DE102022110335B3

DE102022110335B3 - Leckagediagnosesystem und Verfahren für eine Funktionsdiagnose eines Leckagediagnosesystems

Info

Publication number: DE102022110335B3
Application number: DE102022110335.8A
Authority: DE
Inventors: Thomas Fabig; Edwin Kreuzberg; Olaf Ohligschläger
Original assignee: Thomas Magnete GmbH
Current assignee: Thomas Magnete GmbH
Priority date: 2022-04-28
Filing date: 2022-04-28
Publication date: 2023-06-01
Anticipated expiration: 2042-04-29
Also published as: WO2023208794A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leckagediagnosesystem 4 für einen Tank 3 eines Fahrzeugs 2, umfassend zumindest eine erste Anschlussstelle 5 und eine zweite Anschlussstelle 6, die jeweils dazu ausgebildet sind, an den Tank 3 angeschlossen zu sein, oder zu einer Umgebung 1 hin offen zu sein, zumindest eine Membranpumpe 7, die zur Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6 ausgebildet ist, zumindest ein Belüftungsventil 8, dass parallel zur Membranpumpe 7 zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, in eine erste Stellung 8a, in der die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 fluidverbunden sind, und in eine zweite Stellung 8b, die einen Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle 6 zur ersten Anschlussstelle 5 verhindert, geschaltet zu werden, und zumindest eine Auswerteeinheit 9 die ausgebildet ist die Membranpumpe 7 zu betreiben, das Belüftungsventil in die zweite Stellung 8b zu schalten und einen Druck(verlauf) in einem an die erste Anschlussstelle 5 oder zweite Anschlussstelle 6 angeschlossen Tank 3 zu ermitteln, um aus dem Druck(verlauf) auf das Vorliegen einer Leckage im Tank rückzuschließen. Die Auswerteeinheit 9 ist dazu eingerichtet, elektrische Signale der Membranpumpe 7 zu erfassen, mittels zumindest eines Drucksensors 16, 17 einen durch die Membranpumpe 7 erzeugten Druck zu erfassen und mittels der elektrischen Signale und des erfassten Drucks das Vorliegen einer Funktionsstörung der Membranpumpe 7 zu ermitteln. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für eine Funktionsdiagnose.

Description

Die Erfindung betrifft ein Leckagediagnosesystem für einen Tank eines Fahrzeugs und ein Verfahren für eine Funktionsdiagnose des Leckagediagnosesystems sowie ein Verfahren zum Betreiben des Leckagediagnosesystems. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, welches einen Tank und das Leckagediagnosesystem aufweist.
Aktuelle Leckagediagnosesysteme zur Leckagediagnose kommen unter anderem in Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Hierbei wird zunächst eine Druckdifferenz des Tankdrucks zum Umgebungsdruck aufgebaut und aus dem zeitlichen Verlauf des Tankdrucks auf eine Leckage des Tanks geschlossen. Zum Aufbau einer Druckdifferenz des Tankdrucks zum Umgebungsdruck wird eine Flügelzellenpumpe verwendet. Hierbei wird die Flügelzellenpumpe solange betrieben, bis sich ein vorbestimmter Druck im Tank eingestellt hat. Aufgrund der konstruktionsprinzipbedingten Undichtigkeit der Flügelzellenpumpe kommt es beim Stillstand der Flügelzellenpumpe zum Abfluss des Fluides aus dem Tank durch die Flügelzellenpumpe. Um solch einen Abfluss zu verhindern, der eine Leckagediagnose des Tanks verfälschen würde, wird die Flügelzellenpumpe auch während der Leckagediagnose weiterhin betrieben. Hierdurch kommt es zu Druckpulsationen im Tank, die eine Leckagedetektion im Tank erschweren. Zudem ist die im Stand der Technik verwendete Flügelzellenpumpe durch den Spalt zwischen den Flügelzellen und dem feststehenden Gehäuse anfällig für Schmutz und Verschleiß. Durch die Alterung der Flügelzellenpumpe sinkt deren Förderleistung, wodurch die benötigte Zeit für einen Druckaufbau im angeschlossenen Tank zunimmt. Darüber hinaus sind Flügelzellenpumpen in ihrer Förderleistung begrenzt und können zum Druckaufbau in großen Tanks nicht sinnvoll eingesetzt werden. Eine bei bekannten Leckagediagnosesystemen eingesetzte Referenzblende neigt außerdem zur Verschmutzung und Verstopfung. Diese bekannten Leckagediagnosesysteme bringen außerdem den Nachteil mit sich, dass - im Falle einer Fehlfunktion der Flügelzellenpumpe - ein zu großer Überdruck in dem Fahrzeugtank durch die Flügelzellenpumpe hergestellt werden kann, so dass es zu Schäden an dem Tank oder an dem Fahrzeug kommt. Bekannte Leckagediagnosesysteme sind außerdem nicht in der Lage, eine Eigendiagnose durchzuführen, bei welcher eine Funktion der Flügelzellenpumpe überprüft werden kann. Des Weiteren sind diese bekannten Systeme, insbesondere bei tiefen Außentemperaturen fehleranfällig und liefern oftmals unpräzise oder außentemperaturabhängige Ergebnisse.
Die US 5 967 124 A offenbart ein bordeigenes Leckerkennungssystem für Verdunstungsemissionen. Dieses System weist ein Modul zum Erkennen von Leckagen aus einem Verdunstungsemissionsraum eines Kraftstoffsystems eines Kraftfahrzeugs auf.
Die DE 101 29 695 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behältnisses, insbesondere einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, wobei eine Dichtigkeitsmessung durch Einbringen und Erfassen des zeitlichen Verlaufs eines Über- oder Unterdrucks in das Behältnis sowie eine Referenzmessung mittels eines Referenzlecks durchgeführt werden und wobei durch Vergleich der Ergebnisse der Dichtigkeits- und Referenzmessung auf das Vorliegen einer Undichtigkeit des Behältnisses geschlossen wird. Zur Vermeidung von Fehldiagnosen wird vorgeschlagen, dass bei der Dichtigkeitsmessung und bei der Referenzmessung der Über- bzw. Unterdruck mittels eines einzigen Drucknehmers erfasst werden.
Die US 2003 / 0 192 365 A1 offenbart ein Lecktestsystem sowie ein Lecktestverfahren für ein Kraftfahrzeug-Kraftstoffsystem. Eine Pumpe drückt Luft unter Druck in den Dampfrückhalteraum. Die Pumpe arbeitet in Übereinstimmung mit von einem Prozessor festgelegten Schritten. Die Pumpe erzeugt während eines anfänglichen Ladephasenschritts einen überatmosphärischen Druck in dem Raum, und nach Abschluss dieses Schritts führt die Pumpe einen Messphasenschritt durch, der Luftimpulse in einer Folge von Impulsbündeln in den Raum drückt. Jeder Impuls enthält eine Folge von Einzelimpulsen, vorzugsweise in gleicher Anzahl, und jeder aufeinanderfolgende Impuls ist gegenüber einem unmittelbar vorhergehenden Impuls um ein Zeitintervall verzögert, das wesentlich länger ist als die Zeitintervalle zwischen den Einzelimpulsen in jedem Impuls, vorzugsweise um konstante Zeitintervalle. Der Prozessor verarbeitet Daten, die einer Messung des Drucks im Raum nach dem Auftreten von mindestens einem dieser Bursts entsprechen, und zeigt als Ergebnis eine Leckage aus dem Raum an.
Die DE 101 16 693 A1 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behältnisses, insbesondere einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, wobei das Behältnis mit einem mittels einer motorbetriebenen Druckquelle erzeugten Druck beaufschlagt und dabei der Motorstrom ermittelt wird, wobei ein mittels eines Umschaltventils wahlweise betreibbares Referenzleck mit einem entsprechenden Druck beaufschlagt und auch dabei der Motorstrom ermittelt wird und wobei die ermittelte elektrische Kenngröße und die ermittelte Referenzkenngröße verglichen und daraus auf das Vorliegen eines Lecks geschlossen wird. Zur Verhinderung des Eintritts von Feuchtigkeit in die Druckquelle ist vorgesehen, dass mindestens die Druckquelle wenigstens zeitweilig erwärmt wird. Die Erwärmung erfolgt vorzugsweise durch Ansteuerung des Umschaltventils mit einem geeigneten Tastverhältnis.
Zur Verhinderung des Eintretens von Feuchtigkeit in die Druckquelle ist ein im Anschlussteil der Druckquelle integriert angeordnetes Rückschlagventil vorgesehen.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Leckagediagnosesystem für einen Tank eines Fahrzeugs bereitzustellen, das weniger anfällig für Verschmutzung und Verschleiß ist, auch größere Tanks in geringerer Zeit auf einen gewünschten Druck bringen kann eine erhöhte Sicherheit aufweist und welches in der Lage ist, eine Eigendiagnose durchzuführen sowie ein Verfahren für eine Funktionsdiagnose des Leckagediagnosesystems bereitzustellen. Des Weiteren ist es Aufgabe der Erfindung, eine Leckagediagnose bereitzustellen, welche temperaturunabhängig, insbesondere außentemperaturunabhängig, ist.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Leckagediagnosesystem, dass zumindest eine erste Anschlussstelle und eine zweite Anschlussstelle, eine Membranpumpe, ein Belüftungsventil und zumindest eine Auswerteeinheit umfasst. Hierbei sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle jeweils dazu ausgebildet, an einen Tank, beispielweise einen Kraftstofftank, eines Fahrzeugs angeschlossen zu sein oder zur Umgebung hin offen zu sein. So kann ein Tank an eine der beiden Anschlussstellen angeschlossen werden und die andere Anschlussstelle, an der der Tank nicht angeschlossen ist, kann zur Umgebung hin offen sein. Die Membranpumpe ist zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und dazu ausgebildet, ein Fluid von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu fördern. So ist die Membranpumpe ausgebildet, in einem Tank, der an der ersten Anschlussstelle angeschlossen ist, einen Unterdruck durch die Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu erzeugen, oder einen Überdruck in einem an der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tank zu erzeugen. Durch ihr Konstruktionsprinzip weist eine Membranpumpe weniger Verschleißteile als eine Flügelzellenpumpe auf und ist gleichzeitig gegenüber Verschmutzung unempfindlicher, wodurch eine langsamere Alterung eintritt. Zudem weisen Membranpumpen höhere Förderleistungen auf, die es erlauben, größere Tanks in kürzerer Zeit, als es unter Verwendung einer Flügelzellenpumpe möglich ist, auf einen gewünschten Druck zu bringen. Das Belüftungsventil ist parallel zur Membranpumpe zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und weist zumindest eine erste Stellung und zumindest eine zweite Stellung auf. In der ersten Stellung des Belüftungsventils sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle miteinander fluidverbunden, so dass Fluide in beide Richtungen zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil strömen können. In der zweiten Stellung des Belüftungsventils ist zumindest ein Fluidfluss von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil verhindert. Insbesondere ist durch das Belüftungsventil in der zweiten Stellung ein Fluidfluss zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle vollständig verhindert. Das Belüftungsventil ist so ausgebildet, dass es zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung geschaltet werden kann, so dass zwischen einem freien Fluidfluss zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle in beide Richtungen über das Belüftungsventil und einer Verhinderung des Fluidflusses zumindest von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil geschaltet werden kann. Das Leckagediagnosesystem ist bevorzugt als Tankentlüftung des Tanks verwendbar. Dadurch ist die Entlüftung jederzeit gewährleistbar und insbesondere nur während der Leckagediagnose unterbrochen. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, die Membranpumpe zu betreiben und so mittels der Membranpumpe einen Fluidfluss von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu ermöglichen. Die Auswerteeinheit ist außerdem dazu ausgebildet, das Belüftungsventil von seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung zu schalten und so den Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil zur ersten Anschlussstelle zu verhindern. Hierdurch kann ein Fluidfluss durch das Belüftungsventil nur von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle erfolgen. Ebenso ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, einen Druck, insbesondere einen Druckverlauf, eines an der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks zu ermitteln und aus dem ermittelten Druck, insbesondere aus dem ermittelten Druckverlauf, auf das Vorliegen einer Leckage im angeschlossenen Tank rückzuschließen. Durch die Zufuhr an Fluid durch den Betrieb der Membranpumpe kann der Tank auf einen gewünschten Druck gebracht werden. Aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Tank und dem Druck der Umgebung stellt sich, bei Vorliegen einer Leckage, eine Fluidströmung zwischen dem Tank und der Umgebung ein. Aus der sich hieraus ergebenden zeitlichen Änderung des Drucks im Tank kann auf das Vorliegen einer Leckage im Tank rückgeschlossen werden. Dieser zeitliche Druckverlauf im Tank kann beispielsweise mit zuvor experimentell ermittelten hinterlegten zeitlichen Druckverläufen des Tanks bei verschiedenen Leckagegrößen des Tanks verglichen werden, um so auf eine Größe der Leckage im Tank rückzuschließen. Die Auswerteeinheit ist außerdem dazu eingerichtet, elektrische Signale, insbesondere eine Stromaufnahme der Membranpumpe zu erfassen, einen durch die Membranpumpe erzeugten Druck mittels zumindest eines Drucksensors zu erfassen und mittels der elektrischen Signale und des erfassten Drucks das Vorliegen einer Funktionsstörung der Membranpumpe zu ermitteln. Durch die Ermittlung des Vorliegens einer Funktionsstörung der Membranpumpe mittels der Auswerteeinheit kann das Leckagediagnosesystem eine Eigendiagnose durchführen, insbesondere ohne die Notwendigkeit zusätzlicher Elemente oder Bauteile.
Hierbei wird bevorzugt der durch den zumindest einen Drucksensor erfasste Druck, welcher ein Ist-Druck ist, mit einem von der Membranpumpe erzeugten Soll-Druck verglichen. Vorzugsweise wird zwischen dem Ist-Druck und dem Soll-Druck eine Differenz gebildet.
Insbesondere beim Überschreiten eines Schwellwerts für diese Differenz wird eine Funktionsstörung der Membranpumpe festgestellt bzw. ermittelt. Zumindest einer der hierfür eingesetzten Drucksensor(en) kann Teil des Leckagediagnosesystems, insbesondere in einem Modul des Leckagediagnosesystems verbaut, sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann zumindest einer der hierfür eingesetzten Drucksensor(en) im Tank des Fahrzeugs verbaut oder einsetzbar sein.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leckagediagnosesystem zumindest ein erstes Pumpenventil und zumindest ein zweites Pumpenventil. Hierbei ist das erste Pumpenventil zwischen der ersten Anschlussstelle und der Membranpumpe und das zweite Pumpenventil zwischen der Membranpumpe und der zweiten Anschlussstelle mit der Membranpumpe in Reihe angeschlossen. Das erste Pumpenventil ist so ausgebildet, dass während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der Membranpumpe besteht und während eines Kompressionsvorgangs der Membranpumpe keine Fluidverbindung von der Membranpumpe zur ersten Anschlussstelle besteht. Das zweite Pumpenventil ist so ausgebildet, dass während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe keine Fluidverbindung zwischen der zweiten Anschlussstelle und der Membranpumpe besteht und während eines Kompressionsvorgangs der Membranpumpe eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe und der zweiten Anschlussstelle besteht. Hierdurch ist das Leckagediagnosesystem dazu ausgebildet, dass in einem Ansaugvorgang der Membranpumpe Fluide von der ersten Anschlussstelle und nicht von der zweiten Anschlussstelle in die Membranpumpe strömen und durch einen Kompressionsvorgang von der Membranpumpe zur zweiten Anschlussstelle und nicht zur ersten Anschlussstelle strömen. So ist das Leckagediagnosesystem dazu ausgebildet, an einem an der ersten Anschlussstelle angeschlossenen Tank mit jedem Ansaugvorgang der Membranpumpe einen Unterdruck im angeschlossenen Tank zu vergrößern und in einem an der zweiten Anschlussseite angeschlossenen Tank mit jedem Kompressionsvorgang der Membranpumpe einen Überdruck im angeschlossenen Tank zu vergrößern. Ebenso verhindert diese Ausführungsform eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle durch die Membranpumpe.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Leckagediagnosesystems handelt es sich bei dem ersten Pumpenventil und dem zweiten Pumpenventil um Rückschlagventile, insbesondere um Umbrella-Ventile. Das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil sind in dieselbe Richtung ausgerichtet und erlauben eine Fluidfluss von der ersten Anschlussstelle zur Membranpumpe und von der Membranpumpe zur zweiten Anschlussstelle, so dass über die Membranpumpe kein freier Fluidfluss zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle besteht. Somit ist das Leckagediagnosesystem dazu eingerichtet, Fluide nur in eine Richtung durch die Membranpumpe, von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle, zu fördern. Das Leckagediagnosesystem ist dazu eingerichtet, einen freien Fluidfluss von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle durch die Membranpumpe zu verhindern. Bevorzugt sind das erste Pumpenventil und das zweite Pumpenventil jeweils mit beiden Seiten einer Membran der Membranpumpe verbunden, um eine kontinuierliche Fluidförderung durch die Membranpumpe zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Leckagediagnosesystems ist das Belüftungsventil durch eine elastische Rückstellkraft einer Feder in seiner ersten Stellung gehalten und durch einen Elektromagneten in seine zweite Stellung überführbar. Hierbei ist das Belüftungsventil so ausgebildet, dass der Elektromagnet unter Bestromung gegen die elastische Rückstellkraft der Feder wirken kann und das Belüftungsventil aus der ersten Stellung in die zweite Stellung überführen kann und in der zweiten Stellung hält. Ohne Bestromung kann der Elektromagnet nicht gegen die Rückstellkraft der Feder wirken, sodass die Feder das Belüftungsventil aus der ersten Stellung in die zweite Stellung überführt. Der Elektromagnet kann so ausgebildet sein, dass er durch die Auswerteeinheit angesteuert werden kann. Insbesondere kann der Elektromagnet so ausgebildet sein, dass er während des Betriebs der Membranpumpe und der Dauer der Leckagediagnose bestromt werden kann und das Belüftungsventil schließt, sodass während der Dauer der Leckagediagnose kein Druckausgleich über das Belüftungsventil zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle stattfinden kann. Findet keine Leckagediagnose statt, wird das Belüftungsventil durch die Rückstellkraft der Feder offengehalten. Da für diese erste Stellung des Belüftungsventils keine Ansteuerung oder Bestromung nötig ist, ist jederzeit eine Belüftung des Tanks gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leckagediagnosesystem einen Elektromotor, einen Exzenter und ein Pleuel. Hierbei ist der Exzenter mit dem Elektromotor und ein Ende des Pleuels mit dem Exzenter verbunden. Die Membran der Membranpumpe ist am anderen Ende des Pleuels, das nicht mit dem Exzenter verbunden ist, verbunden. Diese Elemente des Leckagediagnosesystems sind so ausgestaltet, dass der Betrieb des Elektromotors eine Hubbewegung der Membran der Membranpumpe bewirkt. Durch diese Hubbewegung der Membran der Membranpumpe kommt es zu einem Ansaugvorgang oder einem Kompressionsvorgang und damit zu einem Überdruck oder einem Unterdruck in einem an die erste Anschlussstelle oder zweite Anschlussstelle angeschlossenen Tank.
Bevorzugt weist das Leckagediagnosesystem zumindest einen Drucksensor auf, der mit der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle fluidverbunden ist. Hierdurch ist der Drucksensor dazu ausgebildet, einen Druck eines an der ersten Anschlussstelle oder an der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks zu messen. Der Drucksensor ist bevorzugt mit der Auswerteeinheit verbunden. Damit lässt sich der Druck, insbesondere der Druckverlauf, im Tank durch die Auswerteeinheit einfach erfassen. Insbesondere ist der zumindest eine Drucksensor zwischen der Membranpumpe und der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle mit der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle fluidverbunden. Hierdurch lässt sich eine möglichst kompakte Bauweise des Leckagediagnosesystems ermöglichen.
Besonders bevorzugt weist das Leckagediagnosesystem zumindest einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor auf. Hierbei ist der erste Drucksensor mit der ersten Anschlussstelle fluidverbunden und der zweite Drucksensor mit der zweiten Anschlussstelle fluidverbunden, um so den Druck eines an der ersten Anschlussstelle oder zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks und einen Druck in der Umgebung zu erfassen. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung eines Überdrucks oder Unterdrucks im Tank gegenüber der Umgebung durch die Auswerteeinheit. Dies ermöglicht außerdem sowohl das Ermitteln des Vorhandenseins einer Leckage im Tank, als auch das Ermitteln der Größe einer Leckage durch die Auswerteeinheit. Hierzu kann beispielsweise, nach einem Einstellen eines gewünschten Drucks im Tank, der weitere zeitliche Druckverlauf im Tank durch den Drucksensor erfasst werden und durch die Auswerteeinheit mit hinterlegten zeitlichen Druckverläufen, unter Berücksichtigung des Drucks der Umgebung, verglichen werden. Hierdurch wird eine besonders effiziente und präzise Leckagediagnose bereitgestellt. Des Weiteren können der ersten Drucksensor und/oder zweite Drucksensor für das Erfassen einer Funktionsstörung der Membranpumpe durch die Auswerteeinheit eingesetzt werden.
Besonders bevorzugt ist es, wenn das Leckagediagnosesystem ein Sicherheitsventil aufweist. Das Sicherheitsventil ist bevorzugt dazu ausgebildet, eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle zumindest teilweise zu verringern. Damit kann das Sicherheitsventil im Falle eines zu großen Überdrucks an der zweiten Anschlussstelle eben diesen Überdruck ausgleichen, damit Schäden an den Komponenten des Leckagediagnosesystems verhindert werden können.
Vorteilhafterwiese ist dabei das Sicherheitsventil beispielsweise an seinem ersten Ende mit der zweiten Anschlussstelle verbunden und an seinem zweiten Ende zur Umgebung hin offen. Dadurch kann das Sicherheitsventil einen zu großen Überdruck an der zweiten Anschlussstelle, insbesondere in dem Tank, unmittelbar mit einem Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) ausgleichen. Alternativ dazu kann das Sicherheitsventil an seinem ersten Ende mit der ersten Anschlussstelle verbunden und an seinem zweiten Ende zur Umgebung hin offen sein. Dadurch kann das Sicherheitsventil, in dem Fall, dass die erste Anschlussstelle an dem Tank angeschlossen ist, einen zu großen Unterdruck an der ersten Anschlussstelle, insbesondere in dem Tank, unmittelbar mit dem Umgebungsdruck ausgleichen.
Vorzugsweise ist das Sicherheitsventil parallel zur Membranpumpe und/oder parallel zum Belüftungsventil mit der ersten Anschlussstelle und mit der zweiten Anschlussstelle verbunden. Dadurch kann das Sicherheitsventil beim Vorliegen einer zu großen Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle ermöglichen, um die vorgenannte Druckdifferenz auszugleichen.
Vorteilhafterweise ist das Sicherheitsventil dazu ausgebildet, bei einer ersten vorbestimmten Druckdifferenz als Öffnungsdruck zu öffnen und bei einer zweiten vorbestimmten Druckdifferenz als Schließdruck zu schließen. Dabei sind der Öffnungsdruck und der Schließdruck voneinander verschieden.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Schließdruck geringer als der Öffnungsdruck ist. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass sich das Sicherheitsventil ständig öffnet und schließt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sicherheitsventil insbesondere ein federbelastetes Rückschlagventil. Dadurch kann das Sicherheitsventil kostengünstig und einfach hergestellt werden sowie eine kompakte Baugröße des Leckagediagnosesystems bereitgestellt werden.
Die Auswerteeinheit ist bevorzugt dazu eingerichtet, den Druck aus elektrischen Signalen der Membranpumpe zu ermitteln. Bevorzugt wird dabei der Druck, insbesondere der Druckverlauf, aus einem von der Pumpe aufgenommenen beziehungsweise verbrauchten Stromwert und/oder eine verbrauchte Leistung bei bekannter Nennspannung der Membranpumpe beziehungsweise deren zeitlichen Verläufe ermittelt. Bei bekannter Fluid-Förderleitung der Membranpumpe kann somit aus der ermittelten Leistung der Membranpumpe der eingestellte Druck ermittelt werden.
Alternativ kann eine Tabelle mit experimentell ermittelten Stromwerten, insbesondere Stromverläufen, bei verschiedenen Drücken, insbesondere Druckverläufen, eines an die erste Anschlussstelle oder zweite Anschlussstelle angeschlossenen Tanks hinterlegt sein. Aus dem Vergleich des durch die Auswerteeinheit ermittelten Stromwerts, insbesondere eines Stromverlaufs, mit einer solchen hinterlegten Tabelle, kann der Druck, insbesondere der Druckverlauf, des Fluides in einem an die erste oder die zweite Anschlussstelle angeschlossenen Tank ermittelt werden.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren für eine Funktionsdiagnose eines Leckagediagnosesystems für einen Tank eines Fahrzeugs, wobei das Leckagediagnosesystem zumindest eine erste Anschlussstelle und eine zweite Anschlussstelle, eine Membranpumpe und ein Belüftungsventil aufweist. Die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle sind dazu ausgebildet, an dem Tank angeschlossen zu sein oder zur Umgebung hin offen zu sein. Die Membranpumpe ist zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeordnet, mit beiden Anschlussstellen fluidverbunden und zur Fluidförderung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle ausgebildet. Das Belüftungsventil ist parallel zur Membranpumpe zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und ist dazu ausgebildet, zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung geschaltet zu werden. In der ersten Stellung ermöglicht das Belüftungsventil eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle. Hierdurch wird ein Fluidfluss in beide Richtungen durch das Belüftungsventil möglich. In der zweiten Stellung verhindert das Belüftungsventil einen Fluidfluss zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle. Das Verfahren zur Funktionsdiagnose weist die folgenden Schritte auf. Einen ersten Diagnoseschritt, in dem das Belüftungsventil in die zweite Stellung geschaltet wird. Einen zweiten Diagnoseschritt, in dem die Membranpumpe betrieben wird. Dabei wird die Membranpumpe insbesondere pulsierend betrieben. Durch den Betrieb der Membranpumpe wird ein Überdruck oder ein Unterdruck, insbesondere pulsierend, in dem an der ersten Anschlussstelle oder an der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tank erzeugt. Einen dritten Diagnoseschritt, in dem mittels zumindest eines Drucksensors der durch die Membranpumpe erzeugte Druck erfasst wird. Einen vierten Diagnoseschritt, in dem mittels zumindest eines zum Betreiben der Membranpumpe erzeugten elektrischen Signals und mittels des erfassten Drucks das Vorliegen einer Funktionsstörung der Membranpumpe ermittelt wird. Hierdurch kann eine Eigendiagnose des Leckagediagnosesystems durchgeführt werden.
Bevorzugt weist das Verfahren einen fünften Diagnoseschritt, in dem ein durch das Schalten des Belüftungsventils erzeugtes elektrisches Signal des Belüftungsventils erfasst wird, und einen sechsten Diagnoseschritt auf, in dem mittels des erzeugten elektrischen Signals des Belüftungsventils das Vorliegen einer Funktionsstörung des Belüftungsventils ermittelt wird. Dadurch kann auch eine Eigendiagnose zur Ermittlung einer Funktionsstörung des Belüftungsventils des Leckagediagnosesystems durchgeführt werden.
Mittels des Leckagediagnosesystems kann außerdem ein Verfahren zur Leckagediagnose für einen Tank, insbesondere einen Kraftstofftank, eines Fahrzeugs durchgeführt werden. Hierbei umfasst das Leckagediagnosesystem zumindest eine erste Anschlussstelle und eine zweite Anschlussstelle, eine Membranpumpe und ein Belüftungsventil. Die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle sind dazu ausgebildet, an einem Tank angeschlossen zu sein oder zur Umgebung hin offen zu sein. Die Membranpumpe ist zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeordnet, mit beiden Anschlussstellen fluidverbunden und zur Fluidförderung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle ausgebildet. Das Belüftungsventil ist parallel zur Membranpumpe zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und ist dazu ausgebildet, zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung geschaltet zu werden. In der ersten Stellung ermöglicht das Belüftungsventil eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle. Hierdurch wird ein Fluidfluss in beide Richtungen durch das Belüftungsventil möglich. In der zweiten Stellung verhindert das Belüftungsventil einen Fluidfluss zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle. Das Verfahren zur Leckagediagnose wird wie folgt durchgeführt. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Belüftungsventil in die zweite Stellung geschaltet. Hierdurch wird ein Fluidfluss durch das Belüftungsventil von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle verhindert. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Membranpumpe betrieben, um einen Überdruck oder einen Unterdruck in einem an der ersten Anschlussstelle oder zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tank zu erzeugen. In einem dritten Verfahrensschritt wird ein Druck, insbesondere ein Druckverlauf, im angeschlossenen Tank ermittelt, um auf das Vorliegen einer Leckage im Tank rückzuschließen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, welches einen Tank und das Leckagediagnosesystem gemäß den vorherigen bevorzugten Ausführungen aufweist, wobei der Tank mit der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle des Leckagediagnosesystems fluidverbunden ist.
Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein.
Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Prozessor wie etwa CPU/GPU/FPGA aufweisen oder sein. Insbesondere kann die Auswerteeinheit ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Auswerteeinheit einen Sendeempfänger aufweisen, mittels welchem Befehle für einen Betrieb und/oder ermittelte Ergebnisse der Auswerteeinheit drahtlos übertragen werden können.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Betreiben eines Leckagediagnosesystems. Dabei kann das Leckagediagnosesystem gemäß einem der vorstehenden bevorzugten Ausführungen eingesetzt werden. Das Verfahren zum Betreiben des Leckagediagnosesystems weist die vorstehenden Verfahrensschritte auf. Beispielsweise können dabei das Verfahren für die Leckagediagnose, das Verfahren für die Funktionsdiagnose und/oder das Verfahren zum Erwärmen des Leckagediagnosesystem beliebig miteinander kombiniert werden. Beispielsweise kann dabei zuerst das Verfahren zum Erwärmen, dann das Verfahren zur Leckagediagnose und dann das Verfahren für die Funktionsdiagnose durchgeführt werden.
Hierdurch kann insbesondere ein Ergebnis des Verfahrens zur Leckagediagnose durch das Verfahren für die Funktionsdiagnose überprüft werden. Alternativ kann beispielsweise das Verfahren für die Funktionsdiagnose vor dem Verfahren zur Leckagediagnose durchgeführt werden, um sicherzustellen, dass das nachfolgende Ergebnis der Leckagediagnose zuverlässig und präzise ist. Wird bei dem Verfahren für die Funktionsdiagnose eine Fehlfunktion des Leckagediagnosesystems festgestellt, kann beispielsweise das Verfahren zum Erwärmen desselben durchgeführt werden, und die Funktionsdiagnose wiederholt werden, um eine temperaturabhängige Fehlfunktion auszuschließen.
Das Leckagediagnosesystem aller vorstehenden bevorzugten Ausführungen ist dazu eingerichtet, die vorgenannten Verfahren aller vorstehenden bevorzugten Ausführungen, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, selektiv durchzuführen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:

1 eine Skizze eines Fahrzeuges mit einem Leckagediagnosesystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine Skizze des Leckagediagnosesystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 eine Skizze zur Erläuterung eines beispielhaften Aufbaus einer Membranpumpe des Leckagediagnosesystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
4 ein Blockschaltdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben des Leckagediagnosesystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

1 zeigt eine Skizze eines Fahrzeuges 2 mit einem Tank 3 für Kraftstoff und einem Leckagediagnosesystem 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 1 weist auf eine Umgebung 1 hin, wobei die Umgebung 1 Luft (Atmosphäre) ist.
Das Leckagediagnosesystem 4 kann fest in dem Fahrzeug 2 verbaut sein. Alternativ kann das Leckagediagnosesystem 4 aus dem Fahrzeug 2 zerstörungsfrei entnehmbar sein, wobei auch eine oder mehrere Verbindungen mit dem Tank 3 zerstörungsfrei lösbar sind.
Zunächst wird ein beispielhafter Aufbau sowie die Funktionsweise des Leckagediagnosesystems 4 anhand der 2 und 3 erläutert. Das Verfahren zur Leckagediagnose wird anhand der 4 erläutert.
Dabei zeigt 2 eine Skizze des Leckagediagnosesystems 4 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Leckagediagnosesystem 4 umfasst eine erste Anschlussstelle 5 und eine zweite Anschlussstelle 6 sowie eine Membranpumpe 7. Die Membranpumpe 7 ist zur Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6 eingerichtet.
Die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 sind jeweils eingerichtet, an dem Tank 3 angeschlossen zu sein oder zu der Umgebung 1 (Atmosphärenluft) offen zu sein. Welche Anschlussstelle 5, 6 an den Tank 3 angeschlossen ist, hängt davon ab, ob die Leckagediagnose mittels eines Unterdrucks oder eines Überdrucks in dem Tank 3 durchgeführt wird. Wird die zweite Anschlussstelle 6 an dem Tank 3 angeschlossen, so bewirkt die Fluidförderung der Membranpumpe 7 einen Überdruck in dem Tank 3. Wird andererseits die erste Anschlussstelle 5 an dem Tank 3 angeschlossen, so bewirkt die Fluidförderung der Membranpumpe 7 einen Unterdruck in dem Tank 3.
Die Membranpumpe 7 weist einen Elektromotor 12 auf oder ist durch einen Elektromotor 12 antreibbar. Außerdem ist ein erstes Pumpenventil 10 und ein zweites Pumpenventil 11 vorgesehen. Das erste Pumpenventil 10 und das zweite Pumpventil 11 sind in Reihe mit und zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 angeordnet und als Rückschlagventile ausgebildet. Somit bewirken die Pumpventile 10, 11, dass der Fluidfluss der Membranpumpe 7 wie folgt in eine vorbestimmten Richtung erfolgt.
Während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe 7 besteht eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe 7 und der ersten Anschlussstelle 5, aber nicht zwischen der Membranpumpe 7 und der zweiten Anschlussstelle 6. In einem Kompressionsvorgang der Membranpumpe 7 besteht eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe 7 und der zweiten Anschlussstelle 6, aber nicht zwischen der Membranpumpe 7 und der ersten Anschlussstelle 5. Dadurch wird eine Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6 mittels der Membranpumpe 7 über die Pumpenventile 10, 11 erzeugt.
3 zeigt eine Skizze zur Erläuterung weiterer Details eines beispielhaften Aufbaus der Membranpumpe 7 des Leckagediagnosesystems 4 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Elektromotor 12 ist mit einem Exzenter 13 verbunden. Der Exzenter 13 ist wiederrum mit einem Pleuel 14 verbunden. Durch den Exzenter 13 wird eine rotatorische Kraft des Elektromotors 12 in eine lineare Kraft umgewandelt, welche mittels des Pleuels 14 auf eine Membran 15 der Membranpumpe 7 übertragen wird. Dadurch bewirkt eine Rotation des Elektromotors 12, genauer einer nicht dargestellten Welle des Elektromotors 12, eine Hubbewegung der Membran 15 und damit einen Kompressionsvorgang oder einen Ansaugvorgang der Membranpumpe 7. Grundsätzlich führt eine durch den Elektromagneten 8d bewirkte Hubbewegung der Membran 15 zu einem Überdruck (Kompressionsvorgang) oder zu einem Unterdruck (Ansaugvorgang).
Das Leckagediagnosesystem 4 wie in 2 gezeigt umfasst außerdem ein Belüftungsventil 8. Das Belüftungsventil 8 ist parallel zur Membranpumpe 7 zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 angeschlossen und weist zwei Stellungen 8a, 8b auf.
In der ersten Stellung 8a ist das Belüftungsventil 8 geöffnet, sodass die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 miteinander fluidverbunden sind. Dadurch können Fluide, insbesondere Luft, in beiden Richtung zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 durch das Belüftungsventil 8 strömen. In der zweiten Stellung 8b ist das Belüftungsventil 8 geschlossen, sodass ein Fluidfluss von der zweiten Anschlussstelle 6 durch das Belüftungsventil 8 hindurch zur ersten Anschlussstelle 5 verhindert wird. Das Belüftungsventil 8 ist hierbei insbesondere zwischen den beiden Stellungen kontinuierlich schaltbar, sodass Fluidflüsse auch nur teilweise verhindert, also gedrosselt, werden können.
Hierfür weist das Belüftungsventil 8 einen Elektromagneten 8d und eine Feder 8c auf. Die Feder 8c ist hierbei derart ausgestaltet und angeordnet, dass sie gegen eine durch den Elektromagneten 8d erzeugbare Kraft wirkt. Mit anderen Worten komprimiert eine ausreichend hohe erzeugte Kraft des Elektromagneten 8d die Feder 8c, wodurch das Belüftungsventil 8 zwischen den beiden Stellungen 8a, 8b umgeschaltet werden kann. In einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten 8d ist das Belüftungsventil 8 in der ersten Stellung 8a. 2 zeigt einen bestromten Zustand des Elektromagneten 8d und damit das Belüftungsventil 8 in der zweiten Stellung 8b.
Dadurch, dass der Elektromagnet 8d nur unter Bestromung die Federkraft der Feder 8c überwinden und dadurch das Belüftungsventil 8 in die zweite Stellung 8b umschalten kann, wird gewährleistet, dass im Falle eines Funktionsfehlers des Belüftungsventils 8 eben dieses in der ersten Stellung 8a bleibt, sodass eine Belüftung des Tanks 3 gewährleistet werden kann.
Das Leckagediagnosesystem 4 umfasst außerdem eine Auswerteeinheit 9. Die Auswerteeinheit 9 ist mit einem Elektromotor 12 der Membranpumpe 7 und mit dem Elektromagneten 8d des Belüftungsventils 8 verbunden. Die Auswerteeinheit 9 ist dabei eingerichtet, die Membranpumpe 7 mittels des Elektromotors 12 und das Belüftungsventil 8 mittels des Elektromagneten 8d zu steuern.
Die Auswerteeinheit 9 ist außerdem mit einem ersten Drucksensor 16, welcher einen Druck an der ersten Anschlussstelle 5 erfasst, und mit einem zweiten Drucksensor 17 verbunden, welcher einen Druck an der zweiten Anschlussstelle 6 erfasst.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder beiden Drucksensoren 16, 17 kann die Auswerteeinheit 9 den Druck aus elektrischen Signalen, insbesondere aus einer Stromaufnahme, der Membranpumpe 7 ermitteln. Dabei korreliert, insbesondere bei gegebener Nennspannung, die Stromaufnahme mit einer Leistung der Membranpumpe 7, aus welcher ein durch die Membranpumpe 7 erzeugter Druck ermittelt werden kann.
Das Leckagediagnosesystem 4 umfasst außerdem ein Sicherheitsventil 18. Das Sicherheitsventil 18, welches hierbei beispielsweise ein federbelastetes Rückschlagventil ist, ist - parallel zur Membranpumpe 7 und zum Belüftungsventil 8 - mit der ersten Anschlussstelle 5 und mit der zweiten Anschlussstelle 6 verbunden. Dadurch wird ein möglicher, zu großer Überdruck oder Unterdruck in dem Tank 3 durch ein Öffnen des Sicherheitsventils 18 mit einem Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) ausgeglichen.
Ein Öffnungsdruck ist als eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 definiert, welche zum Öffnen des Sicherheitsventils 18 führt. Ein Schließdruck ist als eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 definiert, welche zum Schließen des Sicherheitsventils 18 führt. Der Öffnungsdruck und der Schließdruck sind hierbei voneinander verschieden.
Dabei ist eine Wirkfläche eines Dichtelements 18a des Sicherheitsventils 18 derart ausgestaltet, dass der Schließdruck geringer als der Öffnungsdruck ist. Dies wird beispielsweise durch ein kegelförmiges Dichtelement 18a erreicht. Hierbei wirkt ein Druck des Fluides auf das Dichtelement 18a, um es beim Erreichen des Öffnungsdrucks von einem Ventilsitz (nicht dargestellt) anzuheben. Der Öffnungsdruck - und damit der Schließdruck - werden durch eine Federkraft einer Rückschlagfeder 18b eingestellt. Sobald das Dichtelement 18a von dem Ventilsitz angehoben ist, vergrößert sich die Wirkfläche, sodass eine durch den Fluiddruck auf die Rückschlagfeder 18b des Sicherheitsventils 18 wirkende Kraft steigt. Dadurch liegt der Schließdruck, also die Druckdifferenz, bei welcher das Sicherheitsventil 18 wieder schließt, unterhalb des Öffnungsdrucks.
Dadurch, dass der Schließdruck des Sicherheitsventils 18 unterhalb des Öffnungsdrucks des Sicherheitsventils 18 liegt, kann ein ständiges Öffnen und Schließen des Sicherheitsventils 18 verhindert werden, sollte eine Fehlerquelle, welche zu dem zu großen Überdruck/Unterdruck geführt hat, nicht beseitigt sein. Je weiter der für die Leckagediagnose verwendete Differenzdruck zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 unterhalb eines für den Tank 3 zulässigen Druckes liegt, desto besser sind der Tank 3 und das Leckagediagnosesystem 4 vor einer Überlastung geschützt.
Beim Öffnen des Sicherheitsventils 18 sind die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 miteinander fluidverbunden.
Das Sicherheitsventil 18 kann außerdem mit der Auswerteeinheit 9 verbunden sein, wobei die Auswerteeinheit 9 Zeitpunkte, oder Dauern, des Öffnens und/oder Schließens des Sicherheitsventils 18 empfangen und verarbeiten kann. Dabei kann beispielsweise ein vorbekannter Öffnungsdruck des Sicherheitsventils 18 mit einem zum Zeitpunkt des Öffnens des Sicherheitsventils 18 erfassten oder ermittelten Druck im Tank 3 abgeglichen werden, um eine mögliche Fehlfunktion der Membranpumpe 7 und/oder eines Drucksensors 16, 17 zu ermitteln.
Nachfolgend wird ein Betrieb des Leckagediagnosesystems 4 anhand der 4 erläutert. Dabei zeigt 4 ein Blockschaltdiagramm eines Verfahrens zum Erwärmen des Leckagediagnosesystems 4 (Schritt S0), eines Verfahrens für eine Leckagediagnose (Schritte S1 - S3) und eines Verfahrens für eine Funktionsdiagnose (Schritte S5 - S9) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Bei dem Erwärmungsschritt S0 werden der Membranpumpe 7 und/oder dem Belüftungsventil 8 elektrische Signale zugeführt, welche von den elektrischen Signalen zum regelmäßigen Betrieb dieser verschieden sind. Im speziellen sind die elektrische Signale zum Erwärmen hochfrequente Signale, insbesondere Bestromungen, welche die folgenden Auswirkungen haben.
Im Falle, dass die Membranpumpe 7 erwärmt wird, sind die elektrischen Signale, insbesondere die Amplituden dieser, derart ausgestaltet, dass die Membranpumpe 7 durch die elektrischen Signale keinen Hub ausführt. Mit anderen Worten wird dabei die Membran 15 nicht oder nur in kleinem Umfang ausgelenkt, sodass die Membran 15 keinen Druck (Kompression oder Ansaugung) erzeugt.
Im Falle, dass das Belüftungsventil 8 erwärmt wird, sind die elektrischen Signale, insbesondere die Amplituden dieser, derart ausgestaltet, dass das Belüftungsventil 8 nicht oder nicht vollständig zwischen der ersten Stellung 8a und der zweiten Stellung 8b umgeschaltet wird.
Stattdessen erzeugen die vorgenannten elektrischen Signale Wärme in den elektrischen Leitungen, insbesondere in Spulen, der Membranpumpe 7 und/oder in dem Belüftungsventil 8, beispielsweise in dem Elektromagneten 8d des Belüftungsventils 8.
Der Schritt S0 kann für eine vorbestimmte Zeit bis zum Erreichen einer vorbestimmten Temperatur durchgeführt werden. Das Leckagediagnosesystem 4 kann außerdem zumindest einen Temperatursensor (nicht dargestellt) aufweisen, womit die Erwärmung der Membranpumpe 7 und/oder des Belüftungsventils 8, insbesondere des gesamten Leckagediagnosesystems 4, geregelt werden kann.
Nachdem eine vorbestimmte Temperatur eingestellt wurde, kann das Leckagediagnoseverfahren gemäß den Schritten S1 - S3 durchgeführt werden.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 für die Leckagediagnose wird das Belüftungsventil 8 in die zweite Stellung 8b geschaltet. Hierdurch wird ein Fluidfluss durch das Belüftungsventil 8 hindurch von der zweiten Anschlussstelle 6 zur ersten Anschlussstelle 5 verhindert.
In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird die Membranpumpe 7 betrieben, um einen Überdruck oder einen Unterdruck in einem an der ersten Anschlussstelle 5 oder an der zweiten Anschlussstelle 6 angeschlossenen Tank 3 zu erzeugen. Wie bereits erläutert, fördert die Membranpumpe 7 dabei Fluid von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird ein Druck, insbesondere ein Druckverlauf, im angeschlossenen Tank 3 ermittelt, um auf das Vorliegen einer Leckage im Tank 3 rückzuschließen. Hierbei kann, wie vorstehend erläutert, der Druck mittels der Drucksensoren 16, 17 erfasst werden und/oder mittels der elektrischen Signale der Membranpumpe 7.
Zwischen den Schritten S2 und S3 kann die Membranpumpe 7 insbesondere ausgeschaltet werden, da die Pumpenventile 10, 11 sowie das geschlossene Belüftungsventil 8 einen Druckausgleich zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 verhindern. Wird währenddessen ein abfallender Druck (durch die Membranpumpe 7 bewirkter Überdruck im Tank 3) mittels der Drucksensoren 16, 17 erfasst, kann mittels dieser Erfassung auf eine Leckage im Tank 3 zurückgeschlossen werden. Hierfür kann beispielsweise ein zeitlicher Druckverlauf des Drucks durch die Drucksensoren 16, 17 aufgezeichnet und durch die Auswerteeinheit 9 ausgewertet werden.
Alternativ kann auch eine einmalige Druckerfassung erfolgen. Hierbei wird angenommen, dass die Membranpumpe 7 (nach einer vorbestimmten Pumpzeit) einen vorbestimmten Druck im Tank 3 hergestellt hat. Dann kann nach einer vorbestimmten Wartezeit der Druck in dem Tank 3 durch zumindest einen der Drucksensoren 16, 17 erfasst werden. Weicht der erfasste Druck von dem durch die Membranpumpe 7 hergestellte, vorbestimmte Druck ab, so kann auf eine Leckage im Tank 3 zurückgeschlossen werden. Hierbei kann die Abweichung zwischen dem erfassten und dem zu erwartenden Druck insbesondere mit experimentell bestimmten Werten verglichen werden, um auf das Vorhandensein und einer Größe der Leckage zurückzuschließen. Beispielsweise kann dabei bestimmt werden, dass eine Leckage erst dann vorhanden ist, wenn die Abweichung in einem vorbestimmten Zeitraum über einem vorbestimmten Schwellwert ist, um beispielsweise Fehlertoleranzen oder Undichtigkeiten in dem Leckagediagnosesystem 4 zu berücksichtigen.
Bei der Verwendung der elektrischen Signale der Membranpumpe 7 zur Ermittlung des durch die Membranpumpe 7 erzeugten Drucks kann beispielsweise die Membranpumpe 7 zwischen den Schritten S2, S3 konstant betrieben werden. Ist in dem Tank 3 eine Leckage vorhanden, so steigt die Stromaufnahme der Membranpumpe 7 zur Erzeugung des vorbestimmten Drucks. Hierbei kann wiederrum eine zu erwartende Stromaufnahme der Membranpumpe 7 mit einem experimentell bestimmbaren Sollwert verglichen werden, sodass auf das Vorliegen einer Leckage zurückgeschlossen werden. Mittels einer ermittelten Fluidförderleistung der Membranpumpe 7 kann außerdem auf eine Größe der Leckage zurückgeschlossen werden.
Nach der Ermittlung eines Vorhandenseins einer möglichen Leckage und ihrer Größe, kann ein Diagnoseverfahren durchgeführt werden, mit welchem gemäß den Schritten S4 - S9 eine Funktionsdiagnose des Leckagediagnosesystems 4 erfolgt. Dies kann insbesondere dafür verwendet werden, um ein falsches Ergebnis des Leckagediagnoseverfahrens auszuschließen.
In einem ersten Diagnoseschritt S4 wird das Belüftungsventil 8 in die zweite Stellung 8b geschaltet, falls es in der ersten Stellung 8a ist.
In einem zweiten Diagnoseschritt S5 wird die Membranpumpe 7 pulsierend betrieben, um einen pulsierenden Überdruck oder Unterdruck in dem Tank 3 zu erzeugen. Hierbei wird die Membranpumpe 7 derart angesteuert, dass sie einen vollen oder teilweisen Hub mehrfach hintereinander, also pulsierend, ausführt.
In einem dritten Diagnoseschritt S6 wird mittels der Drucksensoren 16, 17 der durch die Membranpumpe 7 erzeugte Druck erfasst. Hierbei kann auch nur Drucksensor 16, 17 verwendet werden, welcher mittels der ersten Anschlussstelle 5 oder der zweiten Anschlussstelle 6 mit dem Tank 3 verbunden ist.
In einem vierten Diagnoseschritt S7 wird mittels des zum Betreiben der Membranpumpe 7 im Schritt S5 verwendete elektrische Signal und mittels des erfassten Drucks auf das Vorliegen einer Funktionsstörung der Membranpumpe 7 zurückgeschlossen. Mit anderen Worten wird der durch die pulsierende Membranpumpe 7 angesteuerte Soll-Druck mit dem erfassten Ist-Druck verglichen. Dabei kann insbesondere eine Differenz zwischen dem Soll-Druck und dem Ist-Druck ermittelt werden. Liegt diese Differenz über einem vorbestimmten Schwellwert, kann auf eine Funktionsstörung der Membranpumpe 7 zurückgeschlossen werden.
Dabei ist bekannt, welcher angesteuerte Hub der Membranpumpe 7 in einem störungsfreien Zustand dieser zu welchem Druck führt, sodass aus den Ansteuersignalen für die Membranpumpe 7 der Soll-Druck bestimmt werden kann oder bekannt ist.
Die Erfassung des Drucks in dem Diagnoseschritt S6 wird insbesondere zeitlich aufgelöst durchgeführt, sodass die erzeugte Pulsation des Drucks mit dem angesteuerten pulsierenden Hub der Membranpumpe 7 verglichen werden kann. Dabei wird insbesondere pro Puls nur ein Fluid-Volumenelement betrachtet, wodurch die Funktionsdiagnose besonders präzise ist.
Die Funktionsdiagnose kann nach dem Diagnoseschritt S7 abgebrochen werden, falls lediglich eine Funktionsdiagnose der Membranpumpe 7 erfolgen soll.
Alternativ kann zusätzlich eine Funktionsdiagnose des Belüftungsventils 8 wie folgt durchgeführt werden.
In einem weiteren fünften Diagnoseschritt S8 wird ein durch das Schalten des Belüftungsventils 8 erzeugtes elektrisches Signal des Belüftungsventils 8 erfasst. Dies kann insbesondere eine Gegeninduktion des Belüftungsventils 8 beziehungsweise des Elektromagneten 8d des Belüftungsventils 8 sein.
In einem sechsten Diagnoseschritt S9 wird dann mittels des erzeugten elektrischen Signals des Belüftungsventils 8, beispielsweise der vorgenannten Gegeninduktion, das Vorliegen einer Funktionsstörung des Belüftungsventils 8 ermittelt.
Hierbei kann das erzeugte elektrische Signal (Ist-Signal), speziell die Gegeninduktion, mit gespeicherten Soll-Werten verglichen werden, insbesondere eine Differenz zwischen diesen gebildet werden. Falls beispielsweise das Belüftungsventil 8 klemmt und nicht (vollständig) zwischen der ersten Stellung 8a und der zweiten Stellung 8b umgeschaltet werden kann, steigt die Gegeninduktion des Elektromagneten 8d. Bei dem Vergleich mit den gespeicherten Soll-Werten kann dadurch eine Funktionsstörung des Belüftungsventils 8 ermittelt werden.
Der Schritt S0, zusammen die Schritte S1 - S3, zusammen die Schritte S4 - S7 und zusammen die Schritte S8, S9 bilden eigenständige Teil-Verfahren, welche in beliebiger Reihenfolge und mit beliebigen Wiederholungen durchgeführt werden können. Beispielsweise kann der Schritt S0 auch nach den Schritten S1 - S9 durchgeführt werden, oder zwischen den Schritten S1 - S3 und S4 - S9.
Des Weiteren ist hierbei anzumerken, dass der Erwärmungsschritt S0 für die Membranpumpe 7 und/oder das Belüftungsventil 8 durchgeführt werden kann. Dies kann ebenfalls selektiv zusammen mit den weiteren Schritten S1 - S9 durchgeführt werden. Beispielsweise kann nur eine Erwärmung S0 der Membranpumpe 7, die Leckagediagnose S1 - S3 und die Funktionsdiagnose S4 - S7 durchgeführt werden. Alternativ kann nur eine Erwärmung S0 des Belüftungsventils 8, die Leckagediagnose S1 - S3 und die Funktionsdiagnose für das Belüftungsventil 8 gemäß den Diagnoseschritten S8, S9 durchgeführt werden.
Die vorgenannten Schritte S0 - S9 werden insbesondere durch die Auswerteeinheit 9 durchgeführt. Hierfür kann die Auswerteeinheit 9 eine CPU/GPU/FPGA aufweisen oder sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Motorsteuergerät (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 2 als die vorgenannte Auswerteeinheit 9 ausgebildet sein.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den 1 bis 4 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste

1: Umgebung
2: Fahrzeug
3: Tank
4: Leckagediagnosesystem
5: erste Anschlussstelle
6: zweite Anschlussstelle
7: Membranpumpe
8: Belüftungsventil
8a: erste Stellung
8b: zweite Stellung
8c: Feder
8d: Elektromagnet
9: Auswerteeinheit
10: erstes Pumpenventil
11: zweites Pumpenventil
12: Elektromotor
13: Exzenter
14: Pleuel
15: Membran
16: erster Drucksensor
17: zweiter Drucksensor
18: Sicherheitsventil
18a: Dichtelement
18b: Rückschlagfeder
S0: Erwärmungsschritt
S1: erster Schritt
S2: zweiter Schritt
S3: dritter Schritt
S4: erster Diagnoseschritt
S5: zweiter Diagnoseschritt
S6: dritter Diagnoseschritt
S7: vierter Diagnoseschritt
S8: fünfter Diagnoseschritt
S9: sechster Diagnoseschritt

Claims

Leckagediagnosesystem (4) für einen Tank (3) eines Fahrzeugs (2), umfassend • zumindest eine erste Anschlussstelle (5) und eine zweite Anschlussstelle (6), die jeweils dazu ausgebildet sind, an den Tank (3) angeschlossen zu sein, oder zu einer Umgebung (1) hin offen zu sein, • zumindest eine Membranpumpe (7), die zur Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle (5) zur zweiten Anschlussstelle (6) ausgebildet ist, • zumindest ein Belüftungsventil (8), das parallel zur Membranpumpe (7) zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, in eine erste Stellung (8a), in der die erste Anschlussstelle (5) und die zweite Anschlussstelle (6) fluidverbunden sind, und in eine zweite Stellung (8b), die einen Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle (6) zur ersten Anschlussstelle (5) verhindert, geschaltet zu werden, und • zumindest eine Auswerteeinheit (9), die ausgebildet ist, die Membranpumpe (7) zu betreiben, das Belüftungsventil (8) in die zweite Stellung (8b) zu schalten und einen Druck, insbesondere einen Druckverlauf, in einem an die erste Anschlussstelle (5) oder zweite Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu ermitteln, um aus dem Druck, insbesondere dem Druckverlauf, auf das Vorliegen einer Leckage im Tank (3) rückzuschließen, wobei • die zumindest eine Auswerteeinheit (9) dazu eingerichtet ist, elektrische Signale, insbesondere eine Stromaufnahme, der Membranpumpe (7) zu erfassen, einen durch die Membranpumpe (7) erzeugten Druck, insbesondere mittels zumindest eines Drucksensors (16, 17), zu erfassen und mittels der elektrischen Signale und des erfassten Drucks das Vorliegen einer Funktionsstörung der Membranpumpe (7) zu ermitteln.
Leckagediagnosesystem (4) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Pumpenventil (10) zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der Membranpumpe (7) und ein zweites Pumpenventil (11) zwischen der zweiten Anschlussstelle (6) und der Membranpumpe (7) mit der Membranpumpe (7) in Reihe angeordnet sind, und das erste Pumpenventil (10) und das zweite Pumpenventil (11) so ausgebildet sind, dass während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe (7) eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe (7) und der ersten Anschlussstelle (5) aber nicht der zweiten Anschlussstelle (6) besteht und in einem Kompressionsvorgang der Membranpumpe (7) eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe (7) und der zweiten Anschlussstelle (6) aber nicht der ersten Anschlussstelle (5) besteht.
Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Drucksensor (16, 17), der mit der ersten Anschlussstelle (5) oder der zweiten Anschlussstelle (6) fluidverbunden ist, um einen Druck in einem an die erste Anschlussstelle (5) oder die zweite Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu messen.
Leckagediagnosesystem (4) nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch zumindest einen mit der ersten Anschlussstelle (5) fluidverbundenen ersten Drucksensor (16) und einen mit der zweiten Anschlussstelle (6) fluidverbundenen zweiten Drucksensor (17), um einen Druck im Tank (3) und einen Druck in der Umgebung (1) zu messen.
Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest ein Sicherheitsventil (18), welches an der ersten Anschlussstelle (5) und/oder der zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossen ist, um in einer zumindest teilweise geöffneten Stellung eine Druckdifferenz zwischen einem an die erste Anschlussstelle (5) oder die zweite Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) und der Umgebung (1) zu verringern.
Fahrzeug (2) umfassend einen Tank (3) und das Leckagediagnosesystems (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Tank (3) mit der ersten Anschlussstelle (5) oder der zweiten Anschlussstelle (6) des Leckagediagnosesystems (4) fluidverbunden ist.
Verfahren für eine Funktionsdiagnose eines Leckagediagnosesystems (4) für einen Tank (3) eines Fahrzeugs (2), umfassend zumindest eine erste Anschlussstelle (5) und eine zweite Anschlussstelle (6), die jeweils dazu ausgebildet sind, an den Tank (3) angeschlossen zu werden oder zu einer Umgebung (1) hin offen zu sein, zumindest eine Membranpumpe (7), die zur Fluidförderung von der ersten Anschlussseite (5) zur zweiten Anschlussseite (6) ausgebildet ist, und zumindest ein Belüftungsventil (8), das parallel zur Membranpumpe (7) zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, in einer ersten Stellung (8a), in der die erste Anschlussstelle (5) und die zweite Anschlussstelle (6) fluidverbunden sind, und einer zweiten Stellung (8b), die einen Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle (6) zur ersten Anschlussstelle (5) verhindert, geschaltet zu werden, wobei das Verfahren aufweist: • einen ersten Diagnoseschritt (S4), in dem das Belüftungsventil (8) in die zweite Stellung (8b) geschaltet wird; • einen zweiten Diagnoseschritt (S5), in dem die Membranpumpe (7) betrieben wird, insbesondere pulsierend betrieben wird, um einen Überdruck oder einen Unterdruck in dem an der ersten Anschlussstelle (5) oder zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu erzeugen; • einen dritten Diagnoseschritt (S6), in dem, insbesondere mittels zumindest eines Drucksensors (16, 17), der durch die Membranpumpe (7) erzeugte Druck erfasst wird; und • einen vierten Diagnoseschritt (S7), in dem mittels zumindest eines zum Betreiben der Membranpumpe (7) erzeugten elektrischen Signals und mittels des erfassten Drucks das Vorliegen einer Funktionsstörung der Membranpumpe (7) ermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen fünften Diagnoseschritt (S8), in dem ein durch das Schalten des Belüftungsventils (8) erzeugtes elektrisches Signal des Belüftungsventils (8) erfasst wird, und einen sechsten Diagnoseschritt (S9), in dem mittels des erzeugten elektrischen Signals des Belüftungsventils (8) das Vorliegen einer Funktionsstörung des Belüftungsventils (8) ermittelt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Leckagediagnosesystems (4) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend die Verfahrensschritte der Verfahren gemäß den Ansprüchen 7 und/oder 8.