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Hintergrund der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System zum Verarbeiten von Kraftstoffdampf, der in einem Kraftstofftank erzeugt wird, welcher in einem Automobil bzw. Kraftfahrzeug, etc. angebracht ist.
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Verwandte Technik
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Es ist bekannt, dass Kraftstoffdampf aufgrund einer Verflüchtigung bzw. Verdampfung von Kraftstoff infolge eines Temperaturanstiegs einen in einem Kraftstoffzeug, etc. angeordneten Kraftstofftank füllt, was seinerseits den Innendruck des Kraftstofftanks in dessen geschlossenen Zustand erhöht. Falls der Innendruck des Kraftstofftanks gleich einem bestimmten Wert oder größer als der bestimmte Wert ist, besteht eine Möglichkeit dafür, dass Kraftstoffdampf in eine Maschine strömen kann, was das Starten der Maschine unmöglich macht, oder aus Verbindungsstellen von Kraftstoffleitungen, etc. leckt. Aus diesem Grund wird das Ansteigen des Innendrucks des Kraftstofftanks dadurch unterdrückt, dass Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank abgeführt wird. Wenn Kraftstoffdampf abgeführt wird, wird er in eine mit aktiviertem Kohlenstoff oder dergleichen gefüllte Vorrichtung eingeführt, die als Dampfkanister bezeichnet wird, in welchem der Kraftstoffdampf durch den aktivierten Kohlenstoff oder dergleichen adsorbiert wird, was zur Ableitung eines gereinigten Gases an die Atmosphäre führt.
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Zur fortwährenden Nutzung des Dampfkanisters sind ein Prozess zum Adsorbieren des Kraftstoffdampfes sowie ein Prozess zum Sammeln von adsorbiertem Kraftstoffdampf erforderlich. Um den Prozess des Adsorbierens von Kraftstoffdampf und den Prozess des Sammelns von adsorbiertem Kraftstoffdampf fortwährend auszuführen, ist ein System mit einer Einrichtung oder Vorrichtung zur Steuerung der Prozesse erforderlich. Somit sind in konventioneller Weise verschiedene Kraftstoffdampf-Verarbeitungssysteme entwickelt worden.
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So ist beispielsweise in der veröffentlichten ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2001-295703 (Patentfamilie des
US-Patents 6.526.950 ) (Patentdokument 1) eine Kraftstoffdampf-Rückgewinnungsvorrichtung angegeben, die einen Kanister mit einer Adsorptionseinrichtung zum Adsorbieren von Kraftstoffdampf enthält, der von einem Kraftstofftank eingeführt wird. Dabei ist ein Membran-Trennmodul vorgesehen, durch das Kraftstoffdampf, der aus einer Abgabeöffnung des Kanisters strömt, in eine luftreiche Komponente und in eine an Kraftstoffdampf reiche Komponente mittels einer Trennmembran aufgeteilt wird, die über eine selektive Luftpermeabilität verfügt. Bei dieser Vorrichtung weist das Membran-Trennmodul eine Abführöffnung für die luftreiche Komponente auf. Die betreffende Abführöffnung ist auf der durchlässigen Seite der Trennmembran angeordnet und mit einem Einführrohr der Maschine derart verbunden, dass das Membran-Trennmodul durch eine Membran-Trennantriebskraft betätigt wird, die durch den Unterdruck der Maschine erzeugt wird. Ferner weist die betreffende Vorrichtung eine Abführöffnung für die an Kraftstoffdampf reiche Komponente auf; diese Abführöffnung ist auf der nicht durchlässigen Seite der Trennmembran angeordnet und mit dem Kraftstofftank verbunden, so dass eine in der an Kraftstoffdampf reichen Komponente enthaltene Kraftstoffdampfkomponente in dem Kraftstoffdampf verflüssigt oder in flüssigem Kraftstoff zur Rückgewinnung adsorbiert wird.
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Da mittels der Kraftstoffdampf-Rückgewinnungsvorrichtung Luft enthaltender Kraftstoffdampf, der in dem Kraftstofftank oder durch Reinigen des Kanisters erzeugt wird, durch das Membran-Trennmodul vom selektiven Luft-Permeabilitätstyp unter Heranziehung des Motor- bzw. Maschinenunterdrucks als Membran-Trennantriebskraft getrennt wird, ist keine Anbringung einer Unterdruckpumpe erforderlich. Sogar dann, wenn eine von dem Membran-Trennmodul abgeleitete Membran-Durchdringungskomponente in das Einführrohr der Maschine eingeführt wird, wird kein Einfluss auf die Komponenten des abgeführten Gases ausgeübt. Sogar dann, wenn eine große Menge an Kraftstoffdampf erzeugt wird, wird überdies kein Kraftstoffdampf an die Atmosphäre freigesetzt.
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In der veröffentlichten ungeprüften
japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-132263 (Patentdokument 2) ist eine verdampften Kraftstoff verarbeitende Verarbeitungsvorrichtung für eine Brennkraftmaschine angegeben, enthaltend einen Kanister zum Adsorbieren von verdampftem Kraftstoff, der in einem Kraftstofftank erzeugt wird, eine Förderpumpe zum Fordern von Kraftstoff in dem Kraftstofftank zu der Brennkraftmaschine, eine Kraftstoffdampf-Trenneinheit zum Trennen eines Prozessgases, welches eine hohe Konzentration an Kraftstoffdampf enthält, aus einem Reinigungsgas, welches aus dem Kanister gereinigt ist, einen Prozessgasdurchgang für zirkulierendes Prozessgas zu einem Ansauganschluss der Förderpumpe, einen Blasen-Abführdurchgang zum Abführen von Luftblasen, der zur Ansaugöffnung der Förderpumpe hinführt, und eine Temperatur-Reduziereinheit zum Herabsetzen der Temperatur eines Auslasses des Blasen-Abführdurchgangs in Bezug auf die Temperatur eines Einlasses des betreffenden Durchgangs. Mittels dieser verdampften Kraftstoff verarbeitenden Verarbeitungsvorrichtung kann verdampfter Kraftstoff dadurch verarbeitet werden, dass der in dem Kraftstofftank erzeugte verdampfte Kraftstoff kondensiert wird, wobei der betreffende Kraftstoff sodann zu der Förderpumpe hin geleitet wird.
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Die
DE 87 02 074 U1 zeigt eine Einrichtung an einem Fahrzeug mit einem nachtankbaren Behälter für kohlenwasserstoffhaltige Fluide. Der nachtankbare Behälter ist über eine Leitung mit einem Membranmodul verbunden, um dem Membranmodul ein Benzin-Luftgemisch aus dem Behälter zuzuführen. In dem Membranmodul wird das Benzin-Luftgemisch in ein kohlenwasserstoffreiches Permeat, welches über einen Ausgangsanschluss des Membranmoduls abgeführt und in Form eines flüssiggasähnlichen Produktes in einem Druckbehälter zwischengelagert werden kann, und in ein Restgas mit geringem Kohlenwasserstoffgehalt, welches mittels eines Absaugventilators über einen Ausgangsanschluss und eine Leitung ins Freie befördert wird, getrennt. Das in dem Druckbehälter rückgewonnene flüssiggasähnliche Produkt kann über eine Leitung in den Behälter und unterhalb des dort vorhandenen Flüssigkeitsspiegels zurückgeführt werden.
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Die
DE 102 25 327 A1 zeigt einen Kraftstoffbehälter mit einer Vorrichtung zum Druck- und Gasvolumenausgleich. Innerhalb des Kraftstoffbehälters ist ein Aktivkohlefilter vorgesehen, welcher mittels einer Betriebsentlüftungsleitung mit dem Behältervolumen kommuniziert. Vor dem Aktivkohlefilter ist ein erstes schaltbares Ventil in der Entlüftungsleitung vorgesehen. Zwischen dem ersten Ventil und dem Aktivkohlefilter ist ferner eine Gasförderpumpe in der Entlüftungsleitung vorgesehen. Nach dem Aktivkohlefilter ist ein zweites schaltbares Ventil vorgesehen, welches den Kraftstoffbehälter gegenüber der Athmosphäre wahlweise verschließt. Bei geöffnetem ersten Ventil und Betrieb der Gasförderpumpe zirkuliert das im Behälter befindliche Kraftstoffgas durch die Entlüftungsleitung, den Aktivkohlefilter sowie eine dem Aktivkohlefilter nachgeschaltete Rückführleitung, über die aus dem Aktivkohlefilter austretende Restgase in den Kraftstoffbehälter zurückgeführt werden. Durch Förderrichtungsumkehr der Gasförderpumpe ist eine Entladung des Aktivkohlefilters möglich.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Da bei der im Patentdokument 1 angegebenen Kraftstoffdampf-Rückgewinnungsvorrichtung das Membran-Trennmodul durch Ausnutzung des Unterdrucks, der durch die Maschine erzeugt wird, als Membran-Trennantriebskraft betätigt wird, kann der Kraftstoffdampf nicht während Zeitspannen verarbeitet werden, während der die Maschine stillgesetzt ist, oder dann, wenn der durch die Maschine erzeugte Unterdruck niedrig ist. Da die im Patentdokument 1 angegebene Kraftstoffdampf-Rückgewinnungsvorrichtung eine Trennmembran enthält, die über eine selektive Luft-Permeabilität in dem Membran-Trennmodul verfügt, ist eine komplizierte Steuerung einer Strömungsrate der an Kraftstoffdampf reichen Komponente und einer Strömungsrate der an Luft reichen Komponente erforderlich, um die Funktion des Membran-Trennmoduls effizient zu nutzen.
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Da bei der im Patentdokument 2 angegebenen, verdampften Kraftstoff verarbeitenden Verarbeitungsvorrichtung die Förderpumpe verwendet wird, um die Membran-Trennantriebskraft der für den verdampften Kraftstoff vorgesehenen Trenneinheit zu erhalten, ist nicht nur verdampfter Kraftstoff während der Zeitspannen nicht verarbeitbar, während der die Maschine stillgesetzt ist, sondern es kann auch eine große Menge an verdampftem Kraftstoff mit Rücksicht darauf nicht verarbeitet werden, dass die Kapazität an verdampftem Kraftstoff vom Kraftstoffverbrauch abhängt. Da die im Patentdokument 2 angegebene verdampften Kraftstoff verarbeitende Verarbeitungsvorrichtung eine Trennmembran zum Trennen von verdampftem Kraftstoff unter Ausnutzung der Differenz in der Löslichkeit gegenüber der Membran zwischen dem verdampften Kraftstoff und Luft enthält, ist die Trennung durch die Membran überdies in mehreren Stufen auszuführen. Da der abgetrennte verdampfte Kraftstoff an die Förderpumpe abgegeben wird, ist überdies der verdampfte Kraftstoff durch Kompression zu verflüssigen.
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Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der oben erwähnten Probleme geschaffen worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht dabei in der Bereitstellung eines Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems, welches Kraftstoffdampf sogar während der Zeitspannen verarbeiten kann, während der die Maschine stillgesetzt ist, und welches eine Trennung des Kraftstoffdampfes in mehreren Stufen, eine komplizierte Steuerung der Strömungsrate des Kraftstoffdampfes und der Strömungsrate von durchgelassenem Gas oder eine Verflüssigung des Kraftstoffdampfes nicht erfordert.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben herausgefunden, dass eine effiziente Verarbeitung von Kraftstoffdampf vorgenommen werden kann, wenn im Kraftstofftank erzeugter Kraftstoffdampf durch das Gastrenn-Membranmodul derart getrennt wird, dass der abgetrennte kondensierte Kraftstoffdampf im Kraftstoff gelöst wird und dass kraftstoffarmer Dampf im Kanister adsorbiert wird. Somit haben die Erfinder die vorliegende Erfindung zur Perfektion gebracht.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein System zum Verarbeiten von Kraftstoffdampf bereitgestellt, der aus Kraftstoff erzeugt wird, umfassend: einen Kraftstofftank mit einem Druckmesser, der einen Innendruck des Kraftstofftanks detektiert; ein Gastrenn-Membranmodul, welches eine erste Einführöffnung, die in dem Kraftstofftank erzeugten Kraftstoffdampf einführt, eine Gastrennmembran, die von der ersten Einführöffnung eingeführten Kraftstoffdampf in kondensierten Kraftstoffdampf und in einen kraftstoffarmen Dampf trennt, wobei eine kondensierten Kraftstoffdampf abführende Abführöffnung auf einer Einlassseite der Gastrennmembran angeordnet ist und kondensierten Kraftstoffdampf abführt und wobei eine kraftstoffarmen Dampf abführende Abführöffnung auf einer Durchtritts- bzw. Durchlassseite der Gastrennmembran angeordnet ist und kraftstoffarmen Dampf abführt; einen ersten Durchgang, der eine Fluid-Verbindung zwischen dem Kraftstofftank und der ersten Einführöffnung herstellt; eine Kraftstoffdampf-Auflösungsvorrichtung, die von der kondensierten Kraftstoffdampf abführenden Abführöffnung abgeführten kondensierten Kraftstoffdampf in den Kraftstofftank einführt und den kondensierten Kraftstoffdampf im Kraftstoff auflöst; einen Kanister, der eine zweite Einführöffnung enthält, die kraftstoffarmen Dampf einführt, der von der kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführöffnung abgeführt ist, ein Adsorptionsteil, welches den Kraftstoffdampf in dem kraftstoffarmen Dampf adsorbiert, der von der zweiten Einführöffnung eingeführt ist, eine zweite Abführöffnung, die ein zweites Steuerventil enthält und die den Dampf abführt, aus dem der Kraftstoffdampf entfernt ist, und eine Desorptionsvorrichtung, die den Kraftstoffdampf aus dem Adsorptionsteil desorbiert; einen kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang, der eine Fluidverbindung zwischen der kraftstoffarmen Dampf abführenden Öffnung und der zweiten Einführöffnung schafft, wobei der den kraftstoffarmen Dampf abführende Abführdurchgang eine Pumpe enthält, die den Druck der Durchlassseite der Gastrennmembran herabsetzt; und eine elektronische Steuereinheit (ECU), die eine erste Vorrichtung aufweist, welche in dem Fall, dass der durch den Druckmesser ermittelte Innendruck des Kraftstofftanks zumindest bei einem bestimmten Wert liegt, die Pumpe derart antreibt, dass das System betätigt wird, und das zweite Steuerventil öffnet, und die eine zweite Steuereinrichtung aufweist, welche den adsorbierten Kraftstoffdampf mittels der Desorptionsvorrichtung für den Kanister desorbiert.
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Das System gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet wie folgt. Wenn der Innendruck des Kraftstofftanks durch Verdampfen des in dem Kraftstofftank gelagerten Kraftstoffs zumindest bei einem bestimmten Wert liegt, ermittelt der in dem Kraftstofftank angeordnete Druckmesser diesen Druckanstieg, und die ECU-Einheit bewirkt das Starten bzw. die Inbetriebsetzung der Pumpe. Mit der Inbetriebsetzung der Pumpe tritt eine Druckdifferenz zwischen der Durchdringungsseite und der Einlassseite der Gastrennmembran des Gastrenn-Membranmoduls auf, so dass Gas, welches auf der Einlassseite existiert, durch die Gastrennmembran hindurchdringt. Infolgedessen ruft die Einlassseite der Gastrennmembran einen Unterdruck in Bezug auf die Innenseite des Kraftstofftanks hervor, so dass Kraftstoffdampf in dem Kraftstofftank in das Gastrenn-Membranmodul von der ersten Einlassöffnung durch den ersten Durchgang strömt. Von dem Kraftstoffdampf, der in das Gastrenn-Membranmodul geströmt ist, ist eine Luftkomponente, die Sauerstoff, Stickstoff, etc. enthält, hinsichtlich der Durchdringungsgeschwindigkeit in der Gastrennmembran größer als eine Kraftstoffdampfkomponente. Somit wird der Kraftstoffdampf auf der Einlassseite der Gastrennmembran kondensiert, was zu kondensiertem Kraftstoffdampf führt. Dieser kondensierte Kraftstoffdampf wird in dem in dem Kraftstofftank gelagerten Kraftstoff durch die Auflösungsvorrichtung für die Losung von kraftstoffarmem Dampf gelöst. Andererseits strömt der kraftstoffarme Dampf, der durch die Gastrennmembran hindurchgedrungen ist, von der zweiten Einführöffnung durch den Abführdurchgang für kraftstoffarmen Dampf in den Kanister, in dem eine Kraftstoffdampfkomponente, die in dem kraftstoffarmen Dampf enthalten ist, an dem Adsorptionsteil adsorbiert wird. Dampf, der dem Kraftstoffdampf-Adsorptionsschritt unterzogen worden ist, wird von der zweiten Abführöffnung an die Atmosphäre abgeführt.
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Durch Wiederholen der oben erwähnten Operation wird der in dem Kraftstofftank erzeugte Kraftstoffdampf teilweise kondensiert und im Kraftstoff gelöst, und teilweise wird er an dem Adsorptionsteil des Kanisters adsorbiert. Dadurch ist verhindert, dass der Innendruck des Kraftstofftanks gleich dem bestimmten Wert oder größer als dieser ist bzw. wird. Wenn das Adsorptionsteil eine ausreichende Menge des Kraftstoffdampfes adsorbiert, wird der Kraftstoffdampf überdies desorbiert, was dem Kanister ermöglicht, wiederholt Kraftstoff zu adsorbieren.
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Da das System gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Antriebskraft der Pumpe nutzt, die unabhängig von der Maschine ist, kann Kraftstoffdampf sogar während der Zeitspannen verarbeitet werden, während der die Maschine stillgesetzt ist. Auf Grund der Anwendung der Gastrennmembran mit einer selektiven Luftpermeabilität, kann überdies Kraftstoffdampf vollständig sogar mit einem einzigen Trennprozess abgetrennt werden.
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Das System gemäß dem ersten Aspekt enthält ferner einen zweiten Durchgang, der von dem ersten Durchgang aus verzweigt, sowie eine Durchgangs-Schaltvorrichtung, die an einem Verzweigungspunkt der ersten und zweiten Durchgänge angeordnet ist, wobei der zweite Durchgang mit dem kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang zwischen der Pumpe und der kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführöffnung eine Verbindung herstellt, wobei der zweite Durchgang ein Rückschlag- bzw. Sperrventil enthält, wobei die Desorptionsvorrichtung eine Desorptionsmengen-Detektiervorrichtung enthält, welche die Menge des an dem Adsorptionsteil adsorbierten Kraftstoffdampfes ermittelt, und eine dritte Abführöffnung aufweist, die ein drittes Steuerventil enthält, welches von dem Adsorptionsteil desorbierten Kraftstoffdampf abführt und durch die erste Einführöffnung in das Gastrenn-Membranmodul einführt. Ferner initiiert in dem Fall, dass eine durch die Adsorptionsmengen-Detektiervorrichtung ermittelte Adsorptionsmenge zumindest ein bestimmter Wert ist, die zweite Steuervorrichtung das Umschalten vom ersten Durchgang zum zweiten Durchgang durch die Durchgangs-Schaltvorrichtung, schließt das zweite Steuerventil und öffnet das dritte Steuerventil, um dadurch Kraftstoffdampf zu desorbieren, der an dem Adsorptionsteil durch Kraftstoffdampf adsorbiert ist, welcher von dem zweiten Durchgang eingeführt ist. Dabei wird der desorbierte Kraftstoffdampf durch die dritte Abführöffnung und die erste Einführöffnung in das Gastrenn-Membranmodul eingeführt und in diesem kondensiert, wobei der kondensierte Kraftstoffdampf in dem in dem Kraftstofftank gelagerten Kraftstoff durch die Kraftstoffdampf-Auflösungsvorrichtung aufgelöst wird.
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Das System gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet somit ferner wie folgt. Wenn eine Menge des durch die Adsorptionsmengen-Detektiervorrichtung ermittelten adsorbierten Kraftstoffdampfes bei zumindest einem bestimmten Wert liegt, gibt die ECU-Einheit an die Durchlass-Schaltvorrichtung einen Befehl zum Umschalten vom ersten Durchgang zum zweiten Durchgang ab, und gleichzeitig schließt sie das zweite Steuerventil und öffnet das dritte Steuerventil. Wenn kondensierter Kraftstoffdampf in dem im Kraftstofftank gelagerten Kraftstoff durch die Kraftstoffdampf-Auflösungsvorrichtung gelöst wird, verbleibt Kraftstoffdampf, der eine geringe Menge der Kraftstoffdampfkomponente enthält, im Kraftstofftank. Dieser Kraftstoffdampf, der eine geringe Menge der Kraftstoffdampfkomponente enthält, die von dem Kraftstofftank in den kraftstoffarmen Dampfabgabedurchgang durch den zweiten Durchgang mittels einer Antriebskraft der Pumpe strömt, wird mit dem kraftstoffarmen Dampf gemischt. Wenn eine Strömung von der zweiten Einführöffnung in dem Kanister erfolgt, erleichtert der kraftstoffarme Dampf eine Desorption der Kraftstoffdampfkomponente von dem Adsorptionsteil. Sodann wird diese Komponente von der dritten Abführöffnung zusammen mit desorbiertem Kraftstoffdampf abgeführt. Der Dampf strömt in das Gastrenn-Membranmodul von der ersten Einführöffnung und wird durch die Antriebskraft der Pumpe in kondensierten Kraftstoffdampf und in kraftstoffarmen Dampf getrennt. Der kondensierte Kraftstoffdampf wird durch die Kraftstoffdampf-Auflösungsvorrichtung zu dem Kraftstofftank hin geleitet, in welchem die Kraftstoffkomponente des kondensierten Kraftstoffdampfes im Kraftstoff aufgelöst wird. Andererseits wird Kraftstoffdampf wieder in den Kanister geleitet und wiederholt genutzt, um die Desorption der Kraftstoffdampfkomponente von dem Adsorptionsteil zu erleichtern.
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Da das System gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung so ausgelegt bzw. aufgebaut ist, dass in ein Gastrenn-Membranmodul strömender Kraftstoffdampf gemischter Dampf bzw. Mischdampf ist, der hauptsächlich Kraftstoffdampf, welcher eine geringe Menge einer aus dem Kraftstofftank gewonnenen Kraftstoffdampfkomponente, einen kraftstoffarmen Dampf, der die Gastrennmembran durchdringt, und Kraftstoffdampf umfasst, der von dem Adsorptionsteil desorbiert ist, kann ein korrektes Volumen des kondensierten Kraftstoffdampfes ohne Stützung auf komplizierte Steuerungen erzielt werden. Da das System gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung so aufgebaut ist, dass Kraftstoffdampf in Kraftstoff gelöst wird, ist überdies eine Kompression oder Verflüssigung des Kraftstoffdampfes nicht erforderlich.
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Gemäß einem zweiten Aspekt des Systems, wie es beim ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, weist das Gastrenn-Membranmodul zwei Gastrennmembranen, die in Reihe angeordnet sind, und einen vierten Durchgang auf, der ein viertes Steuerventil enthält und der mit der jeweiligen Durchlassseite der beiden Gastrennmembranen in Verbindung steht. Dabei weist die ECU-Einheit eine dritte Steuervorrichtung auf, die das vierte Steuerventil dann öffnet, wenn die Durchgang-Schaltvorrichtung eine Umschaltung vom ersten Durchgang zum zweiten Durchgang vornimmt, und die das vierte Steuerventil schließt, wenn die Durchgangs-Schaltvorrichtung eine Umschaltung vom zweiten Durchgang zum ersten Durchgang vornimmt, um dadurch den Bereich bzw. die Fläche der Gastrennmembran zu ändern.
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Das System gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung arbeitet wie folgt. Wenn von dem Kraftstofftank stammender Kraftstoffdampf durch den ersten Durchgang in die erste Einführungsöffnung des Gastrenn-Membranmoduls strömt, tritt mit Rücksicht darauf, dass das vierte Steuerventil geschlossen ist, eine Druckdifferenz lediglich zwischen der Einlassseite und der Durchdringungs- bzw. Durchtrittsseite einer Gastrennmembran auf, wodurch ein Kondensat des Kraftstoffdampfes lediglich an der einen Gastrennmembran erhalten wird. Wenn demgegenüber der von dem Kraftstofftank stammende Kraftstoffdampf eine Desorption einer Kraftstoffdampfkomponente von dem Adsorptionsteil des Kanisters durch den zweiten Durchgang erleichtert und dann in die erste Einführungsöffnung des Gastrenn-Membranmoduls strömt, dann tritt mit Rücksicht darauf, dass das vierte Steuerventil geöffnet ist, eine Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Durchtrittsseite beider Gastrennmembranen auf, womit ein Kondensat des Kraftstoffdampfes an beiden Gastrennmembranen erhalten wird.
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Wenn von dem Kraftstofftank hervorgerufener Kraftstoffdampf in dem Kanister adsorbiert wird, kann der Bereich bzw. die Fläche der Gastrennmembran klein sein. Wenn demgegenüber eine Kraftstoffdampfkomponente von dem Kanister desorbiert und in dem in dem Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoff gelöst wird, ist es effizienter, sehr reichen Kraftstoffdampf zu nutzen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht, eine derartige Steuerung eines Bereiches bzw. einer Fläche der Gastrennmembran leicht zu erzielen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung wird in dem Kraftstofftank erzeugter Kraftstoffdampf durch das Gastrenn-Membranmodul getrennt, wobei der Kraftstoffdampf teilweise im Kraftstoff gelöst und teilweise im Kanister adsorbiert wird. Sodann erfolgt eine Freisetzung an die Atmosphäre, womit der Anstieg des Innendrucks des Kraftstofftanks begrenzt wird bzw. ist. Durch Desorbieren und Auflösen der in dem Kanister adsorbierten Kraftstoffdampfkomponente kann der Kanister wiederholt genutzt werden.
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Das System gemäß der vorliegenden Erfindung kann Kraftstoffdampf sogar während der Zeitspannen verarbeiten, während der die Maschine stillgesetzt ist. Überdies erfordert das System gemäß der vorliegenden Erfindung keine Trennung des Kraftstoffdampfes in eine Vielzahl von Stufen. Außerdem benötigt das System gemäß der vorliegenden Erfindung weder eine komplizierte Steuerung der Strömungsrate des Kraftstoffdampfes und der Strömungsrate des hindurchgedrungenen Gases noch eine Verflüssigung des Kraftstoffdampfes. Infolgedessen kann eine Verarbeitung des Kraftstoffdampfes effizient durchgeführt werden.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
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2 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm eine zweite bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung.
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3 veranschaulicht in einem Ablaufdiagramm die Arbeitsweise der ersten bevorzugten Ausführungsform.
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4 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen einer Fläche einer Gastrennmembran und der Menge von adsorbiertem Kraftstoffdampf.
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5 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen der Konzentration von Butan im Kraftstoffdampf und der Löslichkeit einer Kraftstoffdampfkomponente.
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6 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm eine Testvorrichtung, die bei einem Testbeispiel 3 angewandt wird.
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7 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen der Strömungsrate eines Mischgases, welches in ein Gastrenn-Membranmodul eingeführt ist, und der Konzentration von Butan in einem kondensierten Mischgas.
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Detaillierte Beschreibung der Erfindung
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Erste bevorzugte Ausführungsform
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Unter Bezugnahme auf 1 und 3 wird die erste bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. 1 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm ein Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 in der ersten bevorzugten Ausführungsform. 3 veranschaulicht in einem Ablaufdiagramm die Arbeitsweise des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems 1 gemäß der ersten bevorzugten Ausführungsform.
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Aufbau des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems
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Gemäß 1 enthält das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 einen Kraftstofftank 10 zur Aufnahme von Kraftstoff A, ein Gastrenn-Membranmodul 20 zum Trennen von Kraftstoffdampf, der in dem Kraftstofftank 10 erzeugt wird, in einen kondensierten Kraftstoffdampf und in einen kraftstoffarmen Dampf, einen ersten Durchgang 30 zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Kraftstofftank 10 und dem Gastrenn-Membranmodul 20, einen fünften Durchgang 40, der als Kraftstoffdampf-Auflösungseinrichtung oder -vorrichtung dient, um in den Kraftstofftank 10 kondensierten Kraftstoffdampf einzuführen, der durch das Gastrenn-Membranmodul 20 abgetrennt ist, und um den betreffenden Dampf im Kraftstoff A zu lösen, einen Kanister 50 zum Adsorbieren von Kraftstoffdampf aus kraftstoffarmem Dampf, einen kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 zur Herstellung einer Verbindung zwischen dem Gastrenn-Membranmodul 20 und dem Kanister 50, um kraftstoffarmen Dampf von dem Gastrenn-Membranmodul 20 in den Kanister 50 einzuführen, einen zweiten Durchgang 80, der von dem ersten Durchgang 30 aus verzweigt, um mit dem kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 in Verbindung zu gelangen, eine Durchgangs-Umschalteinrichtung oder -vorrichtung 82, die an einem Verzweigungspunkt des ersten Durchgangs 30 und des zweiten Durchgangs 80 angeordnet ist, und eine elektronische Steuereinheit (ECU) 70 zur Steuerung der verschiedenen Vorrichtungen, welche in dem Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 angeordnet sind.
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Kraftstofftank
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Bei dieser Ausführungsform enthält der Kraftstofftank 10 einen Druckmesser P zur Ermittlung des Innendrucks des Kraftstofftanks 10. Kraftstoff A ist in dem Kraftstofftank 10 enthalten bzw. gelagert. Der Innendruck des Kraftstofftanks 10 steigt durch Kraftstoffdampf an, der durch Verflüchtigung bzw. Verdampfung des Kraftstoffs A erzeugt wird. Der Kraftstofftank 10 steht mit einer ersten Einführöffnung 21 (wie dies später beschrieben wird) des Gastrenn-Membranmoduls 20 durch den ersten Durchgang 30 in Verbindung, und er steht außerdem mit einer zweiten Einführöffnung 51 (wie dies späten beschrieben wird) des Kanisters 50 durch den zweiten Durchgang 80 in Verbindung, der von dem ersten Durchgang 30 und dem kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 verzweigt, mit welchem der zweite Durchgang 80 in Verbindung steht.
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Gastrenn-Membranmodul
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Bei dieser Ausführungsform weist das Gastrenn-Membranmodul 20 die erste Einführöffnung 21 zum Einführen des in dem Kraftstofftank 10 erzeugten Kraftstoffdampfes, eine Gastrennmembran 22 zum Trennen des von der ersten Einführöffnung 21 eingeführten Kraftstoffdampfes in einen kondensierten Kraftstoffdampf und in einen kraftstoffarmen Dampf, sowie eine kondensierten Kraftstoffdampf abführende Öffnung 23, die auf der Einlassseite der Gastrennmembran 22 angeordnet ist und die zur Ableitung von kondensiertem Kraftstoffdampf dient, sowie eine kraftstoffarmen Dampf abführende Abführöffnung 24 auf, die auf der Durchdringungsseite der Gastrennmembran 22 angeordnet ist und die zur Ableitung des kraftstoffarmen Dampfes dient.
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Erste Einführöffnung, kondensierten Kraftstoffdampf abführende Abführöffnung und kraftstoffarmen Dampf abführende Abführöffnung
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Das Gastrenn-Membranmodul 20 ist mit der ersten Einführöffnung 21 an einem Ende der Einlassseite der Gastrennmembran 22 angeordnet, und die kondensierten Kraftstoffdampf abführende Abführöffnung 23 ist am anderen Ende der Einlassseite des Gastrennmembrans 22 angeordnet. Eine kraftstoffarmen Dampf abführende Abführöffnung 24 ist auf der Durchdringungsseite der Gastrennmembran 22 angeordnet. Die kondensierten Kraftstoffdampf abführende Abführöffnung 23 steht mit dem Kraftstofftank 10 durch den fünften Durchgang 40 in Verbindung, und die einen kraftstoffarmen Dampf abführende Abführöffnung 24 steht mit der zweiten Einführöffnung 51 (wie dies später beschrieben wird) des Kanisters 50 durch den kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 in Verbindung.
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Gastrennmembran
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Die Gastrennmembran 22 des Gastrenn-Membranmoduls 20 enthält eine poröse Membran, die unterschiedliche Membrandurchdringungsgeschwindigkeiten entsprechend der Größe von Gasmolekülen bereitstellt. Die Materialien der porösen Membran können Harzmaterialien, wie Polyimid, Polysulfone, Fluorharz, etc. oder anorganische Materialien, wie Kohlenstoff, Zeolith, etc. sein. Das Durchdringungsgeschwindigkeitsverhältnis von Stickstoff zu n-Butan der Gastrennmembran 22 betragt vorzugsweise vier oder mehr.
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Erster Durchgang
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Der erste Durchgang 30 stellt eine Verbindung zwischen dem Kraftstofftank 10 und der ersten Einführöffnung 21 des Gastrenn-Membranmoduls 20 her. Der zweite Durchgang 80 verzweigt von dem ersten Durchgang 30, und die Durchgangs-Schalteinrichtung oder -vorrichtung 82 ist am Verzweigungspunkt der beiden Durchgänge angeordnet.
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Fünfter Durchgang
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Der fünfte Durchgang 40 stellt eine Verbindung zwischen der kondensierten Kraftstoffdampf abführenden Abführöffnung 23 des Gastrenn-Membranmoduls 20 und dem Kraftstofftank 10 her; er weist ein Ende auf der Seite des Kraftstofftanks auf, welches sich im Kraftstoff befindet.
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Kanister
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Der Kanister 50 weist die zweite Einführöffnung 51 zum Einführen des kraftstoffarmen Dampfes, der von der kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführöffnung 24 abgeführt ist, ein Adsorptionsteil 52 zum Adsorbieren von Kraftstoffdampf aus dem von der zweiten Einführöffnung 51 eingeführten kraftstoffarmen Dampf, eine zweite Einführöffnung 53 zum Abführen des Dampfes, aus dem Kraftstoffdampf durch die Arbeitsweise des Adsorptionsteiles 52 entfernt worden ist, an die Atmosphäre, eine Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung oder -vorrichtung (nicht dargestellt) zum Ermitteln der Menge des an dem Adsorptionsteil 52 adsorbierten Kraftstoffdampfes und eine dritte Abführöffnung 55 zum Abführen von Kraftstoffdampf, der von dem Adsorptionsteil 52 desorbiert worden ist, und zum Einführen des betreffenden Kraftstoffdampfes in das Gastrenn-Membranmodul 20 durch die erste Einführöffnung 21 auf.
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Zweite Einführöffnung, zweite Abführöffnung und dritte Abführöffnung
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Der Kanister 50 enthält die zweite Einführöffnung 51, die zweite Abführöffnung 53, die neben der zweiten Einführöffnung 51 angeordnet ist, und die dritte Abführöffnung 55, die in einem Abstand von der zweiten Einführöffnung 51 angeordnet ist. Ein zweites Steuerventil 54 und ein drittes Steuerventil 56 sind für die zweite Abführöffnung 53 bzw. für die dritte Abführöffnung 55 vorgesehen. Das Öffnen und Schließen des zweiten Steuerventils 54 und des dritten Steuerventils 56 wird durch die ECU-Einheit 70 entsprechend den Ermittlungswerten durch die Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung gesteuert. Die zweite Abführöffnung 53 ist mit einem Rohr verbunden, welches mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Die dritte Abführöffnung 55 steht mit der ersten Einführöffnung 21 durch ein Rohr in Verbindung.
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Adsorptionsteil
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Das Adsorptionsteil 52 des Kanisters 50 ist mit einem Material gefüllt, welches über die Fähigkeit verfügt, Kraftstoffdampf zu adsorbieren. Ein Beispiel des Materials ist aktivierter Kohlenstoff, ohne indessen darauf insbesondere beschränkt zu sein. Aktivierter Kohlenstoff adsorbiert Kraftstoffdampf, wenn er dem gemischten Gas ausgesetzt wird, welches eine hohe Konzentration an Kraftstoffdampf enthält. Der aktivierte Kohlenstoff desorbiert den Kraftstoffdampf, wenn er einem gemischten Gas ausgesetzt ist, in welchem die Konzentration des Kraftstoffdampfes niedriger ist als ein bestimmter Wert. Durch die Ausnutzung dieser Eigenschaften von aktiviertem Kohlenstoff kann der Kanister 50 eine Adsorption und eine Desorption von Kraftstoffdampf wiederholt ausführen.
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Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung oder -vorrichtung
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Der Kanister 50 kann eine Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung oder -vorrichtung (nicht dargestellt) enthalten. Ein Beispiel der Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung stellt – ohne darauf insbesondere beschränkt zu sein – eine Einrichtung oder Vorrichtung dar, mit der eine Restmenge an Kraftstoffdampf ermittelt wird, die in dem von der zweiten Abführöffnung 53 abgeführten Dampf enthalten ist. Die Restmengen-Detektiereinrichtung kann in Form eines Kohlenwasserstoff-Densimeters bzw. -Dichtemessers vorliegen. Bei dieser Ausführungsform kann die Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung eine Vorrichtung zum Messen eines Gewichts des Kanisters 50 sein.
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Kraftstoffarmen Dampf abführender Abführdurchgang
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Der kraftstoffarmen Dampf abführende Abführdurchgang 60 steht mit der kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführöffnung 24 und der zweiten Einführöffnung 51 in Verbindung. Eine Pumpe 61 ist zur Herabsetzung des Drucks auf der Durchdringungsseite der Gastrennmembran 22 vorgesehen. Die Pumpe 61 ist mit einer nicht dargestellten Batterie verbunden. Ein Beispiel der Pumpe 61 besteht darin, dass in dem kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 eine konventionelle bekannte Unterdruckpumpe verwendet werden kann, ohne dass die Verwendung darauf insbesondere beschränkt ist.
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Zweiter Durchgang
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Der zweite Durchgang 80 verzweigt von dem ersten Durchgang 30 zu einer Verbindung mit dem kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 zwischen der Pumpe 61 und der kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführöffnung 24. Ein Rückschlag- bzw. Sperrventil 81 zur Unterbindung einer Rückströmung des Kraftstoffdampfes von dem kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 zu dem ersten Durchgang 30 ist für den bzw. in dem zweiten Durchgang 80 vorgesehen. Damit kann eine Rückströmung von Kraftstoffdampf aus dem Kanister 50 zum ersten Durchgang 30 und damit zum Kraftstofftank 10 verhindert werden, wenn die Pumpe 61 stillgesetzt ist.
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Durchgangs-Schalteinrichtung bzw. -vorrichtung
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Die Durchgangs-Schalteinrichtung oder -vorrichtung 82 ist am Verzweigungspunkt des ersten Durchgangs 30 und des zweiten Durchgangs 80 angeordnet. Eine Umschaltung zwischen dem ersten Durchgang 30 und dem zweiten Durchgang 80 wird durch die ECU-Einheit 70 entsprechend den Detektierwerten der Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung gesteuert.
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ECU-Einheit
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Die ECU-Einheit 70 gibt Signale ein, die kennzeichnend sind für die Detektierwerte des Druckmessers P und die Detektierwerte der Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung; sie gibt Signale zum Öffnen und Schließen des zweiten Steuerventils 54 und des dritten Steuerventils 56, zum Starten und Stillsetzen der Pumpe 61 und zum Umschalten zwischen den Durchgängen durch die Durchgangs-Schalteinrichtung 82 ab.
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Arbeitsweise des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems
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Gemäß 3 arbeitet das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 wie folgt.
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Arbeitsweise durch eine erste Steuereinrichtung oder -vorrichtung
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Wenn der Innendruck des Kraftstofftanks 10 zumindest ein bestimmter Wert ist, der sich als Ergebnis des Verdampfens des in dem Kraftstofftank 10 gelagerten Kraftstoffs A ergibt, ermittelt der in dem Kraftstofftank 10 angeordnete Druckmesser P diesen Druckanstieg. Die ECU-Einheit 70 startet die Pumpe 61, initiiert die Durchgangs-Schalteinrichtung 82 zur Ausführung eines Schaltvorgangs zu bzw. in dem ersten Durchgang 30, öffnet das zweite Steuerventil 54 und schließt das dritte Steuerventil 56. Mit dem Start der Pumpe 61 tritt zwischen der Durchdringungsseite und der Einlassseite der Gastrennmembran 22 des Gastrenn-Membranmoduls 20 eine Druckdifferenz auf, so dass auf der Einlassseite vorhandenes Gas durch die Gastrennmembran 22 hindurchdringt. Infolgedessen wird auf der Einlassseite der Gastrennmembran 22 ein Unterdruck in Bezug auf die Innenseite des Kraftstofftanks 10 hervorgerufen, so dass Kraftstoffdampf in dem Kraftstofftank 10 in das Gastrenn-Membranmodul 20 von der ersten Einführöffnung 21 durch den ersten Durchgang 30 strömt. Von dem Kraftstoffdampf, der in das Gastrenn-Membranmodul 20 strömt, ist die Sauerstoff, Stickstoff, etc. enthaltende Luftkomponente hinsichtlich der Durchdringungsgeschwindigkeit in der Gastrennmembran 22 größer als die Kraftstoffdampfkomponente. Damit wird der Kraftstoffdampf auf der Einlassseite der Gastrennmembran 22 kondensiert, was zu kondensiertem Kraftstoffdampf führt. Dieser kondensierte Kraftstoffdampf wird aus der den kondensierten Kraftstoffdampf abführenden Abführöffnung 23 abgeführt und durch den fünften Durchgang 40 in den Kraftstofftank 10 eingeführt, um in dem darin untergebrachten Kraftstoff A gelöst zu werden.
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Andererseits strömt kraftstoffarmer Dampf, der die Gastrennmembran 22 durchdrungen hat, durch den kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 in den Kanister 50 von der zweiten Einführöffnung 51. In dem betreffenden Kanister wird die in dem kraftstoffarmen Dampf enthaltene Kraftstoffdampfkomponente an dem Adsorptionsteil 52 adsorbiert. Dampf mit adsorbiertem Kraftstoffdampf wird von der zweiten Abführöffnung 53 an die Atmosphäre abgeführt.
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Durch Wiederholung der oben erwähnten Operation wird der im Kraftstofftank 10 erzeugte Kraftstoffdampf teilweise kondensiert und in dem Kraftstoff A gelöst, und teilweise wird er an dem Adsorptionsteil 52 des Kanisters 50 adsorbiert. Dadurch kann verhindert werden, dass der Innendruck des Tankbehälters 10 zumindest der bestimmte Wert ist.
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Arbeitsweise durch eine zweite Steuereinrichtung oder -vorrichtung
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Wenn die durch die Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung ermittelte Menge an adsorbiertem Kraftstoffdampf zumindest der bestimmte Wert ist, gibt die ECU-Einheit 70 einen Befehl an die Durchgangs-Schalteinrichtung 82 ab, um eine Umschaltung vom ersten Durchgang 30 zum zweiten Durchgang 80 auszuführen, und gleichzeitig schließt sie das zweite Steuerventil 54 und öffnet das dritte Steuerventil 56. Wenn kondensierter Kraftstoffdampf in dem im Kraftstofftank 10 untergebrachten Kraftstoff A durch den fünften Durchgang 40 gelöst wird, verbleibt eine geringe Menge der Kraftstoffdampfkomponente enthaltender Kraftstoffdampf im Kraftstofftank 10. Dieser eine geringe Menge der Kraftstoffdampfkomponente enthaltende Kraftstoffdampf, der von dem Kraftstofftank 10 in den kraftstoffarmen Dampf abführenden Abführdurchgang 60 durch den zweiten Durchgang 80 mittels der Antriebskraft der Pumpe 61 strömt, wird mit dem kraftstoffarmen Dampf gemischt. Wenn die Strömung in den Kanister 50 von der zweiten Einführöffnung 51 her erfolgt, erleichtert der gemischte kraftstoffarme Dampf eine Desorption der Kraftstoffdampfkomponente von dem Adsorptionsteil 52. Sodann wird diese von der dritten Abführöffnung 55 zusammen mit dem desorbierten Kraftstoffdampf abgeführt. Dieser Dampf strömt in das Gastrenn-Membranmodul 20 von der ersten Einführöffnung 21, und er wird durch die Antriebskraft der Pumpe 61 in kondensierten Kraftstoffdampf und in kraftstoffarmen Dampf getrennt. Der kondensierte Kraftstoffdampf wird durch den fünften Durchgang 40 zum Kraftstofftank 10 geleitet, in welchem die im Kraftstoffdampf kondensierte Kraftstoffdampfkomponente im Kraftstoff A gelöst wird. Andererseits wird kraftstoffarmer Dampf wieder zu dem Kanister 50 geleitet. Dieser Prozess wird wiederholt ausgeführt, um die Desorption der Kraftstoffdampfkomponente von dem Adsorptionsteil 52 zu erleichtern.
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Wenn die durch die Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung ermittelte Adsorptionsmenge des Kraftstoffdampfes kleiner ist als der bestimmte Wert und wenn ein Detektierwert des Druckmessers P zumindest ein bestimmter Wert ist, gibt die ECU-Einheit 70 einen Befehl an die Durchgangs-Schalteinrichtung 82 ab, um ein Umschalten vom zweiten Durchgang 80 zum ersten Durchgang 30 auszuführen, um das zweite Steuerventil 54 zu öffnen und um das dritte Steuerventil 56 wieder zu schließen. Dadurch werden die Trennung des Kraftstoffdampfes durch das Gastrenn-Membranmodul 20 und seine Adsorption durch den Kanister 50 wiederholt ausgeführt.
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Wenn während des Betriebs der zweiten Steuereinrichtung die durch die Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung ermittelte Adsorptionsmenge des Kraftstoffdampfes kleiner ist als der bestimmte Wert und wenn ein Detektierwert des Druckmessers P kleiner ist als der bestimmte Wert, setzt die ECU-Einheit 70 die Pumpe 61 still. Damit wird bzw. ist das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 stillgesetzt.
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Wirkung bzw. Effekt des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems
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Da bei dieser Ausführungsform das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 die Antriebskraft der Pumpe 61 nutzt, die unabhängig von der Maschine ist, kann der Kraftstoffdampf sogar während der Zeitspannen verarbeitet werden, während der die Maschine stillgesetzt ist. Darüber hinaus kann aufgrund der Anwendung der Gastrennmembran 22 der Kraftstoffdampf sogar in einem einzigen Trennprozess vollständig getrennt werden.
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Da bei dieser Ausführungsform das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 so aufgebaut ist, dass der in das Gastrenn-Membranmodul 20 strömende Kraftstoffdampf ein Mischdampf ist, der hauptsächlich eine geringe Menge einer aus dem Kraftstofftank 10 abgeleiteten Kraftstoffdampfkomponente enthaltenden Kraftstoffdampf, einen kraftstoffarmen Dampf, der die Gastrennmembran 22 durchdrungen hat, und von dem Adsorptionsteil 52 desorbierten Kraftstoffdampf enthält, kann ein korrektes Volumen an kondensiertem Kraftstoffdampf ohne Abstützung auf eine komplizierte Steuerung erzielt werden. Da das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 1 so aufgebaut ist, dass Kraftstoffdampf im Kraftstoff A gelost wird, ist überdies eine Kompression oder Verflüssigung des Kraftstoffdampfes nicht erforderlich.
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Zweite bevorzugte Ausführungsform
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Unter Bezugnahme auf 2 wird die zweite bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben. Bei der in 2 dargestellten zweiten bevorzugten Ausführungsform bezeichnen entsprechende Bezugszeichen entsprechende Einzelteile, die bei der in 1 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsform beschrieben worden sind. 2 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm die zweite bevorzugte Ausführungsform eines Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems 2 gemäß der vorliegenden Erfindung.
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Aufbau des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems
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Gastrenn-Membranmodul
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Gemäß 2 enthält das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem 2 ein Gastrenn-Membranmodul 20, welches in Reihe angeordnet eine erste Gastrennmembran 22a und eine zweite Gastrennmembran 22b sowie eine erste Einführöffnung 21, die auf der Einlassseite der ersten Gastrennmembran 22a angeordnet und zur Einführung des in dem Kraftstofftank 10 erzeugten Kraftstoffdampfes dient, eine kondensierten Kraftstoffdampf abführende Abführöffnung 23, die auf der Einlassseite der zweiten Gastrennmembran 22b angeordnet ist und die den von der ersten Einführöffnung 21 eingeführten Kraftstoffdampf in kondensierten Kraftstoffdampf und in kraftstoffarmen Dampf trennt, um kondensierten Kraftstoffdampf abzuführen. Ferner enthält das Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystem eine kraftstoffarmen Dampf abführende Abführöffnung 24, die auf der Durchdringungsseite der ersten Gastrennmembran 22a angeordnet ist, um den kraftstoffarmen Dampf abzuführen, und einen vierten Durchgang 25, um die Durchdringungsseite der zweiten Gastrennmembran 22b und die Durchdringungsseite der ersten Gastrennmembran 22a zu verbinden. Ein viertes Steuerventil 26 ist für den vierten Durchgang 25 vorgesehen; es wird durch eine elektrische Steuereinheit (ECU) 70 entsprechend Ermittlungswerten einer Adsorptionsmengen-Detektiereinrichtung oder -vorrichtung (nicht dargestellt) geöffnet und geschlossen.
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Arbeitsweise des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems
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Wenn aus dem Kraftstofftank 10 stammender Kraftstoffdampf in die erste Einführöffnung 21 des Gastrenn-Membranmoduls 20 durch einen ersten Durchgang 30 strömt, da das vierte Steuerventil 26 geschlossen ist, tritt eine Druckdifferenz lediglich zwischen der Einlassseite und der Durchdringungs- bzw. Durchlassseite der ersten Gastrennmembran 22a auf, wodurch eine Kondensation des Kraftstoffdampfes lediglich an der ersten Gastrennmembran 22a erzielt wird. Wenn demgegenüber aus dem Kraftstofftank 10 stammender Kraftstoffdampf eine Desorption einer Kraftstoffdampfkomponente von einem Adsorptionsteil 52 eines Kanisters 50 durch einen zweiten Durchgang 80 erleichtert und sodann in die erste Einführöffnung 21 des Gastrenn-Membranmoduls 10 strömt, da das vierte Steuerventil 26 geöffnet ist, tritt eine Druckdifferenz zwischen der Einlassseite und der Durchdringungsseite sowohl der ersten Gastrennmembran 22a als auch der zweiten Gastrennmembran 22b auf, wodurch Kraftstoffdampf sowohl an der ersten Gastrennmembran 22a als auch an der zweiten Gastrennmembran 22b kondensiert.
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Wirkung bzw. Effekt des Kraftstoffdampf-Verarbeitungssystems
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Wenn während des Trennens des Kraftstoffdampfes, das ausgeführt wird, von dem Kraftstofftank 10 erzeugter Kraftstoffdampf beim Kanister 50 adsorbiert wird, kann die Fläche der Gastrennmembran klein sein. Während des Trennens des Kraftstoffdampfes, das ausgeführt wird, wenn eine Kraftstoffdampfkomponente von dem Kanister 50 desorbiert und in dem im Kraftstofftank 10 gelagerten Kraftstoff A gelost wird, ist es andererseits effizienter, sehr reichen bzw. fetten Kraftstoffdampf zu nutzen. Die vorliegende Erfindung ermöglicht eine leichte Steuerung des Bereiches bzw. der Fläche der Gastrennmembran.
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Testbeispiel 1: täglicher Atmungsverlust-(DBL)-Test
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Um die Wirkung der Herabsetzung der Menge des erzeugten Kraftstoffdampfes durch die erste Steuereinrichtung zu überprüfen, wurde ein als DBL-Test bezeichneter Test durchgeführt, mit dem die Menge des Kraftstoffdampfes gemessen wurde, der erzeugt wurde, als sich ein Fahrzeug im Stillstand bei einem Niedertemperatur-/Hochtemperatur-Zyklus befand. Genauer gesagt wurde beim DBL-Test die Temperatur des Kraftstofftanks von 18,2°C auf 40,2°C erhöht, um Kraftstoffdampf zu erzeugen, der für einen 1-Tag-DBL-Test benötigt wurde. Dieser Kraftstoffdampf wurde in das Gastrenn-Membranmodul eingeführt. Das Gastrenn-Membranmodul verfügte über eine Membran „UBE N2-Separator”, hergestellt von UBE Industries Ltd., bei dem Polyimid eine Stickstoff-Permeabilität von 6,6 GPU und eine Durchdringungs-Selektivität von 5,75 beim Sauerstoff-/Stickstoff-Verhältnis und 14 beim Stickstoff-/Kohlenwasserstoff-Verhältnis aufwies. Die Vakuum bzw. Unterdruckpumpe war eine „DAP-12S-(10W)”-Pumpe, hergestellt von ULVAC KIKO INC. (in 4 angegeben als „DAP-12S (10W)”.
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4 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen einer Fläche der Gastrennmembran und einer Menge des im Kanister adsorbierten Kraftstoffdampfes. Aus 4 kann dabei ersehen werden, dass die Große der Durchdringung des Kraftstoffdampfes und damit die Große der Adsorption mit zunehmender Fläche der Gastrennmembran zunimmt.
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Testbeispiel 2: Auflösen von kondensiertem Kraftstoffdampf in Kraftstoff
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Das Auflösen von Butan oder die Erzeugung von Butandampf wurde dadurch überprüft, dass unterschiedliche Konzentrationen an Butandampf in im Kraftstofftank gelagertem Butan zum Aufsteigen gebracht wurden. 5 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen einer Konzentration von Butan im Kraftstoffdampf und der Löslichkeit einer Kraftstoffdampfkomponente. Wie aus 5 ersichtlich ist, wird dann, wenn ein Aufwallen bzw. Aufsteigen einer 40%igen oder höheren Konzentration von Butandampf vorliegt, eine Butandampfkomponente im Kraftstoff gelöst. Wenn demgegenüber beim Aufwallen bzw. Hochsteigen eine geringere Konzentration als eine 40%ige Konzentration an Butandampf vorliegt, verflüchtigt sich das Butan. Es sei darauf hingewiesen, dass Butandampf eine Hauptkomponente des Kraftstoffdampfes darstellt. Aus 5 kann ersehen werden, dass die Konzentration des Kraftstoffdampfes vorzugsweise bei zumindest bei 90% Butan liegt, um eine Kraftstoffdampfkomponente effizient aufzulösen.
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Testbeispiel 3: Strömungsraten-Steuerungstest
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6 veranschaulicht in einem schematischen Diagramm eine Testvorrichtung, die beim Testbeispiel 3 verwendet wurde. 7 veranschaulicht in einem Kurvendiagramm die Beziehung zwischen der Strömungsrate eines Mischgases, welches in das Gastrenn-Membranmodul eingeführt wird, und der Konzentration von Butan in dem kondensierten Mischgas. Gemäß 6 und 7 wurde beim Hindurchleiten eines Mischgases aus Butan/Stickstoff (enthaltend 15% Butan) durch das Gastrenn-Membranmodul die Beziehung zwischen der Strömungsrate des in das Gastrenn-Membranmodul eingeführten Mischgases und der Konzentration von Butan in dem kondensierten Mischgas überprüft. Die Gastrennmembran bestand aus Polyimid, hergestellt von UBE Industries Ltd., mit einer Gasdurchdringungs-Selektivität von 10 beim Stickstoff/Kohlenwasserstoff-Verhältnis. Aus 7 kann ersehen werden, dass die Konzentration von Butan in dem kondensierten Mischgas durch Steuerung der Strömungsrate des in das Gastrenn-Membranmodul eingeführten Mischgases gesteuert werden kann.
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Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oben beschrieben und veranschaulicht worden sind, durfte verständlich sein, dass sie beispielhaft für die Erfindung und nicht als beschränkend anzusehen sind. Hinzufügungen, Weglassungen, Substitutionen und andere Modifikationen können an den betreffenden Ausführungsformen ohne Abweichung vom Erfindungsgedanken vorliegender Erfindung vorgenommen werden. Demgemäss wird die Erfindung nicht als durch die vorstehende Beschreibung beschränkt angesehen; sie wird lediglich durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt.
