DE102006013593A1

DE102006013593A1 - System und Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffdampfemissionen bei einem kleinen Motor

Info

Publication number: DE102006013593A1
Application number: DE102006013593A
Authority: DE
Inventors: Vaughn K. Chelsea Mills
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2006-09-28
Also published as: JP2006266267A; CA2540758A1; KR20060103198A; CN1837600A; CN1837600B; US7225795B2; KR101295924B1; US20060213487A1

Abstract

Das Brennstoffsystems eines Kleinmotors weist einen Tank mit einem einstückig angeformten Füllrohr oder Stutzen auf, dessen unteres Ende auf einem Niveau unterhalb des oberen Teils der Tankwand angeordnet ist, die aus einem dampfundurchlässigen Material besteht, zu dem HDPE mit eingelagertem EVOH oder Polyamid zählen können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist das Füllrohr in einer Vertiefung in dem oberen Teil der Tankwand angeordnet. Bei einer anderen beispielhaften Ausführungsform weist das Füllrohr einen Einsatz auf, der sich in den Tank bis zu einer Position unterhalb des oberen Teils der Tankwand erstreckt, so dass ein Dampfraum ausgebildet wird. Der Tank weist ein Füllstandsbegrenzungs-Dampfentlüftungs/Kippventil auf, dessen Auslass an einen Speicherbehälter angeschlossen ist, der ausgangsseitig mit dem Motor verbunden ist und eine Belüftung mit Umgebungsluft aufweist.

Description

Hintergrund

Kleine Motoren von weniger als 50 PS (37,4 Kilowatt) werden bei Anwendungen wie Gartentraktoren, Rasenmäher, tragbaren Stromaggregaten und maritimen Anwendungen bei kleinen Booten in weitem Umfang eingesetzt. Solche Motoren verwenden typischerweise einen Kraftstofftank, der nahe des Motors angebracht und so angeordnet ist, dass Kraftstoff unter Schwerkraftwirkung aus dem Tank zu dem Vergaser des Motors strömt, wenngleich bei Anwendungen, die an 50 PS herankommen, in bestimmten Fällen auch Kraftstoffpumpen eingesetzt werden können.

In der Vergangenheit wurden an kleine Motoren keine besonderen Anforderungen hinsichtlich der Kraftstoffdampfemissionen gestellt, wie dies bei Kraftfahrzeugen der Fall ist. Neuerdings bestehen aber Vorschriften, dass kleine Motoren für solche Anwendungen Kraftstoffzufuhrsysteme aufweisen müssen, die eine Dampfemission in die Atmosphäre sowohl während des Motorbetriebs als auch während der Stillstandszeiten des Motors verhindern. Kraftstofftanks für kleine Motoren verwenden typischerweise einen offenen Entlüftungskanal in dem Verschlussdeckel des Kraftstoffeinfüllrohrs um Ausgleichsluft nachströmen zu lassen, wenn Kraftstoff während des Motorbetriebs entnommen wird und um außerdem einen von Kraftstoffdampf herrührenden Druckaufbau in dem Tank zu verhüten.

Die Forderung die Tankentlüftung abzudichten, hat eine zusätzliche Komplexität und einen zusätzlichen Kostenaufwand bei der Umkonstruktion der Kraftstoffsysteme kleiner Motoren zur Erfüllung der Dampfemissionsforderungen hervorgerufen, insbesondere deshalb, weil Motoren dieser Art in großen Massen erzeugt werden und die Werkzeugausrüstungen deshalb auf Dauergebrauch eingerichtet sind und einen erheblichen Kostenfaktor darstellen. Forderungen nach Änderungen der Konstruktion des Kraftstoffsystems und Kraftstofftanks führen deshalb zu einer erheblichen Steigerung der Herstellungskosten der Motoren. Demgemäß besteht der Wunsch, Mittel und Wege zur Implementierung von Kraftstoffdampfsteuereinrichtungen bei kleinen Motoren zu haben, ohne dass dazu der Kraftstofftank und Kraftstoffsystemkomponenten in übermäßigem Maße umkonstruiert oder die dafür erforderlichen Werkzeugausrüstungen ausgetauscht werden müssten.

Es besteht deshalb das Bedürfnis die Platzanforderungen für zusätzliche Komponenten zu minimieren, die dazu erforderlich sind, um ein abgedichtetes Tanksystem zur Steuerung der Kraftstoffdampfemission bei solchen kleinen Motoren zu schaffen.

Kurze Zusammenfassung

Die vorliegende Beschreibung, die Zeichnungen und die Ansprüche beschreiben ein Kraftstoffsystem für einen kleinen Motor, das einen Kraftstofftank mit einem an den Tank geformten Füllrohr oder -stutzen mit einem entlüftungsfreien Deckel für das Füllrohr aufweist, wobei das untere Ende des Füllrohrs in dem Tank auf ein vorbestimmtes Niveau eingestellt ist, um eine vollständige Befüllung des Tanks über das gewünschte Niveau hinaus zu vermeiden und damit einem Dampfdom oberhalb des flüssigen Kraftstoffs in dem Tank auszubilden. Der Tank weist ein die Befüllung begrenzendes Dampfentlüftungs-/Kippventil auf, das mit einem Dampfauslass versehen ist, der an einen Speicherbehälter angeschlossen ist, welcher mit dem Lufteinlass des Motors verbunden ist, um im Betrieb einen Dampfstrom zu dem Motor zu ermöglichen. An dem Speicherbehälter ist ein Spülbelüftungskanal für atmosphärische Luft vorgesehen und dieser ist bei den beschriebenen Ausführungsformen an den Motorfilter angeschlossen, was es ermöglicht, dass gefilterte Luft während der Spülströmung in den Speicherbehälter eingesaugt wird. Der Tank ist mit einer dampfundurchlässigen Sperre ausgebildet, die Material, etwa HDPE aufweist, in das entweder Äthylenvinylalkohol (EVOH) oder Polyamid eingelagert ist. Bei einer Ausführungsform erstreckt sich der Tankfüllstutzen von einem vertieften Bereich in der Tankoberseite aus in der Weise, dass das untere Ende des Einfüllstutzens auf einem Niveau liegt, das tiefer ist als die Tankoberseite, um damit einem Dampfdom auszubilden. Bei einer alternativen Ausführungsform ist das untere Ende des Tankfüllstutzens oder -rohres durch einen Einsatz in dem einstückig geformten Füllrohr definiert, wobei das untere Ende des Einsatzes den jeweils gewünschten Kraftstofffüllstand bestimmt.

Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische Darstellung des Kraftstoffdampfsystems für einen kleinen Motor;
2 ist eine teilweise Querschnittsdarstellung zur Veranschaulichung einer alternativen Ausführungsform des Kraftstofffüllstutzens oder -rohres des Tanks nach 3;
3 ist eine Seitenansicht eines Kraftstofftanks für das System nach 1;
4 ist eine Ansicht der linken Stirnseite des Tanks nach 3.
Detaillierte Beschreibung
Bezugnehmend auf 1 ist dort ein System zur Steuerung der Kraftstoffdampfemission bei einem Kleinmotor allgemein mit 10 bezeichnet. Es beinhaltet eine beispielhafte Ausführungsform eines allgemein mit 12 bezeichneten Kraftstofftanks, der eine zur Kraftstoffzufuhr unter Schwerkraftwirkung dienende Leitung 14 aufweist, die an den Vergaser 16 eines kleinen Motors 18 angeschlossen ist. Der obere Teil der Wandstruktur 20 des Tanks weist einen einstückig angeformten Kraftstofffüllstutzen 22 auf, auf dessen oberem Ende eine keine Entlüftung aufweisende, von dem Benutzer abnehmbare Verschlusskappe 24 angeordnet ist. Das untere Ende 26 des Füllstutzens erstreckt sich in dem Tank, aus Gründen, die im Nachfolgenden im Einzelnen noch beschrieben werden, bis zu einem vorbestimmten, jeweils gewünschten Niveau.
In der oberen Wandstruktur 20 des Tanks ist außerdem ein die Befüllung begrenzendes Dampfentlüftungs-/Kippventil angeordnet, das allgemein mit 28 bezeichnet ist und das einen Dampfentlüftungsauslass 30 aufweist, der über eine Leitung 32 mit einem Speicherbehälter 34 verbunden ist, der ein absorbierendes Material enthalten kann. Der Speicherbehälter 34 weist einen Spül- oder Dampfauslass auf, der über eine Leitung 36 an ein in dem Lufteinlass des Motors 18 angeordnetes Filter 38 angeschlossen ist. Der Speicherbehälter 34 weist außerdem eine Belüftung für atmosphärische Luft auf, die bspw. dadurch gefiltert werden kann, dass der Behälter über eine Leitung 40 an den Luftfilter 38 des Motors angeschlossen ist.
Das Füllstandsbegrenzungs-Dampfentlüftungs-/Kippventil 28 kann schwimmerbetätigter Bauart sein, um den Entlüftungsauslass 30 zu verschließen, wenn der Kraftstofffüllstand in dem Tank ein vorbestimmtes Niveau erreicht. Das Ventil kann außerdem eine Funktion aufweisen, die das Ventil schließt, wenn der Tank bis zu einer vorbestimmten Kipplage verlagert wird oder im Falle des Umstürzens oder Überschalgens.
Bezugnehmend auf 2 weist der obere Teil der Tankwandstruktur 20 das einstückig angeformte vertikal aufsteigende Füllrohr 22 auf, dessen oberes Ende mit einem Gewinde 42 versehen ist, auf das eine Kappe 44 aufgeschraubt ist, um das Füllrohr zu verschließen. Die Kappe kann zur Betankung von dem Benutzer abgenommen werden.
Bei der Ausführungsform nach den 1, 2 ist das unter Ende des Füllrohrs 26 durch einen Einsatz 46 gebildet, der einen nach außen ragenden Ringflansch 48 aufweist, welcher an ihm angeformt ist und der durch irgendeine geeignete Maßnahme, bspw. durch Anschweißen oder Ankleben an dem Füllrohr 22 befestigt sein kann.
Wie im Vorstehenden erläutert, liegt das unter Ende 26 des Füllrohrs in dem Tank auf einem vorbestimmten Niveau. Wenn der Benutzer die Kappe 44 abnimmt und so weit nachtankt, dass der Kraftstofffüllstand in dem Tank das untere Ende 26 des Füllrohrs bedeckt, führt fortgesetztes weiteres Einfüllen von Kraftstoff dazu, dass der Kraftstoff schnell in dem Einsatz 46 ansteigt. Wenn der Kraftstofffüllstand das obere Ende des Einsatz 46 erreicht und über dieses überläuft, liefert das ein visuelles Signal für den Benutzer, dass der Tank auf den gewünschten Füllstand befüllt ist. Diese Anordnung verhütet, dass der Kraftstoff wesentlich über das Niveau 26 des unteren Endes des Einsatzes ansteigt und demgemäß wird in dem Tank oberhalb des Spiegels des flüssigen Kraftstoffs und unterhalb des oberen Teils der Wandung 20 des Tanks ein Dampfraum aufrecht erhalten.
Das untere Ende 26 des Füllrohreinsatzes ist in dem Tank derart positioniert, dass das Ventil 28 offen bleibt, wenn der Kraftstofffüllstand das Ende 26 erreicht; und beim Wiederverschließen der Kappe 44 kann somit Kraftstoffdampf durch das Ventil 28 in den Speicherbehälter 34 entweichen, so dass ein Druckaufbau in dem Tank verhütet ist.
In der gegenwärtigen Praxis kann der Kraftstofftank 12 mit irgendeiner kostengünstigen Technik, etwa durch Blasformen eines Materials, hergestellt werden, das für Kraftstoffdampf im Wesentlichen undurchlässig ist, wie z.B. Niederdruckpolyethylen (HDPE), versetzt mit einem Äthylenvinylalkohol (EVOH)-Material oder HDPE, das mit einem Polyamidmaterial versetzt ist. Selbstverständlich können auch andere geeignete dampfundurchlässige Materialien verwendet werden.
Bezugnehmend auf die 3, 4 ist dort eine alternative beispielhafte Ausführungsform des Kraftstofftanks allgemein mit 50 bezeichnet, wobei der obere Teil der Tankwand 52 mit einer Vertiefung oder einem niedrigeren Niveau 54 ausgebildet ist, das anschließend an eine Stirnseite des Tanks ausgebildet sein kann. Ein vertikal aufsteigendes Füllrohr 56 ist einstückig an ihm angeformt, und das Füllrohr 56 ist an seinem oberen Ende mit einem Gewinde 58 versehen. Auf das Gewinde 58 kann naturgemäß eine in den 3, 4 nicht dargestellte Füllrohrverschlusskappe aufgeschraubt werden.
Das untere, in den Tank mündende Ende des Füllrohrs 56 ist mit dem Bezugszeichen 60 versehen und liegt auf einem vorbestimmten Niveau unterhalb des oberen Teils der Wand 52 des Tanks und ermöglicht ein schnelles Ansteigen des Kraftstoffs in dem Füllrohr, sobald der Kraftstofffüllstand das untere Ende 60 erreicht. Das Ende 60 wirkt deshalb in der gleichen Weise wie das im Zusammenhang mit den Ausführungsformen nach den 1, 2 bereits beschriebene untere Ende 26.
Der Tank 50 weist ein allgemein mit 62 bezeichnetes Füllstandsbegrenzungs-Dampfentlüftungs-/Kippventil auf, das mit einem Auslass 64 versehen ist, der zum Anschluss an den Speicherbehälter 34 dient. Der Tank 50 weist außerdem einen Kraftstoffauslass 66 zur Kraftstoffzuleitung unter Schwerkraftwirkung auf, der an den Vergaser 16 des Motors angeschlossen sein kann.
Bei der Ausführungsform nach den 3, 4 wirkt das Ventil 62 in der Weise, dass es bei einer Verlagerung des Tanks in eine vorbestimmte Kipplage oder beim Umstürzen schließt. Wenn der Tank 50 aufrecht steht, bleibt das Ventil 62 so lange offen als ein Dampfraum unterhalb des oberen Teils 52 der Tankwand vorhanden ist und das untere Ende 60 des Füllrohrs das Abströmen von Kraftstoffdampf in den Speicherbehälter ermöglicht.
Die im Zusammenhang mit den veranschaulichten Ausführungsformen beschriebenen Ausführungsbeispiele ergeben eine Kraftstoffdampfemissionskontrolle bei einem Motor, ohne dass sie eine wesentliche Vergrößerung der Platzanforderungen für das Kraftstoffsystem mit sich bringen. Sie ergeben außerdem den Dampfraum oberhalb des Spiegels des flüssigen Kraftstoff in den Tank, der notwendig ist, um das abgedichtete Verschließen der Füllrohrkappe zu erlauben und doch einen Dampfstrom in einen Speicherbehälter und eine atmosphärische Belüftung zu ermöglichen, wobei ein Druckaufbau in dem Tank verhütet ist.
Abwandlungen und Variationen der dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen sind im Rahmen der nachfolgenden Patentansprüche naturgemäß möglich.

Claims

Kraftstoffdampf-Emissionssteuersystem (10) für einen kleinen Motor (18) das aufweist: (a) einen Kraftstofftank (12) mit einer für Kraftstoffdampf undurchlässigen Sperre in seiner Wand, wobei ein Teil der oberen Wand einen Dampfdom ausbildet; (b) ein Füllrohr (22), das an die Wandstruktur des Tanks angeformt ist, wobei das Ende (26) des Füllrohres in dem Tank auf einem Niveau angeordnet ist, das tiefer liegt als der Dampfdom derart, dass beim Betanken der Kraftstoff in dem Füllrohr früher als in dem Dampfdom ansteigt; (c) ein Füllstandsbegrenzungs-Dampfentlüftungs-/Kippventil (28) mit einem Dampfentlüftungsauslass (30) durch die Wand des Dampfdomes; und (d) eine Leitung (32), die den Dampfentlüftungsauslass mit dem Lufteinlass des Motors verbindet.
System nach Anspruch 1, bei dem die Leitung einen Dampfspeicherbehälter (34) beinhaltet.
System nach Anspruch 1, bei dem das Dampfentlüftungs-/Kippventil eine Schwimmerbetätigung aufweist.
System nach Anspruch 1, bei dem der obere Teil (54) der oberen Wand des Tanks derart ausgebildet ist, dass das untere Ende des Füllrohrs auf dem erwähnten tieferen Niveau (60) liegt.
System nach Anspruch 1, bei dem das Füllrohr einen Einsatz (46) enthält, der sich in den Tank erstreckt und der das erwähnte Ende auf dem tieferen Niveau enthält.
System nach Anspruch 1, bei dem das Ventil schwimmerbetätigt ist und sich zu einem Niveau erstreckt, welches verhindert, dass der Schwimmer das Ventil während der Betankung schließt.
System nach Anspruch 1, bei dem die Leitung einen Speicherbehälter (34) mit einer Spülbelüftung (40) mit Atmosphärenluft aufweist.
System nach Anspruch 7, bei dem die atmosphärische Spülbelüftung an ein Luftfilter (38) des Lufteinlasses des Motor angeschlossen ist.
System nach Anspruch 1, bei dem die Sperre im Wesentlichen aus einem Äthylenvinylalkoholmaterial besteht.
System nach Anspruch 1, bei dem der Tank und das Füllrohr blasgeformt sind.
Verfahren zur Steuerung der Kraftstoffdampfemission in dem Kraftstoffsystem eines kleinen Motors, das beinhaltet: (a) Ausbilden einer Kraftstofftankwandstruktur (12) mit einer darin vorgesehenen Dampfsperre und einem angeformten Füllrohr (22); (b) Anordnen des unteren Endes (26) des Füllrohrs auf einem vorbestimmten Niveau, das tiefer liegt als der oberste Teil der Tankwandstruktur; und (c) Anordnen eines Füllstandbegrenzungs-Dampfentlüftungs/Kippventils (28) in dem obersten Teil der Tankwandstruktur; und (d) Verbinden eines Dampfauslasses (30) des Ventils mit dem Lufteinlass des Motors; und (e) Begrenzen des Füllstands beim Betanken auf das Niveau des unteren Endes des Füllrohrs.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Ausbildens eines Tanks das Ausbilden einer im Wesentlichen aus einem Äthylenvinylalkoholmaterial bestehenden Sperre beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt der Ausbildung einer Tankwandstruktur mit angeformtem Füllrohr das Anordnen eines Einsatzes (46) in dem Füllrohr und das Ausbilden des unteren Endes an dem Einsatz beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Anordnens des unteren Endes des Füllrohrs das Ausbilden einer Vertiefung (54) in dem oberen Teil der Tankwand und das Anordnen des Füllrohres in der Vertiefung beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 14, bei dem der Schritt des Ausbildens einer Vertiefung das Anordnen der Vertiefung an einem Rand des Tanks beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Anordnens des Ventils das Anordnen eines schwimmerbetätigten Ventils beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Schritt des Ausbildens einer Kraftstofftankwandstruktur das ausbilden einer Sperre im Wesentlichen aus einem Polyamid beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 11, bei dem der Tank und das Füllrohr blasgeformt werden.