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Gegenstand
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Die Erfindung betrifft einen Einfüllkopf für einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges, der von einem mit dem zum Kraftstoffbehälter führenden Füllrohr verbundenen Gehäuse gebildet ist, in dem ein eine Zapfpistole aufnehmender Hals vorgesehen ist, wobei eine Entlüftungsleitung die oberste Region des Kraftstoffbehälters mit einem Aktivkohlefilter verbindet und eine Rezirkulierleitung von der Entlüftungsleitung abzweigend zum Einfüllkopf verläuft und dort in das Füllrohr mündet, wobei im Einfüllkopf ein Einsatzkörper sitzt, dessen oberer Teil vom oberen Rand des Gehäuses ausgehend eine Trichter bildet, an den nach unten ein die Zapfpistole aufnehmender Hals anschließt.
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Der Umweltschutz fordert, dass Kraftstoff und Kraftstoffdämpfe unter keinen Umständen in die Umgebung gelangen. Zum Ersten muss der Kraftstoffbehälter und alle Kraftstoff führenden Leitungen dicht sein und das auch überprüfbar. Zum Zweiten müssen Kraftstoffdämpfe beim Betanken und während des Betriebes von einem Aktivkohlefilter (kurz AKF) aufgefangen beziehungsweise zurück in den Behälter oder zum Motor geführt werden. Dabei darf der Aktivkohlefilter nicht mit flüssigem Kraftstoff in Berührung kommen.
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Stand der Technik
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Aus der
EP 1 600 317 A1 ist eine Anordnung bekannt, bei der eine Entlüftungsleitung die beim Betanken verdrängten Kraftstoffdämpfe einem AKF zuführt. Ein Ventil am Kraftstoffbehälter stellt sicher, dass dabei keine Flüssigkeitströpfchen mitgerissen werden. Um den AKF zu entlasten, zweigt von der Entlüftungsleitung eine in den Einfüllkopf mündende Rezirkulierleitung ab, die von dem beim Betanken im Einfüllkopf oder im daran anschließenden Füllrohr herrschenden Sog Gebrauch macht, um die beim Tanken verdrängten Dämpfe in den Tank rückzuführen. Wenn der Kraftstoffbehälter den Höchststand erreicht hat, wird die die Zapfpistole speisende Pumpe durch einen bekannten Mechanismus abgeschaltet.
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Wenn aber dieser Mechanismus nicht oder nicht schnell genug anspricht, steigt der Flüssigkeitsspiegel im Füllrohr so weit, dass flüssiger Kraftstoff in die Rezirkulierleitung gelangt und von dort weiter in den AKF. Als zugegeben unzureichende Gegenmaßnahme ist dort eine Drosselstelle in der Rezirkulierleitung vorgeschlagen. Der Übertritt von Flüssigkeit in den AKF muss aber sicher verhindert werden. Ein Vorteil der dort beschriebenen Anordnung ist hingegen, dass die Dichtheit des Kraftstoffbehälters und des Füllrohres bei geschlossenem Füllkopf durch Anlegen eines Unterdruckes an den AKF überprüft werden kann. Eine Dichtheitsprüfung mittels Überdruckes wäre sehr viel aufwändiger.
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Aus der
WO 2004/026608 A1 ist eine Entlüftungsanordnung bekannt, die in der Rezirkulierleitung ein federbelastetes Nadel-Schwimmerventil vorsieht, um das Eindringen von flüssigem Kraftstoff in die Rezirkulierleitung zu verhindern. Die Anordnung des Ventils außerhalb des Füllkopfes hat zur Folge, dass der Flüssigkeitsstrom bei Versagen der Abschaltvorrichtung den Füllkopf füllt und so auch in die Umgebung gelangen kann. Das Ventil ist nur schematisch dargestellt. Trotzdem ist zu erkennen, dass eine Dichtheitsprüfung mittels eines am AKF angelegten Unterdruckes damit nicht möglich ist.
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Aus der
DE 38 23 973 A1 ist ein Füllkopf bekannt, in den nicht nur eine Rezirkulierleitung, sondern die ganze Entlüftungsleitung mündet und von dem eine direkte Verbindung zu einem AKF besteht. Das heißt aber, dass beim Betanken die gesamten verdrängten Dämpfe in den Füllkopf gelangen. Bei ganz geöffneter Zapfpistole ist das ein erheblicher Volumenstrom hoher Geschwindigkeit. Der nicht vom Sog in den Tank rückgeführte Teil der Dämpfe gelangt durch eine Ventilanordnung, die reich an Umlenkungen und Engstellen ist, in den AKF.
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Diese Ventilanordnung besteht im Wesentlichen aus einem den die Zapfpistole führenden Hals des Füllkopfes umgebenden Schwimmer, der in aufgeschwommener Stellung den Ausgang zu der zum AKF führenden Leitung verschließt. Abgesehen von der strömungsungünstigen, aufwändigen und schwer zusammenbaubaren Ausbildung dieser Ventilanordnung ist festzustellen, dass sie nur bei schräg verlaufendem (nicht aber bei einem lotrechten) Füllrohr funktioniert.
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Vor allem aber krankt sie daran, dass sie im Falle eines Anstieges des Flüssigkeitsspiegels im Füllrohr nicht rechtzeitig schließen kann, weil der Höhenunterschied zwischen dem Eintritt in die Ventilkammer und dem Austritt zum AKF bei dieser Anordnung jedenfalls viel zu gering ist.
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Die
DE 196 05 922 A1 offenbart eine Entlüftungseinrichtung mit einer Rezirkulierleitung, durch die Dämpfe über einen im Füllkopf untergebrachten Abscheider zur Gänze zum AKF geführt werden. Im Füllkopf ist ein Sperrventil, das nur im Betankungsfall geöffnet wird. Durch diese Anordnung ist weder Entlastung und Schutz des AKF noch eine Dichtheitsprüfung möglich.
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Aus der
DE 10 2006 016 859 A1 ist ein auf einem Tank sitzendes Betankungsentlüftungsventil für ein Kraftstoffdampfrückführsystem bekannt, das in einer Variante ein in den Tank ragendes Tauchrohr mit einem Schwimmerventil aufweist. Bei dieser Anordnung ist nicht sichergestellt, dass Treibstoff unter keinen Umständen vom Einfüllkopf durch die Rezirkulationsleitung in das Betankungsentlüftungsventil gelangt. Eine Dichtheitsprüfung durch Anlegen eines Vakuums an den AKF ist wegen des federbelasteten Ventils nicht möglich.
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Weiters ist es aus der
DE 600 08 169 T2 bekannt, den Schnabel der Zapfpistole gegenüber dem Einfüllkopf abzudichten. Die Dichtung ist dort ein komplizierter Spritzteil, der schwer zu montieren und bei Verschleiß auszutauschen ist.
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Die
EP 283 576 B1 schließlich zeigt ein Ventil mit einem Massekörper, der kein Schwimmer ist, und der auf Rippen aufliegt, ohne allerdings von diesen geführt zu sein.
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Problem/Lösung
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Es ist somit die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe, eine die oben beschriebenen Nachteile vermeidende Sicherungsvorrichtung zu schaffen, die ein Eindringen von flüssigem Kraftstoff in den AKF und dessen Ausfluss in die Umgebung unter allen Umständen verhindert, die leicht und billig herstellbar und montierbar ist und die schließlich eine Dichtheitsprüfung durch Anlegen eines Unterdruckes an den AKF erlaubt.
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Erfindungsgemäß wird das mit den kennzeichnenden Merkmalen des 1. Anspruchs erreicht. Dadurch, dass der die beiden vertikalen Sacklöcher verbindende Querkanal an deren oberen Enden, also sehr hoch, gelegen ist, und dass der Schwimmer im unteren Teil des zweiten Sackloches endet, ist auch bei schnellem Anstieg des Flüssigkeitsspiegels (bei Versagen der Abschaltvorrichtung) sichergestellt, dass der Flüssigkeitsspiegel den Querkanal nicht erreicht und so nicht in die Rezirkulierleitung gelangt. Selbst wenn der Flüssigkeitsspiegel das Niveau des Querkanals erreicht, hat das Schwimmerventil bis dahin den Zugang zu ihm sicher dicht verschlossen.
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Das Schwimmerventil, das nur bei Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels schließt, gestattet die Dichtheitsprüfung des gesamten Tanksystems durch Anlegen eines Unterdruckes an den AKF.
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Die Sacklöcher und der Querkanal sind neben dem die Zapfpistole aufnehmenden Hals mit dem Trichter angeordnet. All das ist zu einem Einsatzkörper zusammengefasst, der einteilig oder zweiteilig ausführbar und leicht in das Gehäuse einsetzbar ist. Die vertikale Ausrichtung (wobei hier und im Folgenden unter vertikal in Richtung der Längsachse des Einfüllkopfes zu verstehen ist) des ersten Sackloches gestattet einen einfachen Anschluss an die Rezirkulierleitung beim Einbau des Einsatzkörpers, indem er einfach in vertikaler Richtung in das Gehäuse des Füllkopfes eingeschoben wird.
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Der Anschluss der Rezirkulierleitung wird am besten dadurch hergestellt, dass sie die Wand des Gehäuses in Richtung des Sackloches durchstoßt und in das erste Sackloch ragt, wobei sie mit dem Gehäuse dicht und fest verbunden und im ersten Sackloch dichtend verschiebbar ist (Anspruch 2).
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Vorzugsweise ist der Schwimmer im zweiten Sackloch ein in vertikaler Richtung langer, vorzugsweise unten offener (Anspruch 4), Hohlkörper, dessen oberes Ende spitz zuläuft und mit einer Bohrung zusammenwirkt, deren Durchmesser kleiner als der des Schwimmers ist (Anspruch 3) und hat das zweite Sackloch eine Anzahl am Umfang verteilter einwärts gerichteter vertikaler Fahnen (Anspruch 5). So bildet das obere Ende des Schwimmers gleich selbst eine Ventilnadel und sein unteres Ende ist nahe dem unteren Ende des zweiten Sackloches. Dadurch ist ein großer Höhenunterschied zwischen dem Flüssigkeitsspiegel des Ansprechens und Schließens des Ventils und dem Querkanal erzielt. Die Räume, die im zweiten Sackloch zwischen den den Schwimmer führenden vertikalen Fahnen und dem Schwimmer frei bleiben, bieten dem Dampfstrom beim Füllen des Kraftstofftanks große Querschnitte mit geringem Strömungswiderstand, sodass der Sog voll ausgenutzt werden kann, um einen Großteil der im Kraftstofftank verdrängten Gase zu rezirkulieren. Dadurch wird der AKF entlastet.
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Eine praktische Weiterbildung besteht darin, dass der Schwimmer mittels biegsamer Fahnen im zweiten Sackloch gegen Herausfallen gesichert ist (Anspruch 6). Die Teile sichern den Schwimmer gegen Herausfallen beim Einbau des Einsatzstückes ins Gehäuse; er wird vor dem Einbau, unter Verbiegen der Enden der Fahnen, in das Sackloch eingeschoben und kann nicht mehr heraus fallen.
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In vorteilhaften Weiterbildungen hat der Einsatzkörper eine Anzahl nach außen ragender vertikaler Stege, deren äußerer Rand sich innen an der Wand des Gehäuses abstützt (Anspruch 7) und bilden deren Unterkanten Anschläge, die die vertikale Position des Einsatzkörpers im Gehäuse bestimmen (Anspruch 8).
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgegenstandes ist im den Hals bildenden Teil des Einsatzkörpers eine Dichtung, beispielsweise ein Dichtring, vorgesehen, der den Schnabel der Zapfpistole dichtend umschließt. Das trägt weiter dazu bei, dass beim Tanken kein Kraftstoff ins Freie gelangt. Weiters hat der den Hals bildende Teil des Einsatzkörpers einen Sitz, in den der Dichtring vor dem Fügen der zwei Einzelteile des Einsatzkörpers einsetzbar ist (Anspruch 9).
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Das erleichtert die Herstellung des (in der Regel gespritzten) Einsatzstückes erheblich.
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Figuren
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1: Schema des erfindungsgemäßen Belüftungssystems,
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2: Ansicht des erfindungsgemäßen Füllkopfes, axonometrisch und explodiert,
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3: Ansicht nach III in 2, Gehäuse weggelassen,
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4: Schnitt nach AA in 3, Schwimmerventil offen,
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4a: Wie 4, Schwimmerventil geschlossen,
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5: Schnitt nach BB in 3,
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6: Schnitt nach CC in 4,
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7: Schnitt nach DD in 4,
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Beschreibung
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In 1 ist ein Kraftstofftank in Sattelbauweise summarisch mit 1 und das Füllrohr mit 2 bezeichnet. Das Füllrohr 2 endet tankfern in einem Einfüllkopf 3, der während des Betriebes von einem (nicht dargestellten) Deckel verschlossen ist und in den zum Betanken der Schnabel einer (nicht dargestellten) Zapfpistole eingeführt wird. Das dabei aus dem Tank verdrängte Luft – Kraftstoffdampf – Gemisch strömt durch ein Betankungsentlüftungsventil 4, ein Druckhalteventil 5 und eine Entlüftungsleitung 6 zu einem Aktivkohlefilter 7 (im Folgenden kurz AKF). Dessen Ausgang 8 führt entweder ins Freie oder zum Ansaugtrakt einer (nicht dargestellten) Verbrennungskraftmaschine. An diesen Ausgang wird zur Prüfung der Dichtheit des Tanks ein Unterdruck angelegt. Von der Entlüftungsleitung 6 zweigt eine Rezirkulierleitung 10 ab und führt zum Einfüllkopf 3.
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Das Betankungsentlüftungsventil 4 ist ein Schwimmerventil, das bei Erreichen des Maximalen Füllstandes schließt, sodass der Flüssigkeitsspiegel im Füllrohr 2 unter Mitwirkung des Druckhalteventils 5 steigt und so ein Abschalten der die Zapfpistole speisenden Pumpe bewirkt. Wegen der horizontalen Erstreckung des Tanks sind noch zwei Betriebsentlüftungsventile 11 über Betriebsentlüftungsleitungen 12 an das Druckhalteventil 5 angeschlossen.
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2 zeigt zunächst zur Übersicht den Einfüllkopf 3 explodiert. Er besteht aus einem Gehäuse 15 und einem in dieses passenden Einsatzstück 22. Das Gehäuse 15, hier aus Metallblech, wird von einem Zylindermantel 16 mit seinem Boden 17, einem daran nach unten anschließenden konischen Teil 18 und einem Stutzen 19 für die Verbindung mit dem Füllrohr 2 gebildet. Am oberen Rand des Gehäuses sitzt ein Profilring 20, der das Einsatzstück 22 im Gehäuse 15 hält und der mit einem (nicht dargestellten) Tankverschluss zusammenwirkt. Das zum Boden 17 führende Rohrstück ist die Rezirkulierleitung 10.
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Am Einsatzstück 22 können grob drei Bereiche unterschieden werden: Ein Trichter 23 mit abgesenkten Überlaufkanten 27, darunter ein einen Hals für die Zapfpistole bildender Mittelteil 24 mit seitlich einem Sicherungsteil 25 und ein an den Mittelteil 24 nach unten anschließender und in den konischen Teil 18 des Gehäuses 15 ragender Unterteil.
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Das Einsatzstück 22 wird im Folgenden anhand der 3 bis 7 genauer beschrieben. Dabei wird die Längsachse des Mittelteils mit 30 bezeichnet, ihre Richtung wird im Folgenden als vertikal angesprochen, wenn sie auch im Fahrzeug nicht vertikal ist. Das Einsatzstück 22 kann ein einziger Spritzteil aus Kunststoff oder Metall sein. Er kann aber auch, wie im gezeigten Ausführungsbeispiel aus zwei zusammengefügten Spritzteilen bestehen. Dessen Sicherungsteil 25 ist seitlich an den Trichter 23 angeformt (5). Er enthält zwei paralelle, unten offene und vertikale Sacklöcher 31, 32 und einen Querkanal 33, der deren obere Enden miteinander verbindet (4). Der Querkanal 33 ist dazu mittels einer eingepressten Kugel 37 verschlossen. Das erste Sackloch 31 nimmt die Rezirkulierleitung 10 auf, welche den Boden 17 des Gehäuses durchstößt, mit ihm dicht verschweißt ist und welche zum Einbau des Einfüllkopfes in das Sackloch 31 einschiebbar ist. Am unteren Ende des Sackloches 31 sitzt daher ein Dichtring, 34, der die Rezirkulierleitung 10 dicht mit dem Sackloch 31 verbindet.
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Das zweite Sackloch 32 hat eine Anzahl am Umfang verteilter einwärts gerichteter vertikaler Fahnen 35 (6, 7), die einen Schwimmer 40 führen. Zwischen der Wand des Sackloches 32, dem Schwimmer 40 und den Fahnen 35 sind so Durchströmkanäle 36 erheblichen Querschnittes für den beim Tanken rezirkulierten Kraftstoffdampf geschaffen. Das zweite Sackloch 32 ist über eine Bohrung 39 an seinem oberen Ende mit dem Querkanal 33 verbunden.
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Im zweiten Sackloch 32 ist der Schwimmer 40 geführt. Er ist ein sehr langer und schlanker zylindrischer Hohlkörper, der vom unteren Ende des Sackloches 32 hinauf bis in die Nähe der Bohrung 36 reicht. Der Schwimmer 40 kann wegen seines kleinen Durchmessers unten offen sein. Er (40) läuft an seinem oberen Ende in einen Konus 41 aus, der mit dem unteren Rand der Bohrung 36 zusammenwirkend ein Schwimmerventil bildet. Der Durchmesser der Bohrung 36 ist kleiner als der Durchmesser des Schwimmers 40.
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In 4 ist der Schwimmer 40 in Normalstellung und das Ventil offen, er ruht auf einzelnen Fahnen 35. Die Fahnen können am Schwimmer 40 angeformt sein und in ein Langloch im zweiten Sackloch eingreifen, oder sie sind biegsame Teile der Fahnen im Inneren des zweiten Sackloches 32. Beim Betanken wird der Schwimmer 40 von dem verdrängten Kraftstoffdampf von oben nach unten umströmt. Bei der Dichtheitsprüfung wird er von unten nach oben umströmt, weil der Unterdruck über die Rezirkulierleitung in den Einfüllkopf gelangt.
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In 4a ist der Schwimmer in aufgeschwommener Stellung und die Verbindung zum Querkanal 33 geschlossen. In diese Stellung gelangt der Schwimmer 40, wenn die Abschaltung der Zapfpistole nicht oder zu langsam wirkt und der Flüssigkeitsspiegel im Füllrohr 2 bis zum Boden 17 des Einfüllkopfes aufsteigt. Der Schwimmer 40 reagiert darauf sehr schnell und schließt die Bohrung 36, lange bevor ein weiter ansteigender Flüssigkeitsspiegel das Niveau des Querkanals erreicht haben kann.
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Zur Positionierung im Gehäuse 15 hat das Einsatzstück 22 angeformte vertikale Stege 45, 46, 47, deren vertikale Ränder 48, 49, 50 innen am Zylindermantel 16 anliegen und deren untere Ränder 51 (nur einer ist in 2 und 4 erkennbar) sich am Boden 17 des Gehäuses abstützen. Dadurch bleibt der Zugang vom Füllrohr 2 zum den Schwimmer 40 enthaltenden zweiten Sackloch 32 frei.
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In dem den Hals bildenden Mittelteil 24 des Einsatzstückes 22 ist ein Dichtring 55 vorgesehen, der beim Betanken den Schnabel der Zapfpistole umgibt. Der Dichtring 55 sitzt in einer Brille 57, die in einen Sitz 56 des Mittelteiles eingesetzt ist (2, 5 und 6).
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Insgesamt wird mit der nur beispielhaft beschriebenen Konstruktion eine sicherer Schutz des Aktivkohlefilters vor dem Eindringen von Flüssigkeit unter allen Umständen und die Realisierbarkeit einer Dichtheitskontrolle des Kraftstofftanks durch Anlegen eines Unterdruckes erreicht. Darüber hinaus sind die dafür eingesetzten Elemente in einem einzigen fertigungstechnisch vorteilhaften Einsatzstück zusammengefasst, das aus zwei zusammengefügten Teilen bestehen kann.
