DE19625702A1

DE19625702A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behältnisses

Info

Publication number: DE19625702A1
Application number: DE19625702A
Authority: DE
Inventors: Helmut Denz; Andreas Blumenstock; Georg Mallebrein; Uwe Dr Konzelmann
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1996-06-27
Filing date: 1996-06-27
Publication date: 1998-01-02
Also published as: ITMI971514A0; US5898103A; ITMI971514A1; JPH1078372A; IT1292208B1

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Dichtheits prüfung eines Behältnisses, insbesondere eines Kraft fahrzeugtanksystems, mit wenigstens einer Druckquelle, durch die eine Druckerhöhung in dem Behältnis erzeugbar ist, mit einer, wenigstens einen Strömungswiderstand vorbestimmter Größe in wenigstens einem Referenz strömungszweig umfassenden, von der Pumpe mit Druck beaufschlagbaren Referenzmeßeinrichtung, welche bei Vorhandensein eines Lecks eine Größe des Behältnisses erfaßt und mit einer dieser entsprechenden der Refe renzmeßeinrichtung zur Feststellung eines Lecks ver gleicht.

Die kalifornische Umweltbehörde CARB genauso wie amerikanische Bundesbehörden fordern bei Kraftfahr zeugen eine bordeigene Diagnose (on-board-Diagnose) des Tanksystems. Dabei sollen insbesondere Lecks bestimmter Größe (z. B. 1 mm Durchmesser) erfaßt werden.

Aus der US-PS 5,390,645 ist eine Vorrichtung zur Dicht heitsprüfung eines Kraftfahrzeugtanksystems bekannt, bei dem die Dichtheitsprüfung mit Hilfe einer Pumpe vorgenommen wird, deren Fördervolumenstrom in zwei Pfade aufgeteilt ist. Ein Pfad ist mit dem Kraftfahr zeugtanksystem verbunden, während der andere Pfad über ein Referenzleck in Form eines Strömungswiderstands vorbestimmter Größe mit der Atmosphäre verbunden ist.

In beiden Pfaden ist jeweils ein Flußmesser instal liert, der den Fluß durch den entsprechenden Pfad erfaßt. Aufgrund einer Flußdifferenz in beiden Pfaden wird in einer elektronischen Schaltungseinrichtung auf das Vorhandensein bzw. Nicht-Vorhandensein eines Lecks geschlossen.

Nachteilig bei dieser Vorrichtung ist nun, daß zum einen neben der elektronischen Schaltungseinrichtung zwei separate, verhältnismäßig aufwendige Flußmesser nötig sind. Darüber hinaus wird die Pumpe bei dieser Vorrichtung lediglich für Diagnosezwecke genutzt. Da aber eine Diagnose nur äußerst selten vorkommt (etwa 1% des gesamten Fahrbetriebes) weist die Pumpe insoweit nur einen nachteiligen, geringen Nutzungsgrad auf.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behältnisses, insbesondere eines Kraftfahrzeugtanksystems, der gat tungsgemäßen Art derart weiterzubilden, daß bei möglichst einfacher und daher kostengünstiger Her stellung eine zuverlässige Aussage über ein eventuell in einem Kraftfahrzeugtanksystem vorhandenes Leck er möglicht wird, wobei die zur Dichtheitsprüfung ver wendete Druckquelle möglichst auch für weitere in einem Kraftfahrzeug erforderliche Aufgaben eingesetzt werden können soll.

Vorteile der Erfindung

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung zur Dicht heitsprüfung eines Behältnisses der eingangs beschrie benen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Strömungswiderstand eines eventuell vorhandenen Lecks und der wenigstens eine Strömungswiderstand eine Druckteiler-Anordnung bilden, deren Druckverhältnisse von einer Druckmeßvorrichtung erfaßt werden.

Die Anordnung des wenigstens einen Strömungswiderstands als Druckteiler-Anordnung, deren Druckverhältnisse von einer Druckmeßvorrichtung erfaßt werden, hat den besonders großen Vorteil, daß lediglich noch eine einzige Meßvorrichtung, nämlich eine einfache und daher auch kostengünstig zu realisierende Druckmeßvorrichtung notwendig ist, um zuverlässige Aussagen über ein eventuell in einem Kraftfahrzeugtanksystem vorhandenes Leck treffen zu können.

Rein prinzipiell genügt ein einziger Strömungswider stand und ein Druckmesser zur Erfassung eines Lecks in dem Kraftfahrzeugtanksystem.

Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform sieht jedoch vor, daß die Druckteiler-Anordnung eine Druck teiler-Brücke ist, deren einer Zweig zwei Strömungs widerstände, die zwischen der Druckquelle und der Atmosphäre angeordnet sind, und deren anderer Zweig das Behältnis und einen zwischen diesem und der Druckquelle angeordneten weiteren Strömungswiderstand umfaßt, und daß die Druckmeßvorrichtung ein in der Brückendiagonale angeordneter Differenzdruckmesser ist.

Die Ausbildung der Druckteiler-Anordnung als Druck teiler-Brücke mit einem in der Brückendiagonale angeordneten Differenzdruckmesser hat insbesondere den großen Vorteil, daß die Vorrichtung bei einem zu erkennenden Leck abgeglichen und somit in diesem Arbeitspunkt unabhängig von Toleranzen der Druckquelle ist. Darüber hinaus kann durch eine derartige Druck teiler-Brücke auf weiter unten noch näher zu erläutern de einfache Weise die Ausgasung von Kraftstoff in dem Kraftstofftanksystem bestimmt werden.

Durch die Differenzdruckmessung ist die Vorrichtung darüber hinaus auch unabhängig vom Umgebungsdruck.

Vorzugsweise sind die Strömungswiderstände dabei so dimensioniert, daß sie dieselbe Größe wie der Strö mungswiderstand des kleinsten zu diagnostizierenden Lecks aufweisen.

Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht vor, daß der Referenzdruckmesser einen Differenzdruck abhängigen Querschnitt aufweist.

Insbesondere hinsichtlich einer Verwendung der Druck quelle für weitere kraftfahrzeugspezifische Zwecke ist vorteilhafterweise Vorgesehen, daß parallel zu der Referenzmeßeinrichtung ein über ein ansteuerbares Bypass-Ventil verschließbarer Bypass-Kanal vorgesehen ist.

Auf diese Weise kann die Druckquelle auch zur Regene rierung eines in der Entlüftungsleitung des Kraftfahr zeugtanksystems angeordneten Aktivkohlefilters ver wendet werden. Umweltgesetzliche Auflagen schreiben nämlich eine maximale Verdunstungsemission von Kohlen wassserstoffen eines Kraftfahrzeugs vor. Um die Kohlewasserstoff-Emission des Tanks zu begrenzen, sind daher Tankentlüftungssysteme in Kraftfahrzeugen installiert. Dabei wird in der Entlüftungsleitung des Kraftfahrzeugtanksystems ein Aktivkohlefilter angeord net, an dessen Aktivkohle sich von dem im Tank befind lichen Kraftstoff abgegebene Kohlenwasserstoffe anlagern. Die Regenerierung des Aktivkohlefilters erfolgt dabei auf an sich bekannte Weise durch Öffnen eines Tankentlüftungsventils, wodurch durch den im Saugrohr herrschenden Unterdruck Umgebungsluft durch das Aktivkohlefilter gesaugt wird, so daß die darin angelagerten Kohlenwasserstoffe abgelöst und zur Verbrennung im Zylinder einer Brennkraftmaschine zu geführt werden.

Insbesondere bei entdrosselten Motoren ist nun eine derartige Regenerierung problematisch, da im Saugrohr kein Unterdruck mehr vorliegt. Darüber hinaus ist eine Regenerierung des Aktivkohlefilters auch bei gedrossel ten Notoren bei hoher Last oder im Ladebetrieb proble matisch.

Der parallel zu der Referenzeinrichtung angeordnete Bypass-Kanal, der über ein ansteuerbares Bypass-Ventil öffen- und verschließbar ist, ermöglicht nun eine gleichzeitige Verwendung der Druckquelle zur Regenerie rung des Aktivkohlefilters eines Kraftfahrzeugtanksy stems insbesondere beientdrosselten Motoren oder im Hochlastbetrieb auch bei konventionellen Motoren. Auf diese Weise kann die der Dichtheitsprüfung dienende Druckquelle auf besonders vorteilhafte Weise auch zur Regenerierung des Tankentlüftungssystems verwendet werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird darüber hinaus auch noch durch ein Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Behältnisses, insbesondere eines Kraftfahrzeugtanksy stems gelöst, wobei man mit Hilfe wenigstens einer Druckquelle eine Druckänderung in dem Behältnis erzeugt und mittels einer, wenigstens einen Strömungswiderstand vorbestimmter Größe in wenigstens einem Referenz strömungszweig umfassenden, von der Pumpe mit Druck beaufschlagbaren Referenzmeßeinrichtung eine Größe des Behältnisses erfaßt und mit einer dieser entsprechenden der Referenzmeßeinrichtung vergleicht und bei dem der Strömungswiderstand eines eventuell vorhandenen Lecks des Behältnisses und der wenigstens eine Strömungs widerstand eine Druckteiler-Anordnung bilden, deren Druckverhältnisse von einer Druckmeßvorrichtung erfaßt und als Maß für eine Leckage des Behältnisses her angezogen werden.

Die erfindungsgemäße Aufgabe wird schließlich auch noch durch einen Differenzdruckmesser mit Differenzdruck abhängigem Querschnitt gelöst, der dadurch gekenn zeichnet ist, daß ein Strömungskörper im Querschnitt eines Strömungskanals gegen die Rückstellkraft wenig stens zweier entgegengesetzt zueinander wirkenden Federn verschieblich angeordnet ist, in seiner Aus gangsstellung einen Positionsschalter schließt und druckabhängig einen durch einen Dichtring vorgegebenen Öffnungsquerschnitt durch Verschieben entgegen der Rückstellkraft einer der Rückstellfedern freigibt.

Ein derartiger Differenzdruckmesser kann auf besonders vorteilhafte Weise zur Prüfung der Dichtheit des Tanks in der oben beschriebenen Vorrichtung eingesetzt werden, da bei einem Leck kein Differenzdruck vorliegt, so daß der Schalter geschlossen ist und ein Leck signalisiert.

Zeichnung

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegen stand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichne rischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Dicht heitsprüfung eines Kraftfahrzeugtanksystems;

Fig. 2 eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Kraftfahrzeugtanksystems und

Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Differenzdruckmesser mit Differenzdruck-abhängigem Öffnungsquer schnitt.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Ein Kraftfahrzeugtanksystem umfaßt einen Tank 10, der über ein Aktivkohlefilter 12 und über ein Tankentlüf tungsventil 14 mit einem Saugrohr 20 einer (nicht dargestellten) Brennkraftmaschine verbunden ist. In dem Saugrohr 20 ist eine Drosselklappe 22 angeordnet.

Durch Verdunstung entstehen in dem Tank 10 Kohlen wasserstoffe, die sich in dem Aktivkohlefilter 12 anlagern. Zur Regenerierung des Aktivkohlefilters 12 wird das Tankentlüftungsventil 14 geöffnet, so daß aufgrund des in dem Saugrohr 20 herrschenden Unter drucks Luft der Atmosphäre durch das Aktivkohlefilter 12 gesaugt wird, wodurch die in dem Aktivkohlefilter 12 angelagerten Kohlenwasserstoffe in das Saugrohr 20 gesaugt und der Brennkraftmaschine zugeführt werden.

Zur Prüfung der Dichtheit des Kraftfahrzeugtanksystems ist eine Pumpe 30 vorgesehen, die über eine Druck teiler-Brücke 40 mit dem Kraftfahrzeugtanksystem verbunden ist.

Die Druckteiler-Brücke 40 umfaßt einen Brückenzweig 41, in dem zwischen der Pumpe 30 und der Atmosphäre zwei Strömungswiderstände 42, 43 angeordnet sind. Der andere Brückenzweig 46 umfaßt einen weiteren Strömungswider stand 47, der über das Aktivkohlefilter 12 mit dem Kraftfahrzeugtank 10 verbunden ist, sowie den Strö mungswiderstand eines Lecks 48. Dabei sind die Strö mungswiderstände 42, 43 und 47 so dimensioniert, daß sie dieselbe Größe wie der Strömungswiderstand des kleinsten zu diagnostizierenden Lecks 48 aufweisen.

In der Brückendiagonale ist ein Differenzdruckmesser 50 angeordnet.

Zur Leckdiagnose wird nun mittels der Pumpe 30 ein Druck in dem gesamten Kraftfahrzeugtanksystem erzeugt. Sofern kein Leck vorhanden ist, entsteht an dem Differenzdruckmesser 50 ein Differenzdruck Δp ≠ 0, der das Nichtvorhandensein eines Lecks signalisiert. Ist dagegen das Leck 48 vorhanden und weist es eine Größe auf, die den Strömungswiderständen 42, 43, 47 ent spricht, ist die Druckteiler-Brücke "abgeglichen", so daß von dem Differenzdruckmesser 50 kein Differenzdruck (Δp = 0) erfaßt, und auf diese Weise das Vorhandensein eines Lecks signalisiert wird.

Wie aus Fig. 1 weiter hervorgeht, ist parallel zu der gesamten Referenzmeßeinrichtung in Form der Druck teiler-Brücke 40 ein Bypass-Kanal 60 angeordnet, der durch ein (ansteuerbares) Bypass-Ventil 61 verschließ bar ist. Bei geöffnetem Bypass-Ventil 61 kann hierdurch beispielsweise bei einem nicht entdrosseltem Motor, d. h. einem Motor ohne Drosselklappe 22 oder im Über lastbereich eines gedrosselten Motors oder auch bei einem gewöhnlichen gedrosselten Motor bei geöffnetem Tankentlüftungsventil 14 und geöffnetem Bypass-Ventil 61 eine Druckerhöhung in das Kraftfahrzeugtanksystem ohne Überwindung des Strömungswiderstands 47 einge bracht werden, wodurch auf besonders einfache Weise die obenbeschriebene Regenerierung des Aktivkohlefilters 12 möglich ist.

Um eine besonders präzise Erfassung eines eventuell vorhandenen Lecks vornehmen zu können, wird nun zunächst bei geschlossenem Tankentlüftungsventil 14, bei abgeschalteter Pumpe 30, nach einem Kaltstart, wenn folglich keine Ausgasung durch den Tank 10 feststellbar ist, und bei geöffnetem Bypass-Ventil 61, zunächst der Differenzdruck erfaßt und als Offset bei späteren Leckdiagnosen berücksichtigt. Durch diesen "Abgleich" können selbst bei kleinen Differenzdrucksensor-Offsets sehr präzise Lecks einer vorgegebenen Größe erfaßt werden.

Durch die Vorrichtung ist darüber hinaus auch eine Abschätzung der Ausgasung des in dem Kraftstofftank 10 vorhandenen Kraftstoffes möglich. Dabei wird bei ge schlossenem Tankentlüftungsventil 14 und geschlossenem Bypass-Ventil 61 sowie abgeschalteter Pumpe der Druck in dem Kraftfahrzeugtanksystem mittels des Differenz druckmessers 50 gemessen. Dieser Druck ist ein Maß für die Ausgasung des Kraftstoffs in dem Tank 10, da der Differenzdruckmesser 50 gewissermaßen den Druck im Tank 10, der bis auf den Strömungswiderstand 47 im wesentli chen dicht abgeschlossen ist, gegenüber dem Umgebungs druck in dem als Referenzzweig wirkenden Brückenzweig 41 mißt.

Darüber hinaus kann bei einer Ausgasung des Kraftstoffs auf diese Weise auch geprüft werden, ob sich das Tank entlüftungsventil 14 oder das Bypass-Ventil 61 noch öffnen lassen. Bei Ansteuern des jeweiligen Ventils muß nämlich die Druckdifferenz sinken. Ist dies nicht der Fall, kann auf ein verstopftes oder nicht funktionie rendes Tankentlüftungsventil 14 bzw. Bypass-Ventil 61 geschlossen werden.

Eine andere, einfacher ausgebildete Ausführungsform einer Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Kraft fahrzeugtanksystems ist in Fig. 2 dargestellt.

Die in Fig. 2 dargestellte Druckteiler-Brücke 40 unter scheidet sich hinsichtlich ihrer Anordnung und ihres Aufbaus von der in Fig. 1 dargestellten nur dadurch, daß daß statt eines gewöhnlichen Differenzdruckmeß gerätes eine Differenzdruck-Meßvorrichtung mit Diffe renzdruck-abhängigem Öffnungsquerschnitt 70 vorgesehen ist.

Eine derartige Differenzdruck-Meßvorrichtung, darge stellt in Fig. 3, umfaßt einen Strömungskörper 100, der den durch einen Dichtring 105 festgelegten Querschnitt eines Strömungskanals, im vorliegenden Fall der Brückendiagonale 45, im wesentlichen dicht verschließt. Der Strömungskörper 100 ist beweglich gegen die Rückstellkraft zweier im gegengesetzt zueinander wirkender Rückstellfedern 110, 120 angeordnet und schließt in seiner Ausgangsstellung einen Positions schalter 130.

Wenn auf beiden Seiten des Strömungskörpers 100 in dem Kanal 45 der gleiche Druck herrscht, demgemäß also kein Differenzdruck vorliegt, was bei der in Fig. 2 dargestellten Vorrichtung bei Vorhandensein eines Lecks der Fall ist, ist der Positionsschalter 130 geschlossen und signalisiert beispielsweise bei der in Fig. 2 darge stellten Vorrichtung das Vorhandensein eines Lecks.

Sofern sich die beiden Drücke auf beiden Seiten des Strömungskörpers 100 unterscheiden, wird der Strömungs körper 100 hin zu der Seite des Kanals 45 verschoben, auf der der kleinere Druck herrscht. Oberhalb eines gewissen, durch die sich hin zu dem Dichtring 105 verjüngende Gestalt des Strömungskörpers 100 wird dabei ein Spalt zwischen dem Dichtring 105 und dem Strömungs körper 100 freigegeben, der durch weiteres Verschieben des Strömungskörpers 100 mit zunehmendem Druck kon tinuierlich vergrößert wird bis schließlich die durch den Dichtring 105 gebildete Öffnung ganz freigegeben ist.

Claims

1. Vorrichtung zur Dichtheitsprüfung eines Behältnis ses, insbesondere eines Kraftfahrzeugtanksystems, mit wenigstens einer Druckquelle, durch die eine Druckänderung in dem Behältnis erzeugbar ist, mit einer, wenigstens einen Strömungswiderstand vor bestimmter Größe in wenigstens einem Referenzströ mungszweig umfassenden, von der Pumpe mit Druck beaufschlagbaren Referenzmesseinrichtung, welche eine Größe des Behältnisses erfaßt und mit einer dieser entsprechenden der Referenzmeßeinrichtung vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Strömungswiderstand eines eventuell vorhandenen Lecks des Behältnisses und der wenigstens eine Strömungswiderstand eine Druckteiler-Anordnung bilden, deren Druckverhältnisse von einer Druck meßvorrichtung erfaßt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß die Druckteiler-Anordnung eine Druck teiler-Brücke (40) ist, deren einer Zweig (41) zwei Strömungswiderstände (42, 43), die zwischen der Druckquelle (30) und der Atmosphäre angeordnet sind, und deren anderer Zweig (46) den Strömungs widerstand des auf Dichtheit zu untersuchenden Behältnisses und einen das Behältnis und ein zwischen diesem und der Druckquelle angeordneten weiteren Strömungswiderstand (47) umfaßt, und daß die Druckmeßvorrichtung ein in der Brückendiagona le (45) angeordneter Differenzdruckmesser (50, 70) ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich net, daß die Strömungswiderstände (42, 43, 47) so dimensioniert sind, daß sie dieselbe Größe wie der Strömungswiderstand des kleinsten zu diagnostizie renden Lecks aufweisen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzdruckmes ser (70) einen differenzdruckabhängigen Quer schnitt aufweist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß parallel zu der Referenzmeßeinrichtung ein über ein ansteuerbares Bypass-Ventil (61) verschließbarer Bypass-Kanal (60) vorgesehen ist.

6. Verfahren zur Dichtheitsprüfung eines Behältnis ses, insbesondere eines Kraftfahrzeugtanksystems, wobei man mit Hilfe wenigstens einer Druckquelle eine Druckänderung in dem Behältnis erzeugt und mittels einer, wenigstens einen Strömungswider stand vorbestimmter Größe in wenigstens einem Referenzströmungszweig umfassenden von der Pumpe mit Druck beaufschlagbaren Referenzmeßeinrichtung eine Größe des Behältnisses erfaßt und mit einer dieser entsprechenden der Referenzmeßeinrichtung vergleicht, dadurch gekennzeichnet, daß der Strö mungswiderstand eines eventuell vorhandenen Lecks des Behältnisses und der wenigstens eine Strö mungswiderstand eine Druckteiler-Anordnung bilden, deren Druckverhältnisse von einer Druckmeßvor richtung erfaßt und als Maß für eine Leckage des Behältnisses herangezogen werden.

7. Differenzdruckmesser, insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strömungskörper (100) im Querschnitt eines Strömungskanals gegen die Rückstellkraft wenigstens zweier entgegengesetzt zueinander wirkenden Federn (110, 120) verschieb lich angeordnet ist, in seiner Ausgangsstellung einen Positionsschalter (130) schließt und druck abhängig einen durch einen Dichtring (105) vor gegebenen Öffnungsquerschnitt durch Verschieben entgegen der Rückstellkraft einer der Rückstell federn (110, 120) freigibt.