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Die Erfindung betrifft ein Kraftstofftanksystem mit einem Kraftstofftank und einem Speicherelement.
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Zur Verringerung der von Kraftfahrzeugen ausgehenden Schadstoffemissionen wurden in den vergangenen Jahrzehnten zahlreiche Maßnahmen eingeführt. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, ein Kraftstofftanksystem einzusetzen, bei dem ein Kraftstofftank mit einem Speicherelement zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen verbunden ist. Bei der Betankung von Kraftfahrzeugen mit auf Kohlenwasserstoffen basierenden Kraftstoffen kommt es zum Ausgasen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff, wobei die Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmosphäre gelangen sollen. Auch bei hohen Temperaturen oder Fahrten über unebene Untergründe kommt es verstärkt zu Ausgasungen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff, wobei effektiv dafür gesorgt werden muss, dass diese Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmosphäre entweichen. Insbesondere bei Hybridfahrzeugen, bei denen der Verbrennungsmotor über weite Fahrstrecken vollständig still steht, müssen die ausgegasten Kohlenwasserstoffe effektiv zwischengespeichert werden, um später bei einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors verbrannt zu werden. Hierzu haben sich Kraftstofftanksysteme bewährt, die aus einem Kraftstofftank und einem Speicherelement zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen bestehen, wobei der Kraftstofftank und das Speicherelement derart miteinander verbunden sind, dass die Kohlenwasserstoffe, die aus einem im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff ausgasen, in dem Speicherelement eingespeichert werden, wobei das Speicherelement mit einer ersten Leitung verbunden ist, durch die Frischluft zu dem Speicherelement förderbar ist, und das Speicherelement mit einer zweiten Leitung verbunden ist, die das Speicherelement mit einem Ansaugstrang des Verbrennungsmotors verbindet und durch die mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Frischluft aus dem Speicherelement zu dem Ansaugstrang förderbar ist. Auf diese Art und Weise kann das Speicherelement zyklisch mit Frischluft gespült werden, und die eingespeicherten Kohlenwasserstoffe können einem Ansaugstrang zugeführt werden, der den Verbrennungsmotor mit dem Luftfilter verbindet und der den Verbrennungsmotor mit Luft zur Verbrennung versorgt. Damit können die aus dem Kraftstofftank ausgegasten Kohlenwasserstoffe in dem Verbrennungsmotor verbrannt werden, und ein Entweichen der Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre wird sicher verhindert. Zur Förderung der Kohlenwasserstoffe aus dem Speicherelement zum Ansaugstrang wird nach dem Stand der Technik eine Spülluftpumpe eingesetzt, die zum Beispiel als Radialpumpe ausgebildet sein kann. Um eine fehlerfreie Funktion des Kraftstofftanksystems zu gewährleisten, ist es notwendig, die Dichtheit des gesamten Kraftstofftanksystems regelmäßig zu überprüfen. Diese Dichtheitsüberprüfung kann nicht auf Werkstattaufenthalte des Kraftfahrzeuges beschränkt werden, sondern die Dichtheitsüberprüfung muss im Fahrzeug, also On Board, im Rahmen des gesamten Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges erfolgen.
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein kostengünstiges Kraftstofftanksystem anzugeben, das derart ausgebildet ist, dass seine Dichtheit regelmäßig während des Fahrbetriebes des Kraftfahrzeuges oder auch während des Stillstandes des Kraftfahrzeuges überprüft werden kann.
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Die Aufgabe wird durch ein Kraftstofftanksystem nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch gelöst.
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Dadurch, dass die Spülluftpumpe mit einer Ventileinheit verbunden ist, wobei die Ventileinheit derart ausgebildet ist, dass die Förderrichtung der Frischluft umkehrbar ist, wodurch zum einen Frischluft von der Spülluftpumpe in die Richtung des Verbrennungsmotors förderbar ist, und zum anderen Frischluft von der Spülluftpumpe in den Kraftstofftank förderbar ist, kann eine einzige Pumpe sowohl zur Spülung des Speicherelementes im Kraftstoffsystem als auch zur Prüfung der Dichtheit des Kraftstoffsystems eingesetzt werden.
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Bei einer Weiterbildung ist die Spülluftpumpe als Radialpumpe ausgebildet. Eine Radialpumpe weist einen gut reproduzierbaren Zusammenhang zwischen dem Druck, den sie erzeugt, und der Drehzahl, mit der sie angetrieben wird, bzw. mit der Leistung, die sie aufnimmt, auf, wenn die physikalischen Parameter, zum Beispiel die Temperatur, der geförderten Luft bekannt sind. Damit kann der erzeugte Überdruck im Kraftstofftanksystem gut vom Steuergerät anhand der Leistungsaufnahme und/oder der Drehzahl der Radialpumpe kontrolliert werden.
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Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Speicherelement als Aktivkohlefilter ausgebildet. Aktivkohle kann, besonders in granularer Ausbildung, Kohlenwasserstoffe gut anlagern und damit zwischenspeichern.
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Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist im Kraftstoffsystem ein Drucksensor angeordnet. Mit dem Drucksensor kann die Dichtheit des Kraftstofftanksystems zuverlässig geprüft werden.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem erfindungsgemäßen Kraftstofftanksystem.
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2–4 zeigen eine Ausgestaltung der Ventileinheit.
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1 zeigt einen Verbrennungsmotor 2 mit einem erfindungsgemäßen Kraftstofftanksystem 1. Der Verbrennungsmotor 2 weist einen Abgasstrang 3 und einen Ansaugstrang 4 auf. Zur Rückgewinnung der im Abgas enthaltenen kinetischen Energie ist der Abgasstrang mit einem Turbolader ausgestattet, der die Ansaugluft im Ansaugstrang 4 komprimieren kann. Der Verbrennungsmotor 2 wird über den Ansaugstrang 4 mit Frischluft 24 versorgt. Ausgehend von der Frischluftseite wird Frischluft 24 über einen Luftfilter 6 in den Ansaugstrang 4 geführt und eventuell mit dem Abgasturbolader 5 oder einem Kompressor verdichtet und dann den Brennkammern des Verbrennungsmotors 2 zugeführt. Darüber hinaus wird dem Verbrennungsmotor 1 Kraftstoff 17 aus dem Kraftstofftank 16 über eine Kraftstoffleitung 37 zugeführt. 1 zeigt weiterhin das Kraftstofftanksystem 1 mit dem Kraftstofftank 16 und einem Speicherelement 19 zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen 23. Der Kraftstofftank 16 und das Speicherelement 19 sind derart miteinander verbunden, dass die Kohlenwasserstoffe 23, die aus einem im Kraftstofftank 16 befindlichen Kraftstoff 17 ausgasen, in dem Speicherelement 19 eingespeichert werden können. Das Speicherelement 19 kann beispielsweise als Aktivkohlespeicher ausgebildet sein. Ein Aktivkohlespeicher ist ein geschlossener Kanister, in dem meist granularer Kohlenstoff derart angeordnet ist, dass sich an dem Kohlenstoff die zu speichernden Kohlenwasserstoffe 23 anlagern. Das Speicherelement 19 hat jedoch nur eine begrenzte Speicherkapazität, so dass das Speicherelement 19 regelmäßig entleert werden muss, indem Frischluft 24 z. B. über einen Spülluftfilter 20 angesaugt wird und über eine Leitung mithilfe einer Spülluftpumpe 7 in das Speicherelement 19 gesaugt oder gedrückt wird. Die Frischluft 24 durchströmt die Aktivkohle in dem Speicherelement 19 und nimmt dabei Kohlenwasserstoffe 23 auf, wonach die mit den Kohlenwasserstoffen 23 angereicherte Frischluft 20 entlang weiterer Leitungen zu dem Ansaugstrang 4 gefördert wird. In dem Ansaugstrang 4 vermischt sich die mit den Kohlenwasserstoffen 23 angereicherte Frischluft 24 mit der Frischluft 24, die über den Luftfilter 6 angesaugt wird. Damit können die Kohlenwasserstoffe 23 dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt werden, wo die Kohlenwasserstoffe 23 in den Brennkammern des Verbrennungsmotors 2 verbrannt werden. Da das Kraftstofftanksystem 1 leicht flüchtige Kohlenwasserstoffe 24 beinhaltet, ist es notwendig, die Dichtheit des gesamten Kraftstofftanksystems 1 regelmäßig zu überprüfen.
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Ein wesentlicher Bestandteil des in 1 gezeigten Kraftstofftanksystems 1 ist die Ventileinheit 9. In diesem Beispiel besteht die Ventileinheit 9 aus einem ersten Ventil 11, einem zweiten Ventil 12, einem dritten Ventil 13, einem vierten Ventil 14 und einem fünften Ventil 15. Das fünfte Ventil 15 dient zusammen mit dem Spülluftventil 10 zur kompletten Abdichtung des Kraftstofftanksystems 1. Wenn also das fünfte Ventil 15 und das Spülluftventil 10 geschlossen sind, und im Kraftstofftanksystem keine Leckage vorhanden ist, wird der im Kraftstofftanksystem 1 beim Schließen des fünften Ventils 15 und des Spülluftventils 10 vorhandene Druck konstant aufrechterhalten, bis eines dieser Ventile wieder geöffnet wird. Dieser konstante Druck kann von dem Drucksensor 8 erfasst und mit dem Steuergerät 25 überwacht werden. Das erste Ventil 11, das zweite Ventil 12, das dritte Ventil 13 und das vierte Ventil 14, welche Bestandteile der Ventileinheit 9 sind, dienen dazu, die Förderrichtung der Frischluft 24 umzukehren, wodurch zum einen Frischluft 24 von der Spülluftpumpe 7 in die Richtung des Verbrennungsmotors 2 förderbar ist, und zum anderen Frischluft 24 von der Spülluftpumpe 7 in den Kraftstofftank 16 förderbar ist. Zum Spülen des Speicherelementes 19 ist das Spülluftventil 10 geöffnet, und in der Ventileinheit 9 sind das zweite Ventil 12 und das vierte Ventil 14 sowie das fünfte Ventil 15 geöffnet. Das erste Ventil 11 in der Ventileinheit 9 und das dritte Ventil 13 in der Ventileinheit 9 sind geschlossen. Wird nun die Spülluftpumpe 7, die als Radialpumpe ausgebildet ist und damit nur das zu pumpende Medium von der Saugseite 21 zur Druckseite 22 fördern kann, betrieben, dann erfolgt eine Frischluftzufuhr vom Spülluftfilter 20 über das Spülluftventil 10 durch das Speicherelement 19 hin zum Ansaugstrang 4 des Verbrennungsmotors 2. In dieser Konfiguration wird also das Speicherelement 19, das als Aktivkohlefilter ausgebildet sein kann, mit Frischluft 24 gespült, wobei die im Speicherelement 19 eingelagerten Kohlenwasserstoffe 23 ausgespült werden und dem Verbrennungsmotor 2 zugeführt werden. Wenn das Speicherelement 19 nicht gespült werden muss, weil es zum Beispiel nur wenig mit Kohlenwasserstoffen 23 beladen ist, kann das Spülluftventil 10 geschlossen werden. Darüber hinaus kann auch das zweite Ventil 12 und das vierte Ventil 14 in der Ventileinheit 9 geschlossen werden. Zunächst bleibt das fünfte Ventil 15 geöffnet. Wenn nun die Spülluftpumpe 7 betrieben wird, wird Fristluft 24 über den Luftfilter 6 angesaugt und in Richtung des Speicherelementes 19 und des Kraftstofftanks 17 gepresst. Damit erfolgt eine kontrollierte Druckerhöhung im Kraftstofftanksystem 1. Die Druckerhöhung im Kraftstofftanksystem 1 kann über den Drucksensor 8 und/oder die Drehzahl bzw. Leistungsaufnahme der Spülluftpumpe 7 kontrolliert werden. Sowohl der Drucksensor 8 als auch die Spülluftpumpe 7 sind hierzu mit einem elektronischen Steuergerät 25 verbunden. Auch die Steuerung aller genannten Ventile 10, 11, 12, 13, 14, 15 kann durch das Steuergerät 25 erfolgen, Zudem kann mindestens ein Temperatursensor 39 mit dem Steuergerät verbunden sein. Wenn nun das Kraftstofftanksystem mit einem vorbestimmten Druck beaufschlagt ist, kann das fünfte Ventil 15 abgesperrt werden, wodurch der im Kraftstofftanksystem 1 aufgebaute Druck konstant bleibt, solange im Kraftstofftanksystem 1 keine Leckage vorhanden ist. Mit dem hier beschriebenen Kraftstofftanksystem 1 kann während des normalen Betriebes eines Kraftfahrzeuges die Dichtheit des Kraftstofftanksystems 1 regelmäßig überprüft werden, was eine wichtige Anforderung aus den Vorschriften zum Schutz der Umwelt und Atmosphäre ist. Durch die Ventileinheit 9 kann die Radialpumpe 7, die auf Grund ihrer Bauweise das zu fördernde Medium nur in einer Richtung, und zwar von der Saugseite 21 zur Druckseite 22 fördern kann, sowohl zum Spülen des Speicherelementes 19 als auch zur Druckbeaufschlagung des Kraftstofftanksystems 1 genutzt werden. Die recht einfache und langlebige sowie kostengünstige Radialpumpe 7, die als Spülluftpumpe eingesetzt wird, kann im Zusammenwirken mit der Ventileinheit 9 eine Doppelfunktion erfüllen, was das gesamte Kraftstofftanksystem sowohl kostengünstig als auch effizient gestaltet.
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Mit Hilfe der Temperatursensoren 39, die an verschiedenen Stellen des Kraftstofftanksystems 1 angeordnet sein können, kann ein Zusammenhang zwischen dem von der Radialpumpe 7 erzeugten Druck und der Drehzahl, mit der sie angetrieben wird, bzw. mit der Leistung, die sie aufnimmt, hergestellt werden. Damit kann der erzeugte Überdruck im Kraftstofftanksystem 1 gut vom Steuergerät 25 anhand der Leistungsaufnahme der Radialpumpe 7 kontrolliert werden.
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Eine Ausgestaltung der Ventileinheit 9 wird in den 2 bis 4 beschrieben.
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In 2 ist die Spülluftpumpe 7 zu erkennen, die an ihrer Saugseite 21 und an ihrer Druckseite 22 mit der Ventileinheit 9 verbunden ist. Der Ventilzylinder 27 ist mit einem ersten Zylinderdurchgang 31 und mit einem zweiten Zylinderdurchgang 32 ausgestattet. Mit dem Ventilantrieb 26 kann der Ventilzylinder 27 um eine Rotationsachse 38 gedreht werden. Die Stellung des Ventilzylinders 27, in der der erste Zylinderdurchgang 31 die Druckseite 22 der Spülluftpumpe 7 mit der ersten Leitung 29, die zum Verbrennungsmotor 2 führt, verbindet, ist mit der Zylinderstellungsmarkierung 28 gekennzeichnet. In dieser Stellung ist auch die Saugseite 21 mittels des zweiten Zylinderdurchganges 32 mit der zweiten Leitung 30 verbunden, die über das Speicherelement 19 hin zum Kraftstofftank 16 führt. In dieser Stellung des Ventilzylinders 27 kann ein Spülen des Speicherelementes 19 erfolgen, da Frischluft 24 über die zweite Leitung 30 angesaugt wird, wobei sie das Speicherelement 19 passiert und über die Saugseite 21 durch die Spülluftpumpe zur Druckseite 22 befördert wird und dann den Weg über den ersten Zylinderdurchgang 31 und die erste Leitung 29 hin zum Ansaugstrang 4 des Verbrennungsmotors 2 nimmt. Die Ventileinheit 9 weist ein Ventilgehäuse 35 auf, in dem der Ventilzylinder 27 gelagert ist. Der Ventilzylinder 27 kann über einen Ventilantrieb 26 um eine Rotationsachse 38 gedreht werden. Mit der Drehung des Ventilzylinders 27 um die Rotationsachse 38 mit Hilfe des Ventilantriebs 26, der als Elektromotor ausgebildet sein kann, kann die Ventileinheit 9 die Förderrichtung der Frischluft 24 umkehren, wodurch die Frischluft 24 nicht mehr von der Spülluftpumpe 7 in Richtung des Verbrennungsmotors 2 gefördert wird, sondern die Frischluft 24 von der Spülluftpumpe 7 in den Kraftstofftank gefördert wird. Diese Situation wird in 3 dargestellt.
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In 3 ist der Ventilzylinder 27 um 180 Grad um die Rotationsachse 38 verdreht, was durch die Zylinderstellungsmarkierung 28 erkennbar ist. Nun sind weder der erste Zylinderdurchgang 31 noch der zweite Zylinderdurchgang 32 mit der Saugseite 21 oder der Druckseite 22 der Spülluftpumpe 7 verbunden. Hingegen sind ein dritter Zylinderdurchgang 33 und ein vierter Zylinderdurchgang 34 mit der Saugseite 21 bzw. der Druckseite 22 verbunden. Wenn nun die Spülluftpumpe 7 in Betrieb gesetzt wird, wird Frischluft 24 über den Luftfilter 6 angesaugt und über die erste Leitung 29, die mit dem vierten Zylinderdurchgang 34 verbunden ist, hin zur Saugseite 21 der Spülluftpumpe 7 befördert. Die Spülluftpumpe 7 drückt diese Frischluft dann über die Druckseite 22 und den dritten Zylinderdurchgang 33 hin zur zweiten Leitung 30, womit im Kraftstofftanksystem 1, also im Kraftstofftank 16 selber, sowie in dem Speicherelement 19 und den anliegenden Leitungen ein Druck aufgebaut wird. Dazu muss selbstverständlich das Spülluftventil 10 geschlossen sein. Wenn nun ein ausreichender Druck im Kraftstofftanksystem 1 durch die Spülluftpumpe 7 aufgebaut wurde, kann der Ventilzylinder 27 zum Beispiel um 90 Grad um die Rotationsachse 38 vom Ventilantrieb 26 weitergedreht werden, wodurch weder der erste Zylinderdurchgang 31 noch der zweite Zylinderdurchgang 32 noch der dritte Zylinderdurchgang 33 noch der vierte Zylinderdurchgang 34 mit der Saugseite 21 oder der Druckseite 22 bzw. der ersten Leitung 29 oder der zweiten Leitung 30 verbunden sind. In dieser Stellung des Ventilzylinders 27 ist das gesamte Kraftstofftanksystem 1 druckdicht verschlossen, solange kein Leck im Kraftstofftanksystem 1 vorhanden ist.
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Die in 4 gezeigte Stellung des Ventilzylinders 27 stellt damit eine mögliche Realisierung des geschlossen fünften Ventils 15 aus 1 dar. Wenn das gesamte Kraftstofftanksystem 1 mit einem Druck beaufschlagt wurde und durch die in 4 dargestellte Stellung des Ventilzylinders 27 sowie ein geschlossenes Spülluftventil 10 druckdicht abgeschlossen ist, kann mit Hilfe des Drucksensors 8 überprüft werden, ob der im Kraftstofftanksystem 1 vorhandene Druck abfällt, was auf eine Leckage im Kraftstofftanksystem 1 hinweisen würde. Dies ist eine wichtige Kontrollfunktion für moderne Kraftstofftanksysteme, um das unkontrollierte Entweichen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstofftanksystem zu verhindern.
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Die Spülluftpumpe 7 und die Ventileinheit 9 können in einem gemeinsamen Gehäuse 36 ausgebildet werden, wodurch das System aus Spülluftpumpe 7 und die Ventileinheit 9 leicht hermetisch abgeschlossen werden kann. Dadurch kann ein Entweichen von Kohlenwasserstoffen aus dem System aus Spülluftpumpe 7 und die Ventileinheit 9 effektiv verhindert werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstofftanksystem
- 2
- Verbrennungsmotor
- 3
- Abgasstrang
- 4
- Ansaugstrang
- 5
- Turbolader
- 6
- Luftfilter
- 7
- Spülluftpumpe (Radialpumpe)
- 8
- Drucksensor
- 9
- Ventileinheit
- 10
- Spülluftventil
- 11
- erstes Ventil
- 12
- zweites Ventil
- 13
- drittes Ventil
- 14
- viertes Ventil
- 15
- fünftes Ventil (Absperrventil)
- 16
- Kraftstofftank
- 17
- Kraftstoff
- 18
- Kraftstofffördereinheit
- 19
- Speicherelement (Aktivkohlespeicher)
- 20
- Spülluftfilter
- 21
- Saugseite
- 22
- Druckseite
- 23
- Kohlenwasserstoffe
- 24
- Frischluft
- 25
- Steuergerät
- 26
- Ventilantrieb
- 27
- Ventilzylinder
- 28
- Zylinderstellungsmarkierung
- 29
- erste Leitung
- 30
- zweite Leitung
- 31
- erster Zylinderdurchgang
- 32
- zweiter Zylinderdurchgang
- 33
- dritter Zylinderdurchgang
- 34
- vierter Zylinderdurchgang
- 35
- Ventilgehäuse
- 36
- Ventil-/Pumpengehäuse
- 37
- Kraftstoffleitung
- 38
- Rotationsachse
- 39
- Temperatursensor
