DE102021204778A1

DE102021204778A1 - Drucksensor für ein Entlüftungssystem eines Kraftstofftanks

Info

Publication number: DE102021204778A1
Application number: DE102021204778.5A
Authority: DE
Inventors: Marco Martins Ferreira; Bruno Grimm; Klaus Thiemann
Original assignee: PSA Automobiles SA
Current assignee: STELLANTIS AUTO SAS, FR
Priority date: 2021-05-11
Filing date: 2021-05-11
Publication date: 2022-11-17
Also published as: WO2022238036A1

Abstract

Offenbart ist ein Entlüftungssystem (100) eines Kraftstofftanks (200) für einen Verbrennungsmotor (101), aufweisend die folgenden Komponenten:i. eine Entlüftungsleitung (203) zwischen einem Ansaugtrakt (102) des Verbrennungsmotors (101) und einem Aktivkohlefilter (207), der fluidleitend mit dem Kraftstofftank (200) verbunden ist,ii. ein Entlüftungsventil (204), das derart in der Entlüftungsleitung (203) angeordnet ist, dass Gas von dem Aktivkohlefilter (207) über das Entlüftungsventil (204) in den Ansaugtrakt (102) förderbar ist, undiii. einen Drucksensor (205), der in der Entlüftungsleitung (203) zwischen dem Entlüftungsventil (204) und dem Ansaugtrakt (102) angeordnet ist.

Description

Technisches Gebiet
Die Offenbarung betrifft ein Entlüftungssystem eines Kraftstofftanks für einen Verbrennungsmotor, mit einer Entlüftungsleitung zwischen einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors und einem Filtergehäuse, das fluidleitend mit dem Kraftstofftank verbunden ist.
WO2020017306A1 offenbart eine Vorrichtung zur Behandlung von verdampftem Kraftstoff umfassend: einen Filtergehäuse, der verdampften Kraftstoff adsorbiert; ein Spülrohr; ein Spülsteuerventil; eine Pumpe; einen Drucksensor; und eine Bestimmungseinheit. Das Spülsteuerventil schaltet zwischen einem Kommunikationszustand, in dem der Filtergehäuse und ein Ansaugrohr miteinander kommunizieren, und einem blockierten Zustand, in dem die Kommunikation zwischen dem Filtergehäuse und dem Ansaugrohr blockiert ist. Die Pumpe ist stromaufwärts vom Spülsteuerventil an der Spülleitung vorgesehen. Der Drucksensor befindet sich zwischen dem Spülsteuerventil und der Pumpe. Die Bestimmungseinheit bestimmt den Zustand eines Spülkanals, indem sie mit einem ersten Referenzwert einen ersten Erfassungswert des Drucksensors vergleicht, wenn die Pumpe mit dem Spülsteuerventil im blockierten Zustand angetrieben wird, und dann mit einem zweiten Referenzwert einen zweiten Erfassungswert des Drucksensors vergleicht, wenn die Pumpe mit dem Spülsteuerventil im Kommunikationszustand angetrieben wird.
Beschreibung
Gemäß der vorliegenden Offenbarung soll ein Entlüftungssystem angegeben werden, mit dem ein Leckagetest durchführbar ist.
Ein entsprechendes Entlüftungssystems zeigt Anspruch 1 auf. Die Unteransprüche bilden vorteilhafte Weiterbildungen der Offenbarung aus. Die Unteransprüche können in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombiniert werden. Die Beschreibung, insbesondere im Zusammenhang mit den Figuren, charakterisiert und spezifiziert die Offenbarung zusätzlich.
Vorgesehen ist demgemäß ein Entlüftungssystem eines Kraftstofftanks für einen Verbrennungsmotor, aufweisend die folgenden Komponenten:

i. eine Entlüftungsleitung zwischen einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors und einem Filtergehäuse, das fluidleitend mit dem Kraftstofftank verbunden ist,
ii. ein Entlüftungsventil, das derart in der Entlüftungsleitung angeordnet ist, dass Gas von dem Filtergehäuse über das Entlüftungsventil in den Ansaugtrakt förderbar ist, und
iii. einen Drucksensor, der in der Entlüftungsleitung zwischen dem Entlüftungsventil und dem Ansaugtrakt angeordnet ist.

Die Entlüftungsleitung mündet in das Filtergehäuse, welches wiederum fluidleitend mit dem Kraftstofftank verbunden ist. In der Regel ist in der Entlüftungsleitung ein Aktivkohlebehälter zwischengeschaltet, der Kohlenwasserstoffe herausfiltert. Aus dem Kraftstofftank entweichende Gase können über die Entlüftungsleitung aus dem Kraftstofftank entfernt werden, damit sich kein Überdruck im Kraftstofftank bildet und damit keine Emissionen aus dem Kraftstofftank in die Umgebung gelangen. Über den Drucksensor ist es möglich, durch Abgleich mit einem jeweiligen Betriebszustand des Verbrennungsmotors oder durch einen Abgleich mit dem Ansaugdruck Leckagen und klemmende Ventile im Entlüftungssystem zu detektieren. Detektiert der Drucksensor keinen anderen Druck als in der Umgebung oder im Ansaugtrakt, könnte beispielsweise eine Leckage vorliegen. Dies kann jedoch noch einmal gesondert überprüft werden, anhand eines hierin offenbarten Verfahrens.
In einer Ausgestaltung ist eine Aufladeeinrichtung mit einem Verdichter vorgesehen, wobei der Verdichter Umgebungsluft aus einem Ansaugtraktabschnitt ansaugt, verdichtet und in einen stromabwärts von dem Verdichter angeordneten Ladeabschnitt fördert.
In diesem Fall herrscht ein Überdruck (Ladedruck) in Bereichen des Ansaugtrakts, zumindest wenn der Verdichter arbeitet. Um trotzdem einen Unterdruck für die Entlüftung zu erhalten, wird stromabwärts von dem Verdichter eine Bypassleitung abgezweigt, die mit einem Abschnitt stromaufwärts von dem Verdichter verbunden ist. Zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts liegenden Abschnitt ist in der Bypassleitung eine Verengung vorgesehen, an der eine Abzweigung in eine der Unterdruckleitungen mündet. Im Betrieb strömt ein Anteil an Ladeluft durch die Verengung, wodurch hier aufgrund des Bernoullieffekts ein Unterdruck entsteht, der dann in der entsprechenden Unterdruckleitung herrscht.
Der Verdichter kann über eine Turbine angetrieben werden oder direkt über den Verbrennungsmotor. Zudem kann der Verdichter über einen Elektromotor angetrieben werden. Ein Beispiel für einen Turbinenantrieb stellt ein Turbolader dar. Inzwischen wurden auch rein elektrisch angetriebene Radialverdichter und elektrisch unterstützte Turbolader entwickelt.
In einer Ausgestaltung ist eine erste Unterdruckleitung mit einem ersten Rückschlagventil vorgesehen, wobei die erste Unterdruckleitung eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung und einem stromaufwärts vor dem Verdichter angeordneten Ansaugtraktabschnitt bildet, wobei das erste Rückschlagventil in Richtung der ersten Unterdruckleitung fluiddurchlässig ist und in Richtung der Entlüftungsleitung sperrt.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine zweite Unterdruckleitung mit einem zweiten Rückschlagventil vorgesehen, wobei die zweite Unterdruckleitung eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung und dem stromabwärts hinter dem Verdichter angeordneten Ladeabschnitt bildet, wobei das zweite Rückschlagventil in Richtung der zweiten Unterdruckleitung fluiddurchlässig ist und in Richtung der Entlüftungsleitung sperrt.
In dem Ladeabschnitt liegt im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors ein Überdruck vor, den der Verdichter bereitstellt. Allerdings gibt es auch Betriebspunkte des Verbrennungsmotors, in denen im Ladeabschnitt ein Unterdruck herrscht, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb, bei Teillast und bei niedriger Last arbeitet. Demnach sind Gase aus dem Aktivkohlefilter über das Entlüftungsventil entweder durch das erste Rückschlagventil oder durch das zweite Rückschlagventil förderbar, je nachdem, an welchem Abschnitt im Ansaugtrakt ein größerer Unterdruck gegenüber der Umgebung bzw. dem Tankinnendruck herrscht.
In einer weiteren Ausgestaltung ist ein in den Ansaugtrakt integrierter Venturiabschnitt vorgesehen, durch den im Betrieb des Verbrennungsmotors Ansaugluft strömt, wobei die erste Unterdruckleitung in eine in dem Venturiabschnitt angeordnete Verengung mündet.
In einer Ausgestaltung ist der Venturiabschnitt in einer Bypassleitung angeordnet, wobei die Bypassleitung fluidleitend mit dem stromaufwärts vor dem Verdichter angeordneten Ansaugtraktabschnitt und dem Ladeabschnitt verbunden ist.
An der Verengung ist eine Abzweigung vorgesehen, die in die Entlüftungsleitung mündet. An der Abzweigung herrscht infolge hindurchströmender Umgebungsluft ein Unterdruck gegenüber der Umgebung, so dass der Entlüftungsbehälter bzw. der darin enthaltene Aktivkohlefilter mit Umgebungsluft gespült werden kann. Der Unterdruck kann genutzt werden, um den Kraftstofftank über die Entlüftungsleitung zu entlüften. Hierbei werden geringe Mengen flüchtiger Bestandteile des Kraftstoffs dem Verbrennungsmotor zugeführt, damit sie nicht an die Umgebung gelangen. Die Bypassleitung verläuft um den Verdichter herum. Die Bypassleitung kann in einer Ausgestaltung durch ein Verdichterbypassventil aktiv geöffnet und geschlossen werden.
Die erste Unterdruckleitung bildet eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung und einem stromaufwärts vor dem Verdichter angeordneten Venturiabschnitt, wobei das erste Rückschlagventil in Richtung der ersten Unterdruckleitung fluiddurchlässig ist und in Richtung der Entlüftungsleitung sperrt.
Das Rückschlagventil öffnet, wenn ein Unterdruck im Ansaugtrakt vor dem Verdichter herrscht. Andernfalls bleibt das Rückschlagventil geschlossen. Gase aus dem Aktivkohlefilter werden somit im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors durch das Entlüftungsventil und durch das Rückschlagventil in den Ansaugtrakt stromaufwärts von dem Verdichter gefördert, von dem Verdichter eingesaugt und in den Verbrennungsmotor gefördert, wo sie mit verbrannt werden.
In einer Ausgestaltung ist eine Steuereinheit vorgesehen, die signaltechnisch derart mit dem Entlüftungssystem verbindbar ist, dass mit der Steuereinheit Signale von dem Verbrennungsmotor, dem Entlüftungsventil und dem Entlüftungsdrucksensor erhält, und wobei die Steuereinheit dazu ausgestaltet ist, an einem Entlüftungssystem die vormals genannten Verfahrensschritte durchzuführen.
Vorgesehen ist ferner ein Verfahren zur Durchführung eines Funktionstests an einem Entlüftungssystem eines Kraftstofftanks, mit den folgenden Schritten:

i. Betreiben eines Verbrennungsmotors, wobei Umgebungsluft zu dem Verbrennungsmotor gefördert wird;
ii. Ermitteln einer Entlüftungsdruckdifferenz aus einer Differenz eines Drucks in einer Entlüftungsleitung und einem Referenzdruck;
iii. Ermitteln einer Ansaugdruckdifferenz aus einer Differenz zwischen einem Druck, der in einem Luftpfad stromaufwärts vor dem Verbrennungsmotor gemessen ist, und einem Referenzdruck;
iv. Eingabe der Entlüftungsdruckdifferenz und der Ansaugdruckdifferenz in ein Druckkennfeld;
v. Ausgeben eines positiven Testsignals, wenn sich die Entlüftungsdruckdifferenz und die Ansaugdruckdifferenz innerhalb von einem Sollbereich in dem Druckkennfeld befindet, wobei der Sollbereich einem intakten Entlüftungssystem zugeordnet ist; oder
vi. Ausgeben eines negativen Testsignals, wenn die Entlüftungsdruckdifferenz und die Ansaugdruckdifferenz außerhalb von dem Sollbereich liegen.

Bei Ausgabe eines negativen Testsignals kann ein Entlüftungsventil durch einen entsprechenden Befehl geschlossen werden. Das Entlüftungsventil ist dazu ausgestaltet, die Entlüftungsleitung fluidleitend mit einem Abschnitt des Ansaugtrakts zu verbinden, in dem ein geringerer Druck herrscht als in der Umgebung. Das Entlüftungsventil muss jedoch nicht bei jedem negativen Testsignal geschlossen werden. Der Betrieb des Verbrennungsmotors erfolgt, wenn der Verbrennungsmotor einen Antriebsstrang antreibt. Der Betrieb kann auch erfolgen, wenn der Verbrennungsmotor im Schubbetrieb arbeitet, d.h. wenn er vom Antriebsstrang angetrieben wird. Zumindest bildet sich dann ein Unterdruck in Ansaugtrakt aus.
Vorzugsweise wird das Verfahren bei einem geschlossenen Entlüftungsventil durchgeführt.
In dem Druckkennfeld können Referenzbereiche aufgetragen sein, die, sofern die Ansaugdruckdifferenz und die Entlüftungsdruckdifferenz innerhalb von den Referenzbereichen liegen, jeweils Aufschluss über einen Defekt in dem Entlüftungssystem geben.
Ein Unterdruck ist eine umgangssprachliche Bezeichnung für eine Druckdifferenz zwischen einem gemessenen Druck (hier im Ansaugtrakt und in der Entlüftungsleitung) und einem Referenzdruck, beispielsweise einem Umgebungsdruck. Die Entlüftungsdruckdifferenz herrscht in der Entlüftungsleitung. Die Ansaugdruckdifferenz herrscht im Ansaugtrakt. Die Ansaugdruckdifferenz wird genutzt, um in der Entlüftungsleitung einen Unterdruck zu erzeugen, so dass Umgebungsluft durch den Aktivkohlefilter gesaugt wird und dieser regeneriert wird.
Mit dem genannten Verfahren kann auf einfache Weise durch Interpretation gegebener Druckdifferenzen ein Fehler im Entlüftungssystem detektiert werden. Wenn ein Fehler vorliegt, wird ein negatives Testsignal ausgegeben.
Je nachdem, in welchem Betriebspunkt der Verbrennungsmotor arbeitet, wird bei einem intakten System entweder durch ein erstes Rückschlagventil eine erste Unterdruckleitung, oder durch ein zweites Rückschlagventil eine zweite Unterdruckleitung fluidleitend mit der Entlüftungsleitung verbunden. Aus der Lage der Druckdifferenzen in dem Druckkennfeld kann ferner indirekt auf die Komponenten geschlossen werden, die nicht richtig arbeiten oder die defekt sind. Mit dem Verfahren kann beispielsweise ermittelt werden, ob eines der Rückschlagventile klemmt, und ob es offen oder geschlossen klemmt, wie im Folgenden erläutert wird.
Wenn die Entlüftungsdruckdifferenz nahezu Null ist, obwohl eine Ansaugdruckdifferenz vorliegt, so klemmt das zweite Rückschlagventil und lässt keinen Druckausgleich zwischen der Entlüftungsleitung und der Ansaugleitung zu. Ergänzend zu einer Diagnose, die regulär im Betrieb des Verbrennungsmotors abläuft, kann das Entlüftungsventil während niedriger Motorlast geschlossen werden. Wenn kein Unterdruck entsteht, klemmt das entsprechende Rückschlagventil.
Auch hier kann bei niedriger Motorlast das Entlüftungsventil zur Diagnose geschlossen werden. Wenn das erste Rückschlagventil geöffnet ist und klemmt, gelangt mehr Luft an den Verbrennungsmotor als im Normalbetrieb, was durch eine Anreicherung des Kraftstoff-/Luftgemischs kompensiert werden kann. Das Entlüftungsventil wird zumindest bei hoher Motorlast geschlossen. Eine Entlüftung kann ggf. noch bei niedriger Motorlast erfolgen, sofern das zweite Rückschlagventil intakt ist.
Der dritte Referenzbereich deutet auf einen Fehler hin, bei dem das Rückschlagventil offen klemmt und in dem entsprechenden Abschnitt des Ansaugtrakts ein Überdruck vorliegt. In diesem Fall ist das Entlüftungsventil zu schließen, so dass die fluidleitende Verbindung zum Kraftstofftank unterbrochen wird. Zum Testen kann das Entlüftungsventil bei hoher Last des Verbrennungsmotors geschlossen werden. Es sollte sich ein erhöhter Unterdruck am Drucksensor zwischen den Rückschlagventilen und dem Entlüftungsventil ausbilden. Wenn sich der Druck an dieser Stelle erhöht, arbeitet das Rückschlagventil nicht richtig und das Entlüftungsventil wird von der Steuereinheit geschlossen.
Das Entlüftungssystem weist wie gesagt eine Entlüftungsleitung zwischen einem Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors und dem Kraftstofftank auf und ein Entlüftungsventil, das derart in der Entlüftungsleitung angeordnet ist, dass Gas von dem Kraftstofftank über das Entlüftungsventil in dem Ansaugtrakt förderbar ist, und einen Drucksensor, der in der Entlüftungsleitung zwischen dem Entlüftungsventil und dem Ansaugtrakt angeordnet ist, so dass eine in der Entlüftungsleitung vorhandene Entlüftungsdruckdifferenz messbar ist.
Eine Ausführungsform betrifft ein Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das vorstehend beschriebene Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer, insbesondere in einer Steuerelektronik einer Steuereinheit ausgeführt wird. Die Steuereinheit kann wie vorstehend beschrieben aus-, und weitergebildet sein.
Eine Ausführungsform betrifft ein Computerprogramm mit kodierten Anweisungen zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einer Steuerelektronik einer Steuereinheit ausgeführt wird. Die Steuereinheit kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Das Computerprogramm kann insbesondere auf dem vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukt, beispielsweise eine Diskette, CD-ROM, DVD, Speicher, eine an das Internet angeschlossene Prozessoreinheit, gespeichert sein. Das Computerprogramm kann insbesondere als eine kompilierte oder noch nicht kompilierte Datenfolge ausgestaltet sein, die vorzugsweise auf einer höheren, insbesondere objektbasierten Computersprache basiert.
Eine Ausführungsform betrifft eine Signalfolge mit computerlesbaren Anweisungen zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wenn die Signalfolge von einem Computer, insbesondere einer Steuerelektronik einer Steuereinheit verarbeitet wird. Die Steuereinheit kann wie vorstehend beschrieben aus- und weitergebildet sein. Die Signalfolge kann insbesondere mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Computerprogramms und/oder mit Hilfe des vorstehend beschriebenen Computerprogrammprodukts erzeugt werden. Die Signalfolge kann als elektrische Impulse und/oder elektromagnetische Welle und/oder optische Impulse drahtlos oder drahtgebunden bereitgestellt werden.
Ein Mittel zur Realisierung der Verfahrensschritte im Sinne der vorliegenden Offenbarung kann hard- und/oder softwaretechnisch ausgebildet sein, insbesondere eine, vorzugsweise mit einem Speicher- und/oder Bussystem daten- bzw. signalverbundene, insbesondere digitale, Verarbeitungs-, insbesondere Steuereinheit mit Mikroprozessoren (CPU) und/oder ein oder mehrere Programme oder Programmmodule aufweisen. Die CPU kann dazu ausgebildet sein, Befehle, die als Programm implementiert sind, abzuarbeiten, Eingangssignale von einem Datenbus zu erfassen und/oder Ausgangssignale an einen Datenbus abzugeben. Das Programm kann auf einem Speichersystem abgelegt sein. Das Speichersystem kann ein oder mehrere, insbesondere verschiedene, Speichermedien, insbesondere optische, magnetische, Festkörper und/oder andere nicht-flüchtige Medien aufweisen. Das Programm kann derart beschaffen sein, dass es die hier beschriebenen Verfahren verkörpert bzw. auszuführen imstande ist, so dass die CPU die Schritte solcher Verfahren ausführen kann. In einer Ausführung sind ein oder mehrere, insbesondere alle Schritte des Verfahrens vollständig oder teilweise automatisiert durchführbar, insbesondere durch die Steuerung bzw. ihre Mittel.
Figurenliste
Die hierin beschriebenen Zeichnungen dienen nur zu Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken. Es zeigen

1: schematisch einen Ansaugtrakt für einen Verbrennungsmotor, von dem eine Entlüftungsleitung für einen Kraftstofftank abgezweigt ist;
2: ein Druckdiagramm, in dem eine Ansaugdruckdifferenz einer Entlüftungsdruckdifferenz gegenübergestellt ist;
3: einen zeitlichen Verlauf von Drücken im Ansaugtrakt, in der Entlüftungsleitung und von Steuersignalen an ein Entlüftungsventil; und
4: schematisch fünf Verfahrensschritte, welche an einem Verbrennungsmotor mit einem Entlüftungssystem durchgeführt werden können.

Die folgende Beschreibung ist dem Wesen nach lediglich veranschaulichend. Der Klarheit halber sind in den Zeichnungen zur Bezeichnung ähnlicher Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet. Es ist festzustellen, dass einige Schritte innerhalb eines Verfahrens in anderer Reihenfolge ausgeführt werden können, ohne die Prinzipien der vorliegenden Offenbarung zu ändern. Der Begriff „Unterdruck“ bezeichnet einen Druck in einem Gefäß oder einer Leitung, der beispielsweise geringer ist als ein Umgebungsdruck oder ein Druck in einem anderen Abschnitt des Gefäßes oder der Leitung. Eine Druckdifferenz kann bezogen sein auf einem Umgebungsdruck oder einen Druck im Kraftstofftank.
1 zeigt ein Entlüftungssystem 100 eines Kraftstofftanks 200 für einem Verbrennungsmotor 101. Im Stand kann Gas aus dem Kraftstofftank 200 durch ein Filtergehäuse 207 in die Umgebung geleitet werden. In dem Filtergehäuse 207 ist ein nicht dargestellter Aktivkohlefilter angeordnet. Zur Entlüftung des Filtergehäuses 207 verbindet eine Entlüftungsleitung 203 einen Ansaugtrakt 102 des Verbrennungsmotors 101 mit der Entlüftungsleitung 203.
Das Filtergehäuse 207 ist über einen Staubfilter 208 fluidleitend mit der Umgebung verbunden. In der Umgebung herrscht ein Umgebungsdruck PU, auf welchen die hierin beschriebenen Drücke bezogen sein können. Andere Drücke als der Umgebungsdruck PU kommen als Referenzdruck infrage. Die fluidleitende Verbindung zwischen dem Filtergehäuse 207 und dem Ansaugtrakt 102 kann über ein Entlüftungsventil 204 gesperrt werden. Das Entlüftungsventil 204 ist derart in der Entlüftungsleitung 203 angeordnet, dass Gas von dem Kraftstofftank 200 und dem Einfüllstutzen 206 über das Entlüftungsventil 204 in dem Ansaugtrakt 102 förderbar ist. Über Rückschlagventile 212, 211 ist die Entlüftungsleitung 203 mit Abschnitten des Ansaugtrakts 102 verbunden, so dass unter normalen Betriebsbedingungen ein Unterdruck in der Entlüftungsleitung 203 herrscht.
Zur Erkennung von Leckagen und Defekten ist eine Interpretation eines Signals von einem Drucksensor 205 vorgesehen, der in der Entlüftungsleitung 203 zwischen dem Entlüftungsventil 204 und dem Ansaugtrakt 102 angeordnet ist. Mit dem Drucksensor 205 ist eine in der Entlüftungsleitung 203 vorhandene Entlüftungsdruckdifferenz DPE bezogen auf einen Referenzdruck, beispielsweise den Umgebungsdruck PU messbar. Weitere nicht dargestellte Drucksensoren sind denkbar, beispielsweise im Ansaugtrakt 102.
Aus dem Kraftstofftank 200 entweichende Gase können über das Filtergehäuse 207 aus dem Kraftstofftank 200 entfernt werden, damit keine ungefilterten Emissionen aus dem Kraftstofftank 200 in die Umgebung gelangen.
Vorgesehen ist ferner eine Aufladeeinrichtung 106 mit einem Verdichter 105, wobei der Verdichter 105 Umgebungsluft aus einem Ansaugtraktabschnitt 104 ansaugt, verdichtet und stromaufwärts in einen Ladeabschnitt 108 fördert. Der Verdichter 105 wird über eine Turbine angetrieben.
Arbeitet der Verdichter 105 und nimmt der Verbrennungsmotor 101 die verdichtete Luft auf, so herrscht stromaufwärts vor dem Verdichter 105 ein geringer Unterdruck. Um einen erhöhten Unterdruck für die Entlüftung zu erhalten, wird stromabwärts von dem Verdichter 105 eine Bypassleitung 109 abgezweigt, die mit einem Abschnitt stromaufwärts von dem Verdichter 105 verbunden ist. Zwischen dem stromaufwärts und dem stromabwärts liegenden Abschnitt ist in der Bypassleitung eine Verengung vorgesehen, an der eine Abzweigung die erste Unterdruckleitung 221 mündet. An der Abzweigung herrscht infolge hindurchströmender Umgebungsluft ein Unterdruck gegenüber der Umgebung.
Gezeigt ist eine erste Unterdruckleitung 221, welche eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung 203 und dem Venturiabschnitt 110 bildet, wobei das erste Rückschlagventil 211 in Richtung der ersten Unterdruckleitung 221 fluiddurchlässig ist und in Richtung der dem Kraftstofftank 200 zugewandten Seite sperrt.
Das zweite Rückschlagventil 212 sperrt infolge eines am Rückschlagventil 212 herrschenden Druckgefälles ab. Das erste Rückschlagventil 211 ist hingegen offen, so dass Gas aus dem Kraftstofftank durch die Unterdruckleitung 221 aus der Entlüftungsleitung 203 abgesaugt werden kann.
Vorgesehen ist ferner eine zweite Unterdruckleitung 222, welche eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung 203 und dem stromabwärts nach dem Verdichter 105 angeordneten Ladeabschnitt 108 bildet, wobei das zweite Rückschlagventil 212 in Richtung der zweiten Unterdruckleitung 222 fluiddurchlässig ist und in Richtung der dem Kraftstofftank 200 zugewandten Seite sperrt.
Das zweite Rückschlagventil 212 öffnet, wenn bei niedriger Motorlast ein Unterdruck im Ladeabschnitt 108 vor dem Verbrennungsmotor 101 herrscht. Andernfalls bleibt das Rückschlagventil 212 geschlossen. Gase aus dem Treibstofftank 200 werden durch das Entlüftungsventil 204 und durch das zweite Rückschlagventil 212 in den Ansaugtrakt stromaufwärts von dem Verbrennungsmotor 101 gefördert, angesaugt und verbrannt.
In dem Ladeabschnitt 108 liegt im Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 101 ein Überdruck vor, den der Verdichter 105 bereitstellt. Allerdings gibt es auch Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 101, in denen im Ladeabschnitt 108 ein Unterdruck herrscht, beispielsweise wenn der Verbrennungsmotor 101 im Teilastbetrieb arbeitet und der Verdichter 105 bei geringen Drehzahlen dreht.
Durch die dargestellte Anordnung der Unterdruckleitungen 221, 222 und Rückschlagventile 211, 212 sind Gase aus dem Kraftstofftank 200 über das Entlüftungsventil 204 entweder durch das erste Rückschlagventil 211 oder durch das zweite Rückschlagventil 212 förderbar, je nachdem, an welchem Abschnitt im Ansaugtrakt 102 ein größerer Unterdruck gegenüber der Umgebung bzw. dem Tankinnendruck herrscht. Bei Gleichgewicht kann ggf. über beide Leitungen zugleich gefördert werden.
Leckagen und sonstige Defekte können festgestellt werden durch ein Verfahren zur Durchführung eines Funktionstest mit einem Entlüftungssystem 100 eines Kraftstofftanks 200, insbesondere für ein Entlüftungssystem 100 gemäß 1, mit den in 4 dargestellten Schritten.
2 zeigt ein entsprechendes Druckkennfeld 250. Das Druckkennfeld 250 weist einen ersten Referenzbereich 251 auf, welcher bei einer Entlüftungsdruckdifferenz DPE um 0 bar und in negativen Ansaugdruckdifferenzen -DPA vorliegt, wobei der erste Referenzbereich 251 einem geschlossen klemmenden zweiten Rückschlagventil 212 in der zweiten Unterdruckleitung 222 zugeordnet ist. Wenn nämlich kein Unterdruck in der Entlüftungsleitung 203 vorliegt und ein Unterdruck im Ansaugtrakt 102 bzw. im Ladebereich 108 vorliegt, kann der Unterdruck im Ansaugtrakt 102 nicht genutzt werden.
Das Entlüftungssystem 100 kann den Kraftstofftank 200 nicht entlüften. Es wird ein entsprechendes Signal in der Steuereinheit 230 hinterlegt. Wenn das erste Rückschlagventil 221 in Ordnung ist, kann zumindest entlüftet werden, wenn entsprechende Betriebspunkte des Verbrennungsmotors 101 vorliegen.
Ferner weist das Druckkennfeld 250 einen zweiten Referenzbereich 252 auf, welcher bei einer negativen Entlüftungsdruckdifferenz -DPE und in negativen Ansaugdruckdifferenzen -DPA vorliegt, wobei der zweite Referenzbereich 252 einem offen klemmenden ersten Rückschlagventil 211 in der ersten Unterdruckleitung 221 zugeordnet ist. Klemmt das erste Rückschlagventil 211 in einer geöffneten Stellung, so schließt es nicht, wenn ein Unterdruck in der zweiten Unterdruckleitung 222 herrscht und die Regenerierung des Aktivkohlefilters kann nicht in normalem Maße durchgeführt werden.
Weiterhin weist das Druckkennfeld 250 einen dritten Referenzbereich 253 auf, welcher bei einer positiven Entlüftungsdruckdifferenz +DPE und in positiven Ansaugdruckdifferenzen +DPA vorliegt, wobei der dritte Referenzbereich 253 einem geöffnet klemmenden zweiten Rückschlagventil 212 in der zweiten Unterdruckleitung 222 zugeordnet ist. Es kann auch eine Leckage in der Unterdruckleitung 222 vorliegen. Wenn das zweite Rückschlagventil 212 geöffnet ist und klemmt, strömt ein Volumenstrom ungehindert durch das zweite Rückschlagventil 212 in die Entlüftungsleitung 203. Der Druck in der Entlüftungsleitung 203 ist damit höher als in der Umgebung und daher kann der Aktivkohlefilter nicht regeneriert werden. Das Entlüftungsventil 204 wird geschlossen.
Weiterhin weist das Druckkennfeld einen vierten Referenzbereich 254 auf, welcher bei einer Entlüftungsdruckdifferenz um 0 bar und in positiven Ansaugdruckdifferenzen +DPA vorliegt, wobei der vierte Referenzbereich 254 einem geschlossen klemmenden ersten Rückschlagventil 211 in der ersten Unterdruckleitung 221 zugeordnet ist. Wenn das erste Rückschlagventil 211 geschlossen klemmt, besteht kein Unterdruck in der Entlüftungsleitung 203 vor dem Entlüftungsventil 204. Bei einer verstopften ersten Unterdruckleitung 221 wird ebenfalls der Referenzbereich 254 im Druckkennfeld 250 vorliegen.
Der Sollbereich 256 eines intakten Systems ist unten im Druckkennfeld 250 dargestellt. In jedem Betriebspunkt des Verbrennungsmotors 101 öffnet dasjenige Rückschlagventil, an dem jeweils ein Unterdruck an der von der Entlüftungsleitung 203 abgewandten Seite vorliegt. Das heißt, ganz gleich, wie groß der Druck im Ladeabschnitt 108 ist, kann stets ein Unterdruck für die Entlüftung des Aktivkohlefilters genutzt werden.
1 zeigt außerdem eine Steuereinheit 230 zum Steuern eines Entlüftungssystems 100, wobei die Steuereinheit 230 signaltechnisch derart mit dem Entlüftungssystem 100 verbindbar ist, dass die Steuereinheit 230 Signale von dem Verbrennungsmotor 101, dem Entlüftungsventil 204 und dem Entlüftungsdrucksensor 205 erhält, und wobei die Steuereinheit 230 dazu ausgestaltet ist, den Entlüftungsdruck DPE in einem Druckkennfeld 250 bestimmten Fehlermodi zuzuordnen.
3 zeigt einen zeitlichen Verlauf von Drücken, die die Steuereinheit 230 erfassen kann, sowie ein Steuersignal an das Entlüftungsventil 204. Dargestellt ist der Normalbetrieb des Verbrennungsmotors 101 mit einem Überdruck im Ladeabschnitt 108 und einem Unterdruck in der Unterdruckleitung 221, welcher von dem Drucksensor 205 erfasst wird. Wird in diesem Betriebszustand zu den Zeiten t1, t2, t3, t4 das Entlüftungsventil 204 nur gering (zum Zeitpunkt t1) über halb (zu den Zeitpunkten t2 und t3) bis vollständig (am Zeitpunkt t4) geöffnet, wird die Entlüftungsleitung 203 fluidleitend mit der Unterdruckleitung 221 verbunden und es findet ein zumindest teilweiser Druckausgleich statt. Nach Aufheben des Steuersignals an das Entlüftungsventil 204 schließt das Entlüftungsventil 204 wieder. Es findet kein Druckausgleich statt und in der Unterdruckleitung 221 baut sich ein stärkerer Unterdruck auf. Diese Unterdruckkurve kann zum Erkennen eines Fehlers im Entlüftungssystem 100 verwendet werden, beispielsweise wenn sich nach dem Schließen des Entlüftungsventils 204 kein ausreichender Unterdruck ausbildet.
4 zeigt ein Verfahren zur Durchführung eines Funktionstest mit einem Entlüftungssystem 100 eines Kraftstofftanks 200. Das Verfahren kann an einer Steuereinheit 230 gemäß 1 durchgeführt werden, um ein Entlüftungssystem 100 zu steuern.
In Schritt 401 erfolgt ein Betreiben eines Verbrennungsmotors 101, wobei Umgebungsluft zu dem Verbrennungsmotor 101 gefördert wird.
In Schritt 402 erfolgt ein Ermitteln einer Entlüftungsdruckdifferenz DPE aus einer Differenz eines Drucks in einer Entlüftungsleitung 203 und einem Referenzdruck.
In Schritt 403 erfolgt ein Ermitteln einer Ansaugdruckdifferenz DPA aus einer Differenz zwischen einem Druck, der in einem Luftpfad stromaufwärts vor dem Verbrennungsmotor 101 gemessen ist, und einem Referenzdruck.
In Schritt 404 erfolgt eine Eingabe der Entlüftungsdruckdifferenz DPE und der Ansaugdruckdifferenz DPA in ein Druckkennfeld 250. Fortan kann das Verfahren in Schritt 405 oder in Schritt 406 fortfahren, je nachdem, in welchem Bereich in dem Druckkennfeld die Drücke DPE und DPA liegen. Es wird Bezug genommen auf das in 2 gezeigte Druckkennfeld.
In Schritt 405 erfolgt ein Ausgeben eines positiven Testsignals, wenn sich die Entlüftungsdruckdifferenz DPE und die Ansaugdruckdifferenz DPA innerhalb von einem Sollbereich 256 in dem Druckkennfeld 250 befindet, wobei der Sollbereich 256 einem intakten Entlüftungssystem 100 zugeordnet ist.
Wenn dem nicht so ist, erfolgt in Schritt 406 ein Ausgeben eines negativen Testsignals, wenn die Entlüftungsdruckdifferenz DPE und die Ansaugdruckdifferenz DPA außerhalb von dem Sollbereich 256 liegen.
Wenn die Drücke DPA und DPE in dem Druckkennfeld 250 in einem der vier Referenzbereiche 251, 252, 253, 254 liegen, so wird ein entsprechendes Diagnosesignal gespeichert. Ggf. wird das Entlüftungsventil geschlossen, je nachdem, welche Leitung verstopft ist oder welches Rückschlagventil klemmt. Sollte beispielsweise nur das zweite Rückschlagventil 212 im geschlossenen Zustand klemmen, kann eine Regenerierung des Aktivkohlefilters trotzdem durch die erste Unterdruckleitung 221 erfolgen, in den entsprechenden Betriebspunkten des Verbrennungsmotors 101.
Gleichwohl zumindest ein Ausführungsbeispiel in der vorangegangenen Beschreibung sowie der Figurenbeschreibung dargestellt wurde, sollte man anerkennen, dass eine hohe Anzahl an Variationen existiert. Weiterhin sollte man anerkennen, dass das Ausführungsbeispiel bzw. die Ausführungsbeispiele nur Beispiele sind und dass sie nicht dazu dienen, den Schutzbereich, die Anwendbarkeit oder die genaue Ausgestaltung in irgendeiner Art und Weise zu beschränken. Vielmehr stellen die Beschreibung sowie die Figurenbeschreibung für den Fachmann eine nützliche Anleitung zur Implementierung mindestens einer Ausführungsform bereit. Dabei sollte klar sein, dass verschiedene Änderungen in der Form und Funktion der beschriebenen Merkmale vorgenommen werden können, ohne den Schutzbereich der Ansprüche und deren Äquivalente zu verlassen.
Bezugszeichenliste

100: Entlüftungssystem
101: Verbrennungsmotor
102: Ansaugtrakt
104: Ansaugtraktabschnitt
105: Verdichter
106: Aufladeeinrichtung
107: Luftfilter
108: Ladeabschnitt
109: Bypassleitung
110: Venturiabschnitt
200: Kraftstofftank
201: Kraftstoff
202: Gas
203: Entlüftungsleitung
204: Entlüftungsventil
205: Drucksensor
206: Einfüllstutzen
207: Filtergehäuse
208: Staubfilter
211: Rückschlagventil
212: Rückschlagventil
221: Unterdruckleitung
222: Unterdruckleitung
230: Steuereinheit
250: Druckkennfeld
251: Referenzbereich
252: Referenzbereich
253: Referenzbereich
254: Referenzbereich
256: Sollbereich
401: Schritt
402: Schritt
403: Schritt
404: Schritt
405: Schritt
DPA: Ansaugdruckdifferenz
DPE: Entlüftungsdruckdifferenz
P: Druck
PU: Umgebungsdruck
t1: Zeitpunkt
t2: Zeitpunkt
t3: Zeitpunkt
t4: Zeitpunkt

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

WO 2020017306 A1 [0002]

Claims

Entlüftungssystem (100) eines Kraftstofftanks (200) für einen Verbrennungsmotor (101), aufweisend die folgenden Komponenten: i. eine Entlüftungsleitung (203) zwischen einem Ansaugtrakt (102) des Verbrennungsmotors (101) und einem Filtergehäuse (207), das fluidleitend mit dem Kraftstofftank (200) verbunden ist, ii. ein Entlüftungsventil (204), das derart in der Entlüftungsleitung (203) angeordnet ist, dass Gas von dem Filtergehäuse (207) über das Entlüftungsventil (204) in den Ansaugtrakt (102) förderbar ist, und iii. einen Drucksensor (205), der in der Entlüftungsleitung (203) zwischen dem Entlüftungsventil (204) und dem Ansaugtrakt (102) angeordnet ist.
Entlüftungssystem (100) nach Anspruch 1, aufweisend eine Aufladeeinrichtung (106) mit einem Verdichter (105), wobei der Verdichter (105) Umgebungsluft aus einem Ansaugtraktabschnitt (104) ansaugt, verdichtet und in einen stromabwärts von dem Verdichter (105) angeordneten Ladeabschnitt (108) fördert.
Entlüftungssystem (100) nach Anspruch 2, aufweisend eine erste Unterdruckleitung (221) mit einem ersten Rückschlagventil (211), wobei die erste Unterdruckleitung (221) eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung (203) und einem stromaufwärts vor dem Verdichter (105) angeordneten Ansaugtraktabschnitt (104) bildet, wobei das erste Rückschlagventil (211) in Richtung der ersten Unterdruckleitung (221) fluiddurchlässig ist und in Richtung der Entlüftungsleitung (203) sperrt.
Entlüftungssystem (100) nach Anspruch 2 und/oder 3, aufweisend eine zweite Unterdruckleitung (222) mit einem zweiten Rückschlagventil (212), wobei die zweite Unterdruckleitung (222) eine fluidleitende Verbindung zwischen der Entlüftungsleitung (203) und dem stromabwärts hinter dem Verdichter (105) angeordneten Ladeabschnitt (108) bildet, wobei das zweite Rückschlagventil (212) in Richtung der zweiten Unterdruckleitung (222) fluiddurchlässig ist und in Richtung der Entlüftungsleitung (203) sperrt.
Entlüftungssystem (100) nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend einen in den Ansaugtrakt (102) integrierten Venturiabschnitt (110), durch den im Betrieb des Verbrennungsmotors (101) Ansaugluft strömt, wobei die erste Unterdruckleitung (221) in eine in dem Venturiabschnitt (110) angeordnete Verengung mündet.
Entlüftungssystem (100) nach Anspruch 5, wobei der Venturiabschnitt (110) in einer Bypassleitung (109) angeordnet ist, wobei die Bypassleitung (109) fluidleitend mit dem stromaufwärts vor dem Verdichter (105) angeordneten Ansaugtraktabschnitt (104) und dem Ladeabschnitt (108) verbunden ist.
Verfahren zur Durchführung eines Funktionstests an einem Entlüftungssystem (100) eines Kraftstofftanks (200), mit den folgenden Schritten: i. Betreiben eines Verbrennungsmotors (101), wobei Umgebungsluft zu dem Verbrennungsmotor (101) gefördert wird; ii. Ermitteln einer Entlüftungsdruckdifferenz (DPE) aus einer Differenz eines Drucks in einer Entlüftungsleitung (203) und einem Referenzdruck; iii. Ermitteln einer Ansaugdruckdifferenz (DPA) aus einer Differenz zwischen einem Druck, der in einem Luftpfad stromaufwärts vor dem Verbrennungsmotor (101) gemessen ist, und einem Referenzdruck; iv. Eingabe der Entlüftungsdruckdifferenz (DPE) und der Ansaugdruckdifferenz (DPA) in ein Druckkennfeld (250); v. Ausgeben eines positiven Testsignals, wenn sich die Entlüftungsdruckdifferenz (DPE) und die Ansaugdruckdifferenz (DPA) innerhalb von einem Sollbereich (256) in dem Druckkennfeld (250) befindet, wobei der Sollbereich (256) einem intakten Entlüftungssystem (100) zugeordnet ist; oder vi. Ausgeben eines negativen Testsignals, wenn die Entlüftungsdruckdifferenz (DPE) und die Ansaugdruckdifferenz (DPA) außerhalb von dem Sollbereich (256) liegen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei in der Entlüftungsleitung (203) ein Entlüftungsventil (204) vorgesehen ist und wobei das Verfahren bei einem geschlossenen Entlüftungsventil (203) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 7 und/oder 8, wobei in dem Druckkennfeld (250) Referenzbereiche (251, 252, 253, 254) aufgetragen sind, die, sofern die Ansaugdruckdifferenz (DPA) und die Entlüftungsdruckdifferenz (DPE) innerhalb von den Referenzbereichen (251, 252, 253, 254) liegen, jeweils Aufschluss über einen Defekt in dem Entlüftungssystem (100) geben.
Steuereinheit (230) zum Steuern eines Entlüftungssystems (100) nach einem der Ansprüche 1-6, wobei die Steuereinheit (230) signalleitend mit dem Verbrennungsmotor (101), dem Entlüftungsventil (203) und dem Entlüftungsdrucksensor (205) verbunden ist, und wobei die Steuereinheit (230) dazu ausgestaltet ist, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 durchzuführen.
Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, die auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sind, um das Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer, insbesondere einer Steuereinheit (230) nach Anspruch 10 ausgeführt wird.
Computerprogramm mit kodierten Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, insbesondere einem Computer in einer Steuereinheit (230) nach Anspruch 10 ausgeführt wird.
Signalfolge mit computerlesbaren Anweisungen zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wenn die Signalfolge von einem Computer, insbesondere einer Steuereinheit (230) nach Anspruch 10 verarbeitet wird.