EP3555448B1

EP3555448B1 - Verfahren zur prüfung der dichtheit eines kraftstofftanksystems einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: EP3555448B1
Application number: EP17811952.5A
Authority: EP
Inventors: Silke Weddig; Jens Wodausch; Jörg Giere; Florian Imbt; Matthias BÄTJE
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2020-10-14
Anticipated expiration: 2037-12-11
Also published as: EP3555448A1; DE102016225206A1; WO2018108761A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine
Kraftstofftanksysteme für Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen weisen regelmäßig eine Entlüftungsleitung auf, die es ermöglicht, einen ansteigenden Druck in dem Kraftstofftank des Tanksystems infolge von beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen verdampfendem Kraftstoff an die Umgebung zu entlasten. Dabei dürfen aufgrund von Emissionsvorschriften möglichst keine Kraftstoffdämpfe in die Umgebung gelangen. Dies wird verhindert, indem in die Entlüftungsleitung ein Kraftstoffdampffilter, regelmäßig in Form eines Aktivkohlefilters, integriert ist, der die Kraftstoffdämpfe absorbiert.
Zur Regeneration der Kraftstoffdampffilter sind solche Tanksysteme zusätzlich mit einer Spülluftleitung versehen, die einerseits mit dem Kraftstoffdampffilter und andererseits mit dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann zeitweise mittels des im Bereich der Mündung der Spülluftleitung in dem Frischgasstrang herrschenden Unterdrucks Umgebungsluft über eine Umgebungsmündung des Kraftstoffdampffilters angesaugt werden, die den Kraftstoffdampffilter in Gegenrichtung zu derjenigen Strömungsrichtung, in der die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank in den Kraftstoffdampffilter strömen, durchströmen und diesen dadurch spülen. Die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampffilter werden so über den Frischgasstrang den Brennräumen des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeführt.
Ein solches Tanksystem einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs ist aus der DE 10 2004 030 909 A1 bekannt. Bei diesem ist ergänzend vorgesehen, dass nach einem Abschalten der Brennkraftmaschine während einer definierten Nachlaufzeit mittels eines zwischen einer Umgebungsmündung und dem Kraftstoffdampffilter in eine Umgebungsluftleitung integrierten Verdichters die Spülluftleitung von darin noch vorhanden Kraftstoffdämpfen entleert wird, um zu vermeiden, dass diese Kraftstoffdämpfe über den Frischgasstrang in die Umgebung gelangen können. Der Verdichter fördert dabei die in der Entlüftungsleitung enthaltenen sowie über den Frischgasstrang nachströmende Gase über den Kraftstoffdampffilter und die Umgebungsluftleitung in die Umgebung, wobei der Kraftstoffdampffilter die Kraftstoffdämpfe herausfiltert.
Eine mangelnde Dichtheit eines Entlüftungssystems eines Tanksystems würde zu einem unkontrollierten Entweichen von Kraftstoffdämpfen in die Umgebung führen, was zu vermeiden ist.
Aus der DE 10 2011 084 403 A1 ist ein Tankentlüftungssystem für eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstofftank, einem, Aktivkohlefilter, einem Tankentlüftungsventil und mindestens einem Rückschlagventil bekannt. Zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil ist ein Drucksensor angeordnet. Zur Diagnose des Tankentlüftungssystems wird zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil ein Unterdruck eingestellt, der geringer ist als der Umgebungsdruck. Der eingestellte Druck wird durch Ansteuern des Tankentlüftungsventils geändert. Die Änderung des Drucks in der Leitung zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil wird mittels des Drucksensors gemessen und der Ansteuerung des Tankentlüftungsventils zugeordnet. Aus der Korrelation des Öffnungszustands des Tankentlüftungsventils und der Änderung des Drucks in der Leitung zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil wird auf die Funktion der Tankentlüftungsleitung, des Rückschlagventils und des Tankentlüftungsventils geschlossen. Insbesondere kann dabei auch auf die Dichtheit des Tankentlüftungssystems in dem Abschnitt zwischen dem Tankentlüftungsventil und dem Rückschlagventil geschlossen werden. Eine Überprüfung der Dichtheit der übrigen Abschnitte des Tankentlüftungssystems ist damit jedoch nicht möglich.
Die DE 10 2012 218 933 A1 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung der Beladung eines Aktivkohlfilters in einem Tankentlüftungssystem, wobei das Tankentlüftungssystem wenigstens ein erstes Ventil zwischen einem Kraftstofftank und dem Aktivkohlefilter und wenigstens ein zweites Ventil zwischen dem Aktivkohlefilter und einem Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine aufweist. Dazu wird bei geschlossenem ersten Ventil und bei geschlossenem zweiten Ventil der Aktivkohlefilter mit einem Gasvolumen beaufschlagt. Anhand von Messwerten, die den Druck im Aktivkohlefilter repräsentieren, wird auf den Beladungszustand des Aktivkohlefilters geschlossen. Die Beaufschlagung des Aktivkohlefilters mit dem Gasvolumen kann mittels eines Verdichters erfolgen, der Teil eines als bekannt beschriebenen Moduls zur Diagnose von Tankleckagen ist, das auf der Seite einer Belüftungsöffnung des Aktivkohlefilters angeordnet und über einen Frischluftfilter mit der Umgebung in fluidleitender Verbindung steht.
Die US 2014/299111 A1 , die DE 10 2014 216 451 A1 , die DE 10 2014 217 195 A1 und die DE 198 29 423 A1 offenbaren jeweils ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Tankentlüftungssystems, bei dem mittels einer Spülgasfördervorrichtung ein definierter Überdruck in zumindest einem mittels Ventilen abgeschlossenen Abschnitt des Tankentlüftungssystems erzeugt und anschließend der Verlauf des Drucks über der Zeit kontrolliert wird.
Die WO 2017/195436 A1 beschreibt gemäß der als DE 11 2017 001 972 T5 veröffentlichten Übersetzung ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Tankentlüftungssystems, bei dem eine Spülgasfördervorrichtung mit einer definierten Drehzahl betrieben und in Abhängigkeit von dem Druck, der durch den Betrieb der Spülluftpumpe bereitgestellt wird, auf eine mögliche Leckage geschlossen wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhafte Möglichkeit zur Überprüfung der Dichtheit eines Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine anzugeben.
Diese Aufgabe wird mittels eines Verfahrens gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren zur Prüfung der Dichtheit (zumindest eines Abschnitts) eines Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs, vorgesehen. Das hierfür verwendete Kraftstofftanksystem umfasst zumindest einen Kraftstofftank, einen Kraftstoffdampffilter (vorzugsweise ein Sorptionsfilter, insbesondere ein Aktivkohlefilter), der in fluidleitender Verbindung mit einer Umgebungsmündung steht, eine von dem Kraftstofftank zu dem Kraftstoffdampffilter führende Entlüftungsleitung, eine von dem Kraftstoffdampffilter zu einem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine führende Spülluftleitung, einen in die Spülluftleitung integrierten, vorzugsweise elektromotorisch angetriebenen Verdichter (d.h. eine Vorrichtung zur Förderung von Gasen) und ein in die Spülluftleitung integriertes Absperrventil, das zwischen einer Mündung der Spülluftleitung in den Frischgasstrang und dem Verdichter angeordnet ist. Zur Prüfung der Dichtheit eines solchen Kraftstofftanksystems ist vorgesehen, dass durch einen Vergleich mindestens eines bei einem definierten Betriebszustand des Kraftstofftanksystems ermittelten Werts oder Wertverlaufs eines Parameters, der einem Betriebsparameter des Verdichters entspricht, mit einem dazugehörigen, diesen Betriebszustand repräsentierenden Sollwert oder Sollwertbereich, der einer ausreichenden Dichtheit entspricht, zwischen ausreichender und nicht ausreichender Dichtheit unterschieden wird.
Erfindungsgemäß kann insbesondere vorgesehen sein, mittels des Verdichters in zumindest einem Abschnitt der Spülluftleitung (und gegebenenfalls in (einem) mit diesem Abschnitt in dem definierten Betriebszustand fluidleitend verbunden weiteren Abschnitt(en) des Kraftstofftanksystems) eine Prüfung auf ausreichende Dichtheit durchzuführen, indem in dem entsprechenden Abschnitt der Spülluftleitung durch den Verdichter ein definiertes Druckniveau erzeugt wird und ein oder mehrere Betriebsparameter des Verdichters, insbesondere die Stärke des elektrischen Stroms, mit der ein Antriebsmotor des Verdichters zur Realisierung des Druckniveaus beaufschlagt wird, und/oder die sich dabei einstellende Antriebsdrehzahl des Verdichters, mit dazugehörigen Sollwert(bereich)en verglichen werden, die beispielsweise durch Versuche an demselben oder einem vergleichbaren Kraftstofftanksystem in einem (bekannten) Zustand ausreichender Dichtheit des zu prüfenden Abschnitts ermittelt worden sind. Bei bestimmten Abweichungen der aktuell ermittelten Betriebsparameter im Vergleich zu den dazugehörigen Sollwert(bereich)en kann dann auf eine nicht ausreichende Dichtheit geschlossen werden.
Eine zusätzliche oder sogar primäre Funktion des Verdichters kann darin liegen, ein Spülen des Kraftstoffdampffilters zu gewährleisten, wenn kein oder ein zu geringes Druckgefälle von dem Umgebungsdruck zu dem Druck im Frischgasstrang im Bereich der Mündung der Spülluftleitung gegeben ist, so das vorzugsweise eine entsprechend leistungsfähige Auslegung des Verdichters vorgesehen ist.
Um bei dem erfindungsgemäßen Verfahren auch relativ kleine Undichtheiten ermitteln zu können, sollte vorzugsweise vorgesehen sein, dass ein Zuströmen oder Abströmen von Gasen in den oder aus dem zu prüfenden Abschnitt der Spülluftleitung (mit Ausnahme möglicher Leckagen) ausschließlich mittels des beziehungsweise über den Verdichter möglich ist. Somit sollte beispielsweise bei einer Prüfung zumindest des zwischen dem Verdichter einerseits und dem zwischen diesem und der Mündung in den Frischgasstrang liegenden Absperrventil andererseits liegenden Abschnitts der Spülluftleitung das Absperrventil möglichst vollständig geschlossen sein. Zwingend erforderlich ist dies jedoch nicht, weil beispielsweise auch eine definierte Öffnung des Absperrventils den definierten, für die Durchführung des Verfahrens vorgesehen Betriebszustand des Kraftstofftanksystems, der auch definiert veränderlich sein kann, definieren kann. Aus demselben Grund kann vorzugsweise auch vorgesehen sein, einen Verdichter in Form eines Kolbenverdichters (d.h. eines nach dem Verdrängerprinzip arbeitenden Verdichters, bei dem zyklisch Gas zur Förderung in einem Volumen gekapselt, verdichtet und wieder ausgestoßen wird) zu verwenden, wodurch ein möglichst exakter Zusammenhang zwischen der Antriebsdrehzahl des Kolbenverdichters und der in den oder aus dem zu prüfenden Abschnitt geförderten Gasmenge erhalten werden kann. Alternativ besteht aber auch die Möglichkeit, einen Verdichter in Form eines Strömungsverdichters (Gebläse) zu verwenden.
Um ein möglichst deutliches Unterscheidungsergebnis erlangen zu können, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass mehrere Parameter mit einem dazugehörigen Sollwert oder Sollwertbereich verglichen werden. Demnach kann vorgesehen sein, dass sowohl der Druck in dem zu prüfenden Abschnitt der Spülluftleitung, die Stromstärke, mit der der Antriebsmotor des Verdichters beaufschlagt wird, und die sich dadurch ergebende Antriebsdrehzahl des Verdichters genutzt werden, wobei der Druck zur Definition des Betriebszustands herangezogen wird und die beiden anderen Parameter beziehungsweise zu diesen Parametern ermittelte Werte mit jeweils einem Sollwert oder Sollwertbereich verglichen werden.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, mittels des Verdichters in einem zu prüfenden Abschnitt der Spülluftleitung einen Überdruck oder einen Unterdruck (jeweils im Vergleich zu dem Umgebungsdruck) zu erzeugen, wobei eine Erzeugung von Überdruck verfahrenstechnische Vorteile aufweisen kann. Weiterhin besteht grundsätzlich die Möglichkeit, eine gleichzeitige Prüfung in den beiden, an verschiedenen Seiten an den Verdichter angrenzenden Abschnitten der Spülluftleitung durchzuführen, indem mittels des Verdichters in dem einen Abschnitt ein Unterdruck und in dem anderen Abschnitt ein Überdruck erzeugt wird.
Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, in den beiden, an verschiedenen Seiten an den Verdichter angrenzenden Abschnitten der Spülluftleitung (nacheinander) eine Prüfung auf ausreichende Dichtheit durchzuführen, indem der Verdichter zunächst gemäß einer ersten Förderrichtung betrieben wird, wodurch in einem zuerst zu prüfenden Abschnitt ein Überdruck oder Unterdruck erzeugt wird, und anschließend den Verdichter gemäß einer zweiten Förderrichtung zu betreiben, um in dem dann zu prüfenden Abschnitt einen Überdruck oder Unterdruck zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dieses bei einer Brennkraftmaschine anzuwenden, bei der zwischen dem Kraftstoffdampffilter und der Umgebungsmündung ein Absperrventil in eine Umgebungsluftleitung integriert ist. Dieses Absperrventil kann vorzugsweise geschlossen gehalten werden, wenn eine Prüfung (auch) des zwischen dem Verdichter und dem Kraftstoffdampffilter liegenden Abschnitts der Spülluftleitung durchgeführt wird. Da dabei trotz dieses geschlossenen Absperrventils über den Kraftstoffdampffilter eine fluidleitende Verbindung zwischen diesem Abschnitt der Spülluftleitung einerseits und der Entlüftungsleitung und damit auch dem Kraftstofftank andererseits gegeben ist, kann in diesem Fall nicht nur der zwischen dem Verdichter und dem Kraftstoffdampffilter liegende Abschnitt der Spülluftleitung sondern gleichzeitig insbesondere auch die Entlüftungsleitung und der Kraftstofftank auf ausreichende Dichtheit überprüft werden.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Verwendung bei einer Brennkraftmaschine vorgesehen sein, bei der die Spülluftleitung verzweigt ist, wobei eine erste Mündung in den Frischgasstrang stromauf eines in den Frischgasstrang integrierten, zur Aufladung eines Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine dienenden Frischgasverdichters und eine zweite Mündung der Spülluftleitung in den Frischgasstrang stromab des Frischgasverdichters angeordnet ist. Dabei kann der Verdichter zwischen der Verzweigung einerseits und der ersten Mündung oder der zweiten Mündung andererseits in die Spülluftleitung integriert sein. Weiterhin bevorzugt ist dann noch vorgesehen, dass auch in den Zweig der Spülluftleitung, in den der Verdichter nicht integriert ist, ein Absperrventil integriert ist.
Das oder jedes der Absperrventile eines Kraftstofftanksystems, bei dem das erfindungsgemäße Verfahren zur Anwendung kommen kann, kann aktiv (ansteuerbar) oder passiv (d.h. selbständig betätigend, beispielsweise in Form eines Rückschlagventils) ausgebildet sein.
Weiterhin kann auch in vorteilhafter Weise die Anwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Brennkraftmaschine vorgesehen sein, bei der dem Kraftstoffdampffilter ein (zusätzliches) Tankleckdiagnosemodul, beispielsweise ein Tankleckdiagnosemodul, wie es in der DE 10 2012 218 933 A1 beschrieben ist, zugeordnet ist. Dann kann insbesondere vorgesehen sein, den Abschnitt der Spülluftleitung zwischen dem Verdichter einerseits und dem Kraftstoffdampffilter beziehungsweise dem Tankleckdiagnosemodul andererseits und/oder die Entlüftungsleitung und den Kraftstofftank mittels des Tankleckdiagnosemoduls hinsichtlich einer ausreichenden Dichtheit zu überprüfen, während (gleichzeitig oder zeitlich versetzt) zumindest der Abschnitt zwischen dem Verdichter einerseits und der Mündung der Spülluftleitung in den Frischgasstrang oder dem dazwischen angeordnete Absperrventil andererseits auf erfindungsgemäße Weise hinsichtlich einer ausreichenden Dichtheit überprüft wird. Auf diese Weise kann ein als Massenprodukt auf dem Markt erhältliches und somit relativ kostengünstiges Tankleckdiagnosemodul eingesetzt werden, um einen oder mehrere Abschnitte des Kraftstofftanksystems hinsichtlich einer ausreichenden Dichtheit zu überprüfen. Gleichzeitig kann in das Kraftstofftanksystem ein Verdichter integriert sein, dessen zusätzliche oder sogar primäre Funktion ein Realisieren eines Spülens des Kraftstoffdampffilters bei einem unzureichenden Unterdruck in dem Frischgasstrang ist, wobei infolge der Integration dieses Verdichters verhindert sein kann, dass auch derjenige Abschnitt der Spülluftleitung, der auf der bezüglich des Kraftstoffdampffilters beziehungsweise des Tankleckdiagnosemoduls distalen Seite des Verdichters gelegen ist, ebenfalls durch das Tankleckdiagnosemodul überprüft werden kann. Dieser Abschnitt der Spülluftleitung kann dann jedoch auf erfindungsgemäße Weise geprüft werden.
Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, mittels eines solchen Tankleckdiagnosemoduls, das insbesondere auch einen (zusätzlichen) Verdichter umfassen kann, eine Prüfung auf ausreichende Dichtheit des gesamten Kraftstofftanksystems durchzuführen, sofern auf einen erfindungsgemäß vorgesehenen, in die Spülluftleitung integrierten Verdichter verzichtet würde oder dieser zumindest nicht in Form eines Kolbenverdichters sondern in Form eines Strömungsverdichters (Gebläse) ausgebildet ist (weil er dann auch im Stillstand ausreichend gasdurchlässig ist). Dies kann jedoch mit Nachteilen verbunden sein. Insbesondere kann dies eine druckfeste Auslegung des Kraftstoffdampffilters und/oder die Integration eines weiteren Absperrventils oder anderer konstruktiver Maßnahmen, die beim Spülen des Kraftstoffdampffilters mittels des Tankleckdiagnosemoduls eine gegebenenfalls ungewollte Druckerhöhung in dem Kraftstofftank verhindern, erforderlich machen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann insbesondere bei einem Kraftstofftanksystem einer Brennkraftmaschine zur Anwendung kommen, die einen nach dem Otto-Prinzip betriebenen Verbrennungsmotor umfasst, weil die für den Betrieb solcher Verbrennungsmotoren genutzten Kraftstoff relativ (insbesondere im Vergleich zu Diesel-Kraftstoff) leicht flüchtig sind, wodurch nicht nur die besondere Notwendigkeit einer Tankentlüftung sondern auch einer Prüfung der Dichtheit des Kraftstofftanksystems begründet ist.
Die Bezeichnung "Kraftstoffdampffilter" bedingt erfindungsgemäß nicht, dass dieser den flüchtigen Kraftstoff in gasförmiger Form filtern muss. Vielmehr kann der Kraftstoff bei der Filterung auch schon wieder (teilweise) auskondensiert sein.
Die unbestimmten Artikel ("ein", "eine", "einer" und "eines"), insbesondere in den Patentansprüchen und in der die Patentansprüche allgemein erläuternden Beschreibung, sind als solche und nicht als Zahlwörter zu verstehen. Entsprechend damit konkretisierte Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und mehrfach vorhanden sein können.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt:

Fig. 1:: ein zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeignetes Kraftstofftanksystem einer Brennkraftmaschine;
Fig. 2:: in zwei Diagrammen die Verläufe des Drucks in einem auf ausreichende Dichtheit zu prüfenden Abschnitt der Spülluftleitung einer Brennkraftmaschine gemäß der Fig. 1 sowie der Stromstärke und der Antriebsdrehzahl des für die Druckerzeugung genutzten Verdichters bei einer definierten Undichtheit im Vergleich zu den entsprechenden Verläufen bei einer bestmöglichen Dichtheit desselben Abschnitts der Spülluftleitung; und
Fig. 3:: eine zu dem Kraftstofftanksystem gemäß der Fig. 1 leicht abgewandelte Ausgestaltungsform eines ebenfalls zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine.

Die Fig. 1 zeigt ein Kraftstofftanksystem einer Brennkraftmaschine. Dieses umfasst einen Kraftstofftank 10, der über eine Entlüftungsleitung 12 mit einem Kraftstoffdampffilter 14, der insbesondere in Form eines Aktivkohlefilters oder zumindest einen solchen umfassend ausgebildet sein kann, verbunden ist. Der Kraftstoffdampffilter 14 ist weiterhin über eine Spülluftleitung 16 mit einem Frischgasstrang 18 der Brennkraftmaschine verbunden, wobei die Spülluftleitung 16 ausgehend von einer Verzweigung 20 in zwei Zweigen 22, 24 verläuft, von denen ein erster Zweig 22 in den Frischgasstrang 18 stromauf (bezüglich der Strömungsrichtung von Frischgas in dem Frischgasstrang 18 ausgehend von einem Frischgaseinlass (nicht dargestellt) zu einem Verbrennungsmotor 26 der Brennkraftmaschine) eines in den Frischgasstrang 18 integrierten Frischgasverdichters 28 und der zweite, optional vorhandene Zweig 24 stromab des Frischgasverdichters 28 und insbesondere auch stromab einer ebenfalls stromab des Frischgasverdichters 28 in den Frischgasstrang 18 integrierten Drosselklappe 54 mündet. Der Frischgasverdichter 28 ist Teil eines Abgasturboladers, der weiterhin eine Abgasturbine 30 umfasst, die in einen Abgasstrang 32 der Brennkraftmaschine integriert ist.
Im Betrieb der Brennkraftmaschine wird in bekannter Weise in definierter Reihenfolge in Brennräumen 34 des Verbrennungsmotors 26, die teilweise von Zylindern 34 des Verbrennungsmotors 26 begrenzt sind, Gemische aus Frischgas, das vollständig oder im Wesentlichen aus Umgebungsluft besteht, und beispielsweise direkt in die Brennräume 34 eingespritztem Kraftstoff verbrannt, wobei die so erzeugten Druckerhöhungen in den Brennräumen 34 dazu genutzt werden, in den Zylindern 36 längsaxial beweglich geführte Kolben 38 zu bewegen. Diese Bewegungen der Kolben 38 werden unter Zwischenschaltung von Pleueln (nicht dargestellt) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) übersetzt, wobei die Führung der Kolben 38 über die Pleuel mittels der Kurbelwelle gleichzeitig zu einer zyklischen Hin-und-her-Bewegung der Kolben 38 führt. Das bei der Verbrennung der Frischgas-Kraftstoff-Gemische in den Brennräumen 34 entstandene Abgas wird über den Abgasstrang 32 abgeführt und durchströmt dabei die Abgasturbine 30, was zu einem drehenden Antrieb eines Turbinenlaufrads (nicht dargestellt) führt. Diese Drehung des Turbinenlaufrads wird mittels einer Welle 40 auf ein Verdichterlaufrad (nicht dargestellt) des Frischgasverdichters 28 übertragen, wodurch der Frischgasverdichter 28 für eine Verdichtung des über den Frischgasstrang 18 dem Verbrennungsmotor 26 zugeführten Frischgases sorgt.
Der Kraftstoffdampffilter 14 des Kraftstofftanksystems steht mit seiner bezüglich der Entlüftungsleitung 12 und der Spülluftleitung 16 abgewandten Seite (bezogen auf dessen Filterwirkung für Kraftstoffdämpfe) über eine Umgebungsluftleitung 42 mit einem darin integrierten (ersten) Absperrventil 44 mit der Umgebung in gasleitender Verbindung, wozu die Umgebungsluftleitung 42 eine Umgebungsmündung 62 ausbildet. Das erste Absperrventil 44 ist mittels einer Steuervorrichtung 48 (z.B. der Motorsteuerung der Brennkraftmaschine) ansteuerbar, d.h. dieses kann aktiv geöffnet oder geschlossen werden. Optional kann in die Umgebungsluftleitung 42 auch ein grundsätzlich bekanntes Tankleckdiagnosemodul 46 integriert sein, wobei in diesem Fall das erste Absperrventil 44 auch integraler Bestandteil des Tankleckdiagnosemodul 46 sein kann.
Der Kraftstofftank 10 ist teilweise mit flüssigem Kraftstoff gefüllt, wobei ein Teil dieses Kraftstoffs verdampft ist, so dass in dem Kraftstofftank 10 auch Kraftstoff in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Ein solches Verdampfen von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 10 wird durch eine relativ hohe Temperatur des Kraftstoffs verstärkt, was insbesondere bei vergleichsweise hohen Umgebungstemperaturen der Fall ist. Um einen durch dieses Verdampfen bedingten, unzulässig hohen Überdruck in dem Kraftstofftank 10 zu vermeiden, ist die Möglichkeit eines zumindest teilweisen Druckausgleichs mit dem Umgebungsdruck über die Entlüftungsleitung 12 und den Kraftstoffdampffilter 14 sowie über die Umgebungsluftleitung 42 bereitgestellt, wobei durch den Kraftstoffdampffilter 14 vermieden wird, dass ein solcher Druckausgleich zu einem Entweichen von Kraftstoffdämpfen in die Umgebung führt.
Ein solches Entlüften des Kraftstofftanks führt zu einer zunehmenden Sättigung des Kraftstoffdampffilters 14, was wiederum bedingt, diesen in regelmäßigen Abständen zu regenerieren. Hierzu ist ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 vorgesehen, indem Umgebungsluft über die Umgebungsluftleitung 42 und das darin integrierte erste, dann geöffnete Absperrventil 44 angesaugt wird. Diese Umgebungsluft durchströmt den Kraftstoffdampffilter 14 in im Vergleich zu der Durchströmung bei der Entlüftung des Kraftstofftanks 10 entgegengesetzter Durchströmungsrichtung, wodurch in dem Kraftstoffdampffilter 10 absorbierte Kraftstoffmoleküle durch die Umgebungsluft mitgenommen und über die Spülluftleitung 16 in den Frischgasstrang 18 eingetragen werden, wodurch dieser Kraftstoff einer Verbrennung in den Brennräumen 34 des Verbrennungsmotors 26 zugeführt wird. Ein solches Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 ist lediglich zeitweise und stets während des Betriebs des Verbrennungsmotors 26 vorgesehen, weil nur dann der durch das Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 in den Frischgasstrang 18 eingebrachte Kraftstoff auch sicher einer Verbrennung in den Brennräumen 34 zugeführt werden kann. Ein Einbringen in den Frischgasstrang 18 bei einem Nichtbetrieb des Verbrennungsmotors 26 könnte dagegen dazu führen, dass der gasförmige Kraftstoff über Undichtheiten im Frischgasstrang 18 und insbesondere über eine Ansaugöffnung des Frischgasstrangs 18 in die Umgebung entweichen könnte.
Für ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 ist ein ausreichendes Druckgefälle von dem Umgebungsdruck bis zu dem Druck im Frischgasstrang 18 im Bereich der Mündungen 50, 52 der Spülluftleitung 16 erforderlich, die aufgrund stark schwankender Drücke in dem Frischgasstrang 18 nicht immer gegeben ist. Hinsichtlich des Druckgefälles von dem Umgebungsdruck zu dem Druck im Frischgasstrang 18 im Bereich der (zweiten) Mündung 52 des zweiten Zweigs 24 der Spülluftleitung 16 liegt häufig nicht einmal ein Druckgefälle sondern ein Druckanstieg vor, weil diese zweite Mündung 52 im Bereich der sich zwischen dem Frischgasverdichter 28 und dem Verbrennungsmotor 26 erstreckenden Ladeluftstrecke des Frischgasstrangs 18 gelegen ist, in der das Frischgas infolge der Verdichtung durch den Frischgasverdichter 28 häufig mit erhöhtem Druck vorliegt. Durch eine Anordnung dieser zweiten Mündung 52 (möglichst nahe) stromab einer Drosselklappe 54 kann zwar eine durch die Drosselklappe 54 bewirkte Druckabsenkung ausgenutzt werden; diese Druckabsenkung ist jedoch häufig nicht ausreichend, um tatsächlich ein ausreichendes Druckgefälle über der Spülluftleitung 16 zu realisieren. In diesen zweiten Zweig 24 der Spülluftleitung 16 ist daher ein Rückschlagventil 56 integriert, durch das dieser Zweig 24 der Spülluftleitung 16 selbsttätig geschlossen gehalten wird, wenn im Bereich der zweiten Mündung 52 ein Überdruck im Vergleich zu dem auf der anderen Seite des Rückschlagventils gelegenen Abschnitt des zweiten Zweigs 24 der Spülluftleitung 16 vorliegt. Ergänzend dazu ist stromauf (bezüglich der Durchströmungsrichtung beim Spülen des Kraftstoffdampffilters 14) ein aktiv mittels der Steuervorrichtung 48 ansteuerbares (zweites) Absperrventil 58 in den zweiten Zweig 24 der Spülluftleitung 16 integriert. Grundsätzlich besteht die Möglichkeit, infolge der Anordnung dieses Absperrventils 58 auf das Rückschlagventil 56 zu verzichten, sofern das Absperrventil 58 ausreichend überdruckfest ausgelegt ist (d.h. dieses muss bei den zumindest temporär auftretenden Überdrücken auf der Seite der Ladeluftstrecke des Frischgasstrangs 18 ausreichend dicht geschlossen halten).
Der erste Zweig der Spülluftleitung 22 mündet dagegen in einen stromauf des Frischgasverdichters 28 gelegenen Abschnitt des Frischgasstrangs 18, wobei in den Abschnitt dieses Zweigs 22 der Spülluftleitung 16 zwischen dem Frischgasverdichter 28 und dieser (ersten) Mündung 50 ein (drittes) Absperrventil 60 integriert ist, das möglichst nah an der ersten Mündung 50 angeordnet oder vorzugsweise in diese integriert ist. In dem Abschnitt des Frischgasstrangs 18 im Bereich der ersten Mündung 50 ist der Druck des Frischgases (im Betrieb des Frischgasverdichters 28) niedriger als in der Ladeluftstrecke, so dass bezüglich dieser ersten Mündung 50 der Spülluftleitung relativ häufig ein ausreichendes Druckgefälle im Vergleich (und ausgehend) von dem an der Umgebungsmündung 62 anliegenden Umgebungsdruck vorliegen kann. Dies ist jedoch nicht immer der Fall, beispielsweise bei einem Betrieb eines die Brennkraftmaschine umfassenden Kraftfahrzeugs mit nicht betriebenem Verbrennungsmotor (beispielsweise aufgrund einer automatischen Start/Stopp-Funktion).
Um jederzeit ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 zu ermöglichen, so dass sicher eine vollständige Sättigung desselben verhindert werden kann, umfasst das Kraftstofftanksystem der Brennkraftmaschine noch einen auch als "Spülpumpe" bezeichneten Verdichter 64, der in Form eines Kolbenverdichters und beispielsweise als Flügelzellenverdichter ausgebildet sein kann. Durch einen Betrieb dieses Verdichters 64 kann aktiv Umgebungsluft über die Umgebungsmündung 62 angesaugt werden, die dann den Kraftstoffdampffilter 14 zu dessen Spülung durchströmt und über den Verdichter 64 bis zu der ersten Mündung 50 der Spülluftleitung 16 gefördert wird. Das in den zweiten Zweig 52 der Spülluftleitung 16 integrierte, dann geschlossen gehaltene zweite Absperrventil 58, zumindest jedoch das sich dabei selbständig schließende Rückschlagventil 56 verhindern dabei ein Ansaugen auch von Frischgas über die zweite Mündung 52 aus der Ladeluftstrecke des Frischgasstrangs 18.
Bei einer nicht-aufgeladenen Brennkraftmaschine ohne Frischgasverdichter 28 wäre eine Spülluftleitung 16, die den ersten Zweig 22 nicht umfasst, ausreichend für eine Spülung des Kraftstoffdampffilters 14. Bei einem aufgeladenen Verbrennungsmotor gemäß dem vorliegenden Ausgestaltungsbeispiel, kann (ausschließlich oder ergänzend) der erste Zweig 22 der Spülluftleitung 16 notwendig sein, da eine Spülung über ausschließlich den zweiten Zweig 24 häufig nicht möglich ist. Infolge der aktuellen Tendenz, den Verbrennungsmotor 26 einer Brennkraftmaschine stark entdrosselt zu betreiben, kann der Einsatz des Verdichters 64 sinnvoll oder notwendig für ein ausreichendes Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 sein.
Da in die Umgebung entweichende Kraftstoffdämpfe potenziell umwelt-und gesundheitsschädlich sind, ist es sinnvoll und teilweise auch gesetzlich vorgeschrieben, das Kraftstofftanksystem regelmäßig hinsichtlich einer ausreichenden Dichtheit zu prüfen. Dies soll erfindungsgemäß für zumindest einen Abschnitt des Kraftstofftanksystems unter Verwendung des auch als "Spülpumpe" genutzten Verdichters 64 erfolgen.
Hierzu ist vorgesehen, dass im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens mittels des Verdichters 64 in zumindest einem Abschnitt der Spülluftleitung 16 (und gegebenenfalls in einem oder mehreren an diesen Abschnitt der Spülluftleitung 16 gasleitend angeschlossenen weiteren Abschnitten des Kraftstofftanksystems), beispielsweise in dem Abschnitt zwischen dem Verdichter 64 und dem in den ersten Zweig 50 der Spülluftleitung 16 integrierten dritten Absperrventil 60 (bei geschlossenem dritten Absperrventil 60) eine Druckveränderung bewirkt wird, indem gemäß dem Vorgehen beim Spülen des Kraftstoffdampffilters 14 über das in die Umgebungsluftleitung integrierte, geöffnete erste Absperrventil 44 Umgebungsluft angesaugt und in den entsprechenden Abschnitt der Spülluftleitung 16 gefördert oder in diesem Abschnitt der Spülluftleitung 16 vorhandenes Gas teilweise mittels des Verdichters 64 evakuiert und in Richtung des Kraftstoffdampffilters 14 gefördert wird. Dabei werden neben dem Druck in diesem Abschnitt der Spülluftleitung 16, dessen Verlauf mittels eines Drucksensors 66 ermittelt werden kann, auch die (Antriebs-)Drehzahl eines Antriebsmotors (nicht dargestellt) des Verdichters 64 sowie die Stärke des elektrischen Stroms, mit dem dieser Antriebsmotor beaufschlagt wird, ermittelt. Durch eine Auswertung und insbesondere durch einen Vergleich dieser Parameter kann zwischen einer ausreichenden und einer nicht ausreichenden Dichtheit dieses Abschnitts der Spülluftleitung 16 unterschieden werden, wie dies beispielsweise aus der Fig. 2 ersichtlich ist.
In der Fig. 2 sind in zwei Diagrammen die (zeitgleichen) Verläufe einerseits (oberes Diagramm) der Stromstärke I (Verlaufslinien 68, 70) und andererseits (unteres Diagramm) des Drucks p (Verlaufslinien 72, 74) und der Antriebsdrehzahl n (Verlaufslinien 76, 78; prozentual im Vergleich zu einer konstruktiv oder regelungstechnisch für den Verdichter festgelegten Maximaldrehzahl) dargestellt, wobei für jeden dieser Parameter einerseits der Verlauf bei (bekanntermaßen) bestmöglicher Dichtheit dieses Abschnitts der Spülluftleitung 16 (dicke Strichstärke) und andererseits der Verlauf bei einer bekannten Undichtheit gemäß einem Referenzleck mit einer Größe von 0,5 mm (dünne Strichstärke) gegenübergestellt sind. Dabei setzt die Unterscheidung zwischen ausreichend und nicht ausreichend dicht gemäß einem erfindungsgemäßen Verfahren einen definierten Betriebszustand des Kraftstofftanksystems beziehungsweise des zu prüfenden Abschnitts voraus, der für das Ausführungsbeispiel gemäß der Fig. 2 durch die Erzeugung eines in beiden Fällen annähernd gleichen (mittleren) Drucks p in dem zu prüfenden Abschnitt definiert ist. Zu erkennen ist, dass zur Erzeugung eines im Wesentlichen gleichgroßen mittleren Drucks p in dem zu prüfenden Abschnitt der Spülluftleitung 16, einerseits bei bekanntermaßen dichtem Abschnitt und andererseits bei bekannter Undichtheit dieses Abschnitts, unterschiedliche Betriebsparameter des Verdichters 64 erforderlich sind, wobei bei undichtem Abschnitt sowohl die Antriebsdrehzahl n als auch die Stromstärke I deutlich größer sind (zudem schwankt die Stromstärke I deutlich stärker). Werden somit anhand der Verläufe der Stromstärke I und der Antriebsdrehzahl n, die für den bekanntermaßen bestmöglich dichten Abschnitt der Spülluftleitung ermittelt wurden, Sollwerte oder Sollwertbereiche für diese Betriebsparameter des Verdichters 64 ermittelt, kann anschließend regelmäßig durch die Erzeugung desselben oder eines vergleichbaren Betriebszustands (definiert durch den für die Ermittlung der Sollwerte oder Sollwertbereiche erzeugten mittleren Druck p) verglichen werden, ob die dann ermittelten Werte oder Wertverläufe dieser Betriebsparameter definierte Abweichungen gegenüber den Sollwerten oder Sollwertbereichen aufweisen, woraus dann auf eine ausreichende (keine oder unterhalb eines Grenzwerts liegende Abweichungen) oder nicht ausreichende (relativ große Abweichungen) Dichtheit geschlossen werden kann.
Die Fig. 3 zeigt eine Ausgestaltungsform einer Brennkraftmaschine, bei der das Kraftstofftanksystem gegenüber demjenigen der Brennkraftmaschine gemäß der Fig. 1 leicht abgewandelt ist. Konkret ist vorgesehen, das bei dem Kraftstofftanksystem gemäß der Fig. 1 in den zweiten Zweig 24 der Spülluftleitung 16 integrierte zweite Absperrventil 58 stromauf (bezüglich der Durchströmung der Spülluftleitung 16 beim Spülen des Kraftstoffdampffilters 14) der Abzweigung 20 anzuordnen. Hinsichtlich der anhand der Fig. 1 und 2 beschriebenen Prüfung des zwischen dem Verdichter 64 und dem der ersten Mündung 50 zugeordneten dritten Absperrventils 60 angeordneten Abschnitts der Spülluftleitung 16 hat diese geänderte Anordnung des zweiten Absperrventils keine Auswirkungen. Ermöglicht wird dagegen jedoch eine Prüfung der Abschnitte der Spülluftleitung 16, die zum einen zwischen diesem zweiten Absperrventil 58 und dem Verdichter 64 und zum anderen zwischen der Abzweigung 20 und dem Rückschlagventil 56 in dem zweiten Zweig 24 der Spülluftleitung 16 angeordnet sind. Durch ein Schließen des zweiten Absperrventils 58 kann mittels des Verdichters 64 in diesen Abschnitten der Spülluftleitung 16 ein definiertes Druckniveau und damit ein definierter Betriebszustand eingestellt werden (wozu der Drucksensor 66 an einer Stelle in diesen Abschnitten angeordnet werden könnte), was ermöglicht, durch einen Vergleich der für das Einstellen dieses Betriebszustands erforderlichen Betriebsparameter des Verdichters 64 zwischen einer ausreichenden und einer nicht ausreichenden Dichtigkeit zu unterscheiden, wie dies anhand der Fig. 2 erläutert worden ist. Dabei kann vorgesehen sein, diese Abschnitte der Spülluftleitung 16 zu evakuieren, wobei das evakuierte Gas über die erste Mündung 50 der Spülluftleitung 16 in den Frischgasstrang 18 ausgestoßen wird. Es besteht aber auch die Möglichkeit einer Erzeugung eines definierten Überdrucks, wobei dieser dann so bemessen sein sollte, dass weiterhin ein sicheres Geschlossenhalten des Rückschlagventils 56 gewährleistet ist.

Bezugszeichenliste

10: Kraftstofftank
12: Entlüftungsleitung
14: Kraftstoffdampffilter
16: Spülluftleitung
18: Frischgasstrang
20: Verzweigung der Spülluftleitung
22: erster Zweig der Spülluftleitung
24: zweiter Zweig der Spülluftleitung
26: Verbrennungsmotor
28: Frischgasverdichter
30: Abgasturbine
32: Abgasstrang
34: Brennraum des Verbrennungsmotors
36: Zylinder des Verbrennungsmotors
38: Kolben des Verbrennungsmotors
40: Welle
42: Umgebungsluftleitung
44: (erstes) Absperrventil
46: Tankleckdiagnosemodul
48: Steuervorrichtung
50: erste Mündung der Spülluftleitung
52: zweite Mündung der Spülluftleitung
54: Drosselklappe
56: Rückschlagventil
58: (zweites) Absperrventil
60: (drittes) Absperrventil
62: Umgebungsmündung
64: Verdichter
66: Drucksensor
68: Verlauf der Stromstärke I bei dichtem Abschnitt
70: Verlauf der Stromstärke I bei undichtem Abschnitt
72: Verlauf des Drucks p bei dichtem Abschnitt
74: Verlauf des Drucks p bei undichtem Abschnitt
76: Verlauf der Antriebsdrehzahl n bei dichtem Abschnitt
78: Verlauf der Antriebsdrehzahl n bei undichtem Abschnitt

Claims

Verfahren zur Prüfung der Dichtheit eines Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine, wobei das Kraftstofftanksystem
- einen Kraftstofftank (10),

- einen Kraftstoffdampffilter (14), der in fluidleitender Verbindung mit einer Umgebungsmündung (62) steht,

- eine von dem Kraftstofftank (10) zu dem Kraftstoffdampffilter (14) führende Entlüftungsleitung (12),

- eine von dem Kraftstoffdampffilter (14) zu einem Frischgasstrang (18) der Brennkraftmaschine führende Spülluftleitung (16),

- einen in die Spülluftleitung (16) integrierten Verdichter (64) und

- ein in die Spülluftleitung (16) integriertes Absperrventil (60), das zwischen einer Mündung (50) der Spülluftleitung (16) in den Frischgasstrang (18) und dem Verdichter (64) angeordnet ist, umfasst,
dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Vergleich mindestens eines bei einem definierten Betriebszustand des Kraftstofftanksystems ermittelten Werts oder Wertverlaufs eines Betriebsparameters des Verdichters (64) mit einem dazugehörigen, diesen Betriebszustand repräsentierenden Sollwert oder Sollwertbereich, der einer ausreichenden Dichtheit entspricht, zwischen ausreichender und nicht ausreichender Dichtheit unterschieden wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Verdichters (64) in dem zu prüfenden Abschnitt ein Überdruck erzeugt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebsparameter die Stärke des elektrischen Stroms, mit der ein Antriebsmotor des Verdichters (64) beaufschlagt wird, und/oder die Antriebsdrehzahl des Verdichters (64) genutzt wird.
Verfahren gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck in zumindest einem zu prüfenden Abschnitt der Spülluftleitung (16) zur Definition des Betriebszustands herangezogen wird und die Stromstärke und/oder die Antriebsdrehzahl mit (jeweils) einem Sollwert oder Sollwertebereich verglichen werden.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter (64) gemäß einer ersten Förderrichtung und anschließend gemäß einer zweiten Förderrichtung betrieben wird, um nacheinander zwei auf unterschiedlichen Seiten des Verdichters (64) gelegene Abschnitte der Spülluftleitung (16) zu prüfen.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung eines Kolbenverdichters.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einer Brennkraftmaschine, bei der zwischen dem Kraftstoffdampffilter (14) und der Umgebungsmündung (68) ein Absperrventil (44) in eine Umgebungsluftleitung (42) integriert ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einer Brennkraftmaschine, bei der die Spülluftleitung (16) verzweigt ist, wobei eine erste Mündung (50) in den Frischgasstrang (18) stromauf eines in den Frischgasstrang (18) integrierten Frischgasverdichters (28) und eine zweite Mündung (52) der Spülluftleitung (16) in den Frischgasstrang (18) stromab des Frischgasverdichters (28) angeordnet ist.
Verfahren gemäß Anspruch 8, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einer Brennkraftmaschine, bei der der Verdichter (64) zwischen der Verzweigung (20) einerseits und der ersten Mündung (50) oder der zweiten Mündung (52) andererseits in die Spülluftleitung (16) integriert ist.
Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Verwendung bei einer Brennkraftmaschine, bei der dem Kraftstoffdampffilter (14) ein Tankleckdiagnosemodul (46) zugeordnet ist.