DE102011015999A1

DE102011015999A1 - Verfahren zum Entlüften eines Kraftstofftanks eines Fahrzeugs und Tankentlüftungsvorrichtung

Info

Publication number: DE102011015999A1
Application number: DE102011015999A
Authority: DE
Inventors: Harald Hagen
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-04-04
Filing date: 2011-04-04
Publication date: 2012-10-04
Anticipated expiration: 2031-04-05
Also published as: DE102011015999B4

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften eines Kraftstofftanks eines Fahrzeugs, bei welchem ein Tankabsperrventil zumindest vorübergehend geöffnet wird. Der Druck (P) im Kraftstofftank wird zumindest bei geöffnetem Tankabsperrventil als Funktion der Zeit (t) erfasst, wobei bei Erfassen eines Drucks (56, 66, 74) als Funktion der Zeit, welcher nach wenigstens einem vorbestimmten Kriterium von einem erwarteten Druckabfall (50, 60, 68, 76) abweicht, das Tankabsperrventil geschlossen wird. Dadurch lässt sich ein durch Corking verschlossenes Tankentlüftungsventil wieder öffnen und der Druck (P) im Drucktank baut sich stufenweise ab. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Tankentlüftungsvorrichtung für ein Fahrzeug.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Entlüften eines Kraftstofftanks eines Fahrzeugs, bei welchem ein Tankabsperrventil zumindest vorübergehend geöffnet wird. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Tankentlüftungsvorrichtung für ein Fahrzeug.
Aus dem Fahrzeugbau ist es bekannt, als Kraftstofftank einen so genannten Drucktank einsetzen, bei welchem der im Tank vorliegende Druck den atmosphärischen Druck überschreitet. Bei hohem Druck im Kraftstofftank ist eine weitere Ausgasung des Kraftstoffs erschwert, so dass sich durch den Einsatz eines Drucktanks im Fahrzeug eine Verringerung an Emissionen von gasförmigen Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstofftank erreichen lassen.
Wenn ein in einer Entlüftungsleitung des Drucktanks angeordnetes Tankabsperrventil geschlossen ist, führt eine Temperaturerhöhung im Tank zum Ansteigen des Drucks in selbigem. Dieser Druck wird von Zeit zu Zeit verringert, damit nicht die Druckfestigkeitsgrenze des Tanks überschritten wird. Um den Druck im Kraftstofftank innerhalb eines entsprechenden Druckintervalls zu halten, wird üblicherweise eine Zweipunktregelung vorgenommen. Hierbei wird beim Erreichen eines oberen Grenzwerts des Drucks das Tankabsperrventil geöffnet und dann wieder geschlossen, wenn ein unterer Grenzwert des Drucks erreicht ist. Bei der Taktfrequenz des Öffnens und Schließens spielen die Ausgasung des Kraftstoffs und die beim Entlüften aus dem Tank abzuführende Gasmenge eine Rolle, wobei letztere von der Kraftstofftemperatur und dem Kraftstoffdampfdruck abhängt.
Das Tankabsperrventil, welches auch als Fuel Tank Isolation Valve (FTIV) bezeichnet wird, ermöglicht auch eine Verringerung des Drucks im Kraftstofftank vor einer Betankung.
Zur Erfassung des Drucks im Drucktank ist bei einer aus dem Stand der Technik bekannten Tankentlüftungsvorrichtung ein Drucksensor vorgesehen. In der mittels des Tankabsperrventils absperrbaren Entlüftungsleitung ist üblicherweise wenigstens ein weiteres Ventil mit einem durch einen Fluidstrom bewegbaren Verschlusskörper angeordnet. Solche Tankentlüftungsventile sind gewöhnlich innerhalb des Kraftstofftanks angeordnet. Sie können ”zureißen”, wenn der durch sie hindurchtretende Fluidstrom einen kritischen Wert überschreitet, bei welchem der Fluidstrom den Verschlusskörper gegen den Ventilsitz drückt. Ein solches Zureißen wird auch als ”Corking” bezeichnet, da ein solches Ventil, bei welchem der Verschlusskörper den Auslass versperrt, die Entlüftungsleitung so verschließt, wie ein Korken einen Flaschenhals.
Gemäß dem Stand der Technik sind verschiedene Möglichkeiten bekannt, die Wahrscheinlichkeit eines Zureißens von in der Entlüftungsleitung angeordneten Ventilen zu verringern.
So beschreibt die US 2010/0051116 A1 ein Tankabsperrventil, welches den Druck aus dem Kraftstofftank in einem zweistufigen Prozess verringert. In einer ersten Phase wird ein Steuerventil geöffnet, welches dafür sorgt, dass sich der Druck in einem durch eine perforierte Membran von einem Einlass des Tankabsperrventils abgegrenzten Raum verringert. Wenn der Druck in diesem Raum entsprechend verringert ist, hebt der am tankseitigen Einlass vorliegende Überdruck die Membran an, und Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank können ohne den Umweg über das Steuerventil direkt zu einem Auslass des Tankabsperrventils strömen. Vom Auslass führt die Entlüftungsleitung zu einem Aktivkohlebehälter, an welchem der atmosphärische Luftdruck vorliegt. Durch das zweistufige, verlangsamte Ausströmen der Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank bei geöffnetem Tankabsperrventil soll das Zureißen oder Corking stromaufwärts des Tankabsperrventils angeordneter Tankentlüftungsventile verhindert werden.
Bei der US 5 640 989 A ist ein im Tank angeordnetes Entlüftungsventil so ausgebildet, dass es leicht wieder öffnet, wenn ein Schwimmkörper des Ventils zunächst infolge des Eindringens von Kraftstoff in das Ventil aufschwimmt und sich dann bei sinkendem Kraftstofffüllstand im Ventil wieder senkt. Hierfür sind im Ventil zwei Verschlusskörper vorgesehen, von denen einer einen kleinen Durchlass aufweist, wobei im Bereich des Durchlasses ein Ventilsitz für den Schwimmkörper vorgesehen ist. Sinkt der Kraftstofffüllstand im Ventil, wird somit zunächst der kleine Durchlass im Verschlusskörper freigegeben. Anschließend drückt eine Feder den großen Verschlusskörper vom zugehörigen Ventilsitz weg, und eine größere Gasmenge kann aus dem Ventil austreten.
Bei diesen aus dem Stand der Technik bekannten Möglichkeiten, das Zureißen von Ventilen zu verhindern oder zugerissene Ventile rasch wieder zu öffnen, kommen vergleichsweise komplexe und aufwändige Ventile zum Einsatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs genannten Art sowie eine Tankentlüftungsvorrichtung zu schaffen, welches bzw. welche auf besonders einfache Weise ein Entlüften des Kraftstofftanks ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Tankentlüftungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Entlüften eines Kraftstofftanks wird der Druck im Kraftstofftank zumindest bei geöffnetem Tankabsperrventil als Funktion der Zeit erfasst. Bei Erfassen eines Drucks als Funktion der Zeit, welcher nach wenigstens einem vorbestimmten Kriterium von einem erwarteten Druckabfall abweicht, wird das Tankabsperrventil geschlossen. Dem liegt die Erkenntnis zugrunde, dass bei geschlossenem Tankabsperrventil im Kraftstofftank und in einem zwischen dem Kraftstofftank und dem Tankabsperrventil angeordneten Abschnitt der Entlüftungsleitung ein gleicher Druck vorliegt. Bei fehlender Druckdifferenz öffnen Entlüftungsventile wieder, welche sich stromaufwärts des Tankabsperrventils in der Entlüftungsleitung befinden, sofern diese zuvor aufgrund eines überkritischen Fluidstroms zugerissen wurden. Damit ist die Entlüftungsleitung wieder frei, sodass sie zum Verringern des Drucks im Kraftstofftank genutzt werden kann. So ermöglicht das Vergleichen des tatsächlichen Druckverlaufs mit einem erwarteten Druckabfall auf einfache Weise ein Wiederherstellen eines Zustands, in welchem das Entlüften des Kraftstofftanks möglich ist.
Das wenigstens eine vorbestimmte Kriterium zum Festellen einer Abweichung des tatsächlichen Druckverlaufs von einem erwarteten Druckabfall kann sich auf die Ableitung des Drucks nach der Zeit beziehen, wobei etwa eine Abweichung festgestellt wird, wenn ein Schwellenwert derselben unter- oder überschritten wird. Zusätzlich oder alternativ kann es sich auf einen Abstand des zu einem Zeitpunkt erfassten tatsächlichen Drucks von einem zu diesem Zeitpunkt erwarteten Druck beziehen. Auch hier kann die Abweichung beispielsweise festgestellt werden, wenn ein Schwellenwert des Abstands überschritten wird. Das Kriterium kann auch das Auftreten einer Unstetigkeit im tatsächlichen Druckverlauf und/oder das Auftreten eines im Wesentlichen konstanten Abschnitts im tatsächlichen Druckverlauf umfassen.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass es zum Zureißen oder Corking bei im Kraftstofftank angeordneten Entlüftungsventilen insbesondere dann kommen kann, wenn ein Schwimmkörper dieser Schwimmerventile zumindest teilweise aufgeschwommen ist. Das Gewicht des Schwimmkörpers ist nämlich dann durch den Kraftstoff im Ventil verringert, und bereits ein vergleichsweise geringer Gasstrom reicht aus, um den Schwimmkörper hin zu seinem Ventilsitz zu bewegen und so das Ventil zu verschließen. Kritisch sind damit insbesondere Zustände wie ein vergleichsweise hoher Füllstand im Kraftstofftank sowie aufgrund der Fahrdynamik oder aufgrund einer Schräglage bewirkte hohe Kraftstoffpegel in Teilbereichen des Kraftstofftanks.
Die Erfindung beruht des Weiteren auf der Erkenntnis, dass wenn bei teilweise aufgeschwommenem Schwimmkörper eines in der Entlüftungsleitung im Bereich des Kraftstofftanks angeordneten Schwimmerventils das Tankabsperrventil geöffnet wird, das Ventil aufgrund des überkritischen Fluidstroms zureißt. Dann kann der Druck im Kraftstofftank nicht oder nur äußerst langsam abgebaut werden. Der langsame Abbau kann über Leckagen erfolgen oder über ein weiteres, nicht aufgeschwommenes Schwimmerventil, welches an einer anderen Stelle im Kraftstofftank angeordnet ist, und über welches Kraftstoffdampf in die Entlüftungsleitung eintreten kann. Ein zugerissenes Entlüftungsventil öffnet bei anhaltender Druckdifferenz stromaufwärts und stromabwärts desselben erst, wenn im Kraftstofftank ein vergleichsweise niedriger Druck vorliegt. Dieser niedrige Tankdruck stellt sich jedoch allenfalls sehr langsam ein. Wenn der Tankdruck gar nicht abfällt, so kann sogar eine Festigkeitsgrenze des Kraftstofftanks überschritten werden.
Das Wiederöffnen von zugerissenen Entlüftungsventilen, welches durch das Schließen des Tankabsperrventils erreichbar ist, ist auch im Hinblick auf die Vermeidung weiterer, nachstehend beschriebener Nachteile wünschenswert. Es können nämlich durch das Entlüftungsventil, dessen Schwimmkörper teilweise aufgeschwommen ist, beim Zureißen vergleichsweise große Mengen an flüssigem Kraftstoff mitgerissen werden. Diese Pumpwirkung des Entlüftungsventils kann zu einem erhöhten Kraftstoffüberlauf in einem Flüssigkeitsabscheider führen, welcher in der Entlüftungsleitung angeordnet sein kann. Bei einer unzureichenden Flüssigkeitsabscheidung kann sogar ein Aktivkohlefilter, welcher bei geöffnetem Tankabsperrventil mit Kraftstoffdämpfern beaufschlagt wird, Schaden nehmen. Zudem erfolgt eine Beladung des Aktivkohlefilters unkontrolliert, wenn bei geschlossenem Tankabsperrventil gasförmige Kohlenwasserstoffe über Leckagen zu diesem gelangen.
Ein weitere Vorteil des Wiederöffnens von zugerissenen Entlüftungsventilen macht sich etwa bei einer Entlüftung zum Zwecke einer nachfolgenden Betankung des Fahrzeugs bemerkbar. Hierbei wird ebenfalls das Tankabsperrventil geöffnet. Wenn bei hohem Kraftstofffüllstand nachgetankt wird, wie es beispielsweise beim Betanken eines Mietwagens vorkommen kann, welcher lediglich eine geringe Strecke gefahren wurde, so kann ebenfalls das dann teilaufgeschwommene Entlüftungsventil im Kraftstofftank infolge eines für die Aufschwimmhöhe des Schwimmkörpers zu großen Gasstroms zureißen. Dies bewirkt, dass die Tankentlüftung nur teilweise oder gar nicht möglich ist. Wenn sich bei zugerissenen Entlüftungsventilen der Druck im Kraftstofftank nur sehr langsam abbaut, so ist für eine unkomfortabel lange Zeitspanne kein Betanken des Kraftstofftanks möglich. Zusätzlich zum hohen Füllstand im Kraftstofftank kann bei abgestelltem Fahrzeug ein aufgrund der Temperatur erhöhter Druck im Kraftstofftank für einen hohen Gasstrom beim Öffnen des Tankabsperrventils sorgen. Dieser hohe Gasstrom fördert ebenfalls die Neigung der Entlüftungsventile, beim Öffnen des Tankabsperrventils ein Corking-Verhalten zu zeigen. Bei abgestelltem Fahrzeug ist zudem keine gezielte Verringerung des Drucks im Kraftstofftank möglich, wie sie im Fahrbetrieb etwa durch die Zweipunktregelung vorgenommen wird. Auch hier schafft das Wiederöffnen von zugerissenen Entlüftungsventilen, wie es durch Schließen des Tankabsperrventils bewirkt wird, Abhilfe.
Wenn bei geöffnetem Tankabsperrventil ein geringerer Druckabfall als der erwartete Druckabfall – insbesondere gar kein Druckabfall oder gar ein Ansteigen des Drucks – erfasst wird, so lässt dies den Schluss zu, dass wenigstens ein stromaufwärts des Tankabsperrventils angeordnetes Entlüftungsventil zugerissen ist, also Corking-Verhalten zeigt. Das Corking wird durch einen großen Massenstrom der Kraftstoffdämpfe und insbesondere durch ein Aufschwimmen des Schwimmkörpers der Entlüftungsventile gefördert.
Um dem unerwünschten Corking der Entlüftungsventile zu begegnen, wird erfindungsgemäß das Tankabsperrventil wieder geschlossen, wenn sich bei geöffnetem Tankabsperrventil nicht der erwartete Druckabfall einstellt. Im Gleichdruckzustand, welcher bei geschlossenem Tankabsperrventil in der Entlüftungsleitung vorliegt, wirkt auf den Verschlusskörper des Entlüftungsventils kein Fluidstrom, welcher ihn am Ventilsitz hält, und das Entlüftungsventil öffnet wieder. Zudem kommt es zu keiner flüssigen Kraftstoff fördernden Pumpwirkung der Entlüftungsventile. Des Weiteren können Ablaufventile öffnen, welche in einem in der Entlüftungsleitung optional vorgesehenem Flüssigkeitsabscheider angeordnet sein können. Dadurch kann flüssiger Kraftstoff aus dem Flüssigkeitsabscheider abgelassen werden.
Da durch das Schließen des Tankabsperrventils dem Corking der Entlüftungsventile entgegengewirkt wird, wird für die Entlüftung des Kraftstofftanks bedeutend weniger Zeit benötigt als dies bei zugerissenen Entlüftungsventilen der Fall wäre. Es können dadurch als Tankentlüftungsventile günstige Standardventile zum Einsatz kommen, welche einen geringen durchströmbaren Querschnitt aufweisen und somit prinzipiell für Corking anfällig sind. Zudem kann darauf verzichtet werden, in der Entlüftungsleitung ein zusätzliches, teures Ventil einzusetzen, welches einen großen Durchsatz von gasförmigen Kohlenwasserstoffen erlaubt, sich jedoch nur im Gasraum des Kraftstofftanks befindet und dessen Verschlusskörper daher auch bei hohem Füllstand im Kraftstofftank nicht aufschwimmen kann. Dadurch lassen sich Kostenvorteile bei der Auslegung des Tankentlüftungssystems erzielen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird im Anschluss an das vorübergehende Schließen des Tankabsperrventils dieses wieder geöffnet. Mit dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils wird bei dann nicht mehr von Corking betroffenen Entlüftungsventilen der Druck im Kraftstofftank abgebaut, wobei der Massenstrom der aus dem Kraftstofftank austretenden gasförmigen Kohlenwasserstoff langsam zunimmt. Solange ein Gasstrom vorliegt, welcher unterhalb des für das jeweilige Entlüftungsventil kritischen, ein Zureißen desselben bewirkenden Gasstroms liegt, kann so Druck abgebaut und eine Entlüftung des Kraftstofftanks erreicht werden.
Der Druck im Kraftstofftank kann hierbei stufenweise abgebaut werden. Nach jedem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils, welches zum Öffnen des zuvor zugerissenen Entlüftungsventils führt, tritt ein zunächst geringer, jedoch stetig ansteigender Gasstrom durch das Entlüftungsventil hindurch. Der Gasstrom liegt also zumindest zeitweise unterhalb desjenigen Gasstroms, bei welchem das Entlüftungsventil zureißt. So wird überhaupt ein Entlüften des Kraftstofftanks ermöglicht bzw. bei einer langsamen Entlüftung über Leckagen, die für das Entlüften notwendige Zeit drastisch verkürzt.
Hierbei hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn nach dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils eine Zeitspanne des vorübergehenden Schließens desselben vergrößert wird, wenn erneut der als Funktion der Zeit erfasste Druck von dem erwarteten Druckabfall abweicht. Das Vergrößern der Zeitspanne, während welcher das Tankabsperrventil erneut geschlossen wird, sorgt dafür, dass auch in diesem Zustand der Tankentlüftungvorrichtung das Erreichen des Gleichdruckzustands sichergestellt ist, bei welchem die zugerissenen Tankentlüftungsventile öffnen. Würde das Tankabsperrventil immer für dieselbe, sehr kurze Zeitspanne vorübergehend geschlossen, und ist diese Zeitspanne nicht ausreichend, ein Wiederöffnen des zugerissenen Entlüftungsventils zu bewirken, so kann dem durch das Vergrößern der Zeitspanne des vorübergehenden Schließens Rechnung getragen werden.
Es kann bei jedem vorübergehenden Schließen die Zeitspanne um einen festen Betrag vergrößert werden. Dies führt zu einem kontinuierlichen Vergrößern der Zeitspanne. Wenn diese jeweils ausreicht, den Gleichdruckzustand herzustellen, kann auf diese Weise ein besonders rasches Entlüften des Kraftstofftanks sichergestellt werden.
Die Zeitspanne kann jedoch auch bei jedem vorübergehenden Schließen um einen zunehmend größeren Betrag vergrößert werden, sodass die Entlüftungszeit möglicherweise geringfügig länger ist als im zuvor beschriebenen Fall. Jedoch kann gerade das nicht-lineare Vergrößern der Zeitspanne dazu beitragen, dass nach dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils überhaupt ein nennenswerter Gasstrom durch die Entlüftungsleitung vorliegt. Durch die vergleichsweise lange Zeitspanne, welche auf diese Weise besonders rasch erreicht wird, kann nämlich besonders sicher der Gleichdruckzustand, also ein gleicher Druck vor und nach den Entlüftungsventil, hergestellt werden.
Es kann auch zunächst die Zeitspanne um einen jeweils festen Betrag und nach einer Reihe von Schließzyklen um einen zunehmend größeren Betrag vergrößert werden. Auch kann zunächst der zunehmend größere Betrag auf die Zeitspanne aufgeschlagen werden und dann ein jeweils fester Betrag.
Das Schließen des Tankabsperrventils kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung vom Vorliegen kritischer Parameter abhängig gemacht werden. Beispielsweise kann das Tankabsperrventil nur dann geschlossen werden, wenn ein Füllstand des Kraftstofftanks größer ist als ein vorbestimmter kritischer Füllstand. Es kann also vorgesehen sein, das Vergleichen des tatsächlichen Druckverlaufs bei geöffnetem Tankabsperrventil mit dem erwarteten Druckabfall überhaupt erst dann zu aktivieren, wenn der Füllstand des Kraftstofftanks es wahrscheinlich macht, dass Schwimmkörper von Entlüftungsventilen aufgeschwommen sind und diese somit eine verstärkte Neigung zeigen, bei einem vergleichsweise geringen Fluidstrom zu schließen.
Ergänzend oder alternativ kann das Tankabsperrventil bei einer Abweichung vom erwarteten Druckabfall dann geschlossen werden, wenn eine Temperatur größer ist als eine vorbestimmte Temperatur. Insbesondere kann hierfür die Temperatur des Kraftstofftanks ausgewertet werden, da bei hoher Temperatur des Kraftstofftanks eine hohe Ausgasung des Kraftstoffs vorliegt, und somit beim Öffnen des Tankabsperrventils mit einem großen Gasstrom zu rechnen ist.
Es gibt weitere Umstände, welche beim Überschreiten eines kritischen Fluidstroms ein Zureißen von Tankentlüftungsventilen wahrscheinlicher machen. Zum Erfassen dieser Umstände können etwa die Längsbeschleunigung oder die Querbeschleunigung des Fahrzeugs ausgewertet werden, da bei dynamischer Fahrweise hohe derartige Beschleunigungen vorliegen. Dies kann zu einem lokalen Ansteigen des Pegels im Kraftstofftank führen, da der Kraftstoff im Tank hin und her schwappt. Denselben Effekt kann eine Schräglage des Fahrzeugs haben, welche sowohl bei fahrendem als auch bei stehendem Fahrzeug vorkommen kann. Das durch die Fahrdynamik und/oder eine statische Schräglage bedingte Aufschwimmen eines Schwimmkörpers eines Tanklüftungsventils kann also ebenfalls dessen Neigung fördern, beim Öffnen des Tankabsperrventils zuzureißen. Das Schließen des Tankabsperrventils kann daher davon abhängig gemacht werden, ob Umstände vorliegen, welche das Zureißen der Tankentlüftungsventile begünstigen. Parameter, welche auf das Vorliegen solcher Umstände schließen lassen, können also berücksichtigt werden, um zu entscheiden ob der Druck als Funktion der Zeit erfasst und mit dem erwarteten Druckabfall bei geöffnetem Tankabsperrventil verglichen werden soll. Dies ermöglicht einen besonders zielgerichteten Einsatz des Verfahrens.
Um den erwarteten Druckabfall festzustellen, kann ein Kennfeld herangezogen werden, welches spezifisch für das Tankentlüftungssystem eines Fahrzeugs in Versuchen ermittelt werden kann. Das Kennfeld kann gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung den Druck im Kraftstofftank berücksichtigen, da sich bei hohem Druck im Kraftstofftank, geöffnetem Tankabsperrventil und nicht zugerissenen Tankentlüftungsventilen ein anderer Druckabfall einstellt als bei vergleichsweise niedrigem Druck im Kraftstofftank.
Zusätzlich oder alternativ kann eine Temperatur, insbesondere die Temperatur des Kraftstofftanks, im Kennfeld berücksichtigt sein, da bei hoher Temperatur ein anderer Druckabfall im Kraftstofftank zu erwarten ist als bei niedrigerer Temperatur.
Des Weiteren kann das Kennfeld eine Drosselwirkung eines das Tankabsperrventil umfassenden Entlüftungspfads berücksichtigen. Je nach Anzahl, Anordnung und Gestaltung der Tankentlüftungsventile und in Abhängigkeit von weiteren Komponenten des Entlüftungspfads, insbesondere des Durchmessers und der Länge der Entlüftungsleitung sowie auch in Abhängigkeit vom Aktivkohlefilter, in welchen die Entlüftungsleitung mündet, ergibt sich nämlich ein für das Tankentlüftungssystem spezifischer Druckabfall.
Die Berücksichtigung der genannten Parameter in dem Kennfeld führt dazu, dass besonders zuverlässig eine Abweichung des tatsächlichen Druckverlaufs vom erwarteten Druckabfall erfasst werden kann.
Das Verfahren kann im Rahmen einer Betankungsentlüftung zum Einsatz kommen. Es wird dann in Abhängigkeit von einer Bedienhandlung durchgeführt, welche einen Betankungswunsch einer Bedienperson zum Ausdruck bringt. Eine solche Bedienhandlung kann das Drücken einer Taste sein, welches ein Öffnen einer Tankklappe bewirkt. Bei einem Drucktank ist es notwendig, vor dem Öffnen des Tankdeckels den Druck im Kraftstofftank möglichst weitgehend abzubauen, damit nicht über das Einfüllrohr Kohlenwasserstoffe in die Umwelt gelangen. Üblicherweise wird das Betanken erst beim Unterschreiten eines Schwellenwerts des Drucks im Kraftstofftank zugelassen. Dann öffnet die den Tankdeckel verdeckende Tankklappe oder sie lässt sich öffnen, und der Tankdeckel ist zugänglich. Bei Einfüllrohren mit durch Einführen der Zapfpistole zu öffnender Verschlusseinrichtung muss ebenfalls erst die außen liegende Tankklappe geöffnet werden, damit die Betankung vorgenommen werden kann. Für die Betankungsentlüftung ist es daher günstig, wenn auf die vorliegend beschriebene Art und Weise die zum Entlüften des Kraftstofftanks notwendige Zeit vergleichsweise gering gehalten wird.
Das vorliegend beschriebene Verfahren kann jedoch auch dafür eingesetzt werden, um durch das Entlüften den Druck im Kraftstofftank innerhalb eines Druckintervalls zu halten. Bei einer solchen Tankdruckregelung können nämlich aufgeschwommene Tankentlüftungsventile, eine hohe Kraftstofftemperatur oder die Fahrdynamik dazu beitragen, dass die Zweipunktregelung gestört ist, wobei sich trotz geöffnetem Tankabsperrventil nicht der erwartete Druckabfall einstellt. Dies kann dazu führen, dass der Druck im Kraftstofftank unerwünscht hoch ansteigt. Zudem kann es bei pumpenden Tankentlüftungsventilen zu einem erhöhten Kraftstoffüberlauf im Flüssigkeitsabscheider kommen. Wenn die Tankentlüftungsventile aufgrund des bei geöffnetem Tankabsperrventil zu großen Druckunterschieds stromaufwärts des Tankentlüftungsventils und stromabwärts des Tankentlüftungsventils nicht öffnen, kann der Tank nicht geregelt entlüftet werden. In einem solchen Fall führt das Schließen des Tankabsperrventils zum Erreichen des Gleichdruckzustands, in welchem das Wiederöffnen der zugerissenen Tankentlüftungsventile erleichtert ist. Zudem wird ein übermäßig großer Flüssigkeitsübertritt in den Flüssigkeitsabscheider vermieden. Der Kraftstofftank kann geregelt entlüftet werden.
Schließlich hat es sich als vorteilhaft gezeigt, wenn ein oberer Grenzwert des Druckintervalls erhöht wird. Solange der obere Grenzwert des Druckintervalls beim geregelten Entlüften des Kraftstofftanks unterhalb des durch die Festigkeit des Tanks vorgegebenen maximalen Drucks liegt, kann das Vergrößern des Druckintervalls durch Anheben des oberen Grenzwerts dazu führen, dass beim Öffnen des Tankabsperrventils ein Druckabbau erreicht wird, bei welchem keine Neigung der Tankentlüftungsventile zum Corking oder Zureißen mehr vorliegt. So kann eine geregelte Entlüftung des Kraftstofftanks, wenn auch bei zeitweise erhöhtem oberen Grenzwert des Drucks, erreicht werden.
Die erfindungsgemäße Tankentlüftungsvorrichtung für ein Fahrzeug umfasst einen Kraftstofftank, welcher über eine Entlüftungsleitung entlüftet werden kann. Die Entlüftungsleitung weist ein Tankabsperrventil auf. In der Entlüftungsleitung ist stromaufwärts des Tankabsperrventils wenigstens ein weiteres Ventil mit einem durch einen Fluidstrom bewegbaren Verschlusskörper angeordnet. Ein Drucksensor der Tankentlüftungsvorrichtung dient dem Erfassen des Drucks im Kraftstofftank als Funktion der Zeit. Der Drucksensor ist mit einer Steuerungseinrichtung gekoppelt, mittels welcher das Tankabsperrventil verschließbar ist, wenn bei geöffnetem Tankabsperrventil der als Funktion der Zeit erfasste Druck von einem erwarteten Druckabfall abweicht.
Die Steuerungseinrichtung kann das Verschließen und Öffnen des Tankabsperrventils beispielsweise durch Ansteuern eines Elektromagneten bewirken. Bei geschlossenem Tankabsperrventil kommt der Fluidstrom zum Erliegen, welcher den Verschlusskörper des wenigstens einen weiteren Ventils zuvor gegen seinen entsprechenden Ventilsitz gedrückt hat. Wenn kein solcher Fluidstrom mehr vorliegt und stromaufwärts und stromabwärts des weiteren Ventils ein gleicher Druck vorliegt, kann der Verschlusskörper wieder öffnen und die Entlüftungsleitung ist wieder frei, sodass bei einem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils der Druck im Kraftstofftank verringert werden kann.
Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten auch für die erfindungsgemäße Tankentlüftungsvorrichtung.
Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen sowie anhand der Zeichnungen. Dabei zeigen:
1 schematisiert eine Tankentlüftungsvorrichtung für ein Fahrzeug, bei welchem in einer Entlüftungsleitung eines Drucktanks ein Tankabsperrventil angeordnet ist, und bei welcher der im Drucktank bei geöffnetem Tankabsperrventil vorliegende Druck kontinuierlich erfasst wird;
2 den Druck und den Massenstrom gasförmiger Kohlenwasserstoffe als Funktionen der Zeit beim ungestörten Entlüften des Drucktanks vor dem Betanken;
3 den Druckverlauf und den zugehörigen Gasstrom durch die Entlüftungsleitung bei einer gestörten Betankungsentlüftung, bei welcher das Tankabsperrventil mehrmals vorübergehend geschlossen wird;
4 ein Ablaufdiagramm der Betankungsentlüftung, bei welcher die Druckänderung im Drucktank mit einem erwarteten Druckabfall verglichen wird;
5 den Druck im Drucktank als Funktion der Zeit bei einer Zweipunktregelung des Tankabsperrventils, wobei bei unerwartet niedrigem oder nicht vorhandenem Druckabfall das Tankabsperrventil mehrmals kurzzeitig geschlossen wird;
6 eine Zweipunktregelung zum geregelten Druckabbau im Drucktank, wobei ein oberer Grenzwert eines Druckintervalls zunehmend erhöht und somit das Druckintervall vergrößert wird; und
7 ein Ablaufdiagramm einer Tankdruckregelung, bei welcher die tatsächlich erfasste Druckänderung mit dem erwarteten Druckabfall verglichen wird.
1 zeigt eine Tankentlüftungsvorrichtung 10 für ein Fahrzeug. Sie umfasst einen Drucktank 12, von welchem aus eine Entlüftungsleitung 14 zu einem Aktivkohlefilter 16 führt. In der Entlüftungsleitung 14 ist ein Tankabsperrventil 18 angeordnet. Bei geschlossenem Tankabsperrventil 18 können keine gasförmigen Kohlenwasserstoffe aus dem Drucktank 12 entweichen und der Druck in demselben steigt an. Der Druck im Drucktank 12 wird mittels eines Drucksensors 20 erfasst, welcher mit einem Steuergerät 22 gekoppelt ist.
Wenn der Druck einen vorbestimmten oberen Grenzwert erreicht, steuert das Steuergerät 22 einen Elektromagneten 24 an und dieser bewirkt ein Öffnen des Tankabsperrventils 18. Die über die Entlüftungsleitung 14 zu dem Aktivkohlefilter 16 gelangenden Kraftstoffdämpfe treten dann über (vorliegend drei) Tankentlüftungsventile in die Entlüftungsleitung 14 ein.
Vorliegend ist für die Tankentlüftung ein Hauptentlüftungsventil 26 im Drucktank 12 angeordnet, welches einen vergleichsweise großen durchströmbaren Querschnitt aufweist, und welches auslassseitig mit der Entlüftungsleitung 14 verbunden ist Dieses Hauptentlüftungsventil 26 dient vorliegend auch. der Füllstandsbegrenzung im Drucktank 12 und wird daher auch als Fuel Level Vent Valve (FLVV) bezeichnet. Mit beim Betanken zunehmendem Kraftstoffpegel im Drucktank 12 schließt das Hauptentlüftungsventil 26. Dies führt zu einem Ansteigen des Drucks im Drucktank 12 und das (nicht gezeigte) Einfüllrohr desselben füllt sich, woraufhin die Zapfpistole abschaltet.
Die Entlüftungsleitung 14 hat im Drucktank 12 eine Verzweigungsstelle 32 und ist über zwei Verbindungsleitungen 28 an zwei weitere, kleinere Tankentlüftungsventile 30 angeschlossen, welche auch als Rollover-Ventile bezeichnet werden, da ihre Schwimmkörper bei einem Überschlag des Fahrzeugs aufschwimmen und so die Entlüftungsleitung 14 verschließen. An der Verzweigungsstelle 32 der Entlüftungsleitung 14 kann ein (vorliegend nicht gezeigter) Flüssigkeitsabscheider vorgesehen sein, welcher verhindert, dass beim Entlüften des Drucktanks 12 flüssiger Kraftstoff zum Aktivkohlefilter 16 gelangt.
In 1 ist der Füllstand des Kraftstoffs 34 im Drucktank 12 vergleichsweise hoch gezeigt. Entsprechend ist ein Schwimmkörper 36 im Hauptentlüftungsventil 26 teilweise aufgeschwommen. Wird in einem solchen Zustand des Hauptentlüftungsventils 26 das Tankabsperrventil 18 geöffnet, so reicht ein vergleichsweise geringer Gasstrom durch das Hauptentlüftungsventil 26 aus, um den Schwimmkörper 36 in Anlage mit seinem Ventilsitz zu bringen und somit ein weiteres Durchströmtwerden des Hauptentlüftungsventils 26 zu verhindern.
Ein solches, durch den Gasstrom bewirktes Zureißen des Hauptentlüftungsventils 26 wird auch als Corking bezeichnet. Das Hauptentlüftungsventil 26 ist insbesondere bei hohem Füllstand des Kraftstoffs 34 für Corking anfällig, zu welchem es beispielsweise kommen kann, wenn bei einem Mietwagen bereits nach geringer zurückgelegter Fahrtstrecke Kraftstoff nachgefüllt wird. Jedoch kann auch je nach Anordnung des Hauptlüftungsventils 26 im Drucktank 12 eine Schräglage des Fahrzeugs dazu führen, dass es zum Corking kommt.
Während der Fahrt wird zum Abbauen des Drucks im Drucktank 12 das Tankabsperrventil 18 von Zeit zu Zeit geöffnet. Hierbei kann eine dynamische Fahrweise dafür sorgen, dass der Schwimmkörper 36 des Hauptentlüftungsventils 26 von Kraftstoff umspült ist und dann bereits bei einem vergleichsweise geringen Gasstrom die Entlüftungsleitung 14 verschließt. Das Zureißen des Schwimmkörpers 36 wird zudem durch einen hohen Druck im Drucktank 12 begünstigt, welcher sich aufgrund hoher Temperatur auch bei abgestelltem Fahrzeug in diesem einstellen kann, wobei dann keine Möglichkeit besteht, den Druck abzubauen, indem wie im Fahrbetrieb des Fahrzeugs das Tankabsperrventil 18 aktiv geöffnet wird.
Auch die beiden weiteren Tankentlüftungsventile 30 weisen Schwimmkörper 37 auf, welche bei Schräglagen des Fahrzeugs oder dynamischen Fahrmanövern von Kraftstoff 34 umspült werden und dann infolge des Öffnens des Tankabsperrventils 18 zureißen können.
Wenn bei einer gewünschten Betankungsentlüftung das Hauptentlüftungsventil 26 aufgrund des vom Entlüftungsgasstrom gegen den Ventilsitz gedrückten Schwimmkörpers 36 geschlossen ist, erfolgt die Entlüftung hin zum Aktivkohlefilter 16 lediglich über die kleineren Tankentlüftungsventile 30. Wenn auch hier die Schwimmkörper 37 aufgeschwommen sind, kann lediglich über Leckagen – etwa von in den Tankentlüftungsventilen 30 vorgesehenen Druckhalteventilen – der Druck im Drucktank 12 abgebaut werden. Dadurch verlängert sich die Zeit, die zum Entlüften des Drucktanks 12 notwendig ist, und es kann entsprechend lange keine Betankung des Drucktanks 12 erfolgen. Wenn alle im Drucktank 12 angeordneten Entlüftungsventile geschlossen sind und keine Leckagen vorliegen, ist sogar überhaupt keine Betankung möglich.
Auf die im Folgenden beschriebene Art und Weise wird sichergestellt, dass der Drucktank 12 auch dann entlüftet werden kann, wenn das Hauptentlüftungsventil 26 und/oder die kleineren Tankentlüftungsventile 30 durch einen überkritischen Gasstrom zureißen.
2 zeigt in einem Graphen 38 den zeitlichen Verlauf des Drucks P bzw. des Gasstroms Q als Funktion der Zeit t bei einem ungestörten Betankungsentlüftungsvorgang. Eine Kurve 40 zeigt den Druckabfall im Drucktank 12, wie er sich einstellt, wenn zu einem Zeitpunkt 42 das Tankabsperrventil 18 geöffnet wird. Der in einer weiteren Kurve 44 dargestellte Gasstrom Q steigt von einem Wert Null zum Zeitpunkt 42 bis zu einem Höchstwert 46 vergleichsweise rasch an und nimmt dann etwas langsamer ab, da zwischenzeitlich auch der Druck P abgenommen hat. Bei einer solchen ungestörten Betankungsentlüftung verläuft der Druckabfall stetig, wie die Kurve 40 zeigt.
3 zeigt nun eine Betankungsentlüftung, bei welcher es etwa aufgrund eines hohen Füllstands des Kraftstoffs 34 im Drucktank 12 zu einem Zureißen des Hauptentlüftungsventils 26 kommt. Zum Zeitpunkt 48 des ersten Öffnens des Tankentlüftungsventils 18 erfolgt der Druckabfall 50 zunächst wie erwartet. Entsprechend steigt der Gasstrom 52 vergleichsweise rasch an. Aufgrund des aufgeschwommenen Schwimmkörpers 36 erfolgt jedoch zu einem Zeitpunkt 54 ein Zureißen des Hauptentlüftungsventils 26. Entsprechend kommt der Gasstrom 52 zu diesem Zeitpunkt 54 zum Erliegen. Dies äußert sich in einem Druckverlauf 56, welcher vom erwarteten Druckabfall abweicht. Anstelle eines Druckabfalls bleibt hier der Druck nämlich weitgehend konstant oder nimmt allenfalls äußerst langsam ab.
Diese Abweichung des Druckverlaufs 56 vom erwarteten Druckabfall wird über den Drucksensor 20 erfasst und mittels des Steuergeräts 22 ausgewertet. Daraufhin wird das Tankabsperrventil 18 zu einem Zeitpunkt 58 geschlossen. Dies führt dazu, dass im Drucktank 12 und in der Entlüftungsleitung 14 außerhalb des Drucktanks 12 jedoch stromaufwärts des Tankabsperrventils 18 ein gleicher Druck vorliegt. Bei einem solchen Gleichdruckzustand kann der Schwimmkörper 36 wieder seine am Ventilsitz anliegende Lage verlassen, so dass das Hauptentlüftungsventil 26 wieder öffnet.
Um dies sicherzustellen, wird das Tankabsperrventil 18 während einer zunächst sehr kurzen Zeitspanne Δt₁ geschlossen gehalten. Anschließend wird das Tankabsperrventil 18 wieder geöffnet. Erneut erfolgt der Druckabfall 60 zunächst wie erwartet, solange der Gasstrom 62 zwar ansteigt, aber noch keinen kritisch hohen Wert erreicht hat.
Zu einem Zeitpunkt 64 erfolgt jedoch ein erneutes Zureißen des Hauptentlüftungsventils 26, und es wird der kaum fallende bzw. konstant bleibende Druckverlauf 66 vom Steuergerät 22 erkannt. Daraufhin wird das Tankabsperrventil 18 erneut geschlossen, allerdings für eine geringfügig längere Zeitspanne Δt₂. Nach dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils 18 stellt sich wieder für kurze Zeit ein wie erwartet verlaufender Druckabfall 68 ein, und der entsprechende Gasstrom 70 sorgt für ein weiteres Entlüften des Drucktanks 12.
Zu einem Zeitpunkt 72 reißt das Hauptentlüftungsventil 26 erneut zu, was anhand des zugehörigen, vom erwarteten Druckabfall abweichenden Druckverlaufs 74 erkannt wird. Erneut wird das Tankabsperrventil 18 für eine nochmals verlängerte Zeitspanne Δt₃ geschlossen. Beim daran anschließenden erneuten Öffnen des Tankabsperrventils 18 entspricht dann der Druckabfall 76 dem erwarteten und auch der zugehörige Gasstrom 78 ist so wie in 2 gezeigt, wenn auch von einem niedrigeren Ausgangsdruck ausgehend.
Durch das getaktete Öffnen des Tankabsperrventils 18 lässt sich somit während der jeweiligen Zeitspannen Δt₁, Δt₂, Δt₃ ein Gleichdruckzustand herstellen, in welchem das zugerissene Hauptentlüftungsventil 26 wieder öffnet, so dass anschließend eine erneute Entlüftung über die Entlüftungsleitung 14 erfolgen kann, wenn das Tankabsperrventil 18 wieder geöffnet wird.
Vom vorliegend anhand des Corking des Hauptentlüftungsventils 26 beschriebenen Zureißen können ebenso die kleineren Tankentlüftungsventile 30 betroffen sein, wenn deren Schwimmkörper 37 entsprechend aufgeschwommen sind, etwa bei einer Schräglage des Fahrzeugs. Auch können sowohl die kleineren Tankentlüftungsventile 30 als auch das Hauptentlüftungsventil 26 bei ungünstig hohem Füllstand oder bei infolge hoher Temperatur starker Ausgasung des Kraftstoffs 34 zugerissen sein, so dass die Entlüftung über die Entlüftungsleitung 14 behindert oder unmöglich gemacht ist. Hier schafft das Schließen des Tankabsperrventils 18 Abhilfe.
Der erwartete Druckabfall wird spezifisch für die jeweilige Tankentlüftungsvorrichtung 10 ermittelt und als Kennfeld im Steuergerät 22 abgelegt, wobei im Kennfeld der Druck und die Temperatur im Drucktank 12 sowie die Drosselwirkung des das Hauptentlüftungsventil 26, die Tankentlüftungsventile 30, die Entlüftungsleitung 14, das Tankabsperrventil 18 und den Aktivkohlefilter 16 umfassenden Entlüftungspfads berücksichtigt sind.
4 veranschaulicht den Ablauf der Schritte, welche im Steuergerät 22 ablaufen, um eine Betankungsentlüftung auch bei kritischen Zuständen wie z. B. bei (teilweise) aufgeschwommenem Hauptentlüftungsventil 26 oder aufgeschwommenen Tankentlüftungsventilen 30 zu gewährleisten. In einem Schritt S10 drückt ein Fahrzeugnutzer einem Betankungswunsch aus, etwa durch Betätigen einer Taste, welche ein Öffnen einer Tankklappe bewirkt Daraufhin wird in einem Schritt S12 das Tankabsperrventil 18 geöffnet. In einem Schritt S14 erfolgt eine Abfrage, ob der mittels des Drucksensors 20 erfasste Druckverlauf im Drucktank 12 dem bei geöffnetem Tankabsperrventil 18 erwarteten Druckabfall entspricht. Ist dies der Fall, bleibt das Tankabsperrventil 18 offen (Schritt S16), bis in einem Schritt S18 die Tankentlüftung abgeschlossen ist.
Ergibt die Abfrage in Schritt S14, dass der Druckverlauf nicht dem erwarteten Druckabfall entspricht, so wird in einem Schritt S20 das Tankabsperrventil 18 geschlossen. Hierbei wird eine Schließzeit Δt_n eingestellt, welche zunächst sehr gering ist. Nach Ablauf der Schließzeit Δt_n wird das Tankabsperrventil 18 wieder geöffnet (Schritt S12), und es wird erneut abgefragt (Schritt S14), ob sich hierbei der erwartete Druckabfall einstellt. Wenn das Tankabsperrventil 18 mehrmals geschlossen wird, wird die nachfolgende Schließzeit Δt_n+1 um einen Betrag Δt_x erhöht, welcher konstant oder zunehmend größer sein kann.
Nicht nur vor dem Betanken des Drucktanks 12 wird dieser entlüftet, sondern auch im normalen Fahrbetrieb. Eine solche geregelte Tankentlüftung anhand einer Zweipunktregelung ist in 5 dargestellt. Bei geschlossenem Tankabsperrventil 18 steigt der Druck P von einem unteren Grenzwert 80 auf einen oberen Grenzwert 82 eines Druckintervalls an. Die zugehörige Druckkurve ist in einem entsprechenden Abschnitt 84 ansteigend. Mit Erreichen des oberen Grenzwerts 82 wird das Tankabsperrventil 18 geöffnet, und es erfolgt ein Druckabfall 86. Der korrespondierende, erwartete Druckabfall 86 entspricht hierbei einer bestimmten Druckdifferenz 88 innerhalb einer bestimmten Zeitspanne 90.
Wenn nach dem Öffnen des Tankabsperrventils 18 der Druckverlauf 92 also die über eine bestimmte Zeitspanne 94 sich einstellende Druckabnahme 95 nicht dem bei der Zweipunktregelung erwarteten Druckabfall 86 entspricht, wird zu einem Zeitpunkt 96 das Tankabsperrventil 18 geschlossen, und zwar für eine anfangs vergleichsweise kurze Zeitspanne Δt₁. Nach dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils 18 wird festgestellt, dass während eines Zeitraums 98 der Druck P erneut nicht abnimmt, sondern konstant bleibt.
Daraufhin wird zu einem Zeitpunkt 100 das Tankabsperrventil 18 erneut geschlossen, diesmal während einer etwas längeren Zeitspanne Δt₂. Anschließend fällt während eines Zeitraums 102 der Druck P zunächst nur geringfügig ab und bleibt dann konstant. Auch diese Abweichung vom erwarteten Druckabfall 86 wird vom Steuergerät 22 festgestellt und hat zur Folge, dass das Tankabsperrventil 18 erneut geschlossen wird, und zwar für eine abermals verlängerte Zeitspanne Δt₃. Nach dem anschließenden erneuten Öffnen des Tankabsperrventils 18 wird wieder der erwartete Druckabfall 86 im Drucktank 12 erreicht.
Hierbei werden vorliegend die Zeitspannen Δt₁, Δt₂, Δt₃, während welcher Gleichdruck im Drucktank 12 und in der Entlüftungsleitung 14 stromaufwärts des Tankabsperrventils 18 vorliegt, vergrößert und so dafür gesorgt, dass die zugerissenen Tankentlüftungsventile die Entlüftungsleitung 14 wieder freigeben. Es wird jedoch das Tankabsperrventil 18 nur maximal so lange geschlossen, dass der Druck im Drucktank 12 den oberen Grenzwert 82 nicht überschreitet.
6 zeigt eine zweite Möglichkeit einer geregelten Tankentlüftung mittels der Zweipunktregelung. Auch hier führt ein vom erwarteten Druckabfall 86 abweichender Druckverlauf 92 dazu, dass das Tankentlüftungsventil 18 für eine erste, kurze Zeitspanne Δt₁ geschlossen wird. Bereits während der Zeitspanne Δt₂ wird das Tankabsperrventil 18 jedoch solange geschlossen gehalten, dass der obere Grenzwert 82 des Drucks P im Drucktank 12 überschritten wird.
Wenn auch der anschließende, auf das erneute Öffnen des Tankabsperrventils 18 sich einstellende Druckverlauf 104 vom erwarteten Druckabfall 86 abweicht, wird während der – erneut längeren – Zeitspanne Δt₃ der Druck P im Drucktank 12 nochmals erhöht und zwar auf einen höheren oberen Grenzwert 106. Nach dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils 18 ist der Druckverlauf 108 mehr oder weniger konstant und entspricht nicht dem für diesen hohen Ausgangsdruck erwarteten Druckabfall. Folglich wird das Tankabsperrventil 18 erneut geschlossen und zwar für eine nochmals verlängerte Zeitspanne Δt₄. Der dann erreichte obere Grenzwert 110 des Drucks führt beim erneuten Öffnen des Tankabsperrventils 18 schließlich dazu, dass der Druckabfall 112 wie erwartet stetig erfolgt, bis der Druck P den unteren Grenzwert 80 erreicht.
Durch dieses Vergrößern des Druckintervalls zwischen dem unteren Grenzwert 80 und dem oberen Grenzwert 110 wird sichergestellt, dass ein Gleichdruckzustand erreicht wird. Anschließend ist durch Öffnen des Tankabsperrventils 18 ein Druckabbau möglich, welcher nicht zum erneuten Zureißen oder Corking eines der Tankentlüftungsventile führt. Würde das Tankabsperrventil 18 hingegen trotz fehlendem Druckabfall geöffnet bleiben, so könnte der Druck im Drucktank 12 auf Werte ansteigen, welche oberhalb seiner Festigkeitsgrenze liegen.
7 zeigt ein Ablaufdiagramm für eine Zweipunktregelung, bei welcher in einem Schritt S24 das Tankabsperrventil 18 geschlossen wird. In einem Schritt S26 wird abgefragt, ob der Druck im Drucktank 12 größer ist als der obere Grenzwert 82 (vgl. 5), welcher auch als P_OT bezeichnet wird. Daraufhin wird in einem Schritt S28 das Tankabsperrventil 18 geöffnet und in einem Schritt S30 überprüft, ob der Druckabfall im Drucktank 12 dem erwarteten Druckabfall entspricht. Ist dies der Fall, bleibt das Tankabsperrventil 18 geöffnet (Schritt S32), bis in einem Schritt S34 festgestellt wird, ob der Druck im Drucktank 12 den unteren Grenzwert 80 (vgl. 5) erreicht hat. Dieser untere Grenzwert 80 wird auch mit P_UT bezeichnet. Ist dies der Fall, wird das Tankabsperrventil 18 erneut geschlossen (vgl. Schritt S24).
Ergibt die Abfrage in Schritt S30, dass nicht der erwartete Druckabfall vorliegt, so wird in einem Schritt S36 das Tankabsperrventil 18 geschlossen. Hierbei wird zudem in einem Schritt S38 abgefragt, ob bestimmte kritische Zustände vorliegen, wie etwa ein kritisch hoher Füllstand des Kraftstoffs 34 im Drucktank 12, eine hohe Temperatur T im Drucktank 12 oder eine besonders dynamische Fahrweise. Die dynamische Fahrweise kann über die Quer- und Längsbeschleunigung des Fahrzeugs erfasst werden und kann ebenfalls dazu führen, dass Schwimmkörper 36, 37 von im Drucktank 12 angeordneten Entlüftungsventilen aufschwimmen.
In einem Schritt S40 wird eine Schließzeit Δt_n vorgegeben, und nach Ablauf der entsprechenden Zeitspanne das Tankabsperrventil 18 in einem Schritt S42 erneut geöffnet. Daraufhin wird in einem Schritt S44 erneut abgefragt, ob der Druckabfall dem erwarteten Druckabfall entspricht. Ist dies der Fall bleibt das Ventil geöffnet (Schritt S32), falls nicht wird das Tankabsperrventil 18 wieder geschlossen (Schritt S36). Daraufhin wird im Schritt S40 eine längere Schließzeit Δt_n+1 vorgegeben, wobei der Betrag Δt, um welchen die Schließzeit Δt_n verlängert wird, fest oder zunehmend größer vorgegeben werden kann. Solange der im Drucktank 12 mittels des Drucksensors 20 erfasste Druckabfall nicht dem erwarteten Druckabfall entspricht, wird dies als Hinweis darauf gewertet, dass wenigstens eines der im Drucktank 12 angeordneten Entlüftungsventile zugerissen, also von Corking betroffen ist.
Durch das Verlängern der Schließzeit Δt_n wird ein Gleichdruckzustand erreicht, auf welchen hin dann unkritische Gasströme durch die zuvor zugerissenen Entlüftungsventile vorliegen. Bei einem eventuellen erneuten Zureißen des entsprechenden Entlüftungsventils wird das Tankabsperrventil 18 erneut kurzzeitig, jedoch mit verlängerter Schließzeit Δt_n+1 geschlossen. Dies erfolgt solange, bis der untere Grenzwert P_UT des Drucks im Drucktank 12 erreicht ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0051116 A1 [0007]
US 5640989 A [0008]

Claims

Verfahren zum Entlüften eines Kraftstofftanks (12) eines Fahrzeugs, bei welchem ein Tankabsperrventil (18) zumindest vorübergehend geöffnet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck (P) im Kraftstofftank (12) zumindest bei geöffnetem Tankabsperrventil (18) als Funktion der Zeit (t) erfasst wird, wobei bei Erfassen eines Drucks (56, 66, 74) als Funktion der Zeit, welcher nach wenigstens einem vorbestimmten Kriterium von einem erwarteten Druckabfall (50, 60, 68, 76) abweicht, das Tankabsperrventil (18) geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im Anschluss an das vorübergehende Schließen des Tankabsperrventils (18) dieses wieder geöffnet wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem erneuten Öffnen des Tankabsperrventils (18) eine Zeitspanne (Δt₁, Δt₂, Δt₃) des vorübergehenden Schließens desselben vergrößert wird, wenn erneut der als Funktion der Zeit erfasste Druck (56, 66, 74) von dem erwarteten Druckabfall (50, 60, 68, 76) abweicht.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem vorübergehenden Schließen die Zeitspanne (Δt₁, Δt₂, Δt₃) um einen festen Betrag (Δt_x, Δt) und/oder um einen zunehmend größeren Betrag (Δt_x, Δt) vergrößert wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Tankabsperrventil (18) nur dann geschlossen wird, wenn – ein Füllstand des Kraftstofftanks (12) größer ist als ein vorbestimmter kritischer Füllstand und/oder – eine Temperatur, insbesondere des Kraftstofftanks (12), größer ist als eine vorbestimmte Temperatur und/oder – eine Längs- und/oder Querbeschleunigung und/oder eine Schräglage des Fahrzeugs einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Feststellen des erwarteten Druckabfalls (50, 60, 68, 76) ein Kennfeld herangezogen wird, welches – den Druck im Kraftstofftank (12) und/oder – eine Temperatur und/oder – eine Drosselwirkung eines das Tankabsperrventil (18) umfassenden Entlüftungspfads berücksichtigt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es in Abhängigkeit von einer Bedienhandlung durchgeführt wird, welche einen Betankungswunsch einer Bedienperson zum Ausdruck bringt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch das Entlüften der Druck (P) im Kraftstofftank (12) innerhalb eines Druckintervalls (80, 82) gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein oberer Grenzwert (106, 110) des Druckintervalls (80, 82) erhöht wird.
Tankentlüftungsvorrichtung für ein Fahrzeug, mit einem Kraftstofftank (12), welcher über eine ein Tankabsperrventil (18) aufweisende Entlüftungsleitung (14) entlüftbar ist, wobei in der Entlüftungsleitung (14) stromaufwärts des Tankabsperrventils (18) wenigstens ein weiteres Ventil (26, 30) mit einem durch einen Fluidstrom bewegbaren Verschlusskörper (36) angeordnet ist, und mit einem Drucksensor (20) zum Erfassen des Drucks (P) im Kraftstofftank (12) als Funktion der Zeit (t), dadurch gekennzeichnet, dass der Drucksensor (20) mit einer Steuerungseinrichtung (22) gekoppelt ist, mittels welcher das Tankabsperrventil (18) verschließbar ist, wenn bei geöffnetem Tankabsperrventil (18) der als Funktion der Zeit erfasste Druck (56, 66, 74) nach wenigstens einem vorbestimmten Kriterium von einem erwarteten Druckabfall (50, 60, 68, 76) abweicht.