DE19901080A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Tankentlüftung - Google Patents
Vorrichtung und Verfahren zur TankentlüftungInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Tank für ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffbehälter (1) und mindestens einer durch ein Ventil (7) verschließbaren Entlüftungseinrichtung (5), über die in dem Kraftstoffbehälter (1) vorhandene Gase während einer Betankung entweichen. Um ein aufwendiges Umrüsten und Neugestalten der Entlüftungseinrichtung (5) bei einem solchen Tank zu vermeiden, wenn ein anderer Kraftstoffbehälter (1) verwendet werden soll, wird vorgeschlagen, die Entlüftung (5) des Kraftstoffbehälters (1) über ein auf eine Steuereinrichtung (19) ansprechendes Ventil (7) zu öffnen und zu schließen. Hierdurch ist bei einer Änderung des Kraftstoffbehälters lediglich ein Referenzwert in der Steuereinrichtung zu ändern. Weiterhin ist vorteilhaft, daß über eine so gesteuerte Entlüftung zuverlässig ein Übertanken auch bei mit verschiedener Geschwindigkeit eintretendem Kraftstoff verhindert werden kann (Fig. 2).
Description
Die Erfindung betrifft einen Tank für ein Kraftfahrzeug mit
einem Kraftstoffbehälter und mindestens einer durch ein Ventil
verschließbaren Entlüftungseinrichtung, über die in dem Kraft
stoffbehälter vorhandene Gase während des Betankens entwei
chen. Ebenso betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entlüf
ten eines Kraftstoffbehälters mit mindestens einer durch ein
Ventil verschließbaren Entlüftungseinrichtung, über die in dem
Kraftstoffbehälter vorhandene Gase während des Betankens
entweichen.
Beim Betanken eines Kraftfahrzeugs muß gewährleistet werden,
daß ein zulässiges Füllvolumen des Kraftstoffbehälters nicht
überschritten wird. Das zulässige Füllvolumen für den Kraft
stoffbehälter hängt von mehreren Faktoren ab. In erster Linie
bestimmt die Geometrie des Kraftstoffbehälters das zulässige
Füllvolumen. Neben anderen Faktoren werden der statische und
der dynamische Druck des einströmenden Kraftstoffes durch
Ausdehnung und Verformung des Kraftstoffbehälters das Füll
volumen beeinflussen. In dem Kraftstoffbehälter ist ein Aus
dehnungsvolumen vorgesehen, das während des Betankens nicht
mit flüssigem Kraftstoff gefüllt wird. Das Ausdehnungsvolumen
dient dazu, daß der Kraftstoff sich beispielsweise auf Grund
von Temperaturerhöhung während des Betriebs ausdehnen kann,
ohne dabei über die Entlüftungseinrichtung oder ein ggf.
zwischengeschaltetes Filter in die Umgebung zu gelangen.
Herkömmlicherweise gibt es zwei Möglichkeiten, um bei einer
Betankung ein zulässiges Füllvolumen nicht zu überschreiten.
Bei einem ersten Verfahren ist eine in den Kraftstoffbehälter
ragende Entlüftungsleitung vorgesehen. Während der Betankung
entweichen über das im Kraftstoffbehälter befindliche Ende der
Entlüftungsleitung die vorhandenen Gase einschließlich des
verdampften Kraftstoffes. Ist der zulässige Füllstand des
Kraftstoffbehälters fast erreicht, steigt der in dem Kraft
stoffbehälter befindliche Kraftstoff über die Leitungsöffnung
hinaus an und verschließt diese derart, daß kein Gas mehr
durch diese Öffnung aus dem Kraftstoffbehälter entweichen
kann. Weiterer nach dem Verschließen eingefüllter Kraftstoff
bewirkt ein schnelles Ansteigen der Füllhöhe in dem Füllrohr
des Kraftstoffbehälters, da kein Gas mehr aus dem Kraftstoff
behälter verdrängt werden kann. Steigt der Kraftstoffspiegel
bis zu einer Abschaltautomatik einer Zapfpistole oder einer
sonstigen Vorrichtung zum Einfüllen des Kraftstoffs, so schal
tet diese ab.
In einer anderen Ausführung ist die Entlüftungseinrichtung
durch ein Ventil verschließbar. Zur Betätigung des Ventils ist
in dem Kraftstoffbehälter ein Schwimmer angeordnet, der auf
dem eingefüllten Kraftstoff schwimmend mit dessen Füllstand
steigt. Wenn der Schwimmer die für das Verschließen der Ent
lüftungseinrichtung vorgesehene Höhe erreicht hat,
schließt er über eine geeignete Betätigungseinrichtung das
Ventil, so daß kein weiteres Gas mehr aus dem Kraftstoff
behälter verdrängt wird. Auch in diesem Fall steigt der
Kraftstoff im Füllrohr, was zum Abschalten der Zapfpistole
führt.
Diese bekannten Betankungsentlüftungen weisen mehrere Nachtei
le auf. Im Vordergrund steht hierbei, daß für unterschiedliche
Geometrien des Kraftstoffbehälters, wie ihn beispielsweise
verschiedene Kraftfahrzeugmodelle erfordern, auch unterschied
lich angeordnete Entlüftungseinrichtungen erforderlich sind.
Ferner ist nachteilig, daß die Vorrichtungen zur Betankungs
entlüftung unterschiedliche Einströmgeschwindig
keiten des Kraftstoffes nicht berücksichtigen können, was so
gar zu einem Übertanken führen kann. Denn der Kraftstoffbehäl
ter verformt sich durch das Gewicht des eingefüllten Kraft
stoffes. Außer dem statischen Druck in dem Kraftstoffbehälter
sind dabei noch der dynamische Druck durch den einströmenden
Kraftstoff und der Kompressionsdruck des in dem Tank befindli
chen Gases wirksam. Eine hohe Einfüllgeschwindigkeit führt
ebenfalls zu Verformungen des Kraftstoffbehälters, welche ein
Freigeben der Entlüftungsöffnung oder eine Änderung der
Schaltposition des Schwimmers bewirken können.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen Tank
für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zum Entlüften eines
Kraftstoffbehälters zu schaffen, die sich mit einfachen Mittel
kostengünstig an unterschiedliche Kraftstoffbehälter anpassen
lassen sowie einerseits das vorhandene Füllvolumen optimal
nutzen und andererseits wirkungsvoll und zuverlässig ein
Überschreiten der zulässigen Füllmenge für den Kraftstoff
behälter bei der Betankung verhindern.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch einen Tank gelöst, des
sen Ventil auf ein Steuersignal einer Steuereinrichtung an
sprechend die Entlüftungseinrichtung öffnet und schließt. Die
Betätigung des Ventils wird durch ein Steuersignal ausgelöst.
Das Steuersignal zur Betätigung des Ventils wird von einer
Steuereinrichtung generiert und an das Ventil weitergeleitet.
Die Steuereinrichtung generiert das Steuersignal für das Ven
til nach einem internen Steuerprogramm und/oder nach externen
Parametern. Vorteilhaft an der Verwendung einer Steuerein
richtung ist, daß die Betätigung des Ventils nicht direkt ab
hängig von dem Füllstand über eine Betätigungseinrichtung oder
dergleichen, sondern mittelbar durch die Steuereinrichtung er
folgt. Die erfindungsgemäße Steuerung des Ventils ermöglicht
es somit, das Verschließen der Entlüftung an besondere Gege
benheiten anzupassen. Diese leichte Anpassung und Einstellung
durch Verwendung einer Steuereinrichtung ist in vielen Situa
tionen vorteilhaft. Wird beispielsweise die Geometrie des
Kraftstoffbehälters geändert, so kann die Änderung direkt in
der Steuereinrichtung berücksichtigt werden. Im Vergleich dazu
ist es bei einem direkt durch den Füllstand bewirkten Ver
schließen der Entlüftung - sei es über ein Ventil mit
Schwimmer oder über das Verschließen einer Entlüftungsöffnung
durch den Kraftstoff - erforderlich, bei einer Änderung der
Geometrie eine neue Anordnung der Entlüftung und ihrer Elemen
te zu finden, da sich mit der Änderung der Geometrie auch die
Füllstandshöhe und die zulässige Befüllung ändern. Die erfin
dungsgemäße Anordnung kann in der Serie für verschiedene
Kraftstoffbehälter vorgesehen werden, wobei lediglich ein
Einstellen der Steuereinrichtung auf den individuellen Kraft
stoffbehälter zur Anpassung erforderlich ist.
Um einen günstigen Verschlußzeitpunkt für das Ventil zu be
stimmen, ist es vorteilhaft, einen mit der Steuereinrichtung
verbundenen Füllstandsmesser in dem Kraftstoffbehälter vorzu
sehen. Hierbei kann es sich auch um einen bereits in dem
Kraftstoffbehälter vorhandenen Füllstandsmesser handeln. Der
Füllstandsmesser kann kontinuierlich oder in diskreten Zeitab
ständen die Füllstandshöhe in dem Kraftstoffbehälter messen.
Die Steuereinrichtung kann diese Werte berücksichtigen, um den
richtigen Schließzeitpunkt zu bestimmen. Dabei kann die Steu
ereinrichtung die gemessenen Werte derart berücksichtigen, daß
Schwankungen des Gebersignals auf Grund von Bewegungen des
Kraftstoffs bereits aus den Werten herausgerechnet bzw. ge
dämpft werden. Auch kann durch die Messung der Füllhöhe und
der Füllgeschwindigkeit der Schließzeitpunkt vorausbestimmt
werden. Dies ermöglicht es, das Ventil bereits vor dem er
forderlichen Schließzeitpunkt langsam gemäß einer Schließ
funktion zu betätigen. Ein solches langsames Verschließen kann
dazu beitragen, einen bei Betankungsende einsetzenden Druck
stoß zu vermeiden. Auch kann das weiche Schließen möglicher
weise ein Rückschwallen des Kraftstoffs in dem Kraftstoff
behälter vermeiden helfen. Ein wirkungsvolles Unterdrücken des
Rückschwallens durch ein weiches Verschließen der Entlüftung
kann die bisher im Kraftstoffbehälter vor dessen Einfüllstut
zen angeordneten Rückschwallelemente überflüssig machen, wo
durch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Um möglichst genau den aktuellen Füllstandswert in dem Kraft
stoffbehälter zu bestimmen, ist der Füllstandsmesser vorteil
hafterweise am Boden des Kraftstoffbehälters angeordnet. Wie
oben bereits beschrieben, kann es zu Bewegungen des Kraft
stoffs kommen. Um einen Einfluß dieser Bewegungen auf die Mes
sung zu vermeiden und einen möglichst aktuellen Füllstand zu
bestimmen, wird der Füllstandsmesser am Boden des Kraftstoff
behälters angeordnet bzw. diesem zugeordnet. Auch ermöglicht
ein bodengestützter Füllstandsmesser, daß Verformungen des
Kraftstoffbehälters durch den Kraftstoff berücksichtigt wer
den, da der Füllstandsmesser in fester Relation dem Boden
zugeordnet stets die Höhe des über ihm befindlichen Kraft
stoffes mißt.
Für eine zuverlässige Steuerung des Ventils ist es besonders
vorteilhaft, daß ein Sensor an dem Kraftstoffbehälter angeord
net ist, der mit der Steuereinrichtung verbunden ist und auf
ein beginnendes Betanken anspricht. Das Ansprechen kann bei
spielsweise durch das Abnehmen und Aufsetzen eines Verschluß
deckels auf den Kraftstoffbehälter und/oder das Einführen
einer Zapfpistole in den Kraftstoffbehälter ausgelöst werden.
Mit dem Ansprechen des Sensors wird für die Steuereinrichtung
festgelegt, ob der Betankungsvorgang begonnen hat und die
Steuerung der Entlüftungseinrichtung erfolgen kann. Dies
hat zahlreiche praktische Vorteile. Die Entlüftung des Kraft
stoffbehälters für die Betankung kann so über die Sensoren zur
richtigen Zeit aktiviert werden. Ebenso kann eine mit dem
Kraftstoffbehälter verbundene Be- und Entlüftungseinrichtung
für den Betrieb verschlossen werden, wodurch eine Berührung
eines mit der Entlüftung verbundenen Aktivkohlefilters mit dem
flüssigen Kraftstoff unterbunden wird. Auch kann durch das
Verschließen der Be- und Entlüftungseinrichtung für den Be
trieb ein Ausdehnungsvolumen, aus dem kein Gas während des Be
tankens verdrängt wird, reserviert werden. Zusätzlich kann der
auf ein Öffnen des Kraftstoffbehälters ansprechende Sensor
über die Steuereinrichtung ein Warnsignal für den Fahrer des
Kraftfahrzeugs auslösen, wenn vergessen wurde, nach dem Betan
ken und vor dem Starten des Motors den Kraftstoffbehälter
wieder zu verschließen.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausbildung ist als Sensor
ein berührungslos wirkender Hall-Sensor oder Reed-Schalter
vorgesehen. Der berührungslos wirkende Sensor kann besonders
einfach in den Tank eines Kraftfahrzeuges integriert werden.
Der Sensor kann hierzu in der Nähe des Einfüllstutzens ange
ordnet sein.
Alternativ dazu kann ein Sensor auf das Öffnen einer in dem
Kraftstoffbehälter angeordneten Klappe ansprechen. Solche
Klappen sind beispielsweise bei mit bleifreiem Benzin betrie
benen Fahrzeugen vorgesehen und werden dort durch das Einfüh
ren der Zapfpistole geöffnet. Ein solcher Sensor ist einfach
in einen Tank mit einer Bleifreiklappe zu integrieren und
zeigt der Steuereinrichtung den Beginn und das Ende der Betan
kung an.
In einer vorteilhaften Ausführung der Erfindung ist für den
Tank eine zweite Entlüftungseinrichtung für den Kraftstoffbe
hälter vorgesehen, die für ein Be- und Entlüften des Kraft
stoffbehälters sorgt und ein zweites Ventil aufweist, das die
se auf ein zweites Steuersignal der Steuereinrichtung anspre
chend öffnet und schließt, wobei die Steuereinrichtung die
zweite Entlüftungseinrichtung während der Betankung über das
zweite Ventil verschließt. Die zweite Entlüftung ist die Be
triebsentlüftung des Kraftstoffbehälters, die während des Be
triebs des Kraftfahrzeuges, aber auch bei Stillstand desselben
wirksam ist, solange der Kraftstoffbehälter nicht betankt
wird. Üblicherweise wird diese zweite Entlüftungseinrichtung
während des Betankens durch die Steuereinrichtung geschlossen,
so daß während des Betankens ausschließlich die erste Entlüf
tungseinrichtung wirksam ist und ggf. den maximalen Füllstand
des Kraftstoffes bestimmt.
In einer alternativen Ausführung hierzu sorgt ebenfalls eine
zweite Entlüftungseinrichtung für ein Be- und Entlüften des
Kraftstoffbehälters, wobei das Ventil als Mehrwegeventil erste
und zweite Entlüftungseinrichtung öffnet und verschließt. Ne
ben der Möglichkeit in der Betankungs- und Betriebsentlüf
tungseinrichtung jeweils ein separates Ventil vorzusehen, sind
bei dieser Variante beide Ventile in einem Mehrwegeventil zu
sammengefaßt. Ein solches Mehrwegeventil kann über drei unter
schiedliche Stellungen die Lüftung des Kraftstoffbehälters
steuern. In einer ersten Stellung ist die Betankungsentlüftung
verschlossen und die Betriebsentlüftung geöffnet, in einer
zweiten Stellung ist genau umgekehrt zur ersten Stellung die
Betankungsentlüftung geöffnet während die Betriebsentlüftung
verschlossen ist, und in einer dritten Stellung sind beide
Entlüftungen verschlossen.
Ebenfalls gelöst wird die der Erfindung zugrundeliegende Auf
gabe durch das obengenannte Verfahren, das den Verfahrens
schritt beinhaltet, die Entlüftungseinrichtung mit dem Ventil
abhängig von einem Steuersignal einer Steuereinrichtung zu
öffnen und zu schließen. Die Betätigung des Ventils über eine
Steuereinrichtung ermöglicht es, mit diesem Verfahren durch
eine einfache Änderung an der Steuereinrichtung die für einen
neuen Kraftstoffbehälter erforderlichen Änderungen vorzu
nehmen. Das Verfahren zur Entlüftung kann somit bei unter
schiedlichen Tankvorrichtungen mit unterschiedlichen Kraft
stoffbehältern vorgesehen werden. Weiterhin ist an dem erfin
dungsgemäßen Verfahren vorteilhaft, daß es gestattet, den
Schließzeitpunkt des Ventils an Druck und Geschwindigkeit des
einströmenden Kraftstoffs anzupassen. Das Verfahren macht es
somit möglich, daß stets die optimale Menge an Kraftstoff ge
tankt wird.
Zur genaueren Steuerung des Schließzeitpunkts des Ventils
wird über einen im Kraftstoffbehälter angeordneten Füllstands
messer kontinuierlich oder in diskreten Zeitabständen der
Füllstand gemessen, wobei die Steuereinrichtung abhängig von
den gemessenen Füllständen die Steuersignale für das Ventil in
der Steuereinrichtung generiert. Das Messen des Füllstandes
durch den Füllstandsmesser gestattet es, die Betankung und das
Ansteigen des Füllstandes zu verfolgen. Indem die Steuerein
richtung mehrere zurückliegende Füllstandswerte verwenden
kann, können verschiedenste Werte und Kenngrößen berechnet
werden, insbesondere können Schwankungen im Füllstandswert
ausgeglichen werden. Beispielsweise können die Werte des Füll
standsmessers gedämpft werden, um Schwankungsspitzen auszu
gleichen, auch kann die Dämpfung an die Besonderheiten des
Kraftstoffbehälters und die Kennlinie des Füllstandsmessers
angepaßt werden, was beispielsweise bei einer Anzeige in den
Instrumenten vorteilhaft ist. Das von der Steuereinrichtung
generierte Steuersignal gelangt über einen Steuerweg zu dem
Ventil, wo es dessen Betätigung auslöst.
Zweckmäßigerweise sieht das Verfahren den Schritt vor, daß
über einen Sensor ein Signal an der Steuereinrichtung anliegt,
das angibt, ob der Kraftstoffbehälter betankt wird. Die Fest
stellung, ob der Kraftstoffbehälter betankt wird, kann bei
spielsweise dadurch erfolgen, daß der Sensor feststellt, ob
ein Verschlußdeckel oder eine Klappe den Kraftstoffbehälter
verschließt, jedoch sind auch andere auf den Beginn des Betan
kungsvorgangs ansprechende Elemente möglich. Das Signal über
das Schließen und Öffnen des Kraftstoffbehälters bzw. einer
Klappe ist in zweifacher Hinsicht besonders vorteilhaft. Es
gibt der Steuereinrichtung die Information, wann mit einer Be
tankung begonnen wird, so daß diese bereits das Ventil der
Entlüftung öffnen kann. Zum anderen ermöglicht der Sensor
auch, daß die Steuereinrichtung beim Beenden der Betankung be
rücksichtigt, ob der Kraftstoffbehälter wieder verschlossen
wurde. Bevorzugt ist ein Sensor als ein berührungslos wirken
der Reed-Schalter oder als ein Hall-Sensor ausgebildet. Für
den Sensor an der Klappe kann ein ebenfalls berührungslos wir
kender Magnetsensor vorgesehen sein.
In einer besonders vorteilhaften Ausführung weist das Verfah
ren zur Entlüftung den Schritt auf, eine zweite Entlüftungs
einrichtung für den Kraftstoffbehälter mit einem zweiten Ven
til durch die Steuereinrichtung zu öffnen oder zu schließen.
Diese zweite Entlüftung dient zur Be- und Entlüftung des
Kraftstoffbehälters während des Betriebs. Indem auch diese
Entlüftung mit einem stellbaren Ventil versehen ist, kann die
Steuereinrichtung, insbesondere mit Hilfe der Sensorsignale,
die anzeigen, wann eine Betankung begonnen und beendet wird,
die Betriebsentlüftung ausschalten, um die Entlüftung während
des Betankens ausschließlich durch die Entlüftungseinrichtung
zu steuern und um ein Befüllen des Ausdehnungsvolumens zu
verhindern.
Bei einer besonders vorteilhaften Weiterführung der Erfindung
beinhaltet das Verfahren die Schritte, daß die Steuereinrich
tung auf ein Signal des Sensors hin in einem ersten Schritt
das Steuersignal generiert, welches an das Ventil der Befüll-
Entlüftungseinrichtung weitergeleitet wird, um das Ventil zu
öffnen. In einem zweiten Schritt, der anschließend oder
gleichzeitig mit dem ersten Schritt durchgeführt wird, gene
riert die Steuereinrichtung ein zweites Steuersignal, welches
ein Schließen des zweiten Ventils auslöst. Hieran anschließend
wird während der Betankung aus den gemessenen Füllständen ein
Füllwert für den Kraftstoffbehälter ermittelt, der mit einem
in der Steuereinrichtung abgelegten Referenzfüllwert für den
Kraftstoffbehälter verglichen wird. Sobald der ermittelte
Füllwert den Referenzfüllwert erreicht oder überschritten hat,
wird ein Steuersignal generiert, welches die Befüll-Entlüftung
des Kraftstoffbehälters verschließt. Nach einem anschließenden
Verschließen des Kraftstoffbehälters, welches durch den Sensor
detektiert und an die Steuereinrichtung weitergeleitet wird,
generiert die Steuereinrichtung Steuersignale, die ein Wieder
öffnen des zweiten Ventils auslösen. Sollte beim Betanken der
Tank nicht vollständig gefüllt worden und somit das erste
Ventil noch nicht vollständig geschlossen sein, bewirkt das
durch das Verschließen des Kraftstoffbehälters ausgelöste
Steuersignal das Verschließen des ersten Ventils in der
Befüll-Entlüftungseinrichtung. Mit dem vorbeschriebenen
Verfahren wird das Betanken und die Entlüftung des Kraftstoff
behälters vollständig erfaßt und durch die Steuereinrichtung
gesteuert. Die Folge der Verfahrensschritte hilft, ein Über
tanken zu vermeiden und kann dabei einfach durch einen neuen
Referenzfüllwert an einen anderen Kraftstoffbehälter angepaßt
werden. Die Steuereinheit kann auch mit einem elektronischen
Bussystem des Kraftfahrzeugs verbunden werden.
Anhand der Zeichung werden drei bevorzugte Ausführungsbeispie
le näher erläutert. Hierbei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines herkömmlichen
Tanks,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines ersten Aus
führungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Tanks wäh
rend der Betankung,
Fig. 3 eine schematische Darstellung des Tanks gemäß Fig. 2
nach der Betankung,
Fig. 4 schematische Darstellung eines zweiten Ausführungsbei
spiels mit zwei Entlüftungseinrichtungen, die gemein
sam über ein Mehrwegeventil steuerbar sind, und
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines dritten Ausfüh
rungsbeispiels mit einer Entlüftungseinrichtung für
das Betanken und den Betrieb.
Bei einem bekannten Tank ist der Kraftstoffbehälter 1 mit dem
Kraftfahrzeug verbunden, wobei der Einfüllstutzen 2 durch die
Karosserie (nicht dargestellt) nach außen geführt ist. Ver
schlossen wird der Einfüllstutzen 2 mit einem Verschlußdeckel
3, der beispielsweise aufgeschraubt werden kann. An dem in den
Kraftstoffbehälter 1 ragenden Ende des Einfüllstutzens ist ein
Rückschwallelement 4, hier ein sogenanntes Fillerneck-Check
Valve, angeordnet. Das Rückschwallelement 4 sorgt dafür, daß
Bewegungen des Kraftstoffs in dem Kraftstoffbehälter 1 nicht
über den Einfüllstutzen 2 nach außen gelangen.
Eine Befüll-Entlüftung 5 ist mit dem Kraftstoffbehälter 1
verbunden und führt über einen Aktivkohlefilter 6 die beim
Betanken entweichenden Gase aus dem Kraftstoffbehälter 1 ab.
Die Entlüftung 5 wird über ein Ventil 7 während des Betriebs
des Kraftfahrzeugs verschlossen. Die Betätigungseinrichtung
für das Ventil 7 ist zur besseren Übersicht hier nicht dar
gestellt. Zusätzlich zu dem Ventil 7 ist in der Entlüftungs
einrichtung 5 noch ein Roll-Over Ventil 8 vorgesehen, das ein
Austreten des Kraftstoffes über die Entlüftungseinrichtung 5
und einen Kontakt mit dem Aktivkohlefilter 6 verhindert.
Neben der Entlüftungseinrichtung 5 weist der Kraftstoffbehäl
ter eine zweite Entlüftungseinrichtung 9 auf. Die Entlüftungs
einrichtung 9, die für den Betrieb des Kraftfahrzeugs und bei
Stillstand desselben außer bei der Betankung vorgesehen ist,
weist ein größer dimensioniertes Ausdehnungsvolumen auf. Die
zweite Entlüftung 9 enthält ebenfalls ein Ventil 10 und ein
Roll-Over Ventil 11, über welche die Entlüftung 9 mit dem
Ausdehnungsvolumen verschließbar ist. Ist während der Betan
kung das Ventil 10 verschlossen, wird das in der Betriebs
entlüftung 9 vorgesehene Ausdehnungsvolumen abgeschlossen und
das darin befindliche Gas durch den Kraftstoff nicht
verdrängt, so daß es im Betrieb als Ausdehnungsvolumen zur
Verfügung steht. Während des Betriebs erfolgt ein Gasausgleich
über den Aktivkohlefilter 6 und einen Luftfilter 12. Der wäh
rend des Betriebs erforderliche Gasausgleich erfolgt über die
Entlüftung 9 aus dem Kraftstoffbehälter 1 über den Aktivkoh
lefilter 6. Die Leitung 13 dient der Belüftung des Einfüll
stutzens 2, nachdem der Tankdeckel aufgesetzt und das zweite
Ventil 10 geöffnet wurde. Die Betriebsentlüftung 9 führt dem
Kraftstoffbehälter 1 auch Luft zu, um das Volumen des entnom
menen Kraftstoffs zu ersetzen. Zusätzlich kann noch eine Leck
diagnosepumpe mit der Betriebsentlüftung 9 verbunden werden,
die eine Undichtigkeit des Kraftstoffsystems feststellt.
Das Fördermodul 14 für den Kraftstoff ist nur schematisch
dargestellt. Von hier aus wird der Kraftstoff entnommen und
weitergeleitet. Ein Füllstandsmesser 15 ist in den Figuren mit
einem Schwimmer ebenfalls schematisch angedeutet, jedoch sind
auch Füllstandsmesser möglich, die nach anderen Prinzipien,
beispielsweise Druckmessung, arbeiten. Das Signal des Füll
standsmessers 15 wird über den Signalweg 16 an die Anzeigein
strumente in der Fahrgastzelle weitergeleitet.
Bei dem im folgenden beschriebenen erfindungsgemäßen Tank sind
gleiche Elemente mit den bereits für den Stand der Technik
verwendeten Bezugszeichen versehen.
Fig. 2 zeigt den Tank während der Betankung, bei der eine
Zapfpistole 17 in den Einfüllstutzen 2 eingeführt ist. Während
des Betankens ist die Entlüftung 5 über das Ventil 7 geöffnet.
Das Ventil 7 wird über den Steuerweg 18 gestellt, der Ventil
7 mit der Steuereinrichtung 19 verbindet. Das Ventil 7 ist als
ein elektromagnetisch stellbares Ventil ausgebildet. Ebenfalls
ist es möglich, an Stelle eines elektromagnetischen Ventils
7 auch mechanisch oder pneumatisch stellbare Ventile oder
Kombinationen derselben einzusetzen. In den Fig. 2 und 3
ist an dem Ventil 7 ein Federelement angedeutet, das ein Rück
stellen des Ventils für den Fall einer Fehlfunktion des Stell
mechanismus' bewirkt.
Die Steuereinrichtung 19 ist mit dem Füllstandsmesser 15 über
einen Signalweg 20 verbunden. Über den Signalweg 20 liegt das
Signal des Füllstandsmessers 15 an der Steuereinrichtung 19
an. Die Steuereinrichtung 19 bestimmt hieraus den aktuellen
Füllstand und leitet das Signal entweder bereits gedämpft oder
in der ursprünglichen Form über den Signalweg 16 zu den Anzei
geinstrumenten weiter. Der Füllstandsmesser 15 kann kontinu
ierlich oder in diskreten Zeitschritten den Füllstand in dem
Kraftstoffbehälter ermitteln. Bei der Auswahl der Zeitschritte
ist es wichtig, daß während der üblichen Zeitdauer, die für
das Betanken erforderlich ist, mehrere Meßwerte aufgenommen
werden, damit die Steuereinrichtung 19 über ausreichend viele
Meßwerte für eine Mittelung verfügt. Der Füllstandsmesser 15
ist bodengestützt und berücksichtigt somit druckabhängige De
formationen des Kraftstoffbehälters. Eine Deformation des
Kraftstoffbehälters 1 kann zwar die Füllhöhe des Kraftstoffes
lokal verändern, jedoch zeigt der neben dem Fördermodul am Bo
den angeordnete Füllstandsmesser stets den für das Fördermodul
vorhandenen Füllstand an.
Ein zweiter Steuerweg 21 verbindet die Steuereinrichtung 19
mit dem zweiten Ventil 10. Wie in der Fig. 2 dargestellt, ist
das zweite Ventil 10 während des Betankens verschlossen, so
daß die zweite Entlüftungseinrichtung 9 verschlossen ist. Die
Entlüftung des Kraftstoffbehälters 1 findet während des Betan
kens ausschließlich über das geöffnete Ventil 7 der Entlüf
tungseinrichtung 5 statt.
Ein weiterer Signalweg 22 verbindet einen Sensor 23 und die
Steuereinrichtung 19. Der Sensor 23 ist in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel in dem Einfüllstutzen 2 angeordnet. Dort
detektiert er eine in den Einfüllstutzen 2 eingeführte Zapfpi
stole 17. Auch ist es möglich, einen Sensor 23 vorzusehen, der
auf ein Abnehmen bzw. auf ein Aufsetzen des Verschlußdeckels
3 anspricht. Bei Kraftfahrzeugen, die eine sogenannte Blei
freiklappe (nicht dargestellt) in ihrem Einfüllstutzen auf
weisen, kann ein Sensor auch auf eine Bewegung der Klappe
ansprechen. Die Verwendung von berührungslos arbeitenden Sen
soren ist wegen der Explosionsgefahr eines Kraftstoff-Luft-
Gemisches besonders vorteilhaft. Hierfür bieten sich insbeson
dere Sensoren an, die auf Veränderung ihres Magnetfeldes an
sprechen.
Hat der Sensor 23 detektiert, daß eine Zapfpistole 17 in den
Einfüllstutzen 2 eingeführt wurde, wird durch die Steuerein
richtung 19 das Ventil 7 geöffnet und das Ventil 10 geschlos
sen. Eine Entlüftung des Kraftstoffbehälters 1 findet, wie in
Fig. 2 dargestellt, über die Entlüftung 5 statt. Ist die maxi
male Füllhöhe erreicht, so wird dies von dem Füllstandsmesser
15 an die Steuereinrichtung 19 weitergeleitet, wodurch ein
Verschließen der Entlüftung 5 bewirkt wird. Da die zweite Ent
lüftung 9 ebenfalls noch verschlossen ist, können keine Gase
mehr aus dem Kraftstoffbehälter 1 entweichen und ein Ausdeh
nungsvolumen wird freigehalten. Mithin steigt der Spiegel des
nach dem Schließen eingefüllten Kraftstoffes nur noch im Ein
füllstutzen 2. Der ansteigende Kraftstoff löst eine Abschalt
automatik (nicht dargestellt) in der Zapfpistole 17 aus, wel
che die weitere Kraftstoffzufuhr abstellt (Fig. 3).
Der Referenzwert für den Füllstand in dem Kraftstoffbehälter
hängt, wie oben bereits erläutert, von verschiedenen Einfluß
größen ab. Besonders wichtig sind hierbei die Geometrie des
Kraftstoffbehälters und die Einfüllgeschwindigkeit des Kraft
stoffes. Erstrebenswert ist es, den Referenzfüllwert so zu
wählen, daß das vorhandene Füllvolumen optimal genutzt wird,
der Kraftstoffbehälter 1 jedoch nicht übertankt werden
kann. Ein anderer wichtiger Aspekt ist es, einen Rückschwall
des Kraftstoffs bei Beendigung des Tankens zu vermeiden. Hier
zu kann ein langsames Schließen des Ventils 7, gegebenfalls
variabel getaktet, über die Steuereinrichtung 19 erfolgen, so
daß ein Druckunterschied langsam abgebaut wird.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 4 können die Betankungsentlüf
tung 5 und die Be- und Entlüftung für den Betrieb 9 durch ein
gemeinsames Mehrwegeventil 24 gesteuert werden. Das Mehrwege
ventil 24 ist über den Steuerweg 18 mit der Steuereinrichtung
19 verbunden. Über die Steuereinrichtung 19 können an dem
Mehrwegeventil 24 mindestens drei unterschiedliche Stellungen
eingestellt werden. Während des Betriebs des Kraftfahrzeugs
ist das Mehrwegeventil 24 in einer Stellung, welche die Be
tankungsentlüftung 5 verschließt und die Betriebsentlüftung 9
öffnet. Ist die Steuereinrichtung aktiviert und wird Kraft
stoff eingefüllt, befindet das Mehrwegeventil 24 sich in sei
ner zweiten Stellung, welche die Betriebsentlüftung 9 ver
schließt und die Betankungsentlüftung 5 öffnet. In der zweiten
Stellung des Mehrwegeventils 24 wird ein vorbestimmtes Gasvo
lumen zwischen diesem und Kraftstoffbehälter 1 als Ausdeh
nungsvolumen in der Betriebsentlüftung 9 festgehalten. In der
dritten Stellung des Mehrwegeventils 24 sind beide Entlüftun
gen verschlossen, so daß der Kraftstoff in dem Einfüllstutzen
2 ansteigt und ein Abschalten des Betankens auslöst. Ein Vor
teil bei der Verwendung eines solchen Mehrwegeventils 24 liegt
in einer kostengünstigen Herstellung.
Bei der in Fig. 5 dargestellten Anordnung zur Tankentlüftung
erfolgt die Entlüftung sowohl während des Betankens als auch
während des Betriebs ausschließlich über die Entlüftungsein
richtung 5. Diese wird derart gesteuert, daß das aus dem
Kraftstoffbehälter 1 verdrängte Gas während der Betankung
entweichen kann. Ist ein vorbestimmter Füllstand erreicht,
wird das Ventil 7 verschlossen und der nachgefüllte Kraftstoff
steigt in dem Einfüllstutzen 2 an. Hierbei erfolgt das Ver
schließen des Ventils 7 so rechtzeitig, daß ein ausreichendes
Ausdehnungsvolumen für den Kraftstoff in dem Kraftstoffbehäl
ter verbleibt. Während des Betriebs bleibt die Entlüftung 5
dann geöffnet, so daß sie während des Betriebs als Be- und
Entlüftungseinrichtung des Kraftstoffbehälters dient. Wie in
der Fig. 5 angedeutet, ist die Entlüftungseinrichtung 5 in
diesem Ausführungsbeispiel so ausgelegt, daß der flüssige
Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 1 nicht mit dem Aktiv
kohlefilter 6 in Berührung kommen kann.
Die aus dem Kraftstoffbehälter entweichenden Gase werden in
den dargestellten Ausführungsbeispielen, über einen Aktivkoh
lefilter 6 nach außen geleitet. Dies hilft, eine Geruchsbelä
stigung in der Nähe des Kraftstoffbehälters und eine zu hohe
Kohlenwasserstoffkonzentration zu vermeiden. Wahlweise ist es
auch möglich - sofern nicht Umweltspezifikationen oder andere
Bestimmungen dagegen sprechen - die aus dem Tank entweichenden
Gase über andere Filtersysteme oder sogar direkt nach außen zu
leiten. Sollen die Gase direkt entweichen, so kann die Entlüf
tungseinrichtung diese beispielsweise in den oberen Bereich
des Einfüllstutzens 2 leiten.
1
Kraftstoffbehälter
2
Einfüllstutzen
3
Verschlußdeckel
4
Rückschwallelement
5
Befüll-Entlüftungseinrichtung
6
Aktivkohlefilter
7
Ventil
8
Roll-Over Ventil
9
Betriebs-Entlüftungseinrichtung
10
Ventil
11
Roll-Over Ventil
12
Luftfilter
13
Leitung
14
Fördermodul
15
Füllstandsmesser
16
Signalweg zu Instrumenten
17
Zapfpistole
18
Steuerweg
19
Steuereinrichtung
20
Signalweg
21
zweiter Steuerweg
22
Signalweg
23
Sensor
24
Mehrwegeventil
Claims (14)
1. Tank für ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstoffbehälter
(1) und mindestens einer durch ein Ventil (7) verschließbaren
Entlüftungseinrichtung (5), über die in dem Kraftstoffbehälter
vorhandene Gase während einer Betankung entweichen, dadurch
gekennzeichnet, daß das Ventil (7) auf ein Steuersignal einer
Steuereinrichtung (19) ansprechend die Entlüftungseinrichtung
(5) öffnet oder schließt.
2. Tank für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 1, dadurch ge
kennzeichnet, daß in dem Kraftstoffbehälter (1) ein mit der
Steuereinrichtung (19) verbundener Füllstandsmesser (15) ange
ordnet ist.
3. Tank für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß der Füllstandsmesser (15) dem Boden des
Kraftstoffbehälters (1) zugeordnet ist.
4. Tank für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor (23) an dem Kraft
stoffbehälter (1) angeordnet und mit der Steuereinrichtung
(19) leitend verbunden ist und auf das Beginnen des Betankens
anspricht.
5. Tank für ein Kraftfahrzeug nach Anspruch 4, dadurch ge
kennzeichnet, daß als Sensor (23) ein berührungslos wirkender
Hall-Sensor oder Reed-Schalter vorgesehen ist.
6. Tank für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis
3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Sensor auf ein Öffnen einer
in dem Kraftstoffbehälter (1) angeordneten, z. B. durch eine
Zapfpistole betätigten Klappe anspricht.
7. Tank für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Entlüftungseinrich
tung (9) für den Kraftstoffbehälter (1) vorgesehen ist, die
für ein Be- und Entlüften des Kraftstoffbehälters (1) sorgt
und ein zweites Ventil (10) aufweist, das diese auf ein zwei
tes Steuersignal der Steuereinrichtung (19) ansprechend öffnet
und schließt, wobei die Steuereinrichtung (19) die zweite Ent
lüftungseinrichtung (9) während der Betankung über das zweite
Ventil (10) verschließt.
8. Tank für ein Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 1 bis
6, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Entlüftungseinrich
tung (9) für den Kraftstoffbehälter (1) vorgesehen ist, die
für ein Be- und Entlüften des Kraftstoffbehälters (1) sorgt,
wobei ein Mehrwegeventil (24) erste und zweite Entlüftungsein
richtung (5, 9) öffnet und verschließt.
9. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffbehälters (1) mit
mindestens einer durch ein Ventil (7) verschließbaren Entlüf
tungseinrichtung (5), über die in dem Kraftstoffbehälter (1)
vorhandene Gase während einer Betankung entweichen, dadurch
gekennzeichnet, daß die Entlüftungseinrichtung (5) mit dem
Ventil (7) abhängig von einem Steuersignal einer Steuerein
richtung (19) geöffnet und geschlossen wird.
10. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffbehälters (1) nach
Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß über einen im Kraft
stoffbehälter (1) angeordneten Füllstandsmesser (15) kontinu
ierlich oder in diskreten Zeitabständen der Füllstand oder die
Füllgeschwindigkeit gemessen wird und die Steuereinrichtung
(19) abhängig von den gemessenen Füllständen und/oder Füll
geschwindigkeiten die Steuersignale für das Ventil (7) gene
riert.
11. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffbehälters (1) nach
Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß über einen
Sensor ein Signal an der Steuereinrichtung (19) anliegt, das
wiedergibt, ob der Kraftstoffbehälter (1) betankt wird.
12. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffbehälters (1) nach
Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Entlüf
tungseinrichtung (9) für den Kraftstoffbehälter (1) mit einem
zweiten Ventil (10) durch die Steuereinrichtung (19) geöffnet
und geschlossen wird.
13. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffbehälters (1) nach
Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
bei Entfernen des Verschlußdeckels (3) und/oder bei Ein führen der Zapfpistole die Steuereinrichtung (19) in einem ersten Schritt das Steuersignal generiert, welches an das Ventil (7) der Entlüftungseinrichtung (5) weitergeleitet ein Öffnen des Ventils (7) auslöst,
in einem zweiten Schritt, der anschließend oder gleichzei tig mit dem ersten Schritt durchgeführt wird, generiert die Steuereinrichtung (19) ein zweites Steuersignal, welches ein Schließen des zweiten Ventils (10) auslöst,
anschließend wird während der Betankung aus den gemessenen Füllständen ein Füllwert für den Kraftstoffbehälters (1) er mittelt, der mit einem in der Steuereinrichtung (19) abgeleg ten Referenzfüllwert für den Kraftstoffbehälter (1) verglichen wird,
sobald der ermittelte Füllwert den Referenzfüllwert er reicht oder überschritten hat, wird ein Steuersignal gene riert, welches die Entlüftung (5) des Kraftstoffbehälters (1) verschließt,
nach einem anschließenden Aufsetzen des Verschlußdeckels und/oder Entfernen der Zapfpistole (3), welches durch den Sensor (23) festgestellt und an die Steuereinrichtung (19) weitergeleitet wird, generiert die Steuereinrichtung (19) Steuersignale, die ein Verschließen der Entlüftungseinrichtung (5) und eine Wiederöffnen des zweiten Ventils (10) auslösen.
bei Entfernen des Verschlußdeckels (3) und/oder bei Ein führen der Zapfpistole die Steuereinrichtung (19) in einem ersten Schritt das Steuersignal generiert, welches an das Ventil (7) der Entlüftungseinrichtung (5) weitergeleitet ein Öffnen des Ventils (7) auslöst,
in einem zweiten Schritt, der anschließend oder gleichzei tig mit dem ersten Schritt durchgeführt wird, generiert die Steuereinrichtung (19) ein zweites Steuersignal, welches ein Schließen des zweiten Ventils (10) auslöst,
anschließend wird während der Betankung aus den gemessenen Füllständen ein Füllwert für den Kraftstoffbehälters (1) er mittelt, der mit einem in der Steuereinrichtung (19) abgeleg ten Referenzfüllwert für den Kraftstoffbehälter (1) verglichen wird,
sobald der ermittelte Füllwert den Referenzfüllwert er reicht oder überschritten hat, wird ein Steuersignal gene riert, welches die Entlüftung (5) des Kraftstoffbehälters (1) verschließt,
nach einem anschließenden Aufsetzen des Verschlußdeckels und/oder Entfernen der Zapfpistole (3), welches durch den Sensor (23) festgestellt und an die Steuereinrichtung (19) weitergeleitet wird, generiert die Steuereinrichtung (19) Steuersignale, die ein Verschließen der Entlüftungseinrichtung (5) und eine Wiederöffnen des zweiten Ventils (10) auslösen.
14. Verfahren zum Entlüften eines Kraftstoffbehälters (1) nach
einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der
Sensor (23) auf ein Öffnen des Kraftstoffbehälters anspricht
und die Steuereinrichtung (19) aktiviert.
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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Free format text: BOLLE, DIRK, 53229 BONN, DE KRIEBEL, JUERGEN, 67677 ENKENBACH-ALSENBORN, DE |
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Representative=s name: KIERDORF RITSCHEL PATENTANWAELTE PARTG MBB, DE Representative=s name: FLEISCHER, GODEMEYER, KIERDORF & PARTNER, PATE, DE |
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