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Die Erfindung bezieht sich auf eine Aktivkohleeinheit entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus Gründen des Umweltschutzes muss ein Entweichen von Kohlenwasserstoffanteilen aus dem Kraftstoffbehälter eines Tanksystems, welches zum Ausgleich von unterschiedlichen Füllungsgraden, Temperaturschwankungen, Verdunstungen etc. mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht begrenzt werden. Gesetzliche Auflagen fordern ferner eine automatisiert durchzuführende Dichtheitsüberprüfung des Tanksystems.
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Aus dem Dokument
US 6 390 073 B1 ist ein Tanksystem eines Kraftfahrzeugs mit einer Aktivkohlefiltereinheit bekannt, welche aus einem intern zwei zur Aufnahme von Aktivkohle bestimmte, über einen Spalt miteinander in Verbindung stehende Kammern bildenden Gehäuse besteht, wobei die eine Kammer mit Anschlüssen für solche Leitungen versehen ist, die mit dem Kopfraum eines Kraftstoffbehälters sowie solchen, die mit einem Ansaugbereich eines Verbrennungsmotors in Verbindung stehen. Die andere Kammer ist an ihrem, dem Spalt abgekehrten Ende unter Zwischenanordnung eines ersten elektrisch betätigbaren Ventils und eines Filters mit einer in die freie Atmosphäre führenden Entlüftungsleitung versehen. Dieses erste Ventil ist als eine, in eine zylindrische Ausnehmung des Gehäuses einschiebbare Baueinheit konzipiert und dahingehend angelegt, dass es im spannungslosen Zustand öffnet und unter Spannung schließt. Es ist ferner mit der Maßgabe konzipiert, dass der durch eine Feder eingeleitete Öffnungsvorgang durch das Vakuum des genannten Ansaugbereichs unterstützt wird. Ein zweites elektrisch betätigbares Ventil befindet sich in der, die erste Kammer mit dem genannten Ansaugbereich verbindenden Leitung.
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Während eines Betankens bei stillstehendem Motor befindet sich das erste Ventil in der Öffnungsstellung, so dass mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Luft aus dem Kopfraum des Kraftstoffbehälters verdrängt und über die aktivkohlehaltigen Kammern und das Filter in die Atmosphäre entweichen kann, wobei ein Kohlenwasserstoffanteil adsorptiv zurückgehalten wird. Bei laufendem Motor wird Luft umgekehrt über das Filter und das offene erste Ventil angesogen, wobei im Bereich der Kammern noch gebundene Kohlenwasserstoffanteile infolge Desorption mitgeführt und über das offene zweite Ventil in den Brennraum des Motors eingeführt werden.
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Dadurch, dass zuerst das erste und anschließend das zweite Ventil in eine Schließstellung überführt werden, so dass das Tanksystem bei laufendem Motor vorübergehend vollständig der Wirkung des Motorvakuums ausgesetzt ist, wird innerhalb des Tanksystems ein definierter Unterdruck entwickelt, so dass der Verlauf des Abbaus eines Differenzdruckes zu der Umgebungsatmosphäre Anhaltspunkte für eventuell vorhandene unzulässige Leckagen liefert.
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Derartige Aktivkohlefiltereinheiten sind beispielsweise auch aus den Druckschriften
US 2003 / 0 089 345 A1 ,
DE 94 08 869 U1 und
DE 41 26 880 A1 bekannt.
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Wesensmerkmal dieser bekannten Aktivkohlefiltereinheiten ist, dass zur Darstellung der unterschiedlichen Betriebsformen des Be- bzw. Entlüftens, des Spülens sowie einer Dichtheitsüberprüfung innerhalb des Tanksystems ein Zusammenwirken einzeln zu montierender Bauelemente auch außerhalb der Aktivkohlefiltereinheit erforderlich sind. Dies kann in einzelnen Fällen einen hohen Montageaufwand mit sich bringen und bei der Dichtheitsüberprüfung, die letztendlich auf einem Vergleich mit einem standardmäßigen Druckverlauf beruht, aufwändige, individuell an die Einbausituation angepasste Justierungsarbeiten erforderlich machen. Auch kann sich eine Funktions-prüfung der während des Entlüftungsbetriebes bzw. eines Spülbetriebes sowie einer Dichtheitsprüfung zusammenwirkenden Komponenten des Tanksystems vergleichsweise aufwändig gestalten.
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Es ist vor diesem Hintergrund die Aufgabe der Erfindung, eine Aktivkohleeinheit der eingangs bezeichneten Art mit Hinblick auf eine vereinfachte montagemäßige Handhabbarkeit, insbesondere einen einfacheren Aufbau des Tanksystems hin auszugestalten. Gelöst ist diese Aufgabe bei einer solchen Aktivkohleeinheit durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Anspruchs 1.
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Erfindungswesentlich ist hiernach das Konzept eines Steuerungsmodules, somit eines von dem Gehäuse der Aktivkohleeinheit im Übrigen begrifflich und gegenständlich trennbaren Bauelements, in welches zumindest die die Verbindungen zur Umgebungsatmosphäre sowie zu dem Ansaugbereich der Verbrennungskraftmaschine begründenden oder trennenden Ventile baulich integriert sind. Zum Aufbau des Tanksystems entfällt somit der Einbau von Ventilen im Verlauf von Leitungen, durch welche diese Verbindungen dargestellt sind. Dies bringt eine Vereinfachung bei der Montage, insbesondere jedoch den Vorteil mit sich, dass die Funktionalität von Ventilen und Sensoren außerhalb des Aktivkohlefilters überprüfbar ist. Darüber hinaus kann auch eine aus dem Gehäuse mit eingesetztem Steuerungsmodul bestehende Baueinheit vor dem Einbau in ein Fahrzeug geprüft werden. Das Steuerungsmodul steht in jedem Fall mit dem Gehäuse in Wirkverbindung und kann im Störfall einfach ausgetauscht werden. Die Art der Verbindung kann in einer bauteilmäßigen Zusammenfassung bestehen - die Verbindung kann jedoch von lediglich funktioneller Art sein.
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Das Steuerungsmodul steht mit dem Gehäuse in lösbarer Verbindung. Beispielsweise kann für das Steuerungsmodul ein separates Gehäuse vorgesehen sein, welches mit dem Gehäuse der Aktivkohlefiltereinheit in lösbarer Verbindung steht.
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Zahlreiche Funktionen des Tanksystems, insbesondere steuerungstechnischer, mess- bzw. überwachungstechnischer Art sind in das Steuerungsmodul einbezogen. Wesentlich ist in diesem Zusammenhang, dass diese in einer austauschbar angeordneten Baugruppe zusammengefasst sind. Im Einzelnen kann es sich hierbei um ein Rückschlagventil handeln, dessen Verwendung als solche bekannt ist, nämlich um Druckspitzen des Verbrennungsraumes des Motors aufzufangen. Es kann sich ferner um Sensoren zur Erfassung von Druck und Temperatur der Gasatmosphäre des Tanksystems handeln, somit insgesamt um alle den Gasfluss innerhalb des Tanksystems unterbindenden oder freigebenden sowie dessen Daten, insbesondere thermischer Art erfassenden Baugruppen bzw. Bauelemente. Diese sind somit in dem Steuerungsmodul zusammengefasst, so dass sich der Aufbau des Gehäuses im Übrigen vergleichsweise einfach gestaltet.Auch ein Luftfilter ist in das Steuerungsmodul einbezogen.
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Das Steuerungsmodul kann entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 2 in eine Ausnehmung des Gehäuses einsetzbar und in diesem eingesetzten Zustand in geeigneter Weise zuverlässig festlegbar sein.
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Die Merkmale der Ansprüche 3 und 4 sind auf weitere Merkmale des Steuerungsmodules gerichtet. An diesem befindet sich hiernach ein Gehäuseteil, welches eine Schnittstelle für sämtliche elektrischen Leitungen mess-, steuerungs- und energieversorgungstechnischer Art bildet, wobei hier beispielsweise eine Steckverbindung vorgesehen sein kann. Diese einheitliche elektrische Anschlussstelle bietet gleichzeitig Möglichkeiten einer standardisierten Fehlerprüfung im ausgebauten Zustand des Steuerungsmodules.
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Die Merkmale der Ansprüche 5 und 6 sind auf die Ausgestaltung des Steuerungsmodules gerichtet, soweit es dessen Eignung zur Durchführung einer automatisiert ablaufenden Dichtheitsüberprüfung des Tanksystems betrifft. Zu diesem Zweck ist eine Messkammer eingerichtet, deren Gasatmosphäre derjenigen des Tanksystems im Übrigen entspricht und die mit den genannten Sensoren in Wirkverbindung steht. Zur Durchführung einer Dichtheitsprüfung, welche auf der vorübergehenden Darstellung eines teilweisen Vakuums mittels des Ansaugbereichs der Verbrennungskraftmaschine und der Auswertung dessen zeitlichen Verlaufs basiert, ist eine übergeordnete, ein Computersystem beinhaltende Steuerung erforderlich, welche den Vorgang der Dichtheitsprüfung auslöst und anhand von Vergleichsdaten eine Aussage über das Ergebnis der Dichtheitsprüfung ermöglicht.
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Die Merkmale der Ansprüche 7 und 8 sind auf weitere Ausgestaltungen des Steuerungsmodules bzw. des Gehäuses gerichtet, dessen wenigstens eine, eine Aktivkohlefüllung aufnehmende Kammer in jedem Fall einen Abschnitt des innerhalb der Aktivkohleeinheit darzustellenden Strömungspfades bildet, und zwar sowohl während der Be- und Entlüftung des Tanksystems als auch während der Dichtheitsüberprüfung.
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Man erkennt anhand der vorstehenden Ausführungen, dass mit der erfindungsgemäßen Aktivkohleeinheit ein Bauelement zur Verfügung gestellt wird, welches sich durch einen gegenüber dem Stand der Technik höheren Grad an Zusammenfassung von Funktionselementen eines Tanksystems auszeichnet. Insbesondere aufgrund der Austauschbarkeit des Steuerungsmodul ergeben sich Vorteile montagetechnischer Art sowie bei der Fehlerdiagnose, da eine Überprüfung sämtlicher Funktionen des Steuerungsmodules im ausgebauten Zustand vorgenommen werden kann.
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Weiterhin ergibt sich der Vorteil eines sehr einfach beschaffenen Gehäuses im Übrigen, so dass eine Verwendbarkeit des Steuerungsmodules bei unterschiedlichen Gehäusen möglich ist, die lediglich mit Mitteln zur Befestigung bzw. Aufnahme und mit Schnittstellen eines Strömungspfades zur Einbindung einer Aktivkohle enthaltenden Kammer ausgerüstet sein müssen.
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Die Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf das in den Zeichnungen dargestellte Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. Es zeigen:
- 1 ein Schaltschema eines eine Aktivkohlefiltereinheit einbeziehenden Tanksystems eines Kraftfahrzeugs;
- 2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Aktivkohlefiltereinheit;
- 3 eine perspektivische Darstellung des Steuerungsmodules der Aktivkohlefiltereinheit gemäß 2;
- 4 eine vergrößerte teilweise Schnittdarstellung der Aktivkohlefiltereinheit mit eingesetztem Steuerungsmodul entsprechend einer Schnittebene IV - IV der 2;
- 5 eine perspektivische Darstellung der Aktivkohlefiltereinheit, bei der das Steuerungsmodul entfernt worden ist;
- 6 eine Darstellung der Aktivkohlefiltereinheit mit eingesetztem Steuerungsmodul in einer vertikalen Schnittebene;
- 7 eine Darstellung einer Aktivkohlefiltereinheit mit eingesetztem Steuerungsmodul während einer Spülphase in einer vertikalen Schnittebene;
- 8 eine Darstellung einer Aktivkohlefiltereinheit mit eingesetztem Steuerungsmodul während einer Entlüftungsphase in einer vertikalen Schnittebene;
- 9 eine teilweise Darstellung einer Aktivkohlefiltereinheit mit eingesetztem Steuerungsmodul in einer Schnittebene IX - IX der 8.
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Mit 1 ist in 1 der Kraftstoffbehälter eines Tanksystems bezeichnet, dessen Kopfraum über eine Lüftungsleitung 2 mit einer Aktivkohleeinheit 3 in Verbindung steht. Mit 4 ist ein die Temperatur der Gasatmosphäre des Tanksystems erfassender Sensor bezeichnet, dessen Funktion im Folgenden noch näher erläutert werden wird. Praktisch kann die Lüftungsleitung auch an einer anderen Stelle des Tanksystems bzw. einer Tankleitung angeordnet sein.
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Eine weitere, an der Aktivkohleeinheit angeschlossene Luftleitung 5 führt über ein Ventil 6 und ein Luftfilter 7 in die freie Atmosphäre. Über eine andere Luftleitung 8, in deren Verlauf in Richtung auf das Ansaugrohr 11 einer zeichnerisch nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine hin aufeinander folgend ein Ventil 9 und ein Rückschlagventil 10 angeordnet sind, verbindet die Aktivkohleeinheit 3 mit dem Ansaugrohr 11.
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Mit 12 ist ein, mit der Aktivkohlefilereinheit in Verbindung stehender, zur Erfassung eines Differenzdruckes zwischen dem Tanksystem und der umgebenden Atmosphäre bestimmter Sensor bezeichnet, dessen Funktion im Folgenden ebenfalls noch erläutert werden wird.
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Wie anhand der 2, 3 und 5 erkennbar ist, besteht die Aktivkohlefilereinheit 3 aus einem Gehäuse 13, in dessen oberen Bereich eine Aufnahme 14 für ein Steuerungsmodul 15 eingeformt ist, welches lösbar in diese Ausnehmung 14 einsetzbar und in der eingesetzten Position in geeigneter zeichnerisch nicht dargestellter Weise fixiert ist. Das Gehäuse 13 ist mit Anschlüssen 16 für die Luftleitung 5 und 17 für die Leitung 2 versehen.
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Das Steuerungsmodul 15 besteht aus einem langgestreckten, global zylindrischen Grundkörper 18, an dessen einem Ende sich ein Anschluss 19 für die Leitung 8 befindet, wobei zur Erläuterung dessen Beschaffenheit im Übrigen auf die 4 Bezug genommen wird.
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Erfindungsgemäß ist das Ventil 6 in das Steuerungsmodul 15 integriert und durch einen elektromagnetisch zu betätigenden, in Achsrichtung des Grundkörpers 18 beweglichen Ventilteller 20 gekennzeichnet, der zum Zusammenwirken mit einer kreisringförmigen Ventilsitzfläche 21 im Eingangsbereich des Luftfilters 7 eingerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist das Ventil 9 in das Steuerungsmodul 15 integriert und durch einen elektromagnetisch zu betätigenden, ebenfalls in Achsrichtung des Grundkörpers 18 beweglichen Ventilteller 22 gekennzeichnet, der zum Zusammenwirken mit einer, durch die eine Stirnseite eines Rohrelements 23 gebildeten Ventilsitzfläche 24 eingerichtet ist.
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Erfindungsgemäß ist schließlich das Rückschlagventil 10 in das Steuerungsmodul 15 integriert und durch einen ebenfalls in Achsrichtung des Grundkörpers beweglichen Ventilteller 25 gekennzeichnet, der zum Zusammenwirken mit einer durch die andere Stirnseite des Rohrelements 23 gebildeten Ventilsitzfläche 26 eingerichtet ist und in der zeichnerischen Darstellung gemäß 4 in rechtsseitiger Richtung unter Federvorspannung an der genannten Ventilsitzfläche anliegt.
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Mit 27 ist ein, an dem Grundkörper 18 angeformtes, zumindest die elektrischen Anschlüsse der Ventile 6, 9 zusammenfassendes Gehäuseteil bezeichnet.
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Wesentlich ist insoweit, dass das Steuerungsmodul 15 ein unabhängig lösbar in die Ausnehmung 14 des Gehäuses 13 einsetzbares, somit austauschbar angeordnetes und insbesondere unabhängig von dem Gehäuse herstellbares Bauteil ist. Dieses vereinigt mehrere, für den Betrieb des Tanksystems benötigte Bauelemente einschließlich der diesen zugeordneten Steuerungs-, Mess- und Überwachungsfunktionen.
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Mit 28 ist ein, ebenfalls an dem Grundkörper 18 unter Zwischenanordnung eines zylindrischen Abschnitts 29 angeordnetes Gehäuseteil bezeichnet, in welchem die Sensoren 4, 12 aufgenommen sind. Anschlüsse für Mess- und/oder Energieversorgungsleitungen dieser Sensoren können ebenfalls in dem Gehäuseteil 27 aufgenommen sein.
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Wie anhand der 4 und 6 erkennbar ist, ist durch das Gehäuse 13 durch eine Zwischenwandung 30 in zwei Kammern 31, 32 unterteilt, die mit Aktivkohle gefüllt sind und die im Bereich des Bodens 33 des Gehäuses über eine, einen Luftdurchtritt ermöglichende Öffnung 34 oder Öffnungsanordnung untereinander in Verbindung stehen. Innerhalb des Gehäuses 13, auch durch die zugekehrte Wandung der Ausnehmung 14 oberseitig begrenzt ist ein durch einen Zwischenboden 35 unterseitig begrenzter Raum eingerichtet, der durch die Zwischenwandung 30 in zwei Kammern 36, 37 unterteilt ist.
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Auf der Seite des Luftfilters 7, begrenzt im wesentlichen durch die Wandungen der Ausnehmung 14 und diejenigen des Steuermoduls 15 ist eine Kammer 38 eingerichtet, die über eine Öffnung 39 mit der Kammer 37 in durchgängiger Verbindung steht und die im Übrigen nach Maßgabe der Stellung des Ventils 6 über das Luftfilter 7 mit der Umgebungsatmosphäre in Verbindung steht.
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Auf der Seite des Gehäuseteils 27 ist innerhalb des Steuerungsmoduls 15 eine Kammer 40 eingerichtet, die über miteinander kommunizierende Öffnungen 41 des Grundkörpers 18 des Steuerungsmoduls sowie der Wandungen der Ausnehmung 14 mit der Kammer 36 in durchgängiger Verbindung stehen. Die Kammer 40 steht im Übrigen nach Maßgabe der Stellung des Ventils 9 sowie des Rückschlagventils 10 mit dem Anschluss 17 in durchgängiger Verbindung. Eine ständige Verbindung besteht zwischen der Kammer 36 und dem Anschluss 17, der zur Verbindung mit dem Kopfraum des Kraftstoffbehälters 1 (1) bestimmt ist.
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Zeichnerisch nicht dargestellt sind Öffnungen in dem Zwischenboden 35, über welche durchgängige Verbindungen zwischen den Kammern 32, 37 sowie 31, 36 eingerichtet sind.
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Wie anhand der 9 erkennbar ist, steht die Kammer 38 ferner über eine Öffnung 42 mit einer weiteren Messkammer 43 in durchgängiger Verbindung welche zur Erfassung von Druck und Temperatur der in der Kammer 38 herrschenden Gasatmosphäre bestimmt ist und dementsprechend in Wirkverbindung mit den Sensoren 4, 12 steht.
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8 zeigt den zum Be- und Entlüften des Tanksystems bestimmten Betriebszustand, wobei das Ventil 6 geöffnet und das Ventil 9 sowie das Rückschlagventil 10 geschlossen sind. Entsprechend den Richtungen des Pfeiles 44 besteht eine einen Gasaustausch ermöglichende durchgängige Verbindung ausgehend von dem Kopfraum des Kraftstoffbehälters 1 bzw. einer wirkungsgleichen Stelle des Tanksystems über den Anschluss 17, die Kammern 36, 31, 32, 37 und das Luftfilter 7 mit der Umgebungsatmosphäre. Mit Kohlenwasserstoffen befrachtete Luft aus dem Kopfraum kann somit nach Maßgabe der herrschenden Druck- und Temperaturverhältnisse unter adsorptiver Bindung eines Kohlenwasserstoffanteiles in den Kammern 31, 32 bis zum Erreichen eines Druckgleichgewichts mit der Umgebung ausströmen. Es ist dies ein Zustand, der beispielsweise beim Betanken des Fahrzeugs gegeben ist.
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7 zeigt den zum Spülen der Aktivkohleeinheit bestimmten Betriebszustand, wobei der Motor läuft, so dass sich das Rückschlagventil 10 sowie das Ventil 9 in der Öffnungsstellung befinden, so dass über den Anschluss 19 die Kammern 40, 36, 31, 32 und 37 mit dem Unterdruck des Ansaugrohres 11 des Motors beaufschlagt werden. Dieser Unterdruck bewirkt ein Ansaugen von Umgebungsluft unter Durchströmen der Kammern 32, 31, wobei ein hier gebundener Kohlenwasserstoffanteil aufgenommen und über den Anschluss 19 dem Brennraum des Motors zugeführt wird. Nach Maßgabe der herrschenden Druckverhältnisse kommt es in diesem Betriebszustand über den Anschluss 17 ebenfalls zu einem Ansaugen von mit Kohlenwasserstoffen befrachteter Luft, die jedoch zusammen mit der über das Luftfilter 7 aufgenommenen Luft in den Brennraum eingeführt wird. In jedem Fall erfährt der in den Kammern 31, 32 aufgenommene Aktivkohleanteil infolge Entfernung des vorher adsorptiv gebundenen Kohlewasserstoffanteils eine Regenerierung.
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6 zeigt den zur Überprüfung der Dichtheit des Tanksystems bestimmten Betriebszustand, der nach Maßgabe vorgebbarer Zeitintervalle unter Mitwirkung einer übergeordneten Steuerung selbsttätig durchgeführt wird. Zu diesem Zweck wird bei laufendem Motor zunächst das Ventil 6 in die gezeigte Schließstellung überführt, so dass das Tanksystem über den Anschluss 19 mit dem Unterdruck des Ansaugrohres 11 beaufschlagt wird und sich innerhalb des Tanksystems ein definierter Unterdruck entwickelt. Anschließend wird auch das Ventil 9 geschlossen und in der Folge anhand einer Messung des zeitlichen Druckverlaufs mittels des Sensors 12 überprüft, ob gegebenenfalls eine nicht zu tolerierende Leckage vorliegt. Durch gleichzeitige Messung der Temperatur der Gasatmosphäre kann die Bewertung des Messergebnisses weiter verbessert werden. Faktisch wird die Auswertung des so gewonnenen Messergebnisses anhand von auch den Temperatureinfluss berücksichtigenden gespeicherten Vergleichsdatensätzen automatisiert durchgeführt, wobei das Ergebnis in geeigneter Weise visuell dargestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffbehälter
- 2
- Lüftungsleitung
- 3
- Aktivkohleeinheit
- 4
- Sensor
- 5
- Luftleitung
- 6
- Ventil
- 7
- Luftfilter
- 8
- Luftleitung
- 9
- Ventil
- 10
- Rückschlagventil
- 11
- Ansaugrohr
- 12
- Sensor
- 13
- Gehäuse
- 14
- Aufnahme
- 15
- Steuermodul
- 16
- Anschluss
- 17
- Anschluss
- 18
- Grundkörper
- 19
- Anschluss
- 20
- Ventilteller
- 21
- Ventilsitzfläche
- 22
- Ventilteller
- 23
- Rohrelement
- 24
- Ventilsitzfläche
- 25
- Ventilteller
- 26
- Ventilsitzfläche
- 27
- Gehäuseteil
- 28
- Gehäuseteil
- 29
- Zwischenabschnitt
- 30
- Zwischenwandung
- 31
- Kammer
- 32
- Kammer
- 33
- Boden
- 34
- Öffnung
- 35
- Zwischenboden
- 36
- Kammer
- 37
- Kammer
- 38
- Kammer
- 39
- Öffnung
- 40
- Kammer
- 41
- Öffnung
- 42
- Öffnung
- 43
- Messkammer
- 44
- Pfeil
- 45
- Pfeil
