EP1183456B1 - Verfahren und vorrichtung zum emissionsarmen betrieb einer brennstofftankanlage insbesondere eines kraftfahrzeuges - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zum emissionsarmen betrieb einer brennstofftankanlage insbesondere eines kraftfahrzeuges Download PDF

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EP1183456B1
EP1183456B1 EP01913544A EP01913544A EP1183456B1 EP 1183456 B1 EP1183456 B1 EP 1183456B1 EP 01913544 A EP01913544 A EP 01913544A EP 01913544 A EP01913544 A EP 01913544A EP 1183456 B1 EP1183456 B1 EP 1183456B1
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EP
European Patent Office
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fuel tank
tank system
pressure
motor vehicle
fuel
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EP01913544A
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French (fr)
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EP1183456A1 (de
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Martin Streib
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F02M25/0809—Judging failure of purge control system

Definitions

  • the present invention relates generally to control devices for monitoring the emission of fuel vapors in motor vehicles.
  • the invention relates to a method and a device for operating a fuel tank system of a Motor vehicle, in particular for carrying out a temporary leak test of the fuel tank system, when an activated carbon filter for intake of in the fuel tank system formed gas or vapor Fuel is provided.
  • the control device is used in particular, approximately occurring Capture fuel vapor by means of an activated carbon filter and this temporarily in the activated carbon filter save.
  • Volatile fuel vapors that are mostly hydrocarbon vapors, for example, form during a refueling operation of the vehicle or due to an increasing fuel temperature in the tank and a concomitant increase in the Fuel vapor pressure.
  • the storage capacity of the activated carbon filter is now decreasing with increasing amount of stored hydrocarbon steadily and therefore it is necessary the activated carbon filter to regenerate at regular intervals, i.e. the stored hydrocarbon from this to dissolve again.
  • the activated carbon filter via a regeneration valve with a suction of combustion air serving intake manifold of the internal combustion engine connected. By opening the regeneration valve thus creates a pressure gradient between the Activated carbon filter and the intake manifold, by means of which the hydrocarbon stored in the activated carbon filter is guided into the suction pipe to ultimately in the Internal combustion engine burned and disposed of.
  • the negative pressure but also 'active' means the internal combustion engine are generated, wherein the Tank or the entire fuel tank system with the Suction tube briefly brought into pressure-conductive connection becomes, whereby in the tank a the intake manifold pressure corresponding negative pressure builds up.
  • the tank or the entire fuel tank system with the Suction tube briefly brought into pressure-conductive connection becomes, whereby in the tank a the intake manifold pressure corresponding negative pressure builds up.
  • U.S. Patent No. 5,146,902 discloses a method and a device described in which, in Contrary to the two previous examples, a Overpressure is generated in the tank and the leak diagnosis Fall of this overpressure is checked.
  • the known generic methods and devices have the disadvantage that in the presence of a leak or a leakage of the fuel tank after an approximately done warming of the fuel tank and so that the tank contents creates an overpressure, which in addition that leads through the leak hydrocarbon Gas or steam from the fuel tank system, on the activated carbon filter past, flows into the environment.
  • This is in a motor vehicle especially the case if this overpressure occurs during a shutdown phase of the vehicle, since in this case the excess Gas or the steam is not active by means of a motor-driven pump or one by the motor self-induced vacuum (e.g., via a suction pipe) can be sucked off.
  • the respective physical State variable i. the temperature and / or the pressure
  • the fuel tank system only then gas or vapor-tight is completed when a predetermined negative temperature gradient between the Outside temperature (temperature outside the vehicle) and the internal temperature of the fuel tank detected becomes. Because in this case is with a vacuum build-up in the fuel tank, which is an "outgassing" of hydrocarbons by any existing Leak effectively prevented.
  • a gas or vapor-tight closing the fuel tank system or the fuel tank is prevented, if a negative pressure gradient between the internal pressure the fuel tank system or the fuel tank and the outside pressure measured outside the vehicle is recognized or predicted.
  • a minimum waiting period between a recognized tank process and the gas or vapor-tight Completing the fuel tank system specified become.
  • a refueling process can by means of a tank lid lock or the like sensed become. This will avoid the fuel tank system with very fresh fuel that is strong tends to outgassing, closed too early gas or vapor-tight which is also an overpressure build-up would lead.
  • the invention also proposed device In particular, it has a first sensor which detects a shutdown of the motor vehicle, on.
  • a first sensor which detects a shutdown of the motor vehicle, on.
  • An imminent parking of the vehicle for example, by turning off of the engine or, in the run-up to engine shutdown, about switching off the vehicle lighting detected or predicted at detected darkness of the environment become. Also, the condition of the driver's door (Open-close with the engine stopped) at the meeting of Prediction be used.
  • the device has Further, a second sensor, which is a gas or vapor-related physical state variable in the interior of the Fuel tank system and in the vicinity of the motor vehicle detected.
  • a computing unit which one after the parking of the motor vehicle expected gas or vapor pressure in the fuel tank system, taking into account the difference of determined physical state variables, predicts.
  • control means are provided, which supply the gas or vaporous fuel, in case of expected Overpressure in particular of the gaseous or vaporous Fuel in the fuel tank plant opposite a corresponding pressure in the environment of the motor vehicle, via the activated carbon filter from the fuel tank system lead into the environment of the motor vehicle.
  • expected negative pressure in particular of gaseous or vaporous fuel in the Fuel tank system against the corresponding pressure in the vicinity of the motor vehicle, however, the Fuel tank system sealed gas or vapor-tight. In the latter case, in particular a leak test the fuel tank system by means of the negative pressure allows.
  • the device according to the invention can also be a or several cooperating with the arithmetic unit Temperature sensors for detecting the temperature in the Fuel tank system and / or the temperature in the environment of the vehicle.
  • Temperature sensors for detecting the temperature in the Fuel tank system and / or the temperature in the environment of the vehicle.
  • pressure sensors can be used to detect the pressure in the Fuel tank system and / or the pressure in the environment be provided of the vehicle.
  • the device between the activated carbon filter and one for temporary rinsing of the activated carbon filter provided filter arranged bistable valve, in particular de-energized bistable solenoid valve, on.
  • bistable valve in particular de-energized bistable solenoid valve
  • One such valve fulfills the above-described invention Requirements for the gas flow or steam flow control in a particularly efficient way.
  • used solenoid valves in the non-energized Operating state are closed, that persists
  • proposed valve de-energized in the respectively present opening state i. either in the closed or in the open state. Only for switching between these two states, both in one way and the other, one becomes Current pulse needed.
  • This valve will during a detected parking phase of the vehicle so controlled that it is only the fuel tank system to the outside gas-tight or vapor-tight when the ambient conditions the formation of a negative pressure in the Expect tank or in the fuel tank system. In the other cases, however, the valve is opened, to thereby equalize the pressure between the tank and the environment-unhindered over the activated carbon filter too enable.
  • the schematic block diagram in Fig. 1 shows a in The prior art known control device 10 for Monitoring the emission of fuel vapors in one Motor vehicle (not shown).
  • the control device shows a pump and valve assembly 11 to Leak diagnosis and an activated carbon filter 12, the connected via a pipe 13 pressure-conducting together are.
  • a fuel storage tank 14 is by means of an overflow and steam flow control valve 15 and via a pipeline 16 with the activated carbon filter 12 connected.
  • a suction pipe 17 of a (not shown here) Internal combustion engine is also via a pipe 18 connected to the activated carbon filter 12 pressure-conducting.
  • the control device points in the course of the pipeline 18, in the vicinity of the suction pipe 17, a regeneration valve 19 on.
  • control unit 20 is provided, with the pump and valve assembly 11th is electrically connected and to control the arrangement 11 and the regeneration valve 19 is used. Further contains the controller 10 a passive filter 21, the arrangement 11 with atmosphere, i. the environment of the vehicle, pressure-conducting connects.
  • Fig. 2 shows a schematic detail enlargement a known in the prior art embodiment the pump and valve arrangement already shown in Fig. 1 11, in an embodiment in which a leak test by means of a natural vacuum method he follows.
  • a solenoid valve 30 is only energized and open during engine operation, so one the largest possible cable cross-section for flushing of the activated carbon filter 12. When turned off Motor, the solenoid valve 30 is normally closed.
  • passive safety valves 'Vacuum Relief' 31 and 'Pressure Relief' 32 provided, the with only slight pressure differences between the Fuel tank system, in particular the fuel storage tank 14 and the pipeline 16, and the environment of the vehicle (atmosphere) are closed.
  • Fig. 3 shows a device according to the invention in one of Fig. 1 similar block diagram.
  • the pump and valve assembly 11 has the device according to the invention a pump and valve assembly 11, an activated carbon filter 12, a fuel storage tank 14, a Control device 20, and corresponding, not here Closer with reference numbers provided piping on.
  • the pump and valve assembly 11 also safety valves 31, 32 and a Pressure switch 33 on.
  • a de-energized bistable solenoid valve 40 This remains de-energized both in the closed and in the open state. Only to toggle between these two states a current pulse is needed.
  • That's bistable Solenoid valve 40 is connected via an electrical line 41 connected to the control unit 20 and is connected via a Control module 42, for example a corresponding program code, driven.
  • the control unit 20 is also via electrical lines 43, 44 with an inside the fuel tank 14 arranged pressure sensor 45 and arranged with an outside of the vehicle Pressure sensor 46 connected.
  • the two pressure sensors 45, 46 can also be used temperature sensors or pressure sensors in combination with temperature sensors.
  • the pressure sensors 45, 46 deliver over the Lines 43, 44 pressure signals to the control unit 20.
  • the bistable solenoid valve 40 is opened, around the excess fuel vapor, accordingly the flow direction 47, over the activated carbon filter 12 from the fuel tank 14 in the vicinity of the To lead vehicle.
  • expected negative pressure becomes or remains the bistable solenoid valve 40, however, closed, creating a leak test the fuel tank system by means of a negative pressure can.
  • fresh air are passed into the activated carbon filter 12 may, to the already described rinsing for the purpose the regeneration of the activated carbon filter 12 perform.
  • the internal tank pressure and the vehicle external pressure detected 52 Once it is recognized that one Stopping phase is present, the internal tank pressure and the vehicle external pressure detected 52. Alternatively or additionally can corresponding indoor or outdoor temperatures be recorded.
  • the captured print data will be compared 53 and made a prediction if one Internal tank pressure is expected to be 54, which is higher than that External pressure.
  • the solenoid valve 40 is opened 56 and then go through a waiting loop 57.
  • a waiting loop 57 is avoided that a Overpressure develops as long as the fuel is still due a previous sloshing of the fuel outgas in the fuel tank.
  • the solenoid valve 40 is closed 58 to then, if necessary, perform a leak test 59th
  • a leak test only in the case of the presence of a pressure gradient between the outside world and the tank interior carried out, if necessary outside air through the leak in the fuel tank can flow. This can be emissions to avoid fuel vapors very effectively.
  • the expected internal tank pressure is higher than the expected or present ambient pressure is checked 60, whether the solenoid valve is already open. If not, the solenoid valve 40 is opened to the excess Fuel vapor over the activated carbon filter 12th from the fuel tank 14 in the vicinity of the To lead vehicle.

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Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Kontrolleinrichtungen zur Überwachung der Emission von Kraftstoffdämpfen in Kraftfahrzeugen. Im Besonderen bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betrieb einer Brennstofftankanlage eines Kraftfahrzeuges, insbesondere zur Durchführung einer zeitweiligen Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage, bei der ein Aktivkohlefilter zur Aufnahme von in der Brennstofftankanlage gebildetem gas- oder dampfförmigem Brennstoff vorgesehen ist.
Heutige brennkraftgetriebene Kraftfahrzeuge weisen meist einen Kraftstoffvorratstank auf sowie eine Kontrolleinrichtung zur Überwachung und gegebenenfalls zur Verhinderung der Emission von in dem Kraftstoffvorratstank gebildeten Kraftstoffdämpfen. Die Kontrolleinrichtung dient insbesondere dazu, etwa auftretenden Kraftstoffdampf mittels eines Aktivkohlefilters einzufangen und diesen in dem Aktivkohlefilter vorübergehend zu speichern. Flüchtige Kraftstoffdämpfe, das sind meist Kohlenwasserstoffdämpfe, bilden sich beispielsweise während eines Betankungsvorganges des Fahrzeugs oder aufgrund einer ansteigenden Kraftstofftemperatur im Tank und eines damit einhergehenden Anstiegs des Kraftstoffdampfdruckes.
Das Speichervermögen des Aktivkohlefilters nimmt nun mit steigender Menge an gespeichertem Kohlenwasserstoff stetig ab und daher ist es erforderlich, das Aktivkohlefilter in regelmäßigen Abständen zu regenerieren, d.h. den gespeicherten Kohlenwasserstoff aus diesem wieder herauszulösen. Zu diesem Zweck ist das Aktivkohlefilter über ein Regenerierventil mit einem zum Ansaugen von Verbrennungsluft dienenden Saugrohr der Brennkraftmaschine verbunden. Durch Öffnen des Regenerierventils entsteht somit ein Druckgefälle zwischen dem Aktivkohlefilter und dem Saugrohr, mittels dessen der in dem Aktivkohlefilter gespeicherte Kohlenwasserstoff in das Saugrohr geführt wird, um letztlich in der Brennkraftmaschine verbrannt und damit entsorgt zu werden.
Es wird in dem vorliegenden Zusammenhang auf die in einigen Ländern, wie den USA, zukünftig von Seiten der Regierungen angestrebten verschärften gesetzlichen Regelungen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen hingewiesen. Nach diesen Regelungen ist es beispielsweise erforderlich, dass Kraftfahrzeuge, bei denen flüchtige Brennstoffe wie Benzin eingesetzt werden, eine eingangs genannte Kontrolleinrichtung aufweisen, die auch in der Lage ist, eine etwa bestehende Undichtigkeit (Leckage) im Tank bzw. der gesamten Brennstofftankanlage aufspüren zu können.
Ein entsprechendes Verfahren und eine Vorrichtung zur Diagnose von Leckagen in Brennstofftankanlagen von Kraftfahrzeugen werden in der zeitgleich eingereichten DE 100 13 347 A1 (Aktenzeichen der Anmelderin: R. 38042 - EM 99/2837) vorgeschlagen. Diese basiert auf einer Erkennung von Druckänderungen, die durch einen innerhalb des Brennstofftanks angeordneten Drucksensor erfasst werden und die in dem abgesperrten Brennstofftank während einer Abstellphase des Fahrzeuges auftreten. Hierbei macht man sich insbesondere den bei einer möglichen Abkühlung des Brennstofftanks entstehenden Unterdruck des Tankinhalts zu Nutze. Im Falle eines vorhandenen Tanklecks steigt der Druck allmählich an, da über das Leck Umgebungsluft in den Tank einströmen kann. Durch einfache Druckmessung lässt sich somit das Vorliegen eines Lecks im Tank bzw. in der gesamten Tankanlage feststellen.
Alternativ kann der Unterdruck jedoch auch 'aktiv' mittels der Brennkraftmaschine erzeugt werden, wobei der Tank bzw. die gesamte Brennstofftankanlage mit dem Saugrohr kurzzeitig in druckleitende Verbindung gebracht wird, wodurch sich im Tank ein dem Saugrohrdruck entsprechender Unterdruck aufbaut. Eine solche Vorgehensweise ist beispielsweise in der US-Patentschrift 5,957,115 beschrieben.
Eine Vorrichtung zum Betrieb einer Brennstoffanlage eines Kraftfahrzeugs mit einem Aktivkohlefilter, einem Umgebungsdrucksensor, einem Drucksensor, welcher den Druck innerhalb der Tankanlage misst, einer Recheneinheit sowie Steuermitteln ist aus der US 5,954,034 bekannt.
Ferner sind in der US-Patentschrift 5,146,902 ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei denen, im Gegensatz zu den beiden vorherigen Beispielen, ein Überdruck im Tank erzeugt wird und zur Leckdiagnose das Abfallen dieses Überdrucks überprüft wird.
In der genannten Druckschrift DE 100 13 347 A1 (Aktenzeichen der Anmelderin: R. 38042 - EM 99/2837) ist darüber hinaus beschrieben, dass mittels des Drucksensors auch ein im Falle einer Erwärmung des Tankinhalts etwa auftretender Überdruck entsprechend in der umgekehrten Druckrichtung zur Leckdiagnose herangezogen werden kann. Durch Verwendung von Unterdruck- und Überdruckbedingungen beim Leckagetest lässt sich die Häufigkeit von Fehldiagnosen reduzieren.
Die bekannten gattungsgemäßen Verfahren und Vorrichtungen haben den Nachteil, dass bei Vorliegen einer Undichtigkeit bzw. einer Leckage des Brennstofftanks nach einer etwa erfolgten Erwärmung des Brennstofftanks und damit des Tankinhalts ein Überdruck entsteht, der dazu führt, dass durch das Leck kohlenwasserstoffhaltiges Gas oder Dampf von der Brennstofftankanlage, an dem Aktivkohlefilter vorbei, in die Umwelt strömt. Dies ist bei einem Kraftfahrzeug insbesondere dann der Fall, wenn dieser Überdruck sich während einer Abstellphase des Fahrzeugs ausbildet, da in diesem Fall das überschüssige Gas bzw. der Dampf nicht aktiv mittels einer motorbetriebenen Pumpe bzw. eines durch den Motor selbst bewirkten Unterdrucks (z.B. über ein Saugrohr) abgesaugt werden kann.
Die genannte, zu dem Überdruck im Brennstofftank führende Situation kann im Übrigen auch ohne die beschriebene Aufwärmung des Brennstofftanks eintreten, nämlich z.B. dann, wenn witterungsbedingt der Umgebungsdruck absinkt.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs beschriebenes Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, welche die vorgenannten Nachteile vermeiden und welche insbesondere die genannte Umweltbelastung mit Kohlenwasserstoffen minimieren. Ferner sollen ein solches Verfahren und eine Vorrichtung möglichst einfach und damit kostengünstig implementierbar sein. Insbesondere im Hinblick auf einen Einsatz in einem Kraftfahrzeug soll die Vorrichtung zudem eine möglichst geringe Gewichtserhöhung der Brennstofftankanlage bedingen. Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.
Die Besonderheit des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, zunächst einen Abstellvorgang des Kraftfahrzeugs zu erfassen. Da bei einem abgestellten Fahrzeug die üblichen Mechanismen zum Absaugen etwa vorhandenen überschüssigen Brennstoffgases bzw. -dampfes wegen des stehenden Motors nicht aktivierbar sind, besteht gerade in dieser Situation ein erhöhtes Risiko, dass Kohlenwasserstoffe durch ein etwa vorliegendes Leck nach außen entweichen. Nach der Feststellung eines Abstellvorgangs wird eine gas- oder dampfbezogenen physikalischen Zustandsgröße sowohl im Innern des Brennstofftankanlage als auch in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfaßt. Aus den so gewonnenen Daten wird dann ein zu erwartender Gas- bzw. Dampfdruck in der Brennstofftankanlage ermittelt. Es wird also sozusagen eine probabilistische Vorhersage getroffen, wie der Gas- bzw. Dampfdruck sich aufgrund der vorliegenden Zustandsgrößen entwickeln wird, d.h. ob nach einer vorgebbaren Zeit nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs ein Überdruck oder eher ein Unterdruck zu erwarten ist. Im Falle eines zu erwartenden Überdrucks des gas- bzw. dampfförmigen Brennstoffes in der Brennstofftankanlage gegenüber dem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs wird der gas- bzw. dampfförmige Brennstoff, über das Aktivkohlefilter, aus dem Brennstofftankanlage in die Umgebung des Kraftfahrzeugs geleitet. In dem umgekehrten Falle eines zu erwartenden Unterdrucks wird hingegen die Brennstofftankanlage, oder der Brennstofftank allein, gas- bzw. dampfdicht, d.h. hermetisch abgeschlossen, um insbesondere eine Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage mittels des vorliegenden Unterdrucks zu ermöglichen.
Zur Verbesserung der Güte der Vorhersage im Zusammenhang mit der Ermittlung der genannten Druckverhältnisse kann weiter vorgesehen sein, dass die jeweilige physikalische Zustandsgröße, d.h. die Temperatur und/oder der Druck, sowohl in der Brennstofftankanlage als auch in der Umgebung des Fahrzeuges erfasst werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass die Brennstofftankanlage nur dann gas- bzw. dampfdicht abgeschlossen wird, wenn ein vorgegebener negativer Temperaturgradient zwischen der Außentemperatur (Temperatur außerhalb des Fahrzeuges) und der Innentemperatur des Brennstofftanks festgestellt wird. Denn in diesem Fall ist mit einem Unterdruckaufbau im Brennstofftank zu rechnen, der ein "Ausgasen" von Kohlenwasserstoffen durch ein etwa vorhandenes Leck wirksam verhindert.
Entsprechend kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass ein gas- bzw. dampfdichtes Abschließen der Brennstofftankanlage bzw. des Brennstofftanks verhindert wird, wenn ein negativer Druckgradient zwischen dem Innendruck der Brennstofftankanlage bzw. des Brennstofftanks und dem außerhalb des Fahrzeuges gemessenen Außendrucks erkannt bzw. vorhergesagt wird.
Ferner kann eine kurze Zeitspanne (Mindestzeit) zwischen dem Abstellen des Fahrzeuges und dem gas- bzw. dampfdichten Abschließen der Brennstofftankanlage vorgegeben werden. Hierdurch kann wirksam vermieden werden, dass sich ein Überdruck entwickelt, solange der Brennstoff bzw. Kraftstoff noch aufgrund eines vorangegangenen Schwappens des Kraftstoffes in dem Brennstofftank ausgast.
Entsprechend kann auch eine Mindest-Wartezeit zwischen einem erkannten Tankvorgang und dem gas- bzw. dampfdichten Abschließen der Brennstofftankanlage vorgegeben werden. Ein Tankvorgang kann dabei mittels einer Tankdeckelverriegelung oder dergleichen sensiert bzw. erfasst werden. Hierdurch wird vermieden, dass die Brennstofftankanlage bei sehr frischem Kraftstoff, der stark zur Ausgasung neigt, zu früh gas- bzw. dampfdicht abgeschlossen wird, was ebenfalls zu einem Überdruckaufbau führen würde.
Die erfindungsgemäß ebenfalls vorgeschlagene Vorrichtung weist insbesondere einen ersten Sensor, welcher einen Abstellvorgang des Kraftfahrzeugs erfasst, auf. Die Vorteile wurden bereits bei der Würdigung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens genannt und gelten hier entsprechend. Ein bevorstehendes Abstellen des Fahrzeuges kann beispielsweise durch ein Ausschalten des Motors oder, bereits im Vorfeld des Motorausschaltens, über ein Ausschalten der Fahrzeugbeleuchtung bei erfasster Dunkelheit der Umgebung erkannt bzw. vorhergesagt werden. Auch kann der Zustand der Fahrertür (Öffnen-Schließen bei stehendem Motor) beim Treffen der Vorhersage herangezogen werden. Die Vorrichtung weist ferner einen zweiten Sensor auf, welcher eine gas- oder dampfbezogene physikalische Zustandsgröße im Innern der Brennstofftankanlage und in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst. Ferner ist eine Recheneinheit vorgesehen, welche einen nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs zu erwartenden Gas- oder Dampfdrucks in der Brennstofftankanlage, unter Berücksichtigung des Unterschieds der ermittelten physikalischen Zustandsgrößen, vorhersagt. Zudem sind Steuermittel vorgesehen, welche den gas- oder dampfförmigen Brennstoff, im Falle eines zu erwartenden Überdrucks insbesondere des gas- oder dampfförmigen Brennstoffs in der Hrennstofftankanlage gegenüber einem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, über das Aktivkohlefilter aus der Brennstofftankanlage in die Umgebung des Kraftfahrzeugs leiten. Im Falle eines zu erwartenden Unterdrucks insbesondere des gas- oder dampfförmigen Brennstoffs in der Brennstofftankanlage gegenüber dem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs hingegen wird die Brennstofftankanlage gas- oder dampfdicht abgeschlossen. Im letzten Fall wird insbesondere eine Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage mittels des Unterdrucks ermöglicht.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung können ferner ein oder mehrere mit der Recheneinheit zusammenarbeitende Temperatursensoren zur Erfassung der Temperatur in der Brennstofftankanlage und/oder der Temperatur in der Umgebung des Fahrzeuges. Alternativ oder gleichzeitig können Drucksensoren zur Erfassung des Drucks in der Brennstofftankanlage und/oder des Drucks in der Umgebung des Fahrzeuges vorgesehen sein. Wie bereits erwähnt, kann durch eine gleichzeitig innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs erfolgende Druck- und/oder Temperaturerfassurig und anschließende Gradientenbildung die Vorhersagegüte erheblich verbessert werden.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform weist die Vorrichtung ein zwischen dem Aktivkohlefilter und einem zum zeitweiligen Spülen des Aktivkohlefilters vorgesehenen Filter angeordnetes bistabiles Ventil, insbesondere stromlos bistabiles Magnetventil, auf. Ein solches Ventil erfüllt die vorbeschriebenen erfindungsgemäßen Anforderungen an die Gasfluss- bzw. Dampfflusssteuerung in besonders effizienter Weise. Gegenüber den bekanntermaßen verwendeten Magnetventilen, die im unbestromten Betriebszustand geschlossen sind, verharrt das erfindungsgemäß vorgeschlagene Ventil stromlos in dem jeweils vorliegenden Öffnungszustand, d.h. entweder im geschlossenen oder im geöffneten Zustand. Nur zum Umschalten zwischen diesen beiden Zuständen, sowohl in der einen als auch in der anderen Richtung, wird ein Stromimpuls benötigt. Dieses Ventil wird während einer erkannten Abstellphase des Fahrzeuges so gesteuert, dass es nur dann die Brennstofftankanlage nach außen hin gas- bzw. dampfdicht abschließt, wenn die Umgebungsbedingungen die Entstehung eines Unterdrucks im Tank bzw. in der Brennstofftankanlage erwarten lassen. In den anderen Fällen wird dagegen das Ventil geöffnet, um dadurch einen Druckausgleich zwischen dem Tank und der Umgebung-ungehindert über das Aktivkohlefilter zu ermöglichen. Durch diese Maßnahme kann entweder ein Druckabbau eines etwa bereits bestehenden Überdrucks in der Brennstofftankanlage bzw. im Tank erfolgen oder verhindert werden, dass sich ein Überdruck überhaupt erst ausbildet, der Kraftstoffgas bzw. -dampf durch ein gegebenenfalls vorhandenes Leck herausdrücken würde.
Zum Erreichen einer noch höheren Sicherheit gegen das Ausgasen von Kohlenwasserstoffen kann vorgesehen sein, dass bei Erkennen eines Überdrucks mittels eines im Tankinnenraum angeordneten Drucksensors das Ventil unmittelbar geöffnet wird, um dadurch einen weiteren Druckaufbau wirksam zu verhindern.
Zeichnung
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen.
Fig. 1
zeigt, in schematischer Darstellung, eine Kontrolleinrichtung zur Überwachung der Emission von Kraftstoffdämpfen in einem Kraftfahrzeug nach dem Stand der Technik;
Fig. 2
zeigt, in Ausschnittvergrößerung, eine im Stand der Technik bekannte Ausführung der in Fig. 1 gezeigten Pumpen- und Ventilanordnung, und zwar zur Dichtheitsprüfung mittels Unterdrucktechnik;
Fig. 3
zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer der Fig. 1 ähnlichen Blockdarstellung; und
Fig. 4
ein Flussdiagramm zur Illustration einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Das schematische Blockdiagramm in Fig. 1 zeigt eine im Stand der Technik bekannte Kontrolleinrichtung 10 zur Überwachung der Emission von Kraftstoffdämpfen in einem (nicht gezeigten) Kraftfahrzeug. Die Kontrolleinrichtung weist eine Pumpen- und Ventilanordnung 11 zur Leckdiagnose sowie ein Aktivkohlefilter 12 auf, die über eine Rohrleitung 13 druckleitend miteinander verbunden sind. Ein Kraftstoffvorratstank 14 ist mittels eines Überlauf- und Dampfflusskontrollventils 15 und über eine Rohrleitung 16 mit dem Aktivkohlefilter 12 verbunden. Ein Saugrohr 17 einer (hier nicht gezeigten) Brennkraftmaschine ist über eine Rohrleitung 18 ebenfalls mit dem Aktivkohlefilter 12 druckleitend verbunden. Die Kontrolleinrichtung weist im Verlauf der Rohrleitung 18, in der Nähe des Saugrohres 17, ein Regenerierventil 19 auf. Zudem ist eine Steuereinheit 20 vorgesehen, die mit der Pumpen- und Ventilanordnung 11 elektrisch verbunden ist und zur Steuerung der Anordnung 11 und des Regenerierventils 19 dient. Ferner enthält die Kontrolleinrichtung 10 einen passiven Filter 21, der die Anordnung 11 mit Atmosphäre, d.h. der Umgebung des Fahrzeuges, druckleitend verbindet.
Im Betrieb des Fahrzeuges bzw. seiner (hier ebenfalls nicht gezeigten) Brennkraftmaschine oder beim Betanken des Kraftstoffvorratstanks 14 bilden sich im Tank 14 flüchtige Kohlenwasserstoffdämpfe, die über die Rohrleitung 16 in das Aktivkohlefilter 12 gelangen und in diesem in der bekannten Weise reversibel gebunden werden. Das Regenerierventil 19 ist normalerweise geschlossen. In regelmäßigen Zeitabständen wird das Regenerierventil 19 durch die Steuereinheit 20 so angesteuert, dass ein bestimmter Teildruck des im Saugrohr 17 bestehenden Unterdrucks des Aktivkohlefilters 12 zugeführt wird, was dazu führt, dass die gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfe von dem Aktivkohlefilter 12 über die Rohrleitung 18 und über das Regenerierventil 19 in das Saugrohr hineingesaugt werden, um schließlich der Brennkraftmaschine zur Verbrennung und damit endgültigen Entsorgung zugeführt zu werden. Bei diesem Vorgang der Regenerierung des Aktivkohlefilters 12 wird über die Rohrleitung 13 und den Filter 21 Frischluft in das Aktivkohlefilter 12 eingesaugt, wodurch der eigentliche Spülungseffekt bewirkt wird.
Fig. 2 zeigt eine schematische Ausschnittvergrößerung einer im Stand der Technik bekannten Ausführungsform der in Fig. 1 bereits gezeigten Pumpen- und Ventilanordnung 11, und zwar in einer Ausführung, bei der eine Dichtheitsprüfung mittels einer natürlichen Unterdruckmethode erfolgt. Ein Magnetventil 30 ist dabei nur während des Motorbetriebs bestromt und offen, um so einen möglichst großen Leitungsquerschnitt für das Spülen des Aktivkohlefilters 12 bereitzustellen. Bei abgestelltem Motor ist das Magnetventil 30 stromlos geschlossen. Ferner sind passive Sicherheitsventile 'Vacuum Relief' 31 und 'Pressure Relief' 32 vorgesehen, die bei nur geringen Druckdifferenzen zwischen der Brennstofftankanlage, insbesondere dem Kraftstoffvorratstank 14 und der Rohrleitung 16, und der Umgebung des Fahrzeuges (Atmosphäre) geschlossen sind. Daher können Temperaturänderungen im Kraftstoffvorratstank 14 zum Aufbau eines Unterdrucks oder Überdrucks im Kraftstoffvorratstank 14 führen. Bei größeren Druckdifferenzen zwischen dem Kraftstoffvorratstank 14 und der Umgebung öffnen die passiven Sicherheitsventile 31, 32 jeweils entsprechend der Richtung des vorliegenden Druckgradienten, so dass ein Druckausgleich stattfinden kann. Der dabei vorliegende Überdruck oder Unterdruck wird mittels eines Druckschalters 33 erfasst. Auf die Details des Leckagetests wird hier nicht näher eingegangen, da dieser in der eingangs zitierten Patentliteratur ausgiebig beschrieben ist und für die vorliegende Erfindung nur eine untergeordnete Rolle spielt.
Fig. 3 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung in einer der Fig. 1 ähnlichen Blockdarstellung. In Übereinstimmung mit der in den Figuren 1 und 2 gezeigten bekannten Kontrolleinrichtung, weist die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Pumpen- und Ventilanordnung 11, ein Aktivkohlefilter 12, einen Kraftstoffvorratstank 14, eine Steuereinrichtung 20, sowie entsprechende, hier nicht näher mit Bezugszahlen versehene Rohrleitungen auf. Entsprechend Fig. 2 weist die Pumpen- und Ventilanordnung 11 auch Sicherheitsventile 31, 32 sowie einen Druckschalter 33 auf. Im Unterschied zu der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Einrichtung, enthält die Pumpen- und Ventilanordnung 11 erfindungsgemäß ein stromlos bistabiles Magnetventil 40. Dieses verharrt stromlos sowohl im geschlossenen als auch im geöffneten Zustand. Nur zum Umschalten zwischen diesen beiden Zuständen wird ein Stromimpuls benötigt. Das bistabile Magnetventil 40 ist über eine elektrische Leitung 41 mit der Steuereinheit 20 verbunden und wird über ein Steuermodul 42, beispielsweise ein entsprechender Programmcode, angesteuert. Die Steuereinheit 20 ist zudem über elektrische Leitungen 43, 44 mit einem innerhalb des Kraftstofftanks 14 angeordneten Drucksensor 45 sowie mit einem außerhalb des Fahrzeuges angeordneten Drucksensor 46 verbunden. Anstelle der beiden Drucksensoren 45, 46 können auch Temperatursensoren eingesetzt werden oder Drucksensoren in Kombination mit Temperatursensoren. Die Drucksensoren 45, 46 liefern über die Leitungen 43, 44 Drucksignale an die Steuereinheit 20. Sobald die Steuereinheit über (hier nicht gezeigte) Sensoren oder über einen CAN-Bus übertragene Daten eine bevorstehende Abstellphase des Fahrzeuges feststellt, werden die aktuell vorliegenden, aus den Drucksignalen gewonnenen Druckdaten mittels des Steuermoduls 42 dahingehend ausgewertet (siehe auch Fig. 4), ob nach dem Abstellen des Fahrzeuges ein Unterdruck oder aber ein Überdruck im Kraftstoffvorratstank 14 zu erwarten ist.
Im Falle, dass das Steuermodul 42 bei der Auswertung der Druckdaten zum Ergebnis kommt, dass nach dem Abstellen des Fahrzeuges gegenüber dem Fahrzeugaußendruck (Atmosphäre) ein Überdruck im Kraftstoffvorratstank 14 zu erwarten ist, wird das bistabile Magnetventil 40 geöffnet, um den überschüssigen Kraftstoffdampf, entsprechend der Fließrichtung 47, über das Aktivkohlefilter 12 aus dem Kraftstoffvorratstank 14 in die Umgebung des Fahrzeuges zu leiten. Im Falle eines zu erwartenden Unterdrucks wird bzw. bleibt das bistabile Magnetventil 40 hingegen geschlossen, wodurch eine Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage mittels eines Unterdrucks erfolgen kann. Es sei noch erwähnt, dass in Fließrichtung 48 Frischluft in das Aktivkohlefilter 12 geleitet werden kann, um das bereits beschriebene Spülen zum Zwecke der Regenerierung des Aktivkohlefilters 12 durchzuführen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird nun anhand des in Fig. 4 gezeigten Flussdiagrammes näher beschrieben. Zunächst wird geprüft 50, ob der Motor des Fahrzeuges eingeschaltet wurde. Ist dies der Fall, wird weiter geprüft 51, ob das Fahrzeug sich in einer Abstellphase befindet, d.h. ob zu erwarten ist, dass das Fahrzeug in Kürze abgestellt (z.B. geparkt) werden soll. Dies kann anhand unterschiedlichster Informationen, beispielsweise über den Motorzustand, Zustand der Fahrertür, oder dergleichen geschehen. Sobald erkannt wird, dass eine Abstellphase vorliegt, werden der Tankinnendruck und der Fahrzeugaußendruck erfasst 52. Alternativ oder zusätzlich können entsprechende Innen- bzw. Außentemperaturen erfasst werden. Die erfassten Druckdaten werden verglichen 53 und eine Vorhersage getroffen, ob ein Tankinnendruck erwartet wird 54, der höher ist als der Außendruck. Ist dies nicht der Fall, wird geprüft 55, ob das bistabile Magnetventil 40 bereits offen ist. Ist dies nicht der Fall, wird das Magnetventil 40 geöffnet 56 und danach eine Warteschleife 57 durchlaufen. Durch die Warteschleife 57 wird vermieden, dass sich ein Überdruck entwickelt, solange der Kraftstoff noch aufgrund eines vorangegangenen Schwappens des Kraftstoffes in dem Brennstofftank ausgast. Nach Ablauf der Warteschleife wird das Magnetventil 40 geschlossen 58, um danach gegebenenfalls einen Leckagetest durchzuführen 59.
Erfindungsgemäß wird demnach ein Leckagetest nur noch im Falle des Vorliegens eines Druckgefälles zwischen der Außenwelt und dem Tankinnern durchgeführt, wobei allenfalls Außenluft durch das Leck in den Kraftstoffvorratstank fließen kann. Hierdurch lassen sich Emissionen von Kraftstoffdämpfen sehr wirksam vermeiden. Ist der erwartete Tankinnendruck allerdings höher als der erwartete bzw. vorliegende Umgebungsdruck, wird geprüft 60, ob das Magnetventil bereits offen ist. Falls nicht, wird das Magnetventil 40 geöffnet, um den überschüssigen Kraftstoffdampf über das Aktivkohlefilter 12 aus dem Kraftstoffvorratstank 14 in die Umgebung des Fahrzeuges zu leiten.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Betrieb einer Brennstofftankanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung einer zeitweiligen Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage (10), wobei ein Aktivkohlefilter (12) zur Aufnahme von in der Brennstofftankanlage (10) gebildetem gas- oder dampfförmigem Brennstoff vorgesehen ist,
    gekennzeichnet durch die Schritte:
    a) Erfassen eines Abstellvorgangs des Kraftfahrzeugs;
    b) Erfassen (52) mindestens einer gas- oder dampfbezogenen physikalischen Zustandsgröße im Innern des Brennstofftankanlage (10) und in der Umgebung des Kraftfahrzeugs;
    c) Vorhersagen (54) eines nach dem Abstellen der Kraftfahrzeugs zu erwartenden Gas- oder Dampfdrucks in der Brennstofftankanlage (10) unter Berücksichtigung des Unterschieds der in Schritt b) ermittelten physikalischen Zustandsgrößen;
    im Falle eines zu erwartenden Überdrucks insbesondere des gas- oder dampfförmigen Brennstoffes in der Brennstofftankanlage (10) gegenüber einem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs:
    d1) Leiten (61) des gas- oder dampfförmigen Brennstoffes über das Aktivkohlefilter (12) aus der Brennstofftankanlage (10) in die Umgebung des Kraftfahrzeugs;
    und
    im Falle eines zu erwartenden Unterdrucks insbesondere des gas- oder dampfförmigen Brennstoffes in der Brennstofftankanlage (10) gegenüber dem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs:
    d2) Gas- oder dampfdichtes Abschließen (58) der Brennstofftankanlage (10), insbesondere zur Ermöglichung einer Dichtheitsprüfung (59) der Brennstofftankanlage (10) mittels des Unterdrucks.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen insbesondere vor Schritt a) erfolgenden weiteren Schritt:
    Erfassen (51) eines bevorstehenden Abstellens des Kraftfahrzeuges.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Zustandsgröße die Temperatur in der Brennstofftankanlage und/oder die Temperatur in der Umgebung des Fahrzeuges erfasst wird bzw. erfasst werden.
  4. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als physikalische Zustandsgröße der Druck in der Brennstofftankanlage und/oder der Druck in der Umgebung des Fahrzeuges erfasst wird bzw. erfasst werden (52).
  5. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine kurze Zeitspanne zwischen einem erkannten Abstellen des Fahrzeuges oder einem erkannten Betankungsvorgang der Brennstofftankanlage und dem gas- bzw. dampfdichten Abschließen der Brennstofftankanlage vorgegeben wird (57).
  6. Vorrichtung zum Betrieb einer Brennstofftankanlage (10) eines Kraftfahrzeugs, insbesondere zur Durchführung einer zeitweiligen Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage (10), die ein Aktivkohlefilter (12) zur Aufnahme von in der Brennstofftankanlage (10) gebildetem gas- oder dampfförmigem Brennstoff aufweist, gekennzeichnet durch mindestens einen ersten Sensor, welcher einen Abstellvorgang des Kraftfahrzeugs erfasst, mindestens einen zweiten Sensor (45, 46), welcher wenigstens eine gas- oder dampfbezogene physikalische Zustandsgröße im Innern der Brennstofftankanlage (10) und in der Umgebung des Kraftfahrzeugs erfasst;
    eine Recheneinheit (42), welche einen nach dem Abstellen des Kraftfahrzeugs zu erwartenden Gas- oder Dampfdrucks in der Brennstofftankanlage (10) unter Berücksichtigung des Unterschieds der ermittelten physikalischen Zustandsgrößen vorhersagt;
    Steuermittel (20), welche den gas- oder dampfförmigen Brennstoff, im Falle eines zu erwartenden Überdrucks insbesondere des gas- oder dampfförmigen Brennstoffs in der Brennstofftankanlage (10) gegenüber einem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, über das Aktivkohlefilter (12) aus der Brennstofftankanlage (10) in die Umgebung des Kraftfahrzeugs leiten und/oder die Brennstofftankanlage (10), im Falle eines zu erwartenden Unterdrucks insbesondere des gas- oder dampfförmigen Brennstoffs in der Brennstofftankanlage (10) gegenüber dem entsprechenden Druck in der Umgebung des Kraftfahrzeugs, gas- oder dampfdicht abschließen, insbesondere zur Ermöglichung einer Dichtheitsprüfung der Brennstofftankanlage (10) mittels des Unterdrucks.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch mit der Recheneinheit (42) zusammenarbeitende Mittel zum Erfassen eines bevorstehenden Abstellens des Kraftfahrzeuges.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch mindestens einen mit der Recheneinheit (42) zusammenarbeitenden Temperatursensor (45, 46) zur Erfassung der Temperatur in der Brennstofftankanlage (10), insbesondere im Brennstofftank (14), und/oder der Temperatur in der Umgebung des Fahrzeuges.
  9. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 8, gekennzeichnet durch mindestens einen mit der Recheneinheit (42) zusammenarbeitenden Drucksensor (45, 46) zur Erfassung des Druckes in der Brennstofftankanlage (10), insbesondere im Brennstofftank (14), und/oder des Druckes in der Umgebung des Fahrzeuges.
  10. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 6 bis 9, gekennzeichnet durch ein zwischen dem Aktivkohlefilter (12) und einem zum zeitweiligen Spülen des Aktivkohlefilters (12) vorgesehenen Filter (21) angeordnetes bistabiles Ventil (40); insbesondere ein stromlos bistabiles Magnetventil, zum Ermöglichen eines Druckabbaus in der Brennstofftankanlage (10) über den Filter (21).
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