-
Die Erfindung betrifft ein Spülluftpumpe zur Regenerierung eines Rückhaltesystems für Kohlenwasserstoffemissionen eines Kraftstofftankes eines Fahrzeugs sowie ein Fahrzeug mit einer solchen Spülluftpumpe.
-
Bei Fahrzeugen mit Ottomotor ist schon seit langem ein sogenanntes Rückhaltesystem erforderlich, um Kraftstoffausdampfungen bzw. -ausgasungen aus dem Kraftstofftank aufzufangen und dadurch die gesetzlich festgelegten Emissionsgrenzwerte für Verdunstungsverluste einzuhalten.
-
Solch ein Rückhaltesystem umfasst einen Kraftstoff- bzw. Kohlenwasserstoffemissionsspeicher in Gestalt eines Aktivkohlebehälters, in den eine Entlüftungsleitung eines Kraftstofftanks mündet, sowie ein Regenerierventil, auch Tankentlüftungsventil genannt, das sowohl mit dem Aktivkohlebehälter als auch mit einem Ottomotor über je eine Leitung verbunden ist. Die als Speichermedium wirkende Aktivkohle absorbiert die Kohlenwasserstoffemissionen und lässt nur Luft ins Freie entweichen.
-
Bei den heutigen kleinvolumigen, hochaufgeladenen Ottomotoren bedient man sich einer zwischen dem Aktivkohlebehälter und dem Verbrennungsmotor angeordneten Unterdruckpumpe, auch Spülluftpumpe genannt, um Frischluft aus der Umgebung durch die Aktivkohle anzusaugen.
-
Die Frischluft nimmt dabei die durch die Aktivkohle absorbierten Kohlenwasserstoffemissionen wieder auf und führt sie der motorischen Verbrennung zu. Man spricht dabei auch vom Spülen oder auch vom Regenerieren des Aktivkohlebehälters. Ein Motorsteuergerät steuert dabei das Regenerierventil und somit die Regeneriergasmenge abhängig von einem Motorbetriebspunkt. Damit der Aktivkohlebehälter mit seiner begrenzten Speicherkapazität für neu ausdampfenden bzw. ausgasenden Kraftstoff aufnahmefähig bleibt, muss das Spülen des Aktivkohlebehälters zwischenzeitlich immer wieder mal seitens des Motorsteuergerätes veranlasst werden. Andernfalls würde nach einer vollständigen Sättigung der Aktivkohle Kraftstoffdampf in die Umgebung gelangen. Man spricht dabei auch vom Durchbrechen der Aktivkohle.
-
Aus Kostengründen umfasst die besagte Spülluftpumpe eine Vielzahl von aus Kunststoff ausgeführten Komponenten. Diese Kunststoffkomponenten neigen jedoch zur elektrostatischen Aufladung aufgrund von Reibung zwischen der mit Kohlenwasserstoffen angereicherten, pumpeneinlassseitig angesaugten bzw. pumpenauslassseitig geförderten Luft (bzw. den Aerosolen dieses Luft-Kohlenwasserstoff-Gemisches) und den Kunststoffkomponenten.
-
Eine der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe ist es, unkontrollierte elektrostatische Entladungen in einer solchen Spülluftpumpe zu vermeiden.
-
Diese Aufgabe wird durch eine gemäß Anspruch 1 unter Schutz gestellte Spülluftpumpe gelöst. Es wird ferner ein Fahrzeug mit einer solchen Spülluftpumpe vorgeschlagen und unter Schutz gestellt (vgl. Anspruch 8). Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Es wird eine Spülluftpumpe zur Regenerierung eines Rückhaltesystems für Kohlenwasserstoffemissionen eines Kraftstofftankes eines Fahrzeugs vorgeschlagen. Die Spülluftpumpe umfasst dabei eine Pumpenstufe sowie einen die Pumpenstufe antreibenden Elektromotor, dessen Stator mit einem Gehäuse der Pumpenstufe elektrisch leitend verbunden ist, um elektrostatische Aufladungen der Pumpenstufe an den Stator abzuleiten, der als solcher an eine Fahrzeugmasse angebunden ist.
-
Zur elektrostatischen Entladung der Pumpenstufe wird dabei vorgeschlagen, zumindest eine elektrisch leitende Feder zwischen dem Pumpenstufengehäuse und dem Stator vorzusehen bzw. anzuordnen, wobei sich die Feder - die als solche metallisch oder aus einem elektrisch leitenden Kunststoff gefertigt sein kann - gegenüber dem Pumpenstufengehäuse und dem Stator elektrisch leitend und vorzugsweise unmittelbar bzw. direkt abstützt.
-
Die vorgeschlagene Federanordnung erzeugt eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Pumpenstufe und den statorseitig elektrisch leitfähigen Komponenten der Spülluftpumpe und trägt somit zur Vermeidung unkontrollierter elektrostatischer Entladungen im Umfeld eines Kraftstoffsystems bei.
-
Es wird ferner ein Fahrzeug mit einer Spülluftpumpe der zuvor beschriebenen Art zur Regenerierung eines Rückhaltesystems für Kohlenwasserstoffemissionen eines Kraftstofftankes vorgeschlagen.
-
Unter einem Fahrzeug ist dabei jede Art von Fahrzeug zu verstehen, welches zum Betrieb mit einem flüssigen Kraftstoff versorgt werden muss. Ferner kann es sich beim Fahrzeug auch um ein teilelektrisches Fahrzeug handeln.
-
Im Weiteren wird die Erfindung unter Bezugnahme auf Figurendarstellungen im Einzelnen erläutert. Aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungen ergeben sich weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung. Hierzu zeigen:
- 1 eine vorgeschlagene aktive, elektrische Spülluftpumpe in einer perspektivischen Darstellung,
- 2 die in 1 gezeigte Spülluftpumpe in einer Explosionsdarstellung und
- 3 die in 1 gezeigte Spülluftpumpe in einer Schnittdarstellung.
-
Die vorgeschlagene aktive elektrische Spülluftpumpe 2 - auch Active Purge Pump genannt, kurz: APP - umfasst eine Pumpenstufe 4 sowie einen die Pumpenstufe 4 antreibenden, als Innenläufer ausgebildeten, bürstenlosen Elektromotor 6. Die Spülluftpumpe 2 saugt bedarfsweise über einen Eingang E eine mit Kohlenwasserstoffen eines Aktivkohlefilters angereicherte Luft an und fördert diese über einen Ausgang A zu einem Ottomotor. Die Spülluftpumpe 2 ist dabei beispielsweise als Radialpumpe - auch Kreiselpumpe genannt - ausgebildet, bei der das Fördermedium radial, d.h. senkrecht zu einer Pumpenwelle 13, aus einem Laufrad 28 austritt.
-
Der Elektromotor 6 umfasst statorseitig ein Statorblechpaket 8, welches mit z.B. drei Spulenkörpern 10 gefügt ist. Zum Stator gehört ferner eine Leiterplatte 14, die - parallel zum Statorblechpaket 8 angeordnet - über mehrere - hier nicht sichtbare - Einpress- bzw. Einsteckkontakte mit dem Statorblechpaket 8, und zwar in Längsrichtung der Spülluftpumpe 2 gefügt sind, so dass die metallischen Teile 8, 10 des Stators elektrisch an die Leiterplatte 14 angebunden sind. Alternativ oder zusätzlich zu den besagten Einpress- bzw. Einsteckkontakten können aber auch Schweißkontakte vorgesehen sein.
-
Von der Leiterplatte 14 führen sogenannte Anschlusspins 16 weg, von denen einer - und dies ist der Masse-Pin (Ground-Pinn, kurz: GND-Pin) - im Betrieb der Spülluftpumpe 2 an die Fahrzeugmasse angebunden ist. Der Stator umfasst ferner ein umspritztes Kunststoffgehäuse 24 (vgl. 3), welches die besagten Stator-Komponenten umschließt. Die Anschlusspins 16 sind dabei von einer Anschlussbuchse AB umschlossen, die als solche an das Kunststoffgehäuse 24 angeformt ist (vgl. 3).
-
Innenliegend zum Statorblechpaket 8 und den Spulenkörpern 10 ist ein Rotor 12 mit Magneten auf einer Rotorwelle 13 angeordnet, die als solche die Pumpenstufe 4 antreibt. Die Pumpenstufe 4 umfasst ein Gehäuse mit einem Pumpenstufenflansch 26 aus Kunststoff und einem Pumpenstufendeckel 18 aus Kunststoff, die zusammen ein Radialpumpenlaufrad 28 einschließen, welches z.B. auch aus Kunststoff gefertigt sein kann und mit der Rotorwelle 13 gefügt ist, wobei die Rotorwelle 13 auch aus einem Kunststoff gefertigt sein kann. Der Pumpenstufenflansch 26 ist dabei in ein Spiralgehäuse 20 aus Kunststoff eingesetzt, an welchem ein den Ausgang A bildendes Anschlussstück zur Verbindung mit einer Leitung zum besagten Ottomotor angeformt ist (vgl. 2 i.V.m. 3). Ein den Eingang E bildendes Anschlussstück hingegen ist am Pumpenstufenflansch 26 zur Verbindung mit einer Leitung zum besagten Aktivkohlefilter angeformt (vgl. 3).
-
Zur elektrostatischen Entladung des Pumpenstufengehäuses 18, 26 ist dabei eine z.B. metallische Druckfeder 22, etwa in Gestalt einer Spiralfeder zwischen dem Pumpenstufendeckel 18 und dem Statorblechpaket 8 angeordnet, wobei sich die Spiralfeder 22 gegenüber dem Pumpenstufendeckel 18 und dem Statorblechpaket 8 elektrisch leitend und beispielsweise unmittelbar bzw. direkt abstützt. Alternativ zur metallischen Feder kann auch eine elektrisch leitende Kunststofffeder vorgesehen sein. Zur Gewährleistung einer sicheren elektrischen Verbindung ist eine ggf. vorhandene isolierende Schicht auf dem Statorblechpaket 8, und zwar im Bereich der Abstützfläche der Spiralfeder 22 zu entfernen.
-
Die Spiralfeder 22 kann dabei innen mittels eines - hier nicht dargestellten - Stiftes, der sich durch die Spiralfeder 22 erstreckt, und/oder außen mittels einer - hier nicht dargestellten - Hülse, welche die Spiralfeder 22 umschließt, geführt sein, um ein Ausknicken der Spiralfeder 22 zu verhindern.
-
In einer alternativen Ausführung kann anstelle der zuvor genannten Spiralfeder 22 auch eine als Druckfeder fungierende - hier nicht dargestellte - Blattfeder vorgesehen sein. Dabei kann es sich um eine separate Blattfeder oder alternativ um einen Teil einer dem Pumpenstufendeckel 18 benachbarten Blechlage des Statorblechpakets 8 handeln, wobei der Blechlagenteil entsprechend umgeformt ist und als solcher als Druckfeder fungiert. Im letzteren Fall entfallen vorteilhafterweise ein zusätzliches Bauteil sowie eine zusätzliche Kontaktstelle.
-
Die Kunststoffe, aus denen die einzelnen Kunststoffkomponenten der Spülluftpumpe gefertigt sind, können dabei grundsätzlich elektrisch leitend oder nichtleitend ausgebildet sein. Elektrisch leitende Kunststoffe enthalten dabei elektrisch leitende Zusätze, wie z.B. Ruß, Kohlefasern, Kohlenstoffnanoröhren (sog. Carbon Nanotubes, kurz: CNT), Metallfasern etc., um einen Oberflächenwiderstand von < 109 Ohm zu erreichen. Derartige Kunststoffe müssen erst recht sicher an eine Fahrzeugmasse angebunden werden, denn sie stellen als solche eine Art Elektrode dar, die eine Kapazität gegenüber der Fahrzeugmasse aufweist.
-
Es lässt sich nicht vermeiden, Teile bzw. Komponenten der Spülluftpumpe 2 aus leitfähigem Kunststoff herzustellen. So ist z.B. eine Aufladung des Rotors 12, der als solcher metallisch ist, über eine elektrisch leitende Rotorwelle 13, eine entsprechende, elektrisch leitende Lagerung der Rotorwelle 13 und einen elektrisch leitenden Pumpenstufendeckel 18 über die Druckfeder 22 abzuleiten. D.h., dass leitfähige Teile bzw. Komponenten in leitfähige Baugruppen integriert werden müssen, über welche sicher und kontinuierlich entladen werden kann.
-
Die vorgeschlagene Federanordnung erzeugt eine zuverlässige elektrische Verbindung zwischen der Pumpenstufe 4 und den statorseitig elektrisch leitfähigen Komponenten 8, 14, 16, die als solche an die Fahrzeugmasse angebunden sind, und zwar mit Bezug auf einen Temperaturbereich von mindestens -40°C bis +125°C. Die vorgeschlagene Federanordnung trägt somit zur Vermeidung unkontrollierter elektrostatischer Entladungen im Umfeld eines Kraftstoffsystems bei.
-
Die vorgeschlagene Federanordnung kompensiert ferner fertigungsbedingte Maßtoleranzen sowie thermisch bedingte Ausdehnungen.
-
Die Ableitungsfunktion der Federanordnung ist ferner mangels einer Fehlermöglichkeit in Bezug auf die Feder selbst sichergestellt. Eine signifikante Aufladung kann sich nur im Betrieb einstellen, d.h. bei einem in die Anschlussbuchse AB gesteckten Stecker, welcher die Anbindung an das Fahrzeugbezugspotential sicherstellt.
-
Die Ableitungsfunktion ist ferner leicht in der Fertigung überprüfbar, indem man einen ersten Messpunkt durch den Einlass E der Spülluftpumpe 2 auf der Rotorwelle 13 und einen zweiten Messpunkt auf dem Masse-Pin 16 wählt. Dabei wird der gesamte kritische Strompfad überprüft.
-
Ferner wirken bei der vorgeschlagenen Federanordnung der Elektromotor-Stator und die Pumpenstufe 4 als Teile eine fahradayschen Käfigs, der als solcher eine elektromagnetische Abstrahlung der Spülluftpumpe 2 signifikant dämpft, wovon andere elektronische Komponenten - wie z.B. ein Rundfunkempfänger - im Umfeld der Spülluftpumpe 2 profitieren.
-
Im Strompfad vom Stator zum Masse-Pin 16 kann ferner einen Widerstand gelegt sein, um den maximalen Strom im Fehlerfall zu begrenzen. Die Ableitungsfunktion ist auch bei z.B. 100 kOhm noch sichergestellt. Um aber gleichzeitig eine signifikante Dämpfung elektromagnetischer Abstrahlung sicherzustellen, kann man diesen Widerstand mit einem Kondensator von z.B. 100 nF überbrücken. Der Kondensator blockt dabei eine Gleichspannung, stellt aber für eine Hochfrequenz einen vernachlässigbaren Widerstand dar.
-
Obwohl in der vorhergehenden Beschreibung exemplarische Ausführungen erläutert werden, sei darauf hingewiesen, dass eine Vielzahl von Abwandlungen möglich ist. Außerdem sei darauf hingewiesen, dass es sich bei den exemplarischen Ausführungen lediglich um Beispiele handelt, die den Schutzbereich, die Anwendungen und den Aufbau in keiner Weise einschränken sollen. Vielmehr wird dem Fachmann durch die vorausgehende Beschreibung ein Leitfaden für die Umsetzung von mindestens einer exemplarischen Ausführung gegeben, wobei diverse Änderungen, insbesondere im Hinblick auf die Funktion und Anordnung der beschriebenen Bestandteile, vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich zu verlassen, wie er sich aus den Ansprüchen und diesen äquivalenten Merkmalskombinationen ergibt.
