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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Entlüftungssystem und ein Entlüftungsverfahren zum Entlüften eines Behälters, in dem Kraftstoff zum Betreiben einer Brennkraftmaschine bevorratet ist.
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Es ist bekannt, Kraftstoff in Kraftstofftanks für den Betrieb von Brennkraftmaschinen zu bevorraten. Der flüssige Kraftstoff emittiert Kraftstoffdämpfe, die zusammen mit anderen im Kraftstofftank vorhandenen Stoffen neben dem flüssigen Kraftstoff ein Dampfgemisch bilden. Es ist auch bekannt, die umweltschädlichen Kraftstoffdämpfe dieses Dampfgemisches herauszufiltern und zunächst in Adsorptionsbehältern mittels Aktivkohle zu adsorbieren, um die Kraftstoffdämpfe dann während des Betriebs der Brennkraftmaschine zu desorbieren und der Brennkraftmaschine zur Verbrennung zuzuführen. Es sind dabei auch Anordnungen bekannt, bei denen zu unterschiedlichen Zwecken zwei parallel zueinander geschaltete Adsorptionsbehälter vorgesehen sind.
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So offenbart die
US 4,872,439 A eine Vorrichtung zur Vermeidung von Austretungen von Kraftstoffdämpfen aus einem Kraftstofftank und zur Vermeidung von Deformationen des Kraftstofftanks, dabei sollen Belüftungsleitungen in einem unteren Level angeordnet werden können. Dazu umfasst die Vorrichtung eine Kraftstoffdampfreinigungsanlage, eine Schwimmerventilanordnung, befestigt an einer oberen Wand des Kraftstofftanks und mit einem Entlüftungsdurchlass, welcher an einem Ende zum oberen Innenbereich des Kraftstofftanks geöffnet und am anderen Ende mit der Kraftstoffdampfreinigungsanlage verbunden ist. Die Kraftstoffreinigungsanlage umfasst zwei Aktivkohlebehälter. Beim Betanken des Kraftstofftanks ist die Schwimmerventilanordnung geöffnet, um den Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank in einen Aktivkohlebehälter einzuspeisen.
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US 3,352294 A zeigt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Vorbeugung von Verdampfungsverlusten. Die Vorrichtung umfasst ein geschlossenes System zur Aufnahme und zum nachträglichen Verbrauch von für gewöhnlich in die Atmosphäre entweichenden Dämpfen einer internen Brennkraftmaschine, mittels eines Paares von absorbierenden Lagern.
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Die betreffenden absorbierenden Lager sind mittels geeigneten Leitungen und Kontrollmitteln mit einer Kraftstoffversorgungskammer eines dazugehörigen Vergasers und mit einem Kraftstofftank verbunden.
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Aus der
DE 100 35 125 A1 geht ebenfalls eine Entlüftungsvorrichtung für einen Kraftstofftank einer Verbrennungskraftmaschine hervor. Diese soll bei konstruktiv einfachem Aufbau einen Druckausgleich mit der Umgebung erlauben und die Gefahr des Nachaußendringens von Kraftstoffanteilen aus dem Kraftstofftank vermindern. Dazu sind jeweils mit der Umgebung verbundene Adsorptionskammern parallel zueinender geschaltet und über eine einer Filteranordnung in einer Entlüftungsleitung vorgeschaltete Schalteinrichtung wahlweise mit dem Kraftstofftank verbindbar und von diesem trennbar, wobei in einer ersten Schaltstellung der Schalteinrichtung die Verbindung der ersten Adsorptionskammer mit dem Kraftstofftank geöffnet und die Verbindung der zweiten Adsorptionskammer mit dem Kraftstofftank unterbrochen ist und in einer zweiten Schaltstellung die Verbindung der ersten Adsorptionskammer mit dem Kraftstofftank unterbrochen und die Verbindung der zweiten Adsorptionskammer mit dem Kraftstofftank geöffnet ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Entlüftungssystem und ein Entlüftungsverfahren bereitzustellen, womit Kraftstoffemissionen je nach Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, also im Betrieb, beim Betanken oder im Ruhezustand optimal aufgefangen und verwertet werden.
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Gelöst wird diese Aufgabe mit einem Entlüftungssystem mit den in Anspruch 1 genannten Merkmalen, einem Fahrzeug nach Anspruch 6 und einem Verfahren nach Anspruch 7.
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Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem zum Entlüften eines Kraftstofftanks einer Brennkraftmaschine weist
- – eine Kraftstofftank-Abluftleitung,
- – ein Umschaltventil mit zumindest drei Anschlüssen und zumindest einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung,
- – einen kleinen Adsorptionsbehälter mit einer KAB-Zuluftleitung und einer KAB-Abluftleitung und einer KAB-Frischluftleitung und einem Druckventil in der KAB-Zuluftleitung,
- – einen großen Adsorptionsbehälter mit einer GAB-Zuluftleitung und einer GAB-Abluftleitung und einer GAB-Frischluftleitung und einem Absperrventil in der KAB-Frischluftleitung und
- – eine Brennkraftmaschine-Zuluftleitung,
wobei
- – die Kraftstofftank-Abluftleitung an einem Ende zumindest mittelbar mit dem Kraftstofftank und am anderen Ende mit dem Umschaltventil verbunden ist,
- – durch das Umschaltventil in der ersten Schaltstellung die Kraftstofftank-Abluftleitung zur KAB-Zuluftleitung geöffnet und die Kraftstofftank-Abluftleitung zur GAB-Zuluftleitung geschlossen ist und in der zweiten Schaltstellung die Kraftstofftank-Abluftleitung zur KAB-Zuluftleitung geschlossen und die Kraftstofftank-Abluftleitung zur GAB-Zuluftleitung geöffnet ist,
- – die KAB-Abluftleitung und die GAB-Abluftleitung beide in der Brennkraftmaschine-Zuluftleitung vereinigt sind, welche mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist.
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KAB steht hierbei für kleiner Adsorptionsbehälter und GAB für großer Adsorptionsbehälter.
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Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, eine konventionelle kostengünstige Kraftstoffanlage einzusetzen und gleichzeitig Emissionsanforderungen zu erfüllen. Kraftstoffemissionen können mit dem erfindungsgemäßen Entlüftungssystem je nach Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, also im Betrieb, beim Betanken oder im Ruhezustand optimal aufgefangen und verwertet werden. Durch die Anordnung eines großen Adsorptionsbehälters und eines kleinen Adsorptionsbehälters können die in den verschiedenen Betriebsmodi in unterschiedlicher Menge zu filternden Dampfgemische in den jeweiligen Adsorptionsbehälter geleitet werden. Dabei zeichnet sich der große Adsorptionsbehälter durch eine höhere, Aufnahmekapazität und einen geringeren Strömungswiderstand aus und ist damit vorteilhaft für die Adsorption großer Mengen an Kraftstoffdämpfen, wie sie beim Betanken des Kraftstofftanks bei der Filterung der Dampfgemische anfallen, geeignet. Der kleine Adsorptionsbehälter zeichnet sich durch die Möglichkeit einer schnelleren Regenerierung nach der Adsorption von Kraftstoffdämpfen aus und ist somit schneller für eine erneute Adsorption von Kraftstoffdämpfen bereit. Das wirkt sich vorteilhaft auf die Reinigung der Dampfgemische während des Betriebs und des Ruhezustands der Brennkraftmaschine aus.
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In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine-Zuluftleitung eine Spülpumpe umfasst. Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, eine zusätzliche, neben einer Ansaugwirkung der im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine, Ansaugwirkung zu erreichen. Die Zuleitung der in den Adsorptionsbehältern aufgefangenen Kraftstoffdämpfe, zur Verwertung in der Brennkraftmaschine, kann daher schneller und auch schon bei niedrigen Drehzahlen der Brennkraftmaschine erfolgen. Eine Desorption der Kraftstoffdämpfe aus den Adsorptionsbehältern ist damit vorteilhaft in kürzerer Zeit möglich.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Brennkraftmaschine-Zuluftleitung ein Taktventil umfasst. Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, ein Zuleiten der Kraftstoffanteile in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine mit einer Steuerung oder Regelung der Brennkraftmaschine abzustimmen. Beispielsweise können so Werte einer Lambda-Sonde berücksichtigt werden.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die KAB-Frischluftleitung eine Diagnosepumpe umfasst. Hiermit ist es vorteilhaft ermöglicht, Frischluft in den Kraftstofftank zu leiten, auch wenn der Druck innerhalb des Kraftstofftanks gegenüber einem Umgebungsdruck gleich oder höher ist. Damit ist es bei entsprechender Formfestigkeit des Kraftstofftanks mit dem erfindungsgemäßen Entlüftungssystem möglich, den Kraftstofftank vorteilhaft als Drucktank zu betreiben, wodurch Ausgasungen des im Kraftstofftank gespeicherten Kraftstoffs verringert oder verhindert werden.
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In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der große Adsorptionsbehälter ein 1,5-faches bis 5-faches Volumen des kleinen Adsorptionsbehälters, bevorzugt ein 2-faches bis 3-faches Volumen des kleinen Adsorptionsbehälters, aufweist. Hiermit sind die Größen des großen und kleinen Adsorptionsbehälters optimal aufeinander abgestimmt, um die Kraftstoffdämpfe in den verschiedenen Betriebsmodi der Brennkraftmaschine aufzufangen und gleichzeitig wird kein Werkstoff oder Bauraum verschwendet.
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Das erfindungsgemäße Entlüftungssystem wird vorzugsweise in allen genannten Ausgestaltungen in ein Fahrzeug implementiert.
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Das erfindungsgemäße Fahrzeug umfasst einen Kraftstofftank, eine Brennkraftmaschine und ein Entlüftungssystem mit
- – einer Kraftstofftank-Abluftleitung,
- – einem Umschaltventil mit zumindest drei Anschlüssen und zumindest einer ersten Schaltstellung und einer zweiten Schaltstellung,
- – einem kleinen Adsorptionsbehälter mit einer KAB-Zuluftleitung und einer KAB-Abluftleitung und einer KAB-Frischluftleitung und einem Druckventil in der KAB-Zuluftleitung,
- – einem großen Adsorptionsbehälter mit einer GAB-Zuluftleitung und einer GAB-Abluftleitung und einer GAB-Frischluftleitung und einem Absperrventil in der KAB-Frischluftleitung und
- – einer Brennkraftmaschine-Zuluftleitung,
wobei
- – die Kraftstofftank-Abluftleitung an einem Ende zumindest mittelbar mit dem Kraftstofftank und am anderen Ende mit dem Umschaltventil verbunden ist,
- – durch das Umschaltventil in der ersten Schaltstellung die Kraftstofftank-Abluftleitung zur KAB-Zuluftleitung geöffnet und die Kraftstofftank-Abluftleitung zur GAB-Zuluftleitung geschlossen ist und in der zweiten Schaltstellung die Kraftstofftank-Abluftleitung zur KAB-Zuluftleitung geschlossen und die Kraftstofftank-Abluftleitung zur GAB-Zuluftleitung geöffnet ist,
- – die KAB-Abluftleitung und die GAB-Abluftleitung beide in der Brennkraftmaschine-Zuluftleitung vereinigt sind, welche mit einem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine verbunden ist.
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Mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeug ist es vorteilhaft ermöglicht, Emissionsanforderungen hinsichtlich der sich bildenden Kraftstoffdämpfe zu erfüllen. Das Entlüftungssystem des Kraftstofftanks ist dabei für den Betrieb des Fahrzeuges optimiert, wobei einer Betankung des Kraftstofftanks normalerweise zumindest ein Betrieb der Brennkraftmaschine folgt und eine Betankung des Kraftstofftanks erst erfolgt, wenn der Kraftstofftank nur noch mindestens zu 15% mit Kraftstoff gefüllt ist. So ist es vorteilhaft ermöglicht, beispielsweise Onboard Refuelling Vapour Recovery-Prüfungen (ORVR-Prüfungen) zu bestehen, bei denen das in einer hermetisch abgeriegelten Kammer stehende Fahrzeug über eine dichte Durchführung von außen mit Kraftstoff einer bestimmten Temperatur und einem definierten Volumenstrom betankt wird und die dabei entstehenden Kohlenwasserstoff-Emissionen ermittelt und bewertet werden.
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Im erfindungsgemäßen Entlüftungsverfahren zum Entlüften eines Kraftstofftanks einer Brennkraftmaschine werden aus einem im Kraftstofftank befindlichem Dampfgemisch Kraftstoffanteile während einer Betankung des Kraftstofftanks durch einen großen Adsorptionsbehälter adsorbiert und während einer Betriebspause der Brennkraftmaschine durch einen kleinen Adsorptionsbehälter adsorbiert. Zudem wird während eines Betriebs der Brennkraftmaschine zunächst der kleine Adsorptionsbehälter mit Frischluft durchspült und die Kraftstoffanteile desorbiert und der Brennkraftmaschine zugeführt, bis eine Konzentration der Kraftstoffanteile im kleinen Adsorptionsbehälter einen festgelegten Wert unterschreitet.
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Anschließend wird der große Adsorptionsbehälter mit Frischluft durchspült und die Kraftstoffanteile desorbiert und der Brennkraftmaschine zugeführt, bis eine Konzentration der Kraftstoffanteile im großen Adsorptionsbehälter einen festgelegten Wert unterschreitet.
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Mit dem erfindungsgemäßen Entlüftungsverfahren werden Kraftstoffemissionen je nach Betriebsmodus der Brennkraftmaschine, also im Betrieb, beim Betanken oder im Ruhezustand optimal aufgefangen und verwertet.
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In bevorzugter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass zum Zuführen der Kraftstoffanteile zur Brennkraftmaschine eine Spülpumpe betrieben wird. Hiermit wird vorteilhaft die Regeneration der Adsorptionsbehälter beschleunigt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist damit in vorteilhafter Weise unabhängig vom anliegenden Ansaugdruck eines Ansaugtraktes der im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine.
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Das erfindungsgemäße Entlüftungsverfahren wird vorzugsweise in allen genannten Ausgestaltungen bei einem Fahrzeug angewendet.
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Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
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Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
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1 ein Schema eines erfindungsgemäßen Entlüftungssystems;
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2 eine Route der Kraftstoffdämpfe während einer Betankung eines Kraftstofftanks;
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3 eine Route der Kraftstoffdämpfe während einer Ruhephase einer Brennkraftmaschine;
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4 eine Route der Kraftstoffdämpfe während eines Betriebs der Brennkraftmaschine und
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5 eine weitere Route der Kraftstoffdämpfe während des Betriebs der Brennkraftmaschine.
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In 1 ist ein Schema einer möglichen Ausführung des erfindungsgemäßen Entlüftungssystems 10 abgebildet. Dabei wird in einem Kraftstofftank 12 Kraftstoff zum Betrieb einer Brennkraftmaschine 14 bevorratet. Der Kraftstofftank 12 weist ein Füllrohr 22 zum Befüllen des Kraftstofftanks 12 mit Kraftstoff auf. Im Inneren des Kraftstofftanks 12 ist eine Entlüftungsspinne 20 angeordnet. Die Entlüftungsspinne 20 umfasst dazu mehrere in verschiedene Bereiche des Kraftstofftanks ragende Arme. Mittels der Entlüftungsspinne 20 werden Dampfgemische innerhalb des Kraftstofftanks 12 aufgenommen.
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Die Entlüftungsspinne 20 ist mit einem Ausperlbehälter 24 verbunden. Im Ausperlbehälter 24 werden überschüssige Flüssigkeitsanteile der von der Entlüftungsspinne 20 aufgenommenen und an den Ausperlbehälter übertragenen Dampfgemische ausgesondert und zurück in den Kraftstofftank 12 geleitet. An den Ausperlbehälter 24 ist eine Kraftstofftank-Abluftleitung 122 angeschlossen. Diese mündet in einem Umschaltventil 26. Mit dem Umschaltventil 26 können die Dampfgemische entweder in einen kleinen Adsorptionsbehälter 16 oder einen großen Adsorptionsbehälter 18 geleitet werden.
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In den Adsorptionsbehältern 16 und 18 sind Adsorptionsmittel angeordnet, welche aus hindurchgeleiteten Dampfgemischen Anteile des Kraftstoffs, also Kraftstoffdämpfe herausfiltern, vorzugsweise wird dabei Aktivkohle eingesetzt. Die zu reinigenden Dampfgemische werden jeweils in einen vorderen Bereich der Adsorptionsbehälter 16 und 18 eingeleitet. Eine Konzentration der Kraftstoffanteile in den eingeleiteten Dampfgemischen nimmt dann jeweils von dem vorderen Bereich zu einem hintern Bereich ab. Somit weisen der kleine Adsorptionsbehälter 16 und der große Adsorptionsbehälter 18 jeweils einen vorderen Bereich und einen hinteren Bereich auf, wobei sich der vordere Bereich beim Hindurchleiten von Dampfgemischen aus dem Kraftstofftank 12 durch eine höhere Konzentration von Kraftstoffanteilen vom hinteren Bereich unterscheidet.
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Das abgebildete Umschaltventil 26 ist ein 3/2-Wege Ventil. Das Ventil besitzt somit zwei Schaltstellungen und drei Anschlüsse. Die Anschlüsse korrespondieren dabei auf der einen Seite mit der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 und auf der anderen Seite mit einer KAB-Zuluftleitung 161 des kleinen Adsorptionsbehälters 16 und einer GAB-Zuluftleitung 181 des großen Adsorptionsbehälters 18. KAB steht dabei für kleiner Adsorptionsbehälter und GAB für großer Adsorptionsbehälter. Betätigt wird das Umschaltventil beispielsweise elektromagnetisch, geschaltet von einer Kontrolleinheit.
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Eine erste Schaltstellung entspricht der Abbildung in 1, dabei ist ein Durchflussweg von der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zu der KAB-Zuluftleitung 161 geschaffen und der Anschluss der GAB-Zuluftleitung 181 gesperrt. In einer zweiten Schaltstellung ist ein Durchflussweg von der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zu der GAB-Zuluftleitung 181 geschaffen und der Anschluss der KAB-Zuluftleitung 161 gesperrt.
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Der kleine Adsorptionsbehälter 16 weist neben der KAB-Zuluftleitung 161 noch eine KAB-Abluftleitung 162 und eine KAB-Frischluftleitung 163 auf. Die KAB-Zuluftleitung 161 und die KAB-Abluftleitung 162 sind dabei beide im vorderen Bereich des kleinen Adsorptionsbehälters 16 und die KAB-Frischluftleitung 163 ist dabei im hinteren Bereich des kleinen Adsorptionsbehälters 16 angeordnet.
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Die KAB-Zuluftleitung 161 weist ein Druckventil 28 auf. Dieses öffnet und schließt selbstständig bei einem Überdruck oder Unterdruck. Ein Überdruck, also ein gegenüber dem Umgebungsdruck höherer Druck, entsteht beispielsweise durch Erwärmung des im Kraftstofftank bevorrateten Kraftstoffs. Der Kraftstoff dehnt sich aus und komprimiert die nicht flüssigen Inhalte des Kraftstofftanks 12. Gleichzeitig wirkt eine Druckerhöhung einer Ausdunstung von flüchtigen Stoffen aus dem Kraftstoff entgegen. Das Druckventil 28 öffnet erfindungsgemäß bei einem Überdruck bei einem vorgegebenen Wert oberhalb des Umgebungsdrucks, abhängig von der Druckresistenz des Kraftstofftanks 12. Bei einem druckstabileren Kraftstofftank 12 liegt der Wert höher als bei einem weniger druckstabilen. Erfindungsgemäß kann daher bei einem Kraftstofftank 12, der als Drucktank ausgelegt ist, auch durch einen höhen vorgegebenen Wert des Drucks, ein Austreten von Gasen aus dem Kraftstoff unterbunden werden. Ein Unterdruck, also ein gegenüber dem Umgebungsdruck niedrigerer Druck entsteht, beispielsweise, bei einer Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 12, oder beim Abkühlen des Kraftstoffs im Kraftstofftank 12. Auch dann öffnet sich das Druckventil 28 bei einem vorgegebenen Wert unterhalb des Umgebungsdrucks und gibt den Weg frei, durch den kleinen Adsorptionsbehälter 16 hindurchgeleitete Frischluft in den Kraftstofftank 12 zu führen.
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An der KAB-Frischluftleitung 163 ist erfindungsgemäß optional eine Diagnosepumpe 32 angeordnet. Die Diagnosepumpe 32 kann zur Spülung des kleinen Adsorptionsbehälters 16 mit Frischluft verwendet werden. Mittels der Diagnosepumpe 32 kann erfindungsgemäß zudem Frischluft auch dann in das Entlüftungssystem 10 geleitet werden, wenn der Druck innerhalb des Entlüftungssystems 10 gegenüber einem Umgebungsdruck gleich oder höher ist. Dadurch ist ein Überdruck im Entlüftungssystem 10 erzeugbar, also ein gegenüber der Umgebung erhöhter Druck.
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Mittels nicht dargestellter Drucksensoren und Temperatursensoren sind nach Erzeugung eines Überdrucks Leckagen im System ermittelbar. Dazu werden der Druck und die Temperatur innerhalb des Entlüftungssystems 10 mittels der nichtdargestellten Sensoren über einen bestimmten Zeitraum ermittelt und mit vorgegebenen Werten abgeglichen.
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Der große Adsorptionsbehälter 18 weist in 1 neben der GAB-Zuluftleitung 181 noch eine GAB-Abluftleitung 182 und eine GAB-Frischluftleitung 183 auf. Die GAB-Zuluftleitung 181 und die GAB-Abluftleitung 182 sind dabei beide im vorderen Bereich des großen Adsorptionsbehälters 18 und die GAB-Frischluftleitung 183 ist dabei im hinteren Bereich des großen Adsorptionsbehälters 18 angeordnet. In der GAB-Frischluftleitung 183 ist zudem ein Absperrventil 30 angeordnet. Mittels des Absperrventils 30 kann die GAB-Frischluftleitung 183 geöffnet, gedrosselt oder geschlossen und der Zustrom an Frischluft reguliert werden.
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Die beiden Abluftleitungen der Adsorptionsbehälter 16 und 18 KAB-Abluftleitung 162 und GAB-Abluftleitung 182 münden in der Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141. Beim Spülen, also dem Desorbieren der Kraftstoffanteile aus den Adsorptionsbehältern 16 und 18, wird in entgegengesetzter Richtung des Adsorptionsvorganges Frischluft in die Adsorptionsbehälter 16 und 18 geleitet. Die Frischluft spült die an das Adsorptionsmedium angelagerten Kraftstoffdämpfe aus den Adsorptionsbehältern heraus. Die herausgespülten Kraftstoffdämpfe des kleinen Adsorptionsbehälters 16 oder des großen Adsorptionsbehälters 18 gelangen so über die Abluftleitungen 162 und 182 der Adsorptionsbehälter 16 und 18 in die Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141. Diese bildet damit einen gemeinsamen Spülpfad des kleinen und großen Adsorptionsbehälters 16 und 18.
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Die Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141 leitet die desorbierten Kraftstoffdämpfe in einen Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 14. Die desorbierten Kraftstoffdämpfe werden so Bestandteil des Kraftstoff-Luft-Gemisches, mit dem die Brennkraftmaschine betrieben wird und von der Brennkraftmaschine 14 verwertet. Optional ist in der Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141 eine Spülpumpe 34 angeordnet. Diese kann beispielsweise elektrisch betrieben sein und erhöht die Geschwindigkeit des Volumenstroms der durch die Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141 geleiteten Dämpfe. In der Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141 ist erfindungsgemäß optional ein Taktventil 36 angeordnet.
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2 zeigt den Verlauf des Dampfgemisches während einer Betankung des Kraftstofftanks 12. Das Dampfgemisch wird dabei entlang der als gepunktete Linie dargestellten ersten Route I durch das erfindungsgemäße Entlüftungssystem 10 geleitet. Das im Kraftstofftank 12 vorkommende Dampfgemisch wird während der Betankung des Kraftstofftanks vom zugeführten Kraftstoff verdrängt. Aufgenommen von der Entlüftungsspinne 20 gelangt es in den Ausperlbehälter 24. Hier werden Tropfen des Dampfgemisches ausgeperlt. Anschließend gelangt das Dampfgemisch über die Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zum Umschaltventil 26. Das Umschaltventil 26 befindet sich in 2 in der zweiten Schaltstellung, wobei ein Durchflussweg von der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zu der GAB-Zuluftleitung 181 geschaffen und der Anschluss der KAB-Zuluftleitung 161 gesperrt ist. Durch die GAB-Zuluftleitung 181 gelangt das Dampfgemisch in den großen Adsorptionsbehälter 18. Das Dampfgemisch durchströmt den großen Adsorptionsbehälter 18 vom vorderen Bereich zum hinteren Bereich. Im großen Adsorptionsbehälter 18 befindliche adsorbierende Mittel, vorzugsweise Aktivkohle, adsorbieren die Kraftstoffanteile des Dampfgemisches. Das von den Kraftstoffanteilen befreite Dampfgemisch verlässt den großen Adsorptionsbehälter 18 durch die GAB-Frischluftleitung 183 in die Umgebung. Das Absperrventil 30 ist dabei geöffnet.
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3 zeigt den Verlauf des Dampfgemisches während einer Ruhephase der Brennkraftmaschine 14. Das Dampfgemisch wird dabei entlang der als gepunktete Linie dargestellten zweiten Route II durch das erfindungsgemäße Entlüftungssystem 10 geleitet. Das im Kraftstofftank 12 vorkommende Dampfgemisch wird während der Ruhephase der Brennkraftmaschine 14 durch Ausdünstungen des Kraftstoffs mit Kraftstoffanteilen angereichert. Je wärmer der Kraftstoff ist, umso stärker werden Ausdünstungen gefördert. Gleichzeitig führt eine Erwärmung des Kraftstoffs auch zu seiner Ausdehnung, wodurch das Dampfgemisch im Kraftstofftank komprimiert oder verdrängt wird. Aufgenommen von der Entlüftungsspinne 20 gelangt das Dampfgemisch in den Ausperlbehälter 24. Hier werden Tropfen des Dampfgemisches ausgeperlt. Anschließend gelangt das Dampfgemisch über die Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zum Umschaltventil 26. Das Umschaltventil 26 befindet sich in 3 in der ersten Schaltstellung, wobei ein Durchflussweg von der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zu der KAB-Zuluftleitung 161 geschaffen, und der Anschluss der GAB-Zuluftleitung 181 gesperrt ist.
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Durch die KAB-Zuluftleitung 161 und das Druckventil 28 gelangt das Dampfgemisch in den kleinen Adsorptionsbehälter 16. Das Dampfgemisch durchströmt den kleinen Adsorptionsbehälter 16 vom vorderen Bereich zum hinteren Bereich. Im kleinen Adsorptionsbehälter 16 befindliche adsorbierende Mittel, vorzugsweise Aktivkohle, adsorbieren die Kraftstoffanteile des Dampfgemisches. Das von den Kraftstoffanteilen befreite Dampfgemisch verlässt den kleinen Adsorptionsbehälter 16 durch die KAB-Frischluftleitung 163 und optional durch die Diagnosepumpe 32 in die Umgebung.
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In der KAB-Zuluftleitung 161 ist das Druckventil 28 angeordnet. Es öffnet bei einem Überdruck im System erfindungsgemäß vorzugsweise bei einem vorgegebenen Wert in einem Bereich zwischen 50 hPa und 300 hPa oberhalb des Umgebungsdrucks und bei einem Unterdruck in einem Bereich zwischen 50 hPa und 300 hPa unterhalb des Umgebungsdrucks, abhängig von der Druckresistenz des Kraftstofftanks 12.
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In umgekehrter Richtung zu dem in 3 beschriebenen Entlüftungsvorgang findet eine Belüftung des Kraftstofftanks 12 statt, wenn ein bestimmter Unterdruck im Kraftstofftank erreicht ist. Ein Unterdruck kann bei Entnahme des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank 12 entstehen. Über die KAB-Frischluftleitung 163 und optional durch die Diagnosepumpe 32 wird aus der Umgebung Frischluft in den kleinen Adsorptionsbehälter 16 geleitet. Die Frischluft durchströmt den kleinen Adsorptionsbehälter 16 vom hinteren Bereich zum vorderen Bereich. Die im kleinen Adsorptionsbehälter 16 mittels der adsorbierenden Mittel adsorbierten Kraftstoffanteile werden dabei desorbiert, es bildet sich ein Dampfgemisch. Durch die KAB-Zuluftleitung 161 und das Druckventil 28 gelangt das Dampfgemisch über das Umschaltventil 28 in die Kraftstofftank-Abluftleitung 122. Das Umschaltventil 26 befindet sich dabei in der ersten Schaltstellung, wobei ein Durchflussweg von der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zu der KAB-Zuluftleitung 161 geschaffen und der Anschluss der GAB-Zuluftleitung 181 gesperrt ist. Anschließend gelangt das Dampfgemisch über von der Kraftstofftank-Abluftleitung 122 zum Kraftstofftank 12.
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Dieser Vorgang kann erfindungsgemäß mittels der Diagnosepumpe 34 unterstützt werden. Zudem ist es erfindungsgemäß möglich, mittels der Diagnosepumpe 34 im Kraftstoffstofftank 12 ein Druck im Bereich zwischen 20 hPa und 30 hPa oberhalb des Umgebungsdruckes aufzubauen, um eine Dichtigkeit des Kraftstofftanks zu gewährleisten.
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4 zeigt den Verlauf des Dampfgemisches während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 14. Das Dampfgemisch wird dabei entlang der als gepunktete Linie dargestellten dritten Route III durch das erfindungsgemäße Entlüftungssystem 10 geleitet. Die im kleinen Adsorptionsbehälter 16 am Adsorptionsmedium angelagerten Kraftstoffanteile werden durch Einleiten von Frischluft durch die KAB-Frischluftleitung 163 desorbiert und zusammen mit der Frischluft als Dampfgemisch über die KAB-Abluftleitung 162 zur Brennkraftmaschine Zuluftleitung 141 transportiert. Über diese gelangt das Dampfgemisch in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 14. In der Brennkraftmaschine 14 wird das Dampfgemisch dann zusammen mit dem regulär zum Betrieb der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch verwertet.
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Die Zuführung des Dampfgemisches wird dabei erfindungsgemäß optional mittels des Taktventils 36 gesteuert. Das Taktventil 36 wird dabei von einer Brennkraftmaschinenregeleinheit geschaltet, welche auch Messwerte, beispielsweise einer Lambda-Sonde, am Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine berücksichtigt.
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In 4 ist ein erster Spülvorgang dargestellt, welcher bevorzugt vor dem in 5 dargestellten zweiten Spülvorgang durchgeführt wird, bis eine bestimmte Konzentration von Kraftstoffanteilen im Dampfgemisch unterschritten ist.
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5 zeigt den nachgeordneten Verlauf des Dampfgemisches während eines Betriebs der Brennkraftmaschine 14. Das Dampfgemisch wird dabei entlang der als gepunktete Linie dargestellten vierten Route IV durch das erfindungsgemäße Entlüftungssystem 10 geleitet. Die im großen Adsorptionsbehälter 18 am Adsorptionsmedium angelagerten Kraftstoffanteile werden durch Einleiten von Frischluft durch die GAB-Frischluftleitung 183 desorbiert und zusammen mit der Frischluft als Dampfgemisch über die GAB-Abluftleitung 182 zur Brennkraftmaschine-Zuluftleitung 141 transportiert. Das Absperrventil 32 ist dabei geöffnet. Über diese gelangt das Dampfgemisch in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine 14. In der Brennkraftmaschine 14 wird das Dampfgemisch dann zusammen mit dem regulär zum Betrieb der Brennkraftmaschine zugeführten Kraftstoff-Luft-Gemisch Verwertet. Die Zuführung des Dampfgemisches wird erfindungsgemäß auch hierbei optional mittels des Taktventils 36 gesteuert.
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Erfindungsgemäß werden das Umschaltventil 26, das Druckventil 28, das Absperrventil 30, die Diagnosepumpe 32, die Spülpumpe 34 und das Taktventil 36 bevorzugt von einer zentralen Steuereinheit geschaltet. Die Steuereinheit verfügt über eine Sensoreinrichtung zur Überwachung des Entlüftungsverfahren. Diese Sensoreinrichtungen und Steuermittel sind in den 1 bis 5 nicht abgebildet. Ebenfalls sind Einrichtungen, mit denen die Brennkraftmaschine 14 regulär mit Kraftstoff versorgt wird, in den 1 bis 5 nicht dargestellt.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Entlüftungssystem
- 12
- Kraftstofftank
- 122
- Kraftstofftank-Abluftleitung
- 14
- Brennkraftmaschine
- 141
- Brennkraftmaschine-Zuluftleitung
- 16
- Kleiner Adsorptionsbehälter (KAB)
- 161
- KAB-Zuluftleitung
- 162
- KAB-Abluftleitung
- 163
- KAB-Frischluftleitung
- 18
- Großer Adsorptionsbehälter (GAB)
- 181
- GAB-Zuluftleitung
- 182
- GAB-Abluftleitung
- 183
- GAB-Frischluftleitung
- 20
- Entlüftungsspinne
- 22
- Füllrohr
- 24
- Ausperlbehälter
- 26
- Umschaltventil
- 28
- Druckventil
- 30
- Absperrventil
- 32
- Diagnosepumpe
- 34
- Spülpumpe
- 36
- Taktventil
- I
- Erste Route
- II
- Zweite Route
- III
- Dritte Route
- IV
- Vierte Route
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 4872439 A [0003]
- US 3352294 A [0004]
- DE 10035125 A1 [0006]
