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Die
Erfindung betrifft ein Drucktank-System für ein Kraftfahrzeug,
insbesondere für ein Kfz mit Hybridantrieb, welches auch
ohne Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstoff-Tank bewegt werden kann,
wobei ein Aufbau von Überdruck gegenüber Umgebungsdruck
im Tank zugelassen wird, der in Verbindung mit einem beabsichtigten
Betankungsvorgang durch Öffnen eines Ventils über
eine zu einem Zwischenspeicher für gasförmige
Kraftstoffbestandteile (bspw. in Form eines Aktivkohlefilters oder dgl.)
führende Entlüftungsleitung abgebaut wird. Zum technischen
Umfeld wird neben der bei den Hybrid-Fahrzeugen der Firma Toyota
eingesetzten Technologie auf die
DE 41 02 961 A1 sowie auf die nicht vorveröffentliche
deutsche Patentanmeldung 10 2007
011 891 verwiesen.
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Bei üblichen
Kraftstofftanks üblicher Kraftfahrzeuge wird über
eine Be- bzw. Entlüftungsleitung unter anderem beim Befüllen
des Kraftstofftanks die zuvor darin enthaltene Luft abgeführt,
wobei die im abgeführten Luftstrom enthaltenen Kraftstoffbestandteile
in einem sog. Aktivkohlefilter, durch welches der abgeführte
Luftstrom hindurchgeführt wird, zwischengespeichert werden
können, um eine Belastung der Umwelt durch diese unverbrannten
Kraftstoffbestandteile zu vermeiden. Im Aktivkohlefilter zwischengespeichert
werden ferner auch Kraftstoffdämpfe, die aus der Verdunstung
von Kraftstoff im Kraftstofftank des insbesondere unter Umgebungs-Hitze
betriebenen, aber auch heiß abgestellten Kraftfahrzeugs
resultieren, da als Folge dieser Verdunstung kein nennenswerter Überdruck
im Kraftstofftank entstehen darf und somit auch unter diesen Umständen
eine Entlüftung des Tanks über das Aktivkohlefilter
erfolgen muss.
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Das
genannte Aktivkohlefilter muss immer wieder gespült werden,
wobei Umgebungsluft hindurchgeführt und zusammen mit den
dann vom Aktivkohlefilter wieder abgegebenen Kraftstoffbestandteilen
einer Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs, für deren
Versorgung der Kraftstofftank vorgesehen ist, zur Verbrennung zugeführt
wird. Diese geschilderte Technik hat sich grundsätzlich
bewährt, ist jedoch bspw. bei sog. Hybrid-Kraftfahrzeugen,
die alternativ zu einer Brennkraftmaschine auch von einem Elektromotor
(oder einem anderen Motor, der nicht aus dem Kraftstofftank versorgt
wird) angetrieben werden können, praktisch nicht identisch
umsetzbar, da es hierbei im Fahrbetrieb des Fahrzeugs lange Zeitspannen
geben kann, während derer die Brennkraftmaschine nicht
betrieben wird und somit eine wirkungsvolle bzw. zuverlässige
Spülung des Aktivkohlefilters nicht möglich ist.
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Bspw.
in der eingangs genannten
DE
41 02 961 A1 ist bereits vorgeschlagen, ein Zustandekommen
und Aufrechterhalten von Überdruck gewisser Höhe
in einem „geschlossenen" Kraftstofftank zuzulassen. Dieser Überdruck
kann insbesondere mit mehr oder weniger gefülltem Kraftstofftank
auftreten, bspw. wenn dieser (unter Umgebungseinfluss und/oder durch
die Abwärme der Abgasanlage der Fahrzeug-Brennkraftmaschine)
erwärmt wird und kein Kraftstoff entnommen wird. Bei einem
im vorhergehenden Absatz genannten Hybrid-Kfz tritt dies dann ein,
wenn das Kraftfahrzeug elektromotorisch betrieben und der elektrische
Fzg.-Antriebsmotor aus einem Akkumulator gespeist wird. Die durch
den äußeren Wärmeeintrag resultierende
Verdunstung des Kraftstoffs im Tank erhöht dessen Innendruck,
was nun jedenfalls bis zu einem gewissen Druckwert zugelassen werden
kann, so dass bis dahin keine Entlüftung bzw. Belüftung
des Tanks erforderlich ist. Folglich wird dann ein ggf. noch vorhandenes
Aktivkohlefilter nicht durchströmt. Vorteilhafterweise
reduziert der im Kraftstofftank vorliegende Überdruck zusätzlich
die Verdunstungsneigung des Kraftstoffs.
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Jedoch
ist es dann, wenn im Kraftstofftank Überdruck herrscht,
nicht mehr möglich, diesen ebenso einfach zu befüllen
bzw. zu betanken wie die üblichen „nicht geschlossenen"
Kraftstofftanks, in denen aufgrund von Zwangsentlüftung
kein Überdruck im Tank auftreten kann. Würde nämlich
bei Vorliegen von Überdruck im Tank ein üblicher
Verschluss eines üblichen Tank-Einfüllrohres geöffnet,
so erfolgte ein schlagartiger Druckabbau, verbunden mit der Gefahr, dass
Kraftstoff hinausschwappt, insbesondere jedoch mit entsprechender
Belastung der Umwelt mit den im Tank angesammelten gasförmigen
Kraftstoffbestandteilen.
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In
der bereits genannten
DE
41 02 961 A1 ist im Hinblick hierauf im Einfüllrohr
eine sog. Dampfsperre vorgesehen, die beim Einführen einer Tank-Zapfpistole
geöffnet wird, wobei die Zapfpistole von einer beabstandeten
Dichtmanschette umgeben ist, so dass der Überdruck im Tank über
den Zwischenraum zwischen der Dichtmanschette und der Zapfpistole,
der wiederum mit dem Vorratstank der Tankstelle in Strömungsverbindung
steht, abgebaut werden kann. Damit benötigt das Kraftfahrzeug
kein Aktivkohlefilter oder dgl., jedoch muss der Abbau des Überdrucks
im Tank sowie das Ableiten der Kraftstoffdämpfe aus diesem
zurück in den Vorratstank der Tankstelle mit absoluter
Sicherheit funktionieren, was jedoch nicht an sämtlichen
Tankstellen weltweit der Fall ist.
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Eine
andere Abhilfemaßnahme im Hinblick auf den für
einen beabsichtigten Tankvorgang erforderlichen Druckabbau in einem
Drucktank eines Kraftfahrzeugs, der über ein im Fahrzeug
vorgesehenes Aktivkohlefilter oder dgl. belüftbar ist,
ist in der eingangs ebenfalls bereits genannten nicht vorveröffentlichten
deutschen Patentanmeldung 10
2007 011 891 beschrieben. Hierin ist ein Kraftfahrzeug-Tanksystem
mit einem Tank und einem Einfüllrohr hierfür vorgeschlagen,
das mittels einer gegen ein Öffnen verriegelbaren Verschlussvorrichtung
druckdicht verschließbar ist und wobei eine Verriegelungsvorrichtung
für die Verschlussvorrichtung ein Öffnen derselben
nur dann erlaubt, wenn im Tank im wesentlichen kein Überdruck
gegenüber Umgebungsdruck vorliegt. Dabei kann der Fahrer
des Fahrzeugs oder ein Tankwart optisch auf den Verriegelungszustand
der Verschlussvorrichtung hingewiesen werden, bzw. allgemein kann
ein vorzugsweise optischer Hinweis insbesondere am oder in der Nähe
des Einfüllrohr(es) vorgesehen sein, der angibt, ob eine
auf irgendeine Weise in Gang gesetzte Entlüftung des Tanks
abgeschlossen ist und somit grundsätzlich die Bereitschaft
zum Befüllen des Tanks vorliegt, oder ob die Entlüftung
des Tanks noch im Gange ist, so dass noch keine Bereitschaft zum
Befüllen des Tanks vorliegt.
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In
diesem Zusammenhang kann weiterhin auf die Hybrid-Fahrzeuge der
Firma Toyota bzw. Lexus verwiesen werden, bei denen eine Belüftung
des Tanks (über ein(en) im Fahrzeug vorgesehenes/vorgesehenen
Aktivkohlefilter/Zwischenspeicher) durch Betätigung einer
entsprechenden Taste im Innenraum des Fahrzeugs in Gang gesetzt
wird. Die Betätigung einer solchen Taste kann jedoch für
einige Fahrer ungewohnt sein und insbesondere auch vergessen werden,
was dann zu Problemen führen kann.
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In
diesem technischen Umfeld, d. h. für ein Drucktank-System
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, das ausdrücklich
nicht auf den Einsatz in einem Fahrzeug mit Hybridantrieb beschränkt
ist, eine (weitere) Verbesserung aufzuzeigen, ist Aufgabe der vorliegenden
Erfindung.
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Die
Lösung dieser Aufgabe ist dadurch gekennzeichnet, dass
im Einfüllrohr des Tanks eine druckdichte und bei Überdruck
gegenüber Umgebungsdruck im Tank nach außen hin
absperrende Rückschlagventil-Vorrichtung vorgesehen ist,
die solchermaßen ausgelegt und im Einfüllrohr
angeordnet ist, dass sie beim Betanken, ohne dabei mechanisch mit
einer Tank-Zapfpistole in Kontakt zu kommen, durch den in das Einfüllrohr
eingebrachten Kraftstoff zum entsprechend entlüfteten Tank
hin öffnet, und dass das Ventil in der Entlüftungsleitung
geöffnet wird, wenn eine den Betankungsvorgang vorbereitende
Person eine Abdeckung oder einen Verschluss am Einfüllrohr öffnet.
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Eine
vom Tank nach außen hin sperrende druckdichte Rückschlagventil-Vorrichtung
im Einfüllrohr gestattet es, einen am freien Ende des Einfüllrohres
vorgesehenen Verschluss auch bei Vorliegen von Überdruck
im Tank zu öffnen, ohne dass dadurch Kraftstoff oder Kraftstoffdämpfe
durch das Einfüllrohr in die Umgebung gelangt oder gelangen.
Somit ist es möglich, bspw. durch das Öffnen oder
auch nur durch Betätigen des besagten Verschlusses oder
alternativ einer diesen Verschluss abdeckenden Klappe oder dergleichen
(= „Abdeckung") in der Karosserieaußenhaut des
Fahrzeugs, die Entlüftung des Drucktanks in Gang zu setzen,
wofür das besagte Ventil in der Entlüftungsleitung
des Tanks geöffnet wird, woraufhin ein ggf. erforderlicher
Druckabbau im Tank über den Zwischenspeicher (= das Aktivkohlefilter oder
dgl.) des Kraftfahrzeugs erfolgt. Dieser Druckabbau findet dabei
aufgrund der nach außen hin sperrenden Rückschlagventil-Vorrichtung
auch bei nach außen hin geöffnetem Einfüllrohr,
also wenn dessen Verschluss zumindest teilweise geöffnet
ist, nur über den besagten Zwischenspeicher statt und kann
daher keine Belastung der Umwelt verursachen.
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Damit
kann ein Betankungsvorgang an einem Kraftfahrzeug mit einem solchen
Drucktank-System praktisch ebenso ablaufen wie an herkömmlichen
Kraftfahrzeugen mit nicht geschlossenen, d. h. stets belüfteten
Kraftstofftanks. Der Fahrer stellt dabei sein Fahrzeug an einer
Tank-Zapfsäule ab und verlässt sein Fahrzeug,
ohne eine spezielle Taste oder dgl. betätigen zu müssen,
geht daraufhin zum Tank-Einfüllrohr und öffnet
den auf diesem vorgesehenen Verschluss, wodurch die Entlüftung
des Tanks in Gang gesetzt wird und nimmt erst daraufhin den Betankungsschlauch
von der Tank-Zapfsäule ab. Bis er schließlich
die Tank-Zapfpistole in das Einfüllrohr eingeführt
hat und mit dem Betanken beginnt, ist soviel Zeit verstrichen, dass
zwischenzeitlich ein ggf. vorhandener Überdruck im Tank
bereits abgebaut ist und das Betanken – trotz Drucktank – wie üblich
erfolgen kann.
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Sollte
jedoch der Überdruck zu diesem Zeitpunkt noch nicht vollständig
abgebaut sein, so bleibt die Rückschlagventil-Vorrichtung,
die erfindungsgemäß nicht von der eingeführten
Zapfpistole geöffnet wird, geschlossen, woraufhin die Abschaltautomatik der
Tank-Zapfpistole aktiv wird. Bis der Fahrer die Zapfpistole daraufhin
neuerlich auf Freigabe schaltet, um den Betankungsvorgang fortsetzen,
ist abermals eine gewisse Zeit verstrichen, während derer
dann der Überdruck im Tank mit Sicherheit vollständig
abgebaut ist.
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In
diesem Zusammenhang sei noch weiterer Stand der Technik erwähnt,
nämlich das sog. anti-spit-back-Ventil, welches üblicherweise
am unteren Ende des Einfüllrohres, d. h. am Übergang
des Einfüllrohres in den eigentlichen Tank, angeordnet
ist, vgl. bspw. die
EP
1 133 403 B1 . Auch hierbei handelt es sich um eine Einlass-Rückschlagventil-Vorrichtung
im Einfüllrohr, jedoch ist diese üblicherweise nicht
druckdicht ausgelegt, da diese lediglich ein Zurück-Schwappen
des Kraftstoffs aus dem Tank in das Einfüllrohr verhindern
soll.
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In
vielen üblichen Tanksystemen zweigt von der Entlüftungsleitung
oder vom Tank eine weitere im Einfüllrohr des Kraftstoff-Tanks
mündende Luftleitung ab, die einerseits als Schnell-Entlüftungsleitung
(zum Entlüften beim Befüllen des Tanks über
die Tank-Zapfpistole und die Tankstelle) fungiert und andererseits
für die sog. on-board-Diagnose (als „OBD" dem
Fachmann bekannt) benötigt wird. Im Hinblick auf eine solche
weitere Luftleitung wird für ein erfindungsgemäßes
Tanksystem vorgeschlagen, dass in dieser stromauf (in Einfüllrichtung
zum Tank hin betrachtet) der Rückschlagventil-Vorrichtung
im Einfüllrohr mündenden weiteren Luftleitung
ein Absperrventil vorgesehen ist, welches nur dann geöffnet
ist oder wird, wenn im Kraftstoff-Tank im wesentlichen kein mittels
eines Drucksensors feststellbarer Überdruck vorliegt.
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Weiter
erläutert wird die vorliegende Erfindung anhand der beigefügten
Prinzipskizze, in der ein erfindungsgemäßes Drucktank-System
dargestellt ist. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 ein Kraftstoff-Tank
eines Kraftfahrzeugs gekennzeichnet, dessen Antriebsaggregat in
Form einer Brennkraftmaschine 2 über eine Kraftstoffleitung 3 mit
von einer Kraftstoffpumpe 4 gefördertem Kraftstoff
aus dem Tank 1 versorgt wird. Der Tank 1 ist über
ein Einfüllrohr 5 befüllbar, dessen freies
Ende durch einen Verschluss 6 in Form eines Deckels oder
dgl. verschließbar ist. Damit der Verschluss 6 sowie
das Einfüllrohr 5 im üblichen Betrieb
des Fahrzeugs nicht sichtbar sind, ist in der nicht dargestellten
Karosserie-Außenhaut des nicht dargestellten Kraftfahrzeugs
eine Klappe als sog. Abdeckung 7 vorgesehen. Ein Sensor 8 erkennt,
ob sich diese Abdeckung in ihrer geschlossenen, das Einfüllrohr 5 mit
seinem Verschluss 6 abdeckenden Position befindet.
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Der
Tank 1 weist ein in seinem grundsätzlichen Aufbau übliches
Belüftungssystem auf, mit einer vom Tank 1 zu
einem Zwischenspeicher 9 für gasförmige
Kraftstoffbestandteile, der wie üblich als sog. Aktivkohlefilter
ausgebildet ist, für welches ebenfalls die Bezugsziffer 9 verwendet
wird, führenden Entlüftungsleitung 10.
Diese mündet – nicht dargestellt – nach
ihrem Durchtritt durch das Aktivkohlefilter 9 in der Umgebung.
in dieser Entlüftungsleitung 10 ist im Abschnitt
zwischen dem Tank 1 und dem Aktivkohlefilter 9 ein
Ventil 11 zum Sperren dieses Leitungsabschnitts vorgesehen,
unter anderem um das Aktivkohlefilter 9 mit Umgebungsluft
spülen zu können, d. h. um die darin zwischengespeicherten
Kraftstoffbestandteile über eine Spülleitung 12 der
Brennkraftmaschine 1 zur Verbrennung zuführen
zu können. Parallel zu dieser Entlüftungsleitung 10 mit
dem Ventil 11 führt eine weitere Sicherheitsleitung 17 mit einem
darin vorgesehenen Sicherheits-Überdruckventil 17a vom
Innenraum des Tanks 1 in das Aktivkohlefilter 9.
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Von
der Entlüftungsleitung 10 führt eine
weitere Luftleitung 13, deren Zweck vor der Figurenbeschreibung
erläutert wurde, und in der ein Absperrventil 14 vorgesehen
ist, in das Einfüllrohr 5, und zwar in einen Abschnitt
desselben, der zwischen dem Verschluss 6 und einer druckdichten
Rückschlagventil-Vorrichtung 15, die in das Einfüllrohr 5 eingesetzt ist,
liegt. Diese Rückschlagventil-Vorrichtung 15 sperrt
den Tank 1 bei Vorliegen von Überdruck (gegenüber
Umgebungsdruck) nach außen hin ab, derart, dass bei Vorliegen
von Überdruck im Tank 1 kein nennenswerter Druckabbau über
das Einfüllrohr 5 erfolgen kann, wenn dessen Verschluss 6 geöffnet
ist. Die Rückschlagventil-Vorrichtung 15 ist solchermaßen
ausgelegt und im Einfüllrohr 5 angeordnet, dass sie
beim Betanken, ohne dabei mechanisch mit einer von außen
in das Einfüllrohr 5 eingeführten Tank-Zapfpistole
(nicht dargestellt) in Kontakt zu kommen, durch den in das Einfüllrohr 5 eingebrachten
Kraftstoff zum entsprechend entlüfteten, d. h. im wesentlichen
unter Umgebungsdruck stehenden Tank 1 hin öffnet.
Zusätzlich zu dieser Rückschlagventil-Vorrichtung 15 kann
am unteren, dem Tank 1 zugewandten Ende des Einfüllrohres 5 noch
ein übliches anti-spit-back-Ventil (vgl. weiter oben) vorgesehen
sein, doch ist ein solches nicht unbedingt erforderlich und daher
hier nicht dargestellt. Dargestellt (und vorhanden) ist jedoch ein
Drucksensor 16, mit Hilfe dessen der im Tank 1 herrschende
Druck messbar ist. Dieser wird einer figürlich nicht dargestellten elektronischen
Steuereinheit übermittelt, die auch das Ventil 11 sowie
das Absperrventil 14 geeignet ansteuert.
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Das
hier dargestellte Tanksystem ist als Druck-Tanksystem betreibbar,
derart, dass im regulären Betrieb des Kraftfahrzeugs, d.
h. bei dessen Fahrt und Stillstand, das Ventil 11 und vorzugsweise
auch das Absperrventil 14 geschlossen sind, so dass der Tank 1 nicht
belüftet wird und sich in diesem folglich durch teilweise
Verdunstung des darin befindlichen Kraftstoffs ein gewisser Überdruck
aufbauen kann. Soll hingegen der Tank 1 befüllt
werden, so ist dieser Überdruck abzubauen, und zwar durch Öffnen
des Ventils 11 in der Entlüftungsleitung 10.
Dabei ist das Absperrventil 14 in der weiteren Leitung 13 geschlossen
und kann erst geöffnet werden, wenn im Tank 1 kein Überdruck
herrscht. In Gang gesetzt wird die Entlüftung des Tanks 1 durch Öffnen
des Ventils 11 durch die genannte elektronische Steuereinheit
dadurch, dass der Fahrer des Fahrzeugs oder eine andere Person,
bspw. ein Tankwart, die Abdeckung 7 (oder den Verschluss 6) öffnet,
was die elektronische Steuereinheit über den Sensor 8 erkennt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 4102961
A1 [0001, 0004, 0006]
- - DE 102007011891 [0001, 0007]
- - EP 1133403 B1 [0014]