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Die Erfindung betrifft einen Kraftstofftank in einem Kraftfahrzeug mit einem Tankeinfüllrohr, einer Tankentlüftung, einem Füllstandsensor und mit einem Tankeinlassventil.
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Kraftfahrzeuge mit Verbrennungsmotoren, die mit flüssigen Kraftstoffen wie Benzin, Superbenzin oder Diesel arbeiten, verfügen über einen Kraftstofftank, um den flüssigen Kraftstoff mitzuführen. Der Kraftstofftank beispielsweise in Form eines aus geeigneten Materialien hergestellten Kunststoff-Spritzgussteils, wird entsprechend vorhandenen Einbauräumen in einem Kraftfahrzeug ausgeformt und in der Fahrzeugkarosserie angeordnet. Zum Befüllen des Kraftstofftanks dient ein Tankeinfüllrohr, das üblicherweise mit einem Tankdeckel verschließbar ist. Der Tankdeckel ist üblicherweise in einer Tankmulde an einer Außenseite der Fahrzeugkarosserie angeordnet, die wiederum von einer verschwenkbaren Tankklappe überdeckt ist. Weiterhin verfügt der Kraftstofftank über eine Tankentlüftung, um beim Betanken einen Überdruck im Inneren des Kraftstofftanks zu vermeiden und bei der Entleerung während des eigentlichen Fahrtbetriebs keinen Unterdruck entstehen zu lassen. Weiterhin ist ein Füllstandssensor vorgesehen, um ein Leerfahren des Tanks zu vermeiden.
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Aus der
GB 2 344 086 A ist ein derartiger Kraftstofftank bekannt, der zusätzlich mit einem Tankeinlassventil zwischen Tankeinfüllrohr und dem eigentlichen Kraftstofftank ausgestattet ist, um ein Zurückfließen von flüssigem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank in das Tankeinfüllrohr beispielsweise während einer Kurvenfahrt zu vermeiden.
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Weiterhin offenbart die
DE 199 55 879 B4 ein Füllstandsbegrenzungsventil, das ein Tankeinfüllrohr beim Betanken verschließt, um eine Übertankung zu vermeiden. Dabei kann jedoch noch im Tankeinfüllrohr vorhandener Kraftstoff nicht aus diesem abfließen, da das Tankeinfüllrohr durch das Füllstandsbegrenzungsventil verschlossen ist. Dies führt zu einem erheblichen Gefahrenpotential beispielsweise im Falle eines Verkehrsunfalls.
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Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Kraftstofftank der Eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem ein Auslaufen von Kraftstoff beziehungsweise eine Gefährdung durch Restkraftstoff im Tankeinfüllrohr zuverlässig vermieden ist.
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Diese Aufgabe wird durch einen Kraftstofftank mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Ein derart ausgebildeter Kraftstofftank in einem Kraftfahrzeug verfügt über einen eigentlichen Kraftstoffbehälter, der über ein von außen zugängliches Tankeinfüllrohr mit Kraftstoff wie beispielsweise Benzin, Superbenzin oder Diesel befüllt werden kann. Zur Regulierung der Druckverhältnisse verfügt der Kraftstofftank über eine Tankentlüftung. Außerdem ist ein Füllstandssensor vorgesehen, um den Füllstand an den Fahrer des Kraftfahrzeugs auszugeben. Weiterhin ist ein Tankeinlassventil vorgesehen, um ein Übertanken des Kraftstofftanks zu vermeiden. Wird nunmehr beim Betanken der Kraftstoff über das Tankeinfüllrohr in den Kraftstofftank eingefüllt wird mittels des Füllstandssensors der Füllstand des Kraftstofftanks überwacht. Erreicht der Füllstand eine erste Füllstandshöhe, die üblicherweise werksseitig vorgegeben wird, wird ein weiteres Tankentlüftungsventil, das an der Tankentlüftung angeordnet ist, verschlossen. Das Tankeinlassventil bleibt offen. Dadurch kann im Kraftstofftank vorhandene Luft nicht mehr über die Tankentlüftung entweichen und der Luftdruck im Kraftstofftank steigt an, so dass sich zusammen mit dem aus der Zapfpistole einfließenden Kraftstoff ein Druckgleichgewicht im Kraftstofftank mit der Flüssigkeitssäule im Tankeinfüllrohr bildet, bis die Abschaltautomatik in der Zapfpistole den Tankvorgang beendet. Ein weiteres Betätigen der Zapfpistole würde lediglich zum Überlaufen des Tankeinfüllrohrs führen. Dabei ist innerhalb des Kraftstofftanks eine zusätzliche bewegbare und/oder dehnbare Membran vorgesehen, die vorzugsweise derart angeordnet ist, dass bei Erreichen der ersten Füllstandshöhe der Kraftstoffpegel an der Membran ansteht. Die Membran besteht beispielsweise aus einem dehnbaren oder elastischen Kunststoffmaterial und ist kraftstoffresistent.
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Dabei ist der Kraftstofftank volumenmäßig derart dimensioniert, dass er das im Tankeinfüllrohr vorhandene Restvolumen des Kraftstoffs auch nach Erreichen der ersten Füllstandshöhe noch vollständig aufnehmen kann. Ebenso ist das Tankeinfüllrohr derart ausgebildet, dass die im Tankeinfüllrohr anstehende Flüssigkeitssäule keinen zu hohen statischen Druck ausübt, um den Kraftstofftank nicht zu überfüllen.
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Nachdem die erste Füllstandshöhe erreicht ist kann beispielsweise sensorisch das Verschließen der Tankklappe festgestellt werden und derart darauf geschlossen werden, dass der Tankvorgang beendet ist. Nachfolgend kann das Tankentlüftungsventil kurzfristig geöffnet werden, um derart Luft aus dem Kraftstofftank entweichen zu lassen, so dass sich die Flüssigkeitssäulen im Kraftstofftank sowie im Tankeinfüllrohr auf gleiches Niveau ausgleichen.
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Entweder unmittelbar anschließend oder nach dem Einschalten der Zündung bzw. dem Starten des Motors des Kraftfahrzeugs wird das Tankentlüftungsventil geschlossen und der Kraftstofftank mit einem Unterdruck beaufschlagt, so dass bei offenem Tankeinlassventil der sich noch im Tankeinfüllrohr befindliche Kraftstoff in den eigentlichen Kraftstofftank eingesaugt wird. Dabei wird derjenige noch mit Luft gefüllte Raum des Kraftstofftanks mit Unterdruck beaufschlagt, der oberhalb der Membran liegt, so dass insbesondere keine Kraftstoffdämpfe abgesaugt werden, die entweder gefiltert oder einer Verbrennung im Verbrennungsmotor zugeführt werden müssten. Somit können aufwendige Filter oder Rohrleitungen entfallen. Das Einsaugen des Kraftstoffes kann entweder nach einer kurzen Zeitverzögerung nach dem Ende des Tankvorgangs und gegebenenfalls dem Schließen der Tankklappe erfolgen oder nach einer kurzen Zeitverzögerung nach dem Starten des Motors, beispielsweise fünf oder zehn Sekunden. Dabei kann die Beaufschlagung des Kraftstofftanks mit Unterdruck in an sich beliebiger Weise erfolgen, bevorzugt jedoch wie im Folgenden beschrieben. Durch das Beaufschlagen mit Unterdruck wird die Membran nach oben gewölbt und durch den zusätzlich eingesaugten Kraftstoff aus dem Tankeinfüllrohr steigt der Pegel im Kraftstofftank auf eine zweite, höhere Füllstandshöhe.
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Dabei ist es notwendig, dass auch das Tankeinlassventil bei geöffneter Tankklappe und/oder ausgeschalteter Zündung selbsttätig geöffnet wird, um überhaupt Kraftstoff in den Kraftstofftank einfüllen zu können.
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Der Füllstand des Kraftstoffs im Kraftstoffbehälter kann mit dem Füllstandssensor überwacht werden, wobei der Füllstand durch das Einsaugen des Restkraftstoffes im Tankeinfüllrohr von der ersten Füllstandshöhe zu einer zweiten Füllstandshöhe bei bekanntem Restvolumen des Kraftstoffs im Tankeinfüllrohr ansteigt. Wird das Niveau dieser zweiten Füllstandshöhe erreicht, kann selbsttätig darauf geschlossen werden, dass der Kraftstoff vollständig eingesaugt worden ist und das Tankeinlassventil kann geschlossen und das Tankentlüftungsventil wiederum geöffnet werden. Auch wird dann der Kraftstofftank nicht weiter mit Unterdruck beaufschlagt. Ist hingegen das Tankeinfüllrohr nicht bis zum selbsttätigen Abschalten der Zapfpistole gefüllt wird der zweite höhere Füllstand nicht erreicht sondern es wird durch das Tankeinfüllrohr Luft in den Kraftstofftank eingezogen bis eine Unterdruckbeaufschlagung beispielsweise durch sensorisches Feststellen, dass sich die Druckverhältnisse im Kraftstofftank nicht mehr ändern, selbsttätig beendet wird. Danach wird das Tankeinlassventil geschlossen. Das Tankeinlassventil ist zusätzlich als Rückschlagventil ausgebildet, um ein Zurückströmen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zurück in das Tankeinfüllrohr zu unterbinden.
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Es versteht sich, dass eine solche Ausgestaltung des Kraftstofftanks zwar zusätzliche Komponenten wie Ventile und beispielsweise eine nachfolgend beschriebene Vakuumpumpe erfordert, die Ihrerseits wiederum Einbauraum benötigen, allerdings ist es hierdurch möglich, den Kraftstofftank nicht am tiefsten Punkt des Kraftfahrzeuges zu platzieren, da über das Tankeinfüllrohr noch anstehender Kraftstoff durch den Unterdruck abgesaugt werden kann. Das bedeutet, dass das Tankeinfüllrohr auch nicht an einem oberen Bereich des Kraftstofftanks angeordnet sein muss sondern an einer tieferen Position angeordnet werden kann.
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Der Vorteil der Erfindung besteht darin, dass nach Beendigung des Tankvorgangs noch im Tankeinfüllrohr vorhandener Kraftstoff in den Kraftstofftank abfließen kann beziehungsweise dieser durch den Unterdruck abgesaugt wird, so dass beispielsweise im Falle eines Unfalls kein Kraftstoff mehr im Tankeinfüllrohr vorhanden ist, der auslaufen oder sich entzünden könnte. Somit ist die passive Sicherheit des Kraftfahrzeugs erhöht. Prinzipiell könnte hierdurch auch ein separater Tankdeckel für das Tankeinfüllrohr eingespart werden. Durch die zusätzliche Membran im Kraftstofftank ist zudem gewährleistet, dass keine Kraftstoffdämpfe abgesaugt werden.
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In vorteilhafter Weise ist an einer Tankklappe ein Sensor vorgesehen, mit dem das Öffnen oder Schließen der Tankklappe festgestellt werden kann. Wird die Tankklappe geöffnet so kann vom Steuergerät selbsttätig auf den Beginn eines Tankvorgangs geschlossen und dementsprechend das Tankeinlassventil geöffnet werden. In gleicher Weise kann ein Sensor zum Feststellen des Vorhandenseins einer Zapfpistole im Tankeinfüllrohr vorgesehen sein.
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Weiterhin ist vorgeschlagen, dass das Tankeinlassventil nur nach dem Ausschalten einer Zündung des Kraftfahrzeugs offenbar ist, um insbesondere ein Öffnen des Tankeinlassventils während des normalen Fahrtbetriebs zu vermeiden.
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Zur Beaufschlagung des Kraftstofftanks mit Unterdruck kann bei laufendem Verbrennungsmotor die Luftansaugung des Verbrennungsmotors aus dem Kraftstofftank erfolgen. Hierzu kann ein Ansaugstutzen des Verbrennungsmotors über eine Rohrleitung an den Kraftstofftank mit einem entsprechenden steuerbaren Ventil angeschlossen werden.
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Im Prinzip ist es auch möglich, eine separate Unterdruckpumpe zur Erzeugung eines Unterdrucks zur Beaufschlagung des Kraftstofftanks vorzusehen, die ebenfalls vom Steuergerät angesteuert wird. Weiterhin kann ein Unterdruckspeicher in Form eines Druckkessels vorgesehen sein, der entweder von einer Unterdruckpumpe oder vom Verbrennungsmotor leer gesaugt wird, um über entsprechende Rohrleitungen und steuerbare Ventile an den Kraftstofftank angeschlossen zu werden, um diesen mit Unterdruck zu beaufschlagen.
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Es versteht sich, dass im Kraftstofftank ein Drucksensor vorgesehen sein kann, der die Luftdruckverhältnisse im Kraftstofftank überwacht und beispielsweise bei geöffnetem Tankeinlassventil, verschlossenem Tankauslassventil und einem geöffneten Ventil zu einem Unterdruckspeicher feststellt, dass sich die Druckverhältnisse im Kraftstofftank nicht mehr ändern, so dass darauf geschlossen werden kann, dass sämtlicher Kraftstoff aus dem Tankeinfüllrohr abgesaugt worden ist.
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Vorzugsweise sind sämtliche Ventile am Kraftstofftank derart vom zentralen Steuergerät angesteuert, dass im Falle eines Unfalls, der beispielsweise durch das Auslösen eines Airbags und/oder durch Beschleunigungssensoren festgestellt werden kann, sämtliche Ventile verschlossen werden, um ein Auslaufen von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank zuverlässig zu unterbinden.
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Durch das verschließbare und öffenbare Tankeinlassventil kann es dazu kommen, dass ein Tankvorgang erfolgt, obwohl der Füllstandspegel im Kraftstofftank noch nicht wieder unter die erste Füllstandshöhe abgesunken ist. In diesem Fall würde sich das Tankeinlassventil auch bei geöffneter Tankklappe und/oder ausgeschalteter Zündung nicht öffnen, so dass das Tankeinfüllrohr mit Kraftstoff gefüllt wird, der allerdings aufgrund des bereits vollen Kraftstofftanks nicht in den Kraftstofftank abfließen kann. Dies kann auf verschiedene Weise verhindert werden, beispielsweise dadurch, dass solange der Füllstandspegel oberhalb der ersten Füllstandshöhe ist, eine Tankklappe verriegelt bleibt, so dass kein Tankvorgang erfolgen kann. Alternativ dazu könnte die erste Füllstandshöhe so niedrig angesetzt werden, dass selbst ein zwei- oder dreimaliges Nachtanken beziehungsweise das Absaugen des Kraftstoffs im Tankeinfüllrohr möglich ist. Prinzipiell kann auch während des Fahrtbetriebs das Tankeinlassventil dann kurzfristig geöffnet werden, um den durch verbrauchten Kraftstoff abgesenkten Füllstandspegel wiederum aufzufüllen.
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Im Vorhergehenden wurde die Erfindung im Wesentlichen im Zusammenhang mit einem Kraftfahrzeug beschrieben, es ist für den Fachmann jedoch ersichtlich, dass ein derartiger Kraftstofftank auch auf allen anderen Gebieten der Technik einsetzbar ist, beispielsweise auch als stationärer Vorratsbehälter.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung können der nachfolgenden Beschreibung, den in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen sowie den einzelnen Patentansprüchen entnommen werden.
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In der Zeichnung zeigt:
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1 einen Kraftstofftank in schematischer Darstellung.
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In 1 ist ein Kraftstofftank 1 dargestellt, mit dem beispielsweise Benzin oder Diesel in einem Kraftfahrzeug mitgeführt werden kann. Diese beispielhafte Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft für ein Fahrzeug mit Frontbetankung. Der Kraftstofftank 1 ist beispielsweise als Kunststoff-Spritzgussteil ausgebildet. Zum Befüllen des Kraftstofftanks 1 dient ein Tankeinfüllrohr 2 in das eine Zapfpistole 3 mit einer Abschaltautomatik eingeführt werden kann. Zur Vermeidung eines Überdrucks dient eine Tankentlüftung 4 und zur Überwachung des Füllstands dient ein Füllstandssensor 5 beispielsweise in Form eines Schwimmers. Die Tankklappe 12 ist hier schematisch angedeutet, sie überdeckt im eingebauten Zustand das Tankeinfüllrohr 2.
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Der Kraftstofftank 1 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel zur Frontbetankung an einer Fahrzeugstirnwand 6 im Bereich eines Vorbaus des Kraftfahrzeugs angeordnet und kann mit zusätzlichen Schutzplatten 7, die hier nur schematisch angedeutet sind, gegen mechanische Beschädigung von außen geschützt werden. An der Fahrzeugstirnwand 6 ist eine Windschutzscheibe 8 angeordnet.
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Zur Steuerung aller Funktionen des Kraftfahrzeugs dient ein zentrales Steuergerät (englisch: „central unit, CU”) 9, das mit Datenbusleitungen 10 mit allen Sensoren, Reglern und dergleichen des Kraftfahrzeugs in Verbindung steht und diese steuert und überwacht.
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Wird beispielsweise durch das Ausschalten einer Zündung 11 und/oder durch das Öffnen einer Tankklappe 12, das mit einem Tankklappensensor 13 feststellbar ist, der Beginn eines Tankvorgangs festgestellt, wird vom Steuergerät 9 das Tankeinlassventil V1 geöffnet und der Kraftstoff kann bis zur ersten Füllstandshöhe S1 eingefüllt werden. Wird über den Füllstandssensor 5 das Erreichen der Füllstandshöhe S1 festgestellt kann vom Steuergerät 9 das Tankentlüftungsventil V2 verschlossen werden. Das Tankeinlassventil V1 bleibt offen. Dadurch steigt der Luftdruck im Kraftstofftank 1 an und das Tankeinfüllrohr 2 wird mit Kraftstoff befüllt bis die Abschaltautomatik der Zapfpistole 3 anspricht.
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Nach Beendigen des Tankvorgangs, das beispielsweise durch das Schließen der Tankklappe 12 und/oder durch das Aktivieren der Zündung 11 feststellbar ist und/oder nach einem vorzugsweise werksseitig eingestellten Zeitraum von beispielsweise fünf oder zehn Sekunden kann vom Steuergerät 9 das Tankentlüftungsventil V2 geöffnet werden, bis der noch im Tankeinfüllrohr 2 befindliche Kraftstoff in den Kraftstofftank 1 abgelaufen ist und sich eine gleiche Pegelhöhe einstellt. Es versteht sich, dass der Kraftstofftank 1 derart dimensioniert ist, dass oberhalb der ersten Füllstandshöhe S1 noch genügend Restvolumen vorhanden ist, um den im Tankeinfüllrohr 2 enthaltenen Kraftstoff vollständig aufzunehmen.
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Nachfolgend wird ein Absaugventil V3 geöffnet, um den Kraftstofftank 1 mit Unterdruck zu beaufschlagen. Dazu ist ein Bereich des Kraftstofftanks 1 durch eine elastische, dehnbare oder bewegbare Membran 18 abgetrennt, wobei nur der Bereich oberhalb der Membrane 18 mit Unterdruck beaufschlagt wird. Somit werden keine Kraftstoffdämpfe angesaugt, die beispielsweise gefiltert werden müssten. Dadurch wird der im Tankeinfüllrohr 2 vorhandene Kraftstoff in den Kraftstofftank 1 vollständig eingesaugt, bis in diesem die zweite Füllstandshöhe S2 erreicht wird. Dabei ist, wie in 1 dargestellt, die Membrane 18 aufgewölbt.
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Zur Beaufschlragung des Kraftstofftanks 1 mit Unterdruck dient ein Unterdruckspeicher 14 in Form eines Druckkessels, der wiederum durch Ansaugen von Luft durch den Verbrennungsmotor 15 entleert wird. Hierzu dient eine Absaugleitung 16, in der ein Absperrventil 17 angeordnet ist.
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In gleicher Weise kann eine separate Unterdruck- oder Vakuumpumpe vorgesehen sein, die vom Steuergerät 9 angesteuert wird und bei geöffnetem Absaugventil V3 den Kraftstofftank 1 mit Unterdruck beaufschlagt.
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Zusätzlich kann im Inneren des Kraftstofftanks 1 noch ein Drucksensor zu Überwachung der Luftdruckverhältnisse angeordnet sein.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstofftank
- 2
- Tankeinfüllrohr
- 3
- Zapfpistole
- 4
- Tankentlüftung
- 5
- Füllstandssensor
- 6
- Fahrzeugstirnwand
- 7
- Schutzplatte
- 8
- Windschutzscheibe
- 9
- Steuergerät
- 10
- Datenbusleitung
- 11
- Zündung
- 12
- Tankklappe
- 13
- Tankklappensensor
- 14
- Unterdruckspeicher
- 15
- Verbrennungsmotor
- 16
- Absaugleitung
- 17
- Absperrventil
- 18
- Membran
- V1
- Tankeinlassventil
- V2
- Tankentlüftungsventil
- V3
- Absaugventil
- S1
- erste Füllstandshöhe
- S2
- zweite Füllstandshöhe
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- GB 2344086 A [0003]
- DE 19955879 B4 [0004]
