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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters für kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen entsprechenden Prüfstand sowie ein Kohlenwasserstoffzuführsystem für einen Prüfstand zum Bestimmen einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters.
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Bei Fahrzeugen, insbesondere Straßenfahrzeugen, bei denen mittels einer Brennkraftmaschine bzw. eines Motors kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe verbrannt werden, ist zwischen einem entsprechenden Kraftstoffbehälter und der Umgebung ein Aktivkohlefilter zur Speicherung von Kohlenwasserstoffen in der Tankentlüftung verbaut. Dieser Aktivkohlefilter wird, gesteuert über eine Motorelektronik, durch einen Luftstrom regeneriert. Dabei wird Luft über die mit Kohlenwasserstoff besetzten Kohlepartikel des Aktivkohlefilters geleitet, wobei Kohlenwasserstoffmoleküle ausgelöst und über den Luftstrom zum Motor transportiert werden. Dieser mit Kohlenwasserstoffmolekülen beladene Luftstrom aus dem Aktivkohlefilter wird der Verbrennungsluft zugemischt und im Motor verbrannt.
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Eine Tankentlüftung dient in der Regel bei einem Kraftfahrzeug zur Vermeidung eines Uberdrucks in einem Kraftstoffbehälter bspw. für den Fall, dass das Fahrzeug im abgestellten Zustand einer erhöhten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Durch das Vorsehen eines Aktivkohlefilters in der Tankentlüftung kann vermieden werden, dass Kohlenwasserstoffe bei einem notwendigen Druckausgleich vom Tank in die Umgebung gelangen. Die Ansaugung des erwähnten Luftstroms erfolgt in der Regel über einen Unterdruck im Saugrohr des Motors, so dass die Luft in Funktion eines Spülgases mit den freigesetzten Kohlenwasserstoffen Brennräumen des Motors zugeführt wird.
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Da moderne Brennkraftmaschinen eine abgasseitige Lambda-Regelung aufweisen, kann ein erhöhter Kohlenwasserstoffgehalt im Frischgas die Motorregelung nachteilig beeinträchtigen. Der Spülgasstrom zum Regenerieren des Aktivkohlefilters muss daher gezielt so eingestellt werden, dass nur eine vergleichsweise geringe, für die Motorregelung idealerweise bekannte oder zumindest ausregelbare Kohlenwasserstoffmenge dem Frischgas des Motors zugeführt wird. Beim Spülen des mit Kohlenwasserstoffmolekülen beladenen Aktivkohlefilters ist eine Pufferwirkung feststellbar, da die eingelagerten Kohlenwasserstoffmoleküle nicht alle gleichzeitig an das Spülgas abgegeben werden, sondern nur nach und nach im Verlauf einer länger anhaltenden Spülgasströmung. Zur Vermeidung nachteiliger Effekte bei der Motorregelung sollte der Spülgasstrom möglichst klein sein. Gleichzeitig sollte der Spülgasstrom möglichst groß sein, damit die Regeneration des Aktivkohlefilters möglichst rasch und vollständig durchführbar ist, um die Tankentlüftung für den nächsten Stillstand des Fahrzeugs vorzubereiten. Das Auffinden eines optimalen Spülgasstroms scheitert regelmäßig daran, dass die Pufferwirkung des jeweiligen Aktivkohlefilters an sich nur schwer bestimmbar ist und insbesondere bei jedem Typ von Aktivkohlefilter unterschiedlich ausfällt.
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Die Druckschrift
DE 196 19 620 A1 beschreibt ein Verfahren zur Bestimmung der Menge und der Zusammensetzung von Kohlenwasserstoffen in Abgasen von Verbrennungskraftmaschinen mit einem Gaschromatographen.
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Ein Verfahren zur Diagnose der Funktionsfähigkeit von Kraftstoffdampfzwischenspeichern, insbesondere von Aktivkohlefiltern, in Tankentlüftungssystemen mit wenigstens einem Tank und wenigstens einem Kraftstoffdampfzwischenspeicher ist aus der Druckschrift
DE 10 2008 001 447 A1 bekannt.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nunmehr, eine Möglichkeit vorzusehen, für jede beliebige Art von Aktivkohlefilter die entsprechende Pufferwirkung direkt und vergleichsweise einfach ermitteln zu können.
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Erfindungsgemäß wird die genannte Aufgabe durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 sowie einen Prüfstand mit den Merkmalen von Patentanspruch 9, insbesondere unter Verwendung eines Kohlenwasserstoffzuführsystems mit den Merkmalen von Patentanspruch 10 gelöst. Ausgestaltungen sind den jeweiligen Unteransprüchen zu entnehmen.
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Bestimmen einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters für kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe bereitgestellt. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird über einen Tankanschluss des Aktivkohlefilters mittels eines Kohlenwasserstoffzuführsystems eine definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen dem Aktivkohlefilter zugeführt, über einen Luftanschluss des Aktivkohlefilters mittels einer Trägergaszuführeinrichtung ein definierter Trägergasstrom in den Aktivkohlefilter eingeleitet und über einen Motoranschluss des Aktivkohlefilters mittels einer Kohlenwasserstoffmesseinrichtung der Volumenstrom aus dem Aktivkohlefilter abgesaugt und hinsichtlich seines Gehalts an Kohlenwasserstoffmolekülen gemessen. Ferner wird gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren die definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen von dem Kohlenwasserstoffzuführsystem in Form einer thermodynamisch isolierten Gasmenge bereitgestellt.
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Das bedeutet, dass das Kohlenwasserstoffzuführsystem in Vorbereitung zur Zuführung der definierten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen zunächst die definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen in geeigneter Weise vorhält und bei Bedarf als solche zur Zuführung zum Aktivkohlefilter bereitstellt. Die Tatsache, dass die definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen in Form einer thermodynamisch isolierten Gasmenge bereitgestellt wird, bedeutet, dass die bereitgestellte Gasmenge für sich autark bereitgestellt wird, d. h. unabhängig von Versorgungsquellen oder Zuleitungen oder Füllventilen. Die zur Verfügung gestellte Gasmenge ist bereits vor Zuführung zum Aktivkohlefilter als solche thermodynamisch isoliert in dem Kohlenwasserstoffzuführsystem hinterlegt.
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Thermodynamisch isoliert soll dabei bedeuten, dass die definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen als eine nach außen hin thermodynamisch unabhängige Menge bereitgestellt wird, wobei dies bedeutet, dass insbesondere Volumen, Druck und Temperatur für die bereitgestellte Gasmenge vordefiniert und festgelegt sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Bereitstellung der definierten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen durch Öffnen eines Absperrventils, über welches eine Kohlenwasserstoffquelle an ein Druckregelventil, welches mit mindestens einem Behälter mit einem definierten Volumen gekoppelt ist, angeschlossen ist, der mindestens einen Behälter mit unter einem am Druckregelventil einzustellenden und damit definierten Druck stehenden Kohlenwasserstoffmolekülen befüllt. Dadurch wird eine Gasmenge mit einem definierten Volumen und einem definierten Druck bereitgestellt.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt die Befüllung des mindestens einen Behälters mit Kohlenwasserstoffmolekülen bei einer definierten vorbekannten Temperatur. Dabei kann es sich um eine zu messende und damit bekannte Umgebungstemperatur handeln.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden mindestens zwei voneinander getrennte Behälter mit unterschiedlichem, aber jeweils festem Volumen vorgesehen. Ferner wird zwischen Druckregelventil, und den mindestens zwei voneinander getrennten Behältern ein Umschaltventil zur wahlweisen Füllung der mindestens zwei voneinander getrennten Behältern angeordnet. Das bedeutet, dass das Kohlenwasserstoffzuführsystem eine Kohlenwasserstoffquelle, wie bspw. eine Butangasflasche, umfasst, die über ein Absperrventil an ein Druckregelventil angeschlossen ist. Hinter dem Druckregelventil ist zur wahlweisen Befüllung der wenigstens zwei voneinander getrennten Druckbehälter ein Umschaltventil angeordnet. Die mindestens zwei voneinander getrennten Druckbehälter weisen ein unterschiedliches, aber festes Volumen auf. Zur Befüllung eines Druckbehälters wird nunmehr zunächst am Druckregelventil ein vordefinierter gewünschter Druck, d. h. Behälterdruck, eingestellt, sodann mittels des Umschaltventils der gewünschte Druckbehälter ausgewählt und anschließend das Absperrventil geöffnet, um Gas, d. h. Kohlenwasserstoffmoleküle, aus der Kohlenwasserstoffquelle in den ausgewählten Druckbehälter strömen zu lassen. Somit liegen anschließend, entsprechend der Anzahl der Druckbehälter, Gasmengen mit definiertem Volumen, entsprechend dem jeweiligen Volumen eines Druckbehälters, und definiertem Druck, entsprechend dem jeweiligen am Druckregelventil eingestellten Druck, vor.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird durch Öffnen eines am Tankanschluss des Aktivkohlefilters angeordneten Füllventils die definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen in den Aktivkohlefilter eingeleitet. Sind mehrere Behälter vorgesehen, so kann ferner über das Umschaltventil derjenige Behälter ausgewählt werden, aus welchem die entsprechend definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen in den Aktivkohlefilter eingeleitet werden soll.
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Dadurch kann der Aktivkohlefilter mit einem definierten Gasstoß entsprechend der definierten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen beaufschlagt werden. Im Hinblick auf reale Bedingungen, unter welchen der Aktivkohlefilter eingesetzt werden soll, ist es wünschenswert, diese realen Bedingungen möglichst gut durch das erfindungsgemäße Verfahren abzubilden. Das bedeutet, dass durch Festlegen der bereitgestellten Mengen an Kohlenwasserstoffmolekülen in dem Kohlenwasserstoffzuführsystem diejenigen Mengen im Vorfeld vordefiniert werden können, die auch im Realfall, d. h. bei Einsatz des Aktivkohlefilters in einem Kraftfahrzeug, bspw. bei einem notwendigen Druckausgleich, dem Aktivkohlefilter zugeführt werden würden. Aus Erfahrungswerten lassen sich dabei bspw. drei unterschiedliche Mengen an Kohlenwasserstoffmolekülen vorgeben, die im Realfall einem Aktivkohlefilter eines Kraftfahrzeugs zugeführt werden würden und dementsprechend in dem Kohlenwasserstoffzuführsystem als vordefinierte Mengen bevorzugt hinterlegt werden sollten. Vorzugsweise handelt es sich dabei zum einen um eine Menge von 100 ml bei 40 hPa Überdruck, eine zweite Menge von 100 ml bei 120 hPa und eine dritte Menge von 300 ml bei 450 hPa. Diese drei differenzierten Mengen an Kohlenwasserstoffmolekülen erlauben es, lediglich zwei verschiedene Druckbehälter einzusetzen, wobei für einen Druckbehälter ein Volumen von 100 ml und für einen zweiten Druckbehälter ein Volumen von 300 ml zur Verfügung gestellt wird. Zur Differenzierung der ersten beiden genannten Mengen ist dabei lediglich eine Änderung des Drucks über das Druckregelventil vonnöten. Somit ist es durch relativ einfache Konzeption des Kohlenwasserstoffzuführsystems möglich, differenzierte und stabile Mengen an Kohlenwasserstoffmolekülen dem zu prüfenden Aktivkohlefilter zuzuführen und darüber eine Messung bzw. Bestimmung seiner Pufferwirkung tätigen zu können.
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Zur Bereitstellung einer vordefinierten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen ist dabei eine Zeitdauer von etwa 2 min notwendig. Die Zeitdauer von etwa 2 min entspricht dabei einer Zykluszeit, d. h. einer Zeitdauer vom Befüllen des mindestens einen Druckbehälters bis zum Ablassen der darin gespeicherten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen auf den Tankanschluss des Aktivkohlefilters.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein zeitlicher Verlauf des Gehalts an Kohlenwasserstoffmolekülen des aus dem Aktivkohlefilter abgesaugten definierten Volumenstroms erfasst und als Korrelationsgröße für die Pufferwirkung des Aktivkohlefilters verwendet.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mittels der Trägergaszuführeinrichtung ein definierter Stickstoffstrom als Trägergasstrom dem Aktivkohlefilter zugeleitet.
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Die Kohlenwasserstoff-Konzentration ist dabei im Spülstrom zu messen, siehe auch die
DE 102008011453 A1 der Anmelderin. Dabei bildet gemäß einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens der definierte Volumenstrom, der mittels der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung aus dem Aktivkohlefilter abgesaugt wird, lediglich einen Teilstrom eines Spülstroms, vergleichbar dem CVS in der Abgasmesstechnik, der insgesamt über die Kohlenwasserstoffmesseinrichtung und eine zusätzlich vorgesehene Absaugeinrichtung aus dem Aktivkohlefilter abgesaugt wird. Die Absaugeinrichtung ist dabei über ein Absaugventil mit dem Aktivkohlefilter gekoppelt. Das bedeutet, dass nicht der gesamte, aus dem Aktivkohlefilter abgesaugte Spülstrom der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung zugeführt wird, sondern lediglich ein definierter, aus dem Spülstrom abgezweigter Volumenstrom.
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Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Prüfstand zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Darüber hinaus stellt die Erfindung ein Kohlenwasserstoffzuführsystem für einen Prüfstand zum Bestimmen einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters für kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe bereit.
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Das erfindungsgemäße Kohlenwasserstoffzuführsystem ist zur Einleitung einer definierten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen in den Aktivkohlefilter über einen Tankanschluss des Aktivkohlefilters an diesen anzuschließen. Dabei stellt das Kohlenwasserstoffzuführsystem die definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen in Form einer thermodynamisch isolierten Gasmenge bereit.
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Dabei ist zur Bereitstellung der definierten Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen eine Kohlenwasserstoffquelle über ein Absperrventil an ein Druckregelventil, welches mit mindestens einem Behälter mit einem definierten Volumen gekoppelt ist, angeschlossen, so dass durch Öffnen des Absperrventils der mindestens eine Behälter mit unter einem am Druckregelventil einzustellenden und damit definierten Druck stehenden Kohlenwasserstoffmolekülen zu befüllen ist, wodurch eine Menge mit einem definierten Volumen und einem definierten Druck bereitgestellt wird.
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In weiterer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffzuführsystems ist der mindestens eine Behälter bei einer definierten Temperatur mit Kohlenwasserstoffmolekülen zu befüllen.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffzuführsystems sind mindestens zwei voneinander getrennte Behälter mit unterschiedlichem, aber jeweils festem Volumen vorgesehen. Ferner ist zwischen Druckregelventil und den mindestens zwei voneinander getrennten Behältern ein Umschaltventil zur wahlweisen Befüllung der mindestens zwei voneinander getrennten Behältern angeordnet.
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Das erfindungsgemäße Kohlenwasserstoffzuführsystem ist insbesondere zur Verwendung für einen Prüfstand zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt.
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Weitere Ausgestaltungen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der beiliegenden Zeichnung.
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Es versteht sich, dass die voranstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
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Geeignete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden unter Bezugnahme auf die Zeichnung ausführlich beschrieben.
- 1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer Tankentlüftung in einem Kraftfahrzeug.
- 2 zeigt in 2a und 2b verschiedene Messmethoden zur Ermittlung einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters.
- 3 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstands, wie er verwendet werden kann zur Durchführung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau einer Tankentlüftung in einem Kraftfahrzeug. Gezeigt ist eine Tankentlüftung 1, wie sie in einem Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffbehälter 10 für kohlenwasserstoffhaltige Kraftstoffe eingesetzt werden kann. Eine Tankentlüftung dient bei einem Kraftfahrzeug zur Vermeidung eines Uberdrucks in dem Kraftstoffbehälter 10 bzw. einem Kraftstofftank bspw. für den Fall, dass das Fahrzeug im abgestellten Zustand einer erhöhten Sonneneinstrahlung ausgesetzt ist. Die hier gezeigte Tankentlüftung 1 zeigt einen Aktivkohlefilter 11, der bewirkt, dass möglichst keine Kohlenwasserstoffe beim Druckausgleich vom Tank 10 in die Umgebung 20 gelangen. Die Kohlenwasserstoffe werden, wie durch Pfeil 12 angezeigt, über einen Tankanschluss 11_1 auf den Aktivkohlefilter 11 geleitet und dabei im Aktivkohlefilter 11 absorbiert, also gespeichert. Zum Regenerieren des Aktivkohlefilters 11 wird dieser über einen Luftanschluss 11_2 mit Luft, die hierzu aus der Umgebung 20 über einen Teil der Tankentlüftung 1 durch den Aktivkohlefilter 11 angesaugt wird, gespült, wodurch die eingelagerten Kohlenwasserstoffe desorbiert werden. Die Ansaugung des Spülgasstroms erfolgt dabei über einen Unterdruck im Saugrohr des Motors 13, so dass das Spülgas mit den freigesetzten Kohlenwasserstoffen Brennräumen des Motors 13, wie durch Pfeil 14 angedeutet, zugeführt wird. Die Zuleitung zum Motor 13 wird über ein Regenerations- bzw. Tankentlüftungsventil 15 geregelt, was als Dosierventil dient und den Spülgasstrom in Richtung Motor 13 regelt. Über das Tankentlüftungsventil 15 wird festgelegt, inwieweit Spülgasstrom dem Motor 13 zugeführt wird. Über das Tankentlüftungsventil 15 wird seitens des Motors 13 ein Sog durch Unterdruck erzeugt, so dass über den Lufteingang 11_2 ein Trägergasstrom in den Aktivkohlefilter 11 einströmt, worüber dann, wie erwähnt, die Kohlenwasserstoffmoleküle desorbiert werden. Ferner ist hier eine abgasseitige Lambdaregelung 16 dargestellt, worüber kontrolliert wird, wie das Verhältnis Luft zu Brennstoff im Vergleich zu einem stöchiometrischen Gemisch ist. Der Spülgasstrom, welcher nunmehr Kohlenwasserstoffmoleküle enthält, kann dabei die Motorregelung 17 nachteilig beeinträchtigen. Der Spülgasstrom zum Regenerieren des Aktivkohlefilters 11 muss daher gezielt so eingestellt werden, dass nur vergleichsweise geringe, für die Motorregelung 17 bekannte oder zumindest ausregelbare Kohlenwasserstoffmengen dem Frischgas des Motors 13 zugeführt werden. Beim Spülen des mit Kohlenwasserstoffmolekülen beladenen Aktivkohlefilters 11 ist eine Pufferwirkung feststellbar, was bedeutet, dass die eingelagerten Kohlenwasserstoffmoleküle nicht alle gleichzeitig an die Spülluft bzw. den Spülgasstrom abgegeben werden, sondern nur nach und nach im Laufe einer länger anhaltenden Spülgas- bzw. Spülluftströmung desorbiert werden. Zur Vermeidung nachteiliger Effekte bei der Motorregelung 17 soll der Spülgasstrom 14 möglichst klein sein. Gleichzeitig sollte er aber auch möglichst groß sein, damit die Regeneration des Aktivkohlefilters 11 möglichst rasch und vollständig durchführbar ist, um die Tankentlüftung 1 für den nächsten Stillstand des Fahrzeugs vorzubereiten. Um einen optimalen Spülgasstrom bestimmen zu können, muss dabei die Pufferwirkung des jeweiligen Aktivkohlefilters 11 bekannt sein oder zumindest näherungsweise abschätzbar sein.
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2 zeigt in 2a und 2b verschiedene Messmethoden zur Ermittlung einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters 111.
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2a zeigt eine stark vereinfachte schaltplanartige Prinzipdarstellung eines Prüfstands zur Durchführung eines Verfahrens zum Bestimmen einer Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters 111. Über einen Tankanschluss 111_1 des Aktivkohlefilters 111 wird dem Aktivkohlefilter 111 von einer hier nicht dargestellten Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung eine definierte Kohlenwasserstoffmenge 110 zugeführt. Der Tankanschluss 111_1 dient bei einem in die Tankeinrichtung eingebautem Aktivkohlefilter 111 dazu, das Aktivkohlefilter 111 an einen zu entlüftenden Kraftstoffbehälter anzuschließen. Der Aktivkohlefilter 111 weist ferner einen Motoranschluss 111_3 auf, an welchem eine Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 über eine Saugleitung 131 angeschlossen ist. Die Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 ist dabei so ausgestaltet, dass damit ein definierter Volumenstrom aus dem Aktivkohlefilter 111 abgesaugt werden kann. Ferner ist die Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 so ausgestaltet, dass sie den Kohlenwasserstoffgehalt in dem aus dem Aktivkohlefilter 111 abgesaugten Volumenstrom messen kann. Bei der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 kann es sich bspw. um einen Flammenionisationsdetektor handeln. Der Aktivkohlefilter 111 weist ferner einen Luftanschluss 111_2 auf, über welchen ein Trägergasstrom dem Aktivkohlefilter 111 zugeführt werden kann, der durch ein Ansaugen seitens der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 Kohlenwasserstoffmoleküle, die sich in dem Aktivkohlefilter 111 abgelagert haben, mitreißen kann, so dass sie aus dem Aktivkohlefilter 111 desorbiert werden.
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Die dem Aktivkohlefilter 111 über eine Zuführleitung zugeführte Kohlenwasserstoffmenge ist in 2a durch einen mit 110 bezeichneten Pfeil symbolisch angedeutet. Der aus dem Aktivkohlefilter 111 über die Saugleitung abgesaugte Volumenstrom ist in 2a durch einen mit 131 bezeichneten Pfeil angedeutet. Ein weiterer, mit 121 bezeichneter Pfeil deutet die Luftmenge an, die über einen Umgebungsanschluss bzw. Luftanschluss 111_2 des Aktivkohlefilters 111 aus einer nicht näher bezeichneten Umgebung des Prüfstands in das Aktivkohlefilter 111 nachströmt. Die Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung, die hier nicht näher dargestellt ist, umfasst zweckmäßig eine Kohlenwasserstoffquelle, die so ausgestaltet ist, dass sie einen geeigneten Kohlenwasserstoff gasförmig und unter einem Druck bereitstellt. Beispielsweise kann Butangas als Kohlenwasserstoff verwendet werden. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, das Butangas in einer entsprechenden Butangasflasche insbesondere als Flüssiggas bereitgestellt wird.
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Das Verfahren zum Bestimmen einer Pufferwirkung des Aktivkohlefilters 111 in der in 2a dargestellten Konstellation wird nachfolgend auch als Methode 1 bezeichnet und wie folgt durchgeführt. Über den Tankanschluss 111_1 wird dem Aktivkohlefilter 111 aus der Kohlenwasserstoffquelle in der Regel über ein Drosselventil Kohlenwasserstoff zugeführt. Außerdem wird über den Motoranschluss 111_3 aus dem Aktivkohlefilter 111 mit Hilfe der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 ein definierter Volumenstrom abgesaugt. Gleichzeitig wird dieser Volumenstrom hinsichtlich seines Kohlenwasserstoffgehalts gemessen. Des weiteren wird der zeitliche Verlauf des Kohlenwasserstoffgehalts erfasst und gespeichert bzw. entsprechend dokumentiert. Dieser zeitliche Verlauf des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts lässt sich nun als Korrelationsgröße für die Pufferwirkung des Aktivkohlefilters 111 verwenden. Zu Beginn des Verfahrens ist der Aktivkohlefilter regeneriert bzw. unbeladen und enthält also nur eine sehr geringe Menge an Kohlenwasserstoffen. Die über die Kohlenwasserstoffzuführeinrichtung zugeführten Kohlenwasserstoffe können sich im Aktivkohlefilter 111 einlagern. Gleichzeitig bewirkt die Absaugung des Volumenstroms eine Spülung des Aktivkohlefilters 111, durch die Kohlenwasserstoffe aus dem Aktivkohlefilter 111 herausgelöst werden. Unterschiedliche Pufferwirkungen verschiedener Aktivkohlefilter 111 zeigen sich schon darin, dass der zeitliche Verlauf des Kohlenwasserstoffgehalts im Volumenstrom vom Typ des Aktivkohlefilters 111 abhängt, also von dessen Pufferwirkung abhängt. Hierdurch wird es möglich, unterschiedliche Aktivkohlefilter 111 hinsichtlich ihrer Pufferwirkung miteinander zu vergleichen. Hierzu ist in der Regel vorgesehen, einzelne Aktivkohlefilter 111 stets im Hinblick auf einen Referenzaktivkohlefilter zu vergleichen. Bei der hier gezeigten Messmethode kann ferner die Messeinrichtung 130 einen konstanten Volumenstrom von z. B. 200 l/h ansaugen. Bei vergleichenden Messungen kann die Kohlenwasserstoffmenge somit so eingestellt werden, dass der Wert eines zuvor vermessenen Referenzaktivkohlefilters 111 wieder erreicht wird. Hierdurch lassen sich insbesondere vergleichende Messungen im Bezug auf einen Referenzaktivkohlefilter realisieren. Bei derartigen Referenzmessungen ist die genaue Einstellung des jeweiligen Referenzmesswerts vor Beginn jeder Messreihe erforderlich, da unterschiedliche Faktoren, wie bspw. Luftdruck und Umgebungstemperatur, Einfluss auf die Messung haben. Aufgrund eines sich stets ändernden Drucks in der als Kohlenwasserstoffquelle dienenden Butangasflasche und in den dazugehörenden Zuleitungen muss hier ein Referenzaktivkohlefilter mit bekannter Pufferwirkung, d. h. mit bekanntem Verlauf des gemessenen Kohlenwasserstoffgehalts eingesetzt werden, um bei jeder Messung die Kohlenwasserstoffzuführbedingungen einstellen und entsprechend berücksichtigen zu können.
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2b zeigt einen ähnlichen Aufbau eines Prüfstands wie 2a, jedoch ist hier vorgesehen, dass zur Realisierung des Spülstroms neben einer vorgesehenen Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 eine weitere, durch Pfeil 132 angedeutete hier aber nicht näher dargestellte Absaugeinrichtung vorgesehen ist, die es ermöglicht, einen Volumenstrom 132 an Trägergas abzusaugen, der weit über dem liegt, wie er durch das bloße Vorsehen der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 möglich wäre. Da in 2a lediglich die Absaugleistung der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 dazu dient, eine bestimmte Menge an Spülstrom anzusaugen und somit durch das Aktivkohlefilter 111 durchströmen zu lassen, wird hier eine größere Absaugleistung bereitgestellt, so dass ein wesentlich größerer Trägergasstrom durch den Aktivkohlefilter geleitet werden kann.
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Dabei wird von dem durch den Aktivkohlefilter 111 durchgeleiteten Trägergasstrom bzw. dem an der Motorseite durch den Motoranschluss 111_1 austretenden Spülstrom lediglich ein Teilstrom 131 zur Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 130 geleitet. Der über den Luftanschluss 111_2 eingeleitete Trägergasstrom kann in diesem Fall bspw. ein Stickstoffstrom sein, welcher mit einer Geschwindigkeit von bspw. 20 l/min in den Aktivkohlefilter 111 einströmt. Dadurch können gleichzeitig über den Tankanschluss 111_1 einzuleitende Gasstöße bezüglich Menge bzw. Intensität erhöht werden, da durch den größeren Trägergasstrom mehr Kohlenwasserstoffmoleküle auch wieder abtransportiert werden können. Die hier angewandte Methode zur Abtrennung eines Teilstroms aus dem Spülstrom bezeichnet man auch als CVS-Methode (englisch: Constant Volume Standard-Methode). Durch diese Methode ist es möglich, realitätsnahe Gasstöße in den Tankanschluss 111_1 des Aktivkohlefilters 111 einzulassen, nämlich Gasstöße, wie sie auch bei einer Tankentlüftung im Realfall eines Kraftfahrzeugs auftreten. Im Folgenden werden die jeweiligen Verfahren zur Bestimmung der Pufferwirkung von Aktivkohlefilter bei derart realitätsnahen Gasstößen als Methode 2 bzw. Methode 3 bezeichnet und nachfolgend näher erläutert.
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3 zeigt in schematischer Darstellung einen Aufbau eines Prüfstands 300, wie er erfindungsgemäß realisiert sein kann, wobei die zuvor in 2 erwähnten Messmethoden 1, 2 und 3 alle in dieser Ausführungsform des erfindungsgemäßen Prüfstands unter Nutzung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffzuführsystems vorteilhaft modifiziert realisiert werden können.
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3 zeigt ein Kohlenwasserstoffzuführsystem 310. Das Kohlenwasserstoffzuführsystem umfasst eine Kohlenwasserstoffquelle 311, wie bspw. eine Butanflasche, in welcher bspw. das Butangas als Flüssiggas vorliegt. Die Kohlenwasserstoffquelle 311 ist mit einem Absperrventil 312 gekoppelt, welches wiederum über ein Druckregelventil 313 und ein Füllventil 314 mit einem Druckbehälter 315 oder einem Druckbehälter 316 über ein Umschaltventil 317 verbindbar ist. Um, wie erfindungsgemäß vorgesehen, in dem Kohlenwasserstoffzuführsystem 310 eine definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen zu speichern und für eine Zuführung zu einem Aktivkohlefilter 320 bereitzustellen, wird nunmehr zunächst mit Hilfe des Umschaltventils 317 ausgewählt, welcher der Druckbehälter 315 oder 316 zu befüllen ist. Nach Auswahl des Druckbehälters, wie bspw. des Druckbehälters 315, wird nunmehr über das Druckregelventil 313 eingestellt, mit welchem Druck das Kohlenwasserstoffgas, wie bspw. Butan, in den Druckbehälter 315 eingefüllt werden soll. Jeder der Druckbehälter 315 und 316 hat ein festes Volumen, wobei, wie schematisch gezeigt, der Druckbehälter 315 ein geringeres Volumen aufweist als der Druckbehälter 136. Bei den Volumina kann es sich bspw. um ein Volumen von 100 ml bzw. 300 ml handeln. Bei den einzustellenden Drücken bewegt man sich in der Regel bei Füllen des kleineren Druckbehälters, nämlich des Druckbehälters 315 mit einem Volumen von 100 ml bei wahlweise 40 hPa oder 120 hPa Überdruck. Wird der größere Druckbehälter 316 mit einem Volumen von bspw. 300 ml verwendet, so verwendet man einen Druck von etwa 450 hPa. Dadurch kann bei Öffnen des Absperrventils 312 der jeweils ausgewählte Druckbehälter über das ferner vorgesehene Füllventil 314 mit Kohlenwasserstoffgas, wie bspw. Butan, derartig gefüllt werden, dass das darin vorhandene Kohlenwasserstoffgas den zuvor am Druckregelventil 313 eingestellten Druck aufweist. Somit stellt ein mit Kohlenwasserstoffgas gefüllter Druckbehälter, sei es der Druckbehälter 315 oder der Druckbehälter 316 eine definierte Menge an Kohlenwasserstoffmolekülen bereit, und zwar in Form einer thermodynamisch isolierten Gasmenge, was bedeutet, dass ein fest vorgegebenes Volumen, ein fest vorgegebener Druck sowie ferner eine fest vorgegebene Temperatur für diese Gasmenge gegeben ist. Dadurch wird in dem Kohlenwasserstoffzuführsystem 310 ermöglicht, vordefinierte autarke Gasmengen zu hinterlegen und zur Einführung in ein Aktivkohlefilter 320 bereitzustellen. Die dem Aktivkohlefilter 320 zuzuführende Gasmenge ist dadurch nicht mehr abhängig von sich zwar leicht, aber immerhin doch verändernden Drücken in einer Kohlenwasserstoffquelle oder in entsprechenden Zuleitungen, was bei einem Drosselventil bspw. möglich ist. Mit dem erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoffzuführsystem ist eine wohldefinierte, getaktete Zuführung eines Kohlenwasserstoffgases als Gasstoß realisierbar.
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Mit Hilfe des Kohlenwasserstoffzuführsystems 310 wird ferner eine Automatisierung der Zufuhr eines auswählbaren Gasstoßes zu dem Aktivkohlefilter 320 möglich und eine manuelle Einstellung ist bei Durchführung der jeweiligen Messmethoden nicht mehr vonnöten. Stehen nunmehr entsprechende Gasmengen in den Druckbehältern 315 bzw. 316 bereit, so ist es möglich, eine Messung zur Bestimmung einer Pufferwirkung des Aktivkohlefilters 320 automatisch auszuführen. Dazu ist das Kohlenwasserstoffzuführsystem 310 über einen Tankanschluss 320_1 mit dem Aktivkohlefilter 320 gekoppelt. Über ein ferner vorgesehenes Gasstoßventil 318 und einen Kohlenwasserstoffsensor 319 kann nunmehr ein definierter Gasstoß, nämlich genau die in einem jeweilig auszuwählenden Druckbehälter vorhandene Gasmenge, dem Aktivkohlefilter 320 über den Tankanschluss 320_1 zugeführt werden. Gleichzeitig wird dem Aktivkohlefilter 320 ein Trägergasstrom über einen Luftanschluss 320_2 zugeführt. Dabei kann es sich wahlweise, je nach ausgewählter Methode, wie sie in 2 beschrieben sind, um Zufuhr von Frischluft oder aber um Zufuhr eines anderen Trägergases, wie bspw. Stickstoff, handeln. In der hier dargestellten Ausführungsform kann auch hier über ein Umschaltventil 330 ausgewählt werden, ob Frischluft, d. h. Luft unter Atmosphärendruck, oder ein Trägergas, wie bspw. Stickstoff, aus einer Stickstoffquelle 331 über ein Drosselventil und ein Absperrventil 332 dem Aktivkohlefilter 320 über den Luftanschluss 320_2 zugeführt wird. Ferner ist an einem Motoranschluss 320_3 des Aktivkohlefilters 320 eine Kohlenwasserstoffmessvorrichtung 340 vorgesehen, die bspw. in Form eines Flammenionisationsdetektors ausgeführt sein kann und des weiteren eine weitere Absaugeinrichtung 341, welche über ein Absaugventil 342 zugeschaltet oder aber auch dadurch abgekoppelt werden kann. Je nach Auswahl der bereits in 2 erläuterten Messmethoden wird die Absaugeinrichtung 341 über das Absaugventil 342 zugeschaltet, oder es wird lediglich die Absaugleistung der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 340 zur Absaugung eines Spülstroms durch den Aktivkohlefilter 320 ausgewählt.
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Nach Messmethode 1 wird lediglich ein vergleichsweise kleiner Gasstoß dem Aktivkohlefilter 320 zugeführt, welcher dem kleineren Druckbehälter 315 entnommen wird, wobei das Gas hier bspw. unter einem Überdruck von etwa 40 hPa steht. Bei diesem vergleichsweise geringen Gasstoß wird über den Luftanschluss 320_2 Frischluft zugeführt, und am Motoranschluss 320_3 wird lediglich die Absaugleistung der bereitgestellten Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 340 verwendet, die bspw. in Form eines Flammenionisationsdetektors realisiert sein kann. Das bedeutet, dass das Absaugventil 342 hier geschlossen ist und somit die Absaugeinrichtung 341 entkoppelt ist. Die Frischluft wird hier bspw. in Form von 90 l/h über den Aktivkohlefilter 320 abgesaugt.
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Um Messmethode 2 oder 3 ausführen zu können, wird bei Messmethode 2 zwar der gleiche kleinere Druckbehälter 315 ausgewählt, wobei allerdings hierbei das Gas unter einem höheren Druck wie bspw. 120 hPa steht. Dazu wird ferner über den Luftanschluss 320_2 ein Trägergasstrom aus einer anderen Trägergasquelle, wie bspw. einer Stickstoffflasche 331, gewählt, so dass hier ein Trägergasstrom von 20 l/min bereitgestellt werden kann und die Absaugleistung hier durch die über das Absaugventil 342 zugeschaltete Absaugeinrichtung 341 stark erhöht wird. Diese über die zugeschaltete Absaugeinrichtung 341 stark erhöhte Saugleistung ist allerdings realitätsnäher an der Saugleistung eines realen Motors. Zur Messung der Kohlenwasserstoffkonzentration und zur Bestimmung des zeitlichen Verlaufs der Kohlenwasserstoffkonzentration wird nach wie vor die Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 340 verwendet, wobei hierzu ein Teilstrom aus dem abgesaugten Spülstrom entnommen bzw. abgezweigt wird und der Kohlenwasserstoffmesseinrichtung 340 zugeführt wird.
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Bei Durchführung der Messmethode 3 wird nunmehr der größere Druckbehälter 316 verwendet, der bspw. 300 ml fassen kann, wobei das Gas hierbei bspw. unter einem Überdruck von 450 hPa steht.
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Über die hier beschriebene Messvorrichtung bzw. Messanordnung können alle Bereiche abgebildet werden, die realitätsnah zu einem realen, in einem Kraftfahrzeug eingebauten Tankentlüftungssystem sind. Ferner können Aktivkohlefilter bezüglich ihrer Pufferwirkung nicht nur gegenüber einem Referenzaktivkohlefilter charakterisiert werden, sondern auch absolut.
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Weiterhin ist die Pufferwirkung eines Aktivkohlefilters nun durch eine Gleichung mit Parametern, die aus den Gegebenheiten des Prüfstands bestimmt sind, berechenbar. Eine Charakterisierung des Prüfstands über einen Referenzaktivkohlefilter entfällt. Anhand der gemessenen Kohlenwasserstoffkonzentration und des gemessenen zeitlichen Verlaufs der Kohlenwasserstoffkonzentration kann nunmehr unter Berücksichtigung von Umgebungsdruck 351, Umgebungstemperatur 352, Absaugdruck bzw. -sog 353 und Behälterdruck 354 des für die jeweilige Messung ausgewählten Behälters 315 bzw. 316 die Pufferwirkung angegeben, insbesondere als eine definierte für den jeweiligen Aktivkohlefilter 320 charakteristische Größe in einer Recheneinheit 350 berechnet werden.
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Zusammenfassend weist die Erfindung den großen Vorteil auf, dass eine Kalibrierung mittels Referenzmessung, d.h. mittels eines Referenz-Aktivkohlefilters, entfallen kann.
