VERFAHREN ZUR DURCHBRUCHSÜBERWACHUNG EINES KRAFTSTOFFDAMPFBEHÄLTER

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Durchbruchsüberwachung eines Speicherelementes eines KraftStofftanksystems .

Zur Verringerung der von Kraftfahrzeugen ausgehenden Schadstoffemissionen wurden in den vergangenen Jahrzehnten zahlreiche Maßnahmen eingeführt. Eine dieser Maßnahmen besteht darin, ein KraftStofftanksystem einzusetzen, bei dem ein Kraftstofftank mit einem Speicherelement zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen verbunden ist. Bei der Betankung von Kraftfahrzeugen mit Kraftstoffen kommt es zum Ausgasen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff, wobei die Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmosphäre gelangen sollen. Auch bei hohen Temperaturen oder Fahrten über unebene Untergründe kommt es verstärkt zu Ausgasungen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstoff, wobei effektiv dafür gesorgt werden muss, dass diese Kohlenwasserstoffe nicht in die Atmosphäre entweichen. Ins ^¬ besondere bei Hybridfahrzeugen, bei denen der Verbrennungsmotor über weite Fahrstrecken vollständig still steht, müssen aus ^¬ gegaste Kohlenwasserstoffe effektiv zwischengespeichert, um später bei einem erneuten Starten des Verbrennungsmotors verbrannt zu werden. Hierzu haben sich KraftStofftanksysteme bewährt, die aus einem Kraftstofftank und einem Speicherelement zur temporären Speicherung von Kohlenwasserstoffen bestehen, wobei der Kraftstofftank und das Speicherelement derart mit ^¬ einander verbunden sind, dass die Kohlenwasserstoffe, die aus einem im Kraftstofftank befindlichen Kraftstoff ausgasen, im dem Speicherelement eingespeichert werden, wobei das Speicher ^¬ element mit einer ersten Leitung verbunden ist, durch die Frischluft zu dem Speicherelement förderbar ist und das

Speicherelement mit einer zweiten Leitung verbunden ist, die das Speicherelement mit einer Ansaugleitung verbindet, durch die mit Kohlenwasserstoffen angereicherte Frischluft aus dem Spei ^¬ cherelement zu der Ansaugleitung förderbar ist. Auf diese Art und Weise kann das Speicherelement zyklisch mit Frischluft gespült werden und die eingespeicherten Kohlenwasserstoffe können einer Ansaugleitung zugeführt werden, die den Verbrennungsmotor mit dem Luftfilter verbindet und die den Verbrennungsmotor mit Luft zur Verbrennung versorgt . Damit können die aus dem Kraftstofftank ausgegasten Kohlenwasserstoffe in dem Verbrennungsmotor verbrannt werden und ein Entweichen der Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre kann sicher verhindert werden. Ein Beispiel für ein KraftStofftanksystem nach dem Stand der Technik findet sich in der PCT Anmeldung mit dem Aktenzeichen PCT/KR2011/006516. Das Speicherelement verfügt jedoch nur über eine begrenzte Spei ^¬ cherkapazität für die aus dem Kraftstoff ausgasenden Kohlen ^¬ wasserstoffe, was insbesondere bei Hybridfahrzeugen proble ^¬ matisch ist, da der Verbrennungsmotor eines Hybridfahrzeuges über lange Strecken und Zeiten still steht. Wenn die Kapazitätsgrenze des Speicherelementes erreicht ist, droht bei weiterem Nachströmen von Kohlenwasserstoffen aus dem Kraftstofftank in das Speicherelement ein sogenannter Durchbruch der Kohlenwasserstoffe durch das Speicherelement. Bei einem solchen Durchbruch des Speicherelementes können keine weiteren Kohlenwasserstoffe von dem Speicherelement aufgefangen werden und die Kohlenwasserstoffe suchen sich einen Weg durch das Spei ^¬ cherelement in die Umgebung des Tanksystems und somit in die Atmosphäre. Daher muss ein Durchbruch des Speicherelementes sicher während der Gesamten Lebensdauer des Kraftfahrzeuges erkannt werden, um „on Bord" also während des Betriebes des Kraftfahrzeuges den Durchbruch des Speicherelementes zu ver ^¬ hindern, indem zum Beispiel ein Spülprozess des Speicherelements eingeleitet wird, wobei die ausgegasten Kohlenwasserstoffe durch eine Verbrennung in dem Verbrennungsmotor abgebaut werden.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein sicheres und kostengünstiges Verfahren anzugeben, mit dem ein Durchbruch eines Speicherelementes während des Betriebes des Kraftfahrzeuges festgestellt werden kann. Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Durchbruchsüberwachung eines Speicherelementes nach dem unabhängigen Anspruch gelöst.

Wenn ein Durchbruch des Speicherelementes erkannt wird, wenn der Massenstromsensor bei geschlossenen ersten Ventil und/oder bei geschlossenen zweiten Ventil und/oder bei stillstehender Luftpumpe eine Änderung thermischen Leitfähigkeit der unbewegten Luftmasse in der ersten Leitung erfasst, kann der ohnehin vorhandene Massenstromsensor zur Erkennung eines Durchbruchs des Speicherelementes eingesetzt werden. Der Massenstromsensor im KraftStofftanksystem wird ursprünglich zur Vermessung der in das System während des Spülvorganges geförderten Luftmasse ver ^¬ wendet, um eine Information über die zusätzlich in die An- saugleitung eingebrachte Luftmasse und die mit dieser Luftmasse zur Ansaugleitung geführte Kohlenwasserstoffmenge zu erhalten. Wenn jedoch kein Spülvorgang erfolgt, weil das Speicherelement noch Speicherkapazität aufweist, wurde der Luftmassenmesser bei Verfahren nach dem Stand der Technik nicht benötigt, da kein Luftmassenstrom vorlag, der zu vermessen war. Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält der Massenstromsensor nun eine neue Aufgabe für die Zeit in der kein Spülvorgang des Kraft ^¬ stofftanksystems durchgeführt wird. Erfindungsgemäß kann der Massenstromsensor in der Zeit in der kein Spülvorgang des KraftStofftanksystems erfolgt als Sensor zur Durchbruchs ^¬ überwachung des Speicherelementes eingesetzt werden. Wenn sich nämlich Kohlenwasserstoffe durch das Speicherelement in die erste Leitung durchschlagen und in der ersten Leitung kein Luftmassenstrom vorliegt, also das System nicht gespült wird, ändert sich die thermischen Leitfähigkeit der nach dem Durchbruch des Speicherelementes mit Kohlenwasserstoffen angereicherten Luft. Diese Änderung der thermischen Leitfähigkeit der Luft in der ersten Leitung kann vom Massenstromsensor erfasst werde, womit ein Durchbruch des Speicherelementes sicher erkannt werden kann. Bei einer Weiterbildung ist die Luftpumpe als Radialpumpe ausgebildet. Eine Radialpumpe weist einen gut reproduzierbaren Zusammenhang zwischen dem Druck den sie erzeugt und der Drehzahl mit der sie angetrieben wird, bzw. mit der Leistung die sie aufnimmtauf, wenn die physikalischen Parameter, zum Beispiel die Temperatur, der geförderten Luft bekannt sind. Wenn die Radialpumpe jedoch still steht können nach einem Durchbruch des Speicherelementes Kohlenwasserstoffe bis zu dem Massenstrom ^¬ sensor vordringen, womit der Massenstromsensor auch vor der Luftpumpe zur Durchbruchserkennung des Speicherelementes ge ^¬ nutzt werden kann.

Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Massenstromsensor als Sensor, der nach dem thermischen Prinzip arbeitet ausge- bildet. Derartige Massenstromsensoren sind robuste und lang ^¬ lebige Bauteile, die zudem sehr wirtschaftlich in hohen

Stückzahlen hergestellt werden können. Es ist vorteilhaft, wenn der Massenstromsensor im Gehäuse der Luftpumpe integriert ist. Wenn in der ersten Leitung zusätzlich ein erstes Ventil angeordnet ist, kann bei einem Durchbruch des Speicherelementes sofort durch das Schließen des ersten Ventils ein Austreten der Kohlenwasserstoffe in die Atmosphäre verhindert werden. Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird ein Durchbruch des Speicherelementes erkannt, wenn der Massen ^¬ stromsensor bei einem geschlossenen ersten Ventil eine Änderung der thermischen Leitfähigkeit der Luft in der ersten Leitung erfasst. Wenn das erste Ventil schon nach dem Abschluss eines Spülvorganges geschlossen wird, ist ein Austreten der Kohlenwasserstoffe durch die erste Leitung in die Atmosphäre auch bei einem Speicherdurchbruch unmöglich. Der Massenstromsensor erkennt den Speicherdurchbruch dennoch und es können geeignete Maßnahmen zur Entleerung des Speicherelementes eingeleitet werden. Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben.

Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem erfin- dungsgemäßen KraftStofftanksystem,

Fig. 2 zeigt ein weiteres Beispiel für einen Massenstrom- sensor . Fig. 1 zeigt einen Verbrennungsmotor 1. Der Verbrennungsmotor 1 wird über eine Ansaugleitung 16 mit Frischluft 20 versorgt. Ausgehend von der Frischluftseite 19 wird Frischluft 20 über einen Luftfilter 22 in die Ansaugleitung 16 geführt und eventuell mit einem Abgasturbolader 2 oder einem Kompressor verdichtet und dann den Brennkammern des Verbrennungsmotors 1 zugeführt.

Darüber hinaus wird dem Verbrennungsmotor 1 Kraftstoff 17 aus dem Kraftstofftank 4 über eine Kraftstoffleitung 23 zugeführt.

Fig. 1 zeigt weiterhin das Kraftstofftanksystem mit einem Kraftstofftank 4 und einem Speicherelement 5 zur temporären

Speicherung von Kohlenwasserstoffen 24. Der Kraftstofftank 4 und das Speicherelement 5 sind derart miteinander verbunden, dass die Kohlenwasserstoffe 24, die aus einem im Kraftstofftank 4 be ^¬ findlichen Kraftstoff 17 ausgasen, in dem Speicherelement 5 eingespeichert werden können. Das Speicherelement 5 kann beispielsweise als Aktivkohlespeicher ausgebildet sein. Ein Aktivkohlespeicher ist ein geschlossener Kanister, in dem Kohlenstoff derart angeordnet ist, dass sich an dem Kohlenstoff die zu speichernden Kohlenwasserstoffe 24 anlagern. Das

Speicherelement 5 hat jedoch eine begrenzte Speicherkapazität, so dass das Speicherelement 5 regelmäßig entleert werden muss, indem Frischluft 20 z. B. über einen Staubfilter 10 angesaugt wird und über eine erste Leitung 6 mithilfe einer Luftpumpe 7 in das Speicherelement 5 gedrückt wird. Die Frischluft 20 durchströmt die Aktivkohle in dem Speicherelement 5 und nimmt dabei Koh ^¬ lenwasserstoffe 24 auf, wonach die mit den Kohlenwasserstoffen 24 angereicherte Frischluft 20 entlang einer zweiten Leitung 12 zu der Ansaugluftleitung 16 gefördert wird. In der Ansaug ^¬ luftleitung 16 vermischt sich die mit den Kohlenwasserstoffen 24 angereicherte Frischluft 20 mit der Frischluft 20, die über den Luftfilter 22 angesaugt wird. Damit können die Kohlenwasser- Stoffe 24 dem Verbrennungsmotor 1 zugeführt werden, wobei die Kohlenwasserstoffe 24 in den Brennkammern verbrannt werden können .

Das in Fig. 1 dargestellte KraftStofftanksystem weist ein erstes Ventil 9 auf, das in der ersten Leitung 6 in Richtung des FrischluftStroms vor dem Speicherelement 5 angeordnet ist. Ebenfalls in der ersten Leitung 6 ist zwischen dem ersten Ventil 9 und dem Speicherelement 5 eine Luftpumpe 7 angeordnet . Die erste Leitung mündet in dem Speicherelement 5. In einer zweiten Leitung 12 zwischen dem Speicherelement 5 und der Ansaugleitung 16 ist ein zweites Ventil 13 angeordnet. Darüber hinaus kann in der ersten Leitung 6 ein Temperatursensor 14 angeordnet sein, der die Temperatur der durch die Luftpumpe 7 geförderten Frischluft 20 erfasst .

Weiterhin ist in der ersten Leitung 6, vorzugsweise im Gehäuse der Luftpumpe 7, ein Massenstromsensor 8 angeordnet sein. Dieser Massenstromsensor 8 kann z. B. thermisch nach dem Prinzip arbeiten. Ein Beispiel für einen Massenstromsensor 8 der nach dem thermischen Prinzip arbeite ist ein Hitzdrahtanemometer. Innerhalb des Massenstromsensors 8 befinden sich zumindest zwei durch elektrischen Strom beheizte Drähte, zum Beispiel Pla ^¬ tindrähte, oder Schichtwiderstände. Ein Draht oder Widerstand wird direkt von der vorbei strömenden Luft gekühlt, der andere befindet sich in von der strömenden Luft abgeschirmter Lage. Durch den elektrischen Stromfluss erhitzen sich beide Widerstandselemente, wobei die vorbeiströmende Luft das nicht ab ^¬ geschirmte Heizelement stärker kühlt als das von der Luft abgeschirmte. Dieses heizt sich daher stärker auf und wird dadurch hochohmiger. Aus den Widerstandswerten der beiden Heizelemente und deren Differenz lassen sich mittels eines Kennfeldes der Massenstrom der Frischluft in der ersten Leitung und das Vorhandensein von Kohlenwasserstoffen in der Luft, also auch Durchbruch des Speicherelementes, ableiten.

Ein weiteres Beispiel für einen Massenstromsensor 8 der nach dem thermischen Prinzip arbeite ist in Figur 2 dargestellt. Auf einem Trägerelement 25, das zum Beispiel aus Siliziumnitrat (Glas) bestehen kann, ist ein Heizelement 26, vorzugsweise ein elektrisches Widerstandsheizelement, aufgebracht. In Richtung des Luftstromes 20 vor und hinter dem Heizelement 26 sind auf dem Trägerelement 25 ein erstes Temperaturmesselement 27 und ein zweites Temperaturmesselement 28 angeordnet. Das erste und das zweite Temperaturmesselement 27, 28 können als Thermopiles ausgebildet sein. Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Durchbruchsüberwachung eines Speicherelementes 5 eines KraftStofftanksystems kann mit dem in Fig. 1 dargestellten KraftStofftanksystem ausgeführt werden. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst das erste Ventil 9 und/oder das zweiten Ventil 13 geschlossenen und/oder es wird die Luftpumpe 7 zum Stillstand gebracht. Durch diese Maßnahmen wird sichergestellt, dass die Luft in der ersten Leitung 6 nicht bewegt wird, womit der Massenstromsensor 8 keinen Luftmassenstrom erfassen kann. Nach den bekannten Verfahren zur Durchbrucherkennung des Speicherelementes 5 wäre der Massen- stromsensor 8 in dieser Situation nutzlos. Erfindungsgemäß wird der Massenstromsensor 8 jedoch nun genutzt, um die Beladung des Speicherelementes 5 so weit zu überwachen, dass ein Durchbruch von Kohlenwasserstoffen, also ein Überlaufen der Speicherelementes 5, sicher erkannt wird. Dies geschieht, indem der Massenstromsensor 8 eine Änderung thermischen Leitfähigkeit der unbewegten Luftmasse in der ersten Leitung 6 erfasst. Mit dem Begriff der unbewegten Luftmasse ist in diesem Zusammenhang gemeint, dass in der ersten Leitung 6 kein Luftmassenstrom vorhanden ist. Natürlich bewegen sich die einzelnen Teilchen in der Luft in der ersten Leitung aber diese Bewegung erfolgt ungeordnet und im Mittel über alle bewegten Luftteilchen ergibt sich keine Bewegung der gesamten Luftmasse, wenn das erste Ventil 9 und/oder das zweiten Ventil 13 geschlossenen ist und/oder wird die Luftpumpe 7 zum Stillstand gebracht wurde. In der unbewegten oder still stehenden Luftmasse liegt also lediglich die Brownsche Molekularbewegung vor.

Sollte nun bei einer stillstehenden Luftmasse eine Änderung thermischen Leitfähigkeit der Luft in der ersten Leitung 6 vom Massenstromsensor 8 erfasst werden, so kann dies nur aufgrund eines Durchbruchs der Kohlenwasserstoffe durch das Speicher- element 5 eingetreten sein. Damit kann der Durchbruch der

Kohlenwasserstoffe durch das Speicherelement 5 sicher erkannt werden und es können Maßnahmen ergriffen werden, die ein Austreten der Kohlenwasserstoffe in die Umgebung des Kraft ^¬ stofftanksystems verhindern. Das umgehende Einleiten einer Spülung des Speicherelements 5 mit Frischluft ist eine geeignete Maßnahme, die den Austritt der Kohlenwasserstoffe verhindern kann. Bei Hybridfahrzeugen ist es eventuell notwendig den Verbrennungsmotor zu starten, damit die aus dem Speicherelement 5 ausgespülten Kohlenwasserstoffe auch verbrannte werden können, All diese Maßnahmen können von einem Steuergerät 21 eingeleitet werden, wobei das Steuergerät 21 auch die von dem Massenstromsensor 8 erfassten Daten verarbeiten kann und Informationen über die Stellung des ersten Ventils 9 und des zweiten Ventils 13 sowie des Betriebszustandes der Luftpumpe 7 erfasse kann.