DE102005043744A1

DE102005043744A1 - Entlüftungssystem für einen Kraftstoffbehälter

Info

Publication number: DE102005043744A1
Application number: DE200510043744
Authority: DE
Inventors: Dieter Rongstock
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2007-03-22

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Ent- und Belüftungssystem für einen Kraftstoffbehälter. DOLLAR A Bekannte Entlüftungssysteme müssen für die USA und für andere Staaten, z. B. solcher der Europäischen Union, unterschiedlich ausgelegt werden. Dies bedingt eine Vielzahl unterschiedlicher Systemkomponenten. DOLLAR A Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein für die EU und die USA möglichst einheitliches System bereitzustellen. DOLLAR A Erfindungsgemäß erfolgt dies mit einem Entlüftungssystem (1) mit einem Kraftstoffeinfüllrohr (2) und einer Entlüftungsleitung (3), die beide in einen Kraftstoffbehälter (4) münden. Das System hat ferner ein Verteilerstück (6) mit je einer Kraftstoffzuleitung (A, B, C) zu einem Ausgleichsbehälter (5), der Entlüftungsleitung (3) und zu dem Kraftstoffeinfüllrohr (2), wobei der Ausgleichsbehälter (6) kraftstoffzuleitend mit einem Aktivkohlefilter (9) verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Ent- und Belüftungssystem für einen Kraftstoffbehälter nach dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Kraftfahrzeuge besitzen einen Kraftstoffbehälter und Zuleitungen, bei denen sichergestellt werden muss, dass flüssiger oder gasförmiger Kraftstoff nicht ungewollt entweicht.

Hierzu ist es bekannt, eine Füllentlüftungsleitung zwischen dem oberen Ende des Kraftstoffeinfüllrohrs und dem Kraftstoffbehälter vorzusehen. Beim Betanken wird Luft und dampfförmiger Kraftstoff im Kraftstoffbehälter verdrängt und gelangt über die Füllentlüftungsleitung zur Atmosphäre. Nach dem Betanken steht die Füllentlüftungsleitung wegen des dann geschlossenen Tankdeckels nicht mehr für das Entlüften zur Verfügung. Für die Betriebszustände Fahren und Parken gibt es deshalb bei benzingetriebenen Fahrzeugen die Betriebsentlüftungsleitung, mit der dampfförmiger Kraftstoff über den Aktivkohlefilter zur Atmosphäre gelangt.

Bei der Kraftstoffbehälterentlüftung können generell zwei Systeme unterschieden werden. In den USA kommt das ORVR-System (on-board refueling vapor recovery) zum Tragen. Bei diesem werden die während der Betankung verdrängten Kraftstoffdämpfe durch den Aktivkohlefilter geleitet. Um den Aktivkohlefilter zu entlasten besitzen Fahrzeuge in den USA zusätzlich eine so genannte Rezirkulationsleitung. In den restlichen Staaten, z.B. in der Europäischen Union (EU), werden die Kraftstoffdämpfe beim Betankungsvorgang von der Kraftstoffzapfpistole abgesaugt. Dieses zweite System soll nachfolgend der Einfachheit halber als EU-System bezeichnet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Entlüftungssystem für Kraftstoffbehälter bereitzustellen, das die Anforderungen, die in der Europäischen Union (EU) und in den USA an die Kraftstoffbehälterentlüftung gestellt werden, gleichermaßen befriedigt.

Eine weitere Aufgabe besteht darin, ein Entlüftungssystem für Kraftstoffbehälter bereitzustellen, bei dem dieser möglichst vollständig mit flüssigem Kraftstoff befüllt werden kann.

Die Lösung dieser Aufgaben erfolgt mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen werden durch die Merkmale der Unteransprüche wiedergegeben.

Die Lösung erfolgt mit einem Entlüftungssystem, das ein Kraftstoffeinfüllrohr und mindestens eine Entlüftungsleitung besitzt, wobei diese jeweils in einen Kraftstoffbehälter einmünden. Zusätzlich ist ein Verteilerstück vorgesehen, das drei Raumbereiche miteinander kraftstoffzuleitend, d.h. fluidzuführend, verbindet. Das Verteilerstück hat je eine Kraftstoffzuleitung zu einem Ausgleichsbehälter, der Entlüftungsleitung und dem Kraftstoffeinfüllrohr. Der Ausgleichsbehälter ist kraftstoffzuleitend mit einem Aktivkohlefilter verbindbar oder verbunden. Bei Dieselfahrzeugen mündet der Ausgang des Ausgleichsbehälters direkt in der Atmosphäre, und bei Benzinfahrzeugen mündet er in den Aktivkohlefilter.

Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht eine größtmögliche Vereinheitlichung des Entlüftungssystems für US- und EU-Anforderungen. Das Entlüftungssystem ist gleichermaßen für die USA und die Europäische Union geeignet und unterscheidet sich diesbezüglich nur hinsichtlich der Abmessungen des Verteilerstücks und der Menge an Aktivkohle im Aktivkohlefilter. Alle weiteren Teile sind baugleich. Mit anderen Worten kann ein Automobilhersteller durch einen einfachen Austausch des Verteilerstücks und des Aktivkohlefilters das Entlüftungssystem für die Anforderungen in den USA bzw. für die Anforderungen in der EU geeignet machen. Damit ergibt sich in der Fertigung eine äußerst geringe Anzahl von Komponenten, was eine kostengünstige Herstellung erleichtert.

Weiterhin ist das Entlüftungssystem konzeptionell besonders einfach und kommt mit einer Mindestzahl von Kraftstoffzuleitungen aus. Die gleichermaßen für Benzin- und Dieselfahrzeuge geeignete Lösung benötigt nämlich, auch wenn dies optional noch vorgesehen sein kann, keine Betriebsentlüftungsleitung und keine Rezirkulationsleitung. Die Entlüftungsleitung kann daher Füll-, Betriebs- und Rezirkulationsleitung gleichzeitig sein, was das System gegenüber bekannten Systemen erheblich vereinfacht.

Ein weiterer Vorteil des Entlüftungssystems besteht darin, dass keine beweglichen Teile, keine Kraftstoffabscheideeinrichtung auf dem Tank (sog. liquid trap) oder Ventile benötigt werden. Dies reduziert die Zahl der erforderlichen Komponenten weiter, vermeidet Fehler und/oder Fehlfunktionen und senkt die Kosten des Systems.

Durch den Ausgleichsbehälter kann nahezu der gesamte Bauraum des Kraftstoffbehälters als Füllvolumen für Kraftstoff genutzt werden. Der Platzbedarf für den Kraftstoffbehälter ist damit besonders gering, was eine größere Freiheit bei der Konzeptionierung eines Kraftfahrzeugs mit sich bringt.

Die ansonsten oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindlichen Kraftstoffdämpfe befinden sich bei vollständig gefülltem Kraftstoffbehälter im Ausgleichsbehälter.

Das Entlüftungssystem ist nahezu drucklos. Dies bedeutet, dass ein wärmebedingtes Sich-Ausdehnen des Kraftstoffbehälters, z.B. bedingt durch die Abwärme der Auspuffanlage mit damit verbundenem Anschmelzen des Kraftstoffbehälters, oder ein Sich-Zusammenziehen mit damit verbundener Kraftstoffunterbrechung, nicht besteht, da die Be- und Entlüftung stets ausreichend ist.

Der geringe Druck im Inneren des Kraftstoffbehälters bedingt ferner eine nur geringe Wahrscheinlichkeit dafür, dass es zu einem Kraftstoffübertritt in den Aktivkohlefilter (AKF) kommt. Die AKF-Beladung ist gleichmäßig, was eine einfachere Abstimmung der Purgestrategie ermöglicht, d. h. der Spülung des AKF's zwecks Regenerierung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist genau eine Entlüftungsleitung vorgesehen. Diese ist, wie oben ausgeführt, gleichzeitig Füll-, Betriebs- und Rezirkulationsleitung. Diese Lösung reduziert die Zahl der erforderlichen Kraftstoffzuleitungen bzw. Be-/Entlüftungsleitungen auf ein Minimum.

Je nach der Form des Kraftstoffbehälters, und hierbei insbesondere seiner Oberschale, kann es erforderlich sein, zusätzliche Betriebsentlüftungsleitungen und/oder eine separate Füllentlüftungsleitung vorzusehen um beim Kraftstoffbehälter eine maximale Volumenausnutzung zu gewährleisten.

In einer weiteren Ausführungsform ist das Volumen des Ausgleichsbehälters mindestens 4% des Volumens des Kraftstoffbehälters. Der Wert von 4% entspricht etwa dem maximalen, durch Wärmeeintrag bedingten Maß an Kraftstoffausdehnung unter Berücksichtigung von Schräglagen. Bei einem Kraftstoffbehältervolumen von 70 Litern ist das Volumen des Ausgleichsbehälters somit ca. 3 Liter.

Wie oben ausgeführt wird über die Abmessungen des Verteilerstücks die Geeignetheit des Entlüftungssystems für die Europäische Union oder die USA festgelegt. Konkret sind dies die Innendurchmesser der drei Kraftstoffzuleitungen des Verteilerstücks. Die Innendurchmesser sind für die Europäische Union und die USA unterschiedlich bemessen, nämlich wie folgt:

1. In der EU

Der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung A vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter ist so gewählt, dass beim Betankungsvorgang nur vernachlässigbare Mengen dampfförmigen Kraftstoffs zum Aktivkohlefilter strömen, und dass der Kraftstoffbehälter in den Betriebszuständen Fahren und Parken im Wesentlichen drucklos ist.

Der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung B vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung C vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr sind jeweils so gewählt, dass beim Betankungsvorgang auch bei maximaler Kraftstoffeinfüllgeschwindigkeit Kraftstoff nicht bis zur Höhe der Zapfpistole kommt.

Bevorzugt ist der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung A 2 mm und sind die Durchmesser der Kraftstoffzuleitungen B und C jeweils 11 mm.

2. In den USA

Hier ist der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung A vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung B vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitungjeweils so gewählt, dass beim Betankungsvorgang auch bei maximaler Kraftstoffeinfüllgeschwindigkeit Kraftstoff nicht bis zur Höhe der Zapfpistole kommt.

Der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung C vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr ist ferner so gewählt, dass er zum einen groß genug ist eine Rezirkulation der Kraftstoffdämpfe zu ermöglichen, und zum anderen klein genug ist, dass im Wesentlichen keine Kraftstoffdämpfe vom Kraftstoffeinfüllrohr in die Atmosphäre gelangt.

Bevorzugt ist der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung C 4 mm und sind die Durchmesser der Kraftstoffzuleitungen A und B jeweils 11 mm.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erkennbar die nachfolgend als nicht beschränkende Beispiele gegeben sind. Es stellt dar: 1 ein Entlüftungssystem gemäß der Erfindung.
1 zeigt ein Entlüftungssystem 1 mit einem Kraftstoffeinfüllrohr 2, das ebenso wie die Entlüftungsleitung 3 in den Kraftstoffbehälter 4 münden. Der Kraftstoffbehälter hat ein Volumen von 70 Litern. Kraftstoffeinfüllrohr 2, Entlüftungsleitung 3 und der Ausgleichsbehälter 5 sind über ein Verteilerstück 6 miteinander kraftstoffzuleitend verbunden. Der Ausgleichsbehälter 5 hat ein Volumen von 4 Litern.
Die drei Zuleitungen A, B und C des Verteilerstücks 6 haben die in Tabelle 1 angegebenen Innendurchmesser. Hierbei gibt die erste Zeile von Tabelle 1 die Innendurchmesser für den Betrieb eines Fahrzeugs in der Europäischen Union an, und Zeile 2 die korrespondierenden Werte für die USA.
Wird ein Fahrzeug, das dieses Entlüftungssystem besitzt, betankt, so steigt zum Ende des Betankungsvorgangs der Füllspiegel im Kraftstoffeinfüllrohr 2. Dadurch wird die Fühlerdüse 7 der Kraftstoffpistole 8 hydraulisch verschlossen und schaltet die Kraftstoffpistole 8 ab.
Das Entlüftungssystem 1 erlaubt ein Nachtanken nach dem Abschalten der Kraftstoffpistole 8, und zwar solange, bis der Kraftstoff im Kraftstoffeinfüllrohr 2 und in der Entlüftungsleitung 3 auf der Höhe der besagten Fühlerdüse 7 steht. Ein Übertanken ist hingegen nicht möglich.
Bei einem für die EU konzipierten System sind der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung B vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung 3 und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung C vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr 2 so gewählt, dass beim Betankungsvorgang auch bei maximaler Kraftstoffeinfüllgeschwindigkeit Kraftstoff nicht bis zur Höhe der Zapfpistole 7 kommt.
Bei einem für die USA konzipierten System sind der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung A vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung B vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung so gewählt, dass auch bei maximaler Kraftstoffeinfüllgeschwindigkeit Kraftstoff nicht bis zur Höhe der Zapfpistole kommt.
Während der Betankung gelangen bei einem für die Europäischen Union konzipierten System die entweichenden Kraftstoffdämpfe über die Entlüftungsleitung 3, das Verteilerstück 6 und dem oberen Ende des Kraftstoffeinfüllrohrs 2 zur Kraftstoffpistole 7 und werden von dieser abgesaugt. Die Entlüftungsleitung 3 ist damit eine Füllentlüftungsleitung.
Um einen ausreichenden Volumenstrom zu ermöglichen sind der Innendurchmesser der Kraftstoffzuleitung B vom Verteilerstück 6 zur Entlüftungsleitung 3 und auch der Innendurchmesser der Kraftstoffzuleitung C vom Verteilerstück 6 zum Kraftstoffeinfüllrohr 2 mit 11 mm recht groß gewählt. Der Innendurchmesser der Kraftstoffzuleitung A vom Verteilerstück 6 zum Aktivkohlefilter 9 ist so gewählt, dass beim Betankungsvorgang nur vernachlässigbare Mengen dampfförmigen Kraftstoffs zum Aktivkohlefilter 9 strömen. Im gezeigten Beispiel ist dieser (Innen-) Durchmesser 2 mm.
Bei einem für die USA konzipierten System ist der Innendurchmesser der Kraftstoffzuleitung C vom Verteilerstück 6 zum Kraftstoffeinfüllrohr 2 mit 4 mm klein gewählt. Dadurch kann der Hauptteil der Kraftstoffdämpfe über den Ausgleichsbehälter 5 zum Aktivkohlefilter 9 entweichen, so wie es das o. g. ORVR-System fordert.
Bei dem für die USA konzipierten System gelangen während des Betankens ein Teil der Kraftstoffdämpfe durch die Kraftstoffzuleitung C. Diese werden vom Kraftstoffstrom im Kraftstoffeinfüllrohr 2 erfasst und dem Kraftstoffbehälter 4 zugeführt. Die Entlüftungsleitung 3 ist damit zusammen mit der Kraftstoffzuleitung C eine Rezirkulationsleitung, mit der der Aktivkohlefilter 9 entlastet und dessen Aktivkohlemenge reduziert werden kann.
Nach der Betankung ist der Kraftstoffbehälter 4 vollständig mit Kraftstoff gefüllt, d.h. befindet sich kein dampfförmiger Kraftstoff in seinem oberen Bereich. Aus diesem Grund kann der Kraftstoffbehälter 4 recht klein gewählt werden und wird nahezu sein gesamtes Volumen als Kraftstoffvolumen genutzt. Entstehen infolge Wärmeeintrag Kraftstoffdämpfe, so gelangen diese über die Entlüftungsleitung 3 zum Ausgleichsbehälter 5. Dieser befindet sich oberhalb des Kraftstoffbehälter 4 und dient insofern dem Wärmeausgleich.
Nach dem Betankungsvorgang ist das obere Ende des Kraftstoffeinfüllrohrs 2 durch eine (nicht gezeigten) Tankdeckel verschlossen. Be- und Entlüftung erfolgen dann beim US- und EU-System über die Entlüftungsleitung 2 und dem Ausgleichsbehälter 5. Der Innendurchmesser der zugehörigen Kraftstoffzuleitung A ist dabei so groß, dass bei EU- und US-System kein nennenswerter Innendruck im Kraftstoffbehälter 4 entsteht. Aus diesem Grund kann auf ein Überdruck- bzw. Sicherheitsventilin der Entlüftungsleitung 3 verzichtet werden. Aufgrund nationaler Bestimmungen kann jedoch ein sog. „roll over Ventil" atmosphärenseitig vorgesehen sein, das im Falle eines Fahrzeugüberschlags, d.h. bei einem Unfall, ein ungewolltes Austreten von Kraftstoff verhindert.

01: Entlüftungssystem
02: Kraftstoffeinfüllrohr
03: Entlüftungsleitung
04: Kraftstoffbehälter
05: Ausgleichsbehälter
06: Verteilerstück
07: Fühlerdüse
08: Kraftstoffpistole
09: Aktivkohlefilter
10: Atmosphäre

Tabelle 1

Claims

Entlüftungssystem, mit einem Kraftstoffeinfüllrohr (2) und einer Entlüftungsleitung (3), die beide in einen Kraftstoffbehälter (4) münden, und mit einem Verteilerstück (6), das je eine Kraftstoffzuleitung (A, B, C) zu a) einem Ausgleichsbehälter (5), b) der Entlüftungsleitung, c) dem Kraftstoffeinfüllrohr hat, wobei der Ausgleichsbehälter kraftstoffzuleitend mit einem Aktivkohlefilter (9) verbindbar oder verbunden ist.
Entlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass genau eine Entlüftungsleitung vorgesehen ist.
Entlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Volumen des Ausgleichsbehälters mindestens 4% des Volumens des Kraftstoffbehälters ist.
Entlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (A) vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter so gewählt ist, dass a1) beim Betankungsvorgang nur vernachlässigbare Mengen dampfförmigen Kraftstoffs zum Aktivkohlefilter fließen, und a2) der Kraftstoffbehälter in den Betriebszuständen Fahren und Parken im Wesentlichen drucklos ist, b) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (B) vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (C) vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr so gewählt sind, dass auch bei maximaler Kraftstoffeinfüllgeschwindigkeit Kraftstoff nicht bis zur Höhe der Zapfpistole gelangt.
Entlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (A) vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (B) vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung so gewählt sind, dass auch bei maximaler Kraftstoffeinfüllgeschwindigkeit Kraftstoff nicht bis zur Höhe der Zapfpistole gelangt, b) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (C) vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr so gewählt ist, dass b1) er groß genug ist eine Rezirkulation der Kraftstoffdämpfe zu ermöglichen, und b2) klein genug ist, dass im Wesentlichen keine Kraftstoffdämpfe vom Kraftstoffeinfüllrohr in die Atmosphäre (10) gelangen.
Entlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (A) vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter zwischen 1 mm und 3 mm ist, b) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (B) vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (C) vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr zwischen 10 mm und 12 mm ist.
Entlüftungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass a) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (A) vom Verteilerstück zum Ausgleichsbehälter und der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (B) vom Verteilerstück zur Entlüftungsleitung zwischen 10 mm und 12 mm ist, b) der Durchmesser der Kraftstoffzuleitung (C) vom Verteilerstück zum Kraftstoffeinfüllrohr zwischen 3 mm und 5 mm ist.