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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kraftstoffspeichersystem für ein Fahrzeug,
genauer gesagt eine Kraftstoffstandsdampfeinheit des Kraftstoffspeichersystems.
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Umweltschutz
und gesetzliche Regelungen erfordern reduzierte Emissionen von flüchtigen
Kohlenwasserstoffkraftstoffdämpfen
in die Atmosphäre. Eine
Quelle von Kohlenwasserstoffdämpfen
sind die Kraftstofftanks von Fahrzeugen, die Benzin oder andere
Kohlenwasserstoffkraftstoffe mit hoher Flüchtigkeit verbrauchen. Kraftstoffdampf
kann während
des Befüllens
der Tanks und üblicherweise
sogar nach dem Füllen
der Tanks in die Atmosphäre
entweichen.
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Die
Verwendung eines Dampfrückgewinnungssystems
im Fahrzeug, um überschüssigen Kraftstoffdampf
aus dem Kraftstofftank zu entfernen, stellt eine Lösung des
Problems dar. Typischerweise empfängt ein Behältnis mit Aktivkohle darin
Kraftstoffdämpfe
durch ein Entlüftungsventil,
das im oberen Bereich des Kraftstofftanks oder in einem Flansch
eines Kraftstoffpumpenmoduls im Tank montiert ist, um mit einem
sogenannten Dampfdom im Tank in Verbindung zu treten. Das Entlüftungssystem spricht üblicherweise
auf den Kraftstoffstand im Tank an und bleibt normalerweise offen,
wenn der Kraftstoffstand im Tank ausreichend niedrig ist. Im offenen Zustand
strömen
Kraftstoffdämpfe
frei vom Kraftstofftank in das Behältnis. Einige Entlüftungsventile
werden als Einfüllbegrenzungsentlüftungsventile
oder FLVV bezeichnet, da beim Befüllen des Kraftstofftanks des
Fahrzeuges mit einer Kraftstoffpumpendüse mit automatischer Absperrung
der Kraftstoffstand ansteigt, bis ein vorgegebenes maximales Niveau
erreicht ist. Dieses maximale Niveau stellt einen Dampfdom minimaler
Größe über dem
Kraftstoff sicher.
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Für Einfüllzwecke
des Kraftstofftanks erstreckt sich ein Einfüllrohr im Wesentlichen nach
unten zum Tank und steht direkt mit dem Tank an einer Öffnung in
Verbindung. Bei der Einhaltung von gemeinsamen gesetzlichen Anforderungen,
dass ein Fahrzeug generell innerhalb eines Winkelbereiches von etwa ± 3° zur Horizontalebene
angeordnet sein muss, ist die Einfüllrohröffnung am Tank üblicherweise über dem
maximalen Kraftstoffstand angeordnet und steht mit dem Dampfdom
minimaler Größe in Verbindung.
Diese Beziehung stellt sicher, dass bei der Annäherung an den maximalen Kraftstoffstand und
vor dem Schließen
des FLVV kein Rückdruck
im Einfüllrohr
an der Öffnung
erzeugt wird, da ein derartiger Rückdruck bewirkt, dass flüssiger Kraftstoff
in das Einfüllrohr
strömt.
Ein solcher Rückdruck
kann bewirken, dass die Kraftstoffpumpendüse mit automatischer Absperrung
vorzeitig schließt,
bevor der maximale Kraftstoffstand erreicht ist.
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Während des
Betankens des Fahrzeuges und beim Ansteigen des Kraftstoffstandes
auf ein vorgegebenes maximales Niveau steigt ein Schwimmer des Entlüftungsventils
zusammen mit dem Kraftstoffniveau an und schließt das Ventil, so dass auf diese
Weise das Fließen
von flüssigem
Kraftstoff durch das Entlüftungsventil
in das Dampfaufnahmebehältnis
verhindert wird. Zwei derartige Entlüftungsventile sind in den US-PS'en 6 145 532 und
6 848 463 beschrieben.
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Bekannte
Dampfentlüftungsventile
sind typischerweise starr am Kraftstofftank am im Wesentlichen höchsten Punkt
montiert, um den größten Teil des
Kraftstoffdampfs während
des Betankens zum Behältnis
abzuführen,
wenn sich der Tank oder das Fahrzeug generell in einer horizontalen
Position befindet, um auf diese Weise das Minimalvolumen des Dampfdomes
zu steuern. Unabhängig
davon, ob der Verbrennungsmotor läuft, ermöglichen die offenen Entlüftungsventile,
dass Luft und Kraftstoffdampf, jedoch kein flüssiger Kraftstoff, vom Tank
zum Behältnis
strömen
können.
Wenn der Verbrennungsmotor läuft
und Kraftstoff aus dem Tank verbraucht wird, führt ein Einweg-Rückschlagventil
vorzugsweise Frischluft in den sich vergrößernden Dampfdom im Tank ein,
während
Luft und Kraftstoffdampf weiterhin durch das offene Entlüftungsventil
bzw. die offenen Entlüftungsventile,
dann durch das Behältnis
und zum laufenden Motor strömen
können,
um einen im Wesentlichen konstanten Druck im Kraftstofftank aufrechtzuerhalten.
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Wenn
jedoch der Tank zwei Dampfdome oder zwei Punkte großer Höhe aufweist,
kann bedauerlicherweise bei den bekannten Kraftstoffspeichersystemen,
die nur ein festes Entlüftungs ventil
besitzen, nur einer der Dampfdome entlüftet werden. Da der Dampf im
anderen Dampfdom nicht durch Kraftstoff verdrängt werden kann, ist die Speicherkapazität des Tanks
auf unerwünschte
Weise begrenzt. Wenn sich darüber
hinaus das Fahrzeug eine steile Begrenzung hinauf oder hinab bewegt,
ist der Tank nicht länger
horizontal angeordnet, so dass bei einem im Wesentlichen vollen
Kraftstofftank der Schwimmer des festen Entlüftungsventils eingetaucht werden kann,
was zum Schließen
des Entlüftungsventils führt, während der
Motor in Betrieb ist. Bei geschlossenem Entlüftungsventil und bei Kraftstoffverbrauch durch
den Motor oder bei Erhitzung des Kraftstoffs durch ein Kraftstoffrückführsystem
in Form einer Schleife wird jedoch der konstante Innendruck des Tanks
aufgehoben und kann sich das Verhalten des Motors verschlechtern.
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Darüber hinaus
kann bei Off-Road-Fahrzeugen, bei denen eine manuelle Betankung
mittels Schwerkraft erforderlich sein muss (d. h. aus einem tragbaren
Benzinkanister), das Fahrzeug nicht innerhalb eines Winkels von ± 3° gegenüber einer
Horizontalebene angeordnet sein, wie dies bei Betankungsvorgängen mit
einer Pumpe mit automatischer Absperrung erforderlich ist. Stattdessen
kann das Fahrzeug unter einem viel größeren Winkel geneigt sein,
so dass das FLVV eine beträchtliche
Zeit vor der Reduzierung des Dampfdomes auf ein minimales Volumen
schließt.
Obwohl das vorzeitige Schließen
des FLVV an sich kein Einfüllrohrrückdruckproblem
während
eines manuellen Betankungsvorganges hervorruft, da der zugeführte Kraftstoff
typischerweise mit einer viel geringeren Geschwindigkeit durch das
Einfüllrohr
fließt,
können
eingefangene Luft und Kraftstoffdampf im Tank stark die Speicherkapazität des Tanks
für flüssigen Kraftstoff
verringern, wenn der Tank gegenüber
einer Horizontalebene größere Winkel
einnimmt. Bei geschlossenem FLVV und bei in flüssigem Kraftstoff eingetauchter
Einfüllrohröffnung am
Tank werden daher die im Tank verbleibende Luft und der Dampf eingefangen.
Das Volumen dieser eingefangenen Luft und des eingefangenen Dampfes kann
das minimal erforderliche Volumen des Dampfdomes stark überschreiten.
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Ein
Kraftstoffspeichersystem für
ein Personenfahrzeug, Transportfahrzeug oder Freizeitfahrzeug besitzt
einen Kraftstofftank, der eine Dampfeinheit mit Selbstreferenz zum
Heraussuchen von Dampftaschen und zum steuerbaren Entfernen von Kraftstoffdampf
aus dem Tank lagert. Vorzugsweise ist ein Entlüftungsverteiler an einem Flansch
befestigt, der in abgedichteter Weise ein Zugangsloch des Tanks
abdeckt. Mindestens eine flexible Dampfleitung erstreckt sich vom
Verteiler im Tank bis zu einem Dampfentlüftungsventil, das auf der Oberfläche des Kraftstoffs
schwimmt. Wenn das Dampfentlüftungsventil
auf der Kraftstoffoberfläche
schwimmt, ist es offen und steht mit dem Dampfdom über die
Dampfleitung und vorzugsweise mit einem Kohlenstoffbehältnis zur
Speicherung von Kohlenwasserstoff in Verbindung. Wenn sich das Kraftstoffniveau
verändert
oder das Fahrzeug neigt, wodurch die Größe oder Lage des Dampfdomes
im Tank verändert
wird, kann sich das schwimmende Dampfentlüftungsventil in ausreichender
weise zusammen mit dem Dampfdom frei bewegen, was durch die Flexibilität der Dampfleitung ermöglicht wird.
Bei Orientierungen des Tanks, bei denen das Dampfentlüftungsventil
unter die Kraftstoffoberfläche
fällt,
schließt
das Entlüftungsventil
automatisch und ver hindert das Fluten der entsprechenden Dampfleitung
und des entfernt angeordneten Dampfbehältnisses oder von anderen abtromseitigen
Komponenten.
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Die
Ziele, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung umfassen die Fähigkeit
eines Fahrzeuges, sich über
verlängerte
Zeitspannen über
beträchtlich geneigtes
Terrain zu bewegen, ohne dass das Verhalten des Verbrennungsmotors
in Mitleidenschaft gezogen wird, eine größere Flexibilität in Bezug
auf die Form des Kraftstofftanks zur Anpassung an den zur Verfügung stehenden
Raum, während
das Speichervolumen für
flüssigen
Kraftstoff maximiert wird, die Fähigkeit,
mehrere Dampfdome in einem Kraftstofftank gleichzeitig zu entlüften, eine
verbesserte Drucksteuerung im Kraftstofftank, reduzierte Kohlenwasserstoffemissionen
in die Umgebung durch Verringerung der Zahl der erforderlichen Tankdurchlässe und
eine größere Flexibilität in Bezug
auf die Lage eines Kraftstofftankdurchlasses zum Führen einer Dampfleitung
zum Dampfbehältnis.
Ferner besitzt das Speichersystem ein relativ geringes Gewicht,
hat eine einfache Konstruktion, ist zuverlässig, haltbar, robust im Betrieb
und besitzt eine lange nutzbare Lebensdauer.
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Diese
und andere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus
der nachfolgenden detaillierten Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen,
den beigefügten
Patentansprüchen und
den beigefügten
Zeichnungen deutlich. Hiervon zeigen:
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1 eine
schematische Ansicht einer gegenwärtig bevorzugten Ausführungsform
eines Kraftstoff speichersystems, die in einem Automobil unter einem
Neigungswinkel von vorne nach hinten von 45° zu einer Horizontalebene gezeigt
ist;
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2 eine
schematische Ansicht des Kraftstoffspeichersystems, wenn sich das
Fahrzeug im Horizontalzustand befindet;
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3 eine
schematische Ansicht des Kraftstoffspeichersystems, wenn das Fahrzeug
einen Neigungswinkel von hinten nach vorne von 45° zu einer Horizontalebene
einnimmt;
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4 eine
Schnittansicht der Kraftstofftankeinheit, die das Kraftstoffspeichersystem
bei niedrigem Kraftstoffstand zeigt;
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5 eine
Schnittansicht der Kraftstofftankeinheit bei einem mittleren Kraftstoffstand;
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6 eine
Schnittansicht der Kraftstofftankeinheit, wobei das Kraftstoffspeichersystem
bei einem hohen Kraftstoffstand dargestellt ist;
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7 eine
Schnittansicht eines schwimmenden Dampfentlüftungsventils der Kraftstofftankeinheit in
einer offenen Position; und
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8 eine
Schnittansicht des schwimmenden Dampfentlüftungsventils der Kraftstofftankeinheit in
einer geschlossenen Position.
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Wie
am besten in den 1–5 dargestellt
ist, speichert ein Kraftstoffspeichersystem 20 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung Kraftstoff in einem Fahrzeug zur Verwendung in
einem Verbrennungsmotor 22 des Fahrzeuges 24. Während normaler
Vorgänge
zum Betanken des Fahrzeuges 24, typischerweise an einer
Tankstelle, findet eine entfernt angeordnete Kraftstoffpumpe mit einer
Kraftstoffpumpendüse
mit automatischer Absperrung zum raschen und bequemen Auffüllen eines
Tanks 26 des Kraftstoffspeichersystems 20 Verwendung.
Gesetzliche Regelungen sehen vor, dass beim Betanken an der Tankstelle
die Neigung 48 des Fahrzeuges 24 und somit die
des im Fahrzeug befindlichen Kraftstofftanks 26 etwa in
einen Winkelbereich von ± 3° relativ
zu einer imaginären
Horizontalebene 27 fällt
(was als Straßenbetankung
bezeichnet und am besten in 2 dargestellt
ist). Wenn der Tank 26 in diesem Winkelbereich gefüllt wird,
muss das Kraftstoffspeichersystem 20 den zugeführten Kraftstoff
mit einem vorgegebenen hohen volumetrischen Durchsatz durch ein
Einfüllrohr 30 erhalten, ohne
dass im Einfüllrohr
ein Rückdruck
erzeugt wird, der den Kraftstoffzufluss verhindert oder Kohlenwasserstoffe
in die Umgebung freisetzt. Wenn der Kraftstofftank 26 voll
wird, wird im Einfüllrohr 30 ein
Rückdruck
erzeugt, der von der Einfülldüse erfasst
wird, die automatisch die entfernt angeordnete Einfüllpumpe
stillsetzt. Dieses automatische Stillsetzen tritt auf, während ein
minimaler oder primärer
Kraftstoffdampfdom 4 im Tank aufrechterhalten wird, der
von einer Dampfeinheit 36 entlüftet wird.
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Während weniger
häufiger
Betankungsvorgänge
des Kraftstofftanks 26 im Gelände steht die Kraftstoffpumpe
mit automatischer Absperrung einer Tankstelle nicht zur Verfügung und
muss der Tank 26 manuell gefüllt werden, typischerweise
vom Fahrer und üblicherweise
durch das Abgeben von flüssigem Kraftstoff
aus mindestens einem tragbaren Kraftstoffkanister, der oft eine
Speicherkapazität
von etwa fünf Gallonen
besitzen kann (hiernach als Betanken im Gelände bezeichnet und am besten
in den 1 und 3 dargestellt). Während des
Betankens im Gelände
und des Motorbetriebes kann die Neigung 48 des Fahrzeuges 24 beträchtlich
aus dem Winkelbereich von ± 3° gegenüber der
Horizontalebene 27 herausfallen. Dieser größere Winkel
kann das Durchflussverhalten des Einfüllrohres 30 beeinflussen
und zur Erzeugung eines Rückdrucks
im Einfüllrohr
führen,
da aufgrund der Tatsache, dass der Kraftstoff durch Schwerkraft
in das Einfüllrohr 30 eingeführt wird,
und aufgrund der Durchflussbeschränkungseigenschaften von tragbaren
Kraftstoffkanistern der Durchsatz in den Tank wesentlich geringer
ist als der von einer entfernt angeordneten Kraftstoffpumpe. Auf
diese Weise ist ein Zurückspritzen
von Kraftstoff aus dem Fahrzeug unwahrscheinlich und irgendwelche
beim Befüllen
des Tanks 26 auftretenden Rückdruckwellen führen nicht
zur Sperre der Zufuhr des manuell in den Tank eingefüllten Kraftstoffs.
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Wenn
der Tank 26 manuell befüllt
wird, muss die den Tank befüllende
Person den Füllvorgang stoppen,
bevor Kraftstoff aus dem Einfüllrohr 30 herausfließt. Vorzugsweise
ist jedoch die Dampfeinheit 36 so konstruiert und angeordnet,
dass das Minimalvolumen des Dampfdomes 46 während des
Betankens im Gelände
aufrechterhalten wird, während
die Kraftstoffspeicherkapazität
des Tanks 24 unabhängig von
der Neigung 48 maximiert wird. Vorzugsweise ist dann ein
Einlass 32 an einem Ende des Einfüllrohres 30 auf einer
ausreichenden Höhe über einer Öffnung 35 in
einer Deckwand an der Decke 34 des Tanks und an einem gegenüberliegenden
Ende des Einfüllrohres 30 angeordnet,
um ein Auffüllen
des Tanks 26 im Gelände
bis zur maximalen Speicherkapazität an flüssigem Kraftstoff bei einer
maximalen vorgegebenen Neigung 48 des Fahrzeuges 24 gegenüber einer imaginären Horizontalebene 27,
die generell parallel zur Kraftstoffoberfläche 42 verläuft, zu
ermöglichen.
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Wie
die 4 und 5 zeigen, hat der Kraftstofftank 26 einen
primären
Dampfdom oder eine entsprechende Tasche 46 und vorzugsweise mindestens
einen sekundären
Dampfdom oder eine Tasche 44. Die Dampfdome 44, 46 sind
zwischen der Kraftstoffoberfläche 42 und
der Tankwand 34 ausgebildet. Die kombinierten Volumina
der Dampfdome 44, 46, wenn der Tank 24 mit
flüssigem
Kraftstoff bis zu einer maximalen Kapazität gefüllt ist, entsprechen vorzugsweise
dem vorgegebenen minimalen Dampfdomvolumen, um eine thermische Expansion
des gespeicherten flüssigen
Kraftstoffs 28 zu kompensieren, wenn beide Dome entlüftet sind.
Wenn jedoch ein Dampfdom eine Dampfsperre besitzt oder nicht entlüftet ist,
trägt sein
Volumen nicht zum Minimalvolumen bei, das für die Dampfdome erforderlich
ist. Vorzugsweise ist bei einem sanften Motorbetrieb die Dampfeinheit 36 in
der Lage, mindestens den Dom 44 oder den Dom 46 zu
entlüften,
wenn die Neigung 48 mindestens ± 30° und vorzugsweise maximal ± 45° beträgt.
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Die
Menge, Größe und Anordnung
der Dampfdome 44, 46 im Tank 26 hängt von
der Form des Tanks 26, der Winkellage oder Neigung 48 des Tanks 26 relativ
zur imaginären
Horizontalebene 27 zu irgendeinem vorgegebenen Zeitpunkt
und der Menge des im Tank gespeicherten Kraftstoffs ab. Vorzugsweise
beim Betanken auf der Straße
steht der primäre
Dampfdom 46 über
den Betankungsvorgang mit der Einfüllrohröffnung 35 in Verbindung. Dies
stellt sicher, dass während
des hohen Kraftstoffdurchsatzes von der zum Betanken benutzten Pumpendüse kein
Kraftstoffrückdruck
an der Öffnung 35 erzeugt
wird, der zu einem vorzeitigen automatischen Stillsetzen der entfernt
angeordneten Kraftstoffpumpe führen
könnte.
wenn der Tank während des
Betankens auf der Straße
die maximale Kapazität
erreicht, ist der primäre
Dampfdom 46 des Kraftstoffspeichersystems 20 vorzugsweise
der einzige verbleibende Dampfdom und bildet somit allein das minimale
Dampfdomvolumen. Dies hat den Vorteil, dass mit einem vorzeitigen
Kraftstoffrückdruck
verbundene Probleme im Einfüllrohr 30 im
Wesentlichen vermieden werden und die Kraftstoffspeicherkapazität des Tanks 26 maximiert
wird, während
dessen Größe zur Unterbringung
im Fahrzeug 24 minimiert wird.
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Das
Kraftstoffspeichersystem 24 besitzt ferner eine Dampfeinheit 36 mit
Selbstreferenz, die es ermöglicht,
dass Dampf und Luft den Tank 26 verlassen können, wenn
Kraftstoff 28 in den Tank eintritt, und die eine Atmung
des Tanks 26 während
des normalen Fahrzeugbetriebes auf einem vorgegebenen Innendruck,
der Atmosphärendruck
entsprechen kann oder nicht, ermöglicht.
Die Dampfeinheit 36 besitzt ein und vorzugsweise eine Vielzahl
von schwimmenden Dampf entlüftungsventilen 38, 40,
die mit begrenzter Freiheit auf der Kraftstoffoberfläche 42 im Tank 26 und
in dem zugehörigen
mindestens einen Dampfdom oder der Tasche 44, 46 schwimmen.
Die Dampfentlüftungsventile 38, 40 befinden
sich in einer offenen Position, wenn sie nicht sonst entgegen ihrer eigenen
Auftriebskraft in einem ausreichenden Maße untergetaucht sind. Vorzugsweise
ist irgendein Entlüftungsventil
in der Lage, eine ausreichende Menge an Dampf und Luft aus dem Tank 26 zu
lassen, um zu verhindern, dass das Einfüllrohr 30 vorzeitig
mit einem Rückdruck
des flüssigen
Kraftstoffs beaufschlagt wird, der zu einem vorzeitigen Stillsetzen
der entfernt angeordneten Kraftstoffpumpe mit Düse während des Betankens auf der
Straße
führen
kann, und/oder um ausreichend Dampf aus den Dampfdomen durch Kraftstoff
zu verdrängen,
um die Tankspeicherkapazität
zu maximieren. Mit anderen Worten, während des Betankens auf der
Straße,
wobei der primäre
Dampfdom 46 mit der Öffnung 35 des Einfüllrohres 30 in
Verbindung steht und mindestens eines aus der Vielzahl der Dampfentlüftungsventile 38, 40 offen
ist, kann zusätzlicher
Kraftstoff durch das Einfüllrohr 30 ohne
vorzeitige Betätigung
der automatischen Absperrung der entfernt angeordneten Betankungspumpendüse hinzugefügt werden.
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Die
freischwimmende Bewegung der Dampfentlüftungsventile 38, 40 wird
durch flexible Dampfleitungen oder Fühlarme 50, 52 begrenzt,
die sich von einem Dampfverteiler 54 zu jedem der Dampfentlüftungsventile 38, 40 erstrecken.
wenn sich ein Dampfentlüftungsventil
in seiner offenen Position befindet, kann Dampf vom entsprechenden
Dampfdom 44, 46 durch den entsprechenden Fühlarm 50, 52 aus
dem Tank 26 über
den Verteiler 54 und durch eine gemeinsame Leitung 56 strömen, die
sich bis zu einem Dampfbehältnis 58 erstreckt.
Vorzugsweise befindet sich der Verteiler 54 im Tank und
ist als einstückige
Einheit mit einem Flansch 46 ausgebildet, der ein Zugangsloch
im Tank 26 abdeckt und abdichtet. Das Behältnis 58 ist
vorzugsweise mit Aktivkohle gefüllt,
um die von den Dampfentlüftungsventilen 38, 40 empfangenen
Kohlenwasserstoffdämpfe
zu absorbieren und den Dampf durch eine Auslassöffnung 60 in den Einlasskrümmer 62 des
Motors 22 abzugeben. Das Innere des Behältnisses 58 kann direkt
zur Atmosphäre
durch eine Öffnung
im Behältnis
(nicht gezeigt) oder indirekt durch eine Entlüftung zum Inneren des Kraftstofftanks
und vorzugsweise zu einem Dampfdombereich abgegeben werden. Das
Behältnis 58 kann
im Fahrzeug 24 benachbart zum Kraftstofftank 26 oder
im Abstand von diesem oder im Kraftstofftank montiert sein, und
die Leitung 56 und die „Einlasskrümmerverbindung" können aus
geeigneten flexiblen Schläuchen
bestehen.
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Wie
am besten in den 4–6 gezeigt, besitzt
die Dampfeinheit 36 mindestens ein und vorzugsweise zwei
schwimmende Dampfentlüftungsventile 38, 40,
von denen eines in einem ersten Abschnitt 64 des Kraftstofftanks 26 und
eines in einem zweiten Abschnitt 26 im Abstand vom ersten
Abschnitt 64 angeordnet ist. Die Fühlarme 50, 52 sind flexibel
genug, so dass die Dampfentlüftungsventile 38, 40 relativ
frei im flüssigen
Kraftstoff schwimmen und sich mit dem verändernden Niveau des flüssigen Kraftstoffs über eine
Distanz auf und ab bewegen können,
die generell der Höhe
der entsprechenden Abschnitte 64, 66 des Kraftstofftanks 26 entspricht. Vorzugsweise
kann jedes Dampfentlüftungsventil 38, 40 auch
frei in seitlicher Richtung (von Seite zu Seite) des Kraftstofftanks 26 schwimmen.
Dieser Freiheitsgrad ermöglicht,
dass sich jedes Dampfentlüftungsventil 38, 40 einen
zugehörigen
Dampfdom 44, 46 aussuchen kann, der sich im Tank 26 mit
sich verändernden
Straßenneigungswinkeln 48 und
Krümmungen,
denen das Fahrzeug 24 ausgesetzt ist, verschieben kann.
In Abhängigkeit
von der Form der Kraftstoffkammer 25 kann das Ausmaß der Flexibilität der Fühlarme variieren.
Wie dargestellt, besitzt jeder Fühlarm 50, 52 gewellte
flexible Endabschnitte 68, 70 und einen starren
Mittelabschnitt 72. Der starre Mittelabschnitt 72 verbindet
jeden der gewellten Endabschnitte 68, 70 vorzugsweise über Durchflussdrehgelenke 74 (siehe 4).
Wenn jedoch die gewellten Endabschnitte 68, 70 für eine ausreichende Flexibilität sorgen,
können
auch das eine Drehgelenk 74 oder beide Drehgelenke fixiert
sein.
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In
den 4–6 ist
der Kraftstofftank 26 in einer im wesentlichen ebenen oder
horizontalen Lage dargestellt, was einem Fahrzeug 24 entspricht, das
eine Neigung 48 von etwa 0° besitzt (siehe 2).
Die Wand 34 des Tanks 26 ist so konturiert, dass
sie in enger Passung zum Unterbau des Fahrzeuges 24 angeordnet
ist, während
die Kraftstoffspeicherfähigkeit
maximiert ist. Wie in 4 gezeigt, enthält der Kraftstofftank 26 im
Wesentlichen keinen Kraftstoff 28, so dass ein großer kontinuierlicher Dampfdom 46,
der bei weitem das vorgegebene Minimalvolumen übersteigt, über der Kraftstoffoberfläche 42 ausgebildet
ist. Dieser Dampfdom 46 steht direkt mit der Einfüllöffnung 35 und
den Dampfentlüftungsventilen 38, 40 in
Verbindung, welche in der Nähe
des Bodens des Tanks 24 in einer offenen Position schwimmen,
um Luft und Kraftstoffdampf zum Behältnis 58 abzuführen. Jedes
Dampfentlüftungsventil 38, 40 hat
vorzugsweise einen Bodendämpfer 82,
um Geräusche
zu dämpfen,
die erzeugt werden, wenn die Ventile auf dem Boden 78 des
Tanks 26 ruhen oder auf diesen auftreffen.
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Wie
in 5 gezeigt, ist der Kraftstofftank 26 nahezu
voll, jedoch nicht ganz voll. Aufgrund der Kontur der Tankwand 34 sind
zwei separate Dampfdome 44, 46 im Kraftstofftank 26 ausgebildet.
Der primäre
Dampfdom 46 steht mit der Einfüllrohröffnung 35 in Verbindung.
Da beide Dampfentlüftungsventile 38, 40 noch
offen sind (siehe 7), sind die Luft und der Kraftstoffdampf
in jedem Dom nicht eingefangen und können vom Tank abgeführt werden.
Da die Dampfentlüftungsventile 38, 40 noch
offen sind, ist der Kraftstofftank 26 noch in der Lage,
weiteren zugeführten
Kraftstoff aufzunehmen, ohne den Druck im Tank, wenn überhaupt,
auf signifikante Weise zu erhöhen.
Hierdurch wird die Wahrscheinlichkeit, dass durch den Kraftstoff
ein Rückdruck
im Einfüllrohr 30 entsteht,
verringert oder eliminiert.
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Wie
in 6 gezeigt, ist der Kraftstofftank 26 voll.
In dieser speziellen Darstellung ist der sekundäre Dampfdom 44 über das
nunmehr geschlossene Entlüftungsventil 38 im
Wesentlichen entlüftet
worden, während
der primäre
Dampfdom 46 etwa das vorgegebene Minimalvolumen aufweist,
da das zweite Dampfentlüftungsventil 40 ebenfalls
geschlossen ist. Vorzugsweise und insbesondere für das Betanken auf der Straße schließt das im
primären
Dampfdom 46 angeordnete zweite Entlüftungsventil 40 nach
dem ersten Entlüftungsventil 38,
da durch das Schließen
des zweiten Entlüftungsven tils 40 als
erstes ein Rückdruck
an der Öffnung 35 benachbart
zum primären
Dampfdom 46 erzeugt werden kann, der zu einem Rückdruck
des Kraftstoffs im Einfüllrohr 30 und
zu einem vorzeitigen automatischen Stillsetzen der entfernt angeordneten
Kraftstoffversorgungspumpe führt.
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In 2 ist
der Kraftstofftank 26 bei im Wesentlichen horizontal angeordneten
Fahrzeug 24 und nahezu vollem Tank 26 angeordnet,
wie vorher beschrieben und in 5 gezeigt.
Sowohl der vordere als auch der hintere Dampfdom 44, 46 befinden
sich unterhalb des Einfüllrohres 30 und
werden über
Ihre entsprechenden Dampfentlüftungsventile 38, 40 entlüftet. Wie
in 1 gezeigt, ist bei der gleichen Kraftstoffmenge
und beim Abwärtsfahren
des Fahrzeuges 24 oder beim Parken desselben auf einer
Neigung 48 von etwa 45° der
vordere Dampfdom 44 entfernt (mit flüssigem Kraftstoff gefüllt), und
haben sich die gesamte Luft und der Dampf im Tank im hinteren Abschnitt 66 gesammelt,
so dass der Dampfdom 46 des Tanks 26 vergrößert wird.
Das vordere Dampfentlüftungsventil 38,
das in seiner Bewegung zum vorderen Abschnitt 64 beschränkt ist,
ist in den flüssigen Kraftstoff
eingetaucht und somit geschlossen. Das hintere Dampfentlüftungsventil 40 bleibt
jedoch im schwimmenden Zustand und somit offen. Bei offenem Entlüftungsventil 40 ist
das Kraftstoffspeichersystem 20 in der Lage, einen im Wesentlichen
konstanten Tankdruck oder einen geeigneten Bereich desselben aufrechtzuerhalten,
so dass die steile Neigung 48 das Motorverhalten nicht
nachteilig beeinflusst. In entsprechender Weise zeigt 3 das Fahrzeug 24 auf
einer Steigung 48 von etwa 45° mit der gleichen Kraftstoffmenge
wie in 2. Auf der Steigung 48 von 45° ist der hintere
oder primäre Dampfdom 46 entfernt
(mit flüssigem
Kraftstoff gefüllt),
und die gesamte Luft und der Dampf im Tank haben sich im Vorderabschnitt 64 des
Tanks 26 gesammelt, so dass der Dampfdom 44 vergrößert wird. Das
hintere Dampfentlüftungsventil 40,
das in Bezug auf seine Bewegung zum hinteren Abschnitt 66 beschränkt ist,
ist in flüssigem
Kraftstoff eingetaucht und somit geschlossen. Das vordere Dampfentlüftungsventil 38 verbleibt
jedoch im schwimmenden Zustand und somit zum Dampfdom 44 offen.
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Wie
am besten in den 7–8 gezeigt, besitzt
das Gehäuse 80 eines
jeden Entlüftungsventils 38, 40 vorzugsweise
eine Konstruktion aus einem geschlossenzelligem Schaum, um den erforderlichen Auftrieb
zu liefern. Es kann jedoch auch eine Auftrieb liefernde Umfassung über einem
Gehäuse
ohne Auftrieb, ein Gehäuse
mit einer geschlossenen Kammer oder einem „Schwimmer" darin o. ä. Verwendung finden. An einem
unteren Ende des Gehäuses 80 zusammen
mit dem Dämpfer 82 kann
wahlweise Ballast 84 angeordnet sein. Vorzugsweise besitzt
jedes Ventil 38, 40 ein eintauchbares Abteil 86 des
Gehäuses 80,
das einen Schwimmer 90, einen Sitz 96 und einen
Ventilkopf 92 zwischen dem Schwimmer und Sitz enthält. Vorzugsweise
wird der Kopf 92 schwenkbar vom Gehäuse gelagert und liegt unter
dem Sitz 96, so dass der Kopf durch Schwerkraft beweglich
in eine offene Position vorgespannt ist, wie in 7 gezeigt.
Wenn das Dampfentlüftungsventil 38, 40 offen ist,
ruht der Schwimmer 90 auf einem Boden 94 des Abteiles 86.
Wenn im Betrieb das Dampfentlüftungsventil 38, 40 in
flüssigen
Kraftstoff eingetaucht ist und die Kraftstoffoberfläche 42 über die Öffnungen 98 des
Abteiles 86 ansteigt, steigt auch der Schwimmer 90 in
Bezug auf das Gehäuse
an und bewegt den Ventilkopf 92 hiermit, bis der Kopf in
abgedichteter Weise den Ventilsitz 96 kontaktiert, dadurch
das Ventil 38, 40 schließt und verhindert, dass flüssiger Kraftstoff
den Dampffühlarm 5 erreicht,
wie am besten in 8 gezeigt.
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Wie
am besten in den 7 und 8 gezeigt,
wird das minimal erforderliche Dampfdomvolumen, ob es sich nunmehr
im primären
Dampfdom 46 befindet oder zum sekundären Dampfdom 44 hinüberwandert,
aufrechterhalten, indem die Auftriebsbewegung der Ventile 36, 40 beschränkt wird.
Beispielsweise zeigt 8, wie die Tankwand 34 der
natürlichen
Auftriebskraft des Ventils 40 widersteht und bewirkt, dass
sich das Abteil 86 teilweise mit Kraftstoff füllt und
der Schwimmer 90 dadurch ansteigt, um das Ventil zu schließen. In
dieser Darstellung ist das minimale Dampfdomvolumen durch die Höhe zwischen der
Kraftstoffoberfläche 42 und
der Überkopfwand 34 gekennzeichnet
(durch den Pfeil 100 in 8 angegeben).
Bei der Höhe 100 handelt
es sich um die Differenz zwischen der Höhe des Ventils 40 über der Kraftstoffoberfläche 42,
wenn dieses ungehindert schwimmt (siehe den Pfeil 102 in 7),
und dem vertikalen Abstand des Schwimmers 90 (siehe den Pfeil 104 in 8).
Andere Wege zur Bewahrung eines minimalen Dampfdomes im Tank 26 umfassen die
Verwendung eines Halteseiles 106, das sich zwischen dem
Dämpfer 82 oder
dem unteren Ende des Ventils 40 und dem Boden 78 des
Tanks 26 erstreckt, oder eine solche Konstruktion der Fühlarme 50, 52, dass
diese die vertikale Ventilbewegung begrenzen.
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Jedes
Ventil 38, 40 ist gegen Überrollen geschützt oder
spricht auf ein Überrollen
an, da bei einem Überrollen
des Fahrzeuges 24 und Tanks 26 die Fühlarme 52 die
Dampfentlüftungsventile 38, 40 an einer
Drehung hindern und somit der durch den Ballast 84 erzeugten
Trägheitsbewegung
entgegenwirken. Wenn das Dampfentlüftungsventil 38, 40 auf diese
Weise eine umgedrehte Lage einnimmt, schließt der Ventilkopf 92 durch
Schwerkraft, wobei hierauf der Druck des darüber befindlichen Kraftstoffs wirkt.
Wenn kein Kraftstoff in das Abteil 86 (durch die Löcher 98)
eindringt, ist der Schwimmer 90 ebenfalls auf dem Kopf 92 gelagert.
Wenn flüssiger
Kraftstoff in das Abteil eindringt, wird der Schwimmer 90 durch den
Schwimmerauftrieb gegen den nunmehr umgedrehten Boden 94 des
eingetauchten Abteiles 86 gepresst, so dass der Schwimmer 90 nicht
auf den Ventilkopf 92 einwirkt.
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Die
offenbarten Ausführungsformen
der Erfindung entsprechen gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen.
Es sind jedoch auch viele andere Ausführungsformen möglich. Wenn
beispielsweise die Entlüftungsventile 38, 40 kein Überrollschutzmerkmal
erforderlich machen, kann der Ventilkopf 92 schwimmend
ausgebildet sein, und es ist überhaupt kein
Schwimmer 90 erforderlich. Es sollen hier nicht alle möglichen äquivalenten
Ausführungsformen oder
Verzweigungen der Erfindungen aufgeführt werden. Es versteht sich,
dass die hier verwendeten Begriffe lediglich beispielhaft sind und
in keiner Weise beschränkend
sind und dass diverse Änderungen durchgeführt werden
können,
ohne vom Umfang oder der Lehre der Erfindung abzuweichen.