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EP0778920A1 - Pumpvorrichtung für ein brennstoffverdunstungs-rückhaltesystem und brennstoffverdunstungs-rückhaltesystem - Google Patents

Pumpvorrichtung für ein brennstoffverdunstungs-rückhaltesystem und brennstoffverdunstungs-rückhaltesystem

Info

Publication number
EP0778920A1
EP0778920A1 EP96913460A EP96913460A EP0778920A1 EP 0778920 A1 EP0778920 A1 EP 0778920A1 EP 96913460 A EP96913460 A EP 96913460A EP 96913460 A EP96913460 A EP 96913460A EP 0778920 A1 EP0778920 A1 EP 0778920A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
valve
fuel tank
valves
shut
pump device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
EP96913460A
Other languages
English (en)
French (fr)
Other versions
EP0778920B1 (de
Inventor
Andreas Blumenstock
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP0778920A1 publication Critical patent/EP0778920A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP0778920B1 publication Critical patent/EP0778920B1/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F02M25/0809—Judging failure of purge control system
    • F02M25/0818—Judging failure of purge control system having means for pressurising the evaporative emission space

Definitions

  • the invention relates to a pump device for a fuel evaporation retention system or a fuel evaporation retention system according to the preamble of claim 1 or claim 5.
  • a pump device is already known (WO 94/15090) which is provided for leak testing of a fuel evaporation retention system is to use the pump device to supply a defined air volume to a fuel tank of the internal combustion engine via a ventilation connection of an adsorption filter, so that an increase in pressure is brought about.
  • Fuel evaporation retention system a regeneration valve which is provided between the adsorption filter and an intake pipe of the internal combustion engine in order to introduce the fuel vapor temporarily stored in the adsorption filter into the intake pipe by means of the regeneration valve.
  • the pump device specified in the prior art has a pump membrane, which is alternately acted upon by negative pressure and ambient pressure for the drive.
  • the vacuum is from the running engine Intake pipe of the internal combustion engine removed via a vacuum hose and fed via a switching valve, which is designed, for example, in the form of an electromagnetic valve, to a pump chamber of the pump device delimited by the switching valve and the pump membrane.
  • Switching the switching valve is alternately set vacuum and ambient pressure in the pump room.
  • the pump diaphragm moves upwards against the pressure force of a pump spring, air flowing from a supply line into a delivery chamber opposite the pump chamber, which is closed off by the pump diaphragm and two shut-off valves, a vacuum valve and a pressure relief valve.
  • the pump membrane moves in the opposite direction, supported by the pressure force of the pump spring, the air enclosed in the pump chamber being compressed.
  • the pressure relief valve opens, so that the ambient air compressed in the delivery chamber can flow via the delivery line into a ventilation line of the adsorption filter in order to increase the pressure in the fuel tank.
  • the shut-off valve connected between the feed line and the delivery line parallel to the shut-off valves assume a closed position in which a connection of the feed line to the delivery line is interrupted. If no operation of the pump device or no leak test of the fuel evaporation retention system is provided, the shut-off valve remains in an open position in order to introduce ambient air into the adsorption filter for regeneration thereof, for example via an ambient air filter provided on the supply line, in the open position.
  • a pump device providing an overpressure for the leak test is also known from WO 94/17298, at a blower motor is provided as a pump device.
  • the blower motor is connected to a ventilation connection of the adsorption filter via a line and a check valve.
  • An electromagnetically actuated shut-off valve is also provided at the ventilation connection and is connected to the line parallel to the blower motor. When the blower motor is operating, the shut-off valve assumes a closed position, so that an excess pressure can be built up in the fuel tank by means of the blower motor.
  • a common feature of all such pump devices, which provide an overpressure for the leak test according to the method described above, is that a connection on the adsorption filter to the surroundings remains closed for the duration of the diagnosis.
  • this increases the risk that, in the event of a malfunction of the shut-off valve, which remains permanently in a closed position, for example due to jamming, the fuel tank is gradually evacuated by the negative pressure of the intake pipe when the regeneration valve is opened.
  • the vacuum can reach values in the fuel tank that exceed a maximum vacuum that is permissible for the fuel tank, so that the fuel tank can be destroyed.
  • protective valves are usually attached to the fuel tank, which consist of an overpressure and a vacuum protection valve in order to open at a certain overpressure or under a certain underpressure in the fuel evaporation retention system, so that a pressure equalization with the environment takes place.
  • protective valves are generally not operated at all and only in the event of a fault, for example when the shut-off valve is jammed, which, however, entails the risk that they will not work due to the long period of non-use, for example due to contamination or gluing, so that it in the worst case, damage to the fuel tank and the escape of fuel into the environment can occur.
  • the pump device according to the invention or the fuel evaporation retention system according to the invention with the characterizing features of claim 1 or claim 5 has the advantage that, without making major design changes to already existing pumping devices, the fuel tank is protected in a simple manner from excessive, negative pressures damaging the fuel tank is possible.
  • a protective valve arrangement with a vacuum protection valve provided, for example, on the fuel tank, which has been customary in the prior art, can be dispensed with, which results in a cost saving.
  • the protective valves are also checked for their functionality by means of the pump device, so that a malfunction of the protective valves can be determined immediately, which prevents damage to the fuel tank due to defective protective valves with a very high degree of certainty.
  • a fuel evaporation restraint system for an internal combustion engine (not shown in more detail), which is equipped with a pump device 2 according to the invention which is illustrated in a schematically simplified function and which builds up an overpressure in the fuel evaporation restraint system 1 for diagnostic purposes.
  • the fuel evaporation retention system 1 further comprises a fuel tank 4 for supplying the internal combustion engine with fuel and an adsorption filter 6 connected to the fuel tank 4 via a tank line 5.
  • the adsorption filter 6 is filled with an adsorption medium, in particular with activated carbon, and via a connecting line 9 with a Regeneration valve 10 connected, which is connected via a valve line 11 to an intake pipe 12 of the internal combustion engine.
  • the valve line 11 opens, for example, downstream of a throttle valve 14 which is rotatably introduced into the intake pipe 12 of the internal combustion engine and in which an air or a fuel-air mixture flows in the direction of an arrow 15.
  • a throttle valve 14 which is rotatably introduced into the intake pipe 12 of the internal combustion engine and in which an air or a fuel-air mixture flows in the direction of an arrow 15.
  • Vacuum in the intake pipe 12 is sucked in via a ventilation connection 17 provided on the adsorption filter 6, so that the fuel temporarily stored in the adsorption filter 6 is entrained.
  • the fuel vapors temporarily stored in the adsorption filter 6 mix with the ambient air flowing in via the ventilation connection 17.
  • the regeneration valve 10 for example electromagnetically actuated and controlled by an electronic control unit 21, the fuel vapors reach the intake pipe 12 via the valve line 11 in order to then burn in at least one combustion chamber of the internal combustion engine.
  • the regeneration valve 10 is closed for the leak test of the fuel evaporation retention system 1. Then a defined air volume is fed to the fuel tank 4 by means of the pump device 2 via the adsorption filter 6 in order to bring about an increase in pressure. After the pressure build-up is complete, it is waited for some time until the pressure has possibly decreased again due to a leak in the fuel evaporation retention system 1, the time elapsing for the pressure reduction being a measure of the size of the leakage opening that has occurred in the fuel evaporation retention system 1.
  • This leak test of the fuel evaporation retention system 1 which is also known as the overpressure method, makes it possible to determine leakage openings of a size of less than one millimeter in diameter. If the overpressure in the fuel evaporation retention system 1 is not reached even after a certain number of pumping strokes of a pump membrane 22 of the pump device 2, a gross leak or a missing fuel cap can be found on
  • Fuel tank 4 are closed.
  • the electronic control device 21 connected to the pump device 2 to control a display device, for example, which is accommodated in the interior of the vehicle, in order in this way to inform the driver of the occurrence
  • the overpressure required for checking purposes is provided by the pump device 2 according to the invention which, during the pumping process, arranges ambient air, for example via an in or on a housing 18 of the pump device 2
  • the pump device 2 is composed of several functionally separate components which are housed in the housing 18 and essentially comprise a shut-off valve 20 and a pump part 23.
  • the pump part 23 is provided for compressing the ambient air and is composed of the pump membrane 22, a pump plunger 40, a device 60 detecting the position of the pump plunger 40, a pump spring 39 and a valve arrangement formed by a vacuum valve 24 and a pressure valve 25.
  • the device 60 can be designed, for example, in the form of a so-called reed switch known to the person skilled in the art or also in the form of an electrical contact or the like provided on the pump plunger 40.
  • the pump diaphragm 22 divides the pump part 23 into a pump chamber 33, which is shown in the drawing below the pump membrane 22, and into a pumping chamber 34, which is shown above the pump membrane 22 sealed off from the environment.
  • Pressure relief valve 25 are designed as one-way valves, so that the vacuum valve 24 opens against a restoring force only in the direction of the delivery chamber 34 and the pressure relief valve 25 against a restoring force only in the direction of the delivery line 30.
  • the pump part 23 further comprises, for example, an electromagnetic drive, for which purpose the pump diaphragm 22 is driven, for example, by the pump plunger 40 Magnetic armature 44 is attached, which can be moved back and forth by magnetic forces of an electromagnet provided with an excitation coil 41, preferably at a relatively high pumping frequency.
  • the shut-off valve 20 is designed, for example, to be electromagnetically operable and, for this purpose, also has a magnetic armature which can be moved by magnetic forces of an electromagnet provided with an excitation coil 42.
  • the excitation coils 41, 42, the device 60 for detecting the position of the pump plunger 40 and the regeneration valve 10 are actuated, for example, via electrical lines by means of the electronic control unit 21.
  • the shut-off valve 20 connected between the feed line 29 and the feed line 30 in parallel with the valves 24, 25 assumes a closed position in order to interrupt a connection of the feed line 29 to the feed line 30.
  • the pump membrane 22 shown in the drawing moves in the direction of the delivery chamber 34, the ambient air enclosed in the delivery chamber 34 being compressed.
  • the valves 24, 25 connected between the feed line 29 and the delivery line 30 parallel to the shut-off valve 20 initially assume a closed position.
  • the pressure relief valve 25 When a certain overpressure in the delivery chamber 34, which is dependent on the construction of the pressure relief valve 25, is reached, the pressure relief valve 25 opens in the direction of the delivery line 30, so that compressed air can flow from the delivery chamber 34 via the delivery line 30 and the line 31 into the adsorption filter 6. During the subsequent opposite movement of the pump membrane 22 in the direction of the pump chamber 33, the pressure relief valve 25 closes and the vacuum valve 24 opens, ambient air being drawn into the delivery chamber 34 from the supply line 29. Is no operation of the pump device 2 or no leak test of the fuel evaporation Restraint system 1 desired, the shut-off valve 20 remains in the open position shown in the drawing.
  • ambient air for regeneration of the adsorption filter 6 can flow via the ambient air filter 27 provided on the feed line 29 and through a bypass duct 45 into the delivery line 30 and from there via the line 31 and the ventilation connection 17 into the adsorption filter 6 .
  • the two valves 24, 25, both of which only open in one direction in which an air flow from the supply line 29 via the delivery chamber 34 to the delivery line 30 takes place in such a way that when the shut-off valve 20 closes as a result of a malfunction, none the fuel tank 4 harmful vacuum build-up can come.
  • the shut-off valve 20 which remains permanently in a closed position, for example due to jamming, it must therefore be ensured that the negative pressure prevailing in the fuel tank 4 is greater than that
  • the amount of atmospheric pressure is always smaller than the amount of a maximum permissible fuel tank vacuum PTM compared to atmospheric pressure.
  • the maximum permissible fuel tank negative pressure pp M. corresponds to a negative pressure at which a risk to the fuel tank 4 is excluded with certainty.
  • the fuel tank vacuum p ⁇ is about 10 to 30 hPa (hecto-Pascal).
  • both valves 24, 25 have a flow cross section Ag c h utz dimensioned such that in the case of a closed one Shut-off valve 20 and an open regeneration valve 10, the sum of the amounts of pressure losses at the valves 24, 25 and the adsorption filter 6 is always less than the amount of the maximum permissible Fuel tank vacuum P TM of the fuel tank 4, whereby damage to the fuel tank 4 is excluded with certainty.
  • Valves 24, 25 can be determined by an idealized view of the valves 24, 25 as throttling devices which are designed in the form of an orifice. Such orifices are accommodated in a pipeline and cause a defined flow resistance in the flow, which leads to a pressure difference at the orifice or to a pressure loss in the flow. The calculation of such a pressure loss caused by an orifice is known to the person skilled in the art.
  • the worst case is assumed that the regeneration valve 10 in its open position delivers its maximum possible discharge quantity with the mass flow rnrpgy into the intake pipe 12. For reasons of continuity, the mass flow mp ⁇ y of the regeneration valve 10 corresponds to that through the
  • p. j .M the maximum permissible fuel tank vacuum
  • p a the ambient pressure
  • pgp the vacuum in the intake manifold 12
  • ⁇ TE y corresponds to the flow rate of the regeneration valve 10
  • ct Sc ⁇ j.utz to the flow rate of the valves 24, 25.
  • the flow numbers ⁇ TEV and ⁇ tik represent correction factors which describe the aperture ratio of an aperture as a function of the Reynolds number Re and are known to the person skilled in the art, for example from relevant tables in the literature.
  • the individual flow cross-sections Ag, -, ⁇ of the valves 24, 25 calculated according to the formula (2) depending on the known flow cross-section A TEV of the regeneration valve 10 have such a small flow loss in the flow between the feed line 29 and the delivery line 30 that the pressure loss across the valves 24, 25 and the adsorption filter 6, which determines the negative pressure in the fuel tank 4, always remains below the maximum permissible fuel tank negative pressure PTM. It is therefore possible to dispense with a vacuum valve on the fuel tank 4 that is otherwise absolutely necessary for safety reasons.
  • a pressure relief valve usually provided, for example, in the tank cap can continue to be used.
  • the invention is not limited to the pump device 2 described in the exemplary embodiment, for example driven by an electromagnetic drive, with a shut-off valve 20 designed to be electromagnetically actuated. It is of course also possible to use the pump device specified in the prior art, driven by the negative pressure in the intake pipe, or a pump device in the form of a blower motor or the like, or to modify its protective valves according to the invention.

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Abstract

Bekannten Pumpvorrichtungen, die zu Diagnosezwecken einen Überdruck in einem Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem aufbauen, ist gemeinsam, daß eine Verbindung an einem Adsorptionsfilter zur Umgebung für die Dauer der Diagnose verschlossen wird. Bei einer Fehlfunktion des Absperrventils, beispielsweise durch Verklemmen, kann es zu einem für den Brennstofftank gefährlichen Unterdruckaufbau kommen, was bisher mittels am Brennstofftank vorgesehener Schutzventile vermieden wird. Es wird eine Pumpvorrichtung (2) vorgeschlagen, deren zur Erzeugung des Überdrucks benötigte Ventile (24, 25) derart ausgestaltet sind, daß in einer Offenstellung eines Regenerierventils (10) und in einer Schließstellung eines Absperrventils (20) durch einen ausreichenden Strömungsquerschnitt ASchutz der Ventile (24, 25) ein derart geringer Strömungswiderstand bewirkt wird, daß ein Erreichen eines den Brennstofftank (4) schädigenden Unterdrucks ausgeschlossen ist. Die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung ist für ein Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen.

Description

Pumpyorrichtung für ein Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem und Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Pumpvorrichtung für ein Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem beziehungsweise von einem Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach der Gattung des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 5. Es ist schon eine Pumpvorrichtung bekannt (WO 94/15090) , die zur Dichtheitsprüfung eines Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystems vorgesehen ist, um mittels der Pumpvorrichtung ein definiertes Luftvolumen über einen Belüftungsanschluß eines Adsorptionsfilters einem Brennstofftank der Brennkraftmaschine zuzuführen, so daß eine Druckerhöhung bewirkt wird. Um festzustellen, ob das Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem druckdicht ist, wird nach abgeschlossenem Druckaufbau geraume Zeit gewartet, um bei einem Druckabbau im Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem auf eine Leckage zu schließen, wobei die zum Druckabbau verstrichene Zeit ein Maß für die Größe der Leckageöffnung ist. Weiterhin umfaßt das
Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem ein Regenerierventil, das zwischen dem Adsorptionsfilter und einem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine vorgesehen ist, um mittels des Regenerierventils den im Adsorptionsfilter zwischengespeicherten Brennstoffdampf in das Ansaugrohr einzuleiten.
Die im Stand der Technik angegebene Pumpvorrichtung besitzt eine Pumpmembran, welche zum Antrieb wechselweise mit Unterdruck und mit Umgebungsdruck beaufschlagt wird. Der Unterdruck wird bei laufender Brennkraftmaschine vom Ansaugrohr der Brennkraftmaschine über einen Unterdruckschlauch entnommen und über ein Schaltventil, das beispielsweise in Form eines Elektromagnetventils ausgebildet ist, einem vom Schaltventil und der Pumpmembran begrenzten Pumpraum der Pumpvorrichtung zugeführt. Durch
Schalten des Schaltventils wird wechselweise Unterdruck und Umgebungsdruck im Pumpraum eingestellt. Bei Beaufschlagung des Pumpraums mit Unterdruck bewegt sich die Pumpmembran entgegen der Druckkraft einer Pumpfeder nach oben, wobei Luft aus einer Zuführleitung in einen dem Pumpraum gegenüberliegenden Förderraum einströmt, der von der Pumpmembran und zwei Sperrventilen, einem Unterdruckventil und einem Überdruckventil, abgeschlossen ist. Bei der anschließenden Beaufschlagung des Pumpraums mit Umgebungsdruck bewegt sich die Pumpmembran unterstützt durch die Druckkraft der Pumpfeder in entgegengesetzter Richtung, wobei die im Förderraum eingeschlossene Luft verdichtet wird. Beim Erreichen eines bestimmten Überdrucks im Förderraum öffnet das Überdruckventil, so daß die im Förderraum verdichtete Umgebungsluft über die Förderleitung in eine Belüftungsleitung des Adsorptionsfilters strömen kann, um so eine Druckerhöhung im Brennstofftank zu bewirken. Nur während des Betriebs der Pumpvorrichtung nimmt das zwischen der Zuführleitung und der Förderleitung parallel zu den Sperrventilen geschaltete Absperrventil eine Schließstellung ein, in der eine Verbindung der Zuführleitung mit der Förderleitung unterbrochen ist. Ist kein Betrieb der Pumpvorrichtung beziehungsweise keine Dichtheitsprüfung des Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystems vorgesehen, so verbleibt das Absperrventil in einer Offenstellung, um in Offenstellung Umgebungsluft zum Beispiel über einen an der Zuführleitung vorgesehenen Umgebungsluftfilter in den Adsorptionsfilter zur Regeneration desselben einzuleiten.
Eine einen Überdruck zur Dichtheitsprüfung bereitstellende Pumpvorrichtung ist auch durch die WO 94/17298 bekannt, bei der als Pumpvorrichtung ein Gebläsemotor vorgesehen ist. Der Gebläsemotor ist über eine Leitung und ein Rückschlagventil an einen Belüftungsanschluß des Adsorptionsfilters angeschlossen. Am Belüftungsanschluß ist weiterhin ein elektromagnetisch betätigbares Absperrventil vorgesehen, das an der Leitung parallel zum Gebläsemotor angeschlossen ist. Beim Betrieb des Gebläsemotors nimmt das Absperrventil eine Schließstellung ein, so daß mittels des Gebläsemotors ein Überdruck im Brennstofftank aufgebaut werden kann.
Allen derartigen, nach dem oben beschriebenen Verfahren einen Überdruck zur Dichtheitsprüfung bereitstellenden Pumpvorrichtungen ist gemeinsam, daß eine Verbindung am Adsorptionsfilter zur Umgebung für die Dauer der Diagnose verschlossen bleibt. Damit steigt jedoch die Gefahr, daß bei einer Fehlfunktion des Absperrventils, das beispielsweise durch Verklemmen dauerhaft in einer Schließstellung verbleibt, beim Öffnen des Regenerierventils der Brennstofftank durch den Unterdruck des Ansaugrohrs allmählich evakuiert wird. Der Unterdruck kann dabei Werte im Brennstofftank erreichen, die einen maximal für den Brennstofftank zulässigen Unterdruck überschreiten, so daß es zur Zerstörung des Brennstofftanks kommen kann. Um dies zu verhindern, sind üblicherweise am Brennstofftank Schutzventile angebracht, die aus einem Überdruck- und einem Unterdruckschutzventil bestehen, um bei einem bestimmten Überdruck oder bei einem bestimmten Unterdruck im Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem zu öffnen, so daß ein Druckausgleich mit der Umgebung erfolgt. Derartige Schutzventile werden jedoch im Regelfall gar nicht und nur im Fehlerfall, zum Beispiel bei verklemmtem Absperrventil, betätigt, was jedoch die Gefahr in sich birgt, daß diese aufgrund der langen Nichtnutzung, beispielsweise durch Verschmutzung oder Verklebung, im Einsatzfall nicht funktionieren, so daß es schlimmstenfalls zur Schädigung des Brennstofftanks und zum Austreten von Brennstoff in die Umgebung kommen kann. Darüber hinaus ist es nicht möglich, derart defekte Schutzventile vor ihrem Einsatzfall zum Schutz des Brennstofftanks zu bemerken. Es besteht daher ein Interesse daran, einen wirksameren Schutz für den Brennstofftank zu verwirklichen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Pumpvorrichtung beziehungsweise das erfindungsgemäße Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 beziehungsweise des Anspruchs 5 hat demgegenüber den Vorteil, daß, ohne große konstruktive Veränderungen an bereits bestehenden Pumpvorrichtungen vorzunehmen, in einfacher Art und Weise ein Schutz des Brennstofftanks vor zu hohen, den Brennstofftank schädigenden Unterdrücken möglich ist. Vorteilhafterweise kann dabei eine bei dem Stand der Technik bisher gebräuchliche Schutzventilanordnung mit einem zum Beispiel am Brennstofftank vorgesehenen Unterdruckschutzventil entfallen, wodurch sich eine Kostenersparnis ergibt. Besonders vorteilhaft ist, daß im Rahmen der Dichtheitsdiagnose des Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystems mittels der Pumpvorrichtung auch die Schutzventile auf ihre Funktionstüchtigkeit überprüft werden, so daß eine Fehlfunktion der Schutzventile sofort feststellbar ist, was eine Schädigung des Brennstofftanks aufgrund defekter Schutzventile mit sehr hoher Sicherheit ausschließt.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Anspruch 1 angegebenen Pumpvorrichtung beziehungsweise des im Anspruch 5 angegebenen Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystems möglich. Zeichnung
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
In der Zeichnung ist ein mit 1 gekennzeichnetes Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem für eine nicht näher dargestellte Brennkraftmaschine gezeigt, das mit einer in schematisch vereinfachter Funktionsweise dargestellten erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung 2 ausgestattet ist, die zu Diagnosezwecken einen Überdruck im Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem 1 aufbaut. Das Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem 1 umfaßt weiterhin einen Brennstofftank 4 zur Versorgung der Brennkraftmaschine mit Brennstoff und einen über eine Tankleitung 5 mit dem Brennstofftank 4 verbundenen Adsorptionsfilter 6. Der Adsorptionsfilter 6 ist mit einem Adsorptionsmedium, insbesondere mit Aktivkohle, gefüllt und über eine Verbindungsleitung 9 mit einem Regenerierventil 10 verbunden, das über eine Ventilleitung 11 an ein Ansaugrohr 12 der Brennkraftmaschine angeschlossen ist. Die Ventilleitung 11 mündet beispielsweise stromabwärts einer drehbar in das Ansaugrohr 12 der Brennkraftmaschine eingebrachten Drosselklappe 14, in welchem ein Luft- oder ein Brennstoff-Luft-Gemisch in Richtung eines eingezeichneten Pfeils 15 strömt. Beim Betrieb der Brennkraftmaschine herrscht stromabwärts der Drosselklappe 14 Unterdruck im Ansaugrohr 12, mit dessen Hilfe bei geöffnetem Regenerierventil 10 die Brennstoffdämpfe aus dem Brennstofftank 4 abgesaugt werden. Die Brennstoffdämpfe gelangen dabei vom Brennstofftank 4 über die Tankleitung 5 in den Adsorptionsfilter 6 und von diesem in die Verbindungsleitung 9, wobei Umgebungsluft durch den
Unterdruck im Ansaugrohr 12 über einen am Adsorptionsfilter 6 vorgesehenen Belüftungsanschluß 17 angesaugt wird, so daß der im Adsorptionsfilter 6 zwischengespeicherte Brennstoff mitgerissen wird. Die im Adsorptionsfilter 6 zwischengespeicherten Brennstoffdämpfe vermischen sich mit der über den Belüftungsanschluß 17 einströmenden Umgebungsluft. Über das zum Beispiel elektromagnetisch betätigbar ausgebildete und von einem elektronischen Steuergerät 21 getaktet angesteuerte Regenerierventil 10 gelangen die Brennstoffdämpfe über die Ventilleitung 11 in das Ansaugrohr 12, um anschließend in wenigstens einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu verbrennen.
Zur Dichtheitsprüfung des Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystems 1 wird das Regenerierventil 10 geschlossen. Anschließend wird dem Brennstofftank 4 mittels der Pumpvorrichtung 2 über den Adsorptionsfilter 6 ein definiertes Luftvolumen zugeführt, um eine Druckerhöhung zu bewirken. Nach abgeschlossenem Druckaufbau wird geraume Zeit gewartet, bis sich der Druck gegebenenfalls aufgrund einer Leckage im Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem 1 wieder abgebaut hat, wobei die zum Druckabbau verstrichene Zeit ein Maß für die Größe der im Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem 1 aufgetretenen Leckageöffnung ist. Diese auch als Überdruckmethode bekannte Dichtheitsprüfung des Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 1 ermöglicht, Leckageöffnungen in einer Größenordnung von weniger als einem Millimeter Durchmesser festzustellen. Wird der Überdruck im Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem 1 selbst nach einer bestimmten Anzahl von Pumphüben einer Pumpmembran 22 der Pumpvorrichtung 2 nicht erreicht, so kann auf ein Grobleck oder auf einen fehlenden Tankdeckel am
Brennstofftank 4 geschlossen werden. In diesem Fall ist es möglich, über das mit der Pumpvorrichtung 2 verbundene elektronische Steuergerät 21 eine zum Beispiel im Fahrzeuginnern untergebrachte Anzeigevorrichtung anzusteuern, um so den Fahrer über die aufgetretene
Fehlfunktion des Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystems 1 entsprechend zu informieren. Der zu Überprüfungszwecken benötigte Überdruck wird von der erfindungsgemäßen Pumpvorrichtung 2 bereitgestellt, die beim Pumpvorgang Umgebungsluft, beispielsweise über einen in oder an einem Gehäuse 18 der Pumpvorrichtung 2 angeordneten
Umgebungsluftfilter 27, in eine Zuführleitung 29 ansaugt, um diese danach mit erhöhtem Druck in eine Förderleitung 30 zu pumpen. Die Förderleitung 30 ist beispielsweise über eine separate Leitung 31 an den Belüftungsanschluß 17 des Adsorptionsfilters 6 angeschlossen. Die Pumpvorrichtung 2 setzt sich aus mehreren, funktionell voneinander getrennten Einzelkomponenten zusammen, die im Gehäuse 18 untergebracht sind und im wesentlichen ein Absperrventil 20 und einen Pumpteil 23 umfassen. Der Pumpteil 23 ist zum Verdichten der Umgebungsluft vorgesehen und setzt sich aus der Pumpmembran 22, einem Pumpstößel 40, einer die Lage des Pumpstößels 40 erfassenden Einrichtung 60, einer Pumpfeder 39 und einer von einem Unterdruckventil 24 und einem Überdruckventil 25 gebildeten Ventilanordnung zusammen. Die Einrichtung 60 kann zum Beispiel in Form eines dem Fachmann bekannten, sogenannten Reed-Schalters oder auch in Form eines am Pumpstößel 40 vorgesehenen elektrischen Kontakts oder dergleichen ausgebildet sein. Die Pumpmembran 22 unterteilt den Pumpteil 23 in einen in der Zeichnung unterhalb der Pumpmembran 22 dargestellten Pumpraum 33 und in einen oberhalb der Pumpmembran 22 dargestellten Förderraum 34. Der Förderraum 34 ist bei nicht arbeitender Pumpe von der Pumpmembran 22, dem Unterdruckventil 24 und dem Überdruckventil 25 druckdicht von der Umgebung abgeschlossen. Das Unterdruckventil 24 und das
Überdruckventil 25 sind als ein Einwegeventile ausgebildet, so daß das Unterdruckventil 24 gegen eine Rückstellkraft nur in Richtung zum Förderraum 34 hin und das Überdruckventil 25 gegen eine Rückstellkraft nur in Richtung zur Förderleitung 30 hin öffnet. Der Pumpteil 23 umfaßt beispielsweise weiterhin einen elektromagnetischen Antrieb, wozu zum Antrieb der Pumpmembran 22 zum Beispiel am Pumpstößel 40 ein magnetischer Anker 44 angebracht ist, der von magnetischen Kräften eines mit einer Erregerspule 41 versehenen Elektromagneten vorzugsweise mit einer relativ hohen Pumpfrequenz hin und her bewegt werden kann. Das Absperrventil 20 ist beispielsweise elektromagnetisch betätigbar ausgebildet und besitzt hierzu ebenfalls einen magnetischen Anker, der von magnetischen Kräften eines mit einer Erregerspule 42 versehenen Elektromagneten bewegbar ist. Die Ansteuerung der Erregerspulen 41, 42, der Einrichtung 60 zur Erfassung der Lage des Pumpstößels 40 sowie des Regenerierventils 10 erfolgt beispielsweise über elektrische Leitungen mittels des elektronischen Steuergerätes 21.
Während des Betriebs der Pumpvorrichtung 2 nimmt das zwischen der Zuführleitung 29 und der Förderleitung 30 parallel zu den Ventilen 24, 25 geschaltete Absperrventil 20 eine Schließstellung ein, um eine Verbindung der Zuführleitung 29 mit der Förderleitung 30 zu unterbrechen. Beim Verdichtungsvorgang bewegt sich die in der Zeichnung dargestellte Pumpmembran 22 in Richtung zum Förderraum 34, wobei die im Förderraum 34 eingeschlossene Umgebungsluft verdichtet wird. Dabei nehmen die zwischen der Zuführleitung 29 und der Förderleitung 30 parallel zum Absperrventil 20 geschalteten Ventile 24, 25 zunächst eine Schließstellung ein. Beim Erreichen eines bestimmten, vom Aufbau des Überdruckventils 25 abhängigen Überdrucks im Förderraum 34 öffnet das Überdruckventil 25 in Richtung der Förderleitung 30, so daß verdichtete Luft aus dem Förderraum 34 über die Förderleitung 30 und die Leitung 31 in den Adsorptionsfilter 6 einströmen kann. Bei der anschließenden entgegengesetzten Bewegung der Pumpmembran 22 in Richtung zum Pumpraum 33 schließt das Überdruckventil 25, und es öffnet sich das Unterdruckventil 24, wobei aus der Zuführleitung 29 Umgebungsluft in den Förderraum 34 angesaugt wird. Ist kein Betrieh der Pumpvorrichtung 2 beziehungsweise keine Dichtheitsprüfung des Brennstoffverdunstungs- RückhalteSystems 1 erwünscht, so verbleibt das Absperrventil 20 in der in der Zeichnung dargestellten Offenstellung. In Offenstellung des Absperrventils 20 kann bei offenem Regenerierventil 10 Umgebungsluft zur Regeneration des Adsorptionsfilters 6 über den an der Zuführleitung 29 vorgesehenen Umgebungsluftfilter 27 und durch einen Bypasskanal 45 in die Förderleitung 30 und von dieser über die Leitung 31 und den Belüftungsanschluß 17 in den Adsorptionsfilter 6 strömen.
Erfindungsgemäß sind die beiden Ventile 24, 25, die beide nur in einer Richtung öffnen, in der ein Luftstrom von der Zuführleitung 29 über den Förderraum 34 zur Förderleitung 30 erfolgt, derart ausgebildet, daß es bei einem Schließen des Absperrventils 20 infolge einer Fehlfunktion zu keinem den Brennstofftank 4 schädigenden Unterdruckaufbau kommen kann. Es muß also bei einer Fehlfunktion des Absperrventils 20, das zum Beispiel durch Verklemmen dauerhaft in einer Schließstellung verbleibt, gewährleistet werden, daß der im Brennstofftank 4 herrschende Unterdruck gegenüber dem
Atmosphärendruck betragsmäßig stets kleiner ist als der Betrag eines maximal zulässigen Brennstofftankunterdrucks PTM gegenüber dem Atmosphärendruck. Der maximal zulässige Brennstofftankunterdruck p-pM. entspricht einem Unterdruck, bei dem eine Gefährdung des Brennstofftanks 4 mit Sicherheit ausgeschlossen ist. Für handelsübliche Brennstofftanks 4 beträgt der Brennstofftankunterdruck p^ etwa 10 bis 30 hPa (Hekto-Pascal) . Um einen betragsmäßig unterhalb des maximal zulässigen Brennstofftankunterdrucks p^M liegenden Unterdruck im Brennstofftank 4, der also einen geringeren Druckunterschied zum Atmosphärendruck aufweist, zu bewerkstelligen, weisen beide Ventile 24, 25 einen derart dimensionierten Strömungsquerschnitt Agchutz auf, daß im Fall eines geschlossenen Absperrventils 20 und eines offenen Regenerierventils 10 die Summe der Beträge der Druckverluste an den Ventilen 24, 25 und am Adsorptionsfilter 6 stets kleiner ist, als der Betrag des maximal zulässigen Brennstofftankunterdrucks PTM des Brennstofftanks 4, wodurch eine Schädigung des Brennstofftanks 4 mit Sicherheit ausgeschlossen ist.
Der hierzu benötigte Strömungsquerschnitt Ag^utz ^er
Ventile 24, 25 kann durch eine idealisierte Betrachtung der Ventile 24, 25 als Drosselgeräte, die in Form einer Blende ausgebildet sind, ermittelt werden. Derartige Blenden sind in einer Rohrleitung untergebracht und verursachen in der Strömung einen definierten Strömungswiderstand, der zu einer Druckdifferenz an der Blende beziehungsweise zu einem Druckverlust in der Strömung führt. Die Berechnung eines derartigen, von einer Blende verursachten Druckverlustes ist dem Fachmann bekannt. Bei der Auslegung des Strömungsquerschnitts Agc^utz ^er Ventile 24, 25 wird weiter der ungünstigste Fall angenommen, daß das Regenerierventil 10 in einer Offenstellung seine maximal mögliche Einleitmenge mit dem Massenstrom rnrpgy in das Ansaugrohr 12 abgibt. Aus Gründen der Kontinuität entspricht der Massenstrom m-p^y des Regenerierventils 10 dem durch die
Ventile 24, 25 hindurchströmenden Massenstrom τngchutz- Damit ergibt sich eine Kontinuitätsbeziehung folgender Form:
# rriTEV = mSchutz (1)
Weiterhin kann unter der Annahme eines idealen Gases und unter Heranziehung der Bernoulli- und der Kontinuitätsgleichung (1) sowie der idealisierten Betrachtung der Ventile 24, 25 und des Regenerierventils 10 als Blenden eine Beziehung des Strömungsquerschnitts ASchutz des Ventils 24 beziehungsweise des Ventils 25 abhängig vom Strömungsquerschnitt Aipg-y des Regenerierventils 10 angegeben werden: :
wobei p.j.M dem maximal zulässigen Brennstofftankunterdruck, pa dem Umgebungsdruck, pgp dem Unterdruck im Ansaugrohr 12, n der Anzahl in Reihe geschalteten Ventile (im Ausführungsbeispiel ist n=2) , K dem Polytropenexponenten von Luft (K = 1,4), αTEy der Durchflußzahl des Regenerierventils 10 und ctSc}j.utz der Durchflußzahl der Ventile 24, 25 entspricht. Die Durchflußzahlen αTEV und αschutz stellen Korrekturfaktoren dar, die das Öffnungsverhältnis einer Blende als Funktion der Reynoldszahl Re beschreiben und dem Fachmann, zum Beispiel aus einschlägigen Tabellen in der Literatur, bekannt sind.
Die nach der Formel (2) abhängig vom bekannten Strömungsquerschnitt ATEV des Regenerierventils 10 berechneten einzelnen Strömungsquerschnitte Ag,-,^^ der Ventile 24, 25 haben zwischen der Zuführleitung 29 und der Förderleitung 30 einen derart geringen Strömungsverlust in der Strömung zur Folge, daß der Druckverlust über die Ventile 24, 25 und dem Adsorptionsfilter 6 hinweg, welcher den Unterdruck im Brennstofftank 4 bestimmt, stets unterhalb des maximal zulässigen Brennstofftankunterdrucks PTM verbleibt. Es ist daher möglich, auf ein ansonsten aus Sicherheitsgründen zwingend erforderliches Unterdruckventil am Brennstofftank 4 zu verzichten.
Um darüber hinaus zu gewährleisten, daß der Brennstofftank 4 auch bei eventuell auftretendem Überdruck nicht bersten kann, kann ein zum Beispiel im Tankdeckel üblicherweise vorgesehenes Überdruckventil weiter verwendet werden. Die Erfindung ist nicht auf die im Ausführungsbeispiel beschriebene, beispielsweise von einem elektromagnetischen Antrieb angetriebene Pumpvorrichtung 2 mit einem elektromagnetisch betätigbar ausgebildeten Absperrventil 20 beschränkt. Es ist selbstverständlich auch möglich, die im Stand der Technik angegebene, vom Unterdruck im Ansaugrohr angetriebene Pumpvorrichtung oder eine Pumpvorrichtung in Form eines Gebläsemotors oder dergleichen zu verwenden beziehungsweise deren Schutzventile erfindungsgemäß abzuändern.

Claims

Patentansprüche
1. Pumpvorrichtung für ein Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem einer Brennkraftmaschine, das einen mit einem Brennstofftank und mit einem Regenerierventil verbindbaren Adsorptionsfilter besitzt, dessen Belüftungsanschluß mit der Pumpvorrichtung verbunden und von einem Absperrventil absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (2) wenigstens ein Ventil (24; 25) aufweist, das in einer Offenstellung des Regenerierventils (10) und in einer Schließstellung des Absperrventils (20) einen derart dimensionierten Strömungsquerschnitt Agchutz aufweist, daß in Offenstellung des wenigstens einen Ventils (24; 25) durch Einströmen von Luft in das Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem (1) ein Erreichen eines den Brennstofftank (4) schädigenden Unterdrucks p^ ausgeschlossen ist.
2. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (2) eine Pumpmembran (22) hat, welche einen Förderraum (34) mit zwei Ventilen (24, 25) begrenzt, die einen derart dimensionierten
Strömungsquerschnitt ASc;hut-z aufweisen, daß in Offenstellung der Ventile (24, 25) durch Einströmen von Luft über eine mit dem ersten Ventil (24) verbundene Zuführleitung (29) in den Förderraum (34) und von diesem über eine mit dem zweiten Ventil (25) verbundene Förderleitung (30) in den Adsorptionsfilter (6) ein Erreichen des den Brennstofftank (4) schädigenden Unterdrucks pTM ausgeschlossen ist.
3. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegung des Strömungsquerschnitts ASchutz ^es wenigstens einen Ventils (24; 25) derart erfolgt, daß die Summe der einzelnen Beträge der Druckverluste an dem wenigstens einen Ventil (24; 25) und an dem Adsorptionsfilter (6) unterhalb des Betrags des maximal zulässigen Brennstofftankunterdrucks p^M. liegt.
4. Pumpvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegung des Strömungsquerschnitts Ag^-j^ des wenigstens einen Ventils (24; 25) abhängig vom Strömungsquerschnitt ATEy des Regenerierventils (10) anhand der Formel :
durchführbar ist, wobei prpM dem maximal zulässigen Brennstofftankunterdruck, pa dem Umgebungsdruck, pgp dem Unterdruck im Ansaugrohr 12, n der Anzahl in Reihe geschalteten Ventile, K dem Polytropenexponenten von Luft (K = 1,4) , ατEv der Durchflußzahl des Regenerierventils und α Schutz ^er Durchflußzahl der Ventile entspricht.
5. Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem für eine Brennkraftmaschine, das einen mit einem Brennstofftank und mit einem Regenerierventil verbindbaren Adsorptionsfilter besitzt, dessen Belüftungsanschluß mit einer Pumpvorrichtung verbunden und von einem Absperrventil absperrbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (2) wenigstens ein Ventil (24; 25) aufweist, das in einer Offenstellung des Regenerierventils (10) und in einer Schließstellung des Absperrventils (20) einen derart dimensionierten Strömungsquerschnitt Agcjlutz aufweist, daß in Offenstellung des wenigstens einen Ventils (24; 25) durch Einströmen von Luft in das Brennstoffverdunstungs- Rückhaltesystem (1) ein Erreichen eines den Brennstofftank (4) schädigenden Unterdrucks p-pM ausgeschlossen ist.
6. Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Pumpvorrichtung (2) eine Pumpmembran (22) hat, welche einen Förderraum (34) mit zwei Ventilen (24, 25) begrenzt, die einen derart dimensionierten Strömungsquerschnitt Agcι-ιutz aufweisen, daß in Offenstellung der Ventile (24, 25) durch Einströmen von Luft über eine mit dem ersten Ventil (24) verbundene Zuführleitung (29) in den Förderraum (34) und von diesem über eine mit dem zweiten Ventil (25) verbundene Förderleitung (30) in den
Adsorptionsfilter (6) ein Erreichen des den Brennstofftank (4) schädigenden Unterdrucks pTM ausgeschlossen ist.
7. Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegung deε
Strömungsquerschnitts Agchutz cles wenigstens einen Ventils (24; 25) derart erfolgt, daß die Summe der einzelnen Beträge der Druckverluste an dem wenigstens einen Ventil (24; 25) und an dem Adsorptionsfilter (6) stets unterhalb des Betrags des maximal zulässigen Brennstofftankunterdrucks p-pjyj liegt.
8. Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslegung des Strömungsquerschnitts Agc^^ des wenigstens einen Ventils (24; 25) abhängig vom Strömungsquerschnitt ATEV des Regenerierventils (10) anhand der Formel:
durchführbar ist, wobei pTM dem maximal zulässigen Brennstofftankunterdruck, pa dem Umgebungsdruck, pSE dem Unterdruck im Ansaugrohr 12, n der Anzahl in Reihe geschalteten Ventile, K dem Polytropenexponenten von Luft (K = 1,4), α,ipEy der Durchflußzahl des Regenerierventils und α Schutz ^er Durchflußzahl der Ventile entspricht.
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