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Die Erfindung betrifft einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs mit einem das freie Tank-Speichervolumen für insbesondere flüssigen Kraftstoff verändernden Volumenveränderungselement, welches solchermaßen geformt oder positioniert ist, dass im Tank weder ein nennenswerter Unterdruck noch ein Überdruck größer einem Grenzwert in der Größenordnung von weniger als 1 bar herrscht. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Betreiben eines entsprechendes Kraftstofftanks. Zum Stand der Technik wird beispielshalber auf die
WO 2016/012284 A1 verwiesen.
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Ein Problem an gängigen Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen, bspw. Personenkraftwagen ist die Verdunstung von Kraftstoff im Tank aufgrund dort vorliegender höherer Temperaturen. Daraus resultierender Überdruck wird durch Belüftung des Tanks vermieden, jedoch müssen zur Vermeidung der Umweltbelastung gasförmige Kraftstoffbestandteile in einem (bspw.) Aktivkohlefilter zurück gehalten werden. Insbesondere um die sog. „diurnal losses” gering zu halten ist es bereits bekannt, das freie, d. h. nicht mit flüssigem Kraftstoff befüllte Tank-Speichervolumen mittels eines Luftbeutels oder dergleichen, dessen Inhalt mit der Umgebung in Verbindung steht, zu reduzieren, indem sich das Volumen dieses Luftbeutels selbsttätig an die Druckverhältnisse im Tank angepasst ändert. Dabei ändert sich nicht nur das Volumen dieses Luftbeutels, sondern es verändert dieser Luftbeutel mit seiner Volumenveränderung auch das freie Tank-Speichervolumen, d. h. dasjenige Volumen des Kraftstofftanks, in welchem sich kein flüssiger Kraftstoff befindet. In diesem Sinne ist auch der vorliegend verwendete Begriff eines Volumenveränderungselements in einem Kraftfahrzeug-Kraftstofftank zu verstehen, nämlich als ein Element, welches das freie, d. h. nicht mit flüssigem Kraftstoff befüllte Speichervolumen des Tanks verändert bzw. zu verändern in der Lage ist.
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Hiermit soll nun eine besonders wirkungsvolle Maßnahme zur Vermeidung von Kraftstoffverdunstung an einem bzw. für einen Kraftstofftank nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 aufgezeigt werden. Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ist dadurch gekennzeichnet, dass eine elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, welche dann, wenn keine Zufuhr von Kraftstoff in den Tank beabsichtigt ist oder erfolgt, das Volumenveränderungselement derart positioniert oder formt, dass der im Tank-Speichervolumen herrschende Überdruck gegenüber Umgebungsdruck innerhalb eines vorgegebenen und im (im Oberbegriff des Anspruchs 1) genannten Druckbereich liegenden Solldruck-Toleranzbandes liegt. Vorteilhafte Aus- und Weiterbildungen sind Inhalt der Unteransprüche; insbesondere wird hierin auch ein geeignetes Betriebsverfahren beansprucht.
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Erfindungsgemäß wird das freie, d. h. nicht mit flüssigem Kraftstoff befüllte Speichervolumen eines Kraftstofftanks soweit minimiert, dass im Kraftstofftank ein vorgegebener geringer Überdruck herrscht, welcher selbstverständlich gemessen und überwacht wird. Sicherheitshalber kann zusätzlich die Temperatur im Kraftstofftank gemessen und geeignet berücksichtigt werden, so dass die elektronische Steuereinheit für die Positionierung oder Verformung des Volumenveränderungselements den sensorisch ermittelten Druck und die sensorisch ermittelte Temperatur im Tank-Speichervolumen berücksichtigt. Durch die erfindungsgemäße Minimierung des Gas-Volumens im Kraftstofftank steht der darin befindliche Kraftstoff selbst unter gewissem Druck bzw. Überdruck, weshalb es vorteilhaft ist, wenn in einer vom Kraftstofftank zu einem Verbraucher des Kraftstoffs führenden Leitung, bei welcher es sich beispielsweise um eine Kraftstoffeinspritzpumpe oder Hochdruckpumpe handeln kann, die den Kraftstoff einer Brennkraftmaschine zuführt, ein schaltbares Auslassventil vorgesehen ist. Wird dieses von der bzw. einer elektronischen Steuereinheit geöffnet, so gelangt der Kraftstoff aufgrund des wenn auch nur relativ geringen, aber stets im Kraftstofftank herrschenden und durch das erfindungsgemäße Volumenveränderungselement auch bei einer Entnahme von Kraftstoffstoff aus dem Tank aufrecht erhaltenen Überdruckniveaus quasi selbsttätig zum Verbraucher, ohne dass hierfür eine separate Vorförderpumpe oder dergleichen (im Tank oder an anderer Stelle) benötigt wird. Selbstverständlich muss hierfür auch eine in den Tank führende Zuführleitung für Kraftstoff gegenüber der Umgebung abgesperrt sein.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Volumenveränderungselements ist ein gezielt und bspw. elektromotorisch (und dabei bspw. über einen Spindeltrieb) verlagerbarer Kolben, der in einem an die Kolbenkontur angepassten zylindrischen Kraftstofftank längs der Zylinderachse verlagerbar geführt ist. Der Begriff „zylindrisch” bzw. „zylinderförmig” ist dabei allgemein zu verstehen und keinesfalls auf einen Kreiszylinder beschränkt; um jedoch den das besagte freie Speichervolumen des Tanks minimierenden Kolben einfach verlagern zu können, sollte es sich um einen geraden Zylinder handeln, dessen Achse auf einer praktisch beliebig geformten Grundfläche des Zylinders senkrecht steht. Dabei kann eine vorzugsweise an ihrem dem Tank-Speichervolumen zugewandten Endabschnitt ein nur beim Befüllen des Kraftstofftanks geöffnetes und ansonsten zum Aufrechterhalten des gewünschten Druckniveaus im Tank stets geschlossenes Ventil aufweisende Einfüllleitung für Kraftstoff durch den Kolben hindurch in das Speichervolumen des Kraftstofftanks münden.
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Nach einer alternativen Ausführungsform ist das erfindungsgemäße Volumenveränderungselement als ein verformbarer Hohlkörper ausgebildet, dessen Volumen durch Zufuhr oder Abfuhr eines geeigneten Fluids, bspw. Umgebungsluft in/aus den/dem Hohlkörper veränderbar ist.
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An einem erfindungsgemäßen Kraftstofftank ist vorteilhafterweise eine gesetzlich vorgeschriebene Leckdiagnose einfacher als im bekannten Stand der Technik durchführbar. Es kann nämlich alleine durch das bereits vorhandene Volumenveränderungselement im Kraftstofftank und in sich daran anschließenden Leitungen und System auch bei stillgesetztem Kraftfahrzeug ein Überdruck (gegenüber Umgebungsdruck) aufgebaut werden und dessen Aufrechterhaltung über der geforderten Zeitspanne mittels des ohnehin bereits vorhandenen Drucksensors überwacht werden. Weiterhin sind vorteilhafterweise weder Belüftungsventile noch ein separater Füllstandgeber erforderlich, da anhand des im Kraftstofftank herrschenden Drucks sowie der Position des Kolbens oder der Form bzw. dem Volumen eines als Volumenveränderungselement fungierenden verformbaren Hohlkörpers der Kraftstoff-Füllstand, d. h. die im Tank befindliche Kraftstoffmenge einfach bestimmt werden kann. Auch kann ein Aktivkohlefilter oder dgl., mit Hilfe dessen gasförmige Kraftstoffbestandteile in der Kraftstoffversorgungsanlage des Kraftfahrzeugs eingefangen werden können, wegen signifikant geringerer Kraftstoffverdunstung kleiner als im bekannten Stand der Technik gestaltet werden oder sogar vollständig entfallen.
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Neben einem erfindungsgemäßen Kraftstofftank kann auch ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kraftstofftanks beansprucht werden, welcher ein das freie Tank-Speichervolumen für insbesondere flüssigen Kraftstoff veränderndes Volumenveränderungselement aufweist, welches solchermaßen geformt oder positioniert wird, dass im Tank weder ein nennenswerter Unterdruck noch ein Überdruck größer einem Grenzwert in der Größenordnung von weniger als 1 bar herrscht, und wobei eine elektronische Steuereinheit vorgesehen ist, welche dann, wenn keine Zufuhr von Kraftstoff in den Tank beabsichtigt ist oder erfolgt, das Volumenveränderungselement derart positioniert oder formt, dass der im Tank-Speichervolumen herrschende Überdruck gegenüber Umgebungsdruck innerhalb eines vorgegebenen und im (im Oberbegriff des Anspruchs 1) genannten Druckbereich liegenden Solldruck-Toleranzbandes liegt. Beispielsweise kann das bspw. als verlagerbarer Kolben ausgebildete Volumenveränderungselement solchermaßen innerhalb des Kraftstofftanks positioniert werden, dass im Speichervolumen des Tanks ein Druckniveau in der Größenordnung von 500 Millibar (+/–100 Millibar) gegenüber Umgebungsdruck herrscht.
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Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Betriebs-Verfahrens sieht vor, dass für eine innerhalb einer kurzen Zeitspanne beabsichtigte oder soeben durchzuführende Zufuhr von Kraftstoff in den Tank in dessen Speichervolumen durch gezielte Formung oder Positionierung des Volumenveränderungselements ein geringer Unterdruck erzeugt wird. Damit kann der Tank- oder Befüllvorgang verbessert und beschleunigt werden, indem der nachzufüllende Kraftstoff quasi in das Speichervolumen des Tanks eingesaugt wird; insbesondere jedoch wird hierdurch die unerwünschte Bildung von Kraftstoffdämpfen minimiert.
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Die beigefügte Prinzipskizze zeigt auf das Wesentliche abstrahiert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung. Dabei ist mit der Bezugsziffer 1 ein zylinderförmiger Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs gekennzeichnet, innerhalb dessen ein Kolben 2 längs der Zylinderachse A (des Kraftstofftanks 1) verlagerbar geführt ist. In der Figur rechtsseitig des Kolbens 2 befindet sich innerhalb des Kraftstofftanks 1 dessen Speichervolumen V, welches praktisch vollständig, d. h. mit Ausnahme von einer minimalen Kraftstoffdampfmenge, welche im Hinblick auf das Dampfdruckgleichgewicht vorhanden sein sollte, mit flüssigem Kraftstoff (insbesondere für eine als Fzg.-Antriebsaggregat fungierende Brennkraftmaschine) befüllt ist.
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Im dem Kolben 2 gegenüberliegenden Endabschnitt des Kraftstofftanks 1 ist ein von einem schaltbaren Auslassventil 3 verschließbarer Auslass für Kraftstoff vorgesehen, an den sich eine Kraftstoff-Leitung 4 anschließt, die den Kraftstoff zu einem Verbraucher, bspw. zur genannten Brennkraftmaschine führt. Ein weiteres schaltbares Einlassventil 5 findet sich am dem Speichervolumen V nahen Endabschnitt einer Kraftstoff-Einfüllleitung 6, die von einem üblichen im Bereich der Karosserieaußenhaut des Kraftfahrzeugs vorgesehenen Kraftstoff-Einfüllstutzen 7 durch den Kolben 2 hindurch in das Speichervolumen V führt. Da der Kolben 2 bspw. durch einen nicht gezeigten Elektromotor mit Spindeltrieb angetrieben längs der Zylinderachse A verlagerbar ist, kann die Kraftstoff-Einfüllleitung 6, falls deren im Kraftstofftank 1 befindlicher Endabschnitt fest mit dem Kolben 2 verbunden ist, ausreichend flexibel bzw. längenveränderlich gestaltet sein, was in der Figur durch ein Ziehharmonikaprofil dargestellt ist. Alternativ kann der Kolben 2 aber auch auf dem innerhalb des Kraftstofftanks 1 liegenden Abschnitt der Kraftstoff-Einfüllleitung 6 verschiebbar sein.
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Figürlich nicht dargestellt sind Sensoren zur Ermittlung des Druckes und der Temperatur im Speichervolumen V sowie eine elektronische Steuereinheit, welche den Kolben 2 solchermaßen innerhalb des Kraftstofftanks 1 positioniert bzw. verlagert, dass dann, wenn keine Zufuhr von Kraftstoff in den Tank beabsichtigt ist oder erfolgt, im Speichervolumen V ein Druckniveau in der Größenordnung von 500 Millibar (+/–100 Millibar) gegenüber Umgebungsdruck herrscht, und zwar auch dann, wenn durch das geöffnete Auslassventil 3 Kraftstoff aus dem Tank 1 abgeführt wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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