DE102014019419A1

DE102014019419A1 - Verfahren und Diagnoseeinrichtung zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen, Hochdrucktanksystem und Kraftfahrzeug mit einem Hochdrucktanksystem

Info

Publication number: DE102014019419A1
Application number: DE102014019419.1A
Authority: DE
Inventors: Ayhan Sarikaya; Andreas Jauss; Thorsten Bender
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2014-12-22
Publication date: 2016-06-23
Also published as: GB2534653A; US20160177857A1; CN105715956A; US9976523B2; GB201520244D0; GB2534653B

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Mehrzahl von Magnetventilen (12, 24) in einem Hochdrucktanksystem (2) eines Kraftfahrzeugs beschrieben, wobei das Verfahren Schritten aufweist, bei denen: – ein Magnetventil (12, 24) zum Öffnen des Magnetventils (12, 24) angesteuert wird, – ein Druck in dem Hochdrucktanksystem (2) gemessen wird, während der Ansteuerung des Magnetventils (12, 24), und – bestimmt wird, dass das Magnetventil (12, 24) defekt ist, falls bei der Messung des Drucks ein Druckabfall festgestellt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen und eine entsprechendes Diagnoseeinrichtung, die einen Hochdrucksensor zum fortlaufenden Messen beziehungsweise Überwachen eines in dem Hochdrucktanksystem vorliegenden Drucks und eine Steuerung aufweist, wobei die Steuerung mit den Ventilen und dem Hochdrucksensor verbunden ist. Ferner betrifft die Erfindung ein Hochdrucktanksystem und ein Kraftfahrzeug mit einem Hochdrucktanksystem.
Die Verwendung von alternativen Kraftstoffen für den Betrieb von Kraftfahrzeugen wie beispielsweise Personenkraftwagen, Lastkraftwagen, und Bussen ist bekannt. Dabei hat sich insbesondere die Verwendung von komprimiertem Erdgas als eine praktikable und im Vergleich zu einem Betrieb mit auf Mineralöl basierenden Kraftstoffen schadstoffarme Alternative erwiesen. Für den Betrieb mit Erdgas führt das Kraftfahrzeug einen Erdgas-Hochdrucktank mit sich, wobei das Erdgas über ein Kraftstoffzuführungssystem in den Verbrennungsmotor eingeblasen werden kann. Fahrzeuge mit Erdgastanksystemen oder anderen auf gasförmigen oder verflüssigten Energieträgern basierenden Tanksystemen erfordern spezielle Betankungseinrichtungen, wie sie beispielsweise in CNG („compressed natural gas”) oder LPG („Liquefied Petroleum Gas”) Tankstellen bereitgestellt werden.
Im Allgemeinen kann es bei der Verwendung von komprimiertem Gas, aufgrund der vorliegenden hohen Drücke im Tanksystem, bei Beschädigungen oder Fehlfunktionen zu Gefahren kommen. Zur Vermeidung solcher Gefahren hat es sich als vorteilhaft erwiesen, die Tanks gegen zu hohe Temperaturen und zu hohe Drücke abzusichern. Die zugehörigen Sicherheitseinrichtungen befinden sich in der Regel in den Hochdrucktankventilen.
In der US 2010/0307454 A1 wird ein Verfahren zum Verteilen von Kraftstoff innerhalb eines Kraftstoffsystems eines Kraftfahrzeuges beschrieben. Das Verfahren kann auf ein Tanksystem angewandt werden, das einen ersten Kraftstofftank aufweist, in dem der Kraftstoff auf einen ersten Druck komprimiert ist, und einen zweiten Kraftstofftank, in dem der Kraftstoff auf einen zweiten Druck komprimiert ist, wobei der zweite Druck höher ist als der erste Druck. Das Verfahren weist Schritte auf, bei denen Kraftstoff, der bereits in den zweiten Tank eingefüllt wurde, in den ersten Tank gelassen wird, und Kraftstoff gleichzeitig in den ersten Tank und den zweiten Tank eingefüllt wird.
Es besteht im Stand der Technik der Bedarf, ein Hochdrucktanksystem für Kraftfahrzeuge einerseits ausreichend sicher in Hinblick auf zu hohe Drücke und Temperaturen im Hochdrucktanksystem zu machen, und andererseits die Wirtschaftlichkeit und Effizienz der dabei zu verwendenden Sicherheitseinrichtungen zu verbessern.
Es werden ein Verfahren und eine Diagnoseeinrichtung zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen, ein Hochdrucktanksystem, und ein Kraftfahrzeug mit einem Hochdrucktanksystem, gemäß den unabhängigen Ansprüchen bereitgestellt.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Überprüfung einer Mehrzahl von Ventilen in einem Hochdrucktanksystem bereitgestellt. Das Verfahren weist grundsätzlich die folgenden Schritte auf:

– Ansteuern eines Ventils, zum Öffnen des Ventils,
– Messen eines Druck in dem Hochdrucktanksystem, während der Ansteuerung des Ventils, und
– Bestimmen, dass das Ventil defekt ist, falls bei der Messung des Drucks ein Druckabfall festgestellt wird.

Dadurch wird es ermöglicht, das Vorhandensein eines oder mehrerer aufgrund eines Ventildefekts nicht mehr entleerbarer Hochdrucktanks, sogenannte blinde Hochdrucktanks, zu identifizieren. Ferner wird es nunmehr ermöglicht, bei einer Überprüfung direkt zu selektieren, welches Magnetventil betroffen ist und einen Defekt aufweist. Ferner sind hierdurch, im Vergleich zu früheren Verfahren, keine Schwachstellen bezüglich einer Temperaturabweichung bei einer Überprüfung der Ventile mehr vorhanden. Dies kann erreicht werden, ohne dazu etwa komplexe Softwarealgorithmen entwickeln zu müssen.
Das Verfahren wird kann in Verbindung mit einem Hochdrucktanksystem in einem Kraftfahrzeug durchgeführt werden, während das Hochdrucktanksystem den Verbrennungsmotor des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff versorgt und der Verbrennungsmotor sich im Leerlauf befindet.
Auf diese Weise kann das Auslösen einer Hochdruckabsicherung der Hochdrucktanks des Kraftfahrzeugs auf die absolut notwendigen Fälle begrenzt werden.
Ferner können die verfahrensgemäßen Schritte des Ansteuerns, des Messens, und des Bestimmens für jedes Ventil durchgeführt werden.
Bevorzugt wird ein Fehlercode (DTC) in einem Steuergerät des Hochdrucktanksystems abgelegt und/oder es wird ein Servicesignal ausgegeben, falls bestimmt wird, dass ein Ventil defekt ist.
Die Ventile können gemäß einer bestimmten vorgegebenen Reihenfolge, bevorzugt sequentiell, angesteuert werden. Anschaulich gesagt können die Ventile somit kaskadenförmig ein- und ausgeschaltet werden.
Durch das Verfahren kann die Blindtankdiagnose erheblich vereinfacht werden, insbesondere im Vergleich zu älteren Diagnosen, die typischerweise über mehrere Fahrzyklen laufen müssen, um ein defektes Magnetventil zu erkennen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren kann nunmehr auf eine komfortablere und zuverlässigere Weise verhindert werden, dass es bei dem Vorhandensein eines Blindtanks nach einiger Zeit zu einem Auslösen einer externen Überdrucksicherung des blinden Hochdruckgastanks kommt.
Dabei kann bestimmt werden, dass das jeweilige angesteuerte Ventil intakt ist, falls bei der Messung des Drucks kein Druckabfall festgestellt wird.
Dazu kann sich das Verfahren vorteilhaft der ohnehin im Hochdruckgassystem vorhandenen Sensoren und/oder der vorhandenen Informationen bedienen, die in einem entsprechenden Steuergerät wie beispielsweise dem Motorsteuergerät abgelegt sind.
Das Verfahren kann bevorzugt in zwei Schritte oder Verfahrensabschnitte aufgeteilt werden. Insbesondere kann das Verfahren als einen ersten Diagnoseabschnitt zunächst Schritte eines elektrischen Überprüfens der Ventile aufweisen. Danach kann als ein zweiter Diagnoseabschnitt das oben genannte Überprüfen der Ventile durch Ansteuern eines Ventils und Messen eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem ausgeführt werden. Der zweite Diagnoseabschnitt wird somit dann ausgeführt, wenn bei einer vorherigen elektrischen Überprüfung der Ventile keine Fehlfunktion festgestellt wurde.
Das oben beschriebene Verfahren ist besonders vorteilhaft dazu geeignet, in Verbindung mit der Verwendung von elektromagnetischen Rückschlagventilen, die durch eine Diagnoseeinrichtung geprüft werden, durchgeführt zu werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird auch eine Diagnoseeinrichtung zur Funktionsprüfung von Ventilen eines Hochdrucktanksystems bereitgestellt, wobei die Diagnoseeinrichtung aufweist:

– einen Hochdrucksensor zum Messen eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem, und
– eine Steuerung, die mit den Ventilen und mit dem Hochdrucksensor verbunden ist.

Dabei ist nach diesem Aspekt der Erfindung die Steuerung dazu eingerichtet:
mittels des Hochdrucksensors zu bestimmen, ob ein Druckabfall in dem Hochdrucktanksystem vorliegt, und
die Ventile selektiv anzusteuern, und, parallel zu der Ansteuerung eines jeweiligen Ventils, mittels des Hochdrucksensors den Druck in dem Hochdrucksystem zu messen.
Ferner ist die Steuerung dazu eingerichtet, zu bestimmen, ob das angesteuerte Ventil defekt ist oder nicht, wobei
falls kein Druckabfall in Antwort auf eine Ansteuerung des Ventils festgestellt wird, bestimmt wird, dass das angesteuerte Ventil defekt ist, oder
falls ein endlicher Druckabfall in Antwort auf eine Ansteuerung des Ventils festgestellt wird, bestimmt wird, dass das angesteuerte Ventil intakt ist.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird auch ein Hochdrucktanksystem bereitgestellt, dass wenigstens zwei Hochdruckgastanks (3) aufweist, wobei die Hochdruckgastanks (3) jeweils über ein zugeordnetes Magnetventil (12, 24) mit einer Kraftstoffleitung (7, 8) verbunden sind. Das Hochdrucktanksystem weist ferner einen Hochdrucksensor und eine Steuerung auf, wobei die Steuerung mit den Magnetventilen und mit dem Hochdrucksensor verbunden ist, so dass die Magnetventile und von der Steuerung geschaltet werden können und das Hochdrucksensor durch die Steuerung ausgelesen werden kann. Dabei ist die Steuerung dazu ausgebildet, eine Funktionsprüfung der Magnetventile durchzuführen. Dazu führt die Steuerung ein Verfahren, das folgende Schritte aufweist:

– Ansteuern eines jeweiligen Magnetventils (12, 24) zum Öffnen des Magnetventils (12, 24),
– fortlaufendes Messen eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem (2), während des Ansteuerns (12, 24) des jeweiligen Magnetventils (12, 24), und
– Bestimmen, dass das jeweilige Magnetventil (12, 24) defekt ist, falls bei dem Messen des Drucks ein Druckabfall festgestellt wird.

Es versteht sich, dass wenn während der Funktionsprüfung der Magnetventile ein bestimmtes Magnetventil zum Öffnen angesteuert wird, die anderen geschlossen sind beziehungsweise nicht zum Öffnen angesteuert werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird auch ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das einen Verbrennungsmotor und ein Hochdrucktanksystem zur Versorgung des Verbrennungsmotors mit Kraftstoff aufweist. Das Hochdrucktanksystem hat eine Mehrzahl von mit Hochdruckventilen ausgestatte Hochdrucktanks, zumindest einen Hochdrucksensor, und eine Steuerung zur Ansteuerung der Hochdrucktankventile. Ferner ist die Steuerung des Hochdrucktanksystems dazu eingerichtet, das Verfahren mit den oben genannten Schritten durchzuführen.
Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist das Hochdrucktanksystem mit einem Verbrennungsmotor eines Kraftfahrzeugs verbunden.
Die Diagnoseeinrichtung kann dazu eingerichtet sein, die verfahrensgemäße Ansteuerung der Ventile nur dann durchzuführen, wenn sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet. Dazu kann die Diagnoseeinrichtung dazu eingerichtet sein, zu bestimmen, ob sich der Verbrennungsmotor im Leerlauf befindet, wodurch weiterhin eine effiziente und gleichzeitig zuverlässige Lösung bereitgestellt werden kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren. Aus dieser Beschreibung und den Figuren gehen auch Merkmale von Ausführungsformen hervor, die nicht in den Ansprüchen erwähnt sind. Solche Merkmale können auch in anderen als den hier spezifisch offenbarten Kombinationen auftreten. Die Tatsache, dass mehrere solche Merkmale in einem gleichen Satz oder in einer anderen Art von Textzusammenhang miteinander erwähnt sind, rechtfertigt daher nicht den Schluss, dass sie nur in der spezifisch offenbarten Kombination auftreten können. Stattdessen ist grundsätzlich davon auszugehen, dass von mehreren solchen Merkmalen auch einzelne weggelassen oder abgewandelt werden können, sofern dies die Funktionsfähigkeit der Erfindung nicht in Frage stellt. Es zeigen:
1 ein Kraftfahrzeug mit einem Hochdrucktanksystem, nach einer Ausführungsform der Erfindung,
2 ein Diagramm eines Hochdrucktanksystems eines Kraftfahrzeugs, nach einer Ausführungsform der Erfindung,
3 eine Diagnoseeinrichtung zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen, nach einer Ausführungsform der Erfindung, und
4 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen, nach einer Ausführungsform der Erfindung.
In der folgenden ausführlichen Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten in verschiedenen Figuren komponentenweise teilweise mit demselben Bezugszeichen bezeichnet. Ferner können die Figuren schematisierte Darstellungen enthalten. Falls mehrere Exemplare von gleichartigen Komponenten innerhalb ein und derselben Figur vorliegen, ist der Übersicht halber teilweise nur eines der Exemplare mit dem entsprechenden Bezugszeichen versehen.
Die 1 zeigt ein Kraftfahrzeug 1 mit einem Hochdrucktanksystem 2, nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das Hochdrucktanksystem 2 weist eine Mehrzahl von Hochdrucktanks 3, hier: Hochdruckgastanks 3 auf, die mit verdichtetem Gas, wie beispielsweise Erdgas oder Wasserstoff, gefüllt werden, um einen Kraftstoffvorrat für den Verbrennungsmotor 4 des Kraftfahrzeugs 1 bereitzustellen. Obgleich in der 1 exemplarisch genau drei Hochdrucktanks 3 gezeigt sind, kann das Fahrzeug 1 auch eine andere Anzahl von Hochdrucktanks 3 aufweisen. Die Hochdrucktanks 3 können beispielsweise im Bereich des Kofferraums des Fahrzeugs 1 oder unterflurig angeordnet sein. Ferner sind die Aspekte der Erfindung nicht auf eine Verwendung einer bestimmten Art von Gas oder auf mit Gas gefüllte Hochdrucktanks beschränkt, sondern können vielmehr in Verbindung mit allen geeigneten Arten von Hochdrucktanksystemen angewandt werden, die jeweils eine Mehrzahl von Hochdrucktanks aufweisen.
Das Hochdrucktanksystem 2 weist einen Einlass 5 für den Kraftstoff und eine Mehrzahl von Kraftstoffleitungen 6, 7, 8 auf. Die Kraftstoffleitungen 6, 7, 8 sind als Hochdruckgas-Kraftstoffleitungen ausgebildet und umfassen eine Betankungsleitung 6, die mit dem Einlass 5 verbunden ist, eine Mehrzahl von Kraftstoffleitungen 7, die mit den Hochdrucktanks 3 verbunden sind, und eine Kraftstoffleitung 8, die mit einem Kraftstoffinjektor 9 des Verbrennungsmotors 4 verbunden ist, wobei der Kraftstoffinjektor 9 dazu ausgebildet ist, das Kraftstoffgas in die Zylinder des Verbrennungsmotors 4 einzuspritzen. Nach der hier gezeigten Ausführungsform sind die Kraftstoffleitungen 6, 7, 8, jeweils an einem Ende mit einem Koppelbehälter 10 des Hochdrucktanksystems 2 verbunden. Der Einlass 5 ist typischerweise mit einem Rückschlagventil 25 ausgestattet, damit bei der Betankung des Fahrzeugs 1 ein Ausströmen des Kraftstoffs aus dem Hochdrucktanksystem 2 entgegen der Strömungsrichtung vermieden wird. Optional können hinter dem Einlass 5 in der Betankungsleitung 6 noch weitere Rückschlagventile angeordnet sein, die jedoch in dieser Zeichnung der Übersicht halber nicht explizit dargestellt sind.
An jedem der Hochdrucktanks 3 in dem Hochdrucktanksystem 2 sind ferner weitere Ventile 11, 12, 13 vorhanden, mit denen das Gasfluss in den jeweiligen Hochdrucktank 3 hinein oder aus dem Hochdrucktank 3 hinaus gesteuert werden kann. Dabei sind in einer jeweiligen Kraftstoffleitung 7, die zu einem der Hochdrucktanks 3 führt, jeweils ein Magnetventil 12 beziehungsweise ein Solenoidventil 12 und ein Rückschlagventil 13 angeordnet. Das Rückschlagventil 13 erlaubt einen Gasfluss in den Hochdrucktank 3 hinein, und ermöglicht dabei ein sicheres Einfüllen des Kraftstoffes in den Hochdrucktank 3. Die Betankung des Fahrzeugs 1 kann erfolgen, indem das Rückschlagventil 25 der Betankungsleitung 6 und das Rückschlagventil 13 am Hochdrucktank 3 durch den Betankungsmassenstrom in Öffnungsrichtung passiert werden. Das Magnetventil 12 öffnet in Auslassrichtung des Hochdrucktanks 3 und erlaubt die Entnahme des Kraftstoffs zum Betrieb des Kraftfahrzeugs 1. Dazu muss das Magnetventil 12 mittels elektrischer Spannung geöffnet werden. Obgleich in der 1 das Rückschlagventil 13 und das Magnetventil 12 separat dargestellt sind, können das Rückschlagventil 13 und das Magnetventil 12 bevorzugt auch als ein elektromagnetisches Rückschlagventil beziehungsweise als ein mit einer Rückschlagarmatur versehenes Magnetventil bzw. Solenoidventil ausgebildet sein, das beide Funktionen der Ventile 12, 13 übernimmt. Die Ventile 11, 12, 13 weisen ferner ein manuell betätigbares Ventil 11 auf, durch die das Gas aus dem jeweiligen Hochdrucktank 3 abgelassen werden kann.
Das Hochdrucktanksystem 2 weist einen Hochdrucksensor 14 und einen optionalen Temperatursensor 15 auf, wobei basierend aufgemessene Werte des Hochdrucksensors 14 eine Blindtankdiagnose durchgeführt werden kann, wie weiter unten erklärt wird. Das Hochdrucktanksystem 2 weist ferner eine elektronische Steuerung 16 auf, die mit Hilfe von elektrischen Ansteuerungsleitungen 17 über analoge Signale das Hochdrucktanksystem 2 steuert. Dazu steuert die Steuerung 16 über die Ansteuerungsleitungen 17 auch die Magnetventile 12 sowie den Kraftstoffinjektor 9 an. Ferner liest die Steuerung 16 den Hochdrucksensor 14 und den Temperatursensor 15 aus. Die Steuerung 16 steuert über eine Leitung 19 ferner einer Anzeige 20, die am Instrumentenpanel 21 des Fahrzeuges 1 angeordnet ist und mit der eine Servicenachricht an den Fahrer ausgegeben werden kann. Die Steuerung 16 des Hochdrucktanksystems 2 ist über einen Kommunikationsbus 18 ferner mit einem zentralen Steuergerät 22 des Kraftfahrzeugs 1 verbunden. Das zentrale Steuergerät 22 ist bevorzugt als eine elektronische Steuereinheit ECU ausgebildet. Obgleich in 1 die Steuerung 16 und das zentrale Steuergerät 22 separat abgebildet sind, kann nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung die Steuerung des Hochdrucktanksystems 2 beziehungsweise die Steuerung und Überwachung der Magnetventile 12 direkt mittels des zentralen Steuergeräts 22 beziehungsweise der ECU erfolgen, ohne dass eine separate Steuerung 16 vorhanden ist.
Das Hochdrucktanksystem 2 ist mit einer Hochdruckabsicherung versehen, die derart ausgestaltet ist, dass bei Vorliegen eines unzulässigen Überdrucks im Hochdrucktanksystem 2 der Überdruck abgelassen werden kann. Dazu umfasst die Hochdruckabsicherung bevorzugt eine Berstscheibe 23 an jedem Hochdrucktank 3, wobei die Berstscheibe 23 auch direkt mit den Magnetventilen 12 integriert sein kann.
Die 2 zeigt ein Diagramm eines Hochdrucktanksystems 2 eines Kraftfahrzeugs 1, nach einer Ausführungsform der Erfindung, wobei im Vergleich zu der 1 in 2 mehr Details des Hochdrucktanksystems 2 dargestellt sind. Ähnlich wie bei dem Kraftfahrzeug gemäß 1 weist das in 2 gezeigte Hochdrucktanksystem 2 eine Mehrzahl von Hochdrucktanks 3 auf, die über die Betankungsleitung 6 bzw. die Kraftstoffleitungen 7 insbesondere mit verdichtetem Erdgas befüllt werden. In der Betankungsleitung 6 sind ein erstes Rückschlagventil 25 und ein zweites Rückschlagventil 26 angeordnet. Ferner ist jeder Hochdrucktank 3 mit einem elektromagnetischen Rückschlagventil 24 bzw. 24-1 bis 24-4 (Allgemein: 24-1 bis 24-n) ausgestattet, wobei das elektromagnetische Rückschlagventil 24 gemäß 2 dem Rückschlagventil 13 und dem Magnetventil 12 gemäß 1 entspricht. In der 2 ist weiterhin die in Zusammenhang mit 1 eingeführte Koppeleinheit 10 durch ein gestricheltes Kästchen dargestellt.
Beim Betanken fungiert das elektromagnetische Rückschlagventil 24 als rein mechanisches Rückschlagventil 13. Die Flussrichtung des Betankungsmassenstroms ist in der 2 mit einem Pfeil angedeutet, der mit dem Bezugszeichen 27 versehen ist. Beim Fahrzeugbetrieb wird das elektromagnetische Rückschlagventil 24 mittels elektrischer Spannung betätigt, so dass es öffnet, damit der Kraftstoff dem Verbrennungsmotor 4 zugeführt werden kann.
In der 2 ist ferner ein Druckregler 28 gezeigt, der im Bereich der Kraftstoffleitung 8 angeordnet ist. Dadurch wird das Hochdrucktanksystem 2 in einen Hochdruckbereich 29 und einen Niederdruckbereich 30 eingeteilt. Der Druckregler 28 ist mit einem Hochdrucksensor 31 ausgestattet. Ferner ist im Niederdruckbereich 30 ein Niederdrucksensor 32 angeordnet. Die Niederdrucksensor 30 ist dabei im Bereich einer Speichereinspritzung („Common-Rail”) 33 angeordnet, die den Kraftstoff in die Brennkammern des Verbrennungsmotors 4 einspritzt. Das Tanksystem gemäß 2 weist ferner einen Ölabscheider 34 auf, der in einem Bereich zwischen dem Druckregler 28 und der Speichereinspritzung 33 angeordnet ist. Zwischen dem Ölabscheider 34 und der Speichereinspritzung 33 ist die Kraftstoffleitung 8 als eine flexible Kraftstoffleitung 35 ausgebildet.
Kommt es in dem Hochdrucktanksystem 2 zum Defekt eines Elektromagneten eines der elektromagnetischen Rückschlagventile 24, so ist eine Kraftstoffentnahme aus dem jeweiligen Hochdrucktank 3 nicht mehr möglich, da das Ventil sich nicht mehr in Ausströmungsrichtung des Hochdrucktanks 3 öffnen lässt. Lediglich das Betanken kann noch erfolgen, wenn die Druckdifferenz das Ventil noch rein mechanisch öffnen kann.
Exemplarisch angeführt wird hierzu ein Szenario, dass zu der im Folgenden vereinfacht dargestellten Wirkungskette führt:

1. Einer der Elektromagneten fällt beispielsweise im kalten Winterhalbjahr aus, wodurch aus dem entsprechenden Hochdrucktank 3 kein Kraftstoff für den Verbrennungsmotor 4 mehr geliefert wird.
2. Dies führt zu einer geringeren Reichweite des Fahrzeugs 1. Falls der Fahrer das Hochdrucktanksystem 2 daraufhin nicht reparieren lässt, wird bei nachfolgenden Wiederbetankungen des Fahrzeuges auch der Hochdrucktank mit dem defekten Elektromagneten befüllt, im Betrieb aber nie entleert.
3. Dies führt dazu, dass der „blinde” Hochdrucktank immer weiter auf ein höheres Druckniveau gebracht wird, was insbesondere damit zu tun haben kann, dass bei Übergang auf das wärmere Sommerhalbjahr die Tankstellen über ihre Temperaturkompensationen die Befülldrücke erhöhen. Weiterhin spielen teilweise auch stark unterschiedliche Tankstellen-Befülldrücke bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen eine Rolle.
4. Wird das Fahrzeug an heißen Sommertagen sehr hohen Temperaturen ausgesetzt, so wird der Innendruck des nie entleerten, blinden Tanks über das zulässige Maß steigen.

Für solche Fälle weisen die Hochdrucktanks 3 als Hochdruckabsicherung jeweils eine Berstscheibe 23 auf. Es hat sich gezeigt, dass die Hochdruckabsicherung korrekterweise auslöst, wenn in einem der Hochdrucktanks 3 ein unzulässiger Überdruck vorliegt. Das Auslösen der Hochdrucksicherung ist mit dem Ausströmen des gesamten Tankinhalts verbunden, der dabei in die Umgebung abgeblasen wird.
Dieses Ereignis des Abblasens in die Umgebung geschieht in akustisch wahrnehmbarer und, bei Erdgas, auch per Gasgeruch (Odorierung) deutlich wahrnehmbarer Weise. Da es sich bei dem ausströmenden Gas um einen brennbaren Kraftstoff handelt, ist ein Ablassen des Tankinhalts in die Umwelt auch nicht frei von Risiken. Daher kommt es in einem solchen Fall in der Regel zu einem Einsatz der Feuerwehr, und der Kunde als Fahrzeugbetreiber kann erheblich verunsichert werden.
Das oben genannte Ansprechen der Überdrucksicherung/Berstscheibe 23 ist eine korrekte Funktionsweise und schützt den Hochdrucktank vor unzulässigen Überdrücken. Es hat sich gezeigt, dass labortechnisch untersuchte, ausgelöste Bertscheiben keine abnormale Eigenschaften wie beispielsweise Vorschädigungen aufweisen, so dass davon auszugehen war, dass entsprechende Auslösedrücke jenseits von beispielsweise 300 bar oder mehr vorgelegen haben. Das Vorhandensein einer nach extern öffnenden Überdruckabsicherung, wie einer Berstscheibe 23, muss somit als sinnvoll angesehen werden, da diese bei Vorhandensein in allen Fällen unzulässige Überdrücke auf den Hochdrucktanks verhindert haben. Ein Weglassen dieser externen Überdruckabsicherung kann nicht empfohlen werden, da dann – unter ungünstigen Umständen – potentiell die Gefahr des Zerberstens des Hochdrucktanks besteht. Eine derartige Entspannung der Gasdruckfeder wäre gefährlicher zu bewerten als das ohne chemische Reaktion von statten gehende kontrollierte Ausströmen des Kraftstoffes in die Umgebung, das bei einem Auslösen der Überdruckabsicherung erfolgt.
Die 3 zeigt eine Diagnoseeinrichtung 36 zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen, hier: der elektromagnetischen Rückschlagventile 24, nach einer Ausführungsform der Erfindung. In 3 sind elektronische Komponenten, wie insbesondere die das zentrale Steuergerät 22 beziehungsweise die Steuerung 22 des Hochdrucktanksystems 2, genauer dargestellt, wohingegen Komponenten, die in den 1 und 2 bereits erklärt wurden und auf die in 3 nicht mehr detailliert eingegangen wird, in der 3 teilweise nicht mehr explizit dargestellt werden.
Wie in der 3 gezeigt wird, weist die Steuerung 22 verschiedene Steuerungsanschlüsse auf, durch die die elektromagnetischen Rückschlagventile 24 angesteuert werden. Dazu sind die Steuerungsanschlüsse der Steuerung 22 jeweils über eine elektrische Steuerungsleitung 37 mit einem der elektromagnetischen Rückschlagventile 24 verbunden. Über die Steuerungsleitungen 37 kann auch eine Überprüfung der Rückschlagventile 24 vorgenommen werden. Die Steuerung 22 ist ferner mit in dem Hochdrucktanksystem 2 angeordneten Sensoren verbunden, und zwar insbesondere mit dem in 3 gezeigten Hochdrucksensor 31. Die Steuerung 22 weist ferner einen Masseneingang auf, der eine Masse 38 bereitstellt und mittels dem die elektromagnetischen Rückschlagventile 24 an einer Seite geerdet werden.
Nach einem Aspekt der Erfindung ist die Diagnoseeinrichtung 36 dazu eingerichtet, ein defektes Magnetventil, hier: einen Defekt der elektromagnetischen Rückschlagventile 24 zu detektieren. Die Diagnose erfolgt bevorzugt mittels einer Softwarefunktion, welche eine Plausibilitätsprüfung beim Einschalten/Abschalten der Magnetventile durchführt. Dazu wird mittels des Hochdrucksensors 31 der Systemdruck gemessen. Bevorzugt sind die elektromagnetischen Rückschlagventile 24 mittels des Steuergeräts einzeln einschaltbar und ausschaltbar, so dass sie unabhängig voneinander steuerbar sind. Dadurch kann die Steuerung 22 ein nicht öffnendes Magnetventil sofort erkennen, was weiter unten näher erklärt wird.
Die Steuerung 22 ist dazu in der Lage, im Rahmen einer ersten Diagnose unterschiedliche Fehlersymptome bei der elektrischen Überprüfung der elektromagnetischen Rückschlagventile 24 zu selektieren. Die selektierbaren Fehlersymptome umfassen a) Kurschluss gegen Batterie oder Unterbrechung der Ventilzuleitung, b) Kurzschluss gegen Masse, und c) Intermediate Kontakt/Wackelkontakt. Wenn ein Fehler bei der elektrischen Prüfung erkannt wird, schaltet die Steuerung 22 die Servicelampe ein, welche der in 1 gezeigten Anzeige 20 entspricht. Der Fahrer wird aufgefordert, das Fahrzeug in die Servicewerkstatt zu bringen. Die Servicewerkstatt kann den Fehlerspeicher auslesen und das defekte elektromagnetische Rückschlagventil austauschen.
Das Hochdrucktanksystem 2 beziehungsweise die Steuerung 22 sind auch dazu eingerichtet, automatisch eine zweite Diagnose zu starten, die durchgeführt wird, falls bei der elektrischen Überprüfung kein Fehler erkannt wird. Während der zweiten Diagnose werden die elektromagnetischen Rückschlagventile 24-1 bis 24-4 bei Leerlauf des Verbrennungsmotors 4 nacheinander eingeschaltet und ausgeschaltet. Dabei wird jeweils nur eines der Ventile 24-1 bis 24-4 offen gehalten. Bei einem intakten elektromagnetischen Rückschlagventil 24-1 bis 24-4 würde der Gasdruck im Hochdrucktanksystem weiterhin erhalten bleiben, da ein entsprechender Gasdruck durch den geöffneten Hochdrucktank 3 weiterhin geliefert wird. Bei einem defekten Ventil 24-1 bis 24-4 würde der Gasdruck jedoch stark abfallen. Dieser Druckabfall wird durch die Steuerung 22 sofort über den Hochdrucksensor 31 erfasst. Die Diagnose kann auf diese Weise das defekte elektromagnetische Rückschlagventil 24-1 bis 24-4 sofort erkennen und in Antwort darauf die Fehlerlampe/die Anzeige 20 zum Leuchten bringen sowie den Fehlercode setzen.
Die 4 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Überprüfung von Hochdrucktankventilen 24-1 bis 24-4, nach einer Ausführungsform der Erfindung. Das Verfahren kann insbesondere in Zusammenhang mit dem in den 1 bis 3 gezeigten Hochdrucktanksystem 2 durchgeführt werden. Die Durchführung der Verfahrensschritte wird mittels der Steuerung 22 gesteuert.
Wie in der 4 gezeigt wird, wird bei dem Verfahren, gemäß Schritt S1, eine elektrische Überprüfung der Rückschlagventile 24-1 bis 24-4 durchgeführt. Ferner wird in Schritt S2 entschieden, ob die elektrische Überprüfung ergab, dass ein Fehler in der Elektrik der Rückschlagventile 24 vorliegt. Falls dies der Fall ist, wird in Schritt S3 ein entsprechender Fehlercode DTC („Diagnostic Trouble Code”) in einem auslesbaren Speicher der Steuerung 22 gesetzt, und die Servicelampe 20 wird eingeschaltet. Dadurch wird der Fahrer aufgefordert, sich in eine Servicewerkstatt zu begeben, wo der Fehlerode ausgelesen und der Fehler behoben werden kann. Die Schritte S1 bis S3 können als ein erster Verfahrensabschnitt angesehen werden.
Falls die elektrische Überprüfung keinen Fehler ergab, wird in einem darauffolgenden, zweiten Verfahrensabschnitt eine weitere Prüfung der Ventile 24-1 bis 24-4 durchgeführt. Dazu wird in Schritt S4 ein sequentielles Ein- und Ausschalten der elektromagnetischen Rückschlagventile 24-1 bis 24-4 durchgeführt. Dabei befindet sich der Verbrennungsmotor 4 im Leerlauf. Gleichzeitig wird von der Steuerung 22 mittels des Hochdrucksensors 31 der Druck des Hochdrucktanksystems 2 überwacht. In Schritt S5 wird bestimmt, ob während des sequentiellen Ein- und Ausschaltens ein Druckabfall im Hochdrucktanksystem 2 mittels des Hochdrucksensors 31 detektiert wird. Ist dies der Fall, so wird in Schritt 56 bestimmt, dass das betreffende elektromagnetische Rückschlagventil 24, das geöffnet werden soll, defekt ist und sich nicht mehr öffnen lässt. Daher wird in Schritt 56 der entsprechende Fehlercode gesetzt und die Servicelampe eingeschaltet. Wenn hingegen kein Druckabfall detektiert wird, so wird in Schritt S7 entschieden, dass kein Fehler vorliegt, und die Diagnose wird beendet.
Obwohl zumindest eine beispielhafte Ausführungsform in der vorhergehenden Beschreibung gezeigt wurde, können verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden. Die genannten Ausführungsformen sind lediglich Beispiele und nicht dazu vorgesehen, den Gültigkeitsbereich, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration in irgendeiner Weise zu beschränken. Vielmehr stellt die vorhergehende Beschreibung dem Fachmann einen Plan der Umsetzung zumindest einer beispielhaften Ausführungsform zur Verfügung, wobei zahlreiche Änderungen in der Funktion und der Anordnung von in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elementen gemacht werden können, ohne den Schutzbereich der angefügten Ansprüche und ihrer rechtlichen äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

1: Kraftfahrzeug
2: Hochdrucktanksystem
3: Hochdrucktank
4: Verbrennungsmotor
5: Einlass
6: Betankungsleitung
7: Kraftstoffleitung
8: Kraftstoffleitung
9: Kraftstoffinjektor
10: Koppelbehälter
11: Handventil
12: Magnetventil
13: Rückschlagventil
14: Hochdrucksensor
15: Temperatursensor
16: Steuerung
17: Ansteuerungsleitung
18: Kommunikationsbus
19: Leitung
20: Anzeige
21: Instrumentenpanel
22: zentrales Steuergerät, Steuerung
23: Berstscheibe
24: elektromagnetisches Rückschlagventil
25: Rückschlagventil
26: Rückschlagventil
27: Betankungsrichtung
28: Druckregler
29: Hochdruckbereich
30: Niederdruckbereich
31: Hochdrucksensor
32: Niederdrucksensor
33: Druckspritzeinrichtung
34: Ölabscheider
35: flexible Kraftstoffleitung
36: Diagnoseeinrichtung
37: Steuerungsleitung
38: Masse

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 2010/0307454 A1 [0004]

Claims

Verfahren zur Funktionsprüfung von Magnetventilen (12, 24) eines Gastanks (3) in einem Hochdrucktanksystem (2) eines Kraftfahrzeuges (1), wobei das Hochdrucktanksystem (2) wenigsten zwei Gastanks (3) umfasst, wobei die Gastanks (3) jeweils über ein zugeordnetes Magnetventil (12, 24) mit einer Kraftstoffleitung (7, 8) verbunden sind, mit den Schritten: – Ansteuern eines jeweiligen Magnetventils (12, 24) zum Öffnen des Magnetventils (12, 24), – fortlaufendes Messen eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem (2), während des Ansteuerns (12, 24) des jeweiligen Magnetventils (12, 24), und – Bestimmen, dass das jeweilige Magnetventil (12, 24) defekt ist, falls bei dem Messen des Drucks ein Druckabfall festgestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Hochdrucktanksystem (2) einen Verbrennungsmotor (4) des Kraftfahrzeugs (1) mit Kraftstoff versorgt und wobei das Verfahren durchgeführt wird, wenn sich der Verbrennungsmotor (4) im Leerlauf befindet.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Schritte des Ansteuerns, des Messens, und des Bestimmens, für jedes Magnetventil (12, 24) durchgeführt werden, und wobei bestimmt wird, dass das jeweilige angesteuerte Magnetventil (12, 24) intakt ist, falls bei der Messung des Drucks kein Druckabfall festgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Magnetventile (12, 24) in einer bestimmten Reihenfolge, bevorzugt sequentiell angesteuert werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein Fehlercode (DTC) in einem Steuergerät (16, 22) des Hochdrucktanksystems (2) abgelegt wird und/oder ein Servicesignal ausgegeben wird, falls bestimmt wird, dass das Magnetventil (12, 24) defekt ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner mit Schritten eines elektrischen Überprüfens der Magnetventile (12, 24) als einen ersten Diagnoseabschnitt, wobei das Überprüfen der Magnetventile (12, 24) durch Ansteuern eines Magnetventils (12, 24) und Messen eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem (2) als ein zweiter Diagnoseabschnitt ausgeführt wird, wenn bei der vorherigen elektrischen Überprüfung der Magnetventile (12, 24) keine Fehlfunktion festgestellt wurde.
Diagnoseeinrichtung (36) zur Funktionsprüfung von Magnetventilen (12, 24) eines Hochdrucktanksystems (2), aufweisend: – einen Hochdrucksensor (31) zum Messen eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem (2), und – eine Steuerung (16, 22), die mit den Magnetventilen (12, 24) und mit dem Hochdrucksensor (31) verbunden ist und die dazu eingerichtet ist mittels des Hochdrucksensors (31) zu bestimmen, ob ein Druckabfall in dem Hochdrucktanksystem (2) vorliegt, die Magnetventile (12, 24) selektiv anzusteuern und parallel zu einer Ansteuerung eines jeweiligen Magnetventils (12, 24) mittels des Hochdrucksensors (31) den Druck in dem Hochdrucksystem (2) zu Messen, und zu bestimmen, dass das angesteuerte Magnetventil (12, 24) defekt ist, falls ein Druckabfall in Antwort auf eine Ansteuerung des Magnetventils (12, 24) festgestellt wird, oder zu bestimmen, dass das angesteuerte Magnetventil (12, 24) intakt ist, falls kein Druckabfall in Antwort auf eine Ansteuerung des Magnetventils (12, 24) festgestellt wird.
Diagnoseeinrichtung (36) nach Anspruch 7, wobei die Magnetventile (12, 24) als elektromagnetische Rückschlagventile (24) ausgebildet sind, die zur Überprüfung durch die Diagnoseeinrichtung (36) sequentiell ein- und ausgeschaltet werden.
Diagnoseeinrichtung (36) nach Anspruch 7 oder 8, wobei das Hochdrucktanksystem (2) mit einem Verbrennungsmotor (4) eines Kraftfahrzeugs (1) verbunden ist und wobei die Diagnoseeinrichtung (36) ferner dazu eingerichtet ist, zu bestimmen, ob sich der Verbrennungsmotor (4) im Leerlauf befindet, und die Ansteuerung der Magnetventile (12, 24) zum Überprüfen, ob die Magnetventile (12, 24) intakt sind oder eines oder mehrere der Magnetventile (12, 24) defekt sind, dann durchzuführen, wenn sich der Verbrennungsmotor (4) im Leerlauf befindet.
Hochdrucktanksystem (2), mit wenigstens zwei Gastanks (3), die jeweils über ein zugeordnetes Magnetventil (12, 24) mit einer Kraftstoffleitung (7, 8) verbunden sind, einem Hochdrucksensor (31), und einer Steuerung (16, 22), die mit den Magnetventilen (12, 24) und mit dem Hochdrucksensor (31) verbunden ist und dazu ausgebildet ist, eine Funktionsprüfung der Magnetventile (12, 24) durchzuführen mittels – Ansteuerns eines jeweiligen Magnetventils (12, 24) zum Öffnen des Magnetventils (12, 24), – fortlaufendes Messens eines Drucks in dem Hochdrucktanksystem (2), während des Ansteuerns (12, 24) des jeweiligen Magnetventils (12, 24), und – Bestimmen, dass das jeweilige Magnetventil (12, 24) defekt ist, falls bei dem Messen des Drucks ein Druckabfall festgestellt wird.
Hockdrucktanksystem (2) nach Anspruch 10, wobei die Steuerung (16, 22) ferner ausgebildet ist zum, – Bestimmen, dass das jeweilige angesteuerte Magnetventil (12, 24) intakt ist, falls bei der Messung des Drucks kein Druckabfall festgestellt wird.
Hockdrucktanksystem (2) nach Anspruch 10 oder 11, wobei die Steuerung (16, 22) ferner dazu ausgebildet ist, zur Funktionsprüfung der Magnetventile (12, 24) die Magnetventile (12, 24) in einer bestimmten Reihenfolge, bevorzugt sequentiell anzusteuern.
Kraftfahrzeug (1), insbesondere Erdgasfahrzeug, das einen Verbrennungsmotor (4) und ein Hochdrucktanksystem (2) zur Versorgung des Verbrennungsmotors (4) mit Kraftstoff aufweist, wobei das Hochdrucktanksystem (2) eine Mehrzahl von mit Hochdruckventilen (12, 24) ausgestatten Hochdrucktanks (3), zumindest einen Hochdrucksensor (31), und eine Steuerung (16, 22) zur Ansteuerung der Hochdrucktankventile (12, 24) aufweist, die dazu eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 durchzuführen.