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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tankentlüftung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Aus der
DE 196 45 382 C2 ist eine Vorrichtung zur Tankentlüftung für ein Fahrzeug mit einer Verbrennungskraftmaschine vorbekannt. Diese Vorrichtung umfasst eine erste Tankentlüftungsleitung zur Verbindung eines Tanks mit einem Adsorptionsfilter. Außerdem ist eine an den Adsorptionsfilter angeschlossene und in eine Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine im Bereich einer Drosselklappe mündende und ein zur Massenstrommodulation geeignetes Tankentlüftungsventil aufweisende zweite Tankentlüftungsleitung vorgesehen. Stromabwärts des Tankentlüftungsventils zwischen der Ansaugleitung und einem zu der Ansaugleitung parallel verlaufenden Leitungsabschnitt der zweiten Tankentlüftungsleitung ist eine Antriebsvorrichtung angeordnet. Die Antriebsvorrichtung umfasst ein Turbinenrad, das in der Ansaugleitung angeordnet ist und ein mit dem Turbinenrad über eine gemeinsame Welle gekoppeltes Pumpenrad, das in der zweiten Tankentlüftungsleitung angeordnet ist. Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine wird durch den durch die Ansaugleitung fließenden Massenstrom das Turbinenrad und somit das Pumpenrad angetrieben, so dass auch bei einer vollständig geöffneten Drosselklappe, die in der Ansaugleitung angeordnet ist, eine Tankentlüftung beziehungsweise eine Regeneration des Adsorptionsfilters erfolgen kann. Zusätzlich dazu sind gemäß der
DE 196 45 382 A1 weitere Ausführungen einer Tankentlüftungsanlage vorbekannt, bei der zur Tankentlüftungsleitung eine mit einer Pumpe parallel geschaltete Bypass-Leitung vorgesehen ist. Weiterhin ist es gemäß der
DE 10 2006 044 558 A1 Stand der Technik, verdichtetes Kurbelgehäuseentlüftungsgas einer Brennkraftmaschine derart zurückzuführen, dass es stromabwärts eines Ladeluftkühlers in einen verdichteten und gekühlten Verbrennungsluftstrom eingeleitet wird. Darüber hinaus ist aus der
DE 10 2008 052 763 A1 eine Tankentlüftungseinrichtung für ein Kraftfahrzeug mit einer aus einem Kraftstofftank gespeisten Brennkraftmaschine, einem mit dem Kraftstofftank verbundenen, die Kraftstoffdämpfe aufnehmenden Adsorptionsfilter mit einer Belüftungsleitung und einer Regenerationsleitung vorbekannt, die letztlich im Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine mündet und in der eine Fördereinrichtung integriert ist, welche als Vakuumpumpe ausgebildet ist, die saugseitig sowohl mit einem dem Bremskraftverstärker des Kfz zugeordneten Unterdruckraum als auch über eine einen geeigneten und insbesondere konstanten Drosselquerschnitt aufweisende Drossel mit der Regenerationsleitung des Adsorptionsfilters verbunden ist. Die Regenerationsleitung kann zusätzlich, insbesondere unter Zwischenschaltung eines Tankentlüftungsventils, direkt, d. h. unter Umgehung der Drossel und der Vakuumpumpe, mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden sein, während die Förderseite der Vakuumpumpe mit dem Innenraum des Kurbelgehäuses der Brennkraftmaschine verbunden und somit über das so genannte Blow-By-System der Brennkraftmaschine indirekt mit deren Ansaugtrakt verbunden sein kann.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diesen Stand der Technik so weiter auszubauen, dass insbesondere bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen in verschiedenen Betriebs- und Lastzuständen eine zuverlässige Tankentlüftung bei einem möglichst effizienten Betrieb der zu Grunde liegenden Verbrennungskraftmaschine sichergestellt ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mittels einer Vorrichtung zur Tankentlüftung gelöst, welche eine Antriebsvorrichtung mit einem Turbinenrad und einem Pumpenrad umfasst, wobei Turbinenrad und Pumpenrad miteinander gekoppelt sind, wobei das Pumpenrad in einer Tankentlüftungsleitung angeordnet ist und wobei das Turbinenrad in einer Überbrückungsleitung angeordnet ist, welche von einer Ansaugleitung stromabwärts eines in der Ansaugleitung angeordneten Verdichters abzweigt und weiter stromabwärts wieder in die Ansaugleitung einmündet, wobei die Überbrückungsleitung stromaufwärts eines Ladeluftkühlers von der Ansaugleitung abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers wieder in die Ansaugleitung einmündet.
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Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Tankentlüftung, wobei ein Tank über einen ersten Teil der Tankentlüftungsleitung mit einem Adsorptionsfilter verbunden ist, wobei der Adsorptionsfilter über einen zweiten Teil der Tankentlüftungsleitung mit der Ansaugleitung einer Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, wobei in der Ansaugleitung ein Ansaugluftverdichter angeordnet ist, wobei eine Antriebsvorrichtung vorgesehen ist, die ein Turbinenrad und ein Pumpenrad umfasst, wobei das Turbinenrad und das Pumpenrad über eine gemeinsame Welle miteinander gekoppelt sind, wobei das Pumpenrad im zweiten Teil der Tankentlüftungsleitung angeordnet ist, wobei das Turbinenrad in einer Überbrückungsleitung angeordnet ist, wobei die Überbrückungsleitung stromabwärts eines in der Ansaugleitung angeordneten Verdichters eines Aufladeaggregats und stromaufwärts eines Ladeluftkühlers von der Ansaugleitung abzweigt und stromabwärts des Ladeluftkühlers wieder in die Ansaugleitung einmündet.
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Erfindungsgemäß vorteilhaft wird dadurch, dass eine Überbrückungsleitung vorgesehen ist, in der das Turbinenrad zum Antrieb des Pumpenrades angeordnet ist, im Vergleich zum genannten Stand der Technik, die Strömung der Gasmassen, die der Verbrennungskraftmaschine zufließen, nicht durch ein permanent in der Ansaugleitung angeordnetes Turbinenrad gestört, welches auch dann, wenn keine Tankentlüftung/Regeneration des Adsorptionsfilters erforderlich ist, angetrieben wird. Mit anderen Worten kann der Betriebsfall eintreten, dass eine Tankentlüftung beziehungsweise eine Regeneration des Adsorptionsfilters nicht erforderlich ist, jedoch ein maximales Drehmoment von der Verbrennungskraftmaschine gefordert wird, so dass unnötigerweise ein Antrieb des Pumpenrades und eine nicht unerhebliche Störung der Strömung der Gasmassen, die der Verbrennungskraftmaschine zufließen, auftritt. Prinzipiell kann ein mit der Störung dieser Strömung verbundener Widerstand, beziehungsweise der Füllungsverlust der Verbrennungskraftmaschine, mittels einer Aufladeeinrichtung, wie einem Abgasturbolader oder einem mechanisch angetriebenen Aufladeaggregat, mit einem Verdichter in der Ansaugleitung der Verbrennungskraftmaschine, wieder kompensiert werden, jedoch auf Kosten des Gesamtwirkungsgrades des Verbundes aus Aufladeeinrichtung und Verbrennungskraftmaschine.
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Durch die Anordnung der Überbrückungsleitung als Umgehung des Ladeluftkühlers wird vorteilhaft erreicht, dass in einer Vielzahl von Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine, insbesondere bei hohen Lasten, eine Druckdifferenz zwischen Abzweig und Einmündung der Überbrückungsleitung anliegt, der zum Antrieb des Turbinenrads ausreicht.
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Vorteilhaft wird der am Ladeluftkühler durch die Überbrückungsleitung vorbei geführte Ladeluftstrom am Turbinenrad entspannt und somit auf ein niedrigeres Temperaturniveau gebracht.
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Außerdem kann, wie in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung vorgesehen, mittels eines Ventils, z. B. eines Stellventils, das in der Überbrückungsleitung stromaufwärts des Turbinenrades der Antriebsvorrichtung angeordnet ist, eine Strömung über das Turbinenrad entweder komplett unterbunden oder aber kontinuierlich oder schrittweise den jeweiligen Anforderungen, die möglicherweise seitens der Tankentlüftung beziehungsweise der Regeneration des Adsorptionsfilters gestellt werden, angepasst werden.
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In einer Ausführungsform mündet die Überbrückungsleitung stromaufwärts einer in der Ansaugleitung angeordneten Drosselklappe in die Ansaugleitung ein.
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In einer alternativen Ausführungsform mündet die Überbrückungsleitung stromabwärts einer in der Ansaugleitung angeordneten Drosselklappe in die Ansaugleitung ein. Hierdurch kann vorteilhaft die am Turbinenrad anliegende Druckdifferenz vergrößert werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform kann der Gasmassenstrom, welcher der Verbrennungskraftmaschine zufließt, kontinuierlich oder durch ein Ventil gesteuert in zwei Teilströme aufgeteilt werden, nämlich einen ersten Teilstrom durch den Ladeluftkühler und einen zweiten Teilstrom durch die Überbrückungsleitung über das Turbinenrad. Angenommen, es liegt die Anforderung vor, eine Tankentlüftung beziehungsweise eine Regeneration des Adsorptionsfilters vorzunehmen und die Verbrennungskraftmaschine wird in einem Betriebspunkt betrieben, bei dem die Drosselklappe nur zum Teil geöffnet ist, dann kann vorteilhaft durch Öffnen des Ventils in der Überbrückungsleitung ein Teil des Gasmassenstroms in der Ansaugleitung durch die Überbrückungsleitung über das Turbinenrad umgeleitet werden, wobei das Pumpenrad angetrieben wird, wodurch ein Gasmassenstrom in der Tankentlüftungsleitung erzeugt wird, welcher der Ansaugleitung zugeführt wird.
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Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung sind dem nachfolgenden Ausführungsbeispiel sowie den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
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1 zeigt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es ist eine allgemein bekannte Verbrennungskraftmaschine 1 mit einer Ansaugleitung 2, einem Tank 3, einem ersten Teil 4 einer Tankentlüftungsleitung, einem Adsorptionsfilter 5 und einem zweiten Teil 6 der Tankentlüftungsleitung dargestellt. Ferner ist eine Antriebsvorrichtung 18 dargestellt, die ein Turbinenrad 7 und ein Pumpenrad 8 umfasst, die über eine gemeinsame Welle 9 miteinander gekoppelt sind. Das Pumpenrad 8 ist im zweiten Teil 6 der Tankentlüftungsleitung angeordnet und das Turbinenrad 7 ist in einer Überbrückungsleitung 10 angeordnet. Die Überbrückungsleitung 10 zweigt am Punkt A stromabwärts eines in der Ansaugleitung 2 angeordneten Verdichters 11 einer nicht weiter gezeigten Aufladeeinrichtung, wie beispielsweise einem Abgasturbolader, von der Ansaugleitung 2 ab und mündet am Punkt B stromabwärts des Ladeluftkühlers 17 wieder in die Ansaugleitung 2 ein. Dabei mündet die Überbrückungsleitung 10 stromaufwärts einer in der Ansaugleitung 2 angeordneten Drosselklappe 12 wieder in die Ansaugleitung 2 ein, alternativ kann die Einmündung jedoch auch stromabwärts der Drosselklappe 12 erfolgen. In der Überbrückungsleitung 10 ist stromaufwärts des Turbinenrades 7 ein Ventil 13, vorzugsweise ein Stellventil mit veränderbarem Querschnitt angeordnet. Der zweite Teil 6 der Tankentlüftungsleitung mündet am Punkt C stromaufwärts des Verdichters 11 in die Ansaugleitung 2 ein. Im zweiten Teil 6 der Tankentlüftungsleitung ist stromabwärts des Pumpenrades 8 ein Ventil 14 angeordnet, das bevorzugt als Rückschlagventil ausgeführt ist, das in Richtung der Ansaugleitung 2 öffnet. Das Ventil 14 kann jedoch alternativ auch stromaufwärts des Pumpenrades 8 angeordnet sein. Zwischen Tank 3 und Adsorptionsfilter 5 ist der erste Teil 4 der Tankentlüftungsleitung mit einer Zufuhrleitung 20 versehen, in welcher ein Filter 19 angeordnet ist und durch welche die zur Regeneration des Adsorptionsfilters 5 benötigte Umgebungsluft strömen kann.
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Fakultativ kann in einer erweiterten Ausführungsform im zweiten Teil 6 der Tankentlüftungsleitung ein Abzweig D vorgesehen werden, von dem aus ein dritter Teil 6' der Tankentlüftungsleitung abzweigt, der in die Ansaugleitung 2 stromabwärts der Drosselklappe 12 und/oder des Ladeluftkühlers 17 einmündet. In dem dritten Teil 6' der Tankentlüftungsleitung ist ein Ventil 15 angeordnet, das bevorzugt als Rückschlagventil ausgeführt ist, das in Richtung der Ansaugleitung 2 öffnet. Das Ventil 15 kann jedoch auch als steuerbares Ventil ausgeführt sein. Dieser dritte Teil 6' der Tankentlüftungsleitung entspricht dem aus dem Stand der Technik allgemein bekannten System zur Tankentlüftung/Regeneration des Adsorptionsfilters 5, welches lediglich dann eine sichere und effiziente Tankentlüftung gewährleistet, wenn ein ausreichendes Druckgefälle zwischen der Ansaugleitung 2 stromabwärts der Drosselklappe 12 und dem Adsorptionsfilter 5 beziehungsweise der Umgebung besteht. Mit anderen Worten stellt die Ausführungsform mit Verwendung dieser fakultativen Merkmale eine Erweiterung eines solchen bekannten Systems mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung dar. Dadurch kann eine Funktion des Systems in einer größeren Anzahl von verschiedenen Betriebszuständen der Verbrennungskraftmaschine erreicht werden. Im zweiten Teil 6 der Tankentlüftungsleitung kann darüber hinaus stromabwärts des Adsorptionsfilters 5 und stromaufwärts des Pumpenrades 8 ein weiteres Ventil 16 angeordnet werden. Während des Betriebes der Verbrennungskraftmaschine 1 beziehungsweise während des Betriebes eines nicht weiter dargestellten Fahrzeuges, das eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst, werden Kraftstoffdämpfe, die sich in dem Tank 3 bilden, über die erste Tankentlüftungsleitung 4 dem Adsorptionsfilter 5 zugeführt und dort eingelagert. Wird eine Regeneration des Adsorptionsfilters 5 angefordert, wird das Ventil 16 geöffnet. Herrscht zwischen der Ansaugleitung 2 und dem Adsorptionsfilter 5 ein ausreichendes Druckgefälle, öffnet das Ventil 15, das als zur Ansaugleitung 2 öffnendes Rückschlagventil ausgeführt ist und es fließt ein Gasmassenstrom vom Adsorptionsfilter 5 über die zweite Tankentlüftungsleitung 6 und den zusätzlichen Teil der zweiten Tankentlüftungsleitung 6' zur Ansaugleitung 2 und somit zu der Verbrennungskraftmaschine 1. Ist der dritte Teil 6' der Tankentlüftungsleitung nicht vorgesehen oder herrscht kein ausreichendes derartiges Druckgefälle, beispielsweise weil die Verbrennungskraftmaschine 1 hoch belastet wird und die Drosselklappe 12 weit geöffnet ist und muss der Adsorptionsfilter 5 regeneriert werden, beispielsweise weil hohe Umgebungstemperaturen herrschen und viel Kraftstoff im Tank 3 verdampft, dann kann erfindungsgemäß das Ventil 13 stromaufwärts des Turbinenrades 7 in der Überbrückungsleitung 10 geöffnet werden, so dass sich ein Gasmassenstrom über dem Turbinenrad 7 ausbildet und das Pumpenrad 8 angetrieben wird, so dass sich ein Druckgefälle zwischen dem Adsorptionsfilter 5 über die zweite Tankentlüftungsleitung 6 und das sich öffnende Ventil 14 hin zur Ansaugleitung 2 stromaufwärts des Verdichters 11 aufbaut und der Adsorptionsfilter 5 regeneriert wird, wobei das Ventil 15 (sofern vorhanden) infolge des relativ geringen Druckgefälles zwischen der Ansaugleitung 2 und dem Adsorptionsfilter 5 geschlossen ist.
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Der sich durch die Regeneration des Adsorptionsfilters 5 ausbildende Gasmassenstrom wird, sofern durch das Pumpenrad 8 erzeugt, am Punkt C der Ansaugleitung 2 wieder zugeführt, wobei der in Bezug auf Punkt C stromabwärts in der Ansaugleitung 2 angeordnete Verdichter 11 diesen Gasmassenstrom in Richtung der Verbrennungskraftmaschine 1 fördert, so dass die Kraftstoffdämpfe, ohne an die Umgebung abgegeben zu werden, in der Verbrennungskraftmaschine 1 umgesetzt worden.
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Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist es besonders vorteilhaft unabhängig möglich, zur Einstellung des Gasmassenstroms zur Regeneration des Adsorptionsfilters 5 entweder die Taktung oder den effektiven Querschnitt des Ventils 16 zu variieren oder aber die Leistung des Turbinenrades 7 zu variieren, indem entweder die Taktung oder der effektive Querschnitt des Ventils 13 beeinflusst wird. Ebenfalls kann auch die Taktung oder die Anpassung des effektiven Querschnitts des Ventils 13 und des Ventils 16 gleichzeitig erfolgen.
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Zusätzlich kann bei Bedarf ein weiteres Ventil 21 vorgesehen werden, welches die Verbindung zwischen Tank 3 und dem restlichen unterbrechen kann.
