DE19913440A1

DE19913440A1 - Tankentlüftungssystem bei einem Kraftstofftank für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen

Info

Publication number: DE19913440A1
Application number: DE1999113440
Authority: DE
Inventors: Gregor Fischer
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 1999-03-25
Filing date: 1999-03-25
Publication date: 2000-10-05

Abstract

Bei einem Tankentlüftungssystem eines Kraftstofftanks für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen mit einem Tankentlüftungsventil ist der Kraftstofftank für einen gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhten Maximaldruck ausgelegt. Jede Verbindungsleitung des Kraftstofftanks zum Umgebungsdruck ist schließbar. Mittels des Tankentlüftungsventils ist zumindest während des Betriebs der Brennkraftmaschine ein Betriebsdruck im Tank einstellbar, der höher als der Umgebungsdruck ist, der aber den Maximaldruck zumindest nicht wesentlich übersteigt.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Tankentlüftungssystem bei einem Kraft stofftank für Brennkraftmaschinen in Kraftfahrzeugen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Beispielsweise aus der DE 195 40 267 A1 oder der DE 197 91 353 C1 sind Tankentlüftungssysteme in Kraftfahrzeugen bekannt, die als sogenannte "offene Systeme" betrieben werden, d. h. im Tank herrscht im wesentlichen Umgebungsdruck.

Während des Kraftfahrzeugbetriebs übersteigt die Kraftstofftemperatur im Tank zeitweise die Dampfdruckkurve des Kraftstoffs. Dadurch kann der Kraftstoff sieden, wobei Kraftstoffdämpfe in Mengen bis zu 200 l/h entstehen.

Um diese Kraftstoffdämpfe nicht in die Umgebung austreten zu lassen, wer den sie bei den bekannten Systemen in einem Filter, z. B. einem Aktivkohle filter, gebunden. In bestimmten Betriebspunkten der Brennkraftmaschine wird der Aktivkohlefilter rückgespült. Dabei wird Umgebungsluft durch den Aktivkohlefilter gesaugt. Die dann mit Kraftstoffdämpfen beladene Luft wird der Brennkraftmaschine zugeführt. Das Rückspülen wird mit Hilfe des Saug rohrunterdrucks durchgeführt.

Der Vorgang des Rückspülens kann nur während bestimmter Betriebspunkte der Brennkraftmaschine durchgeführt werden. So ist z. B. während des Vollastbetriebs keine Rückspülung möglich, da kein Saugrohrunterdruck zur Spülung vorhanden ist.

Im praktischen Betrieb kann nicht verhindert werden, daß der Aktivkohlefilter "durchbricht". Dies ist immer dann der Fall, wenn die anfallende Gasmenge, gemittelt über der Zeit, größer ist als die zur Verfügung stehende Spülmög lichkeit.

Physikalisch ist die Verhinderung bzw. Reduzierung der entstehenden Gas menge z. B. durch eine Reduzierung des Wärmeeintrags in den Tank er reichbar. Die Reduzierung des Wärmeeintrags durch Isolation hat nur eine begrenzte Wirkung. Darüber hinaus bedeutet eine aktive Kühlung erhöhten Energieaufwand.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Tankentlüftungssystem eingangs ge nannter Art derart zu verbessern, daß eine Reduzierung der entstehenden Gasmenge auf einfache, umweltverträgliche und kostengünstige Weise er reicht wird.

Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentan spruchs 1 gelöst.

Die Unteransprüche sind vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.

Der Kraftstofftank wird erfindungsgemäß für einen gegenüber dem Umge bungsdruck erhöhten Maximaldruck ausgelegt, der auch als dauernder Be triebsdruck vorliegen darf. Dazu ist jede Verbindungsleitung des Kraftstofftanks zum Umgebungsdruck, z. B. ein oder mehrere Tankentlüftungsventile, schließbar. Mittels zumindest eines Tankentlüftungsventils ist ein Betriebsdruck im Tank einstellbar, der höher als der Umgebungsdruck ist, der aber den Maximaldruck zumindest nicht wesentlich übersteigt.

Erfindungsgemäß kann ein Tankentlüftungsventil in Form eines mechani schen Ventils (z. B. Überdruckventil) und/oder ein Tankentlüftungsventil in Form eines elektrisch steuerbaren Ventils (Regelventil) vorgesehen sein.

Das Tankentlüftungsventil in Form eines elektrisch steuerbaren Ventils wird vorzugsweise von einer elektronischen Steuereinheit geöffnet, wenn eine Dampfdruckkurve zumindest innerhalb eines definierten Bereichs, in dem jedenfalls der Betriebsdruck des Tanks über dem Umgebungsdruck liegt, überschritten wird oder wenn der Betriebsdruck einen definierten Grenzdruck überschreitet, der größer als der Umgebungsdruck aber nicht größer als der Maximaldruck ist oder wenn das Kraftfahrzeug betankt wird und demnach die Brennkraftmaschine nicht in Betrieb ist.

Soll das Kraftfahrzeug betankt werden, kann beispielsweise über einen ma nuell zu betätigenden Schalter oder über einen beim Öffnen der Tankklappe automatisch betätigten Schalter, der jeweils mit der Steuereinheit verbunden ist, durch die Steuereinheit mittels des elektrisch steuerbaren Tankentlüf tungsventils der Überdruck im Kraftstofftank vor dem Öffnen des Tank deckels abgebaut werden.

Ein Tankentlüftungsventil in Form eines mechanischen Ventils ist derart aus gestaltet, daß es bei Überschreiten des Maximaldrucks öffnet. Dieses Ventil kann jedoch auch so ausgelegt werden, daß es zusätzlich bei Unterdruck im Kraftstofftank öffnet und dabei beispielsweise Frischluft einsaugt.

Bei geöffnetem Tankentlüftungsventil während des Betriebs der Brennkraft maschine strömt der Kraftstoffdampf vorzugsweise direkt in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine. Dieser Fall tritt gegenüber dem Stand der Technik nur in geringem Maße auf, da durch den erhöhten Betriebsdruck weniger Kraftstoffdampf entsteht. Daher kann für diesen Fall auch auf einen Aktiv kohlefilter verzichtet werden.

Benzintanks sind heute teilweise auf einen gegenüber dem Umgebungs druck um etwa 0,3 bar erhöhten Prüfdruck lediglich mit limitierter Zeit aus gelegt. Beispielsweise kann beim erfindungsgemäßen Tankentlüftungs system der Kraftstofftank so ausgelegt werden, daß dieser Prüfdruck dau ernder Betriebsdruck sein kann.

Handelsübliche Benzine erreichen 0,3 bar Dampfdruckerhöhung gegenüber dem Umgebungsdruck bei Temperaturen von ca. 50°C (Winterbenzin) bis 60°C (Sommerbenzin). Das Temperatur-/Druck-Verhalten wird üblicher weise in Form einer Dampfdruckkurve dargestellt. Da im Tank je nach vor hergegangenem Temperaturprofil sich auch noch Anteile von Luft befinden können, kann der Druck im Tank auch über den Dampfdruck des Benzins ansteigen.

Durch das erfindungsgemäße Tankentlüftungssystem wird das Entstehen und Entweichen von Kraftstoffdampf weitgehend vermieden, wodurch auf einen Aktivkohlefilter verzichtet werden kann oder wodurch zumindest ledig lich ein gegenüber dem Stand der Technik wesentlich kleinerer Aktivkohle filter, z. B. für die Entlüftung bei einem Tankvorgang, ausreichend ist.

In der Zeichnung ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel der Erfindung dar gestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine Vorrichtung mit zwei Tankentlüftungsventilen zur Realisie rung des erfindungsgemäßen Tankentlüftungssystems,

Fig. 2 in einer elektronischen Steuereinheit zur Realisierung des er findungsgemäßen Tankentlüftungssystems abgespeicherte Werte, wie eine Dampfdruckkurve, ein Maximaldruck und ein definierter Grenzdruck.

In Fig. 1 ist ein Kraftstofftank 1 mit einem Einfüllrohr 13 und einem Tank deckel 14 durch ein mechanisches Tankentlüftungsventil 2 und ein elektrisch steuerbares Tankentlüftungsventil 6 vom Umgebungsdruck (p_u) abtrennbar. Das Tankentlüftungsventil 6 ist durch eine elektrische Steuereinheit 5, die ein ohnehin vorhandenes elektronisches Brennkraftmaschinensteuergerät sein kann, ansteuerbar. Die Steuereinheit 5 erhält als Eingangssignale Be triebsparameter einer Brennkraftmaschine 10, die Meßsignale (p, T) eines im Kraftstofftank 1 angebrachten Drucksensors 3 und eines ebenfalls im Kraft stofftank 1 angebrachten Temperatursensors 4 sowie ein Schaltsignal S, das beispielsweise durch die Betätigung eines Schalters vor dem Tanken aus gelöst wird.

Das Tankentlüftungsventil 6 ist über eine Verbindungsleitung 7 mit dem Tank 1 und über eine weitere Verbindungsleitung mit dem Ansaugtrakt 9 der Brennkraftmaschine 10 verbunden. Eine dritte Verbindungsleitung führt vom Tankentlüftungsventil 6 zu einem Speicher 8, z. B. in Form eines kleinen Ak tivkohlefilters.

Das mechanische Tankentlüftungsventil 2 ist zwischen dem Tank 1 und ent weder der Umgebungsluft bzw. dem Ansaugtrakt 9 oder dem Aktivkohlefilter 8 angeordnet.

Die Ausgangsleitung 11 der Brennkraftmaschine 10 führt zu einer üblichen Abgasanlage.

Das Tankentlüftungsventil 2 öffnet zur Abgabe von Kraftstoffdampf lediglich bei Vorliegen eines Drucks p im Tank 1, der größer als der Maximaldruck p_g2 ist (Fig. 2).

In der Steuereinheit 5 sind Werte zur Steuerung des Tankentlüftungsventils 6 abgespeichert, wie z. B. der Maximaldruck p_g2, die Dampfdruckkurve K1 und ein definierter Grenzdruck p_g1. Vorzugsweise wird während des Betriebs der Brennkraftmaschine das Tankentlüftungsventil 6 im Bereich B, d. h. für Druckwerte p zumindest über dem Umgebungsdruck p_u, geöffnet, wenn die Dampfdruckkurve K1 überschritten wird. Außerhalb bzw. oberhalb des Be reichs B wird das Tankentlüftungsventil 6 geöffnet (vgl. Linie K2), wenn der definierte Grenzwert p_g1, der knapp unterhalb des Maximaldrucks p_g2 liegt, überschritten wird. Bei Stillstand der Brennkraftmaschine 10 und für den Fall einer Betankung wird bei Vorliegen des Schaltsignals S das Tankentlüf tungsventil 6 derart gesteuert, daß der Überdruck bzw. der Kraftstoffdampf in den Aktivkohlefilter 8 abgelassen wird.

Es sind auch beliebige weitere Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit einem oder mehreren Tankentlüftungsventilen denkbar. Erfindungswesent lich ist, daß zumindest ein Tankentlüftungsventil (2 und/oder 6) vorhanden ist, durch das im Tank 1 zum einen ein gegenüber dem Umgebungsdruck p_u erhöhter Überdruck einstellbar ist und durch das zum anderen bei einem Dauerdruck p im Tank 1 oberhalb eines Maximaldrucks p_g2, für den der Tank 1 ausgelegt ist, eine Tankentlüftung und somit ein Überdruckabbau möglich ist.

Bei unterschiedlichen Kraftstoffen, die durch einen nicht dargestellten Fühler oder durch manuelle Vorgabe erkannt bzw. eingestellt werden können, kön nen auch mehrere Dampfdruckkurven in der Steuereinheit 5 abgelegt sein.

Zur Erkennung der Kraftstoffeigenschaften können auch andere Signale, die indirekt Auskunft über die Beschaffenheit des Kraftstoffs geben können, wie z. B. das Klopfverhalten, herangezogen werden.

In der Steuereinheit 5 wird ermittelt, ob die gemessenen Werte für Druck p und Kraftstofftemperatur T im Tank über oder unter der abgespeicherten Dampfdruckkurve K1 des Kraftstoffs liegen. Liegen die Werte oberhalb der Dampfdruckkurve K1, kann davon ausgegangen werden, daß sich auch Luftanteile im Tank befinden.

In diesem Fall wird das elektronisch steuerbare Tankentlüftungsventil 6 so angesteuert, daß die Verbindungsleitung 7 zwischen Tank 1 und Saugrohr 9 der Brennkraftmaschine 10 so lange geöffnet wird, bis der Betriebsdruck p im Tank 1 wieder auf einen Wert unterhalb der abgespeicherten Dampf druckkurve K1 abgefallen ist. Der Massenfluß kann durch Drosselung in der Leitung 7 oder durch Taktung des Tankentlüftungsventils 6 gesteuert wer den.

Der Betrieb des Tankentlüftungsventils 6 kann auf einzelne Betriebsbereiche der Brennkraftmaschine 10 oder bestimmte Temperatur/Druckbereiche im Tank 1 beschränkt sein. Beispielsweise ist ein Öffnen des Tankentlüftungs ventils 6 im Leerlaufbetrieb oder bei Vorliegen niedriger Druck- und/oder Temperaturwerte (p, T) im Tank 1 ggf. nicht notwendig.

Durch diese Funktion ist sichergestellt, daß trotz des Überdrucks entstan dene Gasmengen im Tank 1 während des Brennkraftmaschinenbetriebs entfernt werden. Luft- und Kraftstoffdampfanteile werden dem Ansaugtrakt 9 der Brennkraftmaschine 10 direkt zugeführt.

Betankung

Bei dem vorgeschlagenen System kann im Tanksystem ein Überdruck herr schen, beim Betankungsvorgang ist jedoch ein druckloses System erforder lich.

Vor der Betankung, ausgelöst zum Beispiel durch das Öffnen der Tank klappe oder durch das manuelle Betätigen eines Schalters, wird das Tank system mittels der Steuereinheit 5 und des Schaltsignals S drucklos ge macht. Dies erfolgt durch ein Verbinden des Tanks 1 mit dem Speicher 8 über das Tankentlüftungsventil 6.

Der Druck wird im Tank abgebaut, die Gase strömen in den Speicher 8, hier werden die Kohlenwasserstoffe gebunden und die gereinigte Luft an die Umgebung bzw. in den Ansaugtrakt 9 abgegeben.

Durch geeignete konstruktive Maßnahmen kann sichergestellt werden, daß sich der Tankdeckel nur im drucklosen Zustand des Tanks öffnen läßt.

Betrieb für Systeme mit Gaspendelung bei der Betankung (Europa)

Nachdem der Tank 1 drucklos ist, wird die Verbindung zum Tank mittels des Tankentlüftungsventils 6 wieder verschlossen.

Die durch den zufließenden Kraftstoff verdrängte Gasmenge wird über die Gaspendelung wieder der Tankstelle zurückgeführt.

Betrieb für Systeme mit Onboard Refuelling Vapour Recovery (USA)

Das Tankentlüftungsventil 6 hält während des gesamten Betankungsvor gangs die Verbindung zwischen Tank 1 und Speicher 8 offen.

Die durch den zufließenden Kraftstoff verdrängte Gasmenge wird in den Speicher geführt, hier werden die Kohlenwasserstoffe gebunden und die ge reinigte Luft an die Umgebung bzw. den Ansaugtrakt 9 abgegeben.

Spülen des Speichers 8

Die im Speicher 8 zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffe werden rückge spült. Zu diesem Zweck wird das Tankentlüftungsventil 6 so geschaltet, daß es die Verbindung zwischen Speicher 8 und Ansaugtrakt 9 der Brennkraft maschine 10 freigibt. Dieser Vorgang kann immer dann durchgeführt wer den, wenn die Brennkraftmaschine in einem geeigneten Betriebspunkt be trieben wird und der Druck im Tank 1 gerade nicht abgebaut wird.

Claims

1. Tankentlüftungssystem bei einem Kraftstofftank für Brennkraftmaschi nen in Kraftfahrzeugen mit einem Tankentlüftungsventil, dadurch ge kennzeichnet, daß der Kraftstofftank (1) für einen gegenüber dem Um gebungsdruck (p_u) erhöhten Maximaldruck (p_g2) ausgelegt ist, daß jede Verbindungsleitung des Kraftstofftanks (1) zum Umgebungsdruck (p_u) schließbar ist, und daß mittels des Tankentlüftungsventils (6; 2) zumin dest während des Betriebs der Brennkraftmaschine (10) ein Betriebs druck (p) im Tank (1) einstellbar ist, der höher als der Umgebungsdruck (p_u) ist, der aber den Maximaldruck (p_g2) zumindest nicht wesentlich übersteigt.

2. Tankentlüftungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Tankentlüftungsventil (2) ein mechanisches Ventil ist.

3. Tankentlüftungssystem nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Tankentlüftungsventil (6) ein elektrisch steuerbares Ventil ist.

4. Tankentlüftungssystem nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß ein erstes Tankentlüftungsventil (2) in Form eines mechanischen Ventils und ein zweites Tankentlüftungsventil (6) in Form eines elektrisch steuerbaren Ventils vorgesehen sind.

5. Tankentlüftungssystem nach einem der Patentansprüche 1, 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Tankentlüftungsventil (6) in Form ei nes elektrisch steuerbaren Ventils von einer elektronischen Steuerein heit (5) geöffnet wird, wenn eine Dampfdruckkurve (K1) zumindest in nerhalb eines definierten Bereichs (B) überschritten wird.

6. Tankentlüftungssystem nach einem der Patentansprüche 1 oder 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Tankentlüftungsventil (6) in Form eines elektrisch steuerbaren Ventils von einer elektronischen Steuer einheit (5) geöffnet wird, wenn der Betriebsdruck (p) einen definierten Grenzdruck (p_g1) überschreitet, der größer als der Umgebungsdruck (p_u) aber nicht größer als der Maximaldruck (p_g2) ist.

7. Tankentlüftungssystem nach einem der Patentansprüche 1 oder 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Tankentlüftungsventil (6) in Form eines elektrisch steuerbaren Ventils von einer elektronischen Steuer einheit (5) geöffnet wird, bevor das Kraftfahrzeug betankt wird.

8. Tankentlüftungssystem nach einem der Patentansprüche 1, 2 oder 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Tankentlüftungsventil (2) in Form eines mechanischen Ventils derart ausgestaltet ist, daß es öffnet, wenn der Betriebsdruck (p) im Tank (1) den Maximaldruck (p_g2) über schreitet.