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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Kraftstoffanlage für ein Kraftfahrzeug, mit einem als Drucktank ausgebildeten Kraftstofftank, der ein durch einen Tankdeckel verschließbares Einfüllrohr und einen Drucksensor zur Messung des Drucks im Kraftstofftank umfasst, einem Aktivkohlefilter sowie einem zwischen dem Kraftstofftank und dem Aktivkohlefilter angeordneten Tankabsperrventil, wobei das Tankabsperrventil geöffnet wird, nachdem ein Betankungswunsch angezeigt worden ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine entsprechende Kraftstoffanlage.
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Mit einer Brennkraftmaschine und einer Elektromaschine ausgestattete Hybridfahrzeuge und insbesondere so genannte Plug-In-Hybride, bei denen der elektromotorische Betrieb überwiegt, sind häufig mit einem als Drucktank ausgebildeten Kraftstofftank ausgestattet, in dem ein gegenüber dem Umgebungsdruck erhöhter Betriebsdruck herrscht. Durch den erhöhten Betriebsdruck kann die Ausgasung von Kohlenwasserstoffdämpfen aus dem flüssigen Kraftstoff im Tank vermindert werden. Dadurch wird wiederum der Aktivkohlefilter weniger stark mit Kohlenwasserstoffdämpfen beaufschlagt und muss nicht so oft regeneriert werden, was nur im Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist. Vor dem Betanken eines derartigen Drucktanks muss jedoch der Betriebsdruck reduziert werden, so dass er nur wenig über dem Umgebungsdruck liegt. Erst dann kann ein das Einfüllrohr verschließender Tankdeckel geöffnet und der Kraftstofftank mit Kraftstoff befüllt werden.
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Hierzu kann das Kraftfahrzeug im Innenraum mit einem Tankdeckelöffner oder Betätigungsschalter ausgestattet sein, durch dessen Betätigung einer Steuerung ein Betankungswunsch angezeigt wird. Die Steuerung leitet bei Auftreten des Betankungswunschs einen Abbau des Drucks im Kraftstofftank durch Öffnen des Tankabsperrventils ein, das Teil einer Tankentlüftungseinrichtung der Kraftstofftanks ist und auch als Tankentlüftungsventil oder im englischen Sprachraum als Fuel Tank Isolation Valve (FTIV) bezeichnet wird. Der Druckabbau im Kraftstofftank wird von einem Drucksensor erfasst und an das Steuergerät übermittelt. Wenn der Druckausgleich erfolgt ist bzw. der Druck im Kraftstofftank nahezu Umgebungsdruck erreicht hat und damit Tankbereitschaft hergestellt ist, entriegelt das Steuergerät einen Tankklappe, hinter welcher der Tankdeckel angeordnet ist, und/oder den Tankdeckel selbst. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Tankdeckel geöffnet werden kann, solange noch ein erhöhter Druck im Kraftstofftank herrscht.
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Aus der
DE 10 2010 018 126 A1 ist bereits eine Kraftstoffanlage der eingangs genannten Art mit einem als Drucktank ausgebildeten Kraftstofftank bekannt, der ein durch einen Tankdeckel verschließbares Einfüllrohr und einen Drucksensor zur Messung des Drucks im Kraftstofftank umfasst und durch ein Tankabsperrventil mit einem Aktivkohlefilter kommuniziert. Die Kraftstoffanlage umfasst ein Tanksteuergerät, welches das Tankabsperrventil öffnet, um den Druck im Kraftstofftank zu entlasten, nachdem dem Tanksteuergerät ein Betankungswunsch angezeigt worden ist. Das Tankabsperrventil bleibt dort während der Betankung geöffnet.
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Bei Kraftfahrzeugen mit Hybridantrieb können zum Beispiel zwei verschiedene Varianten von Kraftstoffanlagen mit einem Drucktank, einem Tankabsperrventil und einem Aktivkohlefilter verwendet werden. Bei der ersten Variante ist das Tankabsperrventil oberhalb des Kraftstofftanks angeordnet und kommuniziert über einen Flüssigkeitsabscheider (liquid trap) innerhalb des Kraftstofftanks mit einem Schnellentlüftungsventil im Kopf- oder Gasraum des Kraftstofftanks, der zudem durch eine Betankungsentlüftungsleitung und einen Ausgleichsbehälter mit dem Einfüllrohr verbunden ist. Die Entlüftung des Kraftstofftanks erfolgt hier im Betrieb auf andere Weise als während der Betankung des Kraftstofftanks. Während im Betrieb infolge eines Anstiegs der Umgebungstemperatur und die dadurch hervorgerufene Verdunstung von Kraftstoff erzeugte Kohlenwasserstoffdämpfe durch das Schnellentlüftungsventil, den Flüssigkeitsabscheider, das Tankabsperrventil und den nachgeschalteten Aktivkohlefilter aus dem Kraftstofftank abgeführt werden, werden beim Betanken die aus dem Kopf- oder Gasraum des Kraftstofftanks verdrängten Kohlenwasserstoffdämpfe durch die Betankungsentlüftungsleitung in das Einfüllrohr zurückgeleitet, wo sie mittels der Gasrückführung der Zapfpistole abgesaugt werden.
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Durch die Trennung der Betriebs- und Betankungsentlüftung ist vorzugsweise bei dieser ersten Variante das Schnellentlüftungsventil oberhalb des Abschaltniveaus des Kraftstofftanks angeordnet. Um eine Überfüllung des Kraftstofftanks durch das Schnellentlüftungsventil zu verhindern, muss daher das Tankabsperrventil während der Betankung geschlossen sein. Dadurch kann zwar eine Beladung des Aktivkohlefilters mit Kohlenwasserstoffdämpfen während der Betankung vermieden werden, was bei Hybridfahrzeugen den Vorteil hat, dass der Aktivkohlefilter seltener regeneriert werden muss. Jedoch kann es bei dieser Variante unter heißen Umgebungsbedingungen zu einem spontanen Druckaufbau im Kraftstofftank kommen, wenn das Tankabsperrventil für den Betankungsvorgang vor dem Öffnen des Tankdeckels geschlossen wird. Wenn die Tankklappe beziehungsweise der Tankdeckel bereits entriegelt worden ist, kann dies dazu führen, dass die unter Druck stehenden Kohlenwasserstoffdämpfe im Kraftstofftank beim Öffnen des Tankdeckels schlagartig ausströmen und dem Fahrer ins Gesicht geblasen werden.
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Bei der zweiten Variante sind das Tankabsperrventil und der Aktivkohlefilter an das Einfüllrohr angebunden, das eine Abscheidefunktion aufweist, während das Schnellentlüftungsventil als Abschaltventil zur Begrenzung des Füllstands dient. Bei dieser Variante erfolgt die Entlüftung des Kraftstofftanks sowohl während des Betriebs und während der Betankung durch das Tankabsperrventil. Daher muss das Tankabsperrventil beim Betanken offen sein, so dass die aus dem Kopf- oder Gasraum verdrängten Kohlenwasserstoffdämpfe zur Abscheidung in den nachgeschalteten Aktivkohlefilter gelangen können. Da der Kraftstofftank beim Betanken nach Art eines Gaspendels über den Kopf des Einfüllrohrs entlüftet wird, kann eine Überfüllung verhindert werden. Da jedoch das Einfüllrohr als Flüssigkeitsabscheider dient, kann bei dieser Variante beim Betanken ein Übertritt von flüssigem Kraftstoff durch das offene Tankabsperrventil zum Aktivkohlefilter nicht vollständig vermieden werden.
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Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren vorzuschlagen, das gegenüber bekannten Verfahren Vorteile aufweist, insbesondere das unerwünschte Ausströmen von Kohlenwasserstoffdämpfen beim Öffnen des Tankdeckels und/oder das Übertreten von Kraftstoff in den Aktivkohlefilter vermeidet.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das geöffnete Tankabsperrventil wieder geschlossen wird, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank unter einen vorbestimmten ersten Druckschwellenwert sinkt, und das geschlossene Tankabsperrventil anschließend wieder geöffnet wird, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank den vorbestimmten ersten Druckschwellenwert und/oder einen vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert übersteigt, insbesondere erneut übersteigt. Dies ist vorzugsweise nach Auftreten des Betankungswunschs und vor dem Betätigen beziehungsweise Öffnen der Tankklappe und/oder des Tankdeckels vorgesehen, also insbesondere zwischen dem Auftreten des Betankungswunschs und dem Öffnen beziehungsweise dem unmittelbar auf das Auftreten folgenden Öffnen. Bevorzugt wird die beschriebene Vorgehensweise zwischen dem Entriegeln und dem Öffnen der Tankklappe und/oder des Tankdeckels durchgeführt. Im Rahmen des Verfahrens ist also insbesondere vorgesehen, das aufgrund des Betankungswunschs geöffnete Tankabsperrventil nachfolgend wieder zu schließen, wenn die erläuterte Bedingung erfüllt ist. Anschließend kann es erneut geöffnet werden.
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Insgesamt ist also vorgesehen, das Tankabsperrventil zunächst zu öffnen, nachdem oder sobald ein Betankungswunsch angezeigt worden ist. Gleichzeitig wird vorzugsweise der Tankdeckel und/oder die Tankklappe zum Öffnen freigegeben, insbesondere entriegelt. Das Öffnen des Tankabsperrventils erfolgt insoweit vorzugsweise unmittelbar bei oder nach dem Anzeigen des Betankungswunschs. Anschließend wird die vorstehend beschriebene Vorgehensweise angewandt, also bei geöffnetem Tankabsperrventil und Absinken des Drucks im Kraftstofftank unter den ersten Druckschwellenwert das Tankabsperrventil wieder geschlossen und bei geschlossenem Tankabsperrventil und Übersteigen des zweiten Druckschwellenwerts durch den Druck im Kraftstofftank das Tankabsperrventil geschlossen. Dies wird durchgeführt, bis der Tankdeckel und/oder die Tankklappe geöffnet wird. Anschließend wird das Tankabsperrventil entweder im Rahmen der ersten Variante geöffnet (falls notwendig) und nachfolgend während der Betankung offen gehalten oder in der zweiten Variante geschlossen (falls notwendig) und nachfolgend während der Betankung geschlossen gehalten.
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Der erste Druckschwellenwert sowie der zweite Druckschwellenwert sind vorzugsweise von Null verschieden, entsprechend also einem Überdruck in dem Kraftstofftank. Der zweite Druckschwellenwert ist besonders bevorzugt größer als der zweite Druckschwellenwert. Sofern im Rahmen dieser Beschreibung von einem Druck oder dem Druckschwellenwert beziehungsweise einem der Druckschwellenwerte die Rede ist, so ist vorzugsweise eine Druckdifferenz gegenüber einem Umgebungsdruck, üblicherweise also ein Überdruck, gemeint.
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Im Fall der zuvor beschriebenen ersten Variante mit einer Betankungsentlüftungsleitung, durch die beim Betanken die verdrängten Kraftstoffdämpfe in das Einfüllrohr zurqückgeleitet werden, beträgt der vorbestimmte erste Druckschwellenwert vorzugsweise 25 mbar, wobei in diesem Fall die Steuerung das geschlossene Tankabsperrventil wieder öffnet, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank einen vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert übersteigt, der größer ist als der erste Druckschwellenwert, insbesondere zumindest ein Mehrfaches, bevorzugt ein ganzzahliges Mehrfaches desselben beträgt, zum Beispiel 50 mbar.
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Vorteilhaft wird, insbesondere von einer Steuerung, bei dieser Variante das Tankabsperrventil nach Auftreten des Betankungswunsch und/oder vor dem Öffnen des Tankdeckels, also vorzugsweise auch nach einem Öffnen der Tankklappe, wiederholt geschlossen, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank unter den vorbestimmten ersten Druckschwellenwert sinkt, und wieder geöffnet, wenn der Druck erneut den vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert übersteigt. Während der Betankung beziehungsweise nach dem Öffnen des Tankdeckels wird das Tankabsperrventil bei dieser Variante geschlossen gehalten.
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Im Fall der zweiten Variante, bei der die Tankentlüftung beim Betanken durch das geöffnete Tankabsperrventil und den Aktivkohlefilter erfolgt, beträgt der vorbestimmte erste Druckschwellenwert vorzugsweise 5 mbar, wobei in diesem Fall die Steuerung das geschlossene Tankabsperrventil anschließend wieder öffnet, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank den vorbestimmten ersten Druckschwellenwert erneut übersteigt.
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Sollte sich das geschlossene Tankabsperrventil bei dem ersten Druckschwellenwert nicht wieder öffnen, kann bei dieser Variante zur Sicherheit gegen ein Worst-Case-Szenario vorgesehen sein, dass die Steuerung das Tankabsperrventil erneut öffnet, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank den vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert übersteigt, der vorzugsweise auch hier ein Mehrfaches, insbesondere ein ganzzahliges Mehrfaches, des ersten Druckschwellenwerts beträgt. Beispielsweise ist der zweite Druckschwellenwert mindestens 5, mindestens 7,5 oder mindestens 10 mal so groß wie der erste Druckschwellenwert. Zum Beispiel beträgt er mindestens oder genau 50 mbar. Während der Betankung hält die Steuerung das Tankabsperrventil bei dieser Variante geöffnet.
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Es kann vorgesehen sein, dass das Tankabsperrventil während eines Normaltriebs des Kraftfahrzeugs normalerweise geschlossen ist und nur dann geöffnet wird, wenn der Druck im Kopf- oder Gasraum des Kraftstofftanks zum Beispiel infolge eines Temperaturanstiegs einen einstellbaren Überdruck-Schwellenwert übersteigt oder infolge eines Temperaturabfalls einen einstellbaren Unterdruck-Schwellenwert unterschreitet. So kann eine übermäßige Beanspruchung des Kraftstofftanks zu vermieden werden. Der Überdruck-Schwellenwert beträgt zum Beispiel 300 mbar. Der Unterdruck-Schwellenwert kann analog gewählt sein.
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Wird der Betankungswunsch angezeigt, so wird zum Beispiel aus der Normalbetriebsart in eine Betankungsbetriebsart gewechselt, in welcher das beschriebene Verfahren durchgeführt wird, insbesondere ab dem Auftreten des Betankungswunschs bis zum Öffnen des Tankdeckels und/oder der Tankklappe. Der dabei verwendete erste Druckschwellenwert ist vorzugsweise kleiner als der Überdruck-Schwellenwert der Normalbetriebsart, insbesondere deutlich kleiner. Beispielsweise beträgt der Überdruck-Schwellenwert bezogen auf den ersten Druckschwellenwert mindestens 1,5, mindestens 2,0, mindestens 3,0, mindestens 4,0, mindestens 5,0, mindestens 6,0, mindestens 7,0, mindestens 8,0, mindestens 9,0 oder mindestens 10. Der Überdruck-Schwellenwert ist insoweit bevorzugt auch größer als der zweite Druckschwellenwert. Nach der Betankung, insbesondere also einem Schließen des Tankdeckels und/oder der Tankklappe kann aus der Betankungsbetriebsart wieder in die Normalbetriebsart gewechselt werden.
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Um zwischen einem langsamen Druckanstieg im Kraftstofftank infolge einer Nachausgasung und einem schnellen Druckanstieg im Kraftstofftank infolge eines Nachtankens beziehungsweise eines Einfüllens von Kraftstoff in den Kraftstofftank unterscheiden zu können, wertet die Steuerung den Gradienten des Druckanstiegs vom vorbestimmten ersten Druckschwellenwert auf den vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert aus und öffnet das Tankabsperrventil beim Erreichen des vorbestimmten zweiten Druckschwellenwerts nur im Falle eines langsamen Druckanstiegs, also wenn der Gradient kleiner ist als ein bestimmter Gradientenschwellenwert.
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Die Erfindung betrifft weiterhin eine Kraftstoffanlage für ein Kraftfahrzeug, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, mit einem als Drucktank ausgebildeten Kraftstofftank, der ein durch einen Tankdeckel verschließbares Einfüllrohr und einen Drucksensor zur Messung des Drucks im Kraftstofftank umfasst, einem Aktivkohlefilter sowie einem zwischen dem Kraftstofftank und dem Aktivkohlefilter angeordneten Tankabsperrventil, wobei die Kraftstoffanlage dazu ausgebildet ist, das Tankabsperrventil zu öffnen, nachdem ein Betankungswunsch angezeigt worden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Kraftstoffanlage weiterhin dazu ausgebildet ist, das geöffnete Tankabsperrventil wieder zu schließen, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank unter einen vorbestimmten ersten Druckschwellenwert sinkt, und das geschlossene Tankabsperrventil anschließend wieder zu öffnen, wenn der vom Drucksensor gemessene Druck im Kraftstofftank den vorbestimmten ersten Druckschwellenwert und/oder einen vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert übersteigt, der höher als der vorbestimmte erste Druckschwellenwert ist.
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Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung der Kraftstoffanlage wurde bereits hingewiesen. Sowohl das Verfahren als auch die Kraftstoffanlage können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand von zwei in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert.
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1 zeigt eine schematische Ansicht einer ersten Variante einer erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage eines Hybridfahrzeugs;
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2 zeigt eine schematische Ansicht einer zweiten Variante einer erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage eines Hybridfahrzeugs;
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3 zeigt ein schematisches Ablaufdiagramm von Schritten zwischen einer Tankwunschäußerung und einer Betankung eines Kraftstofftanks der beiden Kraftstoffanlagen;
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4 zeigt eine Darstellung des Tankdrucks über der Zeit zwischen der Tankwunschäußerung und der Betankung des Kraftstofftanks bei der ersten Variante;
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5 zeigt eine Darstellung des Tankdrucks über der Zeit zwischen der Tankwunschäußerung und der Betankung des Kraftstofftanks bei der zweiten Variante;
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6 zeigt eine weitere Darstellung des Tankdrucks über der Zeit zwischen der Tankwunschäußerung und der Betankung des Kraftstofftanks bei der zweiten Variante;
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7 zeigt eine Darstellung des Tankdrucks beim abwechselnden Öffnen und Schließen eines Tankabsperrventils während des Nachtankens.
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Die in 1 und 2 nur teilweise dargestellten Kraftstoffanlagen 1, 2 sind für ein Kraftfahrzeug mit Hybrid-Antrieb bestimmt, das wahlweise mittels einer Brennkraftmaschine und mittels einer Elektromaschine angetrieben werden kann. Beide Kraftstoffanlagen 1, 2 umfassen jeweils einen druckdichten Kraftstofftank 3 mit einem durch einen Tankdeckel 4 verschließbaren Einfüllrohr 5, das am unteren Ende mit einer Klappe 6 versehen ist. Das als Einfüllstutzen 7 ausgebildete obere Ende des Einfüllrohrs 5 mit dem Tankdeckel 4 befindet sich hinter einer Tankklappe 8. Die Tankklappe 8 ist normalerweise verriegelt und wird vor dem Betanken des Kraftstofftanks 3 geöffnet, um das Abdrehen des Tankdeckels 4 zu ermöglichen. Alternativ oder zusätzlich kann selbstverständlich eine Verriegelung des Tankdeckels 4 vorgesehen sein, wobei der Tankdeckel 4 vor dem Betanken entriegelt wird. Der Kraftstofftank 3 ist an der Oberseite mit einem Drucksensor 9 versehen, der den Druck in einem Kopf- oder Gasraum 10 des Kraftstofftanks 3 misst.
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Die beiden Kraftstoffanlagen 1, 2 sind jeweils mit einer Tankentlüftungseinrichtung 11 ausgestattet, die beim Betanken des Kraftfahrzeugs sowie bei einem Anstieg der Umgebungstemperatur eine Entlüftung des Kraftstofftanks 3 gestattet. Die Tankentlüftungseinrichtung 11 umfasst ein außerhalb des Kraftstofftanks angeordnetes Tankabsperrventil 12 und einen durch eine Entlüftungsleitung 13 mit dem Tankabsperrventil 12 verbundenen Aktivkohlefilter 14. Das Tankabsperrventil 12 ist im Betrieb normalerweise geschlossen und wird dann nur geöffnet, wenn der Druck im Kopf- oder Gasraum 10 des Kraftstofftanks 3 zum Beispiel infolge eines Temperaturanstiegs einen einstellbaren Überdruck-Schwellenwert übersteigt oder infolge eines Temperaturabfalls einen einstellbaren Unterdruck-Schwellenwert unterschreitet, um dadurch eine übermäßige Beanspruchung des Kraftstofftanks 3 zu vermeiden.
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Bei den Darstellungen des Tankdrucks in den 4 bis 7 beträgt der einstellbare Überdruck-Schwellenwert zum Beispiel 300 mbar. Der Aktivkohlefilter 14 verhindert, dass bei der Entlüftung des Kraftstofftanks 3 flüchtige Kohlenwasserstoffe (HC) in die Umgebung gelangen und enthält zu diesem Zweck eine Füllung aus Aktivkohle, welche die flüchtigen Kohlenwasserstoffe absorbiert. Der Aktivkohlefilter 14 wird regeneriert, indem Umgebungsluft durch den Aktivkohlefilter 14 hindurch in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine angesaugt wird, um den Filter 14 zu spülen und die flüchtigen Kohlenwasserstoffe in den Brennräumen der Brennkraftmaschine zu verbrennen, was nur im Betrieb der Brennkraftmaschine möglich ist.
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Beide Kraftstoffanlagen 1, 2 umfassen weiter eine Steuerung 15, die unter anderem das Tankabsperrventil 12 zum Öffnen und Schließen ansteuert. Die Steuerung 15 kann in ein Motorsteuergerät der Brennkraftmaschine integriert sein und kommuniziert mit dem Drucksensor 9, um das Tankabsperrventil 12 in Abhängigkeit vom Druck im Kraftstofftank 3 zu öffnen und zu schließen. Die Steuerung 15 kommuniziert weiter mit einem im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordneten Betätigungsschalter 16, mit dem der Fahrer der Steuerung 15 einen Tankwunsch signalisiert, mit einem Entriegelungsmechanismus 17 zum Entriegeln der Tankklappe 8 und einer Anzeige 18 auf der Instrumententafel des Kraftfahrzeugs.
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Das Zusammenwirken der Steuerung 15 mit dem Drucksensor 9, dem Tankabsperrventil 12, dem Betätigungsschalter 16, dem Entriegelungsmechanismus 17 und der Anzeige 18 ist in 3 schematisch dargestellt. Wenn der Fahrer in einem ersten Schritt S1 durch Betätigung des Betätigungsschalters 16 seinen Tankwunsch signalisiert, wird dieser Tankwunsch in einem zweiten Schritt S2 an die Steuerung 15 übermittelt. Die Steuerung fragt in einem dritten Schritt S3 den Drucksensor 9 ab, um den im Kraftstofftank 3 herrschenden Druck zu ermitteln. Wenn dieser Druck höher als der Umgebungsdruck ist, öffnet die Steuerung 15 in einem vierten Schritt S4 das Tankabsperrventil 12, um den Druck im Tank 3 abzubauen. In einem fünften Schritt S5 überwacht die Steuerung 15 mittels des Drucksensors 9 den Druckabbau, der in Abhängigkeit vom Druck und Füllstand im Kraftstofftank 3 beispielsweise 0,5 bis 10 s dauert.
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Wenn ein Druck von zum Beispiel 25 mbar erreicht ist, signalisiert die Steuerung 15 in einem sechsten Schritt S6 dem Fahrer über die Anzeige 18, dass Tankbereitschaft hergestellt ist. In einem siebten Schritt S7 betätigt die Steuerung 15 den Entriegelungsmechanismus 17, um die Tankklappe 8 zu entriegeln, und zeigt das Entriegeln der Tankklappe 8 in einem achten Schritt S8 dem Fahrer auf der Anzeige 18 an. Diese Vorgehensweise soll gewährleisten, dass der Tankdeckel 4 nur bei einem niedrigen Druck im Kraftstofftank 3 geöffnet werden kann. Der Druckverlauf im Kraftstofftank 3 während der Schritte S1 bis S7 ist in den 4 bis 6 zwischen den Zeitpunkten t0 und t1 dargestellt, wobei im Zeitpunkt t0 ein Druck p0 von beispielsweise 300 mbar und im Zeitpunkt t1 ein geringer Druck p1 von beispielsweise 25 mbar im Kraftstofftank 3 herrscht. Nach dem Öffnen des Tankdeckels 4 kann dann der Fahrer die Betankung vornehmen.
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Bei der in 1 dargestellten Kraftstoffanlage 1 gemäß der ersten Variante kommuniziert das oberhalb des Kraftstofftanks 3 angeordnete Tankabsperrventil 12 über eine Entlüftungsleitung 19 mit einem innerhalb des Kraftstofftanks 3 angeordneten Flüssigkeitsabscheider (liquid trap) 20, der ein Mitführen von flüssigem Kraftstoff zum Aktivkohlefilter 14 verhindert, sowie einem oberhalb eines Abschaltniveaus im Kopf- oder Gasraum 10 des Kraftstofftanks 3 angeordneten Schnellentlüftungsventil 21. Der Kopf- oder Gasraum 10 ist dort weiter durch eine Betankungsentlüftungsleitung 22 und einen Ausgleichsbehälter 23 mit dem oberen Ende des Einfüllrohrs 5 unterhalb vom Tankdeckel 4 verbunden.
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Bei dieser ersten Variante wird der Kraftstofftank 3 im Betrieb des Kraftfahrzeugs durch das Schnellentlüftungsventil 21, den Flüssigkeitsabscheider 20, das Tankabsperrventil 12 und den nachgeschalteten Aktivkohlefilter 14 entlüftet. Beim Betanken wird der Kraftstofftank 3 hingegen durch die Betankungsentlüftungsleitung 22 und das Einfüllrohr 5 entlüftet, aus dem die Kohlenwasserstoffdämpfe, die beim Betanken aus dem Kopf- oder Gasraum 10 verdrängt werden, mittels der Gasrückführung der Zapfpistole abgesaugt werden.
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Um bei dieser ersten Variante eine Überfüllung des Kraftstofftanks 3 durch das Schnellentlüftungsventil 21 und eine Beladung des Aktivkohlefilters 14 mit Kohlenwasserstoffdämpfen beim Betanken zu vermeiden, wird das Tankabsperrventil 12 vor der Betankung von der Steuerung 15 geschlossen, nachdem der Druck p im Kraftstofftank 3 auf den Wert p1 von zum Beispiel 25 mbar abgesunken ist, der nachfolgend als vorbestimmter erster Druckschwellenwert bezeichnet wird und in 4 durch eine strichpunktierte Linie A angezeigt ist. Das Tankabsperrventil 12 bleibt dann während des gesamten Betankungsvorgangs geschlossen.
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Wenn das Tankabsperrventil 12 geschlossen wird, nachdem die Tankklappe 8 entriegelt worden ist, jedoch noch bevor der Tankdeckel 4 geöffnet worden ist, kann es unter heißen Umgebungsbedingungen zu einem spontanen Druckaufbau im Kraftstofftank 3 kommen. Dies kann dazu führen, dass die unter Druck stehenden Kohlenwasserstoffdämpfe im Kraftstofftank 3 beim Abdrehen des Tankdeckels 4 schlagartig ausgestoßen und dem Fahrer ins Gesicht geblasen werden.
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Um dies zu verhindern, öffnet bei der Kraftstoffanlage 1 die Steuerung 15 das geschlossene Tankabsperrventil 12 wieder, wenn der vom Drucksensor 9 gemessene Druck p im Kraftstofftank 3 einen größeren, vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert p2 von beispielsweise 50 mbar übersteigt, der in 4 durch eine unterbrochene Linie B angezeigt ist. Dieser Vorgang ist in 4 im Zeitpunkt t2 dargestellt. Nach dem Öffnen des Tankabsperrventils 12 sinkt der Druck p im Kraftstofftank 3 wieder auf den ersten Druckschwellenwert p1 von zum Beispiel 25 mbar, wo das Tankabsperrventil 12 erneut geschlossen wird, wie in 4 im Zeitpunkt t3 dargestellt. Sollte der Druck p anschließend noch einmal auf den vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert p2 von beispielsweise 50 mbar ansteigen, wird beim Erreichen dieses Druckschwellenwerts p2 das Tankabsperrventil 12 erneut geöffnet, wie in 4 im Zeitpunkt t4 dargestellt.
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Wenn dann bei geöffnetem Tankabsperrventil 12 der Tankdeckel 4 abgedreht wird, wie in 4 im Zeitpunkt t5 dargestellt, kann es nicht zu einem schlagartigen Ausblasen von Kraftstoffdämpfen kommen. Dasselbe gilt, wenn der Tankdeckel 4 bei geschlossenem Tankabsperrventil 12 abgedreht wird, da in beiden Fällen der Druck p im Tank 3 unterhalb des vorbestimmten zweiten Druckschwellenwerts p2 liegt. Anschließend wird bei geschlossenem Tankabsperrventil 12 die Betankung vorgenommen, wobei infolge der Tankentlüftung durch die Betankungsentlüftungsleitung 22 und das Einfüllrohr 5 der Druck p im Kraftstofftank 3 nicht über den ersten Druckschwellenwert p1 von beispielsweise 25 mbar ansteigt.
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Bei der in 2 dargestellten Kraftstoffanlage 2 gemäß der zweiten Variante ist das Tankabsperrventil 12 durch eine Entlüftungsleitung 24 an das Einfüllrohr 5 angebunden. Dazu ragt ein Nippel 25 in den Einfüllstutzen 7, der zum einen mit der Entlüftungsleitung 24 und zum anderen durch eine Entlüftungsleitung 26 mit dem Flüssigkeitsabscheider 20 im Kraftstofftank 3 kommuniziert. Bei dieser zweiten Variante erfolgt die Entlüftung des Kraftstofftanks 3 auch während der Betankung durch das Tankabsperrventil 12, das daher während der Betankung geöffnet sein muss, um einen Druckaufbau im Tank 3 zu verhindern.
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Grundsätzlich ist es allerdings auch bei der zweiten Variante das Ziel, das Tankabsperrventil 12 während der Betankung des Kraftstofftanks 3 geschlossen zu halten, um die aus dem Kraftstofftank 3 verdrängten Kraftstoffdämpfe aus dem Einfüllrohr 5 in die Zapfpistole (Gaspendel) zu führen und eine unnötige Beladung des Aktivkohlefilters 4 zu vermeiden. Neben der Nachregelung, die zuvor unter Bezugnahme auf 4 und die Kraftstoffanlage 1 gemäß er ersten Variante beschrieben wurde, besteht zu diesem Zweck eine zweite Alternative, die nachfolgend unter Bezugnahme auf die Kraftstoffanlage 2 gemäß der zweiten Variante sowie die 5 und 6 beschrieben wird.
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Bei dieser Alternative wird das Tankabsperrventil 12 nicht geschlossen, wenn der Druck p im Kraftstofftank 3 auf beispielsweise 25 mbar abgesunken ist, sondern bleibt über den Zeitpunkt t1 der Tankklappenentriegelung hinaus geöffnet. Wie in den 5 und 6 dargestellt, sinkt dadurch der Druck p im Kraftstofftank nach dem Zeitpunkt t1 weiter ab, bis er im Zeitpunkt t3 einen vorbestimmten ersten Druckschwellenwert p1 erreicht, der zum Beispiel 5 mbar beträgt, in den 5 und 6 durch eine strichpunktierte Linie C wie in den 5 und 6 dargestellt.
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Bei Erreichen dieses vorbestimmten ersten Druckschwellenwerts p1 von zum Beispiel 5 mbar kann das Tankabsperrventil 12 geschlossen werden, ohne dass danach die Gefahr eines störenden Druckaufbaus im Tank 3 besteht. Dafür gibt es zwei Gründe: Der erste Grund besteht darin, dass bei dem vorbestimmten ersten Druckschwellenwert p1 von zum Beispiel 5 mbar üblicherweise ein Zustand erreicht ist, bei dem kein Nachgasen mehr stattfindet, z. B. weil die Kraftstoffpumpe abgeschaltet oder die Temperatur des Kraftstoffs niedriger ist als eine kritische Ausgasungstemperatur des Kraftstoffs von beispielsweise 35°C. Der zweite Grund besteht darin, dass beim Erreichen des vorbestimmten ersten Druckschwellenwerts p1 von einer Vorrichtung zur Erkennung des Öffnens des Tankdeckels 4 erkannt worden ist, dass der Tankdeckel 4 abgedreht bzw. geöffnet worden ist. In diesem Fall kann der Kraftstofftank 3 durch das Einfüllrohr 7 in die Atmosphäre entlüften, wodurch ein nachfolgender Druckaufbau unmöglich wird. Selbst wenn das Tankabsperrventil 12 im Zeitpunkt t3 geschlossen wird, wird der Druck p im Kraftstofftank dann wegen des abgedrehten Tankdeckels 4 trotz einem eventuellen fortdauernden Nachgasens weiter abnehmen, wie in 5 und 6 zwischen den Zeitpunkten t3 und t4 dargestellt.
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Daher wird das Tankabsperrventil 12 geschlossen, wenn der Druck p im Kraftstofftank 3 den vorbestimmten ersten Druckschwellenwert p1 von beispielsweise 5 mbar erreicht. Die Steuerung 15 öffnet das geschlossene Tankabsperrventil 12 jedoch wieder, sobald der vom Drucksensor 9 gemessene Druck p im Kraftstofftank den vorbestimmten ersten Druckschwellenwert p1 von beispielsweise 5 mbar wieder übersteigt, wie beispielsweise im Zeitpunkt t4 in den 5 und 6 dargestellt. Während der Betankung bleibt das Tankabsperrventil 12 bei der Kraftstoffanlage 2 gemäß der zweiten Variante geöffnetq, wie in 5 nach dem Zeitpunkt t4 dargestellt.
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Wie in 6 dargestellt, ist es zudem auch möglich, zusätzlich Vorkehrungen für ein Worst-Case-Szenario zu treffen, bei dem sich das Tankabsperrventil 12 beim Überschreiten des vorbestimmten ersten Druckschwellenwerts p1 von beispielsweise 5 mbar nicht wieder öffnet. In diesem Fall kann wie bei der in 4 dargestellten ersten Variante ein vorbestimmter zweiter Druckschwellenwert p2 von zum Beispiel 50 mbar vorgesehen werden, bei dem die Steuerung 15 ein weiteres Öffnungssignal zum Tankabsperrventil 12 schickt, falls sich im Tank 3 ein Druck aufbauen sollte, der oberhalb von dem ersten Druckschwellenwert p1 von zum Beispiel 5 mbar liegt. Wie bei der ersten Variante kann der Vorgang des Öffnens und Schließens des Tankabsperrventils 12 bei Bedarf wiederholt werden, wie in 6 dargestellt.
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Der zuvor beschriebene Druckanstieg oder Druckaufbau im Kraftstofftank 3 kann grundsätzlich zwei Ursachen haben, nämlich einerseits das zuvor bereits erwähnte Nachgasen, bei dem flüssiger Kraftstoff im Kraftstofftank 3 ausgast bzw. verdampft, jedoch andererseits auch ein sogenanntes Nachtanken, bei dem gegen Ende des Betankungsvorgangs das Niveau des flüssigen Kraftstoffs im Einfüllrohr 5 und damit infolge des hydrostatischen oder geodätischen Drucks des flüssigen Kraftstoffs auch der Druck innerhalb des Kraftstofftanks 3 sehr schnell ansteigt, was dann zu einem Betankungsabschaltvorgang führt, d. h. einer Abschaltung der Zapfpistole.
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Wenn in diesem zuletzt genannten Fall eines durch Nachtanken verursachten Druckanstiegs das Tankabsperrventil 12 beim Erreichen des vorbestimmten zweiten Druckschwellenwerts p2 von zum Beispiel 50 mbar geöffnet und beim Erreichen des vorbestimmten ersten Druckschwellenwerts p1 von beispielsweise 25 mbar wieder geschlossen würde, wie zuvor unter Bezugnahme auf 4 und 6 beschrieben, würde dies im Tank 3 zu dem Druckverlauf führen, der in 7 mit durchgezogenen Linien dargestellt ist. Wie man in 7 sieht, wäre in diesem Fall der Druck p im Kraftstofftank 3 sehr schnellen Druckschwankungen zwischen dem vorbestimmten ersten Druckschwellenwert p1 und dem vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert p2 unterworfen.
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Bei einem durch Nachtanken verursachten Druckanstieg ist ein Öffnen des Tankabsperrventils 12 jedoch nicht erwünscht, weil dies vor allem bei der in 2 dargestellten Kraftstoffanlage 2 zu einem Übertritt von Kraftstoff aus dem Einfüllrohr 5 zum Aktivkohlefilter 14 führen würde. Da dies nach Möglichkeit vermieden werden soll, wird daher zur Unterscheidung zwischen einem durch Nachgasen verursachten Druckanstieg und einem durch Nachtanken verursachten Druckanstieg von der Steuerung 15 der Gradient oder die Steigung des Druckanstiegs dp/dt zwischen dem vorbestimmten ersten Druckschwellenwert p1 und dem vorbestimmten zweiten Druckschwellenwert p2 ausgewertet. Wenn dieser Druckanstieg langsam erfolgt, wie in 7 in unterbrochenen Linien dargestellt, zum Beispiel in einem Zeitraum von mehr als 5 Sekunden, und daher dp/dt unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, schließt die Steuerung 15 auf einen durch Nachgasen verursachten Druckanstieg und öffnet das Tankabsperrventil 12 beim Erreichen des vorbestimmten zweiten Druckschwellenwerts p2. Wenn hingegen der Druckanstieg schnell erfolgt, zum Beispiel in einem Zeitraum von weniger als 5 Sekunden, und daher dp/dt oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt, schließt die Steuerung 15 auf einen durch Nachtanken verursachten Druckanstieg und hält das Tankabsperrventil 12 beim Erreichen des vorbestimmten zweiten Druckschwellenwerts p2 geschlossen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010018126 A1 [0004]
