DE102010019831A1

DE102010019831A1 - Tankentlüftungseinrichtung für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs

Info

Publication number: DE102010019831A1
Application number: DE102010019831A
Authority: DE
Inventors: Harald Hagen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2010-05-08
Filing date: 2010-05-08
Publication date: 2011-11-10
Anticipated expiration: 2030-05-09
Also published as: DE102010019831B4; US20120111307A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tankentlüftungseinrichtung (1) für einen Kraftstofftank (2) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Aktivkohlefilter (4), der durch eine erste Gasleitung (5) mit dem Kraftstofftank (2) und durch eine zweite Gasleitung (6) mit der Atmosphäre oder Umgebung (7) verbunden ist, sowie mit einer Ventileinheit (10) zur Steuerung des Gasstroms durch die erste und die zweite Gasleitung (5, 6). Um eine weitere Verringerung der Anzahl der Bauteile und eine weitere Vereinfachung der Ansteuerbarkeit zu ermöglichen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die Ventileinheit (10) ein einziges zweistufiges Elektromagnetventil (11) zur Steuerung des Gasstroms durch die erste und durch die zweite Gasleitung (5, 6) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Tankentlüftungseinrichtung für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs.
Der Kraftstofftank von Kraftfahrzeugen ist in der Regel mit einer Tankentlüftungseinrichtung ausgestattet. Die Tankentlüftungseinrichtung verhindert zum einen, dass sich bei einem starken Anstieg oder Abfall der Umgebungstemperaturen aufgrund der durch den Temperaturanstieg hervorgerufenen Verdunstung von Kraftstoff bzw. aufgrund der durch den Temperaturabfall hervorgerufenen Kondensation von Kraftstoffdämpfen im Inneren des Kraftstofftanks ein unerwünschter Überdruck bzw. Unterdruck aufbauen kann. Zum anderen erlaubt die Tankentlüftungseinrichtung beim Betanken des Kraftfahrzeugs ein Entweichen der vom Kraftstoff verdrängten Luft aus dem Inneren des Kraftstofftanks. Um in den genannten Fällen einen unerwünschten Austritt von Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre oder Umgebung zu verhindern, umfassen moderne Tankentlüftungseinrichtungen einen Aktivkohlefilter, der gewöhnlich durch eine erste Gasleitung mit dem Kraftstofftank, durch eine zweite Gasleitung mit der Atmosphäre oder Umgebung und durch eine dritte Gasleitung mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist. Die erste Gasleitung dient zur Entlüftung des Kraftstofftanks und enthält zumeist ein Tankabsperrventil, das erst bei einem gewissen Überdruck oder Unterdruck im Kraftstofftank öffnet. Durch die zweite Gasleitung wird die beim Betanken und/oder bei geöffnetem Tankabsperrventil aus dem Kraftstofftank in den Aktivkohlefilter strömende und dort von Kohlenwasserstoffen befreite Luft in die Atmosphäre abgeführt. Außerdem wird bei einer Regeneration des Aktivkohlefilters während des Betriebs der Brennkraftmaschine Luft aus der Atmosphäre durch die zweite Gasleitung, den Aktivkohlefilter und die dritte Gasleitung in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angesaugt, um den Aktivkohlefilter von den adsorbierten Kohlenwasserstoffen frei zu spülen und die Kohlenwasserstoffe zusammen mit der angesaugten Luft zur Verbrennung in die Brennräume der Brennkraftmaschine zuzuführen.
Wenn ein Kraftfahrzeug ausschließlich mittels einer Brennkraftmaschine oder wie im Fall eines Hybridfahrzeugs abwechselnd von einer Brennkraftmaschine und von einem Elektromotor angetrieben wird, kann der Aktivkohlefilter regelmäßig regeneriert werden, da die Brennkraftmaschine häufig in Betrieb genommen wird. Demgegenüber überwiegt bei so genannten Plug-In-Kraftfahrzeugen mit einem als Antriebsmotor dienenden Elektromotor und einer nur als Hilfsmotor zur Aufladung der Fahrzeugbatterie mitgeführten Brennkraftmaschine der elektromotorische Betrieb, wodurch es bei diesen Kraftfahrzeugen vorkommen kann, dass ein gegebenenfalls mit einer größeren Menge an Kohlenwasserstoffen beladener Aktivkohlefilter über einen langen Zeitraum nicht regeneriert werden kann. Dort, wo der Aktivkohlefilter durch die zweite Gasleitung mit der Atmosphäre kommuniziert, kann es in einem solchen Fall zu sogenannten Bleedemissionen kommen, bei denen Kohlenwasserstoffe infolge von Diffusionsvorgängen aus dem Aktivkohlefilter austreten und in unerwünschter Weise durch die zweite Gasleitung in die Atmosphäre gelangen.
Eine Tankentlüftungseinrichtung der eingangs genannten Art ist aus der DE 102 47 935 A1 bekannt. Der Aktivkohlefilter ist dort über eine erste Gasleitung mit dem Kraftstofftank und über eine zweite Gasleitung mit der Atmosphäre verbunden. Jede der beiden Gasleitungen enthält ein als Elektromagnetventil ausgeführtes Absperrventil. Um die Anzahl der Bauteile zu verringern und die Ansteuerbarkeit der Ventile zu erleichtern, sind die beiden Absperr- bzw. Elektromagnetventile dort zu einer gemeinsamen Ventileinheit zusammengefasst. Allerdings weisen dort die beiden Absperr- bzw. Elektromagnetventile getrennte Elektromagnete und Ventilbetätigungsglieder auf.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die bekannte Tankentlüftungseinrichtung der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass eine weitere Verringerung der Anzahl der Bauteile und eine Vereinfachung der Ansteuerbarkeit ermöglicht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Ventileinheit ein einziges zweistufiges Elektromagnetventil zur Steuerung des Gasstroms durch die erste und durch die zweite Gasleitung umfasst.
Mit der erfindungsgemäßen Merkmalskombination können mit einem einzigen steuerbaren Elektromagnetventil der Gasstrom durch die erste Gasleitung und durch die zweite Gasleitung gemeinsam freigegeben werden, wenn zum Beispiel während des Betankens des Kraftfahrzeugs beide Gasleitungen geöffnet werden müssen, um den aus dem Kraftstofftank verdrängten, mit Kohlenwasserstoffen beladenen Gasstrom zur Abreinigung der Kohlenwasserstoffe durch den Aktivkohlefilter hindurchzuleiten.
Somit kann an Stelle von zwei getrennten Absperr- bzw. Elektromagnetventilen ein einziges zweistufiges Absperr- bzw. Elektromagnetventil verwendet werden, das gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung einen einzigen Elektromagneten umfasst, dessen Anker zweckmäßig fest mit einem gemeinsamen Ventilglied der ersten Ventilstufe und der zweiten Ventilstufe verbunden ist.
Das Elektromagnetventil kann entweder als Absperrventil ausgebildet sein, bei dem die erste und die zweite Ventilstufe nur zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung umschaltbar sind, oder alternativ als Proportionalventil, bei dem der Öffnungsquerschnitt der ersten und der zweiten Ventilstufe proportional zur Stromstärke eines Erregerstroms des Elektromagneten ist.
Weiter kann das Elektromagnetventil wahlweise so ausgebildet bzw. geschaltet sein, dass die beiden Ventilstufen entweder bei bestromtem Elektromagneten öffnen und bei unbestromtem Elektromagneten selbsttätig schließen, oder umgekehrt in bestromtem Zustand des Elektromagneten geschlossen und in unbestromtem Zustand geöffnet sind. Im zuerst genannten Fall kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die beiden Ventilstufen nach einer Unterbrechung der Stromzufuhr zum Elektromagneten bis zu einer erneuten Stromzufuhr zum Elektromagneten geöffnet bleiben. Wenn es sich bei dem Elektromagnetventil um ein Proportionalventil handelt, weisen die beiden Ventilstufen in der geöffneten Stellung zweckmäßig definierte Öffnungsquerschnitte auf.
Um zu verhindern, dass sich im Kraftstofftank infolge eines starken Temperaturanstiegs oder Temperaturabfalls ein unerwünschter Überdruck bzw. Unterdruck einstellt, umfasst die Tankentlüftungseinrichtung gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung mindestens zwei Überströmventile, von denen das eine ein Überdruck-Schutzventil ist, das sich öffnet, wenn der Druck im Kraftstofftank einen oberhalb des Atmosphärendrucks liegenden oberen Schwellenwert überschreitet, während das andere ein Unterdruck-Schutzventil ist, das sich öffnet, wenn der Druck im Kraftstofftank einen unterhalb des Atmosphärendrucks liegenden unteren Schwellenwert unterschreitet. Somit ist in beiden Fällen auch bei geschlossenem Elektromagnetventil ein Druckausgleich durch die erste Gasleitung, den Aktivkohlefilter und die zweite Gasleitung möglich.
Vorzugsweise sind die beiden Überströmventile in Parallelschaltung in mindestens einer Bypassleitung angeordnet, die vor der ersten Ventilstufe aus der ersten Gasleitung abzweigt und hinter der zweiten Ventilstufe in die zweite Gasleitung mündet, so dass durch Umgehung beider Ventilstufen mit nur zwei Überströmventilen stets ein Druckausgleich möglich ist. Jedoch sind auch andere Konfigurationen der beiden Überströmventile möglich.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand einiger in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen
1 eine schematische Darstellung einer Tankentlüftungseinrichtung gemäß der Erfindung;
2 eine schematische Darstellung einer modifizierten Tankentlüftungseinrichtung gemäß der Erfindung;
3 eine schematische Darstellung einer anderen modifizierten Tankentlüftungseinrichtung gemäß der Erfindung;
4 eine schematische Darstellung einer weiteren modifizierten Tankentlüftungseinrichtung gemäß der Erfindung;
5 eine schematische Darstellung einer noch weiteren modifizierten Tankentlüftungseinrichtung gemäß der Erfindung.
Die in der Zeichnung dargestellten Tankentlüftungseinrichtungen 1 dienen zum Entlüften eines Kraftstofftanks 2 eines von einem Elektromotor (nicht dargestellt) angetriebenen Plug-In-Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt), das eine als Hilfsmotor zum Aufladen einer Fahrzeugbatterie dienende Brennkraftmaschine 3 besitzt.
Sämtliche Tankentlüftungseinrichtungen 1 umfassen einen Aktivkohlefilter 4, der durch eine erste Gasleitung 5 mit dem Inneren des Kraftstofftanks 2, durch eine zweite Gasleitung 6 mit der Umgebung oder Atmosphäre 7 und durch eine dritte Gasleitung 8 mit einem Ansaugtrakt 9 der Brennkraftmaschine 3 verbunden ist.
Sämtliche Tankentlüftungseinrichtungen 1 umfassen darüber hinaus eine in 1 in unterbrochenen Linien dargestellte Ventileinheit 10 mit einem zweistufigen Elektromagnetventil 11, das eine in der ersten Gasleitung 5 angeordnete erste Ventilstufe 12 und eine in der zweiten Gasleitung 6 angeordnete zweite Ventilstufe 13 umfasst. Die erste Ventilstufe 12 weist einen mit dem Inneren des Kraftstofftanks 2 kommunizierenden Eingang und einen mit dem Inneren des Aktivkohlefilters 4 kommunizierenden Ausgang auf, während die zweite Ventilstufe 13 einen mit dem Inneren des Aktivkohlefilters 4 kommunizierenden Eingang und einen mit der Atmosphäre oder Umgebung 7 kommunizierenden Ausgang besitzt.
Zur Betätigung beider Ventilstufen 12, 13 ist das Elektromagnetventil 11 mit einem einzigen Elektromagneten 14 ausgestattet, dessen Anker 15 starr mit einem gemeinsamen Ventilglied (nicht dargestellt) der beiden Ventilstufen 12, 13 verbunden ist. Die Betätigung des Elektromagnetventils 11 wird von einen Motorsteuergerät 16 der Brennkraftmaschine 3 gesteuert. Zu diesem Zweck ist ein vom Motorsteuergerät 16 angesteuerter Schalter 17 in einem Stromkreis 18 zwischen einer Fahrzeugbatterie 19 des Kraftfahrzeugs und einer Erregerwicklung des Elektromagneten 14 vorgesehen, wobei der Schalter 17 geschlossen oder geöffnet wird, um der Erregerwicklung Strom zuzuführen bzw. die Stromzufuhr zur Erregerwicklung zu unterbrechen.
Bei dem Elektromagnetventil 11 kann es sich um ein Absperrventil handeln, das nur zwischen einer geschlossenen Stellung und einer offenen Stellung umschaltbar ist, in denen sich der Anker 15 des Elektromagneten 14 jeweils in einer von zwei möglichen Endstellungen befindet. Alternativ kann das Elektromagnetventil 11 jedoch auch ein proportional gesteuertes Ventil sein, bei dem der Bewegungsweg des Ankers 15 des Elektromagneten 14 und damit der jeweilige Öffnungsquerschnitt der beiden Ventilstufen 12, 13 des Elektromagnetventils 11 von der Stromstärke des durch die Erregerwicklung fließenden Stroms abhängt.
Das Elektromagnetventil 11 kann wahlweise so ausgebildet sein, dass es in unbestromtem Zustand der Erregerwicklung geöffnet und bei bestromter Erregerwicklung geschlossen ist, oder umgekehrt bei bestromter Erregerwicklung geöffnet und in unbestromten Zustand der Erregerwicklung geschlossen ist. Weiter kann auch ein Elektromagnetventil 11 verwendet werden, das sich bei einer Stromzufuhr zur Erregerwicklung öffnet und nach einer Unterbrechung der Stromzufuhr in der geöffneten Stellung bzw. bei einem proportional gesteuerten Elektromagnetventil 11 in einer teilweise geöffneten Stellung bleibt, in der die beiden Ventilstufen 12, 13 jeweils einen definierten Öffnungsquerschnitt besitzen, oder ein Elektromagnetventil 11, das sich bei einer Stromzufuhr zur Erregerwicklung schließt und nach einer Unterbrechung der Stromzufuhr in der geschlossenen Stellung bzw. bei einem proportional gesteuerten Ventil in einer teilweise geschlossenen Stellung bleibt, in der die beiden Ventilstufen 12, 13 ebenfalls definierte Öffnungsquerschnitte besitzen.
Während die Tankentlüftungseinrichtung 1 in 1 nur das zweistufige Elektromagnetventil 11 umfasst, weist jede der in den 2 bis 5 dargestellten Tankentlüftungseinrichtungen 1 zusätzlich mindestens zwei Überströmventile 20, 21 auf. Jedes der Überströmventile 20, 21 besitzt ein Ventilglied 22, das durch eine Ventilfeder 23 gegen einen Ventilsitz 24 angepresst wird, wie in 2 dargestellt. Die Überströmventile 20, 21 sind immer paarweise angeordnet, wobei ein Überströmventil 20 jedes Paars als Überdruck-Schutzventil und das andere Überströmventil 21 jedes Paars als Unterdruck-Schutzventil ausgebildet ist. Das Überdruck-Schutzventil 20 öffnet sich selbsttätig, wenn der Druck auf die zur Ventilfeder 23 entgegengesetzte Seite des Ventilglieds 22 einen durch die Federkraft definierten Öffnungsdruck übersteigt, und schließt sich selbsttätig, wenn der Druck wieder unter den Öffnungsdruck sinkt. Das Unterdruck-Schutzventil 21 öffnet sich selbsttätig, wenn an der der Ventilfeder 23 zugewandten Seite des Ventilglieds 22 ein Unterdruck anliegt, der das Ventilglied 22 entgegen der Kraft der Ventilfeder 23 vom Ventilsitz 24 abhebt, und schließt sich selbsttätig, wenn die Kraft der Ventilfeder 23 wieder die durch den Unterdruck auf das Ventilglied 22 ausgeübte Kraft übersteigt.
Die Tankentlüftungseinrichtung 1 in 2 umfasst nur ein Paar Überströmventile 20, 21 in Form eines Überdruck-Schutzventils 20 und eines Unterdruck-Schutzventils 21. Die beiden Überströmventile 20, 21 sind in Parallelschaltung in einer Bypassleitung 25 angeordnet, die vor der ersten Ventilstufe 12 aus der ersten Gasleitung 5 abzweigt und hinter der ersten Ventilstufe 12 wieder in die erste Gasleitung 5 mündet.
Die in 3 dargestellte Tankentlüftungseinrichtung 1 umfasst zwei Paare von Überströmventilen 20, 21, von denen ein Paar wie bei der Tankentlüftungseinrichtung 1 in 2 in einer vor der ersten Ventilstufe 12 aus der ersten Gasleitung 5 abzweigenden und hinter der ersten Ventilstufe 12 in die erste Gasleitung 5 mündenden Bypassleitung 26 angeordnet ist, während das andere Paar in einer vor der zweiten Ventilstufe 13 aus der zweiten Gasleitung 6 abzweigenden und hinter der zweiten Ventilstufe 13 wieder in die zweite Gasleitung 6 mündenden Bypassleitung 27 angeordnet ist.
Die Tankentlüftungseinrichtung 1 in 4 umfasst ein Paar Überströmventile in Form eines Überdruck-Schutzventils 20 und eines Unterdruck-Schutzventils 21, welche in Parallelschaltung in zwei Bypassleitungen 28, 29 angeordnet sind, die beide vor der ersten Ventilstufe 12 aus der ersten Gasleitung 5 abzweigen und hinter der zweiten Ventilstufe 13 in die zweite Gasleitung 6 münden.
Die in 5 dargestellte Tankentlüftungseinrichtung 1 umfasst ebenfalls nur ein Paar Überströmventile 20, 21 in Form eines Überdruck-Schutzventils 20 und eines Unterdruck-Schutzventils 21, welche in Parallelschaltung in zwei Bypassleitungen 30, 31 angeordnet sind, die vor der zweiten Ventilstufe 13 aus der zweiten Gasleitung 6 abzweigen und hinter der zweiten Ventilstufe 13 wieder in die zweite Gasleitung 6 münden.
Bezugszeichenliste

1: Tankentlüftungseinrichtung
2: Kraftstofftank
3: Brennkraftmaschine
4: Aktivkohlefilter
5: erste Gasleitung
6: zweite Gasleitung
7: Umgebung oder Atmosphäre
8: dritte Gasleitung
9: Ansaugtrakt
10: Ventileinheit
11: Elektromagnetventil
12: erste Ventilstufe
13: zweite Ventilstufe
14: Elektromagnet
15: Anker
16: Motorsteuergerät
17: Schalter
18: Stromkreis
19: Fahrzeugbatterie
20: Überdruck-Schutzventil als Überströmventil
21: Unterdruck-Schutzventil als Überströmventil
22: Ventilglied
23: Ventilfeder
24: Ventilsitz
25: Bypassleitung
26: Bypassleitung
27: Bypassleitung
28: Bypassleitung
29: Bypassleitung
30: Bypassleitung
31: Bypassleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 10247935 A1 [0004]

Claims

Tankentlüftungseinrichtung für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, mit einem Aktivkohlefilter, der durch eine erste Gasleitung mit dem Kraftstofftank und durch eine zweite Gasleitung mit der Atmosphäre oder Umgebung verbunden ist, sowie mit einer Ventileinheit zur Steuerung des Gasstroms durch die erste und die zweite Gasleitung, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventileinheit (10) ein einziges zweistufiges Elektromagnetventil (11) zur Steuerung des Gasstroms durch die erste und durch die zweite Gasleitung (5, 6) umfasst.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromagnetventil (11) einen einzigen Elektromagneten (14) umfasst, der sowohl eine in der ersten Gasleitung (5) angeordnete erste Ventilstufe (12) und eine in der zweiten Gasleitung (6) angeordnete zweite Ventilstufe (13) des zweistufigen Elektromagnetventils (11) betätigt.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (14) einen Anker (15) aufweist, der fest mit einem Ventilglied der ersten Ventilstufe (12) und mit einem Ventilglied der zweiten Ventilstufe (13) verbunden ist.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromagnetventil (11) ein Ventil mit Proportionalsteuerung ist, bei dem der Öffnungsquerschnitt der ersten und der zweiten Ventilstufe (12, 13) proportional zur Stromstärke eines Erregerstroms des Elektromagneten (14) ist.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektromagnetventil (11) ein Absperrventil ist, bei dem die erste und die zweite Ventilstufe (12, 13) nur zwischen einer Offenstellung und einer Schließstellung umschaltbar sind.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilstufen (12, 13) des Elektromagnetventils (11) bei einer Stromzufuhr zum Elektromagneten (14) öffnen und bei einer Unterbrechung der Stromzufuhr zum Elektromagneten (14) schließen, oder umgekehrt.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Ventilstufen (12, 13) des Elektromagnetventils (11) bei einer Stromzufuhr zum Elektromagneten (14) öffnen und nach einer Unterbrechung der Stromzufuhr bis zu einer erneuten Stromzufuhr zum Elektromagneten (14) geöffnet bleiben.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens zwei Überströmventile (20, 21) in Parallelschaltung, wobei das eine Überströmventil ein Überdruck-Schutzventil (20) und das andere Überströmventil ein Unterdruck-Schutzventil (21) ist.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Überströmventile (20, 21) in mindestens einer Bypassleitung (28, 29) angeordnet sind, die vor der ersten Ventilstufe (12) aus der ersten Gasleitung (5) abzweigt und hinter der zweiten Ventilstufe (13) in die zweite Gasleitung (6) mündet.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Überströmventile (20, 21) in mindestens einer Bypassleitung (25; 26) angeordnet sind, die vor der ersten Ventilstufe (12) aus der ersten Gasleitung (5) abzweigt und hinter der ersten Ventilstufe (12) in die erste Gasleitung (5) mündet.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Überströmventile (20, 21) in mindestens einer Bypassleitung (27; 30, 31) angeordnet sind, die vor der zweiten Ventilstufe (13) aus der zweiten Gasleitung (6) abzweigt und hinter der zweiten Ventilstufe (13) in die zweite Gasleitung (6) mündet.