DE102008006871A1

DE102008006871A1 - Gastankanordnung für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE102008006871A1
Application number: DE102008006871A
Authority: DE
Inventors: Ayhan Sarikaya; Andreas Jauss; Ingo Zumbroich
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2008-01-31
Filing date: 2008-01-31
Publication date: 2009-08-06
Also published as: ITRM20090041A1; IT1392951B1; JP2009198002A; KR20090084750A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Gastankanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, welche einen Gastank (2) mit einer einen Hohlraum (12) zur Aufnahme von Gaskraftstoff umgebenden Tankwand (23) aus einem elektrisch leitenden Material, eine wenigstens auf einen Teil einer Außenfläche (41) der Tankwand (23) aufgebrachte erste Schicht (24) aus einem elektrisch isolierenden Material, eine wenigstens auf einen Teil einer Außenfläche (28) der ersten Schicht (24) aufgebrachte zweite Schicht (25) aus einem elektrisch leitenden Material, wobei die zweite Schicht (25) durch die erste Schicht (24) von der Tankwand (23) elektrisch isoliert ist, sowie eine elektrische Spannungsquelle (40) mit einem Kathodenanschluss (45) und einem Anodenanschluss (46), wobei die Tankwand (23) mit dem Kathodenanschluss (45) elektrisch leitend verbunden ist und die zweite Schicht (25) mit dem Anodenanschluss (46) elektrisch leitend verbunden ist, umfasst. Des Weiteren betrifft sie ein Verfahren zum Prüfen einer solchen Gastankanordnung (1), bei welchem der Wert einer elektrischen Kenngröße im Stromkreis zwischen Anodenanschluss (46) und Kathodenanschluss (45) der Spannungquelle (40) ermittelt und bereitgestellt wird. Zudem betrifft sie ein Verfahren zum Betreiben einer Gas, bei welchem der Wert einer elektrischen Kenngröße im Stromkreis zwischen Anodenanschluss (46) und Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) ermittelt und die Stromsicherung auf Basis des ...

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung liegt auf dem Gebiet der Fahrzeugtechnik und betrifft eine Gastankanordnung mit einem vor Korrosion geschützten Gastank für ein mit Gaskraftstoff betreibbares Kraftfahrzeug. Weiterhin betrifft die Erfindung ein mit einer solchen Gastankanordnung ausgestattetes Kraftfahrzeug, sowie ein Verfahren zum Prüfen eines passiven Korrosionsschutzes des Gastanks einer solchen Gastankanordnung und ein Verfahren zum Betreiben der Gastankanordnung.
Stand der Technik
Angesichts schwindender Erdölreserven und vor dem Hintergrund gestiegener gesetzlicher Anforderungen an die Abgasemissionen werden moderne Kraftfahrzeuge zunehmend mit nach dem Viertaktprinzip arbeitenden Brennkraftmaschinen ausgerüstet, die wahlweise mit Flüssigkraftstoff (Benzin) oder mit Gaskraftstoff betrieben werden können. Als Gaskraftstoffe werden hauptsächlich LPG (LPG = Liquified Petroleum Gas) oder CNG (CNG = Compressed Natural Gas) eingesetzt.
In 6 ist eine herkömmliche Gasanlage eines beispielsweise mit CNG betreibbaren Kraftfahrzeugs dargestellt. Demnach umfasst die insgesamt mit der Bezugszahl 100 bezeichnete Gasanlage einen druckfesten Gastank 101, dessen Wand gewöhnlich aus Stahl besteht. Der Gastank 101 ist stirnseitig mit einem Gasventil 102 versehen, das eine Befüllung des Gastanks mit Gaskraftstoff und eine kontrollierte Abgabe von Gaskraftstoff an eine mit Gaskraftstoff betreibbare Brennkraftmaschine 108 ermöglicht. Das Gasventil 102 ist zu diesem Zweck über eine erste Gasleitung 103 mit einem Tankventil 104 und über eine in eine Verteilerschiene 107 ("Rail") mündende zweite Gasleitung 105 mit der Brennkraftmaschine 108 verbunden. Am Ende der Verteilerschiene 107 befinden sich steuerbare Gasinjektoren 109, durch welche Gaskraftstoff in einen in 6 nicht näher dargestellten Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 108 eingeblasen werden kann.
Zur Befüllung des Gastanks 101 wird das Tankventil 104 mit einer in 6 nicht dargestellten kompressorgestützten Tankanlage verbunden und hochgespanntes CNG über die erste Gasleitung 103 mit einem Fülldruck von typischer Weise 200–300 bar in den Gastank 101 eingeleitet. Da vom Gastank 101 abgegebener Gaskraftstoff auf einen für den Betrieb der Brennkraftmaschine 108 geeigneten Gasdruck entspannt werden muss, welcher typischer Weise unterhalb von 10 bar liegt, ist die zweite Gasleitung 105 durch einen Druckminderer 106 zur Minderung des Gasdrucks des Gaskraftstoffs hindurch geführt.
Nun hat sich in der Praxis gezeigt, dass stählerne Gastanks im Vergleich zu anderen rostfähigen Bauteilen des Kraftfahrzeugs zu einer stark erhöhten Rostbildung neigen. Der wesentliche Grund hierfür kann in den Besonderheiten bei der Betankung mit Gaskraftstoff gefunden werden. Wird ein nahezu entleerter Gastank mit einem Restdruck von beispielsweise 8 bis 9 bar mit hochgespanntem Gaskraftstoff befüllt, entspannt sich der Gaskraftstoff bei der Befüllung, was zur Folge hat, dass der Gaskraftstoff abkühlt (Joule-Thompson-Effekt) und die Temperatur der Tankwand stark verringert. Aufgrund des großen Temperaturunterschieds zur Umgebungstemperatur schlägt sich Luftfeuchtigkeit auf der kühlen Außenfläche des Gastanks nieder, die meist sofort gefriert. Mit fortschreitender Befüllung des Gastanks nimmt der Druckunterschied zwischen dem Gasdruck im Gastank und dem Kompressordruck der Tankanlage kontinuierlich ab, so dass sich der Joule-Thompson-Effekt immer weniger bemerkbar macht und die Temperatur der Tankwand aufgrund der erzeugten Kompressionswärme wieder ansteigt. Hierdurch taut der gefrorene Niederschlag auf der Außenhaut des Gastanks, so dass bei jeder Betankung ein Wasserfilm auf dem Gastank verbleibt.
Wie in 6 veranschaulicht ist, gehen in dem entstandenen Wasserfilm 110 zweiwertige Eisenionen (Fe² ⁺) der stählernen Tankwand in Lösung, während die zurückbleibenden Elektronen (e^–) unter Bildung von Hydroxidionen (OH^–) an Luftsauerstoff (O₂) abgegeben werden. Die entstehenden Hydroxidionen (OH^–) verbinden sich mit den Eisenionen zu Eisen(II)-Hydroxid (Fe(OH)₂). Aus dem erzeugten Eisen(II)-Hydroxid bildet sich unter Beteiligung von Luftsauerstoff schwerlösliches Eisen(III)-Oxidhydrat (FeO(OH)), das ausfällt und sich an der Tankwand als Rost ablagert.
In der Praxis ist der Restdruck im Gastank bei Betankung meist sehr niedrig, was zur Folge hat, dass sich bei jeder Betankung relativ viel Feuchtigkeit auf der Außenhaut des Gastanks niederschlägt. Hinzu kommt, dass Gastanks von Kraftfahrzeugen, je nach Fahrleistung, relativ häufig betankt werden müssen. Lösen sich zudem Salzionen (beispielsweise von Streusalz auf der Straße) im Wasserfilm, entsteht eine elektrolytische Lösung die in besonderem Maße die Korrosion fördert.
Wie Versuche der Anmelderin gezeigt haben, tritt bei stählernen Gastanks aus diesem Grund eine ca. 2–3 mal so starke Korrosion auf wie bei anderen rostfähigen Bauteilen des Kraftfahrzeugs. Da der gebildete Rost die Tankwand schwächt, stellt dies ein nicht unerhebliches Sicherheitsrisiko dar.
Um einer vermehrten Rostbildung bei Gastanks in Kraftfahrzeugen entgegenzuwirken, ist es bekannt, Gastanks mit speziellen Lackschichten zu überziehen, die einen passiven Korrosionsschutz darstellen. Da jedoch die verwendeten Lacke porös sind, können sie eine Diffusion von Wasser und Luft zur Tankwand nicht vollständig unterbinden, so dass durch diese Maßnahme lediglich eine zeitliche Verzögerung bei der Rostbildung erreicht wird. Zudem unterliegen solche Lackschichten starkem Verschleiß während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, beispielsweise durch Steinschlag oder thermisch induzierte Spannungen, und werden mit der Zeit brüchig. An den durch Verschleiß entstehenden Rissen und Spalten des Lacks kann eine verstärkte Korrosion der darunter liegenden Tankwand auftreten.
Eine Überprüfung der Wirksamkeit einer Lackschicht als Korrosionsschutz ist lediglich durch eine visuelle Begutachtung der Lackschicht möglich, welche zwangläufig subjektiv ist und mit Fehlern behaftet sein kann. Zudem kann eine schon erfolgte Rostbildung unterhalb der Lackschicht visuell nicht sicher erkannt werden, so dass die Gefahr besteht, dass der tatsächliche Zustand des Gastanks falsch beurteilt wird.
Ein Verbesserung des Korrosionsschutzes kann durch eine zusätzliche Opferanode erreicht werden, zu welchem Zweck beispielsweise eine Zinkgrundierung auf einen stählernen Gastank aufgebracht wird, welche anschließend mit einer schützenden Lackschicht überzogen wird. Da Zink in der elektrochemischen Spannungsreihe unedler ist als der vor Korrosion zu schützende Stahl wird die Zinkgrundierung eines solchen Gastanks vorrangig vor der stählernen Tankwand korrodiert. Da jede Opferanode im Laufe der Zeit verbraucht wird, muss sie rechtzeitig ersetzt werden. Der Zustand einer solchen Zinkgrundierung lässt sich visuell jedoch nur schwierig beurteilen, da diese durch die Lackschicht verdeckt ist. Darüber hinaus unterliegt auch die Zinkgrundierung und die darüber liegende Lackschicht einem erhöhten Verschleiß während des Betriebs des Kraftfahrzeugs, so dass an den hierbei entstehenden Rissen und Spalten verstärkt Korrosion auftreten kann.
Aufgabenstellung
Demgegenüber besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, einen Korrosionsschutz für einen Gastank eines Kraftfahrzeugs zu ermöglichen, durch den die genannten Nachteile vermieden werden können.
Lösung der Aufgabe
Diese und weitere Aufgaben werden nach dem Vorschlag der Erfindung durch eine Gastankanordnung mit einem Gastank zur Speicherung von Gaskraftstoff für ein Kraftfahrzeug, ein mit einer solchen Gastankanordnung ausgestattetes Kraftfahrzeug, ein Verfahren zum Prüfen eines passiven Korrosionsschutzes einer solchen Gastankanordnung und ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Gastankanordnung mit den Merkmalen der nebengeordneten Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind durch die Merkmale der Unteransprüche angegeben.
Erfindungsgemäß ist eine Gastankanordnung mit einem vor Korrosion geschützten Gastank zur Speicherung von Gaskraftstoff für ein mit Gaskraftstoff betreibbares Kraftfahrzeug gezeigt.
Die erfindungsgemäße Gastankanordnung umfasst einen Gastank mit einer Tankwand (Tankhülle), die aus einem elektrisch leitenden Material, beispielsweise einem metallischen Material, wie Stahl oder Aluminium, besteht. Die Tankwand umgibt mit einer Innenfläche bzw. inneren Oberfläche einen Hohlraum zur Speicherung von Gaskraftstoff. Wenigstens auf einen Teil der vom Hohlraum abgewandten Außenfläche bzw. äußeren Oberfläche der Tankwand ist eine erste Schicht aus einem elektrisch isolierenden Material (im Weiteren als "Isolationsschicht" bezeichnet) aufgebracht. Vorzugsweise bedeckt die erste Schicht die Außenfläche der Tankwand vollständig.
Weiterhin ist wenigstens auf einen Teil der vom Hohlraum abgewandten Außenfläche bzw. Oberfläche der Isolationsschicht eine zweite Schicht aus einem elektrisch leitenden Material (im Weiteren als "Anodenschicht" bezeichnet) aufgebracht. Die Anodenschicht ist hierbei so angeordnet, dass sie durch die Isolationsschicht von der Tankwand stets elektrisch isoliert ist.
Weiterhin umfasst die erfindungsgemäße Gastankanordnung eine elektrische Spannungsquelle, bei der er sich insbesondere um die Fahrzeugbatterie eines mit einer erfindungsgemäßen Gastankanordnung ausgestatteten Kraftfahrzeugs handeln kann. Hierbei ist die Tankwand des Gastanks mit dem Kathodenanschluss (negativer Pol) der elektrischen Spannungsquelle und die Anodenschicht mit dem Anodenanschluss (positiver Pol) der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Der Kathodenanschluss und der Anodenanschluss der Spannungsquelle sind durch die Isolationsschicht elektrisch getrennt, so dass bei intakter Isolationsschicht kein geschlossener Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss vorhanden ist. Wie in der Kraftfahrzeugtechnik üblich, kann der Kathodenanschluss der Spannungsquelle mit einem elektrischen Masseanschluss des Kraftfahrzeugs elektrisch leitend verbunden sein, so dass die Tankwand auf Massepotenzial gelegt ist.
Falls die Außenfläche der Tankwand der äußeren Umgebung (d. h. einer unmittelbaren Einwirkung von Wasser und Luft) ausgesetzt ist, beispielsweise wenn eine lokale Schädigung der Anodenschicht und der darunter befindlichen Isolationsschicht auftritt, so dass die Außenfläche der Tankwand lokal freiliegt, kann durch einen als Elektrolyt wirkenden Wasserfilm auf dem Gastank, welcher beispielsweise aufgrund einer Betankung des Gastanks auf der Tankwand verbleibt, ein Kurzschluss zwischen der Anodenschicht und der Tankwand auftreten. Jedoch kann in diesem Fall dadurch, dass die Anodenschicht in Bezug auf die Tankwand auf ein höheres (insbesondere positives) elektrisches Potenzial vorgespannt ist, eine für eine Rostbildung erforderliche Elektronenabgabe des metallischen Materials der Tankwand verhindert werden, so dass sich keine Metallionen des metallischen Materials der Tankwand in dem auf der Außenhaut der Tankwand befindlichen Wasserfilm lösen können und eine Rostbildung somit verhindert ist. Die Spannungsquelle weist für diesen Zweck eine geeignete Potenzialdifferenz auf, das heißt, die Potenzialdifferenz der Spannungsquelle ist so gewählt, dass eine Elektronenabgabe des metallischen Materials der Tankwand verhindert ist. Typischer Weise genügt es, wenn die Potenzialdifferenz der Spannungsquelle so gewählt ist, dass die Anodenschicht in Be zug auf die insbesondere mit der elektrischen Fahrzeugmasse verbundene Tankwand ein elektrisches Potenzial aufweist, das wenigstens einige Millivolt (mV) größer ist als das elektrische Potenzial der Tankwand, das beispielsweise Null mV betragen kann. Beispielsweise weist die Anodenschicht in Bezug auf die Tankwand eine Potenzialdifferenz auf, die wenigstens im Bereich von 1 mV bis 10 mV liegt. Lediglich der Vollständigkeit halber sei darauf hingewiesen, dass die Potenzialdifferenz zwischen der Anodenschicht und der Tankwand auch höher sein kann, um die gewünschte Funktion zu erfüllen.
Somit ist für den Fall, dass die Außenfläche der Tankwand gegenüber der äußeren Umgebung freiliegt, beispielsweise bei einer lokalen Schädigung der Anodenschicht und der Isolationsschicht, ein elektrochemischer (aktiver) Korrosionsschutz für das metallische Material des Gastanks realisiert, durch den der Gastank sicher und zuverlässig gegen Rostbildung geschützt ist.
Der Gastank der erfindungsgemäßen Gasanordnung ist typischer Weise mit einem in einer ersten Tanköffnung montierten Gasventil zum Befüllen des Gastanks mit Gaskraftstoff und zur kontrollierten Abgabe des Gaskraftstoffs an eine Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs versehen. Bei einer vorteilhaften, leicht zu realisierenden Ausgestaltung der Erfindung ist die Tankwand über das Gasventil des Gastanks mit dem Kathodenanschluss der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Das Gasventil ist zu diesem Zweck, wie üblich, wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie Stahl oder Messing, gefertigt, das elektrisch leitend mit der Tankwand verbunden ist, wobei der Kathodenanschluss an das elektrisch leitende Material des Gasventils angeschlossen ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die zweite Schicht (Anodenschicht) eine das Gasventil aussparende erste Aussparung formt, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anodenschicht und dem Gasventil zu vermeiden.
Der Gastank der erfindungsgemäßen Gasanordnung kann mit einem in einer zweiten Tanköffnung montierten Verschlusselement zum Verschließen der zweiten Tanköffnung versehen sein, welches als Dummy-Gasventil mit einer zum Gasventil analogen äußeren Form, jedoch ohne Ventilfunktion, ausgebildet ist. Bei einer weiteren vorteilhaften, leicht zu realisierenden Ausgestaltung der Erfindung ist die Tankwand über das Verschlusselement mit dem Kathodenanschluss der Spannungsquelle elektrisch leitend verbunden. Das Verschlusselement ist zu diesem Zweck wenigstens teilweise aus einem elektrisch leitenden Material, wie Stahl oder Messing, gefertigt, das elektrisch leitend mit der Tankwand verbunden ist, wobei der Kathodenanschluss an das elektrisch leitende Material des Verschlusselements angeschlossen ist. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die zweite Schicht eine das Verschlusselement aussparende zweite Aussparung formt, um einen elektrischen Kurzschluss zwischen der Anodenschicht und dem Verschlusselement zu vermeiden.
In der erfindungsgemäßen Gastankanordnung ist es stark bevorzugt, wenn durch die Isolationsschicht und/oder die Anodenschicht ein die Diffusion von Wasser und Luft zur Außenhaut des Gastanks hemmender passiver Korrosionsschutz realisiert ist. Die Materialien der Isolationsschicht beziehungsweise der Anodenschicht sind zu diesem Zweck in geeigneter Weise ausgebildet. Die Isolationsschicht kann zu diesem Zweck beispielsweise als elektrisch isolierende Lackschicht ausgebildet sein, welche beispielsweise auf einem Harzmaterial basiert. Die Anodenschicht kann zu diesem Zweck beispielsweise als elektrisch leitende Lackschicht ausgebildet sein, welche beispielsweise auf einem Harzmaterial als Substrat basiert, in das in einer gewünschten Konzentration bzw. Menge elektrisch leitfähige Partikeln eingebracht sind. Vorzugsweise bedeckt die Isolationsschicht die Außenfläche der Tankwand zu diesem Zweck vollständig. In dem letztgenannten Fall ist es weiterhin bevorzugt, wenn die Anodenschicht die Isolationsschicht vollständig oder annähernd vollständig bedeckt, wobei die Anodenschicht jedenfalls so angeordnet ist, dass kein elektrischer Kontakt zwischen der Anodenschicht und mit der Tankwand elektrisch leitend verbundenen Strukturen des Gastanks, wie Gasventil und Verschlusselement, vorliegt. Wie weiter oben dargelegt, kann die Anodenschicht zu diesem Zweck so ausgebildet sein, dass sie die Isolationsschicht vollständig bedeckt, mit Ausnahme einer ersten Aussparung am Gasventil und – falls ein Verschlusselement vorhanden ist – einer zweiten Aussparung am Verschlusselement.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gastankanordnung bedeckt die Isolationsschicht nicht nur die Außenfläche des Gastanks, sondern erstreckt sich auch über das Gasventil und – falls ein Verschlusselement vorhanden ist – über das Verschlusselement. Durch diese Maßnahme können elektrische Kriechströme zwischen der Anodenschicht und dem elektrisch leitenden Gasventil bzw. dem elektrisch leitenden Verschlusselement vermieden werden.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gastankanordnung ist der Anodenanschluss der Spannungsquelle unter serieller Zwischenschaltung eines elektrischen Widerstands mit der Anodenschicht elektrisch leitend verbunden. Hierdurch kann im Falle eines elektrischen Kurzschlusses zwischen Anodenschicht und Tankwand (beispielsweise infolge einer lokalen Schädigung von Anoden- und Isola tionsschicht) die Stromstärke des zwischen Anoden- und Kathodenanschluss fließenden elektrischen Stroms in geeigneter Weise eingestellt werden. Alternativ hierzu kann auch der Kathodenanschluss der Spannungsquelle unter Zwischenschaltung eines elektrischen Widerstands mit der Tankwand elektrisch leitend verbunden sein.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Gastanks ist der Anodenanschluss der Spannungsquelle unter serieller Zwischenschaltung einer schaltbaren Stromsicherung mit der zweiten Schicht elektrisch leitend verbunden. Die schaltbare Stromsicherung ist so ausgebildet, dass sie in einem ersten Schaltzustand elektrischen Strom durchlässt und in einem zweiten Schaltzustand den Durchgang von elektrischem Strom sperrt. Die Stromsicherung ist weiterhin so ausgebildet, dass sie auf Basis eines Werts (Messwert oder auf dem Messwert basierender Berechnungswert) einer elektrischen Kenngröße vom ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand automatisch schalten kann oder alternativ mittels eines elektronischen Steuergeräts geschaltet wird. Im erstgenannten Fall misst oder berechnet die Stromsicherung den Wert der elektrischen Kenngröße und schaltet in den zweiten Schaltzustand, falls der Mess- oder Berechnungswert einen voreinstellbaren Schwellwert erreicht oder über- bzw. unterschreitet. Im zweitgenannten Fall misst oder berechnet das Steuergerät zum Schalten der Stromsicherung einen Mess- bzw. Berechnungswert für die wählbare elektrische Kenngröße und schaltet die Stromsicherung in den zweiten Schaltzustand, falls der Mess- oder Berechnungswert einen voreinstellbaren Schwellwert erreicht oder über- bzw. unterschreitet. Als elektrische Kenngröße kann insbesondere die Stromstärke, elektrische Spannung oder der elektrische Widerstand im offenen oder kurzgeschlossenen elektrischen Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss gemessen werden. Der voreinstellbare Schwellwert kann in der Stromsicherung oder im Steuergerät gespeichert sein.
Die Erfindung erstreckt sich weiterhin auf ein Kraftfahrzeug, welches mit einer wie oben beschriebenen Gastankanordnung ausgerüstet ist.
Weiterhin erstreckt sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Prüfen eines durch die Isolationsschicht und/oder die Anodenschicht bereitgestellten passiven Korrosionsschutzes des Gastanks einer wie oben beschriebenen Gastankanordnung für ein mit Gaskraftstoff betreibbares Kraftfahrzeug. Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist eine mit einem Logikbaustein versehene Prüfeinrichtung angeordnet, welche insbesondere in der Stromsicherung oder im Steuergerät für die Stromsicherung integriert sein kann.
In dem Verfahren wird, gesteuert durch die Prüfeinrichtung, ein Wert (Messwert oder auf dem Messwert basierender Berechnungswert) einer elektrischen Kenngröße im offenen oder kurzgeschlossenen Stromkreis zwischen dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss der Spannungsquelle ermittelt und beispielsweise an einem Signalausgang zum Auslesen bereitgestellt. Eine Messung des Messwerts kann durch die Stromsicherung, das Steuergerät für die Stromsicherung oder eine separate Messeinrichtung erfolgen, wobei die Messeinrichtung in die Prüfeinrichtung integriert oder mit dieser datentechnisch verbunden ist.
Der Wert der elektrischen Kenngröße kann insbesondere mit wenigstens einem voreinstellbaren Schwellwert hierfür verglichen werden, wobei ein solcher Vergleich durch die Stromsi cherung, das Steuergerät für die Stromsicherung oder eine separate Vergleichseinrichtung erfolgen kann, wobei die Vergleichseinrichtung in die Prüfeinrichtung integriert oder mit dieser datentechnisch verbunden ist. Der wenigstens eine Schwellwert kann in entsprechender Weise in der Stromsicherung, dem Steuergerät für die Stromsicherung oder in der Vergleichseinrichtung gespeichert sein. Anschließend wird ein auf dem Vergleich basierender Ergebniswert dem Wert zugewiesen. So kann dem Wert beispielsweise ein erster Ergebniswert (zum Beispiel 0) zugewiesen werden, falls der Wert den Schwellwert nicht übersteigt oder es wird ein von dem ersten Ergebniswert verschiedener zweiter Ergebniswert (beispielsweise 1) zugewiesen, falls der Wert den Schwellwert übersteigt. Ein Zuweisen des jeweiligen Ergebniswerts kann durch die Stromsicherung, das Steuergerät für die Stromsicherung oder eine separate Zuweisungseinrichtung erfolgen, wobei die Zuweisungseinrichtung in die Prüfeinrichtung integriert oder mit dieser datentechnisch verbunden ist. Sind mehrere Schwellwerte vorgesehen, so können dementsprechend mehrere Ergebniswerte zugewiesen werden. Der zugewiesene Ergebniswert wird anschließend bereitgestellt.
Vorzugsweise erfolgt in dem Verfahren eine auf dem Wert der elektrischen Kenngröße basierende Signalisierung mittels einer Signaleinrichtung, beispielsweise eine Leuchtanzeige. Eine solche Signalisierung kann insbesondere auch auf dem zugewiesenen Ergebniswert basieren.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann in einfacher Weise durch Ermitteln einer elektrischen Kenngröße, wie Stromstärke, Spannung oder elektrischer Widerstand, des offenen oder kurzgeschlossenen Stromkreises zwischen Anoden- und Kathodenanschluss die Intaktheit von Isolationsschicht und/oder Anodenschicht bzw. Wirksamkeit des durch die Isolationsschicht und/oder die Anodenschicht bereitgestellten passiven Korrosionsschutzes für den Gastank überprüft werden.
Eine Bewertung der Intaktheit bzw. Wirksamkeit kann insbesondere durch Schwellwerte für die elektrische Kenngröße erfolgen, welche in geeigneter Weise zu bestimmen sind, was beispielsweise auf Basis einer zuvor durchgeführten Versuchsreihe erfolgen kann, bei der der passive Korrosionsschutz des Gastanks gezielt geschädigt und die hierbei auftretenden Werte für die elektrische Kenngröße ermittelt werden.
Eine solche Prüfung der Wirksamkeit des passiven Korrosionsschutzes kann innerhalb sehr kurzer Zeit, beispielsweise während einer Hauptuntersuchung des Kraftfahrzeugs in der die Betriebssicherheit der Gasanlage untersucht wird, erfolgen. Eine solche Prüfung kann ebenso in einfacher Weise im laufenden Fahrzeugbetrieb als Diagnosefunktion realisiert sein, mit der Möglichkeit beispielsweise bei Überschreiten einer wählbaren Maximalstromstärke oder Unterschreiten eines wählbaren Spannungsabfalls in Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss der Spannungsquelle Fehlercodes in einem Steuergerät für die Motorsteuerung zu setzen und gegebenenfalls über entsprechende Warnanzeigen den Fahrzeugführer zu informieren.
Ausführungsbeispiele
Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert, wobei Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird.
Kurze Beschreibung der Figuren
1 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer Gasanlage mit einer Gastankanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2 zeigt in einem schematischen Längsschnitt den Gastank von 1;
3 zeigt in einer vergrößerten Darstellung den Gastank gemäß Ausschnitt A von 2;
4 zeigt in einer zu 3 analogen Darstellung eine Variante des Gastanks von 1;
5A–5C zeigen in schematischen Längsschnitten jeweils einen selben Abschnitt des Gastanks von 1 in verschiedenen Korrosionszuständen mit den zugehörigen elektrischen Ersatzschaltbildern;
6 zeigt in einer schematischen Darstellung den Aufbau einer herkömmlichen Gasanlage eines Kraftfahrzeugs.
Ausführliche Beschreibung der Figuren
6, worin eine herkömmliche Gasanlage eines mit Gaskraftstoff betriebenen Kraftfahrzeugs dargestellt ist, wurde bereits in der Beschreibungseinleitung ausführlich erläutert, so dass sich hier eine weitere Beschreibung erübrigt.
Es sei zunächst 1 betrachtet, worin in einer schematischen Darstellung der Aufbau einer Gasanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer erfindungsgemäßen Gastankanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist.
Demnach umfasst die Gasanlage eines mit beispielsweise CNG als Gaskraftstoff betriebenen Kraftfahrzeugs eine insgesamt mit der Bezugszahl 1 bezeichnete Gastankanordnung, die einen Gastank 2 mit einem beispielsweise elektromagnetisch betätigbaren Gasventil 3 aufweist. Am Gasventil 3 ist der Gastank 2 mittels einer ersten Gasleitung 4 mit einem Tankventil 5 zu dessen Betankung verbunden. Um einer Brennkraftmaschine 8 in kontrollierter Weise Gaskraftstoff zuzuführen, ist der Gastank 2 am Gasventil 3 mittels einer zweiten Gasleitung 6, welche in eine Verteilerschiene 7 ("Rail") mündet, mit der Brennkraftmaschine 8 verbunden. Zur Minderung des Drucks des Gaskraftstoffs ist die zweite Gasleitung 6 durch einen Druckminderer 10 geführt. An der Verteilerschiene 7 sind, hier beispielsweise vier, steuerbare Gasinjektoren 9 angeschlossen, durch welche Gaskraftstoff in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 8 eingeblasen werden kann.
Im Gastank 2 kann Gaskraftstoff mit einem hohen Druck von beispielsweise 200–300 bar gespeichert werden. Zur Befüllung des Gastanks 2 wird das Tankventil 5 mit einer kompressorgestützten Tankanlage verbunden. Für den Betrieb der Brennkraftmaschine 8 wird der Gaskraftstoff im Druckminderer 10 auf einen niedrigeren Gasdruck von weniger als 10 bar, beispielsweise 8 bar, entspannt.
In 2 und 3 sind die Gastankanordnung 1 und der Aufbau des Gastanks 2 näher dargestellt. Der in einer Zylinder- bzw. Flaschenform ausgebildete Gastank 2 umfasst einen hohlzylindrischen Rumpfabschnitt 11, der einen stirnseitigen ersten Endabschnitt 13 und einen stirnseitigen zweiten Endabschnitt 14 miteinander verbindet. Eine als Tankhülle des Gastanks 2 dienende Tankwand 23 formt einen Hohlraum 12 zur Speicherung von Gaskraftstoff.
Im Bereich der beiden Endabschnitte 13, 14 verdickt sich die Tankwand 23 zu einem auf Seite des ersten Endabschnitts 13 befindlichen ersten Halsabschnitt 15 und zu einem auf Seite des zweiten Endabschnitts 14 befindlichen zweiten Halsabschnitt 16. Die beiden Halsabschnitte 15, 16 ragen jeweils in den Hohlraum 12 hinein.
Der erste Halsabschnitt 15 formt eine erste Tanköffnung 17, welche in den Hohlraum 12 mündet und diesen mit der äußeren Umgebung des Gastanks 2 verbindet. In der ersten Tanköffnung 17 ist das Gasventil 3 aufgenommen, welches aus einem im Wesentlichen innerhalb der ersten Tanköffnung 17 befindlichen Ventilkörper 19 und einem daran angeformten Mehrkant 21 (hier beispielsweise ein Sechskant), welcher sich außerhalb der zweiten Tanköffnung 18 befindet, besteht. Der Ventilkörper 19 des Gasventils 3 ist zu diesem Zweck mit einem nicht näher dargestellten Außengewinde versehen, das in ein nicht näher dargestelltes Innengewinde der ersten Tanköffnung 17 eingeschraubt ist. Sowohl der Ventilkörper 19 als auch der daran angeformte erste Mehrkant 21 des Gasventils 28 sind aus einem elektrisch leitenden Material, wie Stahl oder Messing, gefertigt, können jedoch auch elektrisch isolierende Komponenten enthalten.
In analoger Weise formt der zweite Halsabschnitt 16 eine in den Hohlraum 12 mündende zweite Tanköffnung 18, in welche ein zur Befestigung des Gastanks am Fahrzeug dienendes Verschlusselement 29, das in Form eines Dummy-Gasventils ohne Ventilfunktion ausgebildet ist, aufgenommen ist. Das Verschlusselement 29 besteht aus einem im Wesentlichen innerhalb der zweiten Tanköffnung 18 befindlichen Elementkörper 20 und einem daran angeformten zweiten Mehrkant 22 (hier beispielsweise ein Sechskant), welcher sich außerhalb der zweiten Tanköffnung 18 befindet. Der Elementkörper 20 des Verschlusselements 29 ist mit einem nicht näher dargestellten Außengewinde versehen, das in ein nicht näher dargestelltes Innengewinde der zweiten Tanköffnung 18 eingeschraubt ist. Sowohl der Elementkörper 20 als auch der daran angeformte zweite Mehrkant 22 des Verschlusselements 29 sind aus einem elektrisch leitenden Material, wie Stahl oder Messing, gefertigt.
Die Abmessungen in Gastanklängsrichtung (parallel zur Hohlzylinderachse) der beiden Halsabschnitte 15, 16 sind so gewählt, dass eine drucksichere Verschraubung des Gasventils 3 beziehungsweise des Verschlusselements 29 gewährleistet ist. Dies bedeutet, dass für die jeweiligen Gewindepaarungen eine ausreichende Anzahl von Windungen vorhanden ist, so dass das Gasventil 3 bzw. das Verschlusselement 29 dem angreifenden hohen Gasdruck von beispielsweise 200–300 bar standhalten können.
Das mit seinem Ventilkörper 19 in der ersten Tanköffnung 17 aufgenommene Gasventil 3 dient zur Steuerung von Gaskraftstoffströmen zum Befüllen und Entleeren des Hohlraums 12 des Gastanks 2. Das Gasventil 3 ist zu diesem Zweck mit hier nicht dargestellten Steuereinrichtungen zur Steuerung von Gaskraftstoffströmen versehen, welche dem Fachmann an sich wohlbekannt sind. Zudem ist es mit diversen Sicherheitseinrichtungen, beispielsweise einem Berstschutz bei Tanküberhitzung, versehen, auf welche hier nicht näher eingegangen wird.
Eine Montage des Gastanks 2 am Kraftfahrzeug erfolgt fahrzeugbodenseitig über spezielle Tankhalterungen, die zum Beispiel an den so genannten Rahmenlängsträgern befestigt sind und mit dem ersten Mehrkant 21 des Gasventils 3 und dem zweiten Mehrkant 22 des Verschlusselements 29 beispielsweise formschlüssig verbunden werden können.
Die Tankwand 23 ist aus einem metallischen Material, hier beispielsweise vergüteter Stahl, gefertigt und somit in der Lage, elektrischen Strom zu leiten. Sie umgibt mit ihrer Innenfläche 41 den Hohlraum 12. Auf der dem Hohlraum 12 abgewandten Außenfläche 42 der Tankwand 23 ist eine aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, bestehende Isolationsschicht 24 aufgebracht. Im Bereich des ersten Endabschnitts 13 erstreckt sich die Isolationsschicht 24 bis zum Ventilkörper 19 des Gasventils 3. Im Bereich des zweiten Endabschnitts 14 erstreckt sich die Isolationsschicht 24 bis zum Elementkörper 20 des Verschlusselements 29. Somit ist die Tankwand 23 auf ihrer Außenfläche 42 von der Isolationsschicht 24 vollständig bedeckt.
Die Isolationsschicht 24 ist aus einem Material gefertigt, welches geeignet ist, eine Diffusion von Luftsauerstoff und Wasser zur Außenfläche 43 der Tankwand 23 zu hemmen, so dass die Isolationsschicht 24 als passiver Korrosionsschutz für die metallische Tankwand 23 dient.
Auf der dem Hohlraum 12 abgewandten Außenfläche 28 bzw. Oberfläche der Isolationsschicht 24 ist eine aus einem elektrisch leitenden Material bestehende Schicht ("Anodenschicht") 25 aufgebracht. Das elektrisch leitende Material der Anodenschicht 25 besteht hier beispielsweise aus einem elektrisch nicht-leitenden Substrat (z. B. Harz) in das elektrisch leitende Partikel in einer wählbaren Menge bzw. Konzentration eingebracht sind, um hierdurch die elektrische Leitfähigkeit der Anodenschicht 25 in einer gewünschten Weise einzustellen. Die Anodenschicht 25 bedeckt den Rumpfabschnitt 11 des Gastanks 2 vollständig. Im Bereich des ersten Endabschnitts 13 reicht die Anodenschicht 25 nicht bis zur ersten Tanköffnung 17 bzw. bis zum Ventilkörper 19 des Gasventils 3 heran, sondern formt eine das Gasventil 3 aussparende (beispielsweise kreisförmige) erste Aussparung 47, so dass die Anodenschicht 25 das Gasventil 3 nicht kontaktiert und eine elektrische Verbindung zwischen Anodenschicht 25 und Gasventil 3 nicht besteht. In analoger Weise reicht die Anodenschicht 25 im Bereich des zweiten Endabschnitts 14 nicht bis zur zweiten Tanköffnung 18 bzw. zum Elementkörper 20 des Verschlusselements 29 heran, sondern formt eine das Verschlusselement 29 aussparende (beispielsweise kreisförmige) zweite Aussparung 48, so dass die Anodenschicht 25 das Verschlusselement 29 nicht kontaktiert und eine elektrische Verbindung zwischen Anodenschicht 25 und Verschlusselement 29 nicht besteht.
Die Anodenschicht 25 ist aus einem Material gefertigt, welches geeignet ist, eine Diffusion von Luftsauerstoff und Wasser zur Außenfläche 43 der Tankwand 23 zu hemmen, so dass die Anodenschicht 25, dort wo sie vorhanden ist, als passiver Korrosionsschutz für die metallische Tankwand 23 dient.
Die erfindungsgemäße Gastankanordnung 1 umfasst weiterhin eine Spannungsquelle, bei der es sich hier beispielsweise um die Fahrzeugbatterie 40 des Kraftfahrzeugs handelt. Wie in 1 und 2 dargestellt, ist der Kathodenanschluss (Minuspol) 45 der Fahrzeugbatterie 40 über eine erste elektrische Leitung 26 an den elektrisch leitenden ersten Mehrkant 21 des Gasventils 3 angeschlossen, so dass der Kathodenanschluss 45 der Fahrzeugbatterie 40 über das Gasventil 3 mit der Tankwand 23 elektrisch leitend verbunden ist. Wie in 1 gezeigt ist, ist der Kathodenanschluss 45 zudem an eine elektrische Fahrzeugmasse 44 angeschlossen.
Der Anodenanschluss (Pluspol) 46 der Fahrzeugbatterie 40 ist über eine zweite elektrische Leitung 27 und zwei damit verbundene elektrisch leitende Kontaktflächen 30 mit der Anodenschicht 25 elektrisch leitend verbunden. Die beiden Kontaktflächen 30 sind auf die Außenfläche 43 der Anodenschicht 25 aufgebracht. In der erfindungsgemäßen Gastankanordnung 1 ist somit, falls die Isolationsschicht 24 intakt ist, kein geschlossener Stromkreis zwischen dem Anodenanschluss 46 und dem Kathodenanschluss 45 der Fahrzeugbatterie 40 vorhanden.
Eine elektrische Verbindung des Anodenanschlusses 46 mit der Anodenschicht 25 erfolgt unter serieller Zwischenschaltung eines elektrischen Widerstands ("Vorschaltwiderstand") 31 (R_V) und einer schaltbaren Stromsicherung 32, durch welche ein gegebenenfalls geschlossener Stromkreis zwischen dem Ano den- und Kathodenanschluss unterbrochen werden kann. Die schaltbare Stromsicherung 32 ist so ausgebildet, dass sie in einem ersten Schaltzustand elektrischen Strom durchlässt und in einem zweiten Schaltzustand den Durchgang von elektrischem Strom sperrt.
Parallel zur Stromsicherung 32 ist ein Steuergerät 33 zur Steuerung der Schaltzustände der schaltbaren Stromsicherung 32 angeordnet. Das Steuergerät 33 ist zu diesem Zweck über eine dritte elektrische Leitung 34 und eine vierte elektrische Leitung 35 beiderseits der Stromsicherung 32 mit der zweiten elektrischen Leitung 27 verbunden. Das Steuergerät 33 ist hier beispielsweise so ausgebildet, dass es über die beiden elektrischen Leitungen 34, 35 einen pro wählbarer Zeiteinheit durch die zweite elektrische Leitung 27 fließenden elektrischen Strom detektieren kann. Ein Stromfluss kann dann auftreten, wenn ein geschlossener Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss vorhanden ist, beispielsweise wenn die Anoden- und Isolationsschicht beschädigt und ein als elektrolytische Lösung wirkender Wasserfilm im Bereich der Schädigung vorhanden ist.
Fließt ein elektrischer Strom durch die zweite elektrische Leitung 27, detektiert das Steuergerät 33 die auftretende Stromstärke und ermittelt hieraus beispielsweise als Berechnungswert die zugehörige Ampere-Stunden-Zahl, berechnet aus dem Produkt von Stromstärke (I) und Zeit (t), in der der Strom fließt. Falls der hierbei ermittelte Berechnungswert einen im Steuergerät 33 gespeicherten, wählbaren Schwellwert für die Ampere-Stunden-Zahl überschreitet, löst das Steuergerät 33 die Stromsicherung 32 aus, um hierdurch den Stromkreis zwischen dem Anodenanschluss 46 und dem Kathodenanschluss 45 der Fahrzeugbatterie 40 zu unterbrechen.
In 4 ist eine Variante des Gastanks 2 von 1 gezeigt. Wie weiter oben bereits dargestellt wurde, kann ein Stromkreis zwischen dem Anodenanschluss 46 und dem Kathodenanschluss 45 geschlossen werden, wenn die Isolationsschicht 24 beschädigt ist, so dass die Außenfläche 42 der Tankwand 23 der äußeren Umgebung ausgesetzt und somit, beispielsweise durch eine elektrolytische Lösung, die Anodenschicht 25 mit der Tankwand 23 elektrisch leitend verbunden ist. Gleichermaßen kann nicht ausgeschlossen werden, dass Kriechströme zwischen der Anodenschicht 25 und den beiden Mehrkanten 21, 22 auftreten. Die in 4 gezeigte Variante des Gastanks 2 verhindert solche elektrische Kriechströme, indem die Isolationsschicht 24 nicht nur die Außenfläche 42 der Tankwand 23, sondern auch den ersten Mehrkant 21 des Gasventils 3 und den zweiten Mehrkant 22 des Verschlusselements 29 wenigstens teilweise bzw. vollständig bedeckt. Mit dem Gasventil 3 zusammenwirkende Gasleitungen zum Zu- und Ableiten von Gaskraftstoff zum bzw. vom Gastank 2 sind in diesem Fall vorzugsweise über elektrisch isolierende Einschraubvorrichtungen, welche beispielsweise aus Plastik bestehen, mit dem Gasventil 3 verbunden werden, wodurch zudem eine elektrische Isolation zwischen den Gasleitungen und dem Gasventil 3 realisiert wird.
Es wird nun Bezug auf die 5A bis 5C genommen, worin in schematischen Längsschnitten jeweils ein selber Abschnitt des Gastanks von 1 in verschiedenen Korrosionszuständen mit den zugehörigen elektrischen Ersatzschaltbildern veranschaulicht ist.
Sei zunächst 5A betrachtet. 5A zeigt eine Situation, bei welcher die auf die Außenfläche 42 der Tankwand 23 aufgebrachte Isolationsschicht 24 und die auf die Außenfläche 28 der Isolationsschicht 24 aufgebrachte Anodenschicht 25 beide intakt sind. Befindet sich auf der Außenfläche 43 der Anodenschicht 25 ein Wassertropfen 36, in welchem Sauerstoff aus der umgebenden Luft und eine Korrosion fördernde Salzionen (beispielsweise aufgrund von Streusalz durch Winterdienst oder Schmutz) gelöst sein können, so dass der Wassertropfen 36 eine Elektrolytlösung bildet, wirken sowohl die Isolationsschicht 24 als auch die Anodenschicht 25 als passiver Korrosionsschutz und hemmen eine Diffusion von Wasser und Luft zur Tankwand 23, so das der Wassertropfen 36 wenig korrodierend wirkt.
Im dem unter der Schnittdarstellung gezeigten zugehörigen Ersatzschaltbild sind die in der Gastankanordnung auftretenden elektrischen Widerstände dargestellt. Dies sind (in Reihenschaltung) ein elektrischer Widerstand R_K der Tankwand 23, ein einstellbarer elektrischer Widerstand R_A der Anodenschicht 25, ein elektrischer Widerstand R_I der Isolationsschicht 24 und ein einstellbarer elektrischer Widerstand R_V des Vorschaltwiderstands 31. Die verschiedenen Widerstände sind unter Zwischenschaltung der Stromsicherung 32 mit der Fahrzeugbatterie 40 elektrisch verbunden.
In 5A, in welcher sowohl die Isolationsschicht 24 als auch die Anodenschicht 25 intakt sind, weist der Widerstand R_K der Tankwand 23 einen sehr kleinen Widerstandswert (annähernd Null Ohm) eines metallischen Leiters und der elektrische Widerstand R_I der Isolationsschicht 24 einen sehr großen Widerstandswert (annähernd "unendlich" Ohm) eines elektrischen Isolators auf, während der Widerstand R_A der Anodenschicht 25 und der Widerstand R_V des Vorschaltwiderstands 31 jeweils auf einen wählbaren Widerstandswert eingestellt wer den können. Aufgrund des hohen elektrischen Widerstands R_I der Isolationsschicht 24 fällt eine elektrische Spannung der Fahrzeugbatterie 40 von beispielsweise 12 Volt oder 24 Volt nahezu vollständig über den in Serie geschalteten Widerständen ab, so dass das Steuergerät 33 keinen nennenswerten bzw. allenfalls nur einen sehr geringen Stromfluss (Kriechströme) über die schaltbare Stromsicherung 32 detektiert.
Wie in den 5A bis 5C gezeigt ist, ist das Steuergerät 33 mit einer Signaleinrichtung verbunden, bei welcher es sich hier beispielhaft um eine vom Fahrer einsehbare Leuchtanzeige 37 handelt. Die Leuchtanzeige 37 kann vom Steuergerät 33 so angesteuert werden kann, dass sie nicht leuchtet, falls sich die Stromsicherung 32 im ersten Schaltzustand befindet, und dass sie leuchtet, falls sich die Stromsicherung 32 im zweiten Schaltzustand befindet.
In der Situation von 5A leuchtet die Leuchtanzeige 37 nicht und zeigt dem Fahrer somit an, dass der elektrochemische Korrosionsschutz wirksam ist.
In 5B ist demgegenüber eine Situation dargestellt, in der beispielsweise aufgrund mechanischer und thermischer Einwirkungen ein schmaler Riss 38 mit einer Breite von beispielsweise 1–2 mm in der Anodenschicht 25 und in der Isolationsschicht 24 aufgetreten ist. Der Riss 38 reicht bis zur Außenfläche 42 der Tankwand 23 und setzt diese somit der äußeren Umgebung aus. Eine Rissbildung setzt voraus, dass entsprechende Schädigungen an gleicher Stelle sowohl an der Anodenschicht 25 als auch an der Isolationsschicht 24 auftreten.
An der Stelle des Risses 38 kann ein als Elektrolyt wirkender Wassertropfen 36 bis zur Tankwand 23 vordringen und die e lektrisch isolierende Wirkung der Isolationsschicht 24 lokal aufheben, so dass die Anodenschicht 25 und die Tankwand 23 lokal kurzgeschlossen sind. Jedoch kann der Elektrolyt auf der Tankwand 23 keine korrodierende Wirkung entfalten, da aufgrund der elektrischen Verbindung der Tankwand mit dem Kathodenanschluss (bzw. Fahrzeugmasse) und der elektrischen Verbindung der Anodenschicht mit dem Anodenanschluss 46 der Fahrzeugbatterie 40, die Eisenatome der Tankwand 23 keine Elektronen abgeben und somit keine Eisenionen im Wassertropfen 36 in Lösung gehen können. Demzufolge kann eine Rostbildung durch den aktiven (elektrochemischen) Korrosionsschutz trotz des Kontakts eines Elektrolyten mit der Tankwand 23 nicht erfolgen.
Der Riss 38 bewirkt, dass sich der elektrische Widerstand R_I der Isolationsschicht 24 verringert und ein merklicher Stromfluss im Stromkreis zwischen Anodenanschluss und Kathodenanschluss der Fahrzeugbatterie 40 auftritt. Die Stromstärke hängt hierbei vom Restwiderstand der Isolationsschicht 24 ab, welcher sich wiederum aus der Abmessung des Risses 38 ergibt. Im Fall von 5B ist der Riss 38 so dimensioniert, dass das Produkt aus Stromstärke des zwischen Anoden- und Kathodenanschluss fließenden Stroms und der Zeit (Ampere-Stunden-Zahl) geringer ist als ein wählbarer Schwellwert für dieses Produkt, so dass die Stromsicherung 32 von dem Steuergerät 33 nicht ausgelöst wird, d. h. nicht von ihrem ersten Schaltzustand in ihren zweiten Schaltzustand geschaltet wird, und die Leuchtanzeige 37 nicht leuchtet.
5C zeigt eine weitere Situation, in der aufgrund mechanischer und thermischer Einwirkungen ein relativ breiter Spalt 39 mit einer Breite von beispielsweise 5–7 mm in der Anodenschicht 25 und in der Isolationsschicht 24 aufgetreten ist, der bis zur Tankwand 23 reicht und diese der äußeren Umgebung aussetzt.
Befindet sich ein als Elektrolyt wirkender Wassertropfen 39 im Spalt 39 ist der elektrische Widerstand R_I der Isolationsschicht 24 so weit verringert, dass – abhängig vom Restwiderstand der Isolationsschicht 24 – ein Stromfluss relativ großer Stromstärke im Stromkreis zwischen Anodenanschluss und Kathodenanschluss der Fahrzeugbatterie 40 auftritt. Hierdurch besteht die Gefahr einer Entladung der Fahrzeugbatterie 40. Der Spannungsabfall im Stromkreis zwischen Kathoden- und Anodenanschluss der Fahrzeugbatterie 40 beträgt in diesem Fall beispielsweise 0,6–0,7 Volt. Im vorliegenden Fall ist das Produkt aus Stromstärke und Zeit (Ampere-Stunden-Zahl) größer als ein wählbarer Schwellwert für dieses Produkt, so dass die Stromsicherung 32 von dem Steuergerät 33 ausgelöst wird, d. h. die Stromsicherung 32 in ihren zweiten Schaltzustand geschalten wird, und der kurzgeschlossene Stromkreis zwischen Anodenanschluss und Kathodenanschluss zur Vermeidung einer Entladung der Fahrzeugbatterie 40 unterbrochen wird. Die Stromsicherung 32 dient hierbei als Batteriewächter. Dem Fahrer wird die Abschaltung des aktiven (elektrochemischen) Korrosionsschutzes durch Leuchten der Leuchtanzeige 37 angezeigt.
In der Gastankanordnung 1 kann bei einem kurzgeschlossenen Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss über eine Detektion der Stromstärke und Ermittlung der Ampere-Stunden-Zahl die Stromsicherung 32 ausgelöst werden, wodurch der Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss unterbrochen wird. Alternativ wäre es möglich, eine andere elektrische Kenngröße, wie Spannungsabfall und elektrischer Widerstand im kurzgeschlossenen Stromkreis zwischen Anoden- und Kathodenanschluss der Fahrzeugbatterie 40 zu messen und auf Basis dieses Messwerts bzw. eines hieraus ermittelten Berechnungswerts die Stromsicherung 2 zu schalten.
In der Gastankanordnung 1 kann darüber hinaus in einfacher Weise die Intaktheit (Schädigungszustand) der Isolationsschicht 24 und Anodenschicht 25 bzw. deren Wirksamkeit als passiver Korrosionsschutz erfasst werden. Das Steuergerät 33 misst zu diesem Zweck einen Messwert einer elektrischen Kenngröße, beispielsweise Stromstärke, im nicht kurzgeschlossenen oder kurzgeschlossenen Stromkreis zwischen dem Anodenanschluss und dem Kathodenanschluss der Spannungsquelle und stellt den Messwert der elektrischen Kenngröße an einem Signalausgang bereit, wo er ausgelesen werden kann. Die Größe des Messwerts gibt hierbei Aufschluss über die Intaktheit von Anoden- und Isolationsschicht. Gleichermaßen ist es alternativ möglich, dass der Messwert beispielsweise an ein Steuergerät für die Motorsteuerung übertragen wird und dort einen entsprechenden Fehlercode setzt, der ebenfalls ausgelesen werden kann. Gleichermaßen ist es alternativ möglich, dass eine Signaleinrichtung aktiviert wird, sobald der Messwert einen voreinstellaren Schwellwert für die elektrische Kenngröße erreicht. Im letztgenannten Fall ist es auch möglich, dass eine Mehrzahl Schwellwerte für die elektrische Kenngröße vorgesehen sein können, wobei bei jeweiligem Erreichen eines solchen Schwellwerts eine graduell gestufte Signalisierung durch die Signaleinrichtung erfolgt. Eine solche Prüfung der Intaktheit von Isolationsschicht 24 und Anodenschicht 25 kann in einfacher Weise im laufenden Fahrzeugbetrieb als Diagnosefunktion realisiert sein.

Stand der Technik (6)

100: Gasanlage
101: Gastank
102: Gasventil
103: erste Gasleitung
104: Tankventil
105: zweite Gasleitung
106: Druckminderer
107: Verteilerschiene
108: Brennkraftmaschine
109: Gasinjektor
110: Wasserfilm

Claims

Gastankanordnung (1) für ein Kraftfahrzeug, welche umfasst: – einen Gastank (2) mit einer einen Hohlraum (12) zur Aufnahme von Gaskraftstoff umgebenden Tankwand (23) aus einem elektrisch leitenden Material, – eine wenigstens auf einen Teil einer Außenfläche (41) der Tankwank (23) aufgebrachte erste Schicht (24) aus einem elektrisch isolierenden Material, – eine wenigstens auf einen Teil einer Außenfläche (28) der ersten Schicht (24) aufgebrachte zweite Schicht (25) aus einem elektrisch leitenden Material, wobei die zweite Schicht (25) durch die erste Schicht (24) von der Tankwand (23) elektrisch isoliert ist, – eine elektrische Spannungsquelle (40) mit einem Kathodenanschluss (45) und einem Anodenanschluss (46), wobei die Tankwand (23) mit dem Kathodenanschluss (45) elektrisch leitend verbunden ist und die zweite Schicht (25) mit dem Anodenanschluss (46) elektrisch leitend verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach Anspruch 1, bei welcher die erste Schicht (24) die Außenfläche (41) der Tankwand (23) vollständig bedeckt.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 2, bei welcher der Gastank (2) mit einem elektrisch leitenden Gasventil (3) zum Regeln von Gaskraftstoffströmen versehen ist, wobei der Kathodenanschluss (45) über das Gasventil (3) elektrisch leitend mit der Tankwand (23) verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach Anspruch 3, bei welcher die zweite Schicht (25) eine das Gasventil (3) aussparende erste Aussparung (47) formt.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei welcher der Gastank (2) mit einem als Dummy-Gasventil ausgebildeten elektrisch leitenden Verschlusselement (29) versehen ist, wobei der Kathodenanschluss (45) über das Verschlusselement (29) elektrisch leitend mit der Tankwand (23) verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach Anspruch 5, bei welcher die zweite Schicht (25) eine das Verschlusselement (29) aussparende zweite Aussparung (48) formt.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welcher die erste Schicht das Gasventil (3) wenigstens teilweise bedeckt.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, bei welcher die erste Schicht das Verschlusselement (29) wenigstens teilweise bedeckt.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Anodenanschluss (46) der Spannungsquelle (40) unter serieller Zwischenschaltung eines elektrischen Widerstands (31) mit der zweiten Schicht (25) elektrisch leitend verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, bei welcher der Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) unter serieller Zwischenschaltung eines elektrischen Wi derstands mit der Tankwand (23) elektrisch leitend verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher der Anodenanschluss (46) der Spannungsquelle (40) unter serieller Zwischenschaltung einer schaltbaren Stromsicherung (32), durch welche ein Stromfluss zwischen dem Anodenanschluss (46) und dem Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) unterbrochen werden kann, mit der zweiten Schicht (25) elektrisch leitend verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, bei welcher der Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) unter serieller Zwischenschaltung einer schaltbaren Stromsicherung, durch welche ein Stromfluss zwischen dem Anodenanschluss (46) und dem Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) unterbrochen werden kann, mit der zweiten Schicht (25) elektrisch leitend verbunden ist.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, bei welcher das elektrisch leitende Material der zweiten Schicht (25) ein Substrat aus einem elektrisch isolierenden Material, in das leitende Partikel in einer wählbaren Konzentration eingebracht sind, umfasst.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, bei welcher die Spannungsquelle (40) die Fahrzeugbatterie des Kraftfahrzeugs ist.
Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, bei welcher der Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) mit einem elektrischen Massenanschluss (44) des Kraftfahrzeugs kurzgeschlossen ist.
Kraftfahrzeug mit einer Gastankanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 15.
Verfahren zum Prüfen einer Gastankanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 15, bei welchem der Wert einer elektrischen Kenngröße im Stromkreis zwischen Anodenanschluss (46) und Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) ermittelt und bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem ein auf einem Vergleich des Werts der elektrischen Kenngröße mit wenigstens einem Schwellwert für die Kenngröße basierender Ergebniswert bereitgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welchem eine auf dem Wert der elektrischen Kenngröße basierende Signalisierung erfolgt.
Verfahren zum Betreiben einer Gastankanordnung (1) mit einer Stromsicherung nach Anspruch 11 oder 12, bei welchem der Wert einer elektrischen Kenngröße im Stromkreis zwischen Anodenanschluss (46) und Kathodenanschluss (45) der Spannungsquelle (40) ermittelt und die schaltbare Stromsicherung auf Basis des ermittelten Werts der elektrischen Kenngröße ausgelöst wird.