¬ magnetisch betätigte Ventile ausgebildet sind, welche von Signalen einer die Verbrennungskraftmaschine (100) steuernde und/oder regelnde Steuerungsvorrichtung (8) angesteuert werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Konzentration der Kraftstoffdämpfe aus dem Signal eines in einem Abgastrakt (4) der Verbrennungskraftmaschine (100) angeordneten Abgassensors (42) ermittelt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekenn- zeichnet, dass die Kohlenwasserstoff-Konzentration der
Kraftstoffdämpfe mittels eines in der Regenerierungsleitung (65) enthaltenen Sensormoduls (68), das einen Kohlenwasserstoff- konzentrationssensor enthält, gemessen wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der von der Spülluftpumpe (66) geförderte Volumenstrom an Kraftstoffdämpfen durch Wahl der Drehzahl der Spülluftpumpe (66) eingestellt wird, wobei deren Sollwert abhängig von der Last und Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine (100) und der Kohlenwasserstoffkonzentration der Kraftstoffdämpfe ist.
8. Vorrichtung zum Steuern einer, mit einem Kraftstoffver- dunstungs-Rückhaltesystem (6) ausgestatteten Verbrennungskraftmaschine (100) die dazu ausgebildet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7 auszuführen.
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