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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer Fluidleitung zwischen dem Sorptionsfilter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors. Ferner betrifft die Erfindung ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Fördereinrichtung. Schließlich betrifft die Erfindung auch das Verwenden eines derartigen Entlüftungssystems an einem Kraftfahrzeug.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 Tankentlüftungsventil, 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.
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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.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß ist ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank geschaffen, mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Fördereinrichtung, bei dem der Verbrennungsmotor ein Turbomotor mit einer Turbolader-Einheit und einer Drosseleinrichtung, insbesondere in Gestalt einer Drosselklappe, im Luftzuführsystem ist, der Sorptionsfilter mittels einer ersten Leitung an einer der Turbolader-Einheit vorgelagerten ersten Einleitstelle und mittels einer zweiten Leitung an einer der Drosseleinrichtung nachgelagerten zweiten Einleitstelle mit dem Luftzuführsystem fluidleitend verbunden ist, in der zweiten Leitung ein Tankentlüftungsventil angeordnet ist und die erste Leitung von der zweiten Leitung in Strömungsrichtung zur zweiten Einleitstelle vor dem Tankentlüftungsventil abzweigt.
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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 Fördereinrichtung 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 Fördereinrichtung über eine erste Leitung an einer der Turbolader-Einheit vorgelagerten Einleitstelle und über eine zweite Leitung an einer der Drosseleinrichtung nachgelagerten Einleitstelle mit dem Saugrohr fluidleitend verbunden. Das Entlüftungssystem weist dann 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 Verbrennungsmotor gedrosselt mit Saugrohrunterdruck betrieben wird, erfolgt die Regenerierung bei ausgeschalteter Fördereinrichtung in das Saugrohr. Wird der Motor dagegen im Ladebereich, d.h. mit Überdruck im Saugrohr betrieben, wird die Fördereinrichtung eingeschaltet und das mit flüchtigen Kraftstoff-Komponenten angereicherte Spülfluid wird dem Motor über die der Turbolader-Einheit vorgeordnete Einleitstelle zugeführt.
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Somit kann die Fördereinrichtung mit einer geringeren Pumpleistung arbeiten, da der Druck an dieser Einleitstelle gleich dem Umgebungsdruck und somit im Ladebetrieb geringer ist als an der der Drosseleinrichtung nachgeordneten Einleitstelle. Somit ist es möglich, die Fördereinrichtung im Ladebetrieb nur einzuschalten, wenn eine hohe Beladung des Aktivkohlefilters vorliegt.
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Mit der erfindungsgemäß vorgesehenen Abzweigung der ersten Leitung an der zweiten Leitung in Strömungsrichtung vor dem Tankentlüftungsventil befindet sich die Fördereinrichtung nur in der ersten Leitung bzw. jener Regenerierungsleitung, die vor die Turbolader-Einheit führt. Die Fördereinrichtung behindert damit nicht die Regenerierung über die zweite Leitung, welche in das Saugrohr führt. Die Regenerierrate in das Saugrohr erfordert nicht die Fördereinrichtung, sondern kann mittels des Tankentlüftungsventils gesteuert werden. Die für die Ansteuerung des Tankentlüftungsventils erforderliche Taktrate kann vorteilhaft mittels einer Differenzdruckmessung am Tankentlüftungsventil ermittelt werden. Der Differenzdruck ergibt sich als Differenz zwischen dem Druck vor dem Tankentlüftungsventil und dem Druck hinter dem Tankentlüftungsventil. Der Druck vor dem Tankentlüftungsventil ist der Druck im Tank sowie in der ersten Leitung (in der Regel näherungsweise Umgebungsdruck). Der Druck hinter dem Tankentlüftungsventil ist näherungsweise der Druck im Saugrohr.
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Wenn im Saugrohr kein ausreichender Unterdruck für die Regenerierung des Sorptionsfilters vorhanden ist, so kann, insbesondere aufgrund des erfindungsgemäß gewählten bürstenlosen Gleichstrommotors, die Fördereinrichtung langsam in ihrer Förderleistung hochgefahren werden. Dabei kann die Regenerierrate in der ersten Leitung kontinuierlich gesteuert werden. Es kann zugleich die Regenerierrate näherungsweise über die Drehzahl einer als Pumpe gestalteten Fördereinrichtung ermittelt werden.
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Um die oben genannten Strömungswege und Strömungsrichtungen zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, die erste Leitung mit einem ersten Rückschlagventil und die zweite Leitung mit einem zweiten Rückschlagventil zu versehen. Das erste Rückschlagventil ist in Richtung zum Luftzuführsystem durchlässig und sperrt in Gegenrichtung. Das zweite Rückschlagventil ist in Richtung zum Saugrohr durchlässig und sperrt ebenfalls in Gegenrichtung. Beide Ventile öffnen in Strömungsrichtung zum Verbrennungsmotor hin bei möglichst geringem Differenzdruck. Das Rückschlagventil in der ersten Leitung verhindert, dass im Saugbetrieb Luft von der Einleitstelle vor der Turbolader-Einheit in das Saugrohr gesaugt wird. Das Rückschlagventil in der zweiten Leitung verhindert im Ladebetrieb mit Saugrohrüberdruck eine Luftströmung vom Saugrohr vor die Turbolader-Einheit.
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In der ersten Leitung ist als Alternative zu einem Rückschlagventil ferner vorteilhaft ein Umschaltventil zum wahlweisen Umschalten der Fluidströmung in der ersten Leitung in Richtung zum Luftzuführsystem oder in Richtung zum Sorptionsfilter angeordnet. Mit dem Umschaltventil kann die zulässige Strömungsrichtung in der ersten Leitung insbesondere zum Durchführen einer Leckdiagnose am Kraftstofftank vorteilhaft gewechselt werden. Im Umschaltventil können dabei vorteilhaft auch entsprechend der gewählten Strömungseinrichtung die zugehörigen Rückschlagventile integriert werden.
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Zum Durchführen einer Tankleckdiagnose wird das Umschaltventil in der ersten Leitung so geschaltet, dass die erste Leitung von der Einleitstelle vor der Turbolader-Einheit bei einem Turbolader-Motor bzw. von der Einleitstelle vor der Drosseleinrichtung bei einem Saugmotor aus in Richtung zur Fördereinrichtung bzw. in Richtung zum Sorptionsfilter durchströmbar ist. Bei geschlossenem Tankentlüftungsventil und geschlossenem Sorptionsfilter-Belüftungsventil kann dann durch Einschalten der Fördereinrichtung ein Überdruck im Tankentlüftungssystem aufgebaut werden. Bei laufendem Verbrennungsmotor kann dabei eine Grobleckdiagnose und bei stehendem Verbrennungsmotor eine Feinleckdiagnose mittels einer Auswertung von Druckverläufen erfolgen. Die Druckverläufe werden vorzugsweise mit Hilfe eines Tankdrucksensors ermittelt. Für die Feinleckdiagnose wird nach Erreichen eines definierten Überdrucks bei einem weiterhin geschlossenen Tankentlüftungsventil die Fördereinrichtung ausgeschaltet. Es wird ermittelt, ob der definierte Überdruck erhalten bleibt. Bleibt der Druck erhalten, liegt kein Leck vor.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank, insbesondere der oben genannten Art, geschaffen, mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer Fluidleitung zwischen dem Sorptionsfilter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors, bei dem am Sorptionsfilter ein Drucksensor angeordnet ist.
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Alternativ ist erfindungsgemäß ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank, insbesondere der oben genannten Art geschaffen, mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer Fluidleitung zwischen dem Sorptionsfilter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors, bei dem an der Fluidleitung, insbesondere vor einer Auftrennung in eine Fluidleitung zum Luftzuführsystem und eine Fluidleitung zum Saugrohr, ein Drucksensor angeordnet ist.
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Derart angeordnete Drucksensoren befinden sich nicht im Kraftstofftank, wie es bei herkömmlichen Tanksystemen von Kraftfahrzeugen der Fall ist, sondern sind im Bereich des Sorptionsfilters oder im Bereich der Leitung zwischen dem Sorptionsfilter und dem Tankentlüftungsventil angeordnet, insbesondere am Ausgang des Sorptionsfilters zur Regeneriereinrichtung. Mit den derartigen Drucksensoren ist eine genauere Bestimmung der Regenerierrate möglich. Es kann nämlich die Druckdifferenz über das Tankentlüftungsventil (insbesondere die Druckdifferenz zwischen Sorptionsfilter und Saugrohr) genauer bestimmt werden. Dies ist insbesondere dann möglich, wenn durch einen Druckabfall am Sorptionsfilter und gegebenenfalls einem Einschalten der Fördereinrichtung in der ersten Leitung ein vom Umgebungsdruck abweichender Druck vorliegt. Ferner kann die mittels der Fördereinrichtung erzeugte Regeneriermenge genauer bestimmt werden. Dazu wird die Druckdifferenz über der Fördereinrichtung bestimmt und dann über ein Kennfeld aus Druckdifferenz und Drehzahl der Fördereinrichtung auf deren Fördermenge rückgeschlossen.
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Erfindungsgemäß ist ferner ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank geschaffen, insbesondere der oben genannten Art, mit einem Sorptionsfilter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer fluidleitend zwischen dem Sorptionsfilter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Fördereinrichtung, bei dem die Fördereinrichtung mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor angetrieben ist.
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Als bürstenlose Gleichstrommotor (engl. Brushless DC Motor, abgekürzt BLDC- oder BL-Motor sowie auch electronically commutated Motor, kurz EC-Motor) wird eine Bauform eines Gleichstrommotors verstanden, bei dem der sonst übliche mechanische Kommutator mit Bürsten zur Stromwendung durch eine elektronische Schaltung ersetzt ist. Ferner sind der Stator und der Rotor vertauscht. Üblicherweise ist der Rotor mit einem Permanentmagneten realisiert, der feststehende Stator umfasst die Spulen, die von einer elektronischen Schaltung zeitlich versetzt angesteuert werden, um ein Drehfeld zum Erzeugen eines Drehmoments am permanent erregten Rotor zu verursachen.
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Bei bürstenlosen Gleichstrommotoren besteht die Möglichkeit, die elektronische Kommutierung von der Rotorposition, der Rotordrehzahl und dem Drehmoment abhängig zu machen. Dies stellt eine Form der direkten Rückkopplung dar, womit die Frequenz und ggf. auch die Amplitude abhängig von der Position und der Drehzahl des Rotors verändert werden kann. Dadurch ist auch das Problem der Funkenbildung durch Kommunierung und der Explosionsschutz gelöst. Ferner kann die Fördereinrichtung dadurch in Ihrer Drehzahl und Förderleistung geregelt werden, wodurch eine variable Regenerierung realisierbar wird. Ferner kann durch die elektronische Kommutierung der bürstenlose Gleichstrommotor vorwärts und rückwärts betrieben werden, wodurch auch die Fördereinrichtung in Form einer Pumpe in beiden Richtungen fördern kann. Somit ist eine kostengünstige bidirektionale Fördereinrichtung realisierbar.
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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 vorzugsweise über eine Spülleitung fluidleitend mit dem Luftzuführsystem des Verbrennungsmotors verbunden, wobei die Fördereinrichtung in der Spülleitung angeordnet ist. Die Fördereinrichtung ist vorteilhaft als eine bidirektionale Fördereinrichtung, insbesondere als eine bidirektionale Pumpe gestaltet. Die bidirektionale Fördereinrichtung ist wahlweise in eine erste Förderrichtung in Richtung des 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.
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Ist die bidirektionale Fördereinrichtung in Förderrichtung zum Verbrennungsmotor hin geschaltet, wird ein hinreichend großer Sog bzw. Fluidstrom in Richtung der Luftzuführung bzw. 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 Verbrennungsmotor und vorteilhaft auch bei laufendem Verbrennungsmotor 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.
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Das derartige erfindungsgemäße Entlüftungssystem gewährleistet nicht zuletzt aufgrund des Antriebs der Fördereinrichtung mittels eines bürstenlosen Gleichstrommotors eine wirkungsgradoptimierte Regenerierung des Sorptionsfilters und es kann auch auf einfache Art und Weise eine in einigen Staaten vorgeschriebene On-Board-Kraftstofftankleckdiagnose durchgeführt werden.
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Die Erfindung sieht auch insbesondere ein Verwenden eines derartigen erfindungsgemäßen Entlüftungssystems an einem Kraftfahrzeug vor.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems ist der Sorptionsfilter über die erste Leitung und die darin angeordnete Fördereinrichtung an einer ersten Einleitstelle vor einer Drosseleinrichtung des Verbrennungsmotors und ferner über die zweite Leitung und das darin angeordnete Tankentlüftungsventil an einer der Drosseleinrichtung nachgeordneten zweiten Einleitstelle mit dem Saugrohr fluidleitend verbunden. Eine solche Weiterbildung findet insbesondere bei Saugmotoren Einsatz. Das Entlüftungssystem weist dann wiederum zwei Einleitstellen auf, über die der verdampfte und aus dem Sorptionsfilter desorbierte Kraftstoff dem Verbrennungsmotor zugeführt werden kann. Die Fördereinrichtung kann insbesondere vorteilhaft in Richtung des Saugrohrs sowie trotz vorhandenem Saugrohrunterdruck bei teilweise oder ganz geschlossener Drosseleinrichtung in Richtung des Sorptionsfilters fördern. So kann beispielsweise auch bei laufendem Verbrennungsmotor 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 Fördereinrichtung erfolgen.
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Durch die beschriebene Anordnung wird sowohl bei Saug- als auch bei Turbomotoren bei Regenerierung im Saugrohr-Unterdruckbetrieb der Strömungswiderstand verringert. Die Regenerierrate des Sorptionsfilters wird dadurch bei Betrieb ohne Fördereinrichtung erhöht.
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Es kann bei einem Ladebetrieb des Verbrennungsmotors auch bei ausgeschalteter Fördereinrichtung mittels eines Venturi-Effekts über die erste Leitung regeneriert werden. Bei hoher Beladung des Sorptionsfilters wird die Fördereinrichtung vorteilhaft mit dem gut regelbaren bürstenlosen Gleichstrommotor betrieben. Zum anderen kann auch bei Betrieb mit Saugrohrunterdruck ohne zusätzlichen Strömungswiderstand der Fördereinrichtung über die zweite Leitung regeneriert werden.
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Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert: Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung eines ersten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems und
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2 eine schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems.
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Beschreibung von Ausführungsformen
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1 veranschaulicht ein Entlüftungssystem 10 eines Motors eines Kraftfahrzeugs. Das Entlüftungssystem 10 ist mit einem Kraftstofftank 12 des Kraftfahrzeugs gekoppelt, wobei die Kopplung über einen Sorptionsfilter 14 hergestellt ist, der zur temporären Aufnahme von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 12 dient.
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Der Sorptionsfilter 14 ist mit dem Kraftstofftank 12 über eine Tankanschlussleitung 16 verbunden. Ferner ist der Sorptionsfilter 14 über eine Spülleitung 18 zum einen mittels einer ersten Leitung 40 mit einer Luftzuführung 19 des Motors, vorliegend eines Verbrennungsmotors 22 in Gestalt eines Turbomotors, und zum anderen mittels einer zweiten Leitung 42 mit einem Saugrohr 20 des Motors fluidleitend verbunden.
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An der Luftzuführung 19 ist ein Luftmassenmesser 30, eine Turbolader-Einheit 36 sowie einen Ladeluftkühler 38 angeordnet. Im Saugrohr 20 befindet sich eine Drosseleinrichtung 32, die vorliegend vorzugsweise in Gestalt einer Drosselklappe ausgebildet ist. Die Luftzuführung 19 ist also jener Leitungsabschnitt des Luftzuführsystems, durch den dem Motor Verbrennungsluft von außen zugeführt wird und der sich in Strömungsrichtung vor dem Ladeluftkühler 38 befindet. Das Saugrohr 20 bildet jenen Leitungsabschnitt zum Zuführen von Verbrennungsluft des Luftzuführsystems der sich strömungstechnisch hinter dem Ladeluftkühler 38 befindet.
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Die erste Leitung 40 ist an der Luftzuführung 19 an einer ersten Einleitstelle 29 angeschlossen, die dem Luftmassenmesser 30 strömungstechnisch nachgeschaltet und der Turbolader-Einheit 36 strömungstechnisch vorgelagert ist. Die zweite Leitung 42 ist an einer der Drosseleinrichtung 32 strömungstechnisch nachgelagerten zweiten Einleitstelle 31 mit dem Saugrohr 20 fluidleitend verbunden. Die erste Leitung 40 zweigt am Ausgang 18 des Sorptionsfilters 14 von der zweiten Leitung 42 in Strömungsrichtung zur zweiten Einleitstelle 31 hin vor einem in der zweiten Leitung 42 angeordneten Tankentlüftungsventil 26 ab. In der zweiten Leitung 42 ist in Strömungsrichtung zum Saugrohr 20 hinter dem Tankentlüftungsventil 26 ein Rückschlagventil 45 angeordnet. In der ersten Leitung 40 ist eine undirektional in Richtung zur ersten Einleitstelle 29 pumpende Pumpe 24 angeordnet. Die Pumpe 24 ist mit einem bürstenlosen Gleichstrommotor 25 angetrieben. In Strömungsrichtung hinter der Pumpe 24 ist ferner ein Rückschlagventil 46 in der ersten Leitung 40 platziert.
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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 Tankanschlussleitung 16 dem Sorptionsfilter 14 zugeführt und dort temporär gespeichert. Der Sorptionsfilter 14 ist als ein Aktivkohlefilter ausgebildet, der die flüchtigen Komponenten ad- und resorbieren kann.
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Dem Sorptionsfilter 14 ist eine Belüftungsöffnung oder ein Belüftungsventil 28 zugeordnet, das im geöffneten Zustand Frischluft – so genanntes Spülfluid – zur Verfügung stellt, mittels dem die im Sorptionsfilter 14 adsorbierten flüchtigen Kraftstoffkomponenten wieder desorbiert werden können.
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Die Pumpe 24 ist mittels einer nicht dargestellten Steuereinheit und dem bürstenlosen Gleichstrommotor 25 hinsichtlich ihrer Förderleistung so steuerbar, dass sie ganz gezielt den zuvor mit verdampftem Kraftstoff angereicherte Sorptionsfilter 14 regeneriert, d.h. desorbiert, unabhängig davon ob eine Regenerierung durch Saugrohrunterdruck erfolgt oder nicht. So wird Frischluft aus der Atmosphäre über das Belüftungsventil 28 durch den zuvor mit verdampftem Kraftstoff angereicherten Sorptionsfilter 14 in die Spülleitung 18 und die erste Leitung 40 zur Luftzuführung 19 gesaugt. Dabei desorbiert die den Filter 14 durchströmende Luft den dort angereicherten Kraftstoff.
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Die zweite Leitung 42 ist am Saugrohr 20 an der zweiten Einleitstelle 31 angeschlossen, die sich in Strömungsrichtung der Verbrennungsluft hinter der Drosseleinrichtung 32 befindet. Bei ausreichendem Unterdruck im Saugrohr 20 erfolgt die Regenerierung des Sorptionsfilters 14 (bei stehender Pumpe 24) durch die Leitung 42. Die Regenerierungsrate in das Saugrohr 20 wird dann über das Tankentlüftungsventil 26 gesteuert. Dessen Tastverhältnis wird über die Druckdifferenz am Tankentlüftungsventil 26 aus dem mittels eines Saugrohrdrucksensors 39 gemessenen Saugrohrdrucks und dem Umgebungsdruck berechnet. Da im Kraftstofftank 12 und im Sorptionsfilter 14 im Wesentlichen Umgebungsdruck herrscht, kann der Umgebungsdruck vorteilhaft mittels eines im Kraftstofftank angeordneten Drucksensors 34 oder eines am Sorptionsfilter 14 angeordneten Drucksensors 35 gemessen werden. Die Regenerierung durch das Tankentlüftungsventil 26 erfolgt unter Umgehung der Pumpe 24, so dass deren Strömungswiderstand diesen Regenerierstrom nicht negativ beeinflussen kann.
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Die Pumpe 24 wird also nur eingeschaltet, wenn kein ausreichender Saugrohrunterdruck vorhanden ist. Das Desorbieren des Sorptionsfilters 14 über die Pumpe 24 erfolgt bevorzugt, wenn der Verbrennungsmotor 22 hohe Leistungen generieren muss, wie beispielsweise bei längeren Fahrten bergauf, wenn also die Drosseleinrichtung 32 geöffnet ist. Mittels der Pumpe 24 und insbesondere deren bürstenlosem Gleichstrommotor 25 wird also eine bedarfsorientierte Regenerierung des Sorptionsfilters 14 ermöglicht, wodurch die Leistungsaufnahme des bürstenlosen Gleichstrommotors 25 minimiert werden kann. Die Pumpe 24 kann mit dem bürstenlosen Gleichstrommotor 25 in Ihrer Drehzahl kontinuierlich hochgefahren und es kann dadurch die Regenerierrate in der Leitung 40 kontinuierlich gesteuert werden. Die Regenerierrate kann dabei näherungsweise über die Pumpendrehzahl der Pumpe 24 ermittelt werden.
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2 zeigt eine hinsichtlich Leckdiagnose erweiterte Ausführungsform des Entlüftungssystems 10, bei dem ebenfalls der Sorptionsfilter 14 über die erste Leitung 40 mit der Luftzuführung 19 und die zweite Leitung 42 mit dem Saugrohr 20 des Verbrennungsmotors 22 fluidleitend verbunden sind. Dabei mündet die erste Leitung 40 wiederum an einer ersten Einleitstelle 29 in die Luftzuführung 19, die der Turbolader-Einheit 36 vorgelagert ist, und die zweite Leitung 42 mündet an einer zweiten Einleitstelle, 31 in das Saugrohr 20, die der Drosseleinrichtung 32 nachgelagert ist.
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Die Pumpe 24 gemäß 2 ist als bidirektionale Pumpe gestaltet und anstelle des Rückschlagventils 46 ist in der ersten Leitung 40 ein Umschaltventil 47 angeordnet. Das Umschaltventil 47 ist ein Zweistellungsventil, welches in einer Stellung eine Strömungsrichtung zur Einleitstelle 29 hin und in der anderen Stellung eine Strömungsrichtung zur Pumpe 24 hin freigibt, in Gegenrichtung aber durch integrierte Rückschlagventile jeweils ein Durchströmen der Leitung 40 sperrt.
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Zur Regenerierung des Sorptionsfilters 14 ist das Umschaltventil 47 in Durchlassrichtung zur Einleistelle 29 hin geschaltet. Zum einen kann nun bei einem Ladebetrieb des Verbrennungsmotors 22 bei ausgeschalteter Pumpe 24 mittels eines Venturi-Effekts über die erste Leitung 40 der Sorptionsfilter 14 regeneriert werden. Bei hoher Beladung des Sorptionsfilters 14 wird die bidirektionale Pumpe 24 in Förderrichtung zur Einleitstelle 29 hin geschaltet 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.
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Zum Durchführen einer On-Board-Kraftstofftankleckdiagnose ist das Umschaltventil 47 in Durchlassrichtung zur Pumpe 24 hin geschaltet und es fördert die bidirektionale Pumpe 24 bei stehendem Verbrennungsmotor 22 Fluid, insbesondere eine von außen über die Ansaugstrecke des Verbrennungsmotors 22 und die Luftzuführung 19 zuzuführende Frischluft, in Richtung des Kraftstofftanks 12. Dabei wird in allen Bereichen zwischen der Pumpe 24 und dem Kraftstofftank 12 bei geschlossenem Belüftungsventil 28 und geschlossenem Tankentlüftungsventil 26 ein Überdruck erzeugt. Danach ermittelt ein im Kraftstofftank 12 angeordneter Drucksensor 34 oder ein am Sorptionsfilter 14 oder der Leitung 42 vor dem Tankentlüftungsventil 29 angeordneter Drucksensor 35 den Druck in diesem Bereich über einen bestimmten Zeitverlauf. Hierdurch kann auf ein etwaiges Leck im Entlüftungssystem 10 geschlossen werden. Bei laufendem Motor kann eine Grobleckdiagnose und bei stehendem Motor eine Feinleckdiagnose erfolgen.
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Mit dem Fördern von Regeneriergas aus dem Sorptionsfilter 14 mittels der Pumpe 24 in die Leitung 40 wird Fluid vor die Turbolader-Einheit 36 in die Luftzuführung 19 eingeleitet, ohne dass dieses Fluid vom Luftmassenmesser 30 gemessen worden ist. Wenn dieser Regeneriergasstrom weitgehend mit Kraftstoff gesättigt ist, kann eine Korrektur eines Lambdareglers 33 festgestellt werden. Für diese Feststellung ist eine Auswerteeinrichtung 37 vorgesehen, die dazu eingerichtet ist, eine Signalveränderung des Luftmassenmessers 30 im Vergleich zum Lambdaregler 33 zu ermitteln. Da diese Prüfung auch bei kleinen Luftdurchsätzen und mit einer getrennten Abschaltbarkeit der zweiten Leitung 42 zum Saugrohr 20 möglich ist, kann eine sehr genaue Diagnose auch einer teilverstopften oder teiloffenen Leitung 40 bzw. Einleitstelle 29 erfolgen.
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Handelt es sich bei dem Regeneriergas um reine Luft, kann das Füllungssignal des Luftmassenmessers 30 von der Auswerteeinrichtung mit dem Füllungssignal des am Saugrohr 20 angeordneten Saugrohrdrucksensors 39 oder des an der Drosseleinrichtung 32 angebrachten Drosseleinrichtungnsensors verglichen werden. Der Luftmassenmesser 30 misst nicht die durch die Pumpe 24 eingeblasene Luft. Daher ist das Füllungssignal des Luftmassenmessers 30 kleiner als das Füllungssignal des Saugrohrdrucksensors 39 oder des an der Drosseleinrichtung 32 angebrachten Drosseleinrichtungnsensors. Insbesondere mittels zyklischem Ein- und Ausschalten der Pumpe 24 bei Saugrohrdrücken um oder über Umgebungsdruck und mittels Korrelation der Signale des Lambdareglers 33 und der Füllungsdifferenz Luftmassenmesser/Saugrohrdrucksensor mit der Ansteuerfolge der Pumpe 24 kann eine abgefallene oder verstopfte Leitung 40 erkannt werden.
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Bei Zuständen mit hoher Beladung des Sorptionsfilters 14, wie sie zu Beginn eines Abgastests vorhanden sind, wird im Leerlauf oder Teillastbereich des Verbrennungsmotors 22 zunächst über das Tankentlüftungsventil 26 in das Saugrohr 20 ohne Betrieb der Pumpe 24 regeneriert und dabei die Beladung des Sorptionsfilters 14 über den Lambdaregler 33 gemessen. Danach wird das Tankentlüftungsventil 26 geschlossen und ebenfalls im Leerlauf oder Teillastbereich dieselbe Regenerierrate über die Pumpe 24 vor die Turbolader-Einheit 36 eingebracht. Es muss sich dann nach einem Einschwingvorgang näherungsweise eine gleich große Beladung zeigen, wie aus der zuvor ermittelten Lambdaregler-Korrelation bei Regenerierung in das Saugrohr 20.
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Während der Tankleckdiagnose misst der Luftmassenmesser 30 eine zusätzliche Luftmasse, die nicht in den Verbrennungsmotor 22 strömt. Das Füllungssignal des Luftmassenmessers 30 ist also entsprechend größer als ein Füllungssignal des Saugrohrdrucksensors 39.
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Am Ende der Tankleckdiagnose kann nach Erreichen eines definierten Überdrucks das Belüftungsventil 28 nach Zurückschalten des Umschaltventils 47 leicht verzögert geöffnet werden und die Pumpe 24 pumpt unterstützt vom Überdruck aus dem Tankentlüftungssystem Regeneriergas zu der Einleitstelle 29 hinter den Luftmassenmesser 30. Dann erhält der Verbrennungsmotor 22 erneut vom Luftmassenmesser 30 nicht gemessene Zusatzluft, und zwar in erhöhtem Maß, denn die Pumpe 24 wird durch den Überdruck im Tankentlüftungssystem unterstützt. Das Füllungssignal des Luftmassenmessers 30 wird also kleiner als das des Saugrohrdrucksensors 39. Mittels der Strömungsumkehr wird der Messeffekt also mehr als doppelt so groß als bei nicht bidirektionaler Förderung. Die damit erzielte Trennschärfe erlaubt in der Regel auch das Erkennen von nur teilweise verstopften Leitungen.
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Alternativ oder zusätzlich kann bei stehendem Verbrennungsmotor 22 während der Tankleckdiagnose das Signal des Luftmassenmessers 30 ausgewertet werden. Da vom stehenden Verbrennungsmotor 22 dann keine Luft angesaugt wird, kann vom zeitlichen Verlauf des Signals des Luftmassenmessers 30 genau der von der Pumpe 24 abgesaugte Volumenstrom ermittelt werden. Damit ist eine hochgenaue Erkennung aller möglichen Fehler, auch einer teilweise verschlossenen Leitung 40 möglich.
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Ferner kann bei einem System, wie es in 2 dargestellt ist und welches dann nicht mit einem Luftmassenmesser 30, sondern mit einem zwischen dem Ladeluftkühler 38 und der Drosseleinrichtung 32 angeordneten Ladedrucksensor 41 ausgestattet ist, bei stehendem Verbrennungsmotor 22 während eines Absaugens mit der Pumpe 24 ein Detektieren von Fehlern an der Leitung 40 erfolgen. Aufgrund des Strömungswiderstands eines vor der Luftzuführung 19 angeordneten (nicht dargestellten) Luftfilters entsteht während des Absaugens ein geringer Unterdruck am Ladedrucksensor 41 vor der Drosseleinrichtung 32. Dieser kann als Pegeländerung im zeitlichen Verlauf des Signals des Ladedrucksensors 41 gemessen werden. Um den Messeffekt zur verbessern, kann es vorteilhaft sein, mehrere Abpumpvorgänge mit dazwischen liegenden Entlüftungen vorzunehmen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 10154360 A1 [0005]
- DE 19735549 A1 [0006]
