DE60307114T2

DE60307114T2 - Konsistenzanalyse für eine einrichtung zur regelung eines kraftstoffdampfdruckes

Info

Publication number: DE60307114T2
Application number: DE60307114T
Authority: DE
Inventors: Andre Dresden Veinotte; Paul Chatham PERRY
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 2002-09-23
Filing date: 2003-09-23
Publication date: 2006-12-07
Anticipated expiration: 2023-09-24
Also published as: WO2004027247A1; EP1543236A1; EP1543236B1; US7028722B2; DE60307114D1; US20050211331A1

Description

Gebiet der Erfindung
Eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks und ein Verfahren, das den Druck regelt und Leckagen in einem Kraftstoffsystem erkennt. Insbesondere eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks und ein Verfahren, das positiven Druck abbläst, zu starken negativen Druck ausgleicht, und den natürlich eintretenden Unterdruck der Dämpfe verwendet, um eine Leckerkennungsdiagnose durchzuführen.
Hintergrund der Erfindung
Herkömmliche Kraftstoffsysteme für Kraftfahrzeuge mit Kraftmaschinen mit innerer Verbrennung können einen Behälter umfassen, in dem Kraftstoffdämpfe aus einem Luftraum in einem Kraftstofftank gesammelt werden. Wenn der Kraftstofftank, der Behälter oder ein anderes Bauteil des Kraftstoffsystems eine Leckage aufweisen, könnten Kraftstoffdämpfe durch die Leckage austreten und an die Atmosphäre abgegeben werden, statt im Behälter gesammelt zu werden. Verschiedene Regierungsaufsichtsbehörden, z. B. die amerikanische Umweltschutzbehörde (Environmental Protection Agency) und die Luftreinhaltungskommission CARB der kalifornischen Umweltschutzbehörde (Air Resources Board of the California Environmental Protection Agency), haben Normen verkündet, die sich auf die Begrenzung von Kraftstoffdampfemissionen an die Atmosphäre beziehen. Folglich wird davon ausgegangen, dass ein Bedarf besteht, die Abgabe von Kraftstoffdämpfen an die Atmosphäre zu verhindern und eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Durchführung einer Leckerkennungsdiagnose bereitzustellen, um diesen Normen zu entsprechen.
Bei derartigen herkömmlichen Kraftstoffsystemen kann sich unmittelbar nach dem Abschalten des Motors ein Übermaß an Kraftstoffstoffdampf ansammeln, wodurch ein positiver Druck im System zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks entsteht. Zu starker negativer Druck in geschlossenen Kraftstoffsystemen kann unter einigen Betriebs- und atmosphärischen Bedingungen entstehen, wodurch es zu Spannungen an Bauteilen dieser Kraftstoffsysteme kommt. Somit wird davon ausgegangen, dass ein Bedarf besteht, den positiven Druck anzupassen oder „abzublasen" und einen zu starken negativen Druck anzupassen oder „auszugleichen". Ebenso wird davon ausgegangen, dass es wünschenswert ist, einen zu starken positiven Druck anzupassen, der beim Befüllen des Kraftstofftanks entstehen kann. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass ein Bedarf besteht, zu ermöglichen, dass beim Befüllen des Kraftstofftanks Luft mit einer hohen Strömungsrate, jedoch keine Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank austreten. Dies wird allgemein mit Onboard Refuelling Vapor Recovery (ORVR, Onboard-Kraftstoffdampfrückführung) bezeichnet.
WO 01/38716 offenbart eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs. US 5.265.577 offenbart ein Verfahren zur Prüfung der Funktionsfähigkeit eines Tankentlüftungssystems.
Zusammenfassung der Erfindung
Dementsprechend stellt die Erfindung eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bereit. Die vorliegende Erfindung stellt ferner ein Verfahren zur Fehlermeldungsverifizierung (Konsistenzanalyse) der Funktionsweise eines Systems zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks gemäß Anspruch 2 zur Verfügung. Die Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks steht in Fluidverbindung mit einem Luftraum eines Kraftstoffsystems, und das Kraftstoffsystem liefert Kraftstoff an eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung eines Fahrzeugs. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen einer Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die erkennt, wenn keine Leckage des Luftraums vorliegt, das Zählen einer Anzahl von Leckerkennungsprüfungen, die von der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks durchgeführt werden, das Zählen einer Anzahl von Ereignissen, bei denen die Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks erkennt, dass keine Leckage vorliegt, und Bewerten der Anzahl der Ereignisse bei einer ausgewählten Anzahl von Prüfungen.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen, die in diese Patentschrift einbezogen sind und einen Bestandteil derselben darstellen, zeigen die gegenwärtig bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung und dienen zusammen mit der oben gegebenen allgemeinen Beschreibung und der unten gegebenen ausführlichen Beschreibung zur Erklärung der Merkmale der Erfindung.
1 ist eine schematische Darstellung eines Kraftstoffsystems, das der ausführlichen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform entspricht, das eine Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks umfasst.
2A ist eine erste Darstellung im Schnitt der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in 1 dargestellt ist.
2B umfasst Darstellungen von Einzelheiten einer Dichtung für die Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in 2A gezeigt ist.
2C ist eine zweite Darstellung im Schnitt der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in 1 dargestellt ist.
3A ist eine schematische Darstellung einer Leckerkennungsanordnung der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in 1 dargestellt ist.
3B ist eine schematische Darstellung einer Unterdruckausgleichsanordnung der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in 1 dargestellt ist.
3C ist eine schematische Darstellung einer Druckabblasanordnung der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in 1 dargestellt ist.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das einen „Motor abgestellt"-Algorithmus beschreibt, um die Funktionsweise der in 1 dargestellten Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks auf Konsistenz zu prüfen.
Ausführliche Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Der Begriff „Atmosphäre", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, bezieht sich allgemein auf die Gashülle, die die Erde umgibt, und „atmosphärisch" bezieht sich allgemein auf eine Eigenschaft dieser Hülle.
Der Begriff „Druck", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, wird relativ zum atmosphärischen Umgebungsdruck gemessen. Somit bezieht positiver Druck sich auf einen Druck, der größer als der atmosphärische Umgebungsdruck ist, und bezieht negativer Druck oder „Unterdruck" sich auf einen Druck, der kleiner als der atmosphärische Umgebungsdruck ist.
Ferner bezieht der Begriff „Luftraum", wie er in dieser Beschreibung verwendet wird, sich auf das variable Volumen innerhalb eines Behälters, z. B. einem Kraftstofftank, das sich oberhalb der Oberfläche der Flüssigkeit, z. B. Kraftstoff, in dem Behälter befindet. Im Fall eines Kraftstofftanks für flüchtige Kraftstoffe, z. B. Benzin, können Dämpfe vom flüchtigen Kraftstoff im Luftraum des Kraftstofftanks vorhanden sein.
Es wird auf 1 Bezug genommen, in der ein Kraftstoffsystem 10, z. B. für einen Motor (nicht dargestellt), einen Kraftstofftank 12, eine Unterdruckquelle 14 wie etwa ein Einlasskrümmer eines Motors, ein Entlüftungsventil 16, einen Aktivkohlebehälter 18 und eine Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks umfasst.
Die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks führt eine Vielzahl von Funktionen aus einschließlich des Signalisierens 22, dass ein erstes vorgegebenes Druck- bzw. Unterdruckniveau vorhanden ist, eines „Unterdruckausgleichs" bzw. einer Anpassung von negativem Druck 24 bei einem Wert unterhalb des ersten vorgegebenen Druckniveaus und eines „Druckabblasens" bzw. einer Anpassung von positivem Druck 26 bei einem Wert oberhalb eines zweiten Druckniveaus.
Es sind ferner weitere Funktionen möglich. Beispielsweise kann die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks als Unterdruckregler verwendet werden, und sie kann in Verbindung mit dem Betrieb des Entlüftungsventils 16 und mit einem Algorithmus die Erkennung großer Leckagen im Kraftstoffsystem 10 durchführen. Eine derartige Erkennung großer Leckagen könnte genutzt werden, um bestimmte Zustände zu erkennen, etwa wenn ein Tankdeckel 12a nicht wieder am Kraftstofftank 12 angebracht wurde.
Es versteht sich von selbst, dass flüchtige Flüssigkraftstoffe, z. B. Benzin, unter bestimmten Bedingungen verdampfen können, etwa bei steigender Umgebungstemperatur, wodurch Kraftstoffdämpfe entstehen. Im Verlauf eines Abkühlens, dem das Kraftstoffsystem 10 unterliegt, z. B. nachdem der Motor abgeschaltet wurde, entsteht auf natürliche Weise ein Unterdruck durch das Abkühlen von Kraftstoffdämpfen und Luft, etwa im Luftraum des Kraftstofftanks 12 und im Aktivkohlebehälter 18. Gemäß der vorliegenden Beschreibung zeigt das Vorhandensein eines Unterdrucks auf einem ersten vorgegebenen Druckniveau an, dass die Dichtigkeit des Kraftstoffsystems 10 zufrieden stellend ist. Somit wird das Signalisieren 22 verwendet, um die Dichtigkeit des Kraftstoffsystems 10 anzuzeigen, d. h. dass keine nennenswerten Leckagen vorliegen. Demzufolge kann der Unterdruckausgleich 24 bei einem Druckniveau unter dem ersten vorgegebenen Druckniveau den Kraftstofftank 12 schützen, z. B. kann er Strukturverformungen aufgrund von Spannungen verhindern, die durch einen Unterdruck im Kraftstoffsystem 10 verursacht werden.
Nachdem der Motor abgeschaltet wurde, führt das Druckabblasen 26 dazu, dass, indem zu starker Druck aufgrund von Kraftstoffverdampfung abgeblasen wird, die Entstehung von Unterdruck beschleunigt wird, zu der es anschließend beim Abkühlen kommt. Das Druckabblasen 26 ermöglicht, dass im Kraftstoffsystem 10 befindliche Luft abgeblasen wird, während die Kraftstoffdämpfe zurückgehalten werden. In ähnlicher Weise ermöglicht das Druckabblasen 26 im Verlauf des Befüllens des Kraftstofftanks 12, dass Luft mit einer hohen Strömungsrate aus dem Kraftstofftank 12 austritt.
Mindestens zwei Vorteile werden bei einem System erzielt, das eine Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks umfasst. Erstens kann eine Leckerkennungsdiagnose für Kraftstofftanks aller Größen durchgeführt werden. Dieser Vorteil ist insofern wesentlich, als Systeme nach dem bisherigen Stand der Technik zur Leckerkennung bei bekannten Kraftstofftanks mit großem Fassungsvermögen, z. B. 455 1 (100 Gallonen) oder mehr, nicht wirksam waren. Zweitens ist die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks mit einer Reihe verschiedener Arten von Entlüftungsventilen kompatibel, einschließlich Digital- und Proportionalventilen zur Entlüftung.
2A zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die besonders zur Montage am Aktivkohlebehälter 18 geeignet ist. Die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks umfasst ein Gehäuse 30, das am Gehäuse des Aktivkohlebehälters 18 mit einem Bajonettverschluss 32 angebracht werden kann. Eine Dichtung (nicht dargestellt) kann zwischen dem Aktivkohlebehälter 18 und der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks angeordnet werden, um eine fluiddichte Verbindung bereitzustellen. Der Verschluss 32 ermöglicht in Kombination mit einem fingerartigen Schnappverschluss 33, dass die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks unkompliziert gewartet werden kann. Selbstverständlich können statt des dargestellten Bajonettverschlusses 32 auch andere Arten von Befestigungsmechanismen zwischen der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks und dem Gehäuse des Aktivkohlebehälters 18 verwendet werden. Zu den Beispielen für andere Befestigungsmechanismen gehören eine Gewindeverbindung und eine Teleskop-Steckverbindung.
Alternativ können der Aktivkohlebehälter 18 und das Gehäuse 30 fest miteinander verbunden werden (z. B. mit einem Kleber), oder das Gehäuse des Aktivkohlebehälters 18 und das Gehäuse 30 können durch ein Zwischenelement wie ein starres Rohr oder einen flexiblen Schlauch miteinander verbunden werden.
Das Gehäuse 30 definiert eine innere Kammer 31 und kann eine Baugruppe aus einem ersten Gehäuseteil 30a und einem zweiten Gehäuseteil 30b sein. Das erste Gehäuseteil 30a umfasst ein erstes Anschlussstück 36, das für einen Fluidaustausch zwischen dem Aktivkohlebehälter 18 und der inneren Kammer 31 sorgt. Das zweite Gehäuseteil 30b umfasst ein zweites Anschlussstück 38, das für einen Fluidaustausch, z. B. eine Entlüftung, zwischen der inneren Kammer 31 und der umgebenden Atmosphäre sorgt. Ein Filter (nicht dargestellt) kann zwischen dem zweiten Anschlussstück 38 und der umgebenden Atmosphäre angeordnet sein, um Verunreinigungen zu reduzieren, die während des Unterdruckausgleichs 24 oder während des Betätigens des Entlüftungsventils 16 in die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks gesaugt werden könnten.
Es ist im Allgemeinen wünschenswert, die Zahl der Gehäuseteile zu minimieren, um die Zahl potenziell undichter Stellen zu reduzieren, d. h. zwischen Gehäuseteilen, die abgedichtet werden müssen.
Ein Vorteil der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks ist ihre kompakte Größe. Das von der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks benötigte Volumen einschließlich der inneren Kammer 31 ist kleiner als das aller anderen bekannten Leckerkennungsvorrichtungen, von denen die kleinste mehr als 240 cm³ einnimmt. Das heißt, dass die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks vom ersten Anschlussstück 36 bis zum zweiten Anschlussstück 38 und einschließlich der inneren Kammer 31 weniger als 240 cm² benötigt. Insbesondere nimmt die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks ein Volumen von weniger als 100 cm³ ein. Diese verringerte Größe gegenüber bekannten Leckerkennungsvorrichtungen ist bei den gegebenen begrenzten Raumverhältnissen in heutigen Kraftfahrzeugen wesentlich.
Eine druckbetätigte Vorrichtung 40 kann die innere Kammer 31 in einen ersten Bereich 31a und einen zweiten Bereich 31b unterteilen. Der erste Bereich 31a steht über das erste Anschlussstück 36 in Fluidaustausch mit dem Aktivkohlebehälter 18 und der zweite Bereich 31b steht über das zweite Anschlussstück 38 in Fluidaustausch mit der umgebenden Atmosphäre.
Die druckbetätigte Vorrichtung 40 umfasst eine Ventilklappe 42, eine Dichtung 50 und ein Federelement 60. Während des Signalisierens 22 bilden die Ventilklappe 42 und die Dichtung 50 miteinander eine dicht schließende Verbindung, um einen Fluidaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussstück 36, 38 zu verhindern. Während des Unterdruckausgleichs 24 bilden die Ventilklappe 42 und die Dichtung 50 miteinander eine dicht schließende Verbindung, um einen eingeschränkten Fluidstrom vom zweiten Anschlussstück 38 zum ersten Anschlussstück 36 zu ermöglichen. Während des Druckabblasens 26 trennen die Ventilklappe 42 und die Dichtung 50 sich voneinander, um einen im Wesentlichen uneingeschränkten Fluidstrom vom ersten Anschlussstück 36 zum zweiten Anschlussstück 38 zu ermöglichen.
Die druckbetätigte Vorrichtung 40 kann mit ihren verschiedenen Anordnungen von Ventilklappe 42 und Dichtung 50 als in zwei Richtungen wirkendes Rückschlagventil betrachtet werden. Das heißt, dass, wenn eine erste Menge von Bedingungen erfüllt ist, die druckbetätigte Vorrichtung 40 einen Fluidstrom entlang eines Pfads in einer Richtung ermöglicht, und bei Vorliegen einer zweiten Menge von Bedingungen dieselbe druckbetätigte Vorrichtung 40 einen Fluidstrom entlang desselben Pfads in entgegengesetzter Richtung ermöglicht. Das Volumen des Fluidstroms während des Druckabblasens 26 kann drei- bis zehnmal größer als das Volumen des Fluidstroms während des Unterdruckausgleichs 24 sein.
Die druckbetätigte Vorrichtung 40 arbeitet ohne elektromechanischen Aktuator wie etwa einem Magnet, der in einer bekannten Leckerkennungsvorrichtung verwendet wird, um ein Fluidstrom-Regelventil kontrolliert zu betätigen. Somit kann die Funktion der druckbetätigten Vorrichtung 40 ausschließlich mittels des Druckunterschieds zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussstück 36, 38 gesteuert werden. Vorzugsweise werden alle Funktionen der druckbetätigten Vorrichtung 40 durch Fluiddrucksignale gesteuert, die auf eine Seite, d. h. die Seite des ersten Anschlussstücks 36, der druckbetätigten Vorrichtung 40 einwirken.
Die druckbetätigte Vorrichtung 40 arbeitet ferner ohne Membran. Eine derartige Membran wird in der bekannten Leckerkennungsvorrichtung verwendet, um eine innere Kammer zu unterteilen und das Fluidstrom-Regelventil zu betätigen. Somit trennt die druckbetätigte Vorrichtung 40 ausschließlich und dann nur intermittierend die innere Kammer 31 ab. Das heißt, dass höchstens zwei Bereiche der inneren Kammer 31 durch das Gehäuse 30 definiert werden.
Die Ventilklappe 42 ist vorzugsweise eine im Wesentlichen starre Scheibe mit geringer Dichte, durch die der Fluidstrom blockiert wird. Die Ventilklappe 42 kann flach oder z. B. mit Konturen ausgebildet sein, um die Steifigkeit zu erhöhen oder die Wechselwirkungen mit anderen Bauteilen der druckbetätigten Vorrichtung 40 zu erleichtern.
Die Ventilklappe 42 kann eine allgemein kreisförmige Form aufweisen, die im Wechsel angeordnete Zungen 44 und Einschnitte 46 am Umfang der Ventilklappe 42 umfasst. Die Zungen 44 können die Ventilklappe 42 im zweiten Gehäuseteil 30b zentrieren und die Bewegung der Ventilklappe 42 entlang einer Achse A führen. Die Einschnitte 46 können einen Fluidstrompfad um die Ventilklappe 42 bereitstellen, z. B. während des Unterdruckausgleichs 24 oder während des Druckabblasens 26. Es ist eine Vielzahl von im Wechsel angeordneten Zungen 44 und Einschnitten 46 dargestellt, es könnte allerdings eine beliebige Zahl von Zungen 44 oder Einschnitten 46 vorhanden sein einschließlich null wie bei einer Scheibe mit einem kreisförmigen Umfang. Es können selbstverständlich andere Formen und Ausgestaltungen für die Ventilklappe 42 verwendet werden.
Die Ventilklappe 42 kann aus einem Metall (z. B. Aluminium), einem Kunststoff (z. B. Nylon) oder einem anderen Material hergestellt sein, das undurchlässig für Kraftstoffdämpfe ist, eine geringe Dichte aufweist, im Wesentlichen starr ist und eine glatte Oberflächenbeschaffenheit aufweist. Die Ventilklappe 42 kann mittels Stanzen, Gießen oder Formen hergestellt werden. Es können selbstverständlich andere Materialien und Herstellungsverfahren für die Ventilklappe 42 verwendet werden.
Die Dichtung 50 kann eine ringförmige Form mit einem Wulst 52 und einer Lippe 54 aufweisen. Der Wulst 52 kann zwischen dem ersten Gehäuseteil 30a und dem zweiten Gehäuseteil 30b fixiert sein und das erste Gehäuseteil 30a gegenüber dem zweiten Gehäuseteil 30b abdichten. Die Lippe 54 kann vom Wulst 52 sowohl radial nach innen ragend und in unverformtem Zustand, d. h. wie sie geformt oder auf andere Weise hergestellt wurde, als auch in einem Winkel zur Achse A hervorragen. Somit hat die Lippe 54 vorzugsweise die Form eines hohlen Kegelstumpfs. Die Dichtung 50 kann aus jedem Material hergestellt sein, das ausreichend elastisch ist, um viele Biegezyklen zwischen unverformtem und verformtem Zustand der Dichtung 50 zu ermöglichen.
Vorzugsweise ist die Dichtung 50 aus Kautschuk oder einem Kunststoff geformt, z. B. Nitrilen oder Fluorsilikonen. Noch stärker bevorzugt wird, dass die Dichtung eine Härte von ca. 50 Durometer (Shore A) aufweist, selbstschmierend ist oder eine reibungsmindernde Beschichtung aufweist, z. B. Polytetrafluorethylen.
2B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform der Dichtung 50 einschließlich der relativen Proportionen der verschiedenen Merkmale. Vorzugsweise ist diese beispielhafte Ausführungsform der Dichtung 50 aus Santoprene 123-40 hergestellt.
Das Federelement 60 spannt die Ventilklappe 42 zur Dichtung 50 vor. Das Federelement 60 kann eine Schraubenfeder sein, die zwischen der Ventilklappe 42 und dem zweiten Gehäuseteil 30b angeordnet ist. Vorzugsweise ist eine solche Schraubenfeder mittig um die Achse A angeordnet.
Verschiedene Ausführungsformen des Federelements 60 können mehr als eine Schraubenfeder, eine Blattfeder oder einen elastischen Block umfassen. Die verschiedenen Ausführungsformen können ferner verschiedene Materialien beinhalten, z. B. Metalle oder Kunststoffe. Ferner kann das Federelement 60 anders angeordnet sein, z. B. kann es zwischen dem ersten Gehäuseteil 30a und der Ventilklappe 42 positioniert sein.
Es ist ferner möglich, das Gewicht der Ventilklappe 42 in Kombination mit der Schwerkraft einzusetzen, um die Ventilklappe 42 an die Dichtung 50 anzulegen. Die von dem Federelement 60 bereitgestellte Vorspannkraft könnte indessen reduziert oder es könnte ganz darauf verzichtet werden.
Das Federelement 60 stellt eine Vorspannkraft bereit, die kalibriert werden kann, um den Wert des ersten vorgegebenen Druckniveaus einzustellen. Die Konstruktion des Federelements 60, insbesondere die Federrate und Länge des Federelements, kann so ausgeführt werden, dass der Wert des zweiten vorgegebenen Druckniveaus eingestellt wird.
Ein Sensor bzw. Schalter 70 kann das Signalisieren 22 durchführen. Vorzugsweise betätigt die Bewegung der Ventilklappe 42 entlang der Achse A den Schalter 70. Der Schalter 70 kann einen ersten Kontakt umfassen, der in Bezug auf ein Gehäuse 72 und einen beweglichen Kontakt 74 angebracht ist. Das Gehäuse 72 kann bezüglich des Gehäuses 30 angebracht sein, z. B. das erste Gehäuseteil 30a, und die Bewegung der Ventilklappe 42 bewegt den beweglichen Kontakt 74 in Bezug auf das Gehäuse 72, wodurch ein Stromkreis geschlossen oder geöffnet wird, in dem der Schalter 70 angeschlossen ist. Im Allgemeinen wird der Schalter 70 so gewählt, dass er eine minimale Betätigungskraft benötigt, z. B. 50 g oder weniger, um den beweglichen Kontakt 74 in Bezug auf das Gehäuse 72 zu bewegen.
Verschiedene Ausführungsformen des Schalters 70 können Magnet-Näherungsschalter, piezoelektrische Berührungssensoren oder eine andere Art von Vorrichtung umfassen, die in der Lage ist, zu signalisieren, dass die Ventilklappe 42 sich in eine vorgesehene Position bewegt hat, oder dass die Ventilklappe 42 mit einer vorgegebenen Kraft auf den beweglichen Kontakt 74 einwirkt.
Es wird nun auf 2C Bezug genommen, in der eine alternative Ausführungsform 20' der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks gezeigt wird. Im Vergleich zu 2A stellt die Vorrichtung 20' zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks ein alternatives zweites Gehäuseteil 30b' und eine alternative Ventilklappe 42' zur Verfügung. Ansonsten werden dieselben Bezugszeichen verwendet, um ähnliche Teile der beiden Ausführungsformen 20 und 20' der Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks zu kennzeichnen.
Das zweite Gehäuseteil 30b' umfasst eine Wand 300, die in die Kammer 31 ragt und umlaufend um die Achse A angeordnet ist. Die Ventilklappe 42' umfasst mindestens eine Sicke 420, die ebenfalls umlaufend um die Achse A angeordnet ist. Die Wand 300 und die mindestens eine Sicke 420 sind so dimensioniert und zueinander angeordnet, dass die Sicke 420 die Wand 300 teleskopartig aufnimmt, wenn die Ventilklappe 42' sich entlang der Achse A bewegt, d. h. eine Dämpfungsanordnung bereitgestellt wird. Die Wand 300 und die mindestens eine Sicke 420 sind vorzugsweise gerade Kreiszylinder.
Die Wand 300 und die mindestens eine Sicke 420 definieren zusammen eine Unterkammer 310 in der Kammer 31'. Die Bewegung der Ventilklappe 42' entlang der Achse A führt zu einer Fluidverdrängung zwischen der Kammer 31' und der Unterkammer 310. Diese Fluidverdrängung hat die Wirkung einer Resonanzdämpfung der Ventilklappe 42'. Eine Dosieröffnung (nicht dargestellt) könnte vorgesehen werden, um einen definierten Strömungskanal für die Verdrängung des Fluids zwischen der Kammer 31' und der Unterkammer 310' zu definieren.
Wie in 2C dargestellt, kann die Ventilklappe 42' zusätzliche Sicken aufweisen, die die Steifigkeit der Ventilklappe 42' erhöhen, insbesondere in den Bereichen an den Kontaktflächen mit der Dichtung 50 und dem Federelement 60.
Das Signalisieren 22 erfolgt, wenn ein Unterdruck mit einem ersten vorgegebenen Druckniveau am ersten Anschlussstück 36 herrscht. Während des Signalisierens 22 bilden die Ventilklappe 42 und die Dichtung 50 miteinander eine dicht schließende Verbindung, um einen Fluidaustausch zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussstück 36, 38 zu verhindern.
Die Kraft, die als Ergebnis eines Unterdrucks am ersten Anschlussstück 36 erzeugt wird, führt dazu, dass die Ventilklappe 42 zum ersten Gehäuseteil 30a bewegt wird. Dieser Verschiebung wird von der elastischen Verformung der Dichtung 50 entgegengewirkt. Beim ersten vorgegebenen Druckniveau, z. B. einem Unterdruck von 25 mm (einem Zoll) Wassersäule relativ zum atmosphärischen Druck [ca. 2,5 mbar], betätigt die Bewegung der Ventilklappe 42 den Schalter 70, wodurch ein Stromkreis geöffnet oder geschlossen wird, der von einer elektronischen Steuerung 74 überwacht werden kann. Wenn der Unterdruck reduziert wird, d. h. der Druck am ersten Anschlussstück 36 über das erste vorgegebene Druckniveau ansteigt, drückt die Federwirkung der Dichtung 50 die Ventilklappe 42 vom Schalter 70 weg, wodurch der Schalter 70 zurückgesetzt wird.
Während des Signalisierens 22 wirken gleichzeitig mehrere Kräfte, d, h. die Kraft infolge des Unterdrucks am ersten Anschlussstück 36 und die Vorspannkraft des Federelements 60, auf die Ventilklappe 42 ein. Diese kombinierten Kräfte bewegen die Ventilklappe 42 entlang der Achse A in eine Position, die die Dichtung 50 in einer im Wesentlichen symmetrischen Weise verformt. Diese Anordnung von Ventilklappe 42 und Dichtung 50 ist in 3A schematisch dargestellt. Insbesondere ist die Ventilklappe 42 in ihre äußerste Position gegen den Schalter 70 ausgelenkt, und die Lippe 54 wird im Wesentlichen gleichmäßig gegen die Ventilklappe 42 gedrückt, so dass vorzugsweise ein ringförmiger Kontakt zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42 besteht.
Während die Dichtung 50 während des Signalisierens 22 verformt wird, gleitet die Lippe 54 an der Ventilklappe 42 entlang und führt eine Reinigungsfunktion aus, indem Ablagerungen abgestreift werden, die möglicherweise auf der Ventilklappe 42 vorhanden sind.
Der Unterdruckausgleich 24 erfolgt, wenn der Druck am ersten Anschlussstück 36 weiter abfällt, d. h. der Druck unter das erste vorgegebene Druckniveau sinkt, das den Schalter 70 betätigt. Auf einem bestimmten Unterdruckniveau, das unterhalb des ersten vorgegebenen Druckniveaus liegt, z. B. einem Unterdruck von 150 mm (sechs Zoll) Wassersäule relativ zum atmosphärischen Druck [ca. 15 mbar], verformt der auf die Dichtung 50 wirkende Unterdruck die Lippe 54, so dass sie sich zumindest teilweise von der Ventilklappe 42 trennt.
Es wird davon ausgegangen, dass während des Unterdruckausgleichs 24 der Unterdruckausgleich 24 zumindest anfänglich dazu führt, dass sich die Dichtung 50 in asymmetrischer Weise verformt. Diese Anordnung von Ventilklappe 42 und Dichtung 50 ist in 3B schematisch dargestellt. Ein dünner ausgebildeter Abschnitt der Dichtung 50 könnte die Fortpflanzung der Verformung erleichtern. Wenn der Druck unter das erste vorgegebene Druckniveau absinkt, führt insbesondere die auf die Dichtung 50 wirkende Kraft infolge des Unterdrucks zumindest anfänglich zu einem Spalt zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42. Das heißt, dass sich ein Teil der Lippe 54 so von der Ventilklappe 42 abhebt, dass es zu einer Trennung des ringförmigen Kontakts zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42 kommt, der während des Signalisierens 22 zustande gekommen war. Die Kraft infolge des Unterdrucks, die auf die Dichtung 50 wirkt, wird verringert, wenn ein Fluid, z. B. Umgebungsluft, von der Atmosphäre durch das zweite Anschlussstück 38, durch den Spalt zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42, durch das erste Anschlussstück 36 und in den Behälter 18 fließt.
Der Fluidstrom, der während des Unterdruckausgleichs 24 entsteht, wird durch die Größe des Spalts zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42 begrenzt. Es wird davon ausgegangen, dass die Größe des Spalts zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42 abhängig ist vom Druckniveau unterhalb des ersten vorgegebenen Druckniveaus. Somit wird lediglich ein kleiner Spalt ausgebildet, um einen Druck anzupassen, der geringfügig unterhalb des ersten vorgegebenen Druckniveaus liegt, und es wird ein größerer Spalt ausgebildet, um einen Druck anzupassen, der wesentlich niedriger als das erste vorgegebene Druckniveau ist. Diese Größenänderung des Spalts wird gemäß der Konstruktion der Lippe 54 von der Dichtung 50 selbsttätig durchgeführt, und es wird davon ausgegangen, dass sie Schwingungen verhindert, zu denen es durch das wiederholte Trennen der Dichtung 50 von der Ventilklappe 42 und das erneute Bilden einer Verbindung zwischen Dichtung 50 und Ventilklappe 42 kommt. Zu solchen Schwingungen könnte es kommen, wenn die Kraft infolge des Unterdrucks während des Trennens von Dichtung 50 und Ventilklappe 42 für einen Augenblick reduziert wird, sich aber wieder aufbaut, sobald die Dichtung 50 wieder vollständigen Kontakt mit der Ventilklappe 42 hat.
Es wird nun auf 3C Bezug genommen, in der das Druckabblasen 26 erfolgt, wenn am ersten Anschlussstück 36 ein positiver Druck oberhalb eines zweiten vorgegebenen Druckniveaus herrscht. Zum Beispiel kann das Druckabblasen 26 erfolgen, wenn der Tank 12 befüllt wird. Während des Druckabblasens 26 wird die Ventilklappe 42 so gegen die Vorspannkraft des Federelements 60 verschoben, dass die Ventilklappe 42 mit einem Abstand zur Lippe 54 angeordnet wird. Das heißt, dass die Ventilklappe 42 sich vollständig von der Lippe 54 trennt, so dass der ringförmige Kontakt zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42 aufgehoben wird, der während des Signalisierens 22 zustande gekommen war. Diese Trennung der Ventilklappe 42 von der Dichtung 50 ermöglicht, dass die Lippe 54 eine nicht verformte Form annimmt, d. h. sie wieder die Ausgangsform annimmt, mit der sie ursprünglich hergestellt wurde. Der Druck auf dem zweiten vorgegebenen Druckniveau wird angepasst, wenn ein Fluid vom Behälter 18 durch das erste Anschlussstück 36, durch den Spalt zwischen der Lippe 54 und der Ventilklappe 42, durch das zweite Anschlussstück 38 und an die Atmosphäre fließt.
Der Fluidstrom, der während des Druckabblasens 26 entsteht, ist im Wesentlichen uneingeschränkt vom Spalt zwischen der Ventilklappe 42 und der Lippe 54. Das heißt, dass der Spalt zwischen der Ventilklappe 42 und der Lippe 54 eine äußerst geringfügige Behinderung des Fluidstroms zwischen dem ersten und dem zweiten Anschlussstück 36, 38 darstellt.
Mindestens vier Vorteile werden durch die Funktionen erzielt, die von der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks ausgeführt werden. Erstens wird eine Leckerkennungsdiagnose mittels Unterdrucküberwachung während des natürlich eintretenden Abkühlens, z. B. nach dem Abschalten des Motors, zur Verfügung gestellt. Zweitens wird ein Ausgleich für einen Unterdruck unterhalb des ersten vorgegebenen Druckniveaus bereitgestellt und ein Abblasen für einen Überdruck oberhalb des zweiten vorgegebenen Druckniveaus bereitgestellt. Drittens stellt der Unterdruckausgleich eine betriebssichere Entlüftung des Behälters 18 bereit. Ferner reguliert viertens das Druckabblasen 26 den Druck im Kraftstofftank 12 für jeden Fall, in dem der Motor abgeschaltet wird, wodurch die Höhe des positiven Drucks im Kraftstofftank 12 begrenzt wird, was ermöglicht, dass der Unterdruckeffekt beim Abkühlen früher eintritt.
Die Erfinder haben festgestellt, dass es wünschenswert ist, eine Konsistenzanalyse durchzuführen, ob die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks korrekt funktioniert. Insbesondere haben die Erfinder festgestellt, dass es notwendig ist, die Funktionsweise der Bauteile der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks auf Konsistenz zu prüfen, um Falsch-Positivmeldungen für eine Leckage im Kraftstoffsystem 10 verhindern. Wenn keine Konsistenzanalyse vorhanden ist, kann eine Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die nicht korrekt funktioniert, z. B. aufgrund eines Fehlers des Schalters 70, anzeigen, dass eine Leckage im Kraftstoffsystem 10 vorhanden ist, obwohl tatsächlich keine Leckage vorhanden ist, sondern der Schalter 70 einfach nicht betätigt werden kann.
Auf Basis der von den Erfindern gesammelten empirischen Daten haben die Erfinder festgestellt, dass der Schalter 70 innerhalb eines gegebenen Zeitintervalls bei einer gegebenen Anzahl von Prüfungen mindestens einmal betätigt wird. Zum Beispiel wurden Daten zur Anzahl der Betätigungsereignisse des Schalters 70 nach dem Abschalten eines Motors in Fünf-Minuten-Intervallen erfasst: Der Schalter 70 wurde bei 43,23 Prozent von 2232 Prüfungen innerhalb von fünf Minuten nach dem Abschalten des Motors betätigt, der Schalter 70 wurde bei 71,47 Prozent von 2201 Prüfungen innerhalb von zehn Minuten nach dem Abschalten des Motors betätigt, der Schalter wurde bei 77,42 Prozent von 2195 Prüfungen innerhalb von fünfzehn Minuten nach dem Abschalten des Motors betätigt, der Schalter 70 wurde bei 82,41 Prozent von 2189 Prüfungen innerhalb von zwanzig Minuten nach dem Abschalten des Motors betätigt, und der Schalter 70 wurde bei 83,87 Prozent von 2189 Prüfungen innerhalb von fünfundzwanzig Minuten nach dem Abschalten des Motors betätigt.
Demnach ist es gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung alle zehn Mal folgerichtig, die ein Motor abgeschaltet wird, dass der Schalter 70 mindestens einmal innerhalb des ersten Zehn-Minuten-Intervalls betätigt werden sollte, nach jedem Fall, in dem der Motor abgeschaltet wird. Für den Fall, dass der Schalter 70 in keinem der ersten Zehn-Minuten-Intervalle abgeschaltet wird, die den betreffenden zehn Malen folgen, die der Motor abgeschaltet wird, kann die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks ein Signal ausgeben, dass eine Störung der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks vorliegt. Ein solches Signal kann verwendet werden, um anzuzeigen, dass eine Positivmeldung für eine Leckage im Kraftstoffsystem 10 während der zehn Prüfungen eine Falsch-Positivmeldung sein kann, oder um den Fahrer zu warnen, dass die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks gewartet werden muss, z. B. indem eine Störungsanzeigeleuchte aufleuchtet, die in der Instrumententafel eines Kraftfahrzeugs angebracht ist.
Selbstverständlich kann die Konsistenzanalyse gemäß der vorliegenden Erfindung darauf basieren, dass mindestens eine Betätigung des Schalters 70 nach weniger als zehn Malen erfolgt, die der Motor abgeschaltet wird, oder dass zwei oder mehr Betätigungen des Schalters 70 bei zehn Prüfungen erforderlich sind, oder dass das Prüfintervall, das auf jeden Fall folgt, in dem der Motor abgeschaltet wird, kürzer oder länger als zehn Minuten gestaltet wird.
Es wird ferner auf 4 Bezug genommen, eine bevorzugte Ausführungsform eines Motor-abgestellt-Algorithums, der das Abstellen 100 des Motors umfasst und das Feststellen 110, ob der Schalter 70 betätigt wurde. Falls der Schalter 70 nicht betätigt wurde, erfolgt das Feststellen 120, ob seit dem Abstellen 100 des Motors zehn Minuten vergangen sind; ist das nicht der Fall, wird das Feststellen 110 wiederholt, bis zehn Minuten vergangen sind. Falls die Antwort auf das Feststellen 120 „ja" ist, wird ein Zähler zur Zählung des Nichtbetätigens des Schalters 70 um 1 erhöht 130. Falls der Schalter 70 jedoch betätigt wurde, wird der Zähler zur Zählung des Nichtbetätigens des Schalters 70 auf Null 140 zurückgesetzt.
Die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks führt die Leckerkennungsprüfung 150 durch, nachdem entweder auf Null 140 zurückgesetzt wurde oder festgestellt 160 wurde, dass der Zähler zur Zählung des Nichtbetätigens des Schalters 70 noch nicht auf zehn hochgezählt worden ist. Wenn allerdings das Feststellen 160 „zehn" als Ergebnis hat, signalisiert 170 die Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, dass bei der Vorrichtung 20 zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks eine Fehlfunktion vorliegt. Der Erfolg oder Misserfolg der Leckerkennungsprüfung 150 wird festgestellt 180 und der Zähler zur Zählung des Nichtbetätigens des Schalters 70 wird auf Null 140' zurückgesetzt bzw. die Prüfung 150 wird erneut durchgeführt.

Claims

Vorrichtung (20) zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die ein Gehäuse (30) umfasst, das eine innere Kammer (31) definiert; eine druckbetätigte Vorrichtung (40), die die innere Kammer (31) in einen ersten (31a) und einen zweiten (31b) Bereich unterteilt, wobei die druckbetätigte Vorrichtung (40) eine Ventilklappe (42) umfasst, die entlang einer Achse (A) beweglich ist, ein Federelement (60) und eine Dichtung (50), die aus einem Wulst (52) und einer radial nach innen ragenden Lippe (54) besteht, wobei die Dichtung (50) so beschaffen ist, dass sie eine dicht schließende Verbindung mit der Ventilklappe (42) bildet, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Anordnung (22) der druckbetätigten Vorrichtung (40) während der Leckerkennungsprüfung eintritt, wenn ein erstes negatives Druckniveau in einem ersten Bereich (31a) relativ zu einem zweiten Bereich (31b) herrscht, so dass die Ventilklappe sich entlang ihrer Achse (A) in eine Stellung bewegt, durch die die Dichtung (50) in einer im Wesentlichen symmetrischen Weise verformt wird und die Lippe (54) der Dichtung (50) im Wesentlichen gleichmäßig gegen die Ventilklappe (42) gedrückt wird, wobei die Dichtung (50) sich in einem ersten verformten Zustand befindet, wobei eine zweite Anordnung (24) der druckbetätigten Vorrichtung (40) einen ersten Fluidstrom vom zweiten Bereich (31b) zum ersten Bereich (31a) ermöglicht, wenn die Dichtung (50) sich in einem zweiten verformten Zustand befindet, so dass die Dichtung (50) sich in einer asymmetrischen Weise verformt, um einen Spalt zwischen der Lippe (54) und der Ventilklappe (42) zu bewirken, und wobei eine dritte Anordnung (26) der druckbetätigten Vorrichtung (40) einen zweiten Fluidstrom vom ersten Bereich (31a) zum zweiten Bereich (31b) ermöglicht, wenn die Lippe (54) der Dichtung (50) sich in einem unverformten Zustand befindet und die Ventilklappe so gegen die Vorspannkraft des Federelements (60) verschoben wird, dass die Ventilklappe (42) mit einem Abstand zur Lippe (54) angeordnet wird, und ein Sensor (70) die erste Anordnung (22) der druckbetätigten Vorrichtung (40) während der Leckerkennungsprüfung erkennt.
Verfahren zur Konsistenzanalyse der Funktionsweise einer Vorrichtung zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die in Fluidverbindung mit einem Luftraum eines Kraftstoffsystems steht, wobei das Kraftstoffsystem Kraftstoff an eine Kraftmaschine mit innerer Verbrennung liefert, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer Vorrichtung (20) nach Anspruch 1; Bereitstellen einer Vorrichtung (20) zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks, die erkennt, wenn keine Leckagen des Luftraums vorliegen; Zählen einer Anzahl von Leckerkennungsprüfungen, die von der Vorrichtung (20) zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks durchgeführt werden; Zählen einer Anzahl von Ereignissen, bei denen die Vorrichtung (20) zur Regelung des Kraftstoffdampfdrucks erkennt, dass keine Leckage vorliegt; und Bewerten der Anzahl der Ereignisse innerhalb einer ausgewählten Anzahl von Prüfungen.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bewerten das Ermitteln eines statistischen Mittelwerts von Motorbetriebsereignissen umfasst, wenn der Fall eintritt, dass keine Leckage vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bestimmen des statistischen Mittelwerts die empirische Erfassung einer Anzahl der Ereignisse umfasst, wenn keine Leckage vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Bewerten das Ermitteln eines statistischen Mittelwerts einer Anzahl von Ereignissen umfasst, wenn innerhalb eines ausgewählten Zeitintervalls, nachdem der Motor abgestellt wurde, keine Leckage vorhanden ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das ausgewählte Zeitintervall mindestens fünf Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei das ausgewählte Zeitintervall mindestens zehn Minuten beträgt.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Zeitintervall auf Basis eines statistischen Mittelwerts ausgewählt wird, der größer als 50 Prozent ist.
Verfahren nach Anspruch 2, das ferner folgende Schritte umfasst: Melden einer Störung, wenn das Ereignis bei der ausgewählten Anzahl von Prüfungen keinmal eintritt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die ausgewählte Anzahl von Prüfungen zehn ist.