DE102017011169A1

DE102017011169A1 - Fahrzeug

Info

Publication number: DE102017011169A1
Application number: DE102017011169.3A
Authority: DE
Inventors: Christian Uhlig
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2017-12-04
Filing date: 2017-12-04
Publication date: 2018-05-30

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug, umfassend eine Verbrennungskraftmaschine und einen Behälterbauraum (R), eingerichtet zur Anordnung eines zur Bevorratung einer Harnstoff-Lösung vorgesehenen Vorratsbehälters einer Reduktionsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen. Erfindungsgemäß ist eine mit der Verbrennungskraftmaschine fluidisch gekoppelte Kraftstofftankanordnung (1) vorgesehen. Die Kraftstofftankanordnung (1) umfasst einen Kraftstoffbehälter (2), einen mit dem Kraftstoffbehälter (2) fluidisch gekoppelten Aktivkohlebehälter (3) zur Speicherung von verdunstetem Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter (2) und einen zumindest mit dem Kraftstoffbehälter (2) fluidisch gekoppelten Druckausgleichsbehälter (4) mit einem im Inneren angeordneten und aus einer elastischen Blase gebildeten Expansionsvolumen (4.1), wobei der Druckausgleichsbehälter (4) in dem Behälterbauraum (R) angeordnet ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Aus der DE 10 2010 021 584 A1 ist ein Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem für ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug bekannt. Das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem umfasst einen Kraftstofftank, der zu einem Durchlass entlüftet ist, der ausgelegt ist, um Fluid zu transportieren, wobei der Durchlass an die Atmosphäre ablässt. Das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem umfasst ferner einen Kohlebehälter, eine Blase und ein Absperrventil, wobei der Kohlebehälter, die Blase und das Absperrventil mit dem Durchlass fluidverbunden und in dem Durchlass in Reihe angeordnet sind. Dabei befindet sich das Absperrventil an einem Atmosphärenende des Durchlasses. Weiterhin umfasst das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem eine steife Blasenhalterung, in der die Blase angeordnet ist, wobei die Blasenhalterung einen Anschluss aufweist, der zur Atmosphäre führt, und die Blasenhalterung von dem Durchlass fluidisch getrennt ist. Dabei ist die Blasenhalterung im Kraftstofftank angeordnet.
Weiterhin sind aus dem Stand der Technik allgemein Fahrzeuge mit Abgasnachbehandlungssystemen bekannt, wobei die Abgasnachbehandlungssysteme jeweils eine Reduktionsvorrichtung zur selektiven katalytische Reduktion (englisch: selective catalytic reduction; kurz: SCR) umfassen. Mittels einer solchen Reduktionsvorrichtung wird eine Reduktion von Stickoxiden in Abgasen einer Verbrennungskraftmaschine eines Fahrzeugs durchgeführt, wobei dem Abgas Harnstoff in Form einer Harnstoff-Lösung zugeführt wird (z.B. AddBlue, eine etwa 33 prozentige Lösung von Harnstoff in Wasser). Zur Bevorratung der Harnstoff-Lösung umfassen die Fahrzeuge jeweils einen Vorratsbehälter, welcher in einem dafür vorgesehenen Bauraum des Fahrzeugs angeordnet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes Fahrzeug anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Fahrzeug gelöst, welches die im Anspruch 1 angegebenen Merkmale aufweist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Fahrzeug umfasst eine Verbrennungskraftmaschine und einen Bauraum, eingerichtet zur Anordnung eines zur Bevorratung einer Harnstoff-Lösung vorgesehenen Vorratsbehälters einer Reduktionsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen.
Erfindungsgemäß umfasst das Fahrzeug eine mit der Verbrennungskraftmaschine fluidisch gekoppelte Kraftstofftankanordnung. Die Kraftstofftankanordnung umfasst einen Kraftstoffbehälter, einen mit dem Kraftstoffbehälter fluidisch gekoppelten Aktivkohlebehälter zur Speicherung von verdunstetem Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter und einen zumindest mit dem Kraftstoffbehälter fluidisch gekoppelten Druckausgleichbehälter mit einem im Inneren angeordneten und aus einer elastischen Blase gebildeten Expansionsvolumen, wobei der Druckausgleichsbehälter in dem Behälterbauraum angeordnet ist. Die Blase kann z.B. leer sein und sich in einem schlaffen Zustand in dem Druckausgleichsbehälter befinden. Die Blase kann dann durch verdunsteten Kraftstoff gefüllt werden und wird dabei aufgeblasen. Die Blase kann aber auch schon z.T. mit einem Gas gefüllt und teilweise aufgeblasen sein. Die Blase wird dann durch einströmenden verdunsteten Kraftstoff weiter aufgeblasen. Der verdunstete Kraftstoff muss dabei dann gegen den bereits vorhandenen Gasdruck anwirken.
Die Verwendung des dem Kraftstoffbehälter nachgeschalteten Druckausgleichsbehälters ermöglicht die Verwendung eines drucklosen Kraftstoffbehälters in einem Plug-in-Hybrid-Fahrzeug, so dass während eines elektrischen Fahrbetriebs des Fahrzeugs beispielsweise durch Temperaturänderungen hervorgerufene Volumenänderungen von verdunstetem Kraftstoff ausgeglichen werden können. Hierdurch ergeben sich gegenüber einer Verwendung eines Drucktanks, d. h. eines zur Atmosphäre hin abgeschlossenen Kraftstoffbehälters,

- signifikante Kosteneinsparungen,
- ein geringeres Gewicht,
- eine verbesserte Volumeneffizienz bei gleichem Bauraum,
- die Möglichkeit einer Verwendung eines einfacheren Be- und Entlüftungssystems, beispielsweise aufgrund eines Entfalls eines Schwerkraftventils, und
- eine Verringerung von Druckabbauzeiten und damit verbundenen Wartezeiten einer Befüllung des Kraftstoffbehälters während eines Tankvorgangs.

Die Anordnung des Druckausgleichsbehälters in dem Behälterbauraum ermöglicht dabei bei einer Herstellung des Fahrzeugs einen erhöhten Gleichteileeinsatz und die Verwendung einer gemeinsamen Fahrzeugplattform für unterschiedliche Antriebsarten, wie beispielsweise Dieselantriebe und Plug-in-Hybrid-Antriebe.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigt:

1 schematisch ein Blockschaltbild einer Kraftstofftankanordnung für ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug.

In der einzigen 1 ist ein Blockschaltbild einer Kraftstofftankanordnung 1 für ein Plug-in-Hybrid-Fahrzeug mit einer nicht gezeigten Verbrennungskraftmaschine und einem elektrischen Antrieb gezeigt. Weiterhin umfasst das Fahrzeug einen Behälterbauraum R, eingerichtet zur Anordnung eines zur Bevorratung einer Harnstoff-Lösung vorgesehenen Vorratsbehälters einer Reduktionsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen.
Zu einem Betrieb der Verbrennungskraftmaschine umfasst die Kraftstofftankanordnung 1 einen Kraftstoffbehälter 2 mit einem Drucksensor 2.1. Weiterhin umfasst die Kraftstofftankanordnung 1 einen mit dem Kraftstoffbehälter 2 fluidisch gekoppelten Aktivkohlebehälter 3 mit einem Absperrventil 3.1 zur Speicherung von verdunstetem Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 2, um Verdunstungsemissionen von Kraftstoff in die Atmosphäre zu vermeiden. Zu diesem Zweck umfasst der Kraftstoffbehälter 2 ein Ventil 2.2, welches zur Einhaltung eines maximalen Füllstands und zur Entlüftung des Kraftstoffbehälters 2 ansteuerbar ist. Über dieses Ventil 2.2 ist der Kraftstoffbehälter 2 mittels einer ersten Leitung 5 mit dem Aktivkohlebehälter 3 gekoppelt, an dessen Eingang ein Kraftstoffbehälter-Isolationsventil 6 zur Druckbegrenzung angeordnet ist. Die Druckbegrenzung erfolgt beispielsweise auf einen Wert von ca. 25 hPa.
Der verdunstete Kraftstoff wird im Aktivkohlebehälter 3 gespeichert, bis dieser von der Verbrennungskraftmaschine verbrannt wird. Bei einem rein elektrischen Fahrbetrieb des Fahrzeugs ist diese Verbrennung jedoch nicht möglich.
Um dennoch Verdunstungsemissionen ohne eine Verwendung eines Drucktanks, d. h. eines zur Atmosphäre hin abgeschlossenen Kraftstoffbehälters, zu vermeiden, umfasst die Kraftstofftankanordnung 1 einen mit dem Kraftstoffbehälter 2 fluidisch gekoppelten Druckausgleichsbehälter 4, welcher in dem Behälterbauraum R angeordnet ist. Dabei ist der Druckausgleichsbehälter 4 parallel mit dem Kraftstoffbehälter 2 und dem Aktivkohlebehälter 3 verschaltet und ist mit einem Regenerierventil 7 zur Regeneration der Aktivkohle gekoppelt und ermöglicht beispielsweise einen Ausgleich von durch Temperaturänderungen hervorgerufenen Volumenänderungen von verdunstetem Kraftstoff.
Ein Verhalten von Gasen innerhalb des Kraftstoffbehälters 2 lässt sich dabei in guter Näherung mit der idealen Gasgleichung beschreiben. Das heißt, ein Produkt aus Druck P und Volumen V verhält sich proportional zur Temperatur T gemäß: $P * V \sim T .$
Bei konstanter Temperatur ist auch das Produkt aus Druck P und Volumen V gemäß $P * V = const$
konstant.
Der Druckausgleichsbehälter 4 umfasst ein im Inneren angeordnetes und aus einer elastischen Blase gebildetes Expansionsvolumen 4.1, welches im dargestellten Fall bereits teilweise mit einem Gas gefüllt und somit teilweise aufgeblasen ist. Die Blase ist beispielsweise ein flexibler, emissionsdichter Beutel aus einer Sperrschichtfolie, wobei die Sperrschichtfolie zumindest abschnittsweise aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer gebildet ist. Auch kann die Blase eine Sperrschichtfolie umfassen, welche einen Schichtenaufbau mit einer aus Polypropylen gebildeten ersten Schicht, einer aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer gebildeten zweiten Schicht und einer aus Polyethylen gebildeten dritten Schicht umfasst.
Über die erste Leitung 5 und eine mit dieser fluidisch gekoppelte zweite Leitung 8 ist das Innere des Druckausgleichsbehälters 4 ebenfalls über das Ventil 2.2 mit dem Kraftstoffbehälter 2 fluidisch gekoppelt, so dass insbesondere bei geschlossenem Kraftstoffbehälter-Isolationsventil 6 verdunsteter Kraftstoff in das Innere des Druckausgleichsbehälters 4 geführt werden kann und das Expansionsvolumen 4.1 in Abhängigkeit eines im Inneren des Druckausgleichsbehälters 4 herrschenden Drucks sein Volumen ändert.
Bei der Annahme, dass auf Meereshöhe ein Differenzdruck von 300 hPa ca. einer Volumendifferenz von 30% entspricht, ergibt sich unter Berücksichtigung der oben beschriebenen Gleichungen (1) und (2) bei einem Expansionsvolumen 4.1 von 60 Liter eine Änderung von 18 Liter.
Werden sowohl eine Kapazität des Aktivkohlebehälters 3 als auch eine Kapazität des Druckausgleichsbehälters 4 überschritten, wird überschüssiger verdampfter Kraftstoff über eine Entlüftungsleitung 9, welche in eine Entlüftungsöffnung 10 an einem Tankeinfüllstutzen 11 mündet, abgeführt.
Um bei einem Überschlag des Fahrzeugs ein Auftreten von Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 2 zu vermeiden, umfasst dieser zwei so genannte Roll-Over-Ventile 2.3, 2.4, welche mit einem Betriebsentlüftungsabsperrventil 12 gekoppelt sind.
Mittels der dargestellten Kraftstofftankanordnung 1 ist weiterhin in einfacher Weise eine Dichtheitsprüfung derselben durchführbar. Hierzu erfolgt mittels eines Diagnosemoduls 4.2 des Druckausgleichsbehälters 4 ein Druckaufbau im Inneren des Druckausgleichsbehälters 4 und somit eine direkte Bewertung eines durch das Innere gebildeten Gasraums. Aufgrund des Druckaufbaus innerhalb dieses Gasraums verformt sich das Expansionsvolumen 4.1, so dass ein Überdruck in den verbleibenden Komponenten der Kraftstofftankanordnung 1 aufgebaut und mittels des Drucksensors 2.1 des Kraftstoffbehälter 2 bewertet werden kann. Mittels einer Betätigung des Kraftstoffbehälter-Isolationsventils 6 kann dabei eine separate Prüfung des Expansionsvolumens 4.1 und des Aktivkohlebehälters 3 durchgeführt werden.
Bezugszeichenliste

1: Kraftstofftankanordnung
2: Kraftstoffbehälter
2.1: Drucksensor
2.2: Ventil
2.3: Roll-Over-Ventil
2.4: Roll-Over-Ventil
3: Aktivkohlebehälter
3.1: Absperrventil
4: Druckausgleichsbehälter
4.1: Expansionsvolumen
4.2: Diagnosemodul
5: Leitung
6: Kraftstoffbehälter-Isolationsventil
7: Regenerierventil
8: Leitung
9: Entlüftungsleitung
10: Entlüftungsöffnung
11: Tankeinfüllstutzen
12: Betriebsentlüftungsabsperrventil
R: Behälterbauraum

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102010021584 A1 [0002]

Claims

Fahrzeug, umfassend - eine Verbrennungskraftmaschine und - einen Behälterbauraum (R), eingerichtet zur Anordnung eines zur Bevorratung einer Harnstoff-Lösung vorgesehenen Vorratsbehälters einer Reduktionsvorrichtung zur selektiven katalytischen Reduktion von Stickoxiden in Abgasen, gekennzeichnet durch eine mit der Verbrennungskraftmaschine fluidisch gekoppelte Kraftstofftankanordnung (1), umfassend - einen Kraftstoffbehälter (2), - einen mit dem Kraftstoffbehälter (2) fluidisch gekoppelten Aktivkohlebehälter (3) zur Speicherung von verdunstetem Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter (2) und - einen zumindest mit dem Kraftstoffbehälter (2) fluidisch gekoppelten Druckausgleichsbehälter (4) mit einem im Inneren angeordneten und aus einer elastischen Blase gebildeten Expansionsvolumen (4.1), wobei - der Druckausgleichsbehälter (4) in dem Behälterbauraum (R) angeordnet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Blase eine Sperrschichtfolie umfasst, wobei die Sperrschichtfolie zumindest abschnittsweise aus einem Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer gebildet ist.
Fahrzeug nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Blase eine Sperrschichtfolie umfasst, wobei die Sperrschichtfolie einen Schichtenaufbau - mit einer aus Polypropylen gebildeten ersten Schicht, - einer aus Ethylen-Vinylalkohol-Copolymer gebildeten zweiten Schicht und - einer aus Polyethylen gebildeten dritten Schicht umfasst.