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Die
Erfindung betrifft ein Tankentlüftungssystem
für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Kraftstofftank und einer Druckhalteventileinrichtung,
die dazu dient, in dem Kraftstofftank oberhalb einer im Kraftstofftank befindlichen
Kraftstoffmenge einen geringen Überdruck
aufrechtzuerhalten, indem ein überschüssiger Gasvolumenstrom
abgeführt
wird.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, ein Tankentlüftungssystem gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1 im Betrieb, insbesondere beim Betanken des Kraftfahrzeugs,
zu optimieren.
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Die
Aufgabe ist bei einem Tankentlüftungssystem
für ein
Kraftfahrzeug, mit einem Kraftstofftank und einer Druckhalteventileinrichtung,
die dazu dient, in dem Kraftstofftank oberhalb einer im Kraftstofftank befindlichen
Kraftstoffmenge einen geringen Überdruck
aufrechtzuerhalten, indem ein überschüssiger Gasvolumenstrom
abgeführt
wird, dadurch gelöst, dass
die Druckhalteventileinrichtung einen in Abhängigkeit von dem abgeführten Gasvolumenstrom
variablen Durchströmungsquerschnitt
aufweist, der mit steigendem Gasvolumenstrom zunimmt. Im Rahmen der
vorliegenden Erfindung wurde festgestellt, dass eine beim Betanken
des Kraftstofftanks mit einer Zapfpistole durch den eingefüllten Kraftstoff
in dem Kraftstofftank bewirkte Druckerhöhung zu einem unerwünschten
vorzeitigen Abschalten der Zapfpistole führen kann. Das konnte darauf
zurückgeführt werden,
dass ein von der Druckhalteventileinrichtung ausgeübter Gegendruck
mit steigendem abgeführtem
Gasvolumenstrom so zunimmt, dass der Gasvolumenstrom nicht mehr
schnell genug abgeführt
werden kann. Durch den erfindungsgemäß zunehmenden Durchströmungsquerschnitt
der Druckhalteventileinrichtung kann der beim Betanken steigende
oder größer werdende
Gasvolumenstrom schnell genug abgeführt werden, so dass ein unerwünschtes
frühzeitiges
Abschalten der Zapfpistole sicher verhindert wird. Wesentlich dabei
ist, dass der Durchströmungsquerschnitt
durchflussgesteuert zunimmt, abhängig vom
abgeführten
Gasvolumenstrom.
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Ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tankentlüftungssystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung
mehrere Druckhalteventile umfasst, die parallel geschaltet sind
und in Abhängigkeit
vom abgeführten
Gasvolumenstrom durchströmt
werden. Bei einem geringen oder normalen Gasvolumenstrom wird zum
Beispiel nur ein Druckhalteventil durchströmt. Bei steigendem Gasvolumenstrom
kann mindestens ein weiteres Druckhalteventil zugeschaltet werden,
das dann ebenfalls durchströmt
wird. Dadurch wird eine gestufte Veränderung des Durchströmungsquerschnitts
in Abhängigkeit
von dem abgeführten
Gasvolumenstrom ermöglicht.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tankentlüftungssystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die parallel geschalteten Druckhalteventile
als Gleichteile ausgeführt
sind. Vorzugsweise werden identische Serienventile parallel geschaltet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tankentlüftungssystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung einen Öffnungs-
und/oder Schließmechanismus
umfasst, der in Abhängigkeit
von dem abgeführten
Gasvolumenstrom eine kontinuierliche Verstellung des Durchströmungsquerschnitts
ermöglicht.
Mit steigendem Gasvolumenstrom nimmt der Durchströmungsquerschnitt
der Druckhalteventileinrichtung kontinuierlich zu, und umgekehrt.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tankentlüftungssystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungs- und/oder Schließmechanismus
der Druckhalteventileinrichtung einen federvorgespannten Schließkörper umfasst,
der in Abhängigkeit
von dem Druck im Kraftstofftank angesteuert wird, um den Durchströmungsquerschnitt kontinuierlich
zu verändern.
Der Schließkörper kann zum
Beispiel mehr oder weniger in eine Ausgangsleitung des Kraftstofftanks
hinein oder aus der Ausgangsleitung heraus bewegt werden, um den
Durchströmungsquerschnitt
im Bereich des Schließkörpers zu
verkleinern beziehungsweise zu vergrößern.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tankentlüftungssystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung mindestens
einen Bypass umfasst, der in Abhängigkeit
vom abgeführten
Gasvolumenstrom durchströmt wird.
Der Bypass ist bei einem normalen oder geringen Gasvolumenstrom
geschlossen und wird bei steigendem Gasvolumenstrom geöffnet.
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Ein
weiteres bevorzugtes Ausführungsbeispiel
des Tankentlüftungssystems
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Druckhalteventileinrichtung zusätzlich ein
Unterdruckventil umfasst. Das Unterdruckventil dient dazu, einen
unerwünschten
Unterdruck im Kraftstofftank abzubauen. Durch die Integration des
Unterdruckventils in die Druckhalteventileinrichtung können der
Aufbau und/oder die Montage des Tankentlüftungssystems vereinfacht werden.
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Die
Erfindung betrifft des Weiteren ein Kraftfahrzeug mit einem vorab
beschriebenen Tankentlüftungssystem.
Das Tankentlüftungssystem
dient dazu, eine unerwünschte
Dampfentwicklung im Kraftstofftank im Betrieb, insbesondere im Betankungsfall, zu
reduzieren. Bei dem Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um
ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System oder um ein Hybridfahrzeug.
Zur Vermeidung des Austretens von Kraftstoffdämpfen aus dem Kraftstofftank
kann der Druckhalteventileinrichtung ein Aktivkohlefilter nachgeschaltet
sein. Der Aktivkohlefilter dient vorzugsweise zur Aufnahme und Reinigung
der Kraftstoffdämpfe,
bevor der abgeführte
Gasvolumenstrom in die Umgebung gelangt. Als geringer Überdruck
wird im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung beispielsweise
ein Überdruck
von 25 HPa (Hektopascal) angesehen. Die erfindungsgemäße Druckhalteventileinrichtung
ist vorzugsweise in einer Ausgangsleitung zwischen dem Kraftstofftank
und dem Aktivkohlefilter beziehungsweise der Umgebung angeordnet.
Die Druckhalteventileinrichtung ist vorzugsweise unterhalb eines Überdruck-Grenzwertes, von
zum Beispiel 25 HPa, geschlossen und oberhalb dieses Grenzwertes
geöffnet.
Die Kraftstoffdämpfe aus
dem Kraftstofftank können
nur dann in den Aktivkohlefilter und gegebenenfalls die Umgebung
gelangen, wenn die Druckhalteventileinrichtung geöffnet ist.
Durch die erfindungsgemäße Ausführung des Tankentlüftungssystems
wird ein Betankungsvorgang ermöglicht,
bei dem der Kraftstoffdampf, der durch eingefüllten neuen Kraftstoff verdrängt wird, schnell
und gegen eine näherungsweise
konstanten Gegendruck aus dem Kraftstofftank ausströmen kann.
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Weitere
Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus
der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung
verschiedene Ausführungsbeispiele
im Einzelnen beschrieben sind. Es zeigen:
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1 eine
stark vereinfachte Darstellung eines erfindungsgemäßen Tankentlüftungssystems
mit einer Druckhalteventileinrichtung;
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2 ein
Ausführungsbeispiel
einer Druckhalteventileinrichtung, die eine gestufte Änderung des
Durchströmungsquerschnitts
ermöglicht
und
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3 eine
Druckhalteventileinrichtung, die eine kontinuierliche Veränderung
des Durchströmungsquerschnitts
ermöglicht.
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In 1 ist
ein Tankentlüftungssystem 1 eines
Kraftfahrzeugs schematisch stark vereinfacht dargestellt. Bei dem
Kraftfahrzeug handelt es sich vorzugsweise um ein Fahrzeug mit Start-Stopp-System
oder um ein Hybridfahrzeug mit einem Kraftstofftank 4 oder
Kraftstoffbehälter,
der zum Einfüllen
von Kraftstoff einen Einfüllstutzen 5 aufweist.
In den Einfüllstutzen 5 ist
eine Zapfpistole 6 einer (nicht dargestellten) Betankungseinrichtung,
zum Beispiel einer Zapfsäule
einer Tankstelle, eingesteckt. Durch einen Pfeil 10 ist
angedeutet, wie der Kraftstoff beim Tanken aus der Zapfpistole 6 in
den Kraftstofftank 4 gelangt. Der in dem Kraftstofftank 4 enthaltene
Kraftstoff 8 sammelt sich aufgrund der Schwerkraft im unteren
Bereich des Kraftstofftanks 4. Oberhalb des Kraftstoffs 8 ist
in dem Kraftstofftank 4 ein Gasvolumen 12 eingeschlossen.
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Um
eine unerwünscht
starke Dampfbildung im Kraftstofftank 4 im Betriebs- und
Betankungsfall zu reduzieren, ist es hilfreich, den Kraftstofftank 4 unter
Druck zu setzen. Daher wird der Kraftstofftank 4 mit Hilfe
mindestens eines Druckhalteventils vorgespannt, das heißt mit einem
geringen Überdruck
beaufschlagt. Zum anderen wird der Kraftstofftank 4 mit Hilfe
eines Unterdruckschutzventils gegen einen zu großen Unterdruck geschützt, der
den Kraftstofftank 4 in unerwünschter Weise zusammenziehen
könnte.
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Von
der Oberseite des Kraftstofftanks 4 geht eine Ausgangsleitung 14 aus,
die, wie durch Pfeile 16 und 17 angedeutet ist,
ein Ausströmen
eines Gasvolumenstroms aus dem Gasvolumen 12 ermöglicht, wenn
ein Grenzwert für
den Überdruck
in dem Kraftstofftank 4 überschritten wird. Zu diesem
Zweck ist in der Ausgangsleitung 14 eine Druckhalteventileinrichtung 20 vorgesehen,
die durch ein Rechteck 22 angedeutet ist. Der ausströmende Gasvolumenstrom 16, 17 wird
vorzugsweise einer Reinigungseinrichtung zugeführt, die zum Beispiel einen
Aktivkohlefilter umfasst. Der gereinigte Gasvolumenstrom gelangt
dann zum Beispiel in die Umgebung, wo Umgebungsdruck herrscht.
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In
das Rechteck 22 ist ein kartesisches Koordinatendiagramm
mit einer Y-Achse 24, auf welcher der Druck im Kraftstofftank 4,
zum Beispiel in bar, aufgetragen ist, und mit einer X-Achse 25 eingezeichnet, auf
welcher die Durchflussmenge, das heißt der durch die Ausgangsleitung 14 abgeführte Gasvolumenstrom
aufgetragen ist. Durch eine gerade Linie 27, die parallel
zur X-Achse 25 verläuft,
ist angedeutet, dass der Druck im Kraftstofftank 4, der
auf der Y-Achse 24 aufgetragen ist, unabhängig von
dem in die Umgebung abgeführten
Gasvolumenstrom 16, 17 nahezu konstant bleibt.
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Die
erfindungsgemäße Druckhalteventileinrichtung 20 sorgt
dafür,
dass bei höheren
Gasvolumenströmen
ein größerer Durchflussquerschnitt,
das heißt
Durchströmungsquerschnitt
für den
Gasvolumenstrom bereitgestellt wird. Der größere Durchflussquerschnitt
oder Durchströmungsquerschnitt
kann zum Beispiel durch Öffnen
mindestens eines Bypasses geschaffen werden.
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Durch
die erfindungsgemäße Druckhalteventileinrichtung 20 wird
auf einfache Art und Weise sichergestellt, dass das beim Betanken
durch den einströmenden
Kraftstoff 10 verdrängte
Gasvolumen 12 schnell und gegen einen im Wesentlichen gleich bleibenden
Widerstand abgeführt
wird. Die Druckhalteventileinrichtung 20 arbeitet vorzugsweise
in einem Bereich 0 bis 25 Hektopascal oder HPa. Durch die Druckhalteventileinrichtung 20 kann
im Kraftstofftank 4 auf einfache Art und Weise, auch beim
Betanken, ein gewünschter
geringer Überdruck
gehalten werden, und zwar nahezu unabhängig von dem durch die Druckhalteventileinrichtung
strömenden
Gasvolumenstrom 16, 17. In 2 ist ein
Abschnitt der Ansaugleitung 14 aus 1 mit einer
Druckhalteventileinrichtung 30 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
dargestellt. Durch ein Rechteck 31 ist angedeutet, dass
in Strömungsrichtung
vor der Druckhalteventileinrichtung 30 Tankdruck, also
der Druck im Kraftstofftank 4, herrscht. Durch einen Pfeil 32 ist
der aus dem Kraftstofftank 4 abgeführte Gasvolumenstrom angedeutet.
Durch ein weiteres Rechteck 35 ist angedeutet, dass in
Strömungsrichtung
nach der Druckhalteventileinrichtung 30 Umgebungsdruck herrscht.
Durch einen weiteren Pfeil 36 ist der in die Umgebung abgeführte Gasvolumenstrom
angedeutet.
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Die
Druckhalteventileinrichtung 30 umfasst zwei Druckhalteventile 41, 42,
die in der Ausgangsleitung 14 parallel geschaltet sind,
wie durch Pfeile 44 bis 47 angedeutet ist. Bei
den beiden Druckhalteventilen 41, 42 handelt es
sich um Gleichteile, insbesondere um herkömmliche Druckhalteventile.
Das zweite Druckhalteventil 42 öffnet bei Überschreiten eines nur unwesentlich,
bedingt durch zum Beispiel eine konstruktionsbedingte Streuung der
baugleichen Druckhalteventile 41, 42, höheren Drucks,
wodurch ein größerer Durchströmungsquerschnitt
freigegeben wird.
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Dadurch
kann bei etwa gleicher Vorspannung des Kraftstofftanks der Durchflusswiderstand gegenüber der
Verwendung von nur einem Druckhalteventil halbiert werden. Durch
die erfindungsgemäße Druckhalteventileinrichtung 30 mit
dem zweiten Druckhalteventil 42 kann bei gleichem Druck,
das heißt
bei gleicher Vorspannung des Kraftstofftanks, der Durchflusswiderstand
stufenweise abgesenkt werden. Die beiden Druckhalteventile 41, 42 weisen nominell
identische Druckhaltewerte auf.
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In 3 ist
ein Ausführungsbeispiel
dargestellt, bei dem in der Ausgangsleitung 14 eine Druckhalteventileinrichtung 50 mit
einem Öffnungs- und/oder
Schließmechanismus 60 angeordnet
ist. Die Druckhalteventileinrichtung 50 umfasst einen Schließkörper 62,
durch den die Ansaugleitung 14 geschlossen oder geöffnet werden
kann.
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Der
freigegebene Öffnungsquerschnitt
oder Durchströmungsquerschnitt
kann mit Hilfe des Schließkörpers 62 stufenlos,
das heißt
kontinuierlich, verstellt werden, wie durch einen Doppelpfeil 64 angedeutet
ist. Der Schließkörper 62 ist
durch eine Feder 65, zum Beispiel in seine Öffnungsstellung,
vorgespannt und wird über
eine Steuereinrichtung 68 und ein Drucksteuerelement 69 angesteuert,
das mit dem Tankdruck beaufschlagt ist. Alternativ ist anstelle
der Feder 65 ein elektrischer Aktuator vorgesehen, der über eine
elektrische Steuerleitung 68 an einen Drucksensor 69 angeschlossen
ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung ist in die Druckhalteventileinrichtung 20; 30; 50 ein
Unterdruckschutzventil, wie es vorab beschrieben ist, integriert.
Um einen unerwünschten
Unterdruck in dem Kraftstofftank abzubauen, reicht ein einziges
herkömmliches
Unterdruckschutzventil, das zum Beispiel mit den beiden Druckhalteventilen 41, 42 in
einem gemeinsamen Ventilgehäuse
untergebracht ist.