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Vorliegende Erfindung betrifft eine Tankanordnung für ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug.
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Hier betrachtete Tankanordnungen nach dem Stand der Technik umfassen einen Kraftstofftank und eine Kraftstoffleitung die vom Kraftstofftank zu einem Verbrennungsmotor führt. Der Kraftstofftank dient beispielsweise zur Aufnahme von Benzin, Diesel oder anderen flüssigen Kraftstoffen. Beispielsweise bei einem Unfall kann es zu Beschädigungen der Kraftstoffleitung führen. Dabei muss das Austreten des Kraftstoffes weitestgehend vermieden werden. Hierzu werden in der Kraftstoffleitung beispielsweise Rückschlagventile eingesetzt, die ein Auslaufen des Kraftstoffes bei einer Beschädigung der Kraftstoffleitung verhindern. Ferner dienen die Rückschlagventile dazu, um ein Leerlaufen der Kraftstoffleitung beim Ausschalten der Kraftstoffpumpe zu vermeiden.
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Bei Hybridfahrzeugen kommt es zu relativ langen Betriebszuständen, in denen das Fahrzeug mit einem Elektromotor betrieben wird und der Verbrennungsmotor stillsteht. Dabei kann, beispielsweise durch Erwärmung, ein relativ hoher Druck im Tank entstehen. Da der Verbrennungsmotor nicht läuft, wird dieser Druck nicht immer abgebaut. Aufgrund dieses hohen Drucks werden in der Kraftstoffleitung Rückschlagventile mit relativ hohem Öffnungsdruck verbaut. Dieser relativ hohe Öffnungsdruck hat jedoch zur Folge, dass die Kraftstoffpumpe mit großer Leistung betrieben werden muss, um das Rückschlagventil zu öffnen. Die große Leistung der Kraftstoffpumpe wiederum führt zu einem hohen Energieverbrauch.
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Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine Tankanordnung für ein Fahrzeug anzugeben, die bei wartungsarmen und sicheren Betrieb eine zuverlässige Versorgung eines Verbrennungsmotors mit Kraftstoff gewährleistet.
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Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Anspruchs. Die abhängigen Ansprüche haben vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung zum Gegenstand.
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Somit wird die Aufgabe gelöst durch eine Tankanordnung für ein Fahrzeug. Die Tankanordnung umfasst einen Kraftstofftank, eine Kraftstoffleitung und ein Sicherheitsventil im Kraftstofftank in der Kraftstoffleitung. Die Kraftstoffleitung beginnt im Kraftstofftank und ist dazu ausgebildet, um Kraftstoff zu einem Verbrennungsmotor des Fahrzeugs zu führen. Die Kraftstoffleitung kann dabei durch Schläuche, Leitungen, Rohre oder integrale Ausbildung in einem weiteren Bauteil gebildet sein.
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Das Sicherheitsventil umfasst einen Eingang, einen Ausgang, einen Steueranschluss und einen Verschlusskörper. Der Eingang ist mit dem Kraftstoff im Kraftstofftank verbindbar. Der Ausgang ist mit dem Verbrennungsmotor verbindbar. Im geöffneten Zustand des Sicherheitsventils fließt der Kraftstoff durch das Sicherheitsventil und zwar vom Eingang zum Ausgang. Das Sicherheitsventil bildet somit einen Abschnitt der Kraftstoffleitung.
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Der Steueranschluss des Sicherheitsventils ist mit dem Kraftstofftank frei verbunden. Im Kraftstofftank und am Steueranschluss des Sicherheitsventils liegen der gleiche Druck, hier bezeichnet als Tankdruck, vor.
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In dem Sicherheitsventil befindet sich ein Verschlusskörper, der zwischen einer offenen Position und einer geschlossenen Position verschiebbar ist. Unter dem Begriff „verschiebbar” ist hier vorzugsweise eine lineare Bewegung des Verschlusskörpers zu verstehen. Der Verschlusskörper ist hierzu insbesondere als Kugel ausgebildet. Allerdings umfasst der Begriff „verschiebbar” auch andere Arten der Bewegung des Verschlusskörpers, wie beispielsweise klappbar, schwenkbar oder drehbar. In der offenen Position ist der Eingang mit dem Ausgang verbunden und der Kraftstoff kann vom Kraftstofftank bis zum Verbrennungsmotor durch die Kraftstoffleitung fließen. In der geschlossenen Position ist der Ausgang vom Eingang getrennt und es kann kein Kraftstoff durch das Sicherheitsventil fließen.
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Bei dem Betrieb des Verbrennungsmotors, wenn also Kraftstoff durch die Kraftstoffleitung fließt, herrscht in der Kraftstoffleitung ein Leitungsdruck. Eben dieser Leitungsdruck liegt auch im Sicherheitsventil zwischen dem Eingang und dem Ausgang vor, wenn sich der Verschlusskörper in der offenen Position befindet. Der Eingang, der Ausgang, der Steueranschluss sowie der Verschlusskörper sind so angeordnet und ausgebildet, dass der Verschlusskörper mittels des Tankdrucks am Steueranschluss entgegen des Leitungsdrucks in die geschlossene Position verschiebbar ist. Befindet sich also der Verschlusskörper in der offenen Position, so wirkt auf die eine Seite des Verschlusskörpers der Tankdruck. Auf die andere Seite des Verschlusskörpers wirkt der Leitungsdruck. Je nach Ausgestaltung der hydraulisch wirksamen Flächen am Verschlusskörper und je nach Tankdruck bzw. Leitungsdruck verbleibt der Verschlusskörper in der offenen Position oder verschiebt sich in die geschlossene Position. Fällt also der Leitungsdruck, beispielsweise durch Beschädigung der Kraftstoffleitung, so schließt sich das Sicherheitsventil bei entsprechend hohem Tankdruck.
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Vorzugsweise umfasst das Sicherheitsventil ein Gehäuse. An dem Gehäuse sind der Eingang, der Ausgang und der Steueranschluss ausgebildet. Im Inneren des Gehäuses ist der Verschlusskörper verschiebbar aufgenommen. Das Gehäuse kann ein eigenständiges Bauteil sein, oder aber in ein weiteres Bauteil, beispielsweise in die Wandung des Kraftstofftanks, integriert sein.
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Vorzugsweise befindet sich zwischen dem Eingang des Sicherheitsventils und dem Kraftstoff im Kraftstofftank ein Rückschlagventil. Insbesondere bei Anwendung der Tankanordnung in einem Hybridfahrzeug, kann es zu einem relativ hohen Tankdruck kommen. Durch Verwendung des Sicherheitsventils kann dabei ein Rückschlagventil mit relativ kleinem Öffnungsdruck verwendet werden. So liegt der Öffnungsdruck des hier verwendeten Rückschlagventils vorteilhafterweise bei maximal 130 mbar (Millibar), insbesondere maximal 100 mbar, besonders vorzugsweise maximal 80 mbar.
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Vorzugsweise ist eine Pumpe (Kraftstoffpumpe) vor dem Eingang des Sicherheitsventils zum Erzeugen des Leitungsdrucks vorgesehen.
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Des Weiteren ist bevorzugt vorgesehen, dass das Sicherheitsventil einen ersten Ventilsitz umfasst. Der erste Ventilsitz ist insbesondere als integraler Bestandteil des Gehäuses des Sicherheitsventils ausgebildet. In der offenen Position sitzt der Verschlusskörper in dem ersten Ventilsitz und dichtet dabei den Steueranschluss gegenüber dem Eingang und Ausgang ab. Dadurch werden Leckagen über den Steueranschluss vermieden.
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Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Sicherheitsventil einen zweiten Ventilsitz umfasst. Der zweite Ventilsitz ist insbesondere als integraler Bestandteil des Gehäuses des Sicherheitsventils ausgebildet. In der geschlossenen Position sitzt der Verschlusskörper in dem zweiten Ventilsitz und dichtet dabei den Eingang gegenüber dem Ausgang und/oder den Ausgang gegenüber dem Eingang ab.
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Das Sicherheitsventil umfasst vorzugsweise ein Widerstandselement. Das Widerstandselement wirkt auf den Verschlusskörper, sodass der Verschlusskörper in seiner offenen Position gehalten wird. Der Verschlusskörper muss den Widerstand des Widerstandselements überwinden, um in die geschlossene Position verschoben zu werden.
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Insbesondere ist das Widerstandselement durch den oben beschriebenen ersten Ventilsitz gebildet. Der Verschlusskörper klemmt dabei in der offenen Position in dem ersten Ventilsitz. Diese kraftschlüssige Klemmung muss zum Verschieben des Verschlusskörpers in die geschlossene Position überwunden werden. Zusätzlich oder alternativ ist auch vorgesehen, dass eine Feder als Widerstandselement eingesetzt wird, die den Verschlusskörper in Richtung der geöffneten Position beaufschlagt.
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Vorzugsweise ist am Verschlusskörper eine hydraulisch wirksame erste Fläche definiert. Der am Steueranschluss anliegende Tankdruck wirkt in der offenen Position des Verschlusskörpers auf diese erste Fläche. An der gegenüberliegenden Seite des Verschlusskörpers befindet sich eine hydraulisch wirksame zweite Flächen. In der offenen Position des Verschlusskörpers wirkt der Leitungsdruck auf die zweite Fläche. Vorzugsweise ist die erste Fläche etwas kleiner gestaltet als die zweite Fläche, um bei geringen Druckunterschieden ein Schließen des Sicherheitsventils zu vermeiden. So ist bevorzugt vorgesehen, dass die erste Fläche 70% bis 100%, vorzugsweise 80% bis 95%, der zweiten Fläche beträgt.
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Gemäß einer ersten Variante befindet sich vorzugsweise der Eingang am Sicherheitsventil zwischen der offenen Position des Verschlusskörpers und der geschlossenen Position des Verschlusskörpers. Der Eingang befindet sich dabei zwischen dem Ausgang und dem Steueranschluss. Dabei wird vorzugsweise der Ausgang nicht der Eingang mittels des Verschlusskörpers verschlossen. Beim Verschließen des Sicherheitsventils überfährt der Verschlusskörper dabei den Eingang. Nach dem Schließen des Sicherheitsventils kann der Verschlusskörper nicht mehr durch eine Erhöhung des Drucks am Eingang in die offene Position zurück verschoben werden.
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Gemäß einer zweiten Variante befindet sich vorzugsweise der Eingang auf derselben Seite sowohl der offenen als auch der geschlossenen Position des Verschlusskörpers. Der Ausgang befindet sich dabei zwischen dem Eingang und dem Steueranschluss. Dabei wird insbesondere der Eingang nicht der Ausgang mit dem Verschlusskörper verschlossen. Durch eine entsprechende Druckerhöhung am Eingang kann der Verschlusskörper wieder aus der geschlossenen Position bewegt werden.
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Die Erfindung umfasst des Weiteren ein Fahrzeug. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug mit einem Elektromotor und einem Verbrennungsmotor. Das Fahrzeug umfasst eine der soeben beschriebenen Tankanordnungen und einen Verbrennungsmotor. Die Kraftstoffleitung ist an den Verbrennungsmotor angeschlossen.
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Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
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1 eine erfindungsgemäße Tankanordnung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, und
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2 die erfindungsgemäße Tankanordnung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
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Die 1 und 2 zeigen eine Tankanordnung 1 für ein Fahrzeug gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel. Gleiche bzw. funktional gleiche Bauteile sind in beiden Ausführungsbeispielen mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Figuren zeigen die Tankanordnung 1 in rein schematischen Darstellungen.
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Gemäß 1 umfasst die Tankanordnung 1 einen Kraftstofftank 2. Von dem Kraftstofftank 2 führt eine Kraftstoffleitung 4 zu einem Verbrennungsmotor 3. In der Kraftstoffleitung 4 ist ein Sicherheitsventil 5 angeordnet.
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Das Sicherheitsventil 5 umfasst ein Gehäuse 6. Das Gehäuse 6 bildet einen inneren Hohlraum. In dem Hohlraum befindet sich ein Verschlusskörper 11, hier ausgebildet als Kugel, des Sicherheitsventils 5. Am Gehäuse 6 sind ein Eingang 7, ein Ausgang 8 und ein Steueranschluss 9 ausgebildet.
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Der Eingang 7 ist über die Kraftstoffleitung 4 mit dem Kraftstoff im Kraftstofftank 2 verbunden. Zwischen dem Eingang 7 und dem Kraftstofftank 2 ist ein Rückschlagventil 14 angeordnet. Zwischen dem Rückschlagventil 14 und dem Kraftstoff im Kraftstofftank 2 befindet sich eine Kraftstoffpumpe 15.
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Der Ausgang 8 des Sicherheitsventils 5 ist über die Kraftstoffleitung 4 mit dem Verbrennungsmotor 3 verbunden.
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Am Steueranschluss 9 des Sicherheitsventils 5 stellt sich derselbe Druck wie im Kraftstofftank 2, hier bezeichnet als Tankdruck, ein.
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Der Verschlusskörper 11 im Gehäuse 6 des Sicherheitsventils 5 befindet sich in einer offenen Position 12. In dieser offenen Position 12 kann der Kraftstoff vom Eingang 7 durch den Hohlraum im Inneren des Gehäuses 6 bis zum Ausgang 8 fließen.
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1 zeigt ferner eine gestrichelte Darstellung des Verschlusskörpers 11 in geschlossener Position 13. In dieser geschlossenen Position 13 verschließt der Verschlusskörper 11 den Ausgang 8, sodass kein Kraftstoff vom Eingang 7 zum Ausgang 8 fließen kann.
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Wenn sich der Verschlusskörper 11 in der offenen Position 12 befindet, so wirkt auf die linke Seite des Verschlusskörpers 11 der am Steueranschluss 9 anliegende Tankdruck. Diese linke Seite des Verschlusskörpers 11 wird als hydraulisch wirksame erste Fläche bezeichnet. Gleichzeitig wirkt dabei auf die rechte Seite des Verschlusskörpers 11 der Leitungsdruck der Kraftstoffleitung 4. Diese rechte Seite des Verschlusskörpers 11 wird als hydraulisch wirksame zweite Fläche bezeichnet. Je nach Ausgestaltung dieser beiden Flächen und entsprechendem Druckunterschied zwischen dem Tankdruck und dem Leitungsdruck bewegt sich der Verschlusskörper 11 nach rechts in die geschlossene Position 13.
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Im ersten Ausführungsbeispiel befindet sich der Eingang 7 zwischen der offenen Position 12 und der geschlossenen Position 13. Beim Schließen des Sicherheitsventils 5 überfährt der Verschlusskörper 11 den Eingang 7. Auch bei nachträglicher Erhöhung des Drucks am Eingang 7, wird der Verschlusskörper 11 nicht mehr in die offene Position 12 bewegt.
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2 zeigt die Tankanordnung 1 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Im zweiten Ausführungsbeispiel befindet sich der Eingang 7 des Sicherheitsventils 5 auf der gleichen Seite bezüglich der offenen Position 12 als auch der geschlossenen Position 13. In der geschlossenen Position 13 verschließt der Verschlusskörper 11 den Eingang 7 des Sicherheitsventils 5. Bei einer entsprechenden Druckerhöhung am Eingang 7 kann der Verschlusskörper 11 wieder aus der geschlossenen Position 13 bewegt werden.
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2 zeigt ferner Ventilsitze 16, 17 des Sicherheitsventil 5. Diese Ventilsitze 16, 17 sind insbesondere integrale Bestandteile des Gehäuses 6. Die Ventilsitzes 17, 16 können sowohl im ersten als auch im zweiten Ausführungsbeispiel verwendet werden.
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So zeigt 2 einen ersten Ventilsitz 16. In der offenen Position 13 sitzt der Verschlusskörper 13 in diesem ersten Ventilsitz 16 und dichtet den Steueranschluss 9 gegenüber dem verbleibenden Hohlraum des Gehäuses 6 ab. Ferner ist bevorzugt vorgesehen, dass der Verschlusskörper 11 im ersten Ventilsitz 16 klemmt. Diese Klemmung bietet einen gewissen Widerstand, der für eine Bewegung des Verschlusskörpers 11 in die offene Position 12 überwunden werden muss. Der erste Ventilsitz 16 kann, genau so wie in 2 gezeigt, auch für das erste Ausführungsbeispiel 1 verwendet werden.
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Ferner zeigt 2 den zweiten Ventilsitz 17. Der Verschlusskörper 11 sitzt in der geschlossenen Position 13 in dem zweiten Ventilsitz 17 und dichtet dabei den Eingang 7 gegenüber dem Ausgang und gegenüber dem Steueranschluss 9 ab. Der zweite Ventilsitz 17 kann analog im ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, wobei dann der Verschlusskörper 11 in der geschlossenen Position 13 den Ausgang 8 gegenüber dem Eingang 7 und dem Steueranschluss 9 abdichtet.
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Die gestrichelte Darstellung in 2 zeigt eine alternative Position 18 zur Ausgestaltung des Eingangs 7 am Gehäuse 6. So kann der Eingang 7 auch stirnseitig am Gehäuses 6 angeordnet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Tankanordnung
- 2
- Kraftstofftank
- 3
- Verbrennungsmotor
- 4
- Kraftstoffleitung
- 5
- Sicherheitsventil
- 6
- Gehäuse
- 7
- Eingang
- 8
- Ausgang
- 9
- Steueranschluss
- 11
- Verschlusskörper
- 12
- offene Position
- 13
- geschlossene Position
- 14
- Rückschlagventil
- 15
- Kraftstoffpumpe
- 16
- erste Ventilsitz
- 17
- zweiter Ventilsitz
- 18
- alternative Position
