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Die Erfindung betrifft ein Tankentlüftungssystem eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Ansaugleitung, durch die Umgebungsluft zu mindestens einem Brennraum zuführbar ist, eine Druckerzeugungseinrichtung, die in der Ansaugleitung angeordnet ist und über die der Druck in einem Abschnitt der Ansaugleitung, der sich zwischen der Druckerzeugungseinrichtung und der Brennkraftmaschine befindet, zumindest zeitweise erhöhbar ist, und eine Treibstrahlleitung, welche die Hochdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung mit der Niederdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung fluidisch verbindet.
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Heutige Kraftfahrzeuge weisen einen Verbrennungsmotor bzw. eine Brennkraftmaschine auf, der mit einem Treibstoff, der in einem Tank gelagert ist, betrieben wird. Aufgrund der im Tank vorherrschenden Temperaturen und Drücke entstehen durch Ausdampfen Gase, die nicht bzw. nur begrenzt in die Umgebung des Fahrzeugs abgegeben werden dürfen. Zum einen bestehen gesetzlich vorgeschriebene Grenzwerte zu Verdunstungsemissionen die in festgelegten Testzyklen ermittelt werden, zum anderen führt ausgestoßenes Gas, das Kohlenwasserstoffe enthält (HC-Gas), zu wahrnehmbaren Kraftstoffgeruch. Dieser Geruch wird von Kunden als störend empfunden und führt somit zu Kundenbeanstandungen. Ferner kann in Extremfällen auch Brandgefahr durch austretendes Gas bzw. flüssigen Kraftstoff entstehen.
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Um das entstehende Gas nicht in die Umwelt abzugeben, wird es in einem Aktivkohlefilter (AKF) zwischengespeichert. Zur Vermeidung eines Überlaufens des AKF muss dieser im Betrieb so häufig wie möglich gespült werden. Dabei muss die Spülrate im Mittel höher liegen als die Gasmenge, die im Tank entsteht. Die Spülung des Aktivkohlefilters erfolgt durch Zuleitung des Tankentlüftungsgases in die Luftzufuhr des Verbrennungsmotors. Der in diesem Gas vorhandene Treibstoff wird in der Gemischvorsteuerung des Motors berücksichtigt, so dass die im Tank entstehenden Treibstoffgase verbrauchs- und emissionsneutral verarbeitet werden. Um eine Spülung des Aktivkohlefilters zu erzeugen, muss ein Spülgefälle realisiert werden. Dieses erforderliche Spülgefälle wird durch Unterdruck in der Luftzufuhr des Verbrennungsmotors gegenüber dem Umgebungsdruck des Fahrzeugs erzeugt. Die Regelung der Entlüftung erfolgt über ein elektrisch angesteuertes Tankentlüftungsventil.
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Bei aufgeladenen Verbrennungsmotoren, beispielsweise mit Hilfe eines Turboladers oder eines Kompressors, herrscht im oberen Lastbereich des Verbrennungsmotors, d. h. bei Volllast oder in den oberen Teillastbereichen in der Sauganlage Überdruck, so dass in diesen Bereichen keine Spülung des Aktivkohlefilters realisiert werden kann. Um auch eine Aktivkohlefilter-Spülung im aufgeladenen Motorbetrieb darstellen zu können, wird im Stand der Technik vorgeschlagen, die Einleitstellen des Tankentlüftungsgases vor dem Verdichter anzuordnen. Wenn vor dem Verdichter kein ausreichender Unterdruck in der Ansaugleitung vorherrscht, kann die Tankentlüftung über eine Saugstrahlpumpe verbessert werden. Hierzu wird ein Treibstrahlpfad ausgehend von der Hochdruck- zur Niederdruckseite des Verdichters angeordnet. In diesem Treibstrahlpfad ist eine passive Saugstrahlpumpe integriert, die im aufgeladenen Motorbetrieb den erforderlichen Unterdruck für das Tankentlüftungssystem erzeugt.
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Aufgeladene Motoren haben jedoch den Nachteil, dass es bei schneller Lastrücknahme zum sogenannten Pumpen des Verdichters kommen kann. Dieser Zustand entsteht, wenn bei Lastrücknahme die Drosselklappe geschlossen wird und sich die Luftsäule entgegen der Durchströmungsrichtung des Luftpfades bis in den Verdichter zurückstaut. Dadurch kommt es in dem Bereich des Ansaugtrakts zwischen dem Verdichter und der Brennkraftmaschine zu einer Druckerhöhung und folglich zu einem Strömungsabriss im Verdichter.
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Um Verdichterpumpen und daraus resultierende Bauteilschäden zu vermeiden, werden im Stand der Technik Schubumluftventile verwendet. Diese werden in dem Bereich des Ansaugstrakts zwischen dem Verdichter und der Drosselklappe des Motors integriert, um den vorliegenden Überdruck in der Hochdruckstrecke des Ansaugtrakts bei Lastrücknahme rasch abzubauen.
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Die Verwendung von Schubumluftventilen bedingt zusätzliche Hardwareumfänge, die bei der Entwicklung und Montage der Brennkraftmaschinen einen Mehraufwand generieren. Darüber hinaus besteht für alle zusätzlichen Komponenten die Gefahr, dass sie im Betrieb ausfallen und folglich Komforteinbußen oder Folgeschäden an anderen Bauteilen nach sich ziehen.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik macht es sich die vorliegende Erfindung zur Aufgabe, eine vereinfachte Vorrichtung anzugeben, mit der die Nachteile des Standes der Technik überwunden werden. Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine weiterzuentwickeln, so dass sie eine hohe Ausfallsicherheit bei gleichzeitig geringer Bauteilkomplexität und geringem Montageaufwand bietet.
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Diese Aufgabe wird durch ein Tankentlüftungssystem und ein Verfahren mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche stellen vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung dar.
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Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung die Verwendung eines Tankentlüftungssystems einer Brennkraftmaschine als Schubumluftventil vor. Die Brennkraftmaschine umfasst eine Ansaugleitung, durch die Umgebungsluft zu mindestens einem Brennraum zuführbar ist, eine Druckerzeugungseinrichtung, die in der Ansaugleitung angeordnet ist und über die der Druck in einem Abschnitt der Ansaugleitung, der sich zwischen der Druckerzeugungseinrichtung und der Brennkraftmaschine befindet, zumindest zeitweise erhöhbar ist, und eine Treibstrahlleitung, welche die Hochdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung mit der Niederdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung fluidisch verbindet. Die Brennkraftmaschine wird mit einem brennbaren Treibstoff betrieben, der in einem Treibstofftank gelagert ist. Darüber hinaus ist ein Tankentlüftungssystem vorgesehen, das eine Saugstrahlpumpe aufweist, die in der Treibstrahlleitung vorgesehen ist und mit der Treibstoffdämpfe aus einer Tankentlüftungsleitung absaug- und über die Treibstrahlleitung in die Ansaugleitung einleitbar sind, und einen Aktuator aufweist, der in der Treibstrahlleitung vorgesehen ist und über den der Massenstrom an Treibstoffdämpfen, der mit der Saugstrahlpumpe gefördert wird, steuer- und/oder regelbar ist. Somit wird vorteilhafterweise die Funktion des Schubumluftventils in den Tankentlüftungsaktuator integriert. Durch diese Funktionsintegration kann auf ein zusätzliches Schubumluftventil verzichtet werden.
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Weiterhin kann der Aktuator wenn vorbestimmte Druckverhältnisse in einem Bereich der Ansaugleitung zwischen der Druckerzeugungseinrichtung und der Brennkraftmaschine vorherrschen, derart angesteuert werden, dass der Massenstrom in der Treibstrahlleitung erhöht wird.
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Darüber hinaus kann bei Lastrücknahme während des Betrieb der Brennkraftmaschine in einem aufgeladenen Betriebszustand der Aktuator derart angesteuert oder geregelt wird, dass der Massenstrom in der Treibstrahlleitung erhöht wird. Brennkraftmaschinen, die über einen Verdichter beispielsweise einen Turbolader, Kompressor usw. aufgeladen werden, können im Saugbetrieb oder in aufgeladenen Betriebszuständen gefahren werden. Im Allgemeinen wird im Teilastbereich, in dem nur ein vergleichsweise geringer Anteil der verfügbaren Leistung abgerufen wird, die Brennkraftmaschine im Saugbetrieb benützt. Dagegen wird im Volllastbereich, in dem nahezu die maximale Leistung der Brennkraftmaschine abgerufen wird, diese im aufgeladenen Betriebszustand gefahren. Wenn im aufgeladenen Betriebszustand vom Fahrer die Last zurückgenommen wird und die Drosselklappe in eine geschlossene Position überführt wird, kann es zu dem oben beschriebenen Zustand des Verdichterpumpens kommen. In diesem Fall wird der Aktuator, der im Treibstrahlpfad angeordnet ist, so angesteuert, dass er den Massenstrom in dem Treibstrahlpfad erhöht. Dadurch wird die Luft aus dem Bereich des Ansaugtrakts zwischen der Druckerhöhungseinrichtung und der Drosselklappe in den Treibstrahlpfad geleitet und der Druck in diesem Bereich des Ansaugtrakts abgesenkt. Somit wird verhindert, dass ein Strömungsabriss an der Druckerhöhungseinrichtung erzeugt wird und es zu Pumpen kommt.
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Folglich übernimmt der Aktuator im Treibstrahlpfad zwei Funktionen. Im Fahrbetrieb bei Teillast oder Volllast wird mit dem Aktuator der Massenstrom der Luft in dem Treibstrahlpfad des Tankentlüftungssystems geregelt oder. gesteuert und damit die Tankentlüftungsmenge bestimmt. Die Steuer- und/oder Regelung erfolgt in Abhängigkeit jeweils vorliegender Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine. Hieraus ergeben sich Vorteile dahingehend, dass beim Vorliegen kritischer Bedingungen hinsichtlich Kraftstoffgeruch die Aktuatoransteuerung spülluftbegünstigend ausgeführt werden kann und in Bedingungen, bei denen der Kraftstoffgeruch unkritisch ist, der Aktuator derart angesteuert werden kann, dass der Verbrennungsmotor leistungs- bzw. drehmomentbegünstigt betrieben wird. Im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine kann der Aktuator derart angesteuert oder geregelt werden, dass die Saugstrahlpumpe einen ersten Massestrom an Treibstoffgas aus der Tankentlüftungsleitung fördert. Im Volllastbetrieb der Brennkraftmaschine kann der Aktuator derart angesteuert oder geregelt werden, dass die Saugstrahlpumpe einen zweiten Massenstrom an Treibstoffgas aus der Tankentlüftungsleitung fördert, wobei der erste Massenstrom größer ist als der zweite Massenstrom. In einer bevorzugten Ausführungsform kann der Wert des zweiten Massenstroms auch auf den Wert 0 absinken, so dass keine Tankentlüftung stattfindet und eine maximale Leistung der Brennkraftmaschine abrufbar ist. Im unteren Teillastbetrieb, in dem der Brennkraftmaschine verhältnismäßig wenig Leistung abgefordert wird, kann dadurch eine hohe Tankentlüftung durchgeführt werden, so dass ein Zwischenspeicher, beispielsweise ein Aktivkohlefilter, besonders stark durchspült wird. Im Volllastbetrieb, d. h. in Betriebszuständen, in denen sehr hohe oder sogar die maximale Leistung des Motors abverlangt wird, erfolgt nur eine geringe oder gar keine Spülung des Zwischenspeichers, so dass die zur Verfügung gestellte Motorleistung und das Motordrehmoment nicht beeinträchtigt wird. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann bei einem Übergang der Brennkraftmaschine von einem Teillastbetrieb zu einem Volllastbetrieb und umgekehrt der Aktuator derart angesteuert oder geregelt werden, dass die Saugstrahlpumpe von einem Zustand, in dem sie den ersten Massenstrom an Treibstoffgas fördert, zu einem Zustand, in dem sie den zweiten Massenstrom oder kein Treibstoffgas fördert und umgekehrt, kontinuierlich oder schlagartig überführt wird. Mit einem kontinuierlichen Übergang könnten mögliche Auswirkungen des Umschaltens auf den Fahrkomfort gemindert werden (langsames Durch-Beschleunigen). Gleichzeitig ist bei einem Lastsprung ein rasches/digitales bzw. schlagartiges Verstellen erforderlich um das gewünschte Ansprechverhalten der Druckerzeugungseinrichtung zu realisieren. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung und/oder Regelung des Aktuators konfigurierbar sein, wobei in einer ersten Konfiguration sowohl im Volllastbetrieb wie auch im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von der Saugstrahlpumpe kein Treibstoffgas gefördert wird und in einer zweiten Konfiguration sowohl im Volllastbetrieb wie auch im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine von der Saugstrahlpumpe Treibstoffgas gefördert wird. Vorteilhafterweise ergibt sich hieraus die Möglichkeit, das Fahrzeug besonders sportlich abzustimmen, beispielsweise durch Wahl eines Sportmodus durch den Fahrer. In diesem Konfigurationsmodus wird sowohl im Teillast- wie auch im Volllastbetrieb keine Spülung des Aktivkohlefilters durchgeführt und damit permanent die größtmögliche Leistung des Motors für den Vortrieb des Fahrzeugs zur Verfügung gestellt. Wird das Fahrzeug in dem zweiten Konfigurationsmodus konfiguriert, so kann auch im Volllastbetrieb eine Spülung des Aktivkohlefilters durchgeführt werden. Aufgrund der dann herrschenden hohen Überdrücke in dem Abschnitt der Ansaugleitung zwischen der Druckerzeugungseinrichtung und dem Verbrennungsmotor kann damit ein besonders großer Massenstrom an Treibstoffgasen mit der Saugstrahlpumpe gefördert werden und dadurch eine besonders gute Spülung des Aktivkohlefilters erzielt werden.
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In seiner zweiten Funktion wird der Aktuator als Schubumluftventil betrieben, wobei wie eingangs beschrieben im Fall eines spontanen Lastabwurfs im aufgeladenen Betrieb der Massenstrom im Treibstrahlpfad erhöht wird.
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Diese Doppelfunktion wird durch eine entsprechend gestaltete Steuerungs- oder Regelungsfunktion in dem Steuergerät, beispielsweise dem Steuergerät der elektronischen Motorsteuerung realisiert. Zusätzlich zur Steuerungsfunktion des Tankentlüftungssystems wird eine neue Funktion eingeführt zur Steuerung des Aktuators als Schubumluftventil.
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Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Figurenbeschreibung näher erläutert. Die Ansprüche, die Figur und die Beschreibung enthalten eine Vielzahl von Merkmalen, die im Folgenden im Zusammenhang mit beispielhaft beschriebenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert werden. Der Fachmann wird diese Merkmale auch einzeln und in anderen Kombinationen betrachten, um weitere Ausführungsformen zu bilden, die an entsprechende Anwendungen der Erfindung angepasst sind.
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Es zeigt in schematischer Darstellung
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1 ein Prinzipschaltbild eines aufgeladenen Motors mit einem erfindungsgemäßen Tankentlüftungssystem.
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In 1 ist eine Brennkraftmaschine 10 dargestellt, die drei Brennräume 10a umfasst. Selbstverständlich ist die Erfindung nicht auf dreizylindrige Brennkraftmaschinen beschränkt, sondern kann auch in Brennkraftmaschinen mit mehr oder weniger Zylindern verwirklicht werden. Im Sinne dieser Erfindung handelt es sich bei der Brennkraftmaschine 10 um einen aufgeladenen Otto-Motor. Über eine Ansaugleitung 11 wird die Luft aus der Umgebung des Fahrzeugs über einen Einlass angesaugt und einer Druckerzeugungseinrichtung 13, zugeführt. In der Druckerzeugungseinrichtung 13 wird die Luft verdichtet und damit der Druck in einem Abschnitt 11a der Ansaugleitung 11, der sich zwischen dem Verdichter 13 und der Brennkraftmaschine 10 befindet, gegenüber dem Umgebungsdruck erhöht. Wahlweise aber nicht zwingend kann nach der Druckerzeugungseinrichtung 13 ein Ladeluftkühler 21 vorgesehen sein. Nach dem Durchströmen des Ladeluftkühlers 21 passiert die Ansaugluft die Drosselklappe 16 und gelangt anschließend in die Brennräume 10a der Brennkraftmaschine. In den Brennräumen 10a findet die motorische Verbrennung statt, wobei die Energie des Treibstoffs in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Die heißen Abgase gelangen aus den Brennräumen 10a über die Abgasleitung 12 wieder in die Umgebung, wobei sie eine Turbine 14 antreiben. Die Turbine 14 ist mechanisch mit dem Verdichter 13 gekoppelt und bildet einen Abgasturbolader.
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In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird anstatt eines Abgasturboladers ein Kompressor verwendet. In dieser Ausführungsform ist dann keine Turbine 14 in der Abgasleitung 12 vorgesehen. Als Druckerzeugungseinrichtung 13 wird dabei ein Kompressor verwendet.
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Das Entlüftungssystem umfasst einen Treibstofftank 25, der mit einem Zwischenspeicher 24 über eine Tankentlüftungsleitung 23 verbunden ist und in dem der Treibstoff, beispielsweise Benzin gelagert ist. Die Tankentlüftungsleitung 23 führt weiter von dem Zwischenspeicher 24 zum Tankentlüftungsventil 18. Nach dem Tankentlüftungsventil teilt sich die Tankentlüftungsleitung 23 in einen ersten Abschnitt 23b, der vor der Brennkraftmaschine in die Ansaugleitung 11 mündet. In diesem ersten Abschnitt 23b der Tankentlüftungsleitung 23 ist ein erstes Rückschlagventil 19 vorgesehen. Wenn die Brennkraftmaschine in Betriebszuständen mit wenig Last betrieben wird, kann die Tankentlüftung über den ersten Abschnitt 23b erfolgen. Bei geöffnetem Tankentlüftungsventil 18 gelangen die Treibstoffgase aus dem Aktivkohlefilter 24 durch das erste Rückschlagventil 19 in die Ansaugleitung 11 unmittelbar vor der Brennkraftmaschine 10 in die Ansaugluft.
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Wird die Brennkraftmaschine in hohen Lastbereichen gefahren, d. h. im aufgeladenen Betrieb, herrscht im Abschnitt der Ansaugleitung 11 nach der Druckerzeugungseinrichtung 13 Überdruck, so dass das Rückschlagventil 19 geschlossen wird. Eine Tankentlüftung über diesen ersten Abschnitt 23b der Tankentlüfungsleitung 23 ist in diesen Betriebsbereichen nicht möglich.
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Auf der Hochdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung 13 zweigt von der Ansaugleitung 11a eine Treibstrahlleitung 22 ab, in der eine Saugstrahlpumpe 17 angeordnet ist. Nach der Saugstrahlpumpe 17 wird die Treibstrahlleitung 22 wieder in die Ansaugleitung 11 geführt und mündet auf der Niederdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung 13. Die Saugstrahlpumpe 17 ist über einen zweiten Abschnitt 23a mit der Tankentlüftungsleitung 23 verbunden. Wird der Motor in aufgeladenen Betriebszuständen betrieben, so entsteht ein fluidischer Kurzschluss und damit ein Rückfluss von angesaugter und verdichteter Frischluft von der Hochdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung 13 zu der Niederdruckseite der Druckerzeugungseinrichtung 13 über den Treibstrahl 22. Der Treibstrahl 22 treibt dabei die Saugstrahlpumpe 17 an, wobei dieser Unterdruck in dem zweiten Abschnitt 23a der Tankentlüftungsleitung 23 erzeugt. Somit kann auch in aufgeladenen Betriebszuständen der Brennkraftmaschine 10 mit der Saugstrahlpumpe 17 Treibstoffgas aus der Tankentlüftungsleitung 23 gefördert werden.
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Vor der Saugstrahlpumpe 17 ist in der Treibstrahlleitung 22 ein Aktuator 15 vorgesehen, der die Steuerung des Treibstrahls in der Treibstrahlleitung 22 abhängig vom Betriebszustand des Motors 10 steuert. In den Betriebszuständen, in denen der Verdichter seinen maximalen Wirkungsgrad bringen muss, um eine maximale Leistung bzw. ein maximales Drehmoment der Brennkraftmaschine 10 sicherzustellen, ist der Treibstrahlpfad 22 geschlossen. Mit Hilfe des Aktuators 15 wird der Massestrom im Treibstrahlpfad auf den Wert 0 abgesenkt. In den übrigen Betriebszuständen können wesentlich größere Treibstrahlvolumenströme bzw. Treibstrahlmassenströme realisiert werden, wobei der o. g. Aktuator 15 entsprechend angesteuert wird. Damit stehen in diesen Betriebszuständen verbesserte Tankentlüftungsbedingungen zur Verfügung.
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In einer weiteren, nicht dargestellten Ausführungsform ist der Aktuator 15 nach der Saugstrahlpumpe 17, d. h. in Strömungsrichtung des Treibstrahlpfades stromabwärts, in der Treibstrahlleitung 22 angeordnet.
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In 1 ist der Aktuator 15 separat dargestellt. In einer nicht dargestellten Ausführungsform kann dieser auch in der Saugstrahlpumpe 17 integriert sein und damit als eine Baueinheit ausgebildet werden. In einer weiteren nicht dargestellten Ausführungsform kann der Aktuator 15 auch an folgenden Stellen mit Steckverbindungen o. ä. verbunden bzw. integriert werden: in der Treibstrahlleitung 22 an deren Verbindungsstelle mit der Ansaugleitung 11 oder in der Treibstrahlleitung 22 an deren Verbindungsstelle mit dem Abschnitt 11a der Ansaugleitung 11. Hieraus ergeben sich wesentliche Package-Vorteile, da der Bauraum auf ein Mindestmaß reduziert wird.
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Wie oben beschrieben, kann wenn ein Tankentlüftungssystem mit einem Aktuator 15 zum Einsatz kommt, die Funktion des Schubumluftventils in das Tankentlüftungssystem integriert werden. Diese Verwendung bzw. das vorgeschlagene Verfahren zu Funktionssteuerung des Aktuators bietet die Möglichkeit, die Anforderungen des Aufladesystems und des Tankentlüftungssystems im Kundenbetrieb in Abhängigkeit von den vorliegenden Betriebsbedingungen individuell anzupassen bzw. zu optimieren. Damit können in Abhängigkeit von der vorliegenden Umweltsituation bzw. dem Fahrerwunsch die Einstellungen bzw. die Konfigurationsmodi so gewählt werden, dass die Kundenwünsche optimal erfüllt werden bzw. Komfortmängel robust vermieden werden.
