WO2023208795A1 - Leckagediagnoseverfahren und leckagediagnosesystem für einen tank eines fahrzeugs - Google Patents

Leckagediagnoseverfahren und leckagediagnosesystem für einen tank eines fahrzeugs Download PDF

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WO2023208795A1
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connection point
pressure
tank
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leakage
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PCT/EP2023/060561
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Olaf OHLIGSCHLÄGER
Edwin Kreuzberg
Thomas Fabig
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Thomas Magnete Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a leakage diagnosis system for a tank of a vehicle and a method for leakage diagnosis for a tank of a vehicle by means of the leakage diagnosis system.
  • the invention also relates to a vehicle which has a tank and the leakage diagnostic system.
  • a leakage diagnostic system that includes at least a first connection point and a second connection point, a diaphragm pump, a ventilation valve, an evaluation unit and a safety valve.
  • the first connection point and the second connection point are each designed to be connected to a tank, for example a fuel tank, of a vehicle or to be open to the environment.
  • a tank can be connected to one of the two connection points and the other connection point, to which the tank is not connected, can be open to the environment.
  • the membrane pump is connected between the first connection point and the second connection point and is designed to convey a fluid from the first connection point to the second connection point.
  • the diaphragm pump is designed to generate a negative pressure in a tank that is connected to the first connection point by conveying fluid from the first connection point to the second connection point, or to generate an overpressure in a tank connected to the second connection point. Due to its design principle, a diaphragm pump has fewer wear parts than a vane pump and at the same time is less sensitive to contamination, which means slower aging.
  • the ventilation valve is connected parallel to the membrane pump between the first connection point and the second connection point and has at least a first position and at least a second position.
  • first position of the ventilation valve the first connection point and the second connection point are fluidly connected to one another, so that fluids can flow in both directions between the first connection point and the second connection point through the ventilation valve.
  • second position of the ventilation valve at least fluid flow from the second connection point to the first connection point is prevented by the ventilation valve.
  • the ventilation valve in the second position completely prevents fluid flow between the first connection point and the second connection point.
  • the ventilation valve is designed so that it can be switched between the first position and the second position, so that between a free flow of fluid between the first connection point and the second connection point in both directions via the ventilation valve and a prevention of the fluid flow at least from the second connection point can be switched to the first connection point through the ventilation valve.
  • the leakage diagnostic system can preferably be used as a tank vent for the tank. This means that ventilation can be guaranteed at any time and, in particular, is only interrupted during the leak diagnosis.
  • the evaluation unit is designed to operate the membrane pump and thus enable a fluid flow from the first connection point to the second connection point by means of the membrane pump.
  • the evaluation unit is also designed to: To switch the ventilation valve from its first position to its second position and thus prevent the flow of fluid at least from the second connection point through the ventilation valve to the first connection point. As a result, fluid flow through the ventilation valve can only take place from the first connection point to the second connection point.
  • the evaluation unit is designed to determine a pressure, in particular a pressure curve, of a tank connected to the first connection point or the second connection point and to infer the presence of a leak in the connected tank from the determined pressure, in particular from the determined pressure curve. By supplying fluid through the operation of the diaphragm pump, the tank can be brought to a desired pressure.
  • the safety valve is preferably set up to at least partially reduce a pressure difference between the first connection point and the second connection point. This means that in the event of excessive overpressure at the second connection point, the safety valve can compensate for this overpressure, which can prevent damage to the components of the leakage diagnostic system.
  • the safety valve is connected, for example, at its first end to the second connection point and is open to the environment at its second end.
  • the safety valve can immediately compensate for excessive overpressure at the second connection point, in particular in the tank, with an ambient pressure (atmospheric pressure).
  • the safety valve can be connected to the first connection point at its first end and open to the environment at its second end.
  • the safety valve can directly compensate for excessive negative pressure at the first connection point, in particular in the tank, with the ambient pressure.
  • the safety valve is connected to the first connection point and to the second connection point parallel to the membrane pump and/or parallel to the ventilation valve.
  • the safety valve can enable a fluid connection between the first connection point and the second connection point in order to compensate for the aforementioned pressure difference.
  • the safety valve is designed to open at a first predetermined pressure difference as the opening pressure and to close at a second predetermined pressure difference as the closing pressure. The opening pressure and the closing pressure are different from each other.
  • closing pressure is lower than the opening pressure. This in particular prevents the safety valve from constantly opening and closing.
  • the safety valve is in particular a spring-loaded check valve.
  • the safety valve can be manufactured inexpensively and easily and a compact size of the leakage diagnostic system can be provided.
  • the leakage diagnostic system comprises at least a first pump valve and at least a second pump valve.
  • the first pump valve is connected in series with the membrane pump between the first connection point and the membrane pump and the second pump valve between the membrane pump and the second connection point.
  • the first pump valve is designed so that there is a fluid connection between the first connection point and the membrane pump during a suction process of the membrane pump and there is no fluid connection from the membrane pump to the first connection point during a compression process of the membrane pump.
  • the second pump valve is designed in such a way that there is no fluid connection between the second connection point and the membrane pump during a suction process of the membrane pump and there is a fluid connection between the membrane pump and the second connection point during a compression process of the membrane pump.
  • the leakage diagnostic system is designed so that in a suction process of the diaphragm pump, fluids flow from the first connection point and not from the second connection point into the diaphragm pump and flow from the diaphragm pump to the second connection point and not to the first connection point through a compression process.
  • the leakage diagnostic system is designed to increase a negative pressure in the connected tank with each suction process of the diaphragm pump in a tank connected to the first connection point and to increase an overpressure in the connected tank with every compression process of the diaphragm pump in a tank connected to the second connection side. This embodiment also prevents a fluid connection between the second connection point and the first connection point through the membrane pump.
  • the first pump valve and the second pump valve are check valves, in particular umbrella valves.
  • the first check valve and the second check valve are aligned in the same direction and allow fluid flow from the first connection point to the membrane pump and from the membrane pump to the second connection point, so that there is no free fluid flow between the second connection point and the first connection point via the membrane pump.
  • the leakage diagnostic system is therefore set up to deliver fluids in only one direction through the diaphragm pump, from the first connection point to the second connection point.
  • the leakage diagnostic system is set up to prevent a free flow of fluid from the second connection point to the first connection point through the diaphragm pump.
  • the first pump valve and the second pump valve are each connected to both sides of a membrane of the membrane pump in order to enable continuous fluid delivery through the membrane pump.
  • the ventilation valve is held in its first position by an elastic restoring force of a spring and can be moved into its second position by an electromagnet.
  • the ventilation valve is designed in such a way that the electromagnet can act against the elastic restoring force of the spring when energized and can move the ventilation valve from the first position into the second position and hold it in the second position. Without current, the electromagnet cannot act against the restoring force of the spring, so that the spring moves the ventilation valve from the first position to the second position.
  • the electromagnet can be designed so that it can be controlled by the evaluation unit.
  • the electromagnet can be designed in such a way that it can be energized during the operation of the membrane pump and the duration of the leakage diagnosis and closes the ventilation valve, so that no pressure compensation can take place via the ventilation valve between the second connection point and the first connection point during the duration of the leakage diagnosis. If there is no leakage diagnosis, the ventilation valve is kept open by the restoring force of the spring. Since no control or power supply is necessary for this first position of the ventilation valve, ventilation of the tank is guaranteed at all times.
  • the leakage diagnostic system comprises an electric motor, an eccentric and a connecting rod.
  • the eccentric is connected to the electric motor and one end of the connecting rod is connected to the eccentric.
  • the diaphragm of the diaphragm pump is connected to the other end of the connecting rod, which is not connected to the eccentric.
  • the leakage diagnostic system preferably has at least one pressure sensor which is fluidly connected to the first connection point or the second connection point.
  • the pressure sensor is designed to measure a pressure of a tank connected to the first connection point or to the second connection point.
  • the pressure sensor is preferably connected to the evaluation unit. This allows the pressure, in particular the pressure curve, in the tank to be easily recorded by the evaluation unit.
  • the at least one pressure sensor between the membrane pump and the first connection point or the second connection point is fluidly connected to the first connection point or the second connection point. This allows the leakage diagnostic system to have the most compact design possible.
  • the leakage diagnostic system particularly preferably has at least a first pressure sensor and a second pressure sensor.
  • the first pressure sensor is fluidly connected to the first connection point and the second pressure sensor is fluidly connected to the second connection point in order to detect the pressure of a tank connected to the first connection point or second connection point and a pressure in the environment.
  • This enables the evaluation unit to easily determine an overpressure or underpressure in the tank relative to the environment.
  • This also enables both the presence of a leak in the tank to be determined and the size of a leak to be determined by the evaluation unit.
  • the further pressure curve over time in the tank can be detected by the pressure sensor and compared by the evaluation unit with stored pressure curves over time, taking into account the pressure of the environment. This provides a particularly efficient and precise leak diagnosis.
  • the evaluation unit is set up to detect electrical signals of the safety valve, which signal an opening and closing of the safety valve.
  • the safety valve outputs electrical signals to the evaluation unit, which signal a closed and/or at least partially open state of the safety valve.
  • the evaluation unit can in particular be set up to switch off the membrane pump, for example, in response to these electrical signals.
  • the evaluation unit can store the pressure determined (by current consumption of the diaphragm pump) or recorded (by pressure sensor(s)) at the first connection point at the time the safety valve is opened. This stored value can then be read by the evaluation unit be compared with a stored opening pressure of the safety valve, for example in order to carry out an error analysis of the leakage diagnostic system.
  • the evaluation unit is preferably set up to detect electrical signals, in particular a current consumption, of the diaphragm pump and to use the detected electrical signals to determine the pressure, in particular the pressure curve, in a tank connected to the first connection point or the second connection point.
  • This makes it possible, for example, to determine a pressure, in particular a pressure curve, of a tank connected to the first connection point or second connection point without the need for a pressure sensor.
  • This makes it possible to save material costs and assembly costs for a pressure sensor.
  • the possible elimination of a pressure sensor allows a more compact design of the leak diagnostic system.
  • the pressure in particular the pressure curve, is determined from a current value absorbed or consumed by the pump and/or a power consumed at a known nominal voltage of the diaphragm pump or their time curves. If the fluid delivery line of the diaphragm pump is known, the set pressure can be determined from the determined performance of the diaphragm pump.
  • a table with experimentally determined current values, in particular current curves, at different pressures, in particular pressure curves, of a tank connected to the first connection point or second connection point can be stored.
  • the pressure, in particular the pressure curve, of the fluid in a tank connected to the first or second connection point can be determined.
  • the leakage diagnostic system includes at least a first connection point and a second connection point, a diaphragm pump and a ventilation valve.
  • the first connection point and the second connection point are designed to be connected to a tank or to be open to the environment.
  • the diaphragm pump is arranged between the first connection point and the second connection point, is fluidly connected to both connection points and is designed to convey fluid between the first connection point and the second connection point.
  • the ventilation valve is connected in parallel to the membrane pump between the first connection point and the second connection point and is designed to be switched between a first position and a second position.
  • the ventilation valve In the first position, the ventilation valve allows a Fluid connection between the first connection point and the second connection point. This enables fluid flow in both directions through the ventilation valve. In the second position, the ventilation valve prevents fluid flow between the second connection point and the first connection point.
  • the procedure for diagnosing leakage is carried out as follows.
  • the ventilation valve In a first process step, the ventilation valve is switched to the second position. This prevents fluid flow through the ventilation valve from the second connection point to the first connection point.
  • the membrane pump In a second method step, the membrane pump is operated to generate an overpressure or a negative pressure in a tank connected to the first connection point or second connection point.
  • a pressure in particular a pressure curve, is determined in the connected tank in order to determine the presence of a leak in the tank.
  • the invention also relates to a vehicle which has a tank and the leakage diagnosis system according to the previous preferred embodiments, the tank being fluidly connected to the first connection point or the second connection point of the leakage diagnosis system.
  • the vehicle can in particular be a motor vehicle.
  • the evaluation unit can in particular have or be a processor such as CPU/GPU/FPGA.
  • the evaluation unit can be an engine control unit of the vehicle.
  • the evaluation unit can have a transceiver, by means of which commands for operation and/or determined results of the evaluation unit can be transmitted wirelessly.
  • the leakage diagnostic system of all of the above preferred embodiments is set up to carry out the aforementioned method, in particular by means of the evaluation unit.
  • FIG. 1 is a sketch of a vehicle with a leakage diagnostic system according to an embodiment of the present invention
  • 2 is a sketch of the leak diagnosis system according to the embodiment of the present invention
  • 3 is a sketch explaining an exemplary structure of a diaphragm pump of the leakage diagnosis system according to the embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a block diagram of a method for leakage diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • Fig. 1 shows a sketch of a vehicle 2 with a tank 3 for fuel and a leakage diagnostic system 4 according to an embodiment of the present invention.
  • the reference number 1 indicates an environment 1, the environment 1 being air (atmosphere).
  • the leakage diagnostic system 4 can be permanently installed in the vehicle 2. Alternatively, the leakage diagnostic system 4 can be removed from the vehicle 2 in a non-destructive manner, with one or more connections to the tank 3 also being removable in a non-destructive manner.
  • FIG. 2 shows a sketch of the leakage diagnostic system 4 according to the embodiment of the present invention.
  • the leakage diagnostic system 4 includes a first connection point 5 and a second connection point 6 as well as a membrane pump 7.
  • the membrane pump 7 is set up to convey fluid from the first connection point 5 to the second connection point 6.
  • the first connection point 5 and the second connection point 6 are each set up to be connected to the tank 3 or to be open to the environment 1 (atmospheric air). Which connection point 5, 6 is connected to the tank 3 depends on whether the leakage diagnosis is carried out using a negative pressure or an overpressure in the tank 3. If the second connection point 6 is connected to the tank 3, the fluid delivery of the membrane pump 7 causes an overpressure in the tank 3. If, on the other hand, the first connection point 5 is connected to the tank 3, the fluid delivery of the membrane pump 7 causes a negative pressure in the tank 3 .
  • the diaphragm pump 7 has an electric motor 12 or can be driven by an electric motor 12.
  • a first pump valve 10 and a second pump valve 11 are provided.
  • the first pump valve 10 and the second pump valve 11 are arranged in series with and between the first connection point 5 and the second connection point 6 and as Check valves designed.
  • the pump valves 10, 11 thus cause the fluid flow of the diaphragm pump 7 to take place in a predetermined direction as follows.
  • FIG 3 shows a sketch to explain further details of an exemplary structure of the membrane pump 7 of the leakage diagnostic system 4 according to the embodiment of the present invention.
  • the electric motor 12 is connected to an eccentric 13.
  • the eccentric 13 is in turn connected to a connecting rod 14.
  • the eccentric 13 converts a rotational force of the electric motor 12 into a linear force, which is transmitted to a membrane 15 of the membrane pump 7 by means of the connecting rod 14.
  • a rotation of the electric motor 12, more precisely a shaft of the electric motor 12, not shown causes a lifting movement of the membrane 15 and thus a compression process or a suction process of the diaphragm pump 7.
  • a lifting movement of the membrane 15 caused by the electromagnet 8d leads to an overpressure (compression process ) or to a negative pressure (suction process).
  • the leakage diagnostic system 4 as shown in Fig. 2 also includes a ventilation valve 8.
  • the ventilation valve 8 is connected parallel to the membrane pump 7 between the first connection point 5 and the second connection point 6 and has two positions 8a, 8b.
  • the ventilation valve 8 In the first position 8a, the ventilation valve 8 is open, so that the first connection point 5 and the second connection point 6 are fluidly connected to one another. This allows fluids, in particular air, to flow through the ventilation valve 8 in both directions between the first connection point 5 and the second connection point 6.
  • the ventilation valve 8 In the second position 8b, the ventilation valve 8 is closed, so that a fluid flow from the second connection point 6 through the ventilation valve 8 to the first connection point 5 is prevented.
  • the ventilation valve 8 can be switched continuously, in particular between the two positions, so that fluid flows can only be partially prevented, i.e. throttled.
  • the ventilation valve 8 has an electromagnet 8d and a spring 8c.
  • the spring 8c is designed and arranged in such a way that it acts against a force that can be generated by the electromagnet 8d. In other words, a sufficiently high force generated by the electromagnet 8d compresses the spring 8c, whereby the ventilation valve 8 can be switched between the two positions 8a, 8b.
  • the ventilation valve 8 When the electromagnet 8d is not energized, the ventilation valve 8 is in the first position 8a.
  • Fig. 2 shows an energized state of the electromagnet 8d and thus the ventilation valve 8 in the second position 8b.
  • the leakage diagnostic system 4 also includes an evaluation unit 9.
  • the evaluation unit 9 is connected to an electric motor 12 of the diaphragm pump 7 and to the electromagnet 8d of the ventilation valve 8.
  • the evaluation unit 9 is set up to control the membrane pump 7 by means of the electric motor 12 and the ventilation valve 8 by means of the electromagnet 8d.
  • the evaluation unit 9 is also connected to a first pressure sensor 16, which detects a pressure at the first connection point 5, and to a second pressure sensor 17, which detects a pressure at the second connection point 6.
  • the evaluation unit 9 can determine the pressure from electrical signals, in particular from a current consumption, of the membrane pump 7.
  • the current consumption correlates with a performance of the membrane pump 7, from which a pressure generated by the membrane pump 7 can be determined.
  • the leakage diagnostic system 4 also includes a safety valve 18.
  • the safety valve 18, which is, for example, a spring-loaded check valve, is connected - parallel to the diaphragm pump 7 and to the ventilation valve 8 - to the first connection point 5 and to the second connection point 6.
  • an ambient pressure atmospheric pressure
  • An opening pressure is defined as a pressure difference between the first connection point 5 and the second connection point 6, which leads to the opening of the safety valve 18.
  • a closing pressure is a pressure difference between the first connection point 5 and the second Connection point 6 is defined, which leads to the closing of the safety valve 18. The opening pressure and the closing pressure are different from each other.
  • An effective surface of a sealing element 18a of the safety valve 18 is designed such that the closing pressure is lower than the opening pressure. This is achieved, for example, by a conical sealing element 18a.
  • a pressure of the fluid acts on the sealing element 18a in order to lift it from a valve seat (not shown) when the opening pressure is reached.
  • the opening pressure - and thus the closing pressure - are adjusted by a spring force of a check spring 18b.
  • the closing pressure i.e. the pressure difference at which the safety valve 18 closes again, is below the opening pressure.
  • the safety valve 18 can also be connected to the evaluation unit 9, whereby the evaluation unit 9 can receive and process times, or durations, of the opening and/or closing of the safety valve 18. For example, a previously known opening pressure of the safety valve 18 can be compared with a pressure in the tank 3 detected or determined at the time the safety valve 18 is opened in order to determine a possible malfunction of the diaphragm pump 7 and/or a pressure sensor 16, 17.
  • FIG. 4 shows a block diagram of a method for leakage diagnosis according to an embodiment of the present invention.
  • a first method step S1 the ventilation valve 8 is switched to the second position 8b. This prevents fluid flow through the ventilation valve 8 from the second connection point 6 to the first connection point 5.
  • the membrane pump 7 is operated in order to generate an overpressure or a negative pressure in a tank 3 connected to the first connection point 5 or to the second connection point 6. As already explained, the membrane pump 7 conveys fluid from the first connection point 5 to the second connection point 6.
  • a pressure in particular a pressure curve, is determined in the connected tank 3 in order to conclude that there is a leak in the tank 3.
  • the pressure can be detected by means of the pressure sensors 16, 17 and/or by means of the electrical signals from the diaphragm pump 7.
  • the membrane pump 7 can in particular be switched off, since the pump valves 10, 11 and the closed ventilation valve 8 prevent pressure equalization between the first connection point 5 and the second connection point 6. If a falling pressure (overpressure in the tank 3 caused by the diaphragm pump 7) is detected by means of the pressure sensors 16, 17, this detection can be used to conclude that there is a leak in the tank 3. For this purpose, for example, a pressure curve over time can be recorded by the pressure sensors 16, 17 and evaluated by the evaluation unit 9.
  • a one-time pressure recording can also be carried out. It is assumed here that the membrane pump 7 has established a predetermined pressure in the tank 3 (after a predetermined pumping time). Then, after a predetermined waiting time, the pressure in the tank 3 can be detected by at least one of the pressure sensors 16, 17. If the detected pressure deviates from the predetermined pressure produced by the diaphragm pump 7, a leak in the tank 3 can be concluded.
  • the deviation between the recorded and the expected pressure can be compared, in particular, with experimentally determined values in order to draw conclusions about the presence and size of the leak. For example, it can be determined that a leak is only present when the deviation is above a predetermined threshold value in a predetermined period of time, for example to take into account error tolerances or leaks in the leakage diagnostic system 4.
  • the membrane pump 7 can, for example, be operated constantly between steps S2, S3. If there is a leak in the tank 3, the current consumption of the membrane pump 7 increases to generate the predetermined pressure. Here, in turn, an expected current consumption of the membrane pump 7 can be compared with an experimentally determinable target value, so that the presence of a Leakage can be closed. By means of a determined fluid delivery capacity of the diaphragm pump 7, the size of the leak can also be deduced.
  • the evaluation unit 9 can have or be a CPU/GPU/FPGA.
  • an engine control unit (not shown) of the vehicle 2 can be designed as the aforementioned evaluation unit 9.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Leckagediagnosesystem (4) und Verfahren für einen Tank (3) eines Fahrzeugs, umfassend zumindest eine erste Anschlussstelle (5) und eine zweite Anschlussstelle (6), die jeweils dazu ausgebildet sind, an den Tank (3) angeschlossen zu sein, oder zu einer Umgebung (1) hin offen zu sein, zumindest eine Membranpumpe (7), die zur Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle (5) zur zweiten Anschlussstelle (6) ausgebildet ist, zumindest ein Belüftungsventil (8), dass parallel zur Membranpumpe (7) zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, in eine erste Stellung (8a), in der die erste Anschlussstelle (5) und die zweite Anschlussstelle (6) fluidverbunden sind, und in eine zweite Stellung (8b), die einen Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle (6) zur ersten Anschlussstelle (5) verhindert, geschaltet zu werden, und zumindest eine Auswerteeinheit (9) die ausgebildet ist die Membranpumpe (7) zu betreiben, das Belüftungsventil (8) in die zweite Stellung (8b) zu schalten und einen Druck(verlauf) in dem angeschlossen Tank (3) zu ermitteln, um aus dem Druck(verlauf) auf das Vorliegen einer Leckage im Tank (3) rückzuschließen. Das Leckagediagnosesystem (4) weist außerdem zumindest ein Sicherheitsventil (18) auf, welches eingerichtet ist, eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) zumindest teilweise zu verringern.

Description

Leckagediagnoseverfahren und Leckagediagnosesystem für einen Tank eines Fahrzeugs
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Leckagediagnosesystem für einen Tank eines Fahrzeugs und ein Verfahren für eine Leckagediagnose für einen Tank eines Fahrzeugs mittels des Leckagediagnosesystems. Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, welches einen Tank und das Leckagediagnosesystem aufweist.
Aktuelle Leckagediagnosesysteme zur Leckagediagnose kommen unter anderem in Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen zum Einsatz. Hierbei wird zunächst eine Druckdifferenz des Tankdrucks zum Umgebungsdruck aufgebaut und aus dem zeitlichen Verlauf des Tankdrucks auf eine Leckage des Tanks geschlossen. Zum Aufbau einer Druckdifferenz des Tankdrucks zum Umgebungsdruck wird eine Flügelzellenpumpe verwendet. Hierbei wird die Flügelzellenpumpe solange betrieben, bis sich ein vorbestimmter Druck im Tank eingestellt hat. Aufgrund der konstruktionsprinzipbedingten Undichtigkeit der Flügelzellenpumpe kommt es beim Stillstand der Flügelzellenpumpe zum Abfluss des Fluides aus dem Tank durch die Flügelzellenpumpe. Um solch einen Abfluss zu verhindern, der eine Leckagediagnose des Tanks verfälschen würde, wird die Flügelzellenpumpe auch während der Leckagediagnose weiterhin betrieben. Hierdurch kommt es zu Druckpulsationen im Tank, die eine Leckagedetektion im Tank erschweren. Zudem ist die im Stand der Technik verwendete Flügelzellenpumpe durch den Spalt zwischen den Flügelzellen und dem feststehenden Gehäuse anfällig für Schmutz und Verschleiß. Durch die Alterung der Flügelzellenpumpe sinkt deren Förderleistung, wodurch die benötigte Zeit für einen Druckaufbau im angeschlossenen Tank zunimmt. Darüber hinaus sind Flügelzellenpumpen in ihrer Förderleistung begrenzt und können zum Druckaufbau in großen Tanks nicht sinnvoll eingesetzt werden. Diese bekannten Leckagediagnosesysteme bringen außerdem den Nachteil mit sich, dass - im Falle einer Fehlfunktion der Flügelzellenpumpe - ein zu großer Überdruck in dem Fahrzeugtank durch die Flügelzellenpumpe hergestellt werden kann, so dass es zu Schäden an dem Tank oder an dem Fahrzeug kommt.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Leckagediagnosesystem für einen Tank eines Fahrzeugs bereitzustellen, das weniger anfällig für Verschmutzung und Verschleiß ist, auch größere Tanks in geringerer Zeit auf einen gewünschten Druck bringen kann und eine erhöhte Sicherheit aufweist, sowie ein Verfahren für eine Leckagediagnose für einen Tank eines Fahrzeugs mit diesem verbesserten Leckagediagnosesystem bereitzustellen. Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch ein Leckagediagnosesystem, dass zumindest eine erste Anschlussstelle und eine zweite Anschlussstelle, eine Membranpumpe, ein Belüftungsventil, eine Auswerteeinheit und ein Sicherheitsventil umfasst. Hierbei sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle jeweils dazu ausgebildet, an einen Tank, beispielweise einen Kraftstofftank, eines Fahrzeugs angeschlossen zu sein oder zur Umgebung hin offen zu sein. So kann ein Tank an eine der beiden Anschlussstellen angeschlossen werden und die andere Anschlussstelle, an der der Tank nicht angeschlossen ist, kann zur Umgebung hin offen sein. Die Membranpumpe ist zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und dazu ausgebildet, ein Fluid von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu fördern. So ist die Membranpumpe ausgebildet, in einem Tank, der an der ersten Anschlussstelle angeschlossen ist, einen Unterdrück durch die Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu erzeugen, oder einen Überdruck in einem an der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tank zu erzeugen. Durch ihr Konstruktionsprinzip weist eine Membranpumpe weniger Verschleißteile als eine Flügelzellenpumpe auf und ist gleichzeitig gegenüber Verschmutzung unempfindlicher, wodurch eine langsamere Alterung eintritt. Zudem weisen Membranpumpen höhere Förderleistungen auf, die es erlauben, größere Tanks in kürzerer Zeit, als es unter Verwendung einer Flügelzellenpumpe möglich ist, auf einen gewünschten Druck zu bringen. Das Belüftungsventil ist parallel zur Membranpumpe zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und weist zumindest eine erste Stellung und zumindest eine zweite Stellung auf. In der ersten Stellung des Belüftungsventils sind die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle miteinander fluidverbunden, so dass Fluide in beide Richtungen zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil strömen können. In der zweiten Stellung des Belüftungsventils ist zumindest ein Fluidfluss von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil verhindert. Insbesondere ist durch das Belüftungsventil in der zweiten Stellung ein Fluidfluss zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle vollständig verhindert. Das Belüftungsventil ist so ausgebildet, dass es zwischen der ersten Stellung und der zweiten Stellung geschaltet werden kann, so dass zwischen einem freien Fluidfluss zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle in beide Richtungen über das Belüftungsventil und einer Verhinderung des Fluidflusses zumindest von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil geschaltet werden kann. Das Leckagediagnosesystem ist bevorzugt als Tankentlüftung des Tanks verwendbar. Dadurch ist die Entlüftung jederzeit gewährleistbar und insbesondere nur während der Leckagediagnose unterbrochen. Die Auswerteeinheit ist ausgebildet, die Membranpumpe zu betreiben und so mittels der Membranpumpe einen Fluidfluss von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle zu ermöglichen. Die Auswerteeinheit ist außerdem dazu ausgebildet, das Belüftungsventil von seiner ersten Stellung in seine zweite Stellung zu schalten und so den Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle durch das Belüftungsventil zur ersten Anschlussstelle zu verhindern. Hierdurch kann ein Fluidfluss durch das Belüftungsventil nur von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle erfolgen. Ebenso ist die Auswerteeinheit dazu ausgebildet, einen Druck, insbesondere einen Druckverlauf, eines an der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks zu ermitteln und aus dem ermittelten Druck, insbesondere aus dem ermittelten Druckverlauf, auf das Vorliegen einer Leckage im angeschlossenen Tank rückzuschließen. Durch die Zufuhr an Fluid durch den Betrieb der Membranpumpe kann der Tank auf einen gewünschten Druck gebracht werden. Aus der Druckdifferenz zwischen dem Druck im Tank und dem Druck der Umgebung stellt sich, bei Vorliegen einer Leckage, eine Fluidströmung zwischen dem Tank und der Umgebung ein. Aus der sich hieraus ergebenden zeitlichen Änderung des Drucks im Tank kann auf das Vorliegen einer Leckage im Tank rückgeschlossen werden. Dieser zeitliche Druckverlauf im Tank kann beispielsweise mit zuvor experimentell ermittelten hinterlegten zeitlichen Druckverläufen des Tanks bei verschiedenen Leckagegrößen des Tanks verglichen werden, um so auf eine Größe der Leckage im Tank rückzuschließen.
Das Sicherheitsventil ist bevorzugt dazu eingerichtet, eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle zumindest teilweise zu verringern. Damit kann das Sicherheitsventil im Falle eines zu großen Überdrucks an der zweiten Anschlussstelle eben diesen Überdruck ausgleichen, womit Schäden an den Komponenten des Leckagediagnosesystems verhindert werden können.
Vorteilhafterweise ist dabei das Sicherheitsventil beispielsweise an seinem ersten Ende mit der zweiten Anschlussstelle verbunden und an seinem zweiten Ende zur Umgebung hin offen. Dadurch kann das Sicherheitsventil einen zu großen Überdruck an der zweiten Anschlussstelle, insbesondere in dem Tank, unmittelbar mit einem Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) ausgleichen. Alternativ dazu kann das Sicherheitsventil an seinem ersten Ende mit der ersten Anschlussstelle verbunden und an seinem zweiten Ende zur Umgebung hin offen sein. Dadurch kann das Sicherheitsventil, in dem Fall, dass die erste Anschlussstelle an dem Tank angeschlossen ist, einen zu großen Unterdrück an der ersten Anschlussstelle, insbesondere in dem Tank, unmittelbar mit dem Umgebungsdruck ausgleichen.
Vorzugsweise ist das Sicherheitsventil parallel zur Membranpumpe und/oder parallel zum Belüftungsventil mit der ersten Anschlussstelle und mit der zweiten Anschlussstelle verbunden. Dadurch kann das Sicherheitsventil beim Vorliegen einer zu großen Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle ermöglichen, um die vorgenannte Druckdifferenz auszugleichen. Vorteilhafterweise ist das Sicherheitsventil dazu ausgebildet, bei einer ersten vorbestimmten Druckdifferenz als Öffnungsdruck zu öffnen und bei einer zweiten vorbestimmten Druckdifferenz als Schließdruck zu schließen. Dabei sind der Öffnungsdruck und der Schließdruck voneinander verschieden.
Insbesondere vorteilhaft ist es, wenn der Schließdruck geringer als der Öffnungsdruck ist. Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass sich das Sicherheitsventil ständig öffnet und schließt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung ist das Sicherheitsventil insbesondere ein federbelastetes Rückschlagventil. Dadurch kann das Sicherheitsventil kostengünstig und einfach hergestellt werden sowie eine kompakte Baugröße des Leckagediagnosesystems bereitgestellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leckagediagnosesystem zumindest ein erstes Pumpenventil und zumindest ein zweites Pumpenventil. Hierbei ist das erste Pumpenventil zwischen der ersten Anschlussstelle und der Membranpumpe und das zweite Pumpenventil zwischen der Membranpumpe und der zweiten Anschlussstelle mit der Membranpumpe in Reihe angeschlossen. Das erste Pumpenventil ist so ausgebildet, dass während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der Membranpumpe besteht und während eines Kompressionsvorgangs der Membranpumpe keine Fluidverbindung von der Membranpumpe zur ersten Anschlussstelle besteht. Das zweite Pumpenventil ist so ausgebildet, dass während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe keine Fluidverbindung zwischen der zweiten Anschlussstelle und der Membranpumpe besteht und während eines Kompressionsvorgangs der Membranpumpe eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe und der zweiten Anschlussstelle besteht. Hierdurch ist das Leckagediagnosesystem dazu ausgebildet, dass in einem Ansaugvorgang der Membranpumpe Fluide von der ersten Anschlussstelle und nicht von der zweiten Anschlussstelle in die Membranpumpe strömen und durch einen Kompressionsvorgang von der Membranpumpe zur zweiten Anschlussstelle und nicht zur ersten Anschlussstelle strömen. So ist das Leckagediagnosesystem dazu ausgebildet, an einem an der ersten Anschlussstelle angeschlossenen Tank mit jedem Ansaugvorgang der Membranpumpe einen Unterdrück im angeschlossenen Tank zu vergrößern und in einem an der zweiten Anschlussseite angeschlossenen Tank mit jedem Kompressionsvorgang der Membranpumpe einen Überdruck im angeschlossenen Tank zu vergrößern. Ebenso verhindert diese Ausführungsform eine Fluidverbindung zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle durch die Membranpumpe. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Leckagediagnosesystems handelt es sich bei dem ersten Pumpenventil und dem zweiten Pumpenventil um Rückschlagventile, insbesondere um Umbrella-Ventile. Das erste Rückschlagventil und das zweite Rückschlagventil sind in dieselbe Richtung ausgerichtet und erlauben eine Fluidfluss von der ersten Anschlussstelle zur Membran pumpe und von der Membranpumpe zur zweiten Anschlussstelle, so dass über die Membranpumpe kein freier Fluidfluss zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle besteht. Somit ist das Leckagediagnosesystem dazu eingerichtet, Fluide nur in eine Richtung durch die Membranpumpe, von der ersten Anschlussstelle zur zweiten Anschlussstelle, zu fördern. Das Leckagediagnosesystem ist dazu eingerichtet, einen freien Fluidfluss von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle durch die Membranpumpe zu verhindern. Bevorzugt sind das erste Pumpenventil und das zweite Pumpenventil jeweils mit beiden Seiten einer Membran der Membranpumpe verbunden, um eine kontinuierliche Fluidförderung durch die Membranpumpe zu ermöglichen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des Leckagediagnosesystems ist das Belüftungsventil durch eine elastische Rückstellkraft einer Feder in seiner ersten Stellung gehalten und durch einen Elektromagneten in seine zweite Stellung überführbar. Hierbei ist das Belüftungsventil so ausgebildet, dass der Elektromagnet unter Bestromung gegen die elastische Rückstellkraft der Feder wirken kann und das Belüftungsventil aus der ersten Stellung in die zweite Stellung überführen kann und in der zweiten Stellung hält. Ohne Bestromung kann der Elektromagnet nicht gegen die Rückstellkraft der Feder wirken, sodass die Feder das Belüftungsventil aus der ersten Stellung in die zweite Stellung überführt. Der Elektromagnet kann so ausgebildet sein, dass er durch die die Auswerteeinheit angesteuert werden kann. Insbesondere kann der Elektromagnet so ausgebildet sein, dass er während des Betriebs der Membranpumpe und der Dauer der Leckagediagnose bestromt werden kann und das Belüftungsventil schließt, sodass während der Dauer der Leckagediagnose kein Druckausgleich über das Belüftungsventil zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle stattfinden kann. Findet keine Leckagediagnose statt, wird das Belüftungsventil durch die Rückstellkraft der Feder offengehalten. Da für diese erste Stellung des Belüftungsventils keine Ansteuerung oder Bestromung nötig ist, ist jederzeit eine Belüftung des Tanks gewährleistet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst das Leckagediagnosesystem einen Elektromotor, einen Exzenter und ein Pleuel. Hierbei ist der Exzenter mit dem Elektromotor und ein Ende des Pleuels mit dem Exzenter verbunden. Die Membran der Membranpumpe ist am anderen Ende des Pleuels, das nicht mit dem Exzenter verbunden ist, verbunden. Diese Elemente des Leckagediagnosesystems sind so ausgestaltet, dass der Betrieb des Elektromotors eine Hubbewegung der Membran der Membranpumpe bewirkt. Durch diese Hubbewegung der Membran der Membranpumpe kommt es zu einem Ansaugvorgang oder einem Kompressionsvorgang und damit zu einem Überdruck oder einem Unterdrück in einem an die erste Anschlussstelle oder zweite Anschlussstelle angeschlossenen Tank.
Bevorzugt weist das Leckagediagnosesystem zumindest einen Drucksensor auf, der mit der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle fluidverbunden ist. Hierdurch ist der Drucksensor dazu ausgebildet, einen Druck eines an der ersten Anschlussstelle oder an der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks zu messen. Der Drucksensor ist bevorzugt mit der Auswerteeinheit verbunden. Damit lässt sich der Druck, insbesondere der Druckverlauf, im Tank durch die Auswerteeinheit einfach erfassen. Insbesondere ist der zumindest eine Drucksensor zwischen der Membranpumpe und der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle mit der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle fluidverbunden. Hierdurch lässt sich eine möglichst kompakte Bauweise des Leckagediagnosesystems ermöglichen.
Besonders bevorzugt weist das Leckagediagnosesystem zumindest einen ersten Drucksensor und einen zweiten Drucksensor auf. Hierbei ist der erste Drucksensor mit der ersten Anschlussstelle fluidverbunden und der zweite Drucksensor mit der zweiten Anschlussstelle fluidverbunden, um so den Druck eines an der ersten Anschlussstelle oder zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks und einen Druck in der Umgebung zu erfassen. Dies ermöglicht eine einfache Ermittlung eines Überdrucks oder Unterdrucks im Tank gegenüber der Umgebung durch die Auswerteeinheit. Dies ermöglicht außerdem sowohl das Ermitteln des Vorhandenseins einer Leckage im Tank, als auch das Ermitteln der Größe einer Leckage durch die Auswerteeinheit. Hierzu kann beispielsweise, nach einem Einstellen eines gewünschten Drucks im Tank, der weitere zeitliche Druckverlauf im Tank durch den Drucksensor erfasst werden und durch die Auswerteeinheit mit hinterlegten zeitlichen Druckverläufen, unter Berücksichtigung des Drucks der Umgebung, verglichen werden. Hierdurch wird eine besonders effiziente und präzise Leckagediagnose bereitgestellt.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, elektrische Signale des Sicherheitsventils, welche ein Öffnen und Schließen des Sicherheitsventils signalisieren, zu erfassen. Mit anderen Worten gibt das Sicherheitsventil elektrische Signale an die Auswerteeinheit aus, welche einen geschlossenen und/oder zumindest teilweise geöffneten Zustand des Sicherheitsventils signalisieren. Die Auswerteeinheit kann dabei insbesondere dazu eingerichtet sein, als Reaktion auf diese elektrischen Signale, beispielsweise die Membranpumpe auszuschalten. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Auswerteeinheit den ermittelten (durch Stromaufnahme der Membranpumpe) oder erfassten (durch Drucksensor(en)) Druck an der ersten Anschlussstelle zum Zeitpunkt des Öffnens des Sicherheitsventils speichern. Dieser gespeicherte Wert kann sodann von der Auswerteeinheit mit einem gespeicherten Öffnungsdruck des Sicherheitsventils abgeglichen werden, beispielsweise um eine Fehleranalyse des Leckagediagnosesystems durchzuführen.
Bevorzugt ist die Auswerteeinheit dazu eingerichtet, elektrische Signale, insbesondere eine Stromaufnahme, der Membranpumpe zu erfassen und mittels der erfassten elektrischen Signale den Druck, insbesondere den Druckverlauf, in einem an der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tank zu ermitteln. Dies ermöglicht es, beispielsweise einen Druck, insbesondere einen Druckverlauf, eines an der ersten Anschlussstelle oder zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tanks zu ermitteln ohne dass ein Drucksensor benötigt wird. Hierdurch können die Materialkosten und die Montagekosten für einen Drucksensor eingespart werden. Zudem erlaubt der mögliche Verzicht auf einen Drucksensor eine kompaktere Bauweise des Leckagediagnosesystems.
Bevorzugt wird dabei der Druck, insbesondere der Druckverlauf, aus einem von der Pumpe aufgenommenen bzw. verbrauchten Stromwert und/oder eine verbrauchte Leistung bei bekannter Nennspannung der Membranpumpe beziehungsweise deren zeitlichen Verläufe ermittelt. Bei bekannter Fluid-Förderleitung der Membranpumpe kann somit aus der ermittelten Leistung der Membranpumpe der eingestellte Druck ermittelt werden.
Alternativ kann eine Tabelle mit experimentell ermittelten Stromwerten, insbesondere Stromverläufen, bei verschiedenen Drücken, insbesondere Druckverläufen, eines an die erste Anschlussstelle oder zweite Anschlussstelle angeschlossenen Tanks hinterlegt sein. Aus dem Vergleich des durch die Auswerteeinheit ermittelten Stromwerts, insbesondere eines Stromverlaufs, mit einer solchen hinterlegten Tabelle, kann der Druck, insbesondere der Druckverlauf, des Fluides in einem an die erste oder die zweite Anschlussstelle angeschlossenen Tank ermittelt werden.
Ebenso wird die Aufgabe gelöst durch ein Verfahren zur Leckagediagnose für einen Tank, insbesondere einen Kraftstofftank, eines Fahrzeugs mittels eines Leckagediagnosesystems. Hierbei umfasst das Leckagediagnosesystem zumindest eine erste Anschlussstelle und eine zweite Anschlussstelle, eine Membranpumpe und ein Belüftungsventil. Die erste Anschlussstelle und die zweite Anschlussstelle sind dazu ausgebildet, an einem Tank angeschlossen zu sein oder zur Umgebung hin offen zu sein. Die Membranpumpe ist zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeordnet, mit beiden Anschlussstellen fluidverbunden und zur Fluidförderung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle ausgebildet. Das Belüftungsventil ist parallel zur Membranpumpe zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle angeschlossen und ist dazu ausgebildet, zwischen einer ersten Stellung und einer zweiten Stellung geschaltet zu werden. In der ersten Stellung ermöglicht das Belüftungsventil eine Fluidverbindung zwischen der ersten Anschlussstelle und der zweiten Anschlussstelle. Hierdurch wird ein Fluidfluss in beide Richtungen durch das Belüftungsventil möglich. In der zweiten Stellung verhindert das Belüftungsventil einen Fluidfluss zwischen der zweiten Anschlussstelle und der ersten Anschlussstelle. Das Verfahren zur Leckagediagnose wird wie folgt durchgeführt. In einem ersten Verfahrensschritt wird das Belüftungsventil in die zweite Stellung geschaltet. Hierdurch wird ein Fluidfluss durch das Belüftungsventil von der zweiten Anschlussstelle zur ersten Anschlussstelle verhindert. In einem zweiten Verfahrensschritt wird die Membran pumpe betrieben, um einen Überdruck oder einen Unterdrück in einem an der ersten Anschlussstelle oder zweiten Anschlussstelle angeschlossenen Tank zu erzeugen. In einem dritten Verfahrensschritt wird ein Druck, insbesondere ein Druckverlauf, im angeschlossenen Tank ermittelt, um auf das Vorliegen einer Leckage im Tank rückzuschließen.
Die Erfindung betrifft außerdem ein Fahrzeug, welches einen Tank und das Leckagediagnosesystem gemäß den vorherigen bevorzugten Ausführungen aufweist, wobei der Tank mit der ersten Anschlussstelle oder der zweiten Anschlussstelle des Leckagediagnosesystems fluidverbunden ist.
Das Fahrzeug kann insbesondere ein Kraftfahrzeug sein.
Die Auswerteeinheit kann insbesondere einen Prozessor wie etwa CPU/GPU/FPGA aufweisen oder sein. Insbesondere kann die Auswerteeinheit ein Motorsteuergerät des Fahrzeugs sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann die Auswerteeinheit einen Sendeempfänger aufweisen, mittels welchem Befehle für einen Betrieb und/oder ermittelte Ergebnisse der Auswerteeinheit drahtlos übertragen werden können.
Das Leckagediagnosesystem aller vorstehenden bevorzugten Ausführungen ist dazu eingerichtet, das vorgenannte Verfahren, insbesondere mittels der Auswerteeinheit, durchzuführen.
Weitere Einzelheiten, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus nachfolgender Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig.1 eine Skizze eines Fahrzeuges mit einem Leckagediagnosesystem gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine Skizze des Leckagediagnosesystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; Fig. 3 eine Skizze zur Erläuterung eines beispielhaften Aufbaus einer Membranpumpe des Leckagediagnosesystems gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
Fig. 4 ein Blockschaltdiagramm eines Verfahrens für eine Leckagediagnose gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 1 zeigt eine Skizze eines Fahrzeuges 2 mit einem Tank 3 für Kraftstoff und einem Leckagediagnosesystem 4 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Bezugszeichen 1 weist auf eine Umgebung 1 hin, wobei die Umgebung 1 Luft (Atmosphäre) ist.
Das Leckagediagnosesystem 4 kann in fest in dem Fahrzeug 2 verbaut sein. Alternativ kann das Leckagediagnosesystem 4 aus dem Fahrzeug 2 zerstörungsfrei entnehmbar sein, wobei auch eine oder mehrere Verbindungen mit dem Tank 3 zerstörungsfrei lösbar sind.
Zunächst wird ein beispielhafter Aufbau sowie die Funktionsweise des Leckagediagnosesystems 4 anhand der Figuren 2 und 3 erläutert. Das Verfahren zur Leckagediagnose wird anhand der Fig. 4 erläutert.
Dabei zeigt Fig. 2 eine Skizze des Leckagediagnosesystems 4 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Das Leckagediagnosesystem 4 umfasst eine erste Anschlussstelle 5 und eine zweite Anschlussstelle 6 sowie eine Membranpumpe 7. Die Membranpumpe 7 ist zur Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6 eingerichtet.
Die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 sind jeweils eingerichtet, an dem Tank 3 angeschlossen zu sein oder zu der Umgebung 1 (Atmosphärenluft) offen zu sein. Welche Anschlussstelle 5, 6 an den Tank 3 angeschlossen ist, hängt davon ab, ob die Leckagediagnose mittels eines Unterdrucks oder eines Überdrucks in dem Tank 3 durchgeführt wird. Wird die zweite Anschlussstelle 6 an dem Tank 3 angeschlossen, so bewirkt die Fluidförderung der Membranpumpe 7 einen Überdruck in dem Tank 3. Wird andererseits die erste Anschlussstelle 5 an dem Tank 3 angeschlossen, so bewirkt die Fluidförderung der Membranpumpe 7 einen Unterdrück in dem Tank 3.
Die Membranpumpe 7 weist einen Elektromotor 12 auf oder ist durch einen Elektromotor 12 antreibbar. Außerdem ist ein erstes Pumpenventil 10 und ein zweites Pumpenventil 11 vorgesehen. Das erste Pumpenventil 10 und das zweite Pumpventil 11 sind in Reihe mit und zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 angeordnet und als Rückschlagventile ausgebildet. Somit bewirken die Pumpventile 10, 11 , dass der Fluidfluss der Membranpumpe 7 wie folgt in eine vorbestimmte Richtung erfolgt.
Während eines Ansaugvorgangs der Membranpumpe 7 besteht eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe 7 und der ersten Anschlussstelle 5, aber nicht zwischen der Membranpumpe 7 und der zweiten Anschlussstelle 6. In einem Kompressionsvorgang der Membranpumpe 7 besteht eine Fluidverbindung zwischen der Membranpumpe 7 und der zweiten Anschlussstelle 6, aber nicht zwischen der Membranpumpe 7 und der ersten Anschlussstelle 5. Dadurch wird eine Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6 mittels der Membranpumpe 7 über die Pumpenventile 10, 11 erzeugt.
Fig. 3 zeigt eine Skizze zur Erläuterung weiterer Details eines beispielhaften Aufbaus der Membranpumpe 7 des Leckagediagnosesystems 4 gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Elektromotor 12 ist mit einem Exzenter 13 verbunden. Der Exzenter 13 ist wiederrum mit einem Pleuel 14 verbunden. Durch den Exzenter 13 wird eine rotatorische Kraft des Elektromotors 12 in eine lineare Kraft umgewandelt, welche mittels des Pleuels 14 auf eine Membran 15 der Membranpumpe 7 übertragen wird. Dadurch bewirkt eine Rotation des Elektromotors 12, genauer einer nicht dargestellten Welle des Elektromotors 12, eine Hubbewegung der Membran 15 und damit einen Kompressionsvorgang oder einen Ansaugvorgang der Membranpumpe 7. Grundsätzlich führt eine durch den Elektromagneten 8d bewirkte Hubbewegung der Membran 15 zu einem Überdruck (Kompressionsvorgang) oder zu einem Unterdrück (Ansaugvorgang).
Das Leckagediagnosesystem 4 wie in Fig. 2 gezeigt umfasst außerdem ein Belüftungsventil 8. Das Belüftungsventil 8 ist parallel zur Membranpumpe 7 zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 angeschlossen und weist zwei Stellungen 8a, 8b auf.
In der ersten Stellung 8a ist das Belüftungsventil 8 geöffnet, sodass die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 miteinander fluidverbunden sind. Dadurch können Fluide, insbesondere Luft, in beiden Richtung zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 durch das Belüftungsventil 8 strömen. In der zweiten Stellung 8b ist das Belüftungsventil 8 geschlossen, sodass ein Fluidfluss von der zweiten Anschlussstelle 6 durch das Belüftungsventil 8 hindurch zur ersten Anschlussstelle 5 verhindert wird. Das Belüftungsventil 8 ist hierbei insbesondere zwischen den beiden Stellungen kontinuierlich schaltbar, sodass Fluidflüsse auch nur teilweise verhindert, also gedrosselt, werden können. Hierfür weist das Belüftungsventil 8 einen Elektromagneten 8d und eine Feder 8c auf. Die Feder 8c ist hierbei derart ausgestaltet und angeordnet, dass sie gegen eine durch den Elektromagneten 8d erzeugbare Kraft wirkt. Mit anderen Worten komprimiert eine ausreichend hohe erzeugte Kraft des Elektromagneten 8d die Feder 8c, wodurch das Belüftungsventil 8 zwischen den beiden Stellungen 8a, 8b umgeschaltet werden kann. In einem nicht bestromten Zustand des Elektromagneten 8d ist das Belüftungsventil 8 in der ersten Stellung 8a. Fig. 2 zeigt einen bestromten Zustand des Elektromagneten 8d und damit das Belüftungsventil 8 in der zweiten Stellung 8b.
Dadurch, dass der Elektromagnet 8d nur unter Bestromung die Federkraft der Feder 8c überwinden und dadurch das Belüftungsventil 8 in die zweite Stellung 8b umschalten kann, wird gewährleistet, dass im Falle eines Funktionsfehlers des Belüftungsventils 8 eben dieses in der ersten Stellung 8a bleibt, sodass eine Belüftung des T anks 3 gewährleistet werden kann.
Das Leckagediagnosesystem 4 umfasst außerdem eine Auswerteeinheit 9. Die Auswerteeinheit 9 ist mit einem Elektromotor 12 der Membranpumpe 7 und mit dem Elektromagneten 8d des Belüftungsventils 8 verbunden. Die Auswerteeinheit 9 ist dabei eingerichtet, die Membranpumpe 7 mittels des Elektromotors 12 und das Belüftungsventil 8 mittels des Elektromagneten 8d zu steuern.
Die Auswerteeinheit 9 ist außerdem mit einem ersten Drucksensor 16, welcher einen Druck an der ersten Anschlussstelle 5 erfasst, und mit einem zweiten Drucksensor 17 verbunden, welcher einen Druck an der zweiten Anschlussstelle 6 erfasst.
Alternativ oder zusätzlich zu einem oder beiden Drucksensoren 16, 17 kann die Auswerteeinheit 9 den Druck aus elektrischen Signalen, insbesondere aus einer Stromaufnahme, der Membranpumpe 7 ermitteln. Dabei korreliert, insbesondere bei gegebener Nennspannung, die Stromaufnahme mit einer Leistung der Membranpumpe 7, aus welcher ein durch die Membranpumpe 7 erzeugter Druck ermittelt werden kann.
Das Leckagediagnosesystem 4 umfasst außerdem ein Sicherheitsventil 18. Das Sicherheitsventil 18, welches hierbei beispielsweise ein federbelastetes Rückschlagventil ist, ist - parallel zur Membranpumpe 7 und zum Belüftungsventil 8 - mit der ersten Anschlussstelle 5 und mit der zweiten Anschlussstelle 6 verbunden. Dadurch wird ein möglicher, zu großer Überdruck oder Unterdrück in dem Tank 3 durch ein Öffnen des Sicherheitsventils 18 mit einem Umgebungsdruck (Atmosphärendruck) ausgeglichen.
Ein Öffnungsdruck ist als eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 definiert, welche zum Öffnen des Sicherheitsventils 18 führt. Ein Schließdruck ist als eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 definiert, welche zum Schließen des Sicherheitsventils 18 führt. Der Öffnungsdruck und der Schließdruck sind hierbei voneinander verschieden.
Dabei ist eine Wirkfläche eines Dichtelements 18a des Sicherheitsventils 18 derart ausgestaltet, dass der Schließdruck geringer als der Öffnungsdruck ist. Dies wird beispielsweise durch ein kegelförmiges Dichtelement 18a erreicht. Hierbei wirkt ein Druck des Fluides auf das Dichtelement 18a, um es beim Erreichen des Öffnungsdrucks von einem Ventilsitz (nicht dargestellt) anzuheben. Der Öffnungsdruck - und damit der Schließdruck - werden durch eine Federkraft einer Rückschlagfeder 18b eingestellt. Sobald das Dichtelement 18a von dem Ventilsitz angehoben ist, vergrößert sich die Wirkfläche, sodass eine durch den Fluiddruck auf die Rückschlagfeder 18b des Sicherheitsventils 18 wirkende Kraft steigt. Dadurch liegt der Schließdruck, also die Druckdifferenz, bei welcher das Sicherheitsventil 18 wieder schließt, unterhalb des Öffnungsdrucks.
Dadurch, dass der Schließdruck des Sicherheitsventils 18 unterhalb des Öffnungsdrucks des Sicherheitsventils 18 liegt, kann ein ständiges Öffnen und Schließen des Sicherheitsventils 18 verhindert werden, sollte eine Fehlerquelle, welche zu dem zu großen Überdruck/Unterdruck geführt hat, nicht beseitigt sein. Je weiter der für die Leckagediagnose verwendete Differenzdruck zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 unterhalb eines für den Tank 3 zulässigen Druckes liegt, desto besser sind der Tank 3 und das Leckagediagnosesystem 4 vor einer Überlastung geschützt.
Beim Öffnen des Sicherheitsventils 18 sind die erste Anschlussstelle 5 und die zweite Anschlussstelle 6 miteinander fluidverbunden.
Das Sicherheitsventil 18 kann außerdem mit der Auswerteeinheit 9 verbunden sein, wobei die Auswerteeinheit 9 Zeitpunkte, oder Dauern, des Öffnens und/oder Schließens des Sicherheitsventils 18 empfangen und verarbeiten kann. Dabei kann beispielsweise ein vorbekannter Öffnungsdruck des Sicherheitsventils 18 mit einem zum Zeitpunkt des Öffnens des Sicherheitsventils 18 erfassten oder ermittelten Druck im Tank 3 abgeglichen werden, um eine mögliche Fehlfunktion der Membranpumpe 7 und/oder eines Drucksensors 16, 17 zu ermitteln.
Nachfolgend wird ein Betrieb des Leckagediagnosesystems 4 zur Leckagediagnose anhand der Fig. 4 erläutert. Dabei zeigt Fig. 4 ein Blockschaltdiagramm eines Verfahrens für eine Leckagediagnose gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird das Belüftungsventil 8 in die zweite Stellung 8b geschaltet. Hierdurch wird ein Fluidfluss durch das Belüftungsventil 8 hindurch von der zweiten Anschlussstelle 6 zur ersten Anschlussstelle 5 verhindert. In einem zweiten Verfahrensschritt S2 wird die Membranpumpe 7 betrieben, um einen Überdruck oder einen Unterdrück in einem an der ersten Anschlussstelle 5 oder an der zweiten Anschlussstelle 6 angeschlossenen Tank 3 zu erzeugen. Wie bereits erläutert, fördert die Membranpumpe 7 dabei Fluid von der ersten Anschlussstelle 5 zur zweiten Anschlussstelle 6.
In einem dritten Verfahrensschritt S3 wird ein Druck, insbesondere ein Druckverlauf, im angeschlossenen Tank 3 ermittelt, um auf das Vorliegen einer Leckage im Tank 3 rückzuschließen. Hierbei kann, wie vorstehend erläutert, der Druck mittels der Drucksensoren 16, 17 erfasst werden und/oder mittels der elektrischen Signale der Membranpumpe 7.
Zwischen den Schritten S2 und S3 kann die Membranpumpe 7 insbesondere ausgeschaltet werden, da die Pumpenventile 10, 11 sowie das geschlossene Belüftungsventil 8 einen Druckausgleich zwischen der ersten Anschlussstelle 5 und der zweiten Anschlussstelle 6 verhindern. Wird währenddessen ein abfallender Druck (durch die Membranpumpe 7 bewirkter Überdruck im Tank 3) mittels der Drucksensoren 16, 17 erfasst, kann mittels dieser Erfassung auf eine Leckage im Tank 3 zurückgeschlossen werden. Hierfür kann beispielsweise ein zeitlicher Druckverlauf des Drucks durch die Drucksensoren 16, 17 aufgezeichnet und durch die Auswerteeinheit 9 ausgewertet werden.
Alternativ kann auch eine einmalige Druckerfassung erfolgen. Hierbei wird angenommen, dass die Membranpumpe 7 (nach einer vorbestimmten Pumpzeit) einen vorbestimmten Druck im Tank 3 hergestellt hat. Dann kann nach einer vorbestimmten Wartezeit der Druck in dem Tank 3 durch zumindest einen der Drucksensoren 16, 17 erfasst werden. Weicht der erfasste Druck von dem durch die Membranpumpe 7 hergestellte, vorbestimmte Druck ab, so kann auf eine Leckage im Tank 3 zurückgeschlossen werden. Hierbei kann die Abweichung zwischen dem erfassten und dem zu erwartenden Druck insbesondere mit experimentell bestimmten Werten verglichen werden, um auf das Vorhandensein und einer Größe der Leckage zurückzuschließen. Beispielsweise kann dabei bestimmt werden, dass eine Leckage erst dann vorhanden ist, wenn die Abweichung in einem vorbestimmten Zeitraum über einem vorbestimmten Schwellwert ist, um beispielsweise Fehlertoleranzen oder Undichtigkeiten in dem Leckagediagnosesystem 4 zu berücksichtigen.
Bei der Verwendung der elektrischen Signale der Membranpumpe 7 zur Ermittlung des durch die Membranpumpe 7 erzeugten Drucks kann beispielsweise die Membranpumpe 7 zwischen den Schritten S2, S3 konstant betrieben werden. Ist in dem Tank 3 eine Leckage vorhanden, so steigt die Stromaufnahme der Membranpumpe 7 zur Erzeugung des vorbestimmten Drucks. Hierbei kann wiederrum eine zu erwartende Stromaufnahme der Membranpumpe 7 mit einem experimentell bestimmbaren Sollwert verglichen werden, sodass auf das Vorliegen einer Leckage zurückgeschlossen werden. Mittels einer ermittelten Fluidförderleistung der Membranpumpe 7 kann außerdem auf eine Größe der Leckage zurückgeschlossen werden.
Die vorgenannten Schritte S1 - S3 werden insbesondere durch die Auswerteeinheit 9 durchgeführt. Hierfür kann die Auswerteeinheit 9 eine CPU/GPU/FPGA aufweisen oder sein. Alternativ oder zusätzlich dazu kann ein Motorsteuergerät (nicht dargestellt) des Fahrzeugs 2 als die vorgenannte Auswerteeinheit 9 ausgebildet sein.
Neben der vorstehenden schriftlichen Beschreibung der Erfindung wird zu deren ergänzender Offenbarung hiermit explizit auf die zeichnerische Darstellung der Erfindung in den Fig. 1 bis 4 Bezug genommen.
Bezugszeichenliste
1 Umgebung
2 Fahrzeug
3 Tank
4 Leckagediagnosesystem
5 erste Anschlussstelle
6 zweite Anschlussstelle
7 Membran pumpe
8 Belüftungsventil
8a erste Stellung
8b zweite Stellung
8c Feder
8d Elektromagnet
9 Auswerteeinheit
10 erstes Pumpenventil
11 zweites Pumpenventil
12 Elektromotor
13 Exzenter
14 Pleuel
15 Membran
16 erster Drucksensor
17 zweiter Drucksensor
18 Sicherheitsventil
18a Dichtelement
18b Rückschlagfeder
S1 erster Schritt
S2 zweiter Schritt
S3 dritter Schritt

Claims

Ansprüche
1. Leckagediagnosesystem (4) für einen Tank (3) eines Fahrzeugs (2), umfassend
• zumindest eine erste Anschlussstelle (5) und eine zweite Anschlussstelle (6), die jeweils dazu ausgebildet sind, an den Tank (3) angeschlossen zu sein, oder zu einer Umgebung (1) hin offen zu sein,
• zumindest eine Membranpumpe (7), die zur Fluidförderung von der ersten Anschlussstelle (5) zur zweiten Anschlussstelle (6) ausgebildet ist,
• zumindest ein Belüftungsventil (8), dass parallel zur Membranpumpe (7) zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, in eine erste Stellung (8a), in der die erste Anschlussstelle (5) und die zweite Anschlussstelle (6) fluidverbunden sind, und in eine zweite Stellung (8b), die einen Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle (6) zur ersten Anschlussstelle (5) verhindert, geschaltet zu werden,
• zumindest eine Auswerteeinheit (9), die ausgebildet ist, die Membranpumpe (7) zu betreiben, das Belüftungsventil (8) in die zweite Stellung (8b) zu schalten und einen Druck, insbesondere einen Druckverlauf, in einem an die erste Anschlussstelle (5) oder zweite Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu ermitteln, um aus dem Druck, insbesondere dem Druckverlauf, auf das Vorliegen einer Leckage im Tank (3) rückzuschließen, und
• zumindest ein Sicherheitsventil (18), welches eingerichtet ist, eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) zumindest teilweise zu verringern.
2. Leckagediagnosesystem (4) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (18) parallel zur Membranpumpe (7) und/oder zum Belüftungsventil (8) mit der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) verbunden ist.
3. Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (18) dazu ausgebildet ist, bei einer ersten vorbestimmten Druckdifferenz als Öffnungsdruck zu öffnen und bei einer zweiten vorbestimmten Druckdifferenz als Schließdruck zu schließen, wobei der Öffnungsdruck und der Schließdruck voneinander verschieden sind.
4. Leckagediagnosesystem (4) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließdruck geringer als der Öffnungsdruck ist.
5. Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsventil (18) ein federbelastetes Rückschlagventil ist.
6. Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, gekennzeichnet durch zumindest einen Drucksensor (16, 17), der mit der ersten Anschlussstelle (5) oder der zweiten Anschlussstelle (6) fluidverbunden ist, um einen Druck in einem an die erste Anschlussstelle (5) oder die zweite Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu messen.
7. Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auswerteeinheit (9) dazu eingerichtet ist, elektrische Signale des Sicherheitsventils (18), welche ein Öffnen und Schließen des Sicherheitsventils (18) signalisieren, zu erfassen.
8. Leckagediagnosesystem (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Auswerteeinheit (9) dazu eingerichtet ist, elektrische Signale, insbesondere eine Stromaufnahme, der Membranpumpe (7) zu erfassen und mittels der elektrischen Signale den Druck, insbesondere den Druckverlauf, in einem an die erste Anschlussstelle (5) oder zweite Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu ermitteln.
9. Fahrzeug (2) umfassend einen Tank (3) und das Leckagediagnosesystems (4) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Tank (3) mit der ersten Anschlussstelle (5) oder der zweiten Anschlussstelle (6) des Leckagediagnosesystems (4) fluidverbunden ist.
10. Verfahren für eine Leckagediagnose für einen Tank (3) eines Fahrzeugs (2) mittels eines Leckagediagnosesystems (4), umfassend zumindest eine erste Anschlussstelle (5) und eine zweite Anschlussstelle (6), die jeweils dazu ausgebildet sind, an den Tank (3) angeschlossen zu werden oder zu einer Umgebung (1) hin offen zu sein, zumindest eine Membranpumpe (7), die zur Fluidförderung von der ersten Anschlussseite (5) zur zweiten Anschlussseite (6) ausgebildet ist, zumindest ein Belüftungsventil (8), dass parallel zur Membranpumpe (7) zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossen ist und dazu ausgebildet ist, in einer ersten Stellung (8a), in der die erste Anschlussstelle (5) und die zweite Anschlussstelle (6) fluidverbunden sind, und einer zweiten Stellung (8b), die einen Fluidfluss zumindest von der zweiten Anschlussstelle (6) zur ersten Anschlussstelle (5) verhindert, geschaltet zu werden, und zumindest ein Sicherheitsventil (18), welches eingerichtet ist, eine Druckdifferenz zwischen der ersten Anschlussstelle (5) und der zweiten Anschlussstelle (6) zumindest teilweise zu verringern, wobei das Verfahren aufweist:
• einen ersten Schritt (S1), in dem das Belüftungsventil (8) in die zweite Stellung (8b) geschaltet wird; • einen zweiten Schritt (S2), in dem die Membranpumpe (7) betrieben wird, um einen Überdruck oder einen Unterdrück in einem an der ersten Anschlussstelle (5) oder zweiten Anschlussstelle (6) angeschlossenen Tank (3) zu erzeugen; und
• einen dritten Schritt (S3), in dem die Auswerteeinheit (9) einen Druck, insbesondere einen Druckverlauf, im Tank (3) ermittelt, um auf das Vorliegen einer Leckage im angeschlossenen Tank (3) rückzuschließen.
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