Verfahren zur Regeneration eines Aktivkohlefilters

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regeneration eines

Aktivkohlefilters eines Kraftfahrzeugs. Ferner betrifft die Erfindung ein

Computerprogramm, das jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens ausführt, wenn es auf einem Rechengerät abläuft, sowie ein maschinenlesbares Speichermedium, welches das Computerprogramm speichert. Schließlich betrifft die Erfindung ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, um das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen.

Stand der Technik

In einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs verdampfen in Abhängigkeit von den im Kraftstofftank herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen sowie einer

Zusammensetzung des Kraftstoffs flüchtige Substanzen, im Wesentlichen Kohlenwasserstoffe. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Sicherheit müssen diese Substanzen aufgefangen und dem Motor zur Verbrennung zugeführt werden. Hierfür werden die flüchtigen Substanzen in der Regel mittels eines Aktivkohlefilters adsorbiert und zwischengespeichert. Zur Regenerierung des Aktivkohlefilters werden die Substanzen mittels eines Fluidstroms

(beispielsweise Frischluft) abgesaugt und einem dem Verbrennungsmotor vorgeordneten Saugrohr zur Verbrennung zugeführt. Das Absaugen geschieht dabei mittels eines Unterdrucks, welcher im Saugrohr erzeugt wird.

Aufgrund von Downsizing von Verbrennungsmotoren, also einer Verkleinerung der technischen Größen der Brennkraftmaschine wie beispielsweise Gewicht oder Hubraum, entstehen Anfahrschwächen, auch Turboloch genannt. Um diese Anfahrschwächen zu vermeiden kommen zunehmend zusätzliche elektrisch angetriebene Verdichter zum Einsatz. Diese sorgen für einen spontanen Ladedruckaufbau, wodurch die Verwendung eines elektrisch angetriebenen Verdichters eine leistungsorientierte Auslegung der konventionellen

Abgasturbolader erlaubt. Der rein elektrisch angetriebene Verdichter ist in das Saugrohr integriert. Ausschlaggebend für die Einbaulage ist die Reduzierung des zu verdichtenden Volumens nach dem elektrisch angetriebenen Verdichter. Die Luftführung des elektrisch angetriebenen Verdichters wird mittels einer Bypass- Klappe geschaltet. Diese ist im Saugrohr parallel zum Bypass-Pfad positioniert. Ist der elektrisch angetriebene Verdichter nicht aktiv, bleibt der Bypass geöffnet, um der Drosselwirkung des nicht angetriebenen Verdichters entgegenzuwirken. Grundsätzlich wird zwischen dem oben beschriebenen rein elektrisch

angetriebenen Verdichter, dem sogenannten eBooster, und einem elektrisch unterstützten Turbolader unterschieden. Bei letzteren handelt es sich im Prinzip um Abgasturbolader, welche zusätzlich mit einem elektrischen Motor und/oder Generator direkt oder indirekt verbunden sind. Hierbei wird zwischen

elektromotorischem und generatorischem Betrieb unterschieden. Im

elektromotorischen Betrieb verhält sich der elektrisch unterstützte Turbolader wie der oben beschriebene elektrisch angetriebene Verdichter. Im generatorischen Betrieb kann über den Abgasstrom zusätzlich Energie dem Abgas entzogen werden, das heißt es kann Abgasenergie in elektrische Energie umgewandelt werden.

Offenbarung der Erfindung

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Regeneration eines Aktivkohlefilters in einem Kraftfahrzeug wird mittels eines elektrisch angetriebenen Verdichters in einem Saugrohr des Kraftfahrzeugs ein Unterdruck erzeugt, welcher zur Regeneration des Aktivkohlefilters genutzt wird. Da der elektrisch angetriebene Verdichter prinzip-bedingt vom Abgasstrom entkoppelt betrieben werden kann, ist es mithilfe des elektrisch angetriebenen Verdichters möglich unabhängig vom Abgas- und Ansaugluftstrom Über- und Unterdruck sowohl stromaufwärts als auch stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters zu erzeugen.

Gemäß einer Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration des

Aktivkohlefilters ist eine Leitung zur Tankentlüftung stromaufwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters in ein Saugrohr geführt und die Drehzahl des elektrisch angetriebenen Verdichters wird soweit aktiv erhöht, dass

stromaufwärts des elektrischen Verdichters ein Unterdruck entsteht, welcher zur Regeneration des Aktivkohlefilters verwendet wird. Somit kann vor dem

Verdichter innerhalb systembedingter Grenzen ein gewisses Druckniveau eingestellt werden. Das bedeutet, dass in gewissen Betriebspunkten der Druck so eingestellt werden kann, dass sich ein Unterdruck zum Umgebungsdruck einstellt, welcher es ermöglicht, den Aktivkohlefilter einer Tankentlüftung zu „spülen" beziehungsweise zu regenerieren. So ist in vorteilhafter Weise eine Drosselung mit einer separaten Drosselklappe zwischen Turbolader und

Verbrennungsmotor zur Unterdruckerzeugung für das Spülen des

Aktivkohlefilters der Tankentlüftung nicht mehr notwendig. Insbesondere bei Systemen mit variabler Einlass-Ventilsteuerung kann die entgegen der ursprünglichen Applikation verstellte Füllung des Motors wieder kompensiert werden. Dadurch ergibt sich ein größerer Betriebsbereich der Tankentlüftung, wodurch die Drosselklappe entfallen kann.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wird bei dem Verfahren zur Regeneration des Aktivkohlefilters eine Leitung zur Tankentlüftung stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters in ein Saugrohr geführt und die

Drehzahl des elektrisch angetriebenen Verdichters wird soweit aktiv abgesenkt, dass stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters ein Unterdruck entsteht, welcher zur Regeneration des Aktivkohlefilters verwendet wird. Somit kann zwischen dem Verdichter und dem Verbrennungsmotor innerhalb systembedingter Grenzen ein gewisses Druckniveau eingestellt werden. Das bedeutet, dass in gewissen Betriebspunkten der Druck so eingestellt werden kann, dass sich ein Unterdruck zum Umgebungsdruck einstellt, welcher es ermöglicht, den Aktivkohlefilter einer Tankentlüftung zu„spülen" bzw. zu regenerieren. So ist in vorteilhafter Weise eine Drosselung mit einer separaten Drosselklappe zwischen Turbolader und Verbrennungsmotor zur

Unterdruckerzeugung für das Spülen des Aktivkohlefilters der Tankentlüftung nicht mehr notwendig. Insbesondere bei Systemen mit variabler Einlass- Ventilsteuerung kann die entgegen der ursprünglichen Applikation verstellte Füllung des Motors wieder kompensiert werden. Dadurch ergibt sich ein größerer Betriebsbereich der Tankentlüftung, wodurch die Drosselklappe entfallen kann. In den oben beschriebenen Ausführungsformen kann jegliche Ausgestaltung eines elektrisch angetriebenen Verdichters eingesetzt werden. So kann der elektrisch angetriebene Verdichter beispielsweise als eBooster ausgestaltet sein. In diesem Fall wird der elektrisch angetriebene Verdichter im Fall der Drosselung des Verdichters durch aktive Ansteuerung abgebremst.

Der elektrische Verdichter kann jedoch auch als elektrisch unterstützter

Turbolader ausgestaltet sein. In diesem Fall befindet sich sowohl im Saugrohr als auch im Abgasstrang eine Turbine, welche mittels einer Welle miteinander verbunden sind und von einem an der Welle angeordneten Elektromotor angetrieben werden. In diesem Fall muss eine Drosselung des Verdichters nicht unbedingt aktiv erfolgen, sondern kann auch durchgeführt werden, indem der elektrisch unterstützte Turbolader im generatorischen Betrieb verwendet wird. Dadurch kann die Drosselung des elektrisch angetriebenen Verdichters dazu genutzt werden elektrische Energie zu erzeugen. Diese wird beispielsweise zurück in das elektrische Bordnetz des Fahrzeugs gespeist. Ein Vorteil dieses Vorgehen ist, dass keine elektrische Energie zur Drosselung des elektrisch angetriebenen Verdichters benötigt wird. Somit steigt vorteilhafter Weise der Wirkungsgrad des Gesamtsystems.

Gemäß einer noch weiteren Ausführungsform des Verfahrens zur Regeneration eines Aktivkohlefilters ist sowohl eine Leitung zur Tankentlüftung stromaufwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters in das Saugrohr geführt, als auch eine Leitung zur Tankentlüftung stromabwärts des elektrisch angetriebenen

Verdichters und je nach Betriebsbedingungen wird mittels verdichtendem oder mittels drosselndem elektrisch angetriebenen Verdichter der Aktivkohlefilter regeneriert. In dieser Ausführungsform kann zur Tankentlüftung zwischen den beiden Leitungen mittels der zugehörigen Ventile hin- und hergeschaltet werden. Somit wird vorteilhafter Weise ein erweiterter Betriebsbereich der Tankentlüftung ermöglicht, da in Abhängigkeit der momentan gewünschten Leistung des

Verbrennungsmotors zwischen den beiden Möglichkeiten der Tankentlüftung hin- und hergeschaltet werden kann. Vorteilhafter Weise muss der elektrische Verdichter entgegen der ursprünglichen Applikation weniger verstellt werden, da je nachdem in welchem Betriebszustand sich der elektrische Verdichter befindet, drosselnd oder verdichtend, entweder die Leitung zur Tankentlüftung stromabwärts oder stromaufwärts mittels der zugehörigen Ventile geschaltet werden kann.

Insbesondere bei entdrosselten Systemen wird zur Regeneration des

Aktivkohlefilters eine Spülpumpe zur Erzeugen eines Unterdrucks im Saugrohr benötigt. In dem erfindungsgemäßen Verfahren kann vorteilhafter Weise auf eine Spülpumpe verzichtet werden, da mittels des schon vorhandenen elektrisch angetriebenen Verdichters der zur Tankentlüftung erforderliche Unterdruck im Saugrohr erzeugt wird.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird zur Regeneration des Aktivkohlefilters keine Drosselklappe eingesetzt. Vorteilhafter Weise kann also komplett auf den Einbau einer Drosselklappe verzichtet werden.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise mittels einer

Streckenvorausschau darauf geschlossen, über welchen Streckenabschnitt der elektrisch angetriebene Verdichter in einem Tankentlüftungsmodus arbeiten kann. In Kraftfahrzeugen, welche über eine Streckenvorausschau verfügen kann auf eine Verbrennungsmotorlast und Umgebungsbedingungen wie Temperatur und Druck im Verlauf der Fahrstrecke geschlossen werden. Darauf lässt sich schlussfolgern wie der Beladungszustand des Aktivkohlefilters sich im Verlauf der Fahrstrecke ändert und über welchen Streckenabschnitt der elektrisch angetriebene Verdichter im Modus Tankentlüftung arbeiten kann. Für letzteres wird die Drehzahl des elektrisch angetriebenen Verdichters bestimmt, damit der Aktivkohlefilter in der voraussichtlich zur Verfügung stehenden Zeit über eine der zwei Leitungen zur Tankentlüftung regeneriert werden kann. Bei Kenntnis der Gesamtstrecke lässt sich die Tankentlüftung vorteilhafter Weise auch über die Gesamtstrecke verteilen, da der Aktivkohlefilter nicht in einem einzigen

Streckenabschnitt vollständig regeneriert werden muss. Weiterhin kann durch die Prädiktion die Verstellung des elektrisch angetriebenen Verdichters zur

Tankentlüftung entgegen der ursprünglichen Applikation und Kompensation mittels der Einlass-Ventilsteuerung des Verbrennungsmotors minimiert werden.

Die Erfindung umfasst weiterhin ein Computerprogramm, welches eingerichtet ist jeden Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen, insbesondere wenn es auf einem Rechengerät oder einem elektronischen Steuergerät ausgeführt wird. Es ermöglicht die Implementierung des

erfindungsgemäßen Verfahrens auf einem elektronischen Steuergerät, ohne hieran bauliche Veränderungen vornehmen zu müssen.

Die Erfindung umfasst außerdem ein maschinenlesbares Speichermedium, auf welchem das Computerprogramm gespeichert ist, sowie ein elektronisches Steuergerät, welches eingerichtet ist, das erfindungsgemäße Verfahren durchzuführen.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der

nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander verwirklicht sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

In der Zeichnung zeigt: Fig. 1 schematisch ein Saugrohr eines Kraftfahrzeugs mit zwei Leitungen zur

Tankentlüftung sowie einen elektrisch angetriebenen Verdichter und

Fig. 2 schematisch das Saugrohr eines Kraftfahrzeugs mit zwei Leitungen zur Tankentlüftung wie in Fig. 1 sowie einen elektrisch unterstützten Turbolader.

Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist schematisch ein Saugrohr 8 eines nicht dargestellten Kraftfahrzeugs gezeigt. Das Saugrohr 8 führt zu einem Turbolader 4 und weiter zu einem Verbrennungsmotor 5. In dem Saugrohr 8 befinden sich eine Bypassklappe 12 und eine Drosselklappe 6. Die Bypassklappe 12 dient dem Öffnen und Schließen eines Bypasses, welcher einem elektrisch angetriebenen Verdichter 9 zugeordnet ist. Der elektrisch angetriebene Verdichter 9 ist in dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als sogenannter eBooster ausgestaltet. In das Saugrohr 8 münden zwei Leitungen zur Tankentlüftung 7, 10. Die erste Leitung zur Tankentlüftung 7 ist stromaufwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters in das Saugrohr 8 geführt. Diese Leitung 7 zur Tankentlüftung enthält ein erstes Absperrventil 3. Die zweite Leitung 10 zur Tankentlüftung ist stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters 9 in das Saugrohr geführt. Diese zweite Leitung 10 enthält ein zweites Absperrventil 1 1. Die beiden Leitungen 7, 10 zur Tankentlüftung münden in eine Leitung, welche über einen Aktivkohlefilter 2 zu einem Kraftstofftank 1 führt.

Der Aktivkohlefilter 2 wird regeneriert, indem Frischluft durch den Aktivkohlefilter 2 geführt wird, welche dort die Beladung mit Kohlenwasserstoffen reduziert. Dazu muss zum einen das Tankentlüftungsventil (nicht dargestellt) geöffnet sein und zum anderen muss stromaufwärts beziehungsweise stromabwärts des elektrischen Verdichters 9 ein Unterdruck erzeugt werden. In dem hier beschriebenen Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zur Regeneration des Aktivkohlefilters 2 wird dieser zur Regeneration des Aktivkohlefilters 2

erforderliche Unterdruck aktiv mithilfe des elektrisch angetriebenen Verdichters 9 erzeugt.

Ist das in der zweiten Leitung 10 positionierte zweite Ventil 1 1 geschlossen und das in der ersten Leitung 7 befindliche erste Ventil 3 geöffnet, so erfolgt die Tankentlüftung über die erste Leitung 7, welche stromaufwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters 9 in das Saugrohr 8 geführt ist. In diesem Fall wird der elektrisch angetriebene Verdichter 9 soweit aktiv erhöht, dass stromaufwärts des elektrisch abgetriebenen Verdichters 9 ein Unterdruck entsteht. Durch diesen Unterdruck werden die Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlefilter 2 gesaugt.

Ist das in der ersten Leitung 7 befindliche erste Ventil 3 geschlossen und das in der zweiten Leitung 10 positionierte zweite Ventil 1 1 geöffnet, so erfolgt die Tankentlüftung über die zweite Leitung 10, welche stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters 9 in das Saugrohr 9 geführt ist. In diesem Fall wird die Drehzahl des elektrisch angetriebenen Verdichters 9 soweit aktiv abgesenkt, dass stromabwärts des elektrisch angetriebenen Verdichters 9 ein ausreichender Unterdruck entsteht, so dass die Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlefilter 2 gesaugt werden. Je nach Betriebsbedingungen wird mithilfe des ersten Ventils 3 und des zweiten Ventils 1 1 zwischen den beiden Leitungen 7, 10 zur Tankentlüftung hin- und hergeschaltet. Das bedeutet, dass an einem Betriebspunkt an dem eine hohe Leistung des Verbrennungsmotors 5 gefordert ist, die Regeneration des

Aktivkohlefilters 2 mittels der ersten Leitung 7 durchgeführt wird, da in diesem Fall der elektrisch angetriebene Verdichter 9 verdichtend arbeitet. Zu einem anderen Betriebspunkt an dem eine nicht so hohe Leistung des

Verbrennungsmotors 5 gefordert ist, wird die Regeneration des Aktivkohlefilters 2 mittels der zweiten Leitung 10 durchgeführt, da in diesem Zustand der elektrisch angetriebene Verdichter 9 drosselnd arbeitet.

In einem Kraftfahrzeug mit Streckenvorausschau wird zunächst auf eine Last des Verbrennungsmotors 5 und Umgebungsbedingungen wie Temperatur, Druck usw. im Verlauf der Fahrstrecke geschlossen. Daraus lässt sich schlussfolgern wie der Beladungszustand des Aktivkohlefilters 2 sich im Verlauf der Fahrstrecke ändert und über welchen Streckenabschnitt der elektrisch angetriebene

Verdichter 9 im Modus Tankentlüftung arbeiten kann. Für letzteres wird die benötigte Drehzahl bzw. der zu erzeugende Ladedruck des elektrisch

angetriebenen Verdichters 9 bestimmt und in der voraussichtlich zur Verfügung stehenden Zeit wird der Aktivkohlefilter 2 regeneriert. Bei Kenntnis der

Gesamtstrecke kann die Tankentlüftung so über die Gesamtstrecke verteilt werden, dass der Aktivkohlefilter 2 nicht in einem einzigen Streckenabschnitt vollständig regeneriert wird.

Gemäß einer Ausführungsform wird für die Regeneration des Aktivkohlefilters 2 keine Drosselklappe 6 eingesetzt. In diesem Fall wird auf den Einbau einer Drosselklappe 6 verzichtet.

In Fig. 2 ist schematisch das Saugrohr 8 des nicht dargestellten Kraftfahrzeugs mit der ersten und zweiten Leitung zur Tankentlüftung 7, 10 wie in Fig. 1 gezeigt. Der Unterschied zwischen den Vorrichtungen in Fig. 1 und Fig. 2 ist, dass in der Vorrichtung, die in Fig. 2 dargestellt ist, der elektrisch angetriebene Verdichter als elektrisch unterstützter Turbolader 13 ausgestaltet ist. Der elektrisch unterstützte Turbolader 13 umfasst dabei eine erste Turbine 14, welche sich im Bypass des Saugrohrs 8 befindet und eine zweite Turbine 15, welche sich in einem Abgasstrang 16 befindet. Beide Turbinen 14, 15 sind durch eine Welle 17 verbunden, an welche ein Elektromotor 18 angeordnet ist. In dieser in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung kann der elektrisch unterstützte Turbolader 13 dazu genutzt werden, elektrische Energie zu erzeugen, indem dem Abgas über den Abgasstrom Energie entzogen wird. Diese elektrische Energie wird zurück in das

Bordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist.