DE102010064239A1

DE102010064239A1 - Entlüftungssystem, insbesondere für einen Kraftstofftank

Info

Publication number: DE102010064239A1
Application number: DE102010064239A
Authority: DE
Inventors: Helmut Denz; Andreas Pape; Silke Haag; Manfred Franz
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2010-12-28
Filing date: 2010-12-28
Publication date: 2012-06-28
Also published as: CN103270286B; CN103270286A; WO2012089432A1; US20130319378A1; US9297717B2

Abstract

Bei einem Entlüftungssystem (10), insbesondere für einen Kraftstofftank (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Sorptionsfilter (14) zum temporären Speichern von verdampfendem. Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (12) und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter (14) und einer Luftführung (19) oder einem Saugrohr (20) eines Verbrennungsmotors (22) angeordneten Fördereinrichtung, ist erfindungsgemäß die Fördereinrichtung eine bidirektionale Fördereinrichtung (50), die in eine erste Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors (22) zum Regenerieren des Sorptionsfilters (14) und in eine zwrs (14) zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose schaltbar ist.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Entlüftungssystem, insbesondere für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter und einem Saugrohr eines Verbrennungsmotors angeordneten Fördereinrichtung. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Entlüftungssystem.
In einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs verdampfen in Abhängigkeit von den im Kraftstofftank herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen sowie einer Zusammensetzung des Kraftstoffes flüchtige Substanzen, wie im Wesentlichen Kohlenwasserstoffe und in einem geringeren Anteil weitere flüchtige Komponenten. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Sicherheit müssen diese Substanzen aufgefangen und dem Motor zur Verbrennung zugeführt werden. Hierfür werden die flüchtigen Substanzen in der Regel mittels eines Aktivkohlefilters adsorbiert und zwischengespeichert. Zur Regenerierung bzw. Desorption des Aktivkohlefilters werden die Substanzen mittels eines Fluidstroms – in der Regel Frischluft – abgesaugt und einem dem Verbrennungsmotor vorgeordneten Saugrohr zur Verbrennung zugeführt. Das Absaugen geschieht dabei mittels Unterdruck, der sich im Saugrohr aufgrund einer Drosselung des Motors einstellt.
Bei Turbomotoren, Hybridfahrzeugen und Motoren, die zur Reduzierung des Kraftstoffverbrauchs den Motor möglichst entdrosselt betreiben, besteht grundsätzlich das Problem, dass eine konventionelle Kraftstofftankentlüftung über einen Unterdruck im Saugrohr den Aktivkohlefilter nicht hinreichend regeneriert.
Die Gesetzgebung einiger Staaten fordert ferner eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit von Kraftstofftankentlüftungssystemen bei Kraftfahrzeugen mit bordeigenen Mitteln, das heißt eine so genannte On-Board-Diagnose (OBD). Im Rahmen der On-Board-Diagnose müssen etwaige Lecks erkannt, signalisiert und entsprechende Daten einem bordeigenen Speicher für eine in einer Werkstatt durchzuführende Off-Board-Diagnose zur Verfügung gestellt werden.
Aus DE 101 54 360 A1 ist ein Behandlungssystem für verdampfenden Kraftstoff mit einem Spülkanal zur Bereitstellung einer Verbindung zwischen einem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine und einem Kraftstofftank bekannt. In einem Zwischenteil des Spülkanals ist ein Kanister vorgesehen, um temporär verdampften Kraftstoff zu adsorbieren, der in dem Kraftstofftank erzeugt wird. In einem Abschnitt des Spülkanals ist ferner eine Spülpumpe vorgesehen, wobei die Spülpumpe dazu ausgebildet ist, verdampften Kraftstoff von dem Kanister zu dem Ansaugrohr zu fördern. Nach Schließen eines Atmosphärenluft-Einlassventils des Kanisters wird der Betrieb der Spülpumpe unterbrochen, wenn der Unterdruck in dem. Kraftstofftank infolge des Betriebs der Spülpumpe einen vorbestimmten Wert erreicht hat. Nach Anhalten der Spülpumpe wird ein Flusssteuerventil geschlossen, das an dem Ansaugrohr oder in dessen Nähe vorgesehen ist. Wenn nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums eine Änderung des Drucks in dem Kraftstofftank festgestellt wird, wird der gesamte Spülkanal in Bezug auf einen Fehler untersucht.
Ferner ist aus DE 197 35 549 A1 eine Vorrichtung zur Diagnose einer Kraftstofftankentlüftungsanlage eines Fahrzeugs mit einem Kraftstofftank und einem Adsorptionsfilter bekannt, der über eine Kraftstofftankanschlussleitung mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Zur Entlüftung umfasst die Kraftstofftankentlüftungsanlage ein Kraftstofftankentlüftungsventil, das mit dem Adsorptionsfilter über eine Ventilleitung verbunden ist. Ein Schaltmittel beaufschlagt mittels einer bordeigenen Druckquelle abwechselnd die Kraftstofftankentlüftungsanlage und ein Referenzleck mit einem Druck und ermittelt auf diese Art und Weise ein etwaiges Leck.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein kostengünstig herzustellendes Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank zur Verfügung zu stellen, das zum einen eine gute Regenerierung bzw. Desorption des Sorptionsfilters ermöglicht und zum anderen eine On-Board-Diagnose einer etwaigen Leckage im Kraftstofftankentlüftungssystem gewährleistet.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß ist ein Entlüftungssystem, insbesondere für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs, mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter und einem Verbrennungsmotor, insbesondere zwischen dem Sorptionsfilter und einer Luftführung vor einer Lade- bzw. Turbolader-Einheit des Verbrennungsmotors oder einem Saugrohr des Verbrennungsmotors, angeordneten Fördereinrichtung geschaffen, bei dem die Fördereinrichtung eine bidirektionale Fördereinrichtung ist, die in eine erste Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors zum Regenerieren des Sorptionsfilters und in eine zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose schaltbar ist.
Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem eines Kraftfahrzeugs umfasst vorzugsweise einen Kraftstofftank, der über eine Kraftstofftankanschlussleitung mit einem Sorptionsfilter, vorzugsweise einem Aktivkohleadsorptionsfilter, fluidleitend verbunden ist. Dieser Sorptionsfilter speichert temporär flüchtige Substanzen des Kraftstoffes, wie etwa flüchtige Kohlenwasserstoffe und andere Komponenten, die infolge von den im Kraftstofftank vorliegenden Druck- und Temperaturbedingungen, insbesondere beim Betanken des Kraftstofftanks, freigesetzt werden.
Der Sorptionsfilter ist über eine Spülleitung fluidleitend mit einem einem Verbrennungsmotor vorgeschalteten Saugrohr verbunden. Erfindungsgemäß ist in einem Abschnitt der Spülleitung eine bidirektionale Fördereinrichtung angeordnet. Die bidirektionale Fördereinrichtung ist wahlweise in eine erste Förderrichtung in Richtung des Saugrohrs bzw. Verbrennungsmotors und in eine zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters bzw. Kraftstofftanks schaltbar. Die bidirektionale Fördereinrichtung ist also derart gestaltet, dass sie Fluide in entgegengesetzte Richtungen fördern kann.
Unter Fluiden sind vorliegend insbesondere Kraftstoffe, Kraftstoff-Luftgemische und gasförmige Mischungen aus Kraftstoffkomponenten, wie flüchtige Kohlenwasserstoffe, und Luft zu verstehen.
Ist die bidirektionale Fördereinrichtung in Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors geschaltet, wird ein hinreichend großer Sog bzw. Fluidstrom in Richtung des Ansaugrohrs eingestellt, so dass der temporär mit verdampftem Kraftstoff angereicherte Sorptionsfilter mittels eines zugeführten Spülfluids regeneriert, das heißt im Wesentlichen vollständig desorbiert wird. Der Sorptionsfilter wird mittels des Fluids, das beispielsweise von außen zuzuführende Frischluft sein kann, „gespült”.
Ist die bidirektionale Fördereinrichtung hingegen bei stehendem Motor in Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters geschaltet, so wird vorzugsweise im Bereich zwischen der bidirektionalen Fördereinrichtung und dem Kraftstofftank ein Überdruck aufgebaut. Anhand von ermittelten Druckwerten ist eine Kraftstofftankleckdiagnose – eine On-Board-Diagnose – durchführbar.
Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem gewährleistet vorteilhafterweise zum einen eine gute Regenerierung des Sorptionsfilters und zum anderen kann auf einfache Art und Weise eine in einigen Staaten vorgeschriebene On-Board-Kraftstofftankleckdiagnose durchgeführt werden, ohne dass weitere Komponenten für diese Diagnose in das Entlüftungssystem eingebaut werden müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist die bidirektionale Fördereinrichtung als eine bidirektionale Pumpe gestaltet.
Bei dieser Weiterbildung ist in einem Abschnitt der Spülleitung eine bidirektionale Pumpe, auch Spülpumpe genannt, angeordnet. Die bidirektionale Pumpe ist wahlweise in eine erste Förderrichtung in Richtung des Saugrohrs bzw. Verbrennungsmotors und in eine zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters bzw. Kraftstofftanks schaltbar. Die bidirektionale Pumpe ist also derart gestaltet, dass sie die Fluide in entgegengesetzte Richtungen fördern kann.
Ist die bidirektionale Pumpe in Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors geschaltet, wird ein hinreichend großer Sog bzw. Fluidstrom in Richtung des Ansaugrohrs eingestellt, so dass der temporär mit verdampftem Kraftstoff angereicherte Sorptionsfilter mittels eines zugeführten Spülfluids regeneriert, das heißt im Wesentlichen vollständig desorbiert wird. Der Sorptionsfilter wird mittels des Fluids, das beispielsweise von außen zuzuführende Frischluft sein kann, „gespült”.
Ist die bidirektionale Pumpe hingegen bei stehendem Motor in Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters geschaltet, so wird vorzugsweise im Bereich zwischen der bidirektionalen Pumpe und dem Kraftstofftank ein Überdruck aufgebaut. Anhand von ermittelten Druckwerten ist eine Kraftstofftankleckdiagnose – eine On-Board-Diagnose – durchführbar.
Es wird vorteilhafterweise zum einen eine gute Regenerierung des Sorptionsfilters gewährleistet und zum anderen kann auf einfache Art und Weise eine in einigen Staaten vorgeschriebene On-Board-Kraftstofftankleckdiagnose durchgeführt werden, ohne dass weitere Komponenten für diese Diagnose in das Entlüftungssystem eingebaut werden müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist zwischen der bidirektionalen Pumpe und dem Saugrohr ein Kraftstofftankentlüftungsventil angeordnet.
Das Kraftstofftankentlüftungsventil ist geeignet, die fluidleitende Verbindung zwischen der bidirektionalen Pumpe und dem Saugrohr wahlweise zum Spülen bzw. Regenerieren des Sorptionsfilters freizugeben oder zu verschließen. Ist das Kraftstofftankentlüftungsventil geschlossen, so wird das Regenerieren des Sorptionsfilters unterbrochen und der im Kraftstofftank verdampfende Kraftstoff wird über die Kraftstofftankanschlussleitung dem Filter zugeführt, wo er adsorbiert und temporär bis zum nächsten Spülvorgang gespeichert wird.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist der Verbrennungsmotor ein Turbomotor mit einer Turbolader-Einheit.
Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem eignet sich insbesondere für den Einsatz bei Turbomotoren, vorzugsweise bei Downsize-Turbomotoren, die bei kleineren und leichteren Motoren eine vergleichbare Motorleistung zu herkömmlichen Motoren mit größerem Hubraum gewährleisten. Mittels der bidirektionalen Pumpe wird das Problem überwunden, dass Turbomotoren aufgrund einer entdrosselten Betriebsweise einen relativ geringen Ansaugunterdruck über das Saugrohr generieren, der häufig nicht hinreichend groß ist, um den Sorptionsfilter vollständig, zu regenerieren.
Dazu wird die Pumpe über eine erste Leitung an einer der Turbolader-Einheit vorgelagerten Einleitstelle und über eine zweite Leitung an einer der Drosselklappe nachgelagerten Einleitstelle mit dem Saugrohr fluidleitend verbunden.
Bei einer derartigen Weiterbildung weist das Entlüftungssystem zwei Einleitstellen auf, über die der verdampfte und aus dem Sorptionsfilter desorbierte Kraftstoff dem Motor zugeführt werden kann. Sofern der in der Spülleitung vorliegende Druck größer ist als der Druck im Saugrohr, das heißt wenn der Motor gedrosselt mit Saugrohrunterdruck betrieben wird, erfolgt die Regenerierung bei ausgeschalteter Pumpe in das Saugrohr. Wird der Motor dagegen im Ladebereich, das heißt mit Überdruck im Saugrohr betrieben, wird die Pumpe eingeschaltet und das mit flüchtigen Kraftstoff-Komponenten angereicherte Spülfluid wird dem Motor über die der Turbolader-Einheit vorgeordnete Einleitstelle zugeführt. Somit kann die bidirektionale Pumpe mit einer geringeren Pumpleistung arbeiten, da der Druck an dieser Einleitstelle gleich dem Umgebungsdruck und somit im Ladebetrieb geringer ist als an der der Drosselklappe nachgeordneten Einleitstelle. Somit ist es möglich, die Pumpe im Ladebetrieb nur einzuschalten, wenn hohe Beladung des Aktivkohlefilters vorliegt.
Bei dieser vorteilhaften Anordnung des Entlüftungssystems ist die erste und die zweite Leitung jeweils mit einem Rückschlagventil versehen.
Beide Ventile öffnen bei Strömungsrichtung zum Motor hin bei möglichst geringem Differenzdruck.
Das Rückschlagventil in der ersten Leitung verhindert, dass im Saugbetrieb Luft von der Einleitstelle vor dem Lader in das Saugrohr gesaugt wird. Das Rückschlagventil in der zweiten Leitung verhindert im Ladebetrieb mit Saugrohrüberdruck eine Luftströmung vom Saugrohr vor den Lader.
Damit die bidirektionale Pumpe bei stehendem Motor trotz der Rückschlagventile in die zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters zur Durchführung einer Kraftstofftankleckdiagnose pumpen kann, ist zwischen der Pumpe und dem Saugrohr ein Umschaltventil zum Zuführen von Frischluft während der Kraftstofftankleckdiagnose angeordnet.
Das Umschaltventil ist vorzugsweise als ein 2/3-Wegeventil gestaltet. Ist die bidirektionale Pumpe in die erste Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors zum Regenerieren des Sorptionsfilters geschaltet, so ist die Frischluftzufuhr des Umschaltventils gesperrt und die Spülleitung fluidleitend in Richtung des Saugrohrs geöffnet. Ist die bidirektionale Pumpe hingegen in die zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters zur Durchführung einer Kraftstofftankleckdiagnose geschaltet, so wird die Frischluftzufuhr des Umschaltventils geöffnet und die Spülleitung saugrohrseitig versperrt. Auf diese Weise wird in dem Abschnitt zwischen Umschaltventil und Kraftstofftank mittels der Frischluftzufuhr ein Überdruck im Entlüftungssystem erzeugt, wodurch ein etwaiges Leck ermittelt werden kann.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist das Umschaltventil in der bidirektionalen Pumpe integriert.
Bei solch einer Weiterbildung liegt die bidirektionale Pumpe und das Umschaltventil als eine Baugruppe vor. Die Baugruppe ist auf eine einfache, platzsparende und kostengünstige Weise in das Entlüftungssystem zu integrieren.
Gemäß einer noch weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist das. Umschaltventil in einem Kraftstofftankentlüftungsventil integriert, wodurch das Ventil ebenfalls auf eine einfache, platzsparende und kostengünstige Weise in das Entlüftungssystem zu integrieren ist.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist der Sorptionsfilter über das Tankentlüftungsventil und eine erste Leitung über die Pumpe an einer ersten Einleitstelle vor der Drosselklappe und gleichermaßen über das Tankentlüftungsventil und eine zweite Leitung an einer der Drosselklappe nachgeordneten zweiten Einleitstelle mit dem Saugrohr fluidleitend verbunden und die bidirektionale Fördereinrichtung ist in der ersten Leitung angeordnet.
Eine solche Weiterbildung findet insbesondere bei Saugmotoren Einsatz. Das Entlüftungssystem weist vorliegend zwei Einleitstellen auf, über die der verdampfte und aus dem Sorptionsfilter desorbierte Kraftstoff dem Motor zugeführt werden kann. Die bidirektionale Fördereinrichtung kann also in Richtung des Saugrohrs sowie trotz vorhandenem Saugrohrunterdruck bei teilweise oder ganz geschlossener Drosselklappe in Richtung des Sorptionsfilters fördern.
So kann beispielsweise auch bei laufendem Motor während dessen Betrieb mit Saugrohrunterdruck eine Tankleckdiagnose, nämlich eine Grobleckprüfung, durchgeführt werden. Ferner kann auch eine Regenerierung des Sorptionsfilters bei Motorbetrieb mit Saugrohrunterdruck nur über das Tankentlüftungsventil ohne einen Druckabfall über die Pumpe erfolgen.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist die erste Einleitstelle eine einer Turbolader-Einheit vorgeordnete Einleitstelle und die zweite Einleitstelle eine der Drosselklappe nachgeordnete Einleitstelle.
Vorliegend ist der Verbrennungsmotor als ein Turbomotor mit einer Turbolader-Einheit gebildet. Die bidirektionale Fördereinrichtung ist hierbei in der ersten Leitung geschaltet, die in der Luftführung an einer Stelle mündet, die der Turbolader-Einheit vorgelagert ist.
Durch die beschriebene Anordnung wird sowohl bei Saug- als auch bei Turbomotoren bei Regenerierung im Saugrohr-Unterdruckbetrieb der Strömungswiderstand verringert, wodurch die Regenerierrate des Sorptionsfilters auch ohne Pumpe erhöht wird. Eine bedarfsorientierte Regenerierratenerhöhung wird weiter verbessert. Weiterhin wird und die Leistungsaufnahme der Pumpe minimiert.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Gestaltung des Entlüftungssystems umfasst die bidirektionale Fördereinrichtung eine unidirektionale Pumpe mit einem am Pumpenausgang angeordneten ersten Umschaltventil und einem am Pumpeneingang angeordneten zweiten Umschaltventil.
Gemäß dieser Weiterbildung umfasst die bidirektionale Fördereinrichtung keine bidirektionale Pumpe, sondern eine unidirektionale Pumpe, das heißt eine Pumpe, die dazu ausgebildet ist, lediglich in eine Richtung, nämlich ohne Strömungsumkehr zu fördern.
Eine solche unidirektionale Pumpe weist einen einfachen Aufbau auf und ist kostengünstig herstellbar.
Eine Strömungsrichtungsumkehr wird vorliegend mittels zwei simultan angesteuerten Umschaltventilen erzielt, die vorzugsweise als 2/3-Wegeventile gestaltet sind. Hierbei ist ein erstes Umschaltventil am Pumpenausgang und ein zweites Umschaltventil am Pumpeneingang angeordnet.
Weiterhin kann vorteilhafterweise in umgeschalteter Stellung das erste Umschaltventil fluidleitend mit dem Sorptionsfilter und das zweite Umschaltventil fluidleitend mit der ersten Leitung an einer dem ersten Umschaltventil nachgeordneten Stelle verbunden sein.
Die bidirektionale Fördereinrichtung, das heißt das so genannte Regenerier- und Diagnosemodul weist vorliegend also drei pneumatische Anschlüsse auf.
Zur Regenerierung des Sorptionsfilters sind das erste und das zweite Umschaltventil in eine die erste Leitung freigebende erste Stellung geschaltet. Die fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Umschaltventil und dem Sorptionsfilter sowie die fluidleitende Verbindung zwischen dem zweiten Umschaltventil und der ersten Leitung sind unterbrochen.
Zum einen kann bei einem Ladebetrieb des Motors auch bei ausgeschalteter unidirektionaler Pumpe mittels eines Venturi-Effekts über die erste Leitung regeneriert werden. Bei hoher Beladung des Sorptionsfilters wird die unidirektionale Pumpe vorzugsweise eingeschaltet. Die Regenerierrate des Sorptionsfilters kann mittels eines taktenden Verhaltens eines Tankentlüftungsventils gesteuert werden. Zum anderen kann auch bei Betrieb mit Saugrohrunterdruck ohne zusätzlichen Strömungswiderstand der Pumpe über die zweite Leitung regeneriert werden.
Zum Durchführen einer Tankleckdiagnose werden das erste und das zweite Umschaltventil simultan angesteuert. Es kann also ein Kombiventil Einsatz finden, das über lediglich nur eine Endstufe des Motorsteuergeräts aktiviert wird. Das erste und zweite Umschaltventil werden in eine zweite Stellung geschaltet, bei der die erste Leitung zwischen dem Pumpeneingang und dem Tankentlüftungsventil bzw. Sorptionsfilter sowie zwischen dem Pumpenausgang und dem Saugrohr verschlossen ist. Die fluidleitende Verbindung zwischen dem ersten Umschaltventil und dem Sorptionsfilter sowie die fluidleitende Verbindung zwischen dem zweiten Umschaltventil und der ersten Leitung sind hingegen freigegeben. Mit anderen Worten ist die erste Leitung von der Einleitstelle vor der Ladereinheit beim Turbomotor bzw. vor der Drosselklappe beim Saugmotor saugseitig in Richtung der unidirektionalen Pumpe und deren Pumpenausgang, das heißt deren Druckausgang, in Richtung des Sorptionsfilters geschaltet.
Bei einem geschlossenem Tankentlüftungsventil und geschlossenem Sorptionsfilter-Belüftungsventil kann somit durch Einschalten der unidirektionalen Pumpe ein Überdruck im Tankentlüftungssystem aufgebaut werden. Bei einem laufenden Motor kann beispielsweise eine Grobleckdiagnose und bei stehendem Motor eine Feinleckdiagnose durch ein Auswerten von Druckverläufen erfolgen. Die Druckverläufe werden vorzugsweise mit Hilfe eines Tankdrucksensors ermittelt. Für die Feinleckdiagnose werden nach Erreichen eines definierten Überdrucks bei einem weiterhin geschlossenen Tankentlüftungsventil die unidirektionale Pumpe aus- und die beiden Umschaltventile in Ruhestellung geschaltet. Es wird ermittelt, ob der definierte Überdruck erhalten bleibt. Bleibt der Druck erhalten, liegt kein Leck vor.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des Entlüftungssystems ist an Stelle eines Drucksensors im Kraftstofftank an der Stelle zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Sorptionsfilter und einer Stelle zwischen dem zweiten Umschaltventil und der unidirektionalen Pumpe ein Differenzdrucksensor angeordnet.
Mittels des Einsatzes eines Differenzdrucksensors wird die Möglichkeit geschaffen, den Regeneriergasstrom bei der Regenerierung des Sorptionsfilters, das heißt positive und negative Drücke, zu erfassen und diese genau zu bestimmen. Im Regenerierbetrieb, bei dem sich das zweite Umschaltventil in Ruhestellung befindet, kann aus einem ermittelten Differenzdruck und einem Tastverhältnis des Tankentlüftungsventils der Regeneriergasstrom bei aus- oder eingeschalteter unidirektionaler Pumpe berechnet werden.
Am Anschluss zwischen dem zweiten Umschaltventil und der unidirektionalen Pumpe herrscht näherungsweise Umgebungsdruck, so dass über den zweiten Anschluss des Differenzdrucksensors zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Sorptionsfilter der Überdruck gemessen werden kann, der sich bei eingeschalteter unidirektionaler Pumpe und abgesperrtem Tankentlüftungsventil und Sorptionsfilter-Belüftungsventil aufbaut. Bei der Feinleckdiagnose – vorzugsweise bei abgestelltem Motor – stellt sich nach dem Druckaufbau und anschließend abgeschalteter unidirektionaler Pumpe relativ schnell ein Umgebungsdruck am Anschluss zwischen dem Sorptionsfilter und dem Tankentlüftungsventil ein, so dass über den Anschluss zwischen der Pumpe und dem zweiten Unschaltventil ein genauer Tankdruckverlauf im abgeschlossenen System ermittelt und ggf. auf ein etwaiges Leck geschlossen werden kann.
Ferner ist die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose gelöst. Das Verfahren umfasst folgende Schritte:
Vorsehen eines Sorptionsfilters, eines Saugrohrs und eine den Sorptionsfilter und das Saugrohr fluidleitend verbindende Leitung mit einer bidirektionalen Fördereinrichtung,
Erzeugen einer Fluidströmung in der Leitung in Richtung des Sorptionsfilters mittels der bidirektionalen Fördereinrichtung,
Erzeugen eines Überdrucks mittels der Fluidströmung und
Diagnostizieren eines etwaigen Lecks anhand des Überdrucks.
Gemäß der Erfindung ist ein Sorptionsfilter zum Sorbieren und temporären Speichern von flüchtigen Kraftstoffkomponenten über eine Kraftstofftankanschlussleitung mit einem Kraftstofftank fluidleitend verbunden. Dieser Sorptionsfilter wird über eine Leitung mit einem Saugrohr eines Verbrennungsmotors oder bei einem Turbomotor zusätzlich mit einer Einleitstelle vor einem Lader fluidleitend verbunden. In dieser Leitung wird eine bidirektionale Fördereinrichtung vorgesehen, die eine Fluidströmung in Richtung des Sorptionsfilters erzeugt. Mittels der Fluidströmung wird somit in einem Abschnitt zwischen der bidirektionalen Fördereinrichtung und dem Kraftstofftank bei geschlossenem Tankentlüftungsventil und geschlossenem Sorptionsfilter-Belüftungsventil ein Überdruck erzeugt, wodurch ein etwaiges Leck diagnostiziert werden kann. Dieses Verfahren stellt eine hohe Trennschärfe zur Unterscheidung verschiedener Leckgrößen zur Verfügung.
Des Weiteren ist ein Kraftfahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Entlüftungssystem geschaffen.
Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist in vorteilhafter Weise mit einem Entlüftungssystem gemäß den oben erläuterten Merkmalen ausgestattet. Ein solches Entlüftungssystem gewährleistet, dass zum einen eine hinreichend gute Regenerierung des Sorptionsfilters zur Verfügung gestellt wird. Zum anderen ist auf eine kostengünstige und einfache Art und Weise stets eine On-Board-Kraftstofftankleckdiagnose durchführbar. Kurzbeschreibung der Zeichnungen Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert: Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems,
2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems,
3 eine schematische Darstellung eines dritten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems,
4 eine schematische. Darstellung eines vierten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems, und
5 eine schematische Darstellung eines fünften Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems.
Beschreibung von Ausführungsformen
1 veranschaulicht ein Entlüftungssystem 10 eines Kraftstofftanks 12. Das Entlüftungssystem 10 weist einen Sorptionsfilter 14 zur temporären Aufnahme von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 12 auf. Der Sorptionsfilter 14 ist zum einen mit dem Kraftstofftank 12 über eine Kraftstofftankanschlussleitung 16 und zum anderen über eine Luftzuführung 19 mit einem Saugrohr 20 eines Motors, vorliegend eines Verbrennungsmotors 22, über eine Spülleitung 18 fluidleitend verbunden. Über die Kraftstofftankanschlussleitung 16 können somit flüchtige Komponenten des Kraftstoffs vom Kraftstofftank 12 in den Sorptionsfilter 14 geleitet und von dort aus über die Spülleitung 18 dem Verbrennungsmotor 22 zur Verbrennung zugeführt werden.
Wenn der Kraftstofftank 12 mit Kraftstoff betankt wird bzw. wenn im Kraftstofftank 12 bestimmte Druck- und Temperaturbedingungen vorliegen, bei denen flüchtige Komponenten des Kraftstoffs, wie Kohlenwasserstoffe, in die gasförmige Phase übergehen, so werden diese flüchtigen Komponenten über die Kraftstofftankanschlussleitung 16 dem Sorptionsfilter 14 zugeführt und dort temporär gespeichert. Der Sorptionsfilter 14 ist als ein Aktivkohlefilter 14 ausgebildet, der die flüchtigen Komponenten ad- und resorbieren kann.
In der Spülleitung 18 ist zwischen dem Sorptionsfilter 14 und dem Saugrohr 20 eine bidirektionale Pumpe 24 und zwischen dieser Pumpe 24 und dem Saugrohr 20 ein Kraftstofftankentlüftungsventil 26 zwischengeschaltet. Dem Sorptionsfilter 14 ist ferner ein Belüftungsventil 28 zugeordnet, das im geöffneten Zustand Frischluft – so genanntes Spülfluid – zur Verfügung stellt, mittels dem die im Filter adsorbierten flüchtigen Kraftstoffkomponenten wieder desorbiert werden.
Die bidirektionale Pumpe 24 ist mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit wahlweise in eine erste Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors 22 bzw. Saugrohrs 20 und in eine zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters 14 bzw. Kraftstofftanks 12 schaltbar. Im ersten Fall wird der zuvor mit verdampftem Kraftstoff angereicherte Sorptionsfilter 14 regeneriert, das heißt desorbiert. Im zweiten Fall wird eine Kraftstofftankleckdiagnose des Entlüftungssystems 10 durchgeführt.
Während des Regenerierens des Sorptionsfilters 14 sind das Kraftstofftankentlüftungsventil 26 sowie das Belüftungsventil 28 des Filters 14 geöffnet und die Pumpe 24 saugt Frischluft aus der Atmosphäre über das Belüftungsventil 28 durch den zuvor mit verdampftem Kraftstoff angereicherten Sorptionsfilter 14 in die Spülleitung 18. Dabei desorbiert die den Filter 14 durchströmende Luft den dort angereicherten. Kraftstoff. Das im Wesentlichen mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Spülfluid wird zur Verbrennung einem Kraftstoff-Luft-Gemisch im Saugrohr 20, und zwar an einer Einleitstelle, die einem Luftmassenmesser 30 und einer Drosselklappe 32 nachgelagert ist, beigemengt. Die Pumpe wird nur eingeschaltet, wenn kein ausreichender Saugrohrunterdruck vorhanden ist. Bei ausreichendem Unterdruck erfolgt bei stehender Pumpe 24 durch deren Leckage die Regenerierung.
Ein Desorbieren des Sorptionsfilters 14 über die Pumpe erfolgt bevorzugt, wenn der Verbrennungsmotor 22 hohe Leistungen generieren muss und nicht ausreichender Saugrohrunterdruck vorhanden ist, wie beispielsweise bei längeren Fahrten bergauf, wenn also die Drosselklappe geöffnet ist. Somit wird eine bedarfsorientierte Regenerierung des Sorptionsfilters 14 ermöglicht, wodurch die Leistungsaufnahme des Pumpenmotors minimiert werden kann. Ferner kann bei Verwendung des Entlüftungssystems 10 eine bereits bestehende Fahrzeughardware unverändert beibehalten werden.
Zum Durchführen einer On-Board-Kraftstofftankleckdiagnose fördert die bidirektionale Pumpe 14 bei stehendem Verbrennungsmotor 22 ein Fluid, insbesondere eine von außen über die Ansaugstrecke des Verbrennungsmotors 22 und das Tankentlüftungsventil 26 zuzuführende Frischluft, in Richtung des Kraftstofftanks 12. Im Entlüftungssystem 10, das heißt in allen Bereichen zwischen der Pumpe 24 und dem Kraftstofftank 12 wird bei geschlossenem Belüftungsventil 28 ein Überdruck erzeugt. Danach wird das Tankentlüftungsventil 26 geschlossen und ein im Kraftstofftank 12 angeordneter Drucksensor 34 ermittelt den Druck über einen bestimmten Zeitverlauf. Hierdurch kann auf ein etwaiges Leck im Entlüftungssystem 10 geschlossen werden.
2 und 3 zeigen ein Entlüftungssystem 10 gemäß 1, das einem Verbrennungsmotor 22 in Gestalt eines Turbomotors zugeordnet ist. Die Luftführung 19, die dem Motor 22 vorgeschaltet ist, weist zwischen dem Luftmassenmesser 30 und der Drosselklappe 32 eine Turbolader-Einheit 36 sowie einen Ladeluftkühler 38 auf.
Die bidirektionale Pumpe 24 ist über eine erste Leitung 40 an einer der Turbolader-Einheit 36 vorgelagerten Einleitstelle und über eine zweite Leitung 42 an einer der Drosselklappe 32 nachgelagerten. Einleitstelle mit dem Saugrohr 20 fluidleitend verbunden. In der ersten Leitung 40 ist ein erstes Rückschlagventil 44 und in der zweiten Leitung 42 ein zweites Rückschlagventil 46 angeordnet.
Ist die bidirektionale Pumpe 24 in Richtung des Verbrennungsmotors 22 geschaltet, so werden das Belüftungsventil 28 des Sorptionsfilters 14 sowie das Kraftstofftankentlüftungsventil 26 geöffnet. Frischluft als Spülfluid strömt durch das Belüftungsventil 28 und den Sorptionsfilter 14 in die Spülleitung 18 und desorbiert die temporär gespeicherten flüchtigen Kraftstoffkomponenten. Im Saugbetrieb des Verbrennungsmotors 22 strömt das Fluid bei abgeschalteter Pumpe 24 über die zweite Leitung 42 in das Saugrohr 20. Bei Motorbetrieb im Ladebereich wird die Pumpe 24 eingeschaltet und das Fluid strömt über die erste Leitung 40 vor den Lader 36.
Ist die bidirektionale Pumpe 24 bei stehendem Motor in Richtung des Sorptionsfilters 14 zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose geschaltet, so wird ein Umschaltventil 48 in Form eines 2/3-Wegeventils angesteuert, das wahlweise eine Frischluftzufuhr freigibt. Somit kann die Pumpe 24 Frischluft ansaugen. Diese wird in Richtung des Kraftstofftanks 12 gepumpt und bei geschlossenem Belüftungsventil 28 wird ein Überdruck erzeugt. Der Drucksensor 34 im Kraftstofftank 12 ermittelt bei anschließend geschlossenem Tankentlüftungsventil 26 über einen bestimmten Zeitverlauf Druckwerte und detektiert auf diese Weise ein etwaiges Leck im Entlüftungssystem 10.
In 2 ist das Umschaltventil 48 in der bidirektionalen Pumpe 24 und in 3 in dem Kraftstofftankentlüftungsventil 26 integriert.
Wenn die bidirektionale Pumpe 24 hingegen in Richtung des Verbrennungsmotors 22 geschaltet ist, dann wird das Umschaltventil 48 in eine Stellung geschaltet, in der die Frischluftzufuhr unterbrochen und die Spülleitung 18 freigegeben ist.
4 und 5 zeigen eine andere Ausführungsform des Entlüftungssystem 10 gegenüber den 1,2 und 3; das Entlüftungssystem 10 gemäß 4 ist einem Saugmotor 22 und das Entlüftungssystem 10 gemäß 5 einem Turbomotor 22 zugeordnet.
Gemäß 4 ist der Sorptionsfilter 14 über die erste Leitung 40 mit der Luftführung vor Drosselklappe und die zweite Leitung 42 mit dem Saugrohr 20 des Verbrennungsmotors 22 fluidleitend verbunden. Bei dem Turbomotor 22 nach 5 mündet hingegen die erste Leitung 40 in einer ersten Einleitstelle, die der Turbolader-Einheit 36 vorgelagert ist und die zweite Leitung 42 in einer zweiten Einleitstelle, die der Drosselklappe 32 nachgelagert ist.
Vorliegend umfassen die Entlüftungssysteme 10 keine bidirektionale Pumpe 24, sondern es ist eine bidirektionale Fördereinrichtung 50 in der ersten Leitung 40 zwischengeschaltet, die mittels einer unidirektionalen Pumpe 52 mit einem am Pumpenausgang angeordneten ersten Umschaltventil 54 und einem am Pumpeneingang angeordneten zweiten Umschaltventil 56 gebildet ist. Die beiden Umschaltventile 54, 56 zur Förderrichtungsumkehr sind als 2/3-Wege-Ventile gestaltet und simultan angesteuert. Die Umschaltventile 54, 56 sind als ein Kombiventil gestaltet, das über lediglich nur eine Endstufe des Motorsteuergeräts aktiviert wird.
Das erste Umschaltventil 54 ist über eine dritte Leitung 58 fluidleitend mit dem Sorptionsfilter 14 und das zweite Umschaltventil 56 über eine vierte Leitung 60 mit der ersten Leitung 40 an einer dem ersten Umschaltventil 54 nachgeordneten Stelle verbunden. Die bidirektionale Fördereinrichtung 50 weist als ein so genanntes Regenerier- und Diagnosemodul somit nur drei pneumatische Anschlüsse auf.
Zur Regenerierung des Sorptionsfilters 14 sind das erste und das zweite Umschaltventil 54, 56 in eine die erste Leitung 40 freigebende erste Stellung geschaltet. Die dritte Leitung 58 zwischen dem ersten Umschaltventil 54 und dem Sorptionsfilter 14 sowie die vierte Leitung 60 zwischen dem zweiten Umschaltventil 56 und der ersten Leitung 40 sind unterbrochen.
Zum einen kann nun bei einem Ladebetrieb des Verbrennungsmotors 22 bei ausgeschalteter unidirektionaler Pumpe 52 mittels eines Venturi-Effekts über die erste Leitung 40 der Sorptionsfilter 14 regeneriert werden. Bei hoher Beladung des Sorptionsfilters 14 wird die unidirektionale Pumpe 42 eingeschaltet und dadurch die Regenerierrate erhöht. Zum anderen kann im Saugbetrieb des Verbrennungsmotors 22 durch den Saugrohrunterdruck ohne den Strömungswiderstand der Pumpe 24 über die zweite Leitung 42 in das Saugrohr 20 regeneriert werden. Die Regenerierrate des Sorptionsfilters 14 wird dabei mittels eines taktenden Verhaltens des Tankentlüftungsventils 26 gesteuert.
Zum Durchführen einer Tankleckdiagnose werden das erste und das zweite Umschaltventil 54, 56 simultan angesteuert. Das erste und zweite Umschaltventil 54, 56 werden in eine zweite Stellung geschaltet, bei der die erste Leitung 40 zwischen dem Pumpeneingang und dem Tankentlüftungsventil 26 sowie zwischen dem Pumpenausgang und dem Saugrohr 20 verschlossen ist. Die dritte und vierte Leitung 58, 60 sind hingegen freigeschaltet.
Bei einem geschlossenem Tankentlüftungsventil 26 und geschlossenem Belüftungsventil 28 kann somit durch Einschalten der unidirektionalen Pumpe 52 ein Überdruck im Tankentlüftungssystem 10 aufgebaut werden. Bei laufendem Verbrennungsmotor 22 erfolgt eine Grobleckdiagnose und bei stehendem Motor 22 eine Feinleckdiagnose durch ein Auswerten von Druckverläufen.
Bei der Feinleckdiagnose werden nach Erreichen eines definierten Überdrucks bei dem weiterhin geschlossenen Tankentlüftungsventil 26 und Belüftungsventil 28 die unidirektionale Pumpe 52 aus- und die beiden Umschaltventile 54, 56 in Ruhestellung geschaltet. Dadurch ist das Tankentlüftungssystem abgeschlossen und es wird ermittelt, ob der definierte Überdruck erhalten bleibt und somit kein Leck vorliegt.
Gemäß 5 ist ferner an einer Stelle zwischen dem Sorptionsfilter 14 und dem Tankentlüftungsventil 26 sowie einer Stelle zwischen dem zweiten Umschaltventil 56 und der unidirektionalen Pumpe 52 ein Differenzdrucksensor 35 zur Ermittlung von Differenzdruckwerten gemäß den in der Diskussion der Ansprüche genannten Merkmalen geschaltet. Ist ein Signal des Differenzdrucksensors 35 durch ein Takten des Tankentlüftungsventils 26 stark pulsierend, kann ggf. auch ein pneumatischer oder elektrischer Filter eingesetzt werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10154360 A1 [0005]
DE 19735549 A1 [0006]

Claims

Entlüftungssystem (10), insbesondere für einen Kraftstofftank (12) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Sorptionsfilter (14) zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (12) und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter (14) und einer Luftführung (19) oder einem Saugrohr (20) eines Verbrennungsmotors (22) angeordneten Fördereinrichtung, dadurch gekennzeichnet, dass die Fördereinrichtung eine bidirektionale Fördereinrichtung (50) ist, die in eine erste Förderrichtung in Richtung des Verbrennungsmotors (22) zum Regenerieren des Sorptionsfilters (14) und in eine zweite Förderrichtung in Richtung des Sorptionsfilters (14) zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose schaltbar ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionale Fördereinrichtung (50) als eine bidirektionale Pumpe (24) gestaltet ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der bidirektionalen Pumpe (24) und dem Saugrohr (20) ein Kraftstofftankentlüftungsventil (26) angeordnet ist.
Entlüftungssystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (22) ein Turbomotor mit einer Turbolader-Einheit (36) ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Pumpe (24) über eine erste Leitung (40) an einer der Turbolader-Einheit (36) vorgelagerten Einleitstelle und über eine zweite Leitung (42) an einer einer Drosselklappe (32) nachgelagerten Einleitstelle mit dem Saugrohr (20) fluidleitend verbunden ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Leitung (40) mit einem ersten Rückschlagventil (44) und die zweite Leitung (42) mit einem zweiten Rückschlagventil (46) versehen ist.
Entlüftungssystem (10) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Pumpe (24) und dem Saugrohr (20) ein Umschaltventil (48) zum Zuführen von Frischluft während. der Kraftstofftankleckdiagnose angeordnet ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (48) in der bidirektionalen Pumpe (24) integriert ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (48) in einem Kraftstofftankentlüftungsventil (26) integriert ist.
Entlüftungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Sorptionsfilter (14) über eine erste Leitung (40) an einer ersten Einleitstelle vor einer Drosselklappe (32) und über eine zweite Leitung (42) an einer der Drosselklappe (32) nachgeordneten zweiten Einleitstelle mit dem Saugrohr (20) fluidleitend verbunden ist und die bidirektionale Fördereinrichtung (50) in der ersten Leitung (40) angeordnet ist.
Entlüftungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einleitstelle eine einer Turbolader-Einheit (36) vorgeordnete Einleitstelle und die zweite Einleitstelle eine einer Drosselklappe (32) nachgeordnete Einleitstelle ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass die bidirektionale Fördereinrichtung (50) eine unidirektionale Pumpe (52) mit einem am Pumpenausgang angeordneten ersten Umschaltventil (54) und einem am Pumpeneingang angeordneten zweiten Umschaltventil (56) umfasst.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Umschaltventil (54) ferner fluidleitend mit dem Sorptionsfilter (14) und das zweite Umschaltventil (56) fluidleitend mit der ersten Leitung (40) an einer dem ersten Umschaltventil (54) nachgeordneten Stelle verbunden ist.
Entlüftungssystem (10) nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Stelle zwischen einem Tankentlüftungsventil (26) und dem Sorptionsfilter (14) und einer Stelle zwischen dem zweiten Umschaltventil (56) und der unidirektionalen Pumpe (52) ein Differenzdrucksensor (35) geschaltet ist.
Verfahren zum Durchführen einer Kraftstofftankleckdiagnose mit den Schritten: – Vorsehen eines Sorptionsfilters (14), einer Luftführung (19) oder eines Saugrohrs (20) und einer den Sorptionsfilter (14) und die Luftführung (19) oder das Saugrohr (20) fluidleitend verbindenden Leitung (18) mit einer bidirektionalen Fördereinrichtung (50), – Erzeugen einer Fluidströmung in der Leitung (18) in Richtung des Sorptionsfilters (14) mittels der bidirektionalen Fördereinrichtung (50), – Erzeugen eines Überdrucks mittels der Fluidströmung und – Diagnostizieren eines etwaigen Lecks anhand des Überdrucks.
Kraftfahrzeug mit einem Entlüftungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14.