DE10018441B4

DE10018441B4 - Verfahren und Vorrichtung zur umweltschonenden Dichtheitsprüfung eines Behältnisses

Info

Publication number: DE10018441B4
Application number: DE10018441A
Authority: DE
Inventors: Martin Dr. Streib
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2000-04-13
Filing date: 2000-04-13
Publication date: 2005-12-29
Anticipated expiration: 2020-04-14
Also published as: SE0101288L; US20010029776A1; JP2002004959A; SE523229C2; JP4737860B2; US6550315B2; FR2807835A1; DE10018441A1; SE0101288D0

Abstract

Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Behältnisses, insbesondere einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Tank (10), ein Adsorptionsfilter (20), das mit dem Tank (10) über eine Anschlussleitung (12) verbunden ist und eine Belüftungsleitung (22) aufweist, sowie eine der Belüftungsleitung (22) vorgeschaltete Druckquelle (50), wobei mittels der Druckquelle (50) ein Unterdruck in dem Behältnis erzeugt und aus dem Druckverlauf und/oder dem von der Druckquelle (50) geförderten Volumenstrom auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderstrom der Druckquelle (50) in einen Ansaugtrakt (40) eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges geführt wird.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Behältnisses nach den Oberbegriffen der unabhängigen Ansprüche 1 und 6.
Behältnisse müssen in den unterschiedlichsten Bereichen der Technik auf Funktionsfähigkeit, d.h. auf Dichtheit, überprüft werden. So ist es beispielsweise in der chemischen Verfahrenstechnik von Bedeutung, die Dichtigkeit von Behältnissen zu überprüfen. Darüber hinaus ist es aber auch in der Fahrzeugtechnik notwendig, die Dichtheit von Tankanlagen zu prüfen.
Es wird in diesem Zusammenhang auf die in einigen Ländern, wie den USA, zukünftig von Seiten der Regierungen angestrebten verschärften gesetzlichen Regelungen beim Betrieb von Brennkraftmaschinen hingewiesen. Nach diesen Regelungen ist es beispielsweise erforderlich, dass Kraftfahrzeuge, bei denen flüchtige Brennstoffe wie Benzin eingesetzt werden, eine eingangs genannte Kontrolleinrichtung aufweisen, die auch in der Lage ist, eine etwa bestehende Undichtigkeit (Leckage) im Tank bzw. der gesamten Brennstofftankanlage aufspüren zu können.

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges ist beispielsweise aus den Druckschriften US-PS 5,349,935 , DE 196 36 431 A1 , DE 198 09 384 A1 , DE 195 02 776 C1 und DE 196 25 702 A1 bekannt. Bei diesen Verfahren bzw. Vorrichtungen wird in die Tankentlüftungsanlage ein Überdruck eingebracht und durch anschließendes Auswerten des Druckverlaufs auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen.

Aus der JP-6-173837 und der US-PS 5,347,971 gehen ferner Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit einer Tankentlüftungsanlage hervor, bei denen der Tankenlüftungsanlage ein Referenzleck zugeschaltet wird und bei dem durch Vergleich der Messungen mit und ohne Referenzleck eine Aussage über das Vorhandensein eines Lecks getroffen wird.

Zudem ist aus der DE 196 36 431 A1 bekannt, dass zwischen einer Pumpe und einem Referenzleck ein Staudruck ausgebildet wird, durch den die Pumpendrehzahl erniedrigt wird und sich die Stromaufnahme der Pumpe erhöht. Der sich einstellende staionäre Strom wird gespeichert und anschließend der geförderte Luftstrom der Pumpe über ein Umschaltventil, am Referenzleck vorbei, in den Tank gepumpt. Ist der Tank dicht, baut sich ein höherer Druck auf als beim Pumpen gegen das Referenzleck. Die Stromaufnahme der Pumpe ist somit höher. Bei einem Leck > Referenzleck dagegen, wird der sich einstellende Druck unterhalb des Referenzdrucks liegen und die Stromaufnahme damit niedriger sein.

Bei diesen Verfahren und Vorrichtungen kann es vorkommen, daß bei vorhandenen Lecks im Tanksystem während des Diagnosevorgangs aufgrund des erzeugten Überdrucks geringfügige Mengen von kohlenwasserstoffhaltigen Dämpfen durch das Leck in die Umwelt abgegeben werden. Messungen und Berechnungen haben ergeben, daß diese Mengen selbst beim Anlegen strengster Emissionsmaßstäbe vernachlässigbar sind. Gleichwohl wäre es noch vorteilhafter wenn auch derartige geringfügige Emissionen nicht auftreten würden.

Zusammenfassung der Erfindung

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein eingangs erwähntes Verfahren bzw. eine Vorrichtung derart weiter zu verbessern, dass die vorgenannten geringen Emissionen völlig vermieden werden.

Insbesondere sollen bei einem eingangs genannten Verfahren und einer Vorrichtung während eines Funktions- bzw. Dichtheitstests des Bältnisses möglichst wenig Schadstoffe an die Umwelt gelangen.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angeführt.

Die Besonderheit des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens liegt darin, dass mittels der Druckquelle, und zwar durch das Adsorptionsfilter hindurch, ein Unterdruck in dem Behältnis erzeugt wird und aus dem Druckverlauf und/oder dem geförderten Volumenstrom auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen wird. Durch Umkehrung der Förderrichtung der Druckquelle gegenüber den bekannten Verfahren wird keine Luft mehr in das Behältnis hineingepumpt, sondern etwa anfallende Gase oder Dämpfe aus dem Behältnis herausgesaugt, wobei abwechselnd das Behältnis und ein zu dem Behältnis parallel geschaltetes Referenzleck mit Unterdruck beaufschlagt werden und wobei während des Unterdrucks in dem Behältnis sowie während des Unterdrucks an dem Referenzleck der Druckverlauf bzw. der von der Druckquelle geförderte Volumenstrom erfasst und miteinander verglichen werden und hieraus auf ein Leck geschlossen wird. Hierdurch lassen sich noch genauere Aussagen hinsichtlich des Vorliegens eines Lecks treffen. Um die Abgabe von Schadstoffen an die Umwelt wirksam zu vermeiden, wird der Förderstrom der Druckquelle dabei in einen Ansaugtrakt eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges geführt.

In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zur Bestimmung des Druckverlaufs und/oder des geförderten Volumenstroms wenigstens eine Betriebskenngröße der Druckquelle beim Erzeugen des Unterdrucks erfasst und hieraus auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen wird. Dies ermöglicht eine besonders einfache Erfassung der für die Bestimmung eines Lecks erforderlichen Größen.

Insbesondere kann dabei vorgesehen sein, dass als Betriebskenngröße(n) die elektrische Stromaufnahme der Druckquelle und/oder die an der Druckquelle anliegende elektrische Spannung und/oder die Drehzahl der Druckquelle zugrundegelegt werden.

Bei der ebenfalls erfindungsgemäß vorgeschlagenen Vorrichtung ist insbesondere vorgesehen, dass die Förderrichtung der Druckquelle so eingestellt ist, dass mittels der Druckquelle ein Unterdruck in dem Behältnis erzeugt wird und dass eine elektrische Schaltungseinheit zur Erfassung und Auswertung wenigstens einer Betriebskenngröße der Druckquelle während des Unterdrucks in dem Behältnis vorgesehen ist.

Bevorzugt weist die Vorrichtung ein parallel zu dem Behältnis angeordnetes Referenzleck auf, das über ein Schaltmittel, beispielsweise ein Schaltventil, alternativ zum Behältnis mit der Druckquelle verbindbar ist.

Die Druckquelle selbst ist bevorzugt als Pumpe, insbesondere als Flügelzellenpumpe, realisiert.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden weiter unter Heranziehung der Zeichnungen erläutert, wobei sich gleiche Referenzzeichen auf gleiche oder funktional gleiche oder ähnliche Merkmale beziehen.
1 zeigt eine Tankentlüftungsanlage, bei welcher das von der Erfindung Gebrauch machende Verfahren zur Anwendung kommt; und
2 zeigt den charakteristischen zeitlichen Verlauf des Motorstroms der Unterdruckpumpe der in 1 dargestellten Tankentlüftungsanlage.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Die in 1 schematisch gezeigte Tankentlüftungsanlage enthält ein Aktivkohlefilter 20, das über eine Tankanschlussleitung 12 mit einem Tank 10 verbunden ist. Ein Saugrohr 40 einer (hier nicht gezeigten) Brennkraftmaschine ist über eine Leitung 42 mit einem Tankentlüftungsventil 30 verbunden. Der Pfeil 41 kennzeichnet dabei die Fließrichtung der angesaugten Luft.
Das Aktivkohlefilter 20 speichert im Tank 10 etwa verdunstenden Kraftstoff. Bei von einer (hier nicht gezeigten) Steuereinheit öffnend angesteuertem Tankentlüftungsventil 30 wird Luft aus der Umgebung durch das Aktivkohlefilter 20 hindurch gesaugt, das dabei den gespeicherten Kraftstoff an die eingesaugte Luft abgibt. Ferner enthält die Tankentlüftungsanlage ein (hier nicht gezeigtes) passives Filter, das die Anlage bzw. eine dem Aktivkohlefilter vorgeschaltete Leitung 22 mit Umgebungsluft aus der Umgebung des Fahrzeuges verbindet.
Im Betrieb des (nicht gezeigten) Fahrzeuges bzw. seiner (hier ebenfalls nicht gezeigten) Brennkraftmaschine oder beim Betanken des Tanks 10 bilden sich im Tank 10 flüchtige Kohlenwasserstoffdämpfe, die über die Leitung 12 in das Aktivkohlefilter 20 gelangen und in diesem in bekannter Weise reversibel gebunden werden.
Das Tankentlüftungsventil 30 ist normalerweise geschlossen. In regelmäßigen Zeitabständen wird das Tankentlüftungsventil 30 durch die Steuereinheit so angesteuert, dass ein bestimmter Teildruck des im Saugrohr 40 bestehenden Unterdrucks dem Aktivkohlefilter 20 über die Leitung 24 zugeführt wird, was dazu führt, dass die gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfe von dem Aktivkohlefilter 20 über die Leitung 24 und über das Tankentlüftungsventil 30 in das Saugrohr 40 hineingesaugt werden, um schließlich der (nicht gezeigten) Brennkraftmaschine zur Verbrennung und damit endgültigen Entsorgung zugeführt zu werden. Bei diesem Vorgang der Regenerierung des Aktivkohlefilters 20 wird über die Leitung 22 und das (nicht gezeigte) passive Filter Spülluft in das Aktivkohlefilter 20 eingesaugt, wodurch der eigentliche Spülungseffekt bewirkt wird.
Um die Funktionsfähigkeit bzw. Dichtheit der Tankentlüftungsanlage diagnostizieren zu können, ist eine Leckdiagnoseeinheit 60 vorgesehen. Diese weist eine Pumpe 50, die mit der (nicht gezeigten) Steuereinheit verbunden ist. Der Pumpe 50 vorgeschaltet ist ein Umschaltventil 70, beispielsweise ein 3/2-Wegeventil. Parallel zu diesem Umschaltventil 70 ist, in einem separaten Zweig 80, ein Referenzleck 81 angeordnet. Die Größe des Referenzlecks 81 ist so gewählt, dass sie der Größe des zu erfassenden Lecks entspricht. Das Umschaltventil 70 weist zwei Schaltstellungen 'I' und 'II' auf. In der Stellung 'I' wird die Pumpe 50 mit der Leitung 80 druckleitend verbunden und pumpt dann durch das Referenzleck 81 hindurch Außenluft in die Leitung 80. Dem Referenzleck ist nach außen hin ein Feinfilter 82 vorgeschaltet, um zu verhindern, dass sich das Referenzleck mit etwa angesaugten Teilchen zusetzt.
Der am Ausgang 51 der Pumpe 50 vorliegende Förderstrom stellt in der Stellung 'I' des Umschaltventils 70 reine Außenluft dar und in der Stellung 'II' des Umschaltventils 70 durch das Aktivkohlefilter 20 gereinigte Luft dar. Der Fördersstrom kann daher ohne Weiteres über eine Leitung 52 an die Umgebung des Fahrzeuges abgegeben werden. Um nun zu gewährleisten, dass auch kleinste Verunreinigungen des aus dem Aktivkohlefilter 20 herauskommenden Förderstroms nicht an die Außenwelt gelangen, ist (durch eine gestrichelte Linie veranschaulicht) bei laufender Brennkraftmaschine des Fahrzeuges vorgesehen, dass der Förderstrom am Ausgang 51 der Pumnpe 50 über eine Rückführleitung 53 dem Saugrohr 40, und zwar stromabwärts (siehe Pfeilrichtung 41), zugeführt wird.
Die Dichtheitsprüfung der Tankentlüftungsanlage ist in der DE 196 36 431 A1 , auf die vorliegend in vollem Umfang inhaltlich Bezug genommen wird, ausführlich beschrieben. Es wird hierbei durch Erfassung des dem Pumpenmotor zuzuführenden Stroms festgestellt, ob der durch die Pumpe 50 in die Tankentlüftungsanlage einzubringende Förderstrom von dem Förderstrom abweicht, der bei Einbringen eines Überdrucks über das Referenzleck vorhanden ist. Der wesentliche Unterschied zu der vorliegenden Erfindung besteht allerdings darin, dass bei der Erfindung ein Unterdruck erzeugt wird.
Den zeitlichen Verlauf des elektrischen Stroms d.h. des Pumpenmotorstroms, der sich einstellt, wenn eine Spannung an die Pumpe 50 angelegt wird, zeigt 2. Der mit a) bezeichnete Stromverlauf entspricht dem zeitlichen Verlauf des Pumpenmotorstroms bei einer funktionsfähigen Tankentlüftungsanlage ohne Leckage.
In dem mit 'I' bezeichneten Zeitabschnitt befindet sich das Umschaltventil 70 in der in 1 dargestellten, mit 'I' bezeichneten Stellung. Bei dieser Stellung des Umschaltventils 70 wird ein Förderstrom über das Referenzleck 81 in die Pumpe 50 eingebracht. Dabei stellt sich ein zeitlich im Wesentlichen konstanter Strom i_mot ein, wie es in 2 im Zeitabschnitt I schematisch dargestellt ist.
Sobald das Umschaltventil 70 von der Stellung 'I' in die Stellung 'II' umgeschaltet wird, beaufschlagt die Pumpe 50 die Tankentlüftungsanlage mit einem Unterdruck, wobei der Förderstrom ausschließlich durch das Aktivkohlefilter 20 hindurchfließt und demnach sämtliche in dem Förderstrom befindlichen Kohlenwasserstoffe durch das Aktivkohlefilter 20 aus dem Förderstrom herausgefiltert werden. Beim Umschalten nimmt der Motorstrom i_mot zunächst schnell ab und anschließend mit zunehmender Zeit kontinuierlich zu, bis er einen Wert erreicht, der größer oder gleich ist als der Motorstrom i_mot in der Stellung 'I' des Umschaltventils 70. In einem Zeitabschnitt III liegt dann demnach ein Sättigungswert vor. Dieser mit a) in 2 dargestellte zeitliche Verlauf ist charakterisch für eine funktionsfähige Tankentlüftungsanlage.
Im Falle eines Lecks in der Tankentlüftungsanlage weicht nun der Kurvenverlauf in dem Zeitabschnitt II von dem Verlauf a) insofern ab, als der Anstieg im Zeitabschnitt II geringer ist als im Fall a) und dass der im Zeitabschnitt III vorliegende Sättigungswert demzufolge ebenfalls kleiner oder gleich dem in Fall a) gemessenen Wert ist. Die Abweichung des Kurvenverlaufs resultiert daraus, dass im Falle eines Lecks der Förderstrom durch die Pumpe 50 erhöht ist und somit der Pumpenmotor nur gegen einen geringeren Unterdruck, als im Fall a), anzupumpen hat, wodurch der Motorstrom i_mot niedriger ausfällt.

Claims

Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Behältnisses, insbesondere einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Tank (10), ein Adsorptionsfilter (20), das mit dem Tank (10) über eine Anschlussleitung (12) verbunden ist und eine Belüftungsleitung (22) aufweist, sowie eine der Belüftungsleitung (22) vorgeschaltete Druckquelle (50), wobei mittels der Druckquelle (50) ein Unterdruck in dem Behältnis erzeugt und aus dem Druckverlauf und/oder dem von der Druckquelle (50) geförderten Volumenstrom auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderstrom der Druckquelle (50) in einen Ansaugtrakt (40) eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges geführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass abwechselnd das Behältnis und ein zu dem Behältnis parallel geschaltetes Referenzleck (81) mit Unterdruck beaufschlagt werden und dass während des Unterdrucks in dem Behältnis sowie während des Unterdrucks an dem Referenzleck (81) der Druckverlauf bzw. der von der Druckquelle (50) geförderte Volumenstrom erfasst und miteinander verglichen werden und hieraus auf ein Leck geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Bestimmung des Druckverlaufs und/oder des geförderten Volumenstroms wenigstens eine Betriebskenngröße der Druckquelle (50) beim Erzeugen des Unterdrucks erfasst und hieraus auf das Vorhandensein eines Lecks geschlossen wird.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Betriebskenngröße(n) die elektrische Stromaufnahme der Druckquelle (50) und/oder die an der Druckquelle (50) anliegende elektrische Spannung und/oder die Drehzahl der Druckquelle (50) zugrundegelegt werden.
Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Referenzleck (81) zum Behältnis bzw. zur Tankentlüftungsanlage parallel zuschaltbar angeordnet ist.
Vorrichtung zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Behältnisses, insbesondere einer Tankentlüftungsanlage eines Kraftfahrzeuges, umfassend einen Tank (10), ein Adsorptionsfilter (20), das mit dem Tank (10) über eine Anschlussleitung (12) verbunden ist und eine Belüftungsleitung (22) aufweist, und eine der Belüftungsleitung (22) vorgeschaltete Druckquelle (50), wobei die Förderrichtung der Druckquelle (50) so eingestellt ist, dass mittels der Druckquelle (50) ein Unterdruck in dem Behältnis erzeugt wird und dass eine elektrische Schaltungseinheit zur Erfassung und Auswertung wenigstens einer Betriebskenngröße der Druckquelle (50) während des Unterdrucks in dem Behältnis vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Förderausgang der Druckquelle (50) über eine Rückführleitung (53) einem Ansaugtrakt (40) eines Verbrennungsmotors des Kraftfahrzeuges zugeführt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass parallel zu dem Behältnis ein Referenzleck (81) angeordnet ist, das über ein Schaltmittel (70) alternativ zum Behältnis mit der Druckquelle (50) verbindbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die den Fördervolumenstrom der Druckquelle (50) kennzeichnende(n) Betriebsgröße(n) die elektrische Stromaufnahme der Druckquelle (50) und/oder die an der Druckquelle (50) anliegende elektrische Spannung und/oder die Drehzahl der Druckquelle (50) sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Druckquelle (50) eine Flügelzellenpumpe ist.