DE102008017004A1

DE102008017004A1 - Tanklüftungsanlage und Verfahren zur Tanklüftung

Info

Publication number: DE102008017004A1
Application number: DE200810017004
Authority: DE
Inventors: Andreas Menke
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2008-04-03
Filing date: 2008-04-03
Publication date: 2009-10-08
Also published as: US20090250122A1; US7980229B2

Abstract

Eine Tanklüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug, umfassend - einen Tank (1) für brennbare Kraftstoffe, - einen Aktivkohlefilter (20) zur Adsorption von Kohlenwasserstoffdämpfen des über eine Verbindungsleitung (7) zur Entlüftung angebundenen Tanks, - ein elektrisch ansteuerbares Sperrventil (30) in der Verbindungsleitung, - einen Differenzdrucksensor (3) zum Messen der Druckdifferenz zwischen dem Dampfraum (21) des Tanks und der Umgebung, ist dadurch gekennzeichnet, dass der Tank aus Kunststoff und die Verbindungsleitung unterdruckventillos ausgeführt ist, wobei ein mechanisches Unterdruckventil (6) zur Tankbelüftung gegen die Umgebung vorgesehen ist und wobei das Sperrventil geschlossen vorgesehen ist, wenn die vom Differenzdrucksensor gemessene Druckdifferenz unterhalb eines festen positiven Schwellwerts liegt, und geöffnet vorgesehen ist, wenn diese Druckdifferenz über dem Schwellwert liegt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tanklüftungsanlage gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Tanklüftung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 6.
Kraftfahrzeuge weisen üblicherweise zwischen dem Tank, zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit brennbarem Kraftstoff, und der Umgebung einen Aktivkohlefilter auf. Dieser Aktivkohlefilter fungiert als Zwischenspeicher für Kraftstoffdämpfe aus dem Dampfraum des Tanks, d. h. aus dessen nicht mit Kraftstoff gefüllten Bereichen. Der Aktivkohlefilter wird bedarfsweise durch einen Frischluftstrom regeneriert (gespült), indem diese Frischluft über die mit Kohlenwasserstoffen besetzten Kohlepartikel geleitet wird, diese Kohlenwasserstoffe aufnimmt und über den Luftstrom zum Verbrennungsmotor transportiert. Dort wird dieser mit Kohlenwasserstoffen beladene Luftstrom aus dem Aktivkohlefilter dann der Verbrennungsluft zugemischt und mit verbrannt. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen bzw. bei Fahrzeugen mit Start/Stopp-Automatik fallen jedoch durch den nur zeitweise betriebenen Verbrennungsmotor einige Spülphasen weg. Damit besteht die Gefahr, dass der Aktivkohlefilter die anfallenden Kohlewasserstoffdämpfe nicht mehr aufnehmen kann und „überläuft”. Um dies zu verhindern, kann die zugeführte Menge an Kohlenwasserstoffdämpfen dadurch reduziert werden, dass die im Tank entstehende Menge an Kohlenwasserstoffdämpfen durch Erhöhung des Tankinnendrucks, über den Umgebungsdruck hinaus, reduziert wird. Ein derartiges Vorgehen ist aus der gattungsbildenden DE 40 40 895 bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, diese bekannte Tanklüftung weiter zu verbessern sowie ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben einer solchen Tanklüftung anzugeben.
Die Aufgabe wird bezüglich der Vorrichtung gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 1 und bezüglich des Verfahrens durch die Merkmale des Anspruchs 6. Die Unteransprüche betreffen vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen der Erfindung.
Der Erfindung liegt die allgemeine Idee zugrunde, elektrische und mechanische Komponenten konsequent voneinander zu trennen. Dabei sind die elektrisch steuer-/regelbaren Komponenten dem Überdruckbereich, d. h. der Tankentlüftung, und die mechanischen Komponenten dem Unterdruckbereich, d. h. der Tankbelüftung, zugeordnet. Damit ist vorgesehen, nur den gewünschten Überdruck im Tank elektrisch zu steuern bzw. zu regeln. Hierfür ist eine besonders einfache Steuerung bzw. Regelung mit nur einem einzigen, festen Schwellwert vorgesehen. Beim Überschreiten dieses Schwellwertes für den Tankinnendruck wird das Sperrventil geöffnet und die Kraftstoffdämpfe in das Aktivkohlefilter geleitet. Beim Unterschreiten dieses einzigen, festen Schwellwertes wird das Sperrventil wieder geschlossen und somit eine gewünschte Druckbeaufschlagung des Tanks erreicht. Die Absicherung des Tanks gegen Unterdruck wird davon streng getrennt und rein mechanisch realisiert. Dafür ist ein mechanisches Unterdruckventil vorgesehen. Dieses ist jedoch gerade nicht in der Verbindungsleitung zwischen dem Dampfbereich des Tanks und dem Aktivkohlefilter angeordnet. Denn ein solcherart angeordnetes Unterdruckventil kann seine Schutzfunktion, beispielsweise bei vereistem Aktivkohlefilter, nur eingeschränkt wahrnehmen. Deshalb ist dieses mechanische Unterdruckventil räumlich komplett getrennt von der das elektrische Sperrventil aufweisenden Verbindungsleitung derart vorgesehen, das der Dampfbereich des Tanks gegen die Umgebung belüftet wird. Denn bei einem Unterdruckventil ist ja gerade kein Durchtritt von Kraftstoffdämpfen aus dem Tank in die Umgebung zu besorgen. Deshalb braucht in diesem Fall auch nicht über das Aktivkohlefilter belüftet zu werden, sondern es kann direkt von der Umgebung belüftet werden. Zusammenfassend ergibt sich eine einfache aber sichere Möglichkeit der Druckerhöhung in einem Tank eines Kraftfahrzeuges.
Durch die konsequente Trennung von elektrischen und mechanischen Komponenten wird sowohl ein zuverlässiger mechanischer Unterdruckschutz, als auch eine besonders einfache elektrische Überdruckregelung erreicht. Besonders bei herkömmlichen Kraftfahrzeugen mit Kunststofftank kann solcherart konstruktiv einfach eine Druckerhöhung im Tank und damit eine Ertüchtigung des Kraftfahrzeuges für beispielsweise den Einsatz von Start/Stopp-Systemen oder Hybridantrieben erzielt werden.
Bevorzugt findet bei einem Kraftfahrzeug mit Kunststofftank kein allzu hoher Schwellwert Verwendung. Besonders bevorzugt wird hier ein Wert von bis zu 25 hPa vorgesehen, da bei diesem relativ geringen Überdruck die Entstehung von Kohlenwasserstoffdämpfen ausreichend vermindert werden kann, ohne das beim Öffnen des Tankdeckels Probleme auftreten könnten, z. B. Kraftstoffaustritt. Damit kann insbesondere auf eine teure und aufwendige Betankungs- bzw. Tankdeckelöffnungserkennung verzichtet werden. Damit ergibt sich ein konstruktiv besonders einfach aufgebautes Drucktanksystem für ein Kraftfahrzeug.
Zusätzlich kann dabei eine Überprüfung vorgesehen sein, ob sich das Kraftfahrzeug in Betrieb befindet, d. h. beispielsweise ob dessen Geschwindigkeit größer als Null ist oder die Sitzbelegungserkennung aktiv ist. Denn nur in solchen Fällen findet üblicherweise anschließend ein Tankvorgang statt. Anders ausgedrückt ist eine Steuerung bzw. Regelung auf einen relativ geringen Tanküberdruck bei dem das anschließende Austreten von Kraftstoff im Betankungsfall verhindert werden muss, nur im Fahrbetrieb des Kraftfahrzeuges notwendig. Bei längerer Standzeit kann während dieser Zeit ein höherer Überdruckwert zugelassen werden, da kein baldiges Öffnen des Tankdeckels zu erwarten ist. In diesem Fall ist bevorzugt ein mechanisches Überdruckschutzventil parallel zum elektrischen Sperrventil vorgesehen, zur Absicherung eines zulässigen bzw. technisch möglichen Tankinnendrucks im Stillstand des Kraftfahrzeuges.
Alternativ ist ein fester Schwellwert aus dem Bereich oberhalb von 25 hPa, beispielsweise zwischen 100 und 300 hPa, vorgesehen. Dies stellt den Bereich dar, den übliche Kunststofftanks technisch als Überdruck verkraften können. In diesem Falle wären jedoch Vorkehrungen zur Erkennung der Tanköffnung zum Zweck des Betankens zu treffen, da bei derart hohen Drücken die Möglichkeit des Kraftstoffaustritts bei Öffnen des Tankdeckels besteht.
Das räumlich vom elektrisch ansteuerbaren Sperrventil getrennte, mechanische Unterdruckventil ist bevorzugt im Dampfraum des Tanks vorgesehen. Hierfür kann ein geeigneter Bereich ausgewählt werden. Durch diese konstruktiv sehr einfache Lösung ist eine zuverlässige Unterdruckschutzfunktion sichergestellt.
Aufgrund beengter Bauraumverhältnisse kann es jedoch vorkommen, dass eine derartige Platzierung eines Unterdruckschutzventils nicht möglich ist. Für diesen Fall kann eine eigene Verbindungsleitung zwischen dem Dampfraum des Tanks und dem Einfüllstutzen im Bereich des Tankdeckels vorgesehen sein. Dadurch ist das mechanische Unterdruckventil im Tankdeckel selbst platzierbar, wo stets ausreichend Bauraum verfügbar ist. Durch diese etwas aufwendigere Konstruktion ist ein zuverlässiger mechanischer Unterdruckschutz auch bei beengten Bauräumen im Tank möglich.
Die Erfindung wird nun anhand einer Zeichnung näher dargestellt. Dabei zeigt die einzige Fig. schematisch eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung.
In der Fig. dargestellt ist eine Tanklüftungsanlage für einen Tank 1. Der Tank 1 kann über einen Einfüllstutzen 2 mit Kraftstoff 11 befüllt werden. Über dem Kraftstoff 11 befindet sich ein Dampfraum 21, als dem Bereich des Tanks 1 der nicht mit Kraftstoff 11 gefüllt ist. Der Einfüllstutzen 2 ist durch einen Tankdeckel 5 verschlossen. Zum Öffnen des Einfüllstutzens wird der Tankdeckel 5 entfernt und der Kraftstoff 11 durch den Einfüllstutzen 2 in den Tank 1 eingefüllt. Sodann ist ein Differenzdrucksensor 3 vorgesehen, zum Messen des Tankinnendrucks als Druckdifferenz zwischen dem Dampfraum 21 des Tanks und der Umgebung. Zum Adorbieren der Kraftstoffdämpfe 21 ist ein Aktivkohlefilter 20 vorgesehen. Dies ist über eine Verbindungsleitung 7 an den Dampfraum 21 des Tanks 1 angebunden. Die Verbindungsleitung 7 weist ein elektrisch ansteuerbares Sperrventil 30 auf. Dieses Sperrventil 30 ist im Normalfall geschlossen, womit kein Kraftstoffdampf vom Tank 1 in den Aktivkohlefilter 20 gelangen kann. Dabei sind das elektrisch ansteuerbare Sperrventil 30 und der Differenzdrucksensor 3 die einzigen elektrischen Komponenten in der dargestellten Anordnung, die vermittels einer Elektronik M gesteuert bzw. geregelt werden. Zur Regenerierung des Aktivkohlefilters 20 wird diesem durch eine Öffnung 21 Frischluft zugeführt. Die Frischluft löst die im Aktivkohlefilter 20 adsorbierten Kohlenwasserstoffe und führt diese durch eine Leitung 22 zum Verbrennungsmotor, wo dann die mit Kohlenwasserstoffen beladene Luft verbrannt wird.
Indem im Normalfall sowohl das Sperrventil 30 als auch der Tankdeckel 5 geschlossen sind, ergibt sich im Tank 1 ein abgeschlossener Dampfraum 21. Durch Wärmeeintrag in den Tank 1, insbesondere in den Kraftstoff 11, wird der Druck im Dampfraum 21, d. h der Tankinnendruck, erhöht. Der Wärmeeintrag erfolgt beispielsweise durch Abwärme des Verbrennungsmotor, der Abgasanlage und der elektrischen Kraftstoffpumpe des Kraftfahrzeuges sowie durch andere Wärmeeinträge, z. B. den Wärmerücklauf einer (nicht dargestellten) Kraftstoffversorgung des Verbrennungsmotors aus dem Tank 1. Die durch diesen Wärmeeintrag realisierte Volumenausdehnung führt zu einem erhöhten Druck im Dampfraum 21 des Tanks. Diese erwünschte Druckerhöhung bewirkt eine verminderte Entstehung von Kraftstoffdämpfen des Kraftstoffs 11 im Dampfbereich 21. Dieser Tankinnendruck wird mittels des Differenzdrucksensors 3 zuverlässig überwacht. Solange der Tankinnendruck unterhalb eines festen, positiven Schwellwertes ist, bleibt das Sperrventil 30 geschlossen. Dieser feste, positive Schwellwert ist dabei tankspezifisch, d. h. abhängig nur von der spezifischen Konstruktion des Tanks 1. Sobald der Tankinnendruck jedoch größer wird, ist eine Öffnung des Sperrventils 30 vorgesehen. Damit werden die Kohlenwasserstoffdämpfe vom Dampfbereich 21 über die Verbindungsleitung 7 in den Aktivkohlefilter 20 geleitet, wo sie adsorbiert werden, wodurch der Tankinnendruck wieder absinkt. Sobald der Tankinnendruck wieder als unterhalb des festen, positiven Schwellwertes liegend gemessen wird, wird das Sperrventil 30 geschlossen.
Durch die entsprechende Steuerung bzw. Regelung des elektrischen Sperrventils 30 vermittels der Elektronik M ist ein gewünschter, positiver Tankinnendruck im Tank 1 einstellbar. Durch die Verwendung eines einzigen, festen Schwellwertes zur Steuerung bzw. Regelung des Sperrventils 30 ergibt sich eine besonders einfache Überdruckregelung für den Tank 1. Als Unterdruckschutz ist dem gegenüber ein mechanisches Unterdruckventil 6 im Tankdeckel 5 vorgesehen, zur Belüftung des Tanks 1 gegen die Umgebung. Da der Tankdeckel 5 den Tankstutzen 2 abschließt und dieser üblicherweise mit einem Anti-Spritzschutzventil 8 tankseitig verschlossen ist, ist kein freier Austausch zwischen den Kraftstoffdämpfen im Bereich des Einfüllstutzens 2 und den Kraftstoffdämpfen im Bereich des Dampfbereichs 21 möglich. Hierzu ist nun eine Diagnoseleitung 4 vorgesehen, welche den Dampfbereich 21 des Tanks 1 mit dem Deckelbereich des Tankstutzens 2 verbindet. Somit wird durch das mechanische Unterdruckventil 6 ein zuverlässiger Unterdruckschutz des Tanks 1 ermöglicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 4040895 [0002]

Claims

Tanklüftungsanlage für ein Kraftfahrzeug, umfassend – einen Tank (1) für brennbare Kraftstoffe – einen Aktivkohlefilter (20), zur Adsorption von Kohlenwasserstoffdämpfen des über eine Verbindungsleitung (7) zur Entlüftung angebundenen Tanks – ein elektrisch ansteuerbares Sperrventil (30) in der Verbindungsleitung – einen Differenzdrucksensor (3) zum Messen der Druckdifferenz zwischen dem Dampfraum (21) des Tanks und der Umgebung dadurch gekennzeichnet, dass der Tank aus Kunststoff und die Verbindungsleitung unterdruckventillos ausgeführt ist, wobei ein mechanisches Unterdruckventil (6) zur Tankbelüftung gegen die Umgebung vorgesehen ist, und wobei das Sperrventil geschlossen vorgesehen ist, wenn die vom Differenzdrucksensor gemessene Druckdifferenz unterhalb eines festen, positiven Schwellwerts liegt, und geöffnet vorgesehen ist, wenn diese Druckdifferenz über dem Schwellwert liegt.
Tanklüftungsanlage nach Anspruch 1, wobei das mechanische Unterdruckventil im Dampfraum des Tanks vorgesehen ist.
Tanklüftungsanlage nach Anspruch 1, wobei das mechanische Unterdruckventil im Tankdeckel (5) des Einfüllstutzens (2), und zusätzlich eine Diagnoseleitung (4) vom Dampfraum des Tanks zum Einfüllstutzen, vorgesehen ist.
Tanklüftungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein mechanisches Überdruckschutzventil parallel zum Sperrventil vorgesehen ist.
Tanklüftungsanlage nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Tank anstatt aus Kunststoff aus Blech, insbesondere aus Aluminium- oder Stahlblech, vorgesehen ist.
Verfahren zur Tanklüftung eines Tanks (1) für brennbare Kraftstoffe in einem Kraftfahrzeug, umfassen die Schritte – Öffnendes Ansteuern eines elektrischen Sperrventils (30) in einer unterdruckventillosen Verbindungsleitung (7) zwischen dem Dampfraum (21) des Tanks und einem Aktivkohlefilter (20) zur Entlüftung, zur Adsorption von Kohlenwasserstoffdämpfen im Aktivkohlefilter, wenn die von einem Differenzdrucksensor (3) gemessene Druckdifferenz zwischen dem Dampfraum und der Umgebung größer oder gleich einem festen, positiven Schwellwert ist, und – schließendes Ansteuern des elektrischen Sperrventils, zur Druckbeaufschlagung des Tanks, wenn die gemessene Druckdifferenz kleiner als dieser Schwellwert ist.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das Verfahren tankdeckelöffnungsunabhängig durchgeführt wird und der feste Schwellwert einen Wert von 25 hPa nicht überschreitet.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei zusätzlich geprüft wird, ob sich das Kraftfahrzeug in Betrieb befindet, und nur bejahender Weise das Verfahren durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schwellwert als fester Wert oberhalb von 25 hPa, insbesondere aus dem Bereich zwischen 100 und 300 hPa, vorgesehen ist.