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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung betrifft ein Entlüftungssystem für einen
Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges, insbesondere
eines Personenkraftfahrzeuges, mit einem Kraftstoffeinfüllrohr,
das in dem Kraftstoffbehälter mündet, einer über
einen Füllentlüftungsanschluss an den Kraftstoffbehälter
angeschlossenen Füllentlüftungsleitung und einer
von dem Kraftstoffbehälter abgehenden, in einer Filtereinrichtung
mündenden Entlüftungsleitung, die über
ein Überschlagsventil absperrbar ist.
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Stand der Technik
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Mit
fossilen Brennstoffen betriebene Kraftfahrzeuge besitzen regelmäßig
einen Kraftstoffbehälter. An den bekannten Kraftstoffbehältern
sind mehrere Zu- und Ableitungen, unter anderem zum Betanken und
zur Kraftstoffzuführung zum Motor vorgesehen. Bei Kraftstoffbehältern
muss sichergestellt sein, dass weder flüssiger noch gasförmiger
Kraftstoff ungewollt entweicht.
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Bei
der Kraftstoffbehälterentlüftung sind wenigstens
zwei unterschiedliche Systeme bekannt.
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In
der Europäischen Union (EU) ist es bekannt, eine Füllentlüftungsleitung
zwischen dem oberen Ende eines Kraftstoffeinfüllrohrs und
dem Kraftstoffbehälter vorzusehen. Beim Betanken wird Luft und
dampfförmiger Kraftstoff im Kraftstoffbehälter verdrängt
und wird über die Füllentlüftungsleitung
in die Atmosphäre abgeleitet bzw. meist durch eine Kraftstoffpistole
abgesaugt. Dieses System wird nachfolgend der Einfachheit halber
als EU-System bezeichnet werden.
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Auch
nach dem Betanken ist eine Entlüftung des Tanks erforderlich,
da sich der Kraftstoff wärmebedingt ausdehnen kann und
sich darüber hinaus Kraftstoffdämpfe bilden können.
Dies würde zu einem Überdruck im Tank führen,
was aus Sicherheitsgründen zu vermeiden ist. Nach dem Betanken
kann jedoch die Füllentlüftungsleitung nicht mehr
für das Entlüften verwendet werden, da dann der
Tankdeckel geschlossen ist. Daher ist zur Entlüftung während des
Parkens und Fahrens ist daher regelmäßig bei benzingetriebenen
Fahrzeugen die Betriebsentlüftungsleitung, mit der dampfförmiger
Kraftstoff über einen Aktivkohlefilter abgeleitet wird.
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Ein
weiteres bekanntes System ist das ORVR-System (on-board refueling
vapor recovery), welches sich vor allem in den USA etabliert hat.
Bei dem ORVR-System werden bereits die während der Betankung
verdrängten Kraftstoffdämpfe durch den Aktivkohlefilter
geleitet. Um den Aktivkohlefilter zu entlasten, besitzen Fahrzeuge
in den USA zusätzlich eine so genannte Zirkulation. Das
ORVR-System wird nachfolgend kurz als US-System bezeichnet werden.
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Beide
Systeme erfordern grundsätzlich andere Aufbauten. Während
beim EU-System zur Füllentlüftung am Tank ein Füllentlüftungsnippel
vorgesehen sein muss, an den die Füllentlüftungsleitung angeschlossen
ist, ist bei dem ORVR-System ein Schwimmerventil (FLVV: fill limiting
venting valve) im Tank erforderlich, dass das Entlüftungssystem
beim vollen Tank schließt, um ein Aufsteigen von Kraftstoff zum
Aktivkohlefilter zu verhindern und ein rechtzeitiges Abschalten
der Zapfpistole zu ermöglichen. Das FLVV benötigt
einen größeren Bauraum und eine größere Öffnung
im Tank, sodass für beide Varianten vollkommen unterschiedliche
Tanks, Bauteile und Montagevorgänge erforderlich sind.
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3 zeigt
ein Füllentlüftungssystem gemäß dem
Stand der Technik, das für den US-Markt ausgelegt ist.
Dabei ist an einen Kraftstoffbehälter 102 ist
ein Schwimmerventil 108 unmittelbar befestigt und ragt
in das Innere des Kraftstoffbehälters 102. Durch
das Bauvolumen des Schwimmerventils 108 ist es erforderlich,
den Kraftstoffbehälter 102 gegenüber
der in der 4 gezeigten Ausführungsform
für den europäischen Markt mit geringerem Volumen
zu gestalten. Vom Schwimmerventil 108 verläuft
eine Füllentlüftungsleitung 106 zu einem
Aktivkohlefilter 110. Ebenfalls vorhanden ist ein am Kraftstoffbehälter 102 angeordnetes Überschlagventil 112,
von dem ausgehend eine Entlüftungsleitung 114 zu
dem Aktivkohlefilter 110 verläuft.
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4 zeigt
ein Füllentlüftungssystem gemäß dem
Stand der Technik, das für die EU bestimmt ist. Dabei ist
auf einer Oberseite eines Kraftstoffbehälters 202 ein
Füllentlüftungsnippel 204 vorgesehen,
der zum Anschluss einer Füllentlüftungsleitung 206 dient.
Die Füllentlüftungsleitung 206 ist an
ein Kraftstoffeinfüllrohr 218 angeschlossen, sodass
die beim Betanken entweichenden Dämpfe in das Kraftstoffeinfüllrohr 218 geführt
und dort von einer Zapfpistole abgesaugt werden können.
Ebenfalls auf der Oberseite des Kraftstoffbehälters 202 ist
ein Überschlagventil 212 vorgesehen, über
das der Kraftstoffbehälter 202 mittels einer Entlüftungsleitung 214 mit einem
Aktivkohlefilter 210 verbunden ist.
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Zur
Reduzierung des Konstruktions- und Fertigungsaufwandes besteht das
Bestreben, ein Entlüftungssystem für Kraftstoffbehälter
bereitzustellen, das die Anforderungen, die in der Europäischen Union
und in den USA an die Kraftstoffbehälterentlüftung
gestellt werden, gleichermaßen erfüllt.
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Aus
der
DE 10 2005
043 744 A1 ist hierzu ein Entlüftungssystem bekannt,
das ein Kraftstoffeinfüllrohr und mindestens eine Entlüftungsleitung
besitzt, wobei diese jeweils in einen Kraftstoffbehälter
einmünden. Zusätzlich ist ein Verteilerstück
vorgesehen, das drei Raumbereiche miteinander kraftstoffzuleitend
verbindet. Das Verteilerstück hat je eine Kraftstoffzuleitung
zu einem Ausgleichsbehälter, der Entlüftungsleitung
und dem Kraftstoffeinfüllrohr. Der Ausgleichsbehälter
ist kraftstoffzuleitend mit einem Aktivkohlefilter verbindbar oder
verbunden. Bei Dieselfahrzeugen mündet der Ausgang des
Ausgleichsbehälters direkt in der Atmosphäre,
und bei Benzinfahrzeugen mündet er in den Aktivkohlefilter.
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Die
dort vorgeschlagene Lösung ermöglicht bereits
eine weitgehende Vereinheitlichung des Entlüftungssystems
für US- und EU-Anforderungen. Das Entlüftungssystem
ist gleichermaßen für die USA und die Europäische
Union geeignet und unterscheidet sich in der jeweiligen Variante
vor allem hinsichtlich der Abmessungen des Verteilerstücks
und der Menge an Aktivkohle im Aktivkohlefilter. Alle weiteren Teile
sind baugleich. Allerdings ist ein Ausgleichsbehälter erforderlich,
der einen großen Bauraum benötigt.
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Aus
Sicherheitsgründen ist in den Kraftstoffentlüftungssystemen
des Weiteren ein Überschlagsventil (roll over valve) erforderlich,
das die Strömungsverbindung zwischen Kraftstoffentlüftungsleitung
und Aktivkohlefilter im Falle eines Überschlags unterbricht,
damit kein Kraftstoff über den Aktivkohlefilter in die
Umwelt entweichen kann.
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Aufgabe
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Aufgabe
der Erfindung ist es daher, ein Kraftstoffentlüftungssystem
anzugeben, dass bei einer weitgehenden Vereinheitlichung der erforderlichen Bauteile
sowohl als EU-System als auch als ORVR-System verwendbar ist, wobei
der benötigte Bauraum minimiert sein soll.
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Darstellung der Erfindung
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Die
Aufgabe wird gelöst durch ein Kraftstoffentlüftungssystem
gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Weiterbildungen
sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Ein
erfindungsgemäßes Entlüftungssystem für
einen Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges, insbesondere
eines Personenkraftfahrzeuges, weist unter anderem ein Kraftstoffeinfüllrohr
auf, das in dem Kraftstoffbehälter mündet. Andererseits
mündet das Kraftstoffeinfüllrohr im Tankstutzen, über
welchen das Kraftfahrzeug betankt wird. Das Kraftstoffeinfüllrohr
kann mit verschiedenen zusätzlichen Ausstattungen versehen
sein, wie Klappen zur Verhinderung von Kraftstoffentnahme und dergleichen.
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An
dem Kraftstoffbehälter ist im oberen Bereich eine Entlüftungsleitung
angeschlossen, die mit einer Filtereinrichtung im Normalfalle strömungsverbunden
ist. Die Filtereinrichtung dient zur Filterung der Kraftstoffgase
und kann gemäß einer Weiterbildung der Erfindung
als Aktivkohlefilter ausgebildet sein.
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Zur
Verhinderung des Eintrittes von Kraftstoff in die Filtereinrichtung
ist zwischen Kraftstoffbehälter und Filtereinrichtung ein Überschlagventil
(roll over valve) vorgesehen, das im Falle eines Überschlages des
Kraftfahrzeuges die Strömungsverbindung zwischen Kraftstoffbehälter
und Filtereinrichtung sperrt.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung ist das Überschlagventil am
Kraftstoffbehälter angebracht, womit ein schnelles Reagieren
des Überschlagventils erreicht werden kann. Darüber
hinaus ist das Überschlagventil konstruktiv einfach am
Kraftstoffbehälter anordenbar.
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Des
Weiteren ist an dem Kraftstoffbehälter ein Füllentlüftungsanschluss
bzw. Füllenetlüftungsnippel vorgesehen, an den
eine Füllentlüftungsleitung angeschlossenen ist.
Der Füllentlüftungsanschluss bzw. Füllentlüftungsnippel
befindet sich an einer Oberseite des Kraftstoffbehälters
und ist bei metallenen Kraftstoffbehältern meist angeschweißt oder
-gelötet. Die daran angebrachte Füllentlüftungsleitung
kann an ihrem verbleibenden Ende abhängig vom jeweiligen
Einsatzland unterschiedlich verbunden sein.
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Erfindungsgemäß ist
vorgesehen, dass der Füllentlüftungsleitung ein
Abschalt- bzw. Schwimmerventil (FLVV) zwischengeschaltet ist. Zwischengeschaltet
bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Ventil eingangs- sowie
ausgangsseitig mit einem Teilabschnitt der Füllentlüftungsleitung
verbunden ist. Das Schwimmerventil ist gemäß der
vorliegenden Erfindung nicht am Tank angeschlossen.
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Damit
lässt sich eine Mehrzahl von Vorteilen erreichen. Zum einen
müssen zur Verwirklichung der unterschiedlichen Varianten,
US-Variante oder EU-Variante, keine Modifikationen am Kraftstoffbehälter
selbst vorgenommen werden. Damit lässt sich das Vorhalten
unterschiedlicher Kraftstoffbehälter für unterschiedliche
Länder verhindern und für die US-Variante ein
Kraftstoffbehälter in EU-Größe anbieten,
da der für den Kraftstoffbehälter zur Verfügung
gestellte Raum nicht durch das Schwimmerventil eingeschränkt
wird. Des Weiteren kann das Schwimmerventil besonders platzgünstig
angeordnet werden, sodass der zur Verfügung stehende Bauraum
optimal nutzbar ist.
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Zur
Verwirklichung der EU- und der US-Variante sind bei dem erfindungsgemäßen
Entlüftungssystem nur geringe Modifikationen erforderlich.
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In
der EU-Variante ist die Füllentlüftungsleitung
mit dem Kraftstoffeinfüllrohr strömungsverbunden.
Dadurch können beim Betanken aus dem Kraftstoffbehälter
verdrängte Gase in das Kraftstoffeinfüllrohr geleitet
und dort von der Zapfpistole abgesaugt werden. Im Fahrbetrieb wird
ein Abführen von Gasen aus dem Kraftstoffbehälter über
die mit der Filtereinrichtung verbundene Entlüftungsleitung
erreicht.
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In
der US-Variante ist lediglich die Füllentlüftungsleitung
statt mit dem Kraftstoffeinfüllrohr mit der Filtervorrichtung
strömungsverbunden. Beim Betanken aus dem Kraftstoffbehälter
austretende Gase werden dann in die Filtereinrichtung eingeleitet
und gefiltert abgegeben.
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Die
EU- und die US-Variante können also im Wesentlichen mit
den gleichen Bauteilen aufgebaut werden, wobei lediglich die Füllentlüftungsleitung strömungstechnisch
anders geschaltet ist.
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Wenn
gemäß einer Weiterbildung der Erfindung das Kraftstoffeinfüllrohr
bereits mit einer Öffnung oder einem Anschluss für
die Füllentlüftungsleitung versehen ist, so wird
in der US-Variante nur ein Verschluss, z. B. ein Stopfen, benötigt,
um die Öffnung oder den Anschluss zu schließen
bzw. abzudichten.
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Wenn
gemäß einer weiteren Weiterbildung der Erfindung
die Filtereinrichtung bereits mit einer Öffnung oder einem
Anschluss für die Füllentlüftungsleitung
versehen ist, so wird in der EU-Variante nur ein Verschluss, z.
B. ein Stopfen, benötigt, um die Öffnung oder
den Anschluss zu schließen bzw. abzudichten.
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Eine
Weiterbildung der Erfindung lässt sich erreichen, wenn
das Schwimmerventil zusätzlich elektrisch betätigbar
ist. Dadurch kann die Füllentlüftungsleitung abhängig
von dem jeweiligen Fahrzustand gesperrt werden, um zum Beispiel
beim Fahren zu verhindern, dass über die Füllentlüftungsleitung Kraftstoff
in die Filtereinrichtung gelangt.
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Gemäß einer
Weiterbildung der Erfindung münden in der US-Variante die
Füllentlüftungsleitung und die Entlüftungsleitung
in einem Verteilerstück, das mit der Filtereinrichtung
strömungsverbunden ist. Dies ermöglicht das Vorsehen
nur eines Eingangs in der Filtereinrichtung, sodass für
die EU-Variante und für die US-Variante die gleiche Filtereinrichtung
verwendbar ist.
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Das
Verteilerstück kann gemäß einer Weiterbildung
als T-Stück ausgebildet sein, an dessen Leitungsenden Füllentlüftungsleitung,
Entlüftungsleitung sowie eine Verbindungsleitung zur Filtereinrichtung
angeschlossen sind. Das T-Stück kann gemäß einer
Weiterbildung auch unmittelbar an der Filtereinrichtung angeordnet
sein.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Querschnitt
der Füllentlüftungsleitung größer
als der Querschnitt der Entlüftungsleitung ist. Dies erlaubt
den Abtransport größerer Gasvolumenströme über
die Füllentlüftungsleitung, sodass beim Betanken
erreicht werden kann, dass die überwiegende Menge an Gas über
die Füllentlüftungsleitung abgeleitet wird und
nicht über die Entlüftungsleitung. Dadurch lassen
sich in der EU-Variante beim Betanken die Emission von Kraftstoffdämpfen
in die Umwelt minimieren.
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Gemäß einer
Weiterbildung ist das Entlüftungssystem derart ausgebildet,
dass das Schwimmerventil auf einem Niveau oberhalb des Kraftstoffbehälters
angeordnet ist. Damit lässt sich erreichen, dass der Kraftstoffeintritt
vom Kraftstoffbehälter zur Filtervorrichtung bei statischen
oder dynamischen Bedingungen verringert wird.
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Gemäß einer
weiteren Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Schwimmerventil an
dem Kraftstoffeinfüllrohr befestigt ist oder dem Krafstoffeinfüllrohr
benachbart angeordnet ist. Ein Schwimmerventilgehäuse kann
darüber hinaus einstückig mit dem Kraftstoffeinfüllrohr
ausgebildet sein. Damit lässt sich der Platzbedarf des
erfindungsgemäßen Entlüftungssystems
verringern und darüber hinaus die notwendige Länge
der Füllentlüftungsleitung in der EU-Variante
minimieren.
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Kurzbeschreibung der Figuren
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Die
Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispieles erläutert.
Es zeigen schematisch:
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1 ein
erfindungsgemäßes Füllentlüftungssystem
in der US-Variante;
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2 ein
erfindungsgemäßes Füllentlüftungssystem
in der EU-Variante;
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3 ein
Füllentlüftungssystem für den US-Markt
gemäß dem Stand der Technik sowie
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4 ein
Füllentlüftungssystem für den EU-Markt
gemäß dem Stand der Technik.
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Ausführungsbeispiel
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1 zeigt
ein erfindungsgemäßes Füllentlüftungssystem
in der US-Variante.
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Auf
der Oberseite eines Kraftstoffbehälters 2 ist
ein Füllentlüftungsanschluss 4 angeordnet,
z. B. angeschweißt, an den eine Füllentlüftungsleitung 6 angeschlossen
ist. Die Füllentlüftungsleitung 6 dient zum
Entlüften des Kraftstoffbehälters 2 beim
Betanken. Beim Betanken wird das sich in dem leeren Hohlraum des
Kraftstoffbehälters 2 befindliche und mit Kraftstoffdämpfen
durchsetzte Gas durch Kraftstoff verdrängt und muss abgeführt
werden. Dafür kann nicht die Einfüllleitung verwendet
werden, da durch die aufsteigenden Gase der Betankungsvorgang gestört
würde.
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Der
Füllentlüftungsleitung 6 ist ein Schwimmerventil 8 zwischengeschaltet,
das im Falle eines Kraftstoffeintritts in die Füllentlüftungsleitung 6 bei
Erreichen des entsprechenden Niveaus des Schwimmerventils 8 die
Füllentlüftungsleitung 6 sperrt. Das Schwimmerventil 8 dient
beim Betanken zum Abschalten der Zapfpistole. Sobald der Kraftstoffpegel beim
Betanken einen das Schwimmerventil 8 aktivierenden Füllstand
erreicht, wird dieses automatisch geschlossen, wodurch der Kraftstoffpegel
in dem Kraftstoffeinfüllrohr weiter ansteigt.
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Die
Füllentlüftungsleitung 6 ist oberhalb
des Schwimmerventils 8 mit einen Aktivkohlefilter 10 strömungsverbunden.
In dem Aktivkohlefilter 10 werden eintretende Dämpfe
gefiltert und über einen nicht dargestellten Ausgang an
die Umgebung abgegeben. Weiterhin verhindert das Schwimmerventil 8,
dass der Aktivkohlefilter 10 mit Kraftstoffen durchdrängt wird
und dass Kraftstoff über den nicht dargestellten Ausgang
des Aktivkohlefilters 10 austreten kann.
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Auf
der Oberseite des Kraftstoffbehälters 2 ist weiterhin
ein Überschlagventil 12 angeordnet, das seinen
Ausgang im Falle eines Überschlags des Kraftfahrzeuges
sperrt. Am Überschlagventil 12 ist eine Entlüftungsleitung 14 vorgesehen,
die mit dem Aktivkohlefilter 10 strömungsverbunden
ist. Die Entlüftungsleitung 14 dient zum Druckausgleich
zwischen Tank bzw. Kraftstoffbehälter 2 und Umgebung bei
der Fahrt oder bei temperaturbedingten Änderungen des freien
Volumens des Kraftstoffbehälters 2.
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Die
Strömungsverbindung zwischen Füllentlüftungsleitung 6,
Entlüftungsleitung 14 und Aktivkohlefilter 10 wird über
ein Verteilerstück 16 verwirklicht, das zwei Eingänge
mit einem gemeinsamen Ausgang verbindet. An den beiden Eingängen
sind die Füllentlüftungsleitung 6 und
die Entlüftungsleitung 14 angeschlossen. An dem
Ausgang des Verteilerstücks 16 ist der Aktivkohlefilter 10 angeschlossen.
In der einfachsten Ausführungsform ist das Verteilerstück 16 als
T-Stück ausgebildet, in dem die beiden Eingänge
und der Ausgang miteinander kommunizieren.
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Die
Füllentlüftungsleitung 6 weist einen
größeren Querschnitt auf als die Entlüftungsleitung 14, sodass
der Strömungswiderstand durch die Füllentlüftungsleitung 6 wesentlich
kleiner ist als durch die Entlüftungsleitung 14.
Dadurch wird ein Großteil der Gase aus dem Kraftstoffbehälter 2 beim
Betanken durch die Füllentlüftungsleitung 6 geleitet.
Dies ermöglicht die Verwendung der gleichen Füllentlüftungsleitung 6 auch
in der in 2 dargestellten EU-Variante,
bei der sichergestellt sein soll, dass Gase aus dem Kraftstoffbehälter 2 von
einer Zapfpistole abgesaugt werden.
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Das Überschlagventil 12 ist
bei ebenem Grund auf einem Niveau oberhalb des Niveaus des Füllentlüftungsanschlusses 4 angeordnet.
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Das
Schwimmerventil 8 ist einem Kraftstoffeinfüllrohr 18 benachbart
angeordnet und kann in einer Ausführungsform direkt an
dem Kraftstoffeinfüllrohr 18 angeordnet sein.
Ein geeigneter Ort für die Anordnung ist auf einem Niveau
oberhalb des Kraftstoffbehälters 2, aber noch
im unteren Bereich des Kraftstoffeinfüllrohres 18.
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2 zeigt
das erfindungsgemäße Lüftungssystem in
der EU-Variante. Dabei ist gegenüber der in 1 dargestellten
US-Variante lediglich die Füllentlüftungsleitung 6 nicht
mit dem Aktivkohlefilter 10 strömungsverbunden,
sondern mit dem Kraftstoffeinfüllrohr 18. Dies
bedingt auch den Wegfall des Verteilerstücks 16,
sodass die Entlüftungsleitung 14 direkt an den
Aktivkohlefilter 10 angeschlossen ist.
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- 2
- Kraftstoffbehälter
- 4
- Füllentlüftungsanschluss
- 6
- Füllentlüftungsleitung
- 8
- Schwimmerventil
- 10
- Aktivkohlefilter
- 12
- Überschlagsventil
- 14
- Entlüftungsleitung
- 16
- Verteilerstück
- 18
- Kraftstoffeinfüllrohr
- 102
- Kraftstoffbehälter
- 104
- Füllentlüftungsnippel
- 106
- Füllentlüftungsleitung
- 108
- Schwimmerventil
- 110
- Aktivkohlefilter
- 112
- Überschlagsventil
- 114
- Entlüftungsleitung
- 118
- Kraftstoffeinfüllrohr
- 202
- Kraftstoffbehälter
- 204
- Füllentlüftungsnippel
- 206
- Füllentlüftungsleitung
- 210
- Aktivkohlefilter
- 212
- Überschlagsventil
- 214
- Entlüftungsleitung
- 218
- Kraftstoffeinfüllrohr
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 102005043744
A1 [0011]