DE10243807A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behälters - Google Patents
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Abstract
Um bei einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behälters (10, 20, 30, 40, 50), insbesondere einer Tank- und Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, den Einfluß der Elastizität von Komponenten des Behälters (10, 20, 30, 40, 50), insbesondere eines Tanks 10, und/oder eines Ausgasens eines im Behälter (10, 20, 30, 40, 50) befindlichen flüssigen Fluids (11) bzw. eine Kondensation eines in dem Behälter (10, 20, 30, 40, 40, 50) befindlichen Gases oder Gasgemisches (12) auf einen Unter- oder Überdruck in dem Behälter (10, 20, 30, 40, 50) zu verringern, so daß unabhängig von ablaufenden physikalischen und/oder chemischen Prozessen eine Undichtigkeit des Behälters (10, 20, 30, 40, 50) mit großer Sicherheit erkennbar ist und deren Größe mit großer Genauigkeit ermittelbar ist, ist vorgesehen, daß ein Gasmassenstrom zum Erreichen eines konstanten Unter- bzw. Überdrucks in dem Behälter (10, 20, 30, 40, 50) geregelt wird, und falls sich ein im Mittel konstanter Gasmassenstrom einstellt, der größer als ein vorgebbarer Grenzwert ist, auf das Vorhandensein einer Undichtigkeit geschlossen wird. Aus einem den konstanten Gasmassenstrom charakterisierenden Signal wird die Größe der Undichtigkeit berechnet.
Description
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behälters gemäß den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7.
- Um Undichtigkeiten eines fluidgefüllten Behälters, beispielsweise einer Tankanlage eines Kraftfahrzeuges mit Brennkraftmaschine, zu erkennen, wird der Behälter mit einem Unter- oder Überdruck beaufschlagt. Falls eine Undichtigkeit vorhanden ist, strömt Fluid durch diese dem Behälter zu bzw. aus dem Behälter ab, wodurch der Unter- bzw. Überdruck abgebaut wird. Dieser Unter- bzw. Überdruckabbau dient als Maß für die Größe der Undichtigkeit.
- Beispielsweise wird bei der Tankanlage eines Kraftfahrzeugs mit Brennkraftmaschine durch einen Unterdruck in einem Saugrohr der Brennkraftmaschine ein Gemisch insbesondere aus Kraftstoffdampf und Luft aus der Tankanlage abgesaugt. Hierzu wird ein Tankentlüftungsventil zwischen dem Saugrohr und der Tankanlage geöffnet. Um zu verhindern, daß Frischluft in die Tankanlage nachströmen kann, wird eine Frischluftzuleitung der Tankanlage mit einem Absperrventil verschlossen. Das Tankentlüftungsventil wird daraufhin geschlossen, und der Unterdruck in der Tankanlage mit einem in der Tankanlage angeordneten Drucksensor erfaßt. Falls eine Undichtigkeit in der Tankanlage vorliegt, kann Umgebungsluft in die Tankanlage strömen, was zu einem Unterdruckabbau führt.
- Ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung einer Tankanlage eines Fahrzeuges ist aus der WO 01/59286 A1 bekannt. Bei diesem Verfahren wird der Unterdruck mittels einer Pumpe aufgebaut.
- Durch den Unter- bzw. Überdruck können sich elastische Komponenten der Tankanlage, insbesondere der Tank selbst, deformieren, wodurch sich der Unter- bzw. Überdruck in der Tankanlage abbaut. Dieser Vorgang, der auch als Kriechvorgang bezeichnet wird, findet bei einem Unter- bzw. Überdruckaufbau für jede Komponente nur einmal statt.
- Beim Aufbau des Unterdrucks geht ein Teil des in dem Behälter befindlichen Fluids, insbesondere eines Kraftstoffs, von der flüssigen in die gasförmige Phase über, um die abgesaugte Menge in der gasförmigen Phase auszugleichen (Ausgasen). Das Ausgasen führt ebenfalls zu einem Unterdruckabbau. Das Ausgasen nimmt mit zunehmender verdunsteter Fluidmenge, abhängig von einem Fluiddampfdruck und einem Partialdruck des gasförmigen Fluids bis zum Erreichen eines Druckgleichgewichts ab.
- Bei der Beaufschlagung des mit Fluid gefüllten Behälters mit dem Unter- bzw. Uberdruck wird dann das Ausgasen bzw. Kondensieren des in dem Behälter befindlichen Fluids und/oder das Deformieren von elastischen Komponenten des Behälters zu einem Abbau des Unter- bzw. Überdrucks führen, wodurch die Genauigkeit der Dichtigkeitsprüfung begrenzt wird.
- Der Erfindung liegt nun das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behälters, insbesondere einer Tank- und Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, anzugeben, bei dem bzw. bei der der Einfluß einer Elastizität von Komponenten des Behälters und/oder eines Ausgasens eines in dem Behälter befindlichen flüssigen Fluids bzw. eine Kondensation eines in dem Behälter befindlichen Gases oder Gasgemisches auf einen Unter- bzw. Überdruck in dem Behälter so verringert wird, daß unabhängig von ablaufenden physikalischen und/oder chemischen Prozessen eine Undichtigkeit des Behälters mit großer Sicherheit erkennbar ist und deren Größe mit großer Genauigkeit ermittelbar ist.
- Die Erfindung löst dieses Problem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 und 7. Vorteilhafte Ausgestaltungen des Erfindungsgegenstandes sind Gegenstand der Unteransprüche.
- Gemäß der Erfindung wird der Behälter mit einer Druckquelle mit einem vorgegebenen konstanten Unter- oder Überdruck beaufschlagt. Die Druckquelle wird hierbei geregelt angesteuert, so daß sich bei einer Undichtigkeit ein im Mittel konstanter Luftmassenstrom durch die Undichtigkeit einstellt. Um den Unter- bzw. Überdruck konstant zu halten, wird hierbei die Druckquelle mit einer im Mittel konstanten Stellgröße beaufschlagt. Aus dieser Stellgröße ist die Größe der Undichtigkeit berechenbar.
- Das erfindungsgemäße Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Behälters, insbesondere einer Tank- und Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, bei dem jede Zu- bzw. Abfuhr zum Behälter abgesperrt, der Behälter mit einem vorgebbaren Unter- oder Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck beaufschlagt und der Unter- bzw. Überdruck und ein erstes Signal, das einen hierzu erforderlichen Gasmassenstrom, insbesondere einen Luftmassenstrom, charakterisiert, erfaßt werden, sieht vor, daß der Gasmassenstrom zum Erreichen eines konstanten Unter- bzw. Überdrucks geregelt wird, und falls sich ein im Mittel konstanter Gasmassenstrom einstellt, der größer als ein vorgebbarer Grenzwert ist, auf eine Undichtigkeit geschlossen wird. Von Vorteil ist hier, daß sich nur bei einer Undichtigkeit ein konstanter Gasmassenstrom einstellt, da der Gasmassenstrom zum Halten des Unter- bzw. Überdrucks ständig nachgeregelt werden muß. Der Unterdruckabbau durch das Ausgasen und/oder ein Deformieren, insbesondere ein Zusammenziehen von elastischen Komponenten des Behälters, insbesondere des Tanks, bzw. der Überdruckabbau durch die Kondensation des Gases bzw. Gasgemisches und/oder ein Ausdehnen der elastischen Komponenten des Behälters nimmt im zeitlichen Verlauf ab. Um einen geringen Druckabbau durch leichtes Ausgasen bzw. leichte Kondensation nicht fälschlicherweise als Undichtigkeit zu diagnostizieren, ist es von Vorteil, auf eine Undichtigkeit nur dann zu schließen, wenn der konstante Gasmassenstrom größer als der Grenzwert ist.
- Dieser Grenzwert wird vorteilhafterweise in Abhängigkeit von der Elastizität des Behälters und/oder der Restverdampfung des Fluids bzw. die Restkondensation des Gases in dem Behälter vorgegeben, wodurch die Genauigkeit der Dichtheitsprüfung deutlich vergrößert wird.
- Vorteilhafterweise wird die Förderleistung einer ohnehin vorhandenen Druckquelle zum Halten des Untere bzw. Überdrucks nachgeregelt.
- Bei einem Behälter mit einem Entlüftungsventil, insbesondere mit einem Tankentlüftungsventil, in einer Verbindung zu einem Saugrohr insbesondere der Brennkraftmaschine kann vorteilhafterweise der Unterdruck sehr einfach durch ein Verändern des Durchlasses des Entlüftungsventils geregelt werden, und aus einer Stellgröße, mit der das Entlüftungsventil beaufschlagt wird, kann auf eine Undichtigkeit geschlossen werden bzw. deren Größe berechnet werden.
- Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung des Behälters sieht vor, daß die Druckquelle zum Halten eines vorgegebenen, im Mittel konstanten Unter- oder Überdrucks regelbar ist, und daß aus der Stellgröße, mit der die Druckquelle zur Regelung beaufschlagbar ist, die Größe einer Undichtigkeit berechenbar ist. Durch den Einsatz einer regelbaren Druckquelle ist es möglich, den Unter- bzw. Überdruck konstant zu halten, unabhängig von dem Ausgasen bzw. der Kondensation und/oder von der Elastizität der Komponenten des Behälters.
- Die Druckquelle wird vorzugsweise durch eine Regeleinheit, insbesondere durch ein ohnehin vorhandenes Motorsteuergerät, geregelt, wodurch auf zusätzliche Bauteile verzichtet werden kann.
- Vorteilhafterweise ist die Druckquelle eine elektromagnetisch betriebene Pumpe, deren Pumpenstrom als Stellgröße sehr einfach ermittelbar ist.
- Weitere Vorteile und Merkmale der Endung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele der Erfindung.
- In der Zeichnung zeigen:
-
l : schematisch ein erstes Ausführungsbeispiel einer Tankanlage, mit einer Unterdruckpumpe, bei der das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren zum Einsatz kommt, -
2 : schematisch ein zweites Ausführungsbeispiel einer anderen Tankanlage mit einem Tankentlüftungsventil, bei der das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren zum Einsatz kommt, und -
3 : schematisch einen Ablauf einer Tankdichtheitsprüfung bei einer Tankanlage gemäß1 oder2 . - Beschreibung bevorzugter Ausführunsbeispiele
- Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der in
1 bzw. 2 dargestellten Tankanlagen mit einem Tank10 in einem Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine erläutert. Das Verfahren ist nicht auf einen Tank10 eines Kraftfahrzeugs beschränkt, es kann vielmehr auch bei beliebigen Behältern oder Tankanlagen für unterschiedliche Fluide, insbesondere Kraftstoffe, und insbesondere auch bei Tankentlüftungssystemen von Tankanlagen in unterschiedlichen Bereichen, beispielsweise auch bei Behältern, wie sie in der chemischen Industrie eingesetzt werden, zur Dichtheitsprüfung herangezogen werden. - Der hinsichtlich Dichtheit zu überprüfende, in
1 schematisch dargestellte Tank10 weist einen Frischluftzufuhrkanal40 auf, in dem ein steuerbares Absperrventil50 angeordnet ist. Durch diesen Frischluftzufuhrkanal40 kann dem Tank10 Frischluft in Rich tung eines Pfeils45 zuströmen. Darüber hinaus weist der Tank10 einen Absaugkanal20 auf, in dem eine elektromagnetisch betriebene Unterdruckpumpe (Pumpe30 ) angeordnet ist. Anstatt der Pumpe30 kann auch beispielsweise eine mechanisch und/oder hydraulisch betriebene Unterdruckquelle vorgesehen sein. - Mit der Pumpe
30 kann ein Gasgemisch12 , in Richtung eines Pfeils25 durch den Absaugkanal20 aus dem Tank10 gesaugt werden. Die Pumpe30 ist über eine Regelleitung35 mit einer Regeleinheit70 , insbesondere einem Motorsteuergerät, ansteuerbar und regelbar. Mit der Regeleinheit70 ist darüber hinaus über eine Steuerleitung55 das Absperrventil50 zum Öffnen bzw. Schließen ansteuerbar. - Des weiteren weist der Tank
10 einen Drucksensor60 auf, mit dem der Druck im Tank10 erfaßbar ist. Es versteht sich, daß der Drucksensor60 auch an einer anderen Stelle in der Tankanlage angeordnet sein kann, die mit demselben Druck beaufschlagt ist. Ein Signal des Drucksensors60 wird über eine Signalleitung65 an die Regeleinheit70 übermittelt. - Der Druck kann statt mit dem Drucksensor
60 auch auf andere Weise bestimmt werden, beispielsweise aus einer beliebigen, den Drucksensor charakterisierenden Betriebsgröße der Tankanlage und/oder der Pumpe30 . - Der Tank
10 ist – wie in1 beispielhaft dargestellt – wenigstens zu einem Teil mit einem Kraftstoff11 befüllt. Oberhalb des Kraftstoffs11 befindet sich das Gasgemisch12 . Das Gasgemisch12 weist insbesondere Kraftstoffdampf und Luft auf. Der Tank10 kann auch ausschließlich mit dem Gasgemisch12 befüllt sein. - In einem zweiten Ausführungsbeispiel, dargestellt in
2 , sind diejenigen Elemente, die mit denen des ersten, in1 beschriebenen Ausführungsbeispiel identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß bezüglich deren Beschreibung auf die Ausführung zum ersten Ausführungsbeispiel vollinhaltlich Bezug genommen wird. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten dadurch, daß anstatt der Pumpe30 ein regelbares Tankentlüftungsventil30' vorgesehen ist, mit dem ein Gasmassenstrom durch den Absaugkanal20 regelbar ist. Der Absaugkanal20 ist hierbei mit einem nicht gezeig ten Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden. Bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine wird bei dem wenigstens zu einem Teil geöffneten Tankentlüftungsventil30' durch den Unterdruck im Saugrohr das Gasgemisch12 in Richtung des Pfeils25 aus dem Tank10 gesaugt. - Wird nun das Absperrventil
50 geschlossen und durch den Absaugkanal20 das Gasgemisch12 mit der in Verbindung mit1 beschriebenen Pumpe30 bzw. durch Öffnen des in Verbindung mit2 beschriebenen Tankentlüftungsventils30' abgesaugt, so baut sich ein Unterdruck in der Tankanlage, insbesondere im Tank10 , auf. - Um nun die erfindungsgemäße Dichtheitsprüfung durchzuführen, wird das Verfahren, wie in
3 dargestellt, mit einem Schritt 200 gestartet. - Zu Beginn wird in einem Schritt 210 das Absperrventil
50 geschlossen, so daß der Frischluftzufuhrkanal40 versperrt ist und keine Frischluft dem Tank10 zuströmen kann. - Anschließend erfolgt in einem Schritt 220 das Regeln des Unterdrucks im Tank
10 . Hierzu wird die Pumpe30 bzw. das Tankentlüftungsventil30' in der in Verbindung mit1 bzw. 2 beschriebenen Weise angesteuert und der Unterdruck im Tank10 aufgebaut. Der Unterdruck wird hierbei auf einen vorgegebenen konstanten Wert geregelt, der beispielsweise herstellerseitig vorgegeben wird. - Durch diesen Regelvorgang wird ein Unterdruckabbau durch ein Ausgasen des Kraftstoffs
11 und/oder durch eine Deformation, beispielsweise durch ein Zusammenziehen elastischer Komponenten der Tankanlage ausgeglichen. Im zeitlichen Verlauf erfolgt daher eine Abnahme des Gasmassenstroms, die durch eine Abnahme der zum Halten des Unterdrucks benötigten Förderleistung der Pumpe30 bzw. eine Reduzierung des Durchlasses des Tankentlüftungsventils30' erkennbar ist. - Liegt eine Undichtigkeit in der Tankanlage vor, so stellt sich stationär wegen des konstant geregelten Unterdrucks ein im Mittel konstanter Luftmassenstrom durch die Undichtigkeit ein, sobald das Ausgasen des Kraftstoffs
11 nahezu beendet ist. Eine Restverdampfung des Kraftstoffs11 leistet nur noch einen geringen Beitrag zum Unterdruckabbau. - Die elastischen Komponenten ziehen sich nicht weiter zusammen, so daß hierdurch kein weiterer Unterdruckabbau erfolgt. Der Gasmassenstrom durch den Absaugkanal
20 besteht im stationären Zustand im wesentlichen aus dem konstanten Luftmassenstrom. - Die Pumpe
30 bzw. das Tankentlüftungsventil30' werden im stationären Zustand mit einer im Mittel konstanten Stellgröße angesteuert, wobei diese Stellgröße in der Regeleinheit70 aus einem Signal für den Druck im Tank10 , welches mit dem Drucksensor60 bestimmt wurde, in an sich bekannter Weise ermittelt wird. Die Stellgröße ist hier beispielsweise der Pumpenstrom. Es kann hier aber auch eine Drehzahl oder dgl. als Stellgröße vorgesehen sein. Ein elektromagnetisch betriebenes Tankentlüftungsventil30' kann beispielsweise getaktet angesteuert werden, wobei die Taktfrequenz dann die Stellgröße ist. - Es wird nun in einem Schritt 230 überprüft, ob der Gasmassenstrom größer als ein vorgebbarer Grenzwert ist, der zuvor beispielsweise experimentell ermittelt und beispielsweise herstellerseitig vorgegeben wurde und welcher charakteristisch für die physikalischen und/oder chemischen Eigenschaften der Tankanlage bzw. des Kraftstoffs
11 , beispielsweise für die Restverdampfung des Kraftstoffs11 , ist. Ist der Gasmassenstrom nicht größer als der vorgegebene Grenzwert, so wird in einem Schritt 240 darauf geschlossen, daß keine Undichtigkeit vorliegt, also insbesondere keine Luft aus der Umgebung durch eine Undichtigkeit zuströmen kann. Anschließend wird das Verfahren mit einem Schritt 280 beendet. - Wird hingegen in Schritt 230 festgestellt, daß der Gasmassenstrom größer als der vorgegebene Grenzwert ist, so wird in einem Schritt 250 darauf geschlossen, daß eine Undichtigkeit vorliegt. Daraufhin wird in einem Schritt 260 aus der im Schritt 220 ermittelten Stellgröße, die Größe der Undichtigkeit berechnet.
- Die berechnete Größe der Undichtigkeit wird in einem Schritt 270 an eine nicht gezeigte Ausgabeeinheit oder an die Regeleinheit
70 übermittelt. - Anschließend wird das Verfahren mit Schritt 280 beendet.
- Anstatt eines Unterdrucks kann auch ein Überdruck im Tank
10 aufgebaut werden. Hierzu sind dann statt der Pumpe30 oder des Tankentlüftungsventils30' entsprechende Überdruckquellen erforderlich. Anstelle des Ausgasens ist dann eine Kondensation des Gasgemisches12 kompensierbar.
Claims (10)
- Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Behälters, insbesondere einer Tank- und Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, bei dem jede Zu- bzw. Abfuhr (
45 ) zum Behälter abgesperrt, der Behälter mit einem vorgebbaren Unter- oder Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck beaufschlagt, der Unter- bzw. Überdruck und ein erstes Signal, das einen hierzu erforderlichen Gasmassenstrom, insbesondere einen Luftmassenstrom, charakterisiert, erfaßt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Gasmassenstrom zum Erreichen eines konstanten Unter- bzw. Überdrucks geregelt wird, und falls sich ein im Mittel konstanter Gasmassenstrom einstellt, der größer als ein vorgebbarer Grenzwert ist, auf das Vorhandensein einer Undichtigkeit geschlossen wird. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Grenzwert in Abhängigkeit von der Elastizität des Behälters und/oder der Restverdampfung wenigstens eines Fluids (
11 ) bzw. einer Restkondensation wenigstens einer Komponente eines Gasgemischs (12 ) in dem Behälter vorgegeben wird. - Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus dem den konstanten Gasmassenstrom charakterisierenden Signal die Größe der Undichtigkeit berechnet wird.
- Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Regelung des Gasmassenstroms die Förderleistung einer Druckquelle (
30 ;30' ) verändert wird, und eine, die Förderleistung charakterisierende Größe als das den Gasmassenstrom charakterisierende erste Signal erfaßt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Unterdruck-Beaufschlagung die Durchflußmenge durch ein Entlüftungsventil (
30' ), insbesondere ein Tankentlüftungsventil geregelt wird, und eine die Durchflußmenge charakterisierende Größe als das den Gasmassenstrom charakterisierende erste Signal bestimmt wird. - Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Stellgröße zur Ansteuerung der Druckquelle (
30 ) bzw. des Entlüftungsventils (30' ) abhängig von einem Drucksignal berechnet wird und aus dieser Stellgröße die Größe der Undichtigkeit bestimmt wird. - Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behälters, insbesondere einer Tank- und Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeugs mit einer Brennkraftmaschine, mit einem Absperrventil (
50 ) zum Absperren einer Zu- bzw. Abfuhr (45 ), insbesondere einer Frischluftzufuhr des Behälters, und mit einer Druckquelle (30 ;30' ), mit der der Behälter mit einem vorgebbaren Unter- oder Überdruck gegenüber dem Atmosphärendruck beaufschlagbar ist, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (30 ;30' ) zum Halten eines vorgegebenen, im Mittel konstanten Unter- bzw. Überdrucks regelbar ist, und daß aus einer Stellgröße, mit der die Druckquelle (30 ;30' ) zur Regelung beaufschlagbar ist, die Größe einer Undichtigkeit berechenbar ist. - Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Regeleinheit (
70 ), insbesondere ein Motorsteuergerät, zum Regeln der Druckquelle (30 ;30' ). - Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (
30 ) eine elektromagnetisch betriebene Pumpe ist, deren Pumpenstrom die Stellgröße ist. - Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckquelle (
30 ;30' ) ein Entlüftungsventil (30' ), insbesondere ein Tankentlüftungsventil umfaßt, dessen Durchlaß zur Regelung des Unterdrucks regelbar ist.
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