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Hintergrund
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1. Technisches Gebiet
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Die
vorliegende Entwicklung betrifft das Management von Kraftstoffverdampfungsemissionen.
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2. Stand der Technik
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Ein
typisches Kraftfahrzeug weist einen Kohlebehälter auf, der mit einer Entlüftungsöffnung des Kraftstofftanks
verbunden ist. Aktivkohlepellets in dem Kohlebehälter scheiden Kraftstoffdämpfe von den
Gasen ab, die durch einen während
eines Tankvorgangs in den Kraftstofftank eindringenden Kraftstoff
verdrängt
werden. Die Gase, die von dem Kraftstoff abgeschieden wurden, werden
aus dem Kohlebehälter
an die Atmosphäre
abgeführt.
Aufgrund von natürlichen
täglichen
Temperaturänderungen
(Tagesgang), denen das Fahrzeug bei Parken ausgesetzt ist, wird
ferner der Kraftstoff erwärmt
und gekühlt,
wodurch Kraftstoff verdampft bzw. kondensiert wird. Wenn die Temperaturen
des Fahrzeugkraftstoffs und des Kraftstofftanks um 30°F (17°C) ansteigen,
dehnt sich das Volumen der Gase über
dem Kraftstoff in dem Kraftstofftank bei einem typischen Kraftfahrzeugkraftstofftank
um etwa 25 Liter aus. Durch Aufweisen einer Entlüftungsöffnung von dem Kraftstofftank
in den Kohlebehälter
werden Kraftstoffdämpfe von
den sich aus dem Kraftstofftank ausdehnenden Gasen an der Aktivkohle
adsorbiert. Solche Prozesse werden als Dampfrückgewinnungsmodus bezeichnet.
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Schließlich werden
die Aktivkohlepellets gesättigt
und können
keinen weiteren Kraftstoff adsorbieren. Um eine Sättigung
des Kohlebehälters
und eine anschließende
Freisetzung von Kraftstoffdämpfen
zu vermeiden, wird der Kohlebehälter
während Motorbetrieb
regelmäßig gespült. Der
Kohlebehälter hat
einen mit dem Einlass des Motors verbundenen Anschluss mit einem
Ventil zwischen dem Kohlebehälter
und dem Motor. Wenn der Motor bei einem für das Spülen des Kohlebehälters günstigen
Zustand ist, wird das Ventil geöffnet
und es wird Frischluft aus der Atmosphäre in den Kohlebehälter gesaugt,
wobei die Frischluft Kraftstoffdämpfe
von den Aktivkohlepellets desorbiert. Die Luft mit Kraftstoffdampf
wird in den Motor eingelassen und verbrannt. Dies wird als Spülmodus bezeichnet.
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Ein
bei manchen modernen Fahrzeugen auftretendes Problem ist, dass der
Motor selten bei einem Zustand betrieben wird, der für ein Spülen des Kohlebehälters günstig ist.
Bei einem Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeug (PHEV, kurz vom engl.
Plug-In Hybrid Electric Vehicle) kann das Fahrzeug allein unter
elektrischem Betrieb angetrieben werden, insbesondere bei Betriebsbedingungen
mit niedrigem Drehmoment. Während
eines solchen Betriebs kann der Kohlebehälter nicht ohne einen ansonsten
unnötigen
Betrieb des Verbrennungsmotors gespült werden. Wenn weiterhin der
Verbrennungsmotor in einem PHEV arbeitet, pflegt er bei Betriebsbedingungen
mit höherem
Drehmoment mit einem zugeordneten niedrigeren Krümmerunterdruck betrieben zu werden,
was verhindert, dass der Kohlebehälter so schnell wie erwünscht gespült wird.
Dies liegt daran, dass der Kohlebehälter Ansaugkrümmerunterdruck nutzt,
um die Frischluft durch den Kohlebehälter und in den Ansaugkrümmer zu
saugen. Somit sind die Gelegenheiten zum Spülen des Kohlebehälters verringert,
da sowohl der Motor weniger häufig
betrieben wird als auch da der Motor wahrscheinlicher mit einem
niedrigen Krümmerunterdruck
arbeitet, wenn der Motor betrieben wird.
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Wie
von der vorliegenden Offenbarung erkannt sind PHEV nicht die einzigen
Fahrzeugsysteme, die beim Spülen
des Kohlebehälters,
um Verdampfungsemissionen zu steuern, auf Schwierigkeiten stoßen. Motoren
mit Ladevorrichtungen, beispielsweise Lader oder Turbolader, können einen kleineren
Hubraum als ein Saugmotor haben, der für das gleiche Fahrzeug dimensioniert
ist. Geladene Motoren arbeiten bei einem höheren Krümmerdruck (oder niedrigerem
Krümmerunterdruck)
als ein Saugmotor. Folglich gibt es auch Probleme mit dem vollständigen Spülen der
mit diesen Motoren verbundenen Kohlebehälter. Solche Motoren können zum
Beispiel einen turbogeladenen Benzinmotor mit Direkteinspritzung
(GTDI) umfasse. Ferner trifft jeder Motor, der Maßnahmen
zum Verringern von Pumpverlusten, beispielsweise Verwenden von variabler
Ventilzeitsteuerung (VVT), Magermix, geschichtete Ladung, homogene
Kompressionszündung
(HCCI), etc. nutzt, auch auf die Schwierigkeit, ausreichend Betrieb
bei hohen Krümmerunterdrücken zu
haben, um den Kohlebehälter
wie erwünscht
zu spülen.
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Wenn
ein Behälter
gesättigt
wird, können keine
weiteren Kraftstoffdämpfe
aus Gasen abgeschieden werden, die durch den Kohlebehälter strömen, und
jedes Kraftstoffauffüllen
oder jede Ausdehnung von Gasen in dem Kraftstofftank aufgrund von Temperaturänderungen
würde dazu
führen,
dass verdrängte
Gase, die Kraftstoffdämpfe
enthalten, unbeabsichtigt an die Atmosphäre abgegeben werden. Eine besonders
störende
Situation tritt ein, wenn ein Fahrzeug mehrere Tage geparkt ist.
Die während
des heißen
Teils des Tages aus dem Tank in den Kohlebehälter abgegebenen Dämpfe werden
in dem Kohlebehälter
aufbereitet. Bei Nacht ziehen sich die Gase zusammen und saugen
Frischluft in das System. Nach einer Anzahl dieser Zyklen kann der
Kohlebehälter
gesättigt
werden und nachfolgende Zyklen können
zur Freisetzung von Kraftstoffdämpfen
führen.
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Eine
Alternative besteht darin, ein Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem vorzusehen,
das einem Druck aufgrund eines Temperaturanstiegs und einem Unterdruck
aufgrund eines Temperaturabfalls standhalten kann. Ein solches System
erfordert teurere Komponenten: einen Stahlkraftstofftank (verglichen
mit üblicherweise
verwendeten Kunststofftanks), eine robustere Konstruktion des Kohlebehälters und
Befestigungen/Konnektoren im gesamten System, die sowohl unter Druck
als auch unter Unterdruck abdichten.
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Zusammenfassung
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Gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung wird ein System mit einem flexiblen
Volumen und einer größeren maximalen
Kapazität
durch Hinzufügen
einer Blase in das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem vorgesehen.
Ein normalerweise geschlossenes Ventil wird an dem Atmosphärenende
des Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystems
vorgesehen, so dass sich die Blase als Reaktion auf Kraftstoffverdampfung
ausdehnt. Das steht im Gegensatz zu vorbekannten Systemen, die nicht
die Fähigkeit
haben, das Systemvolumen zu steigern. Bei solchen Systemen tritt
ein Fluidstrom aufgrund von sich ausdehnenden Gasen in dem Kraftstofftank
durch den Kohlebehälter
und tritt durch ein normalerweise offenes Ventil, das an die Atmosphäre entlüftet, aus.
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Das
normalerweise geschlossene Absperrventil, das an die Atmosphäre entlüftet, wird
unter der Steuerung eines elektronischen Steuergeräts unter zwei
Bedingungen geöffnet:
Füllen
des Kraftstofftanks und Spülen
des Kohlebehälters.
Die Blase hat nicht genügend
Kapazität,
um die von dem Kraftstofftankfüllen
verdrängten
Gase aufzunehmen. Wenn das elektronische Steuergerät ermittelt,
dass der Kraftstofftank gefüllt
wird, wird das Absperrventil geöffnet,
was Kraftstofftankdämpfe
durch den Kohlebehälter
treten lässt,
was die Kraftstoffkomponenten entfernt, und an die Atmosphäre austreten
lässt. Während des
Spülens
wird Frischluft in das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem und durch
den Kohlebehälter
eingeleitet, um den gespeicherten Kraftstoff abzuscheiden und diese
Kraftstoffdämpfe zu
dem Motoreinlass zu befördern.
Das elektronische Steuergerät öffnet das
Absperrventil, wenn ein Spülen
angeordnet wird.
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Es
wird ein Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem
für ein
Fahrzeug offenbart. Das Fahrzeug weist einen Kraftstofftank, einen
Verbrennungsmotor und einen Kohlebehälter auf, der mit dem Kraftstofftank
fluidverbunden ist und mit dem Verbrennungsmotor und der Atmosphäre selektiv
fluidverbunden ist. Das System weist eine Blase auf, die mit mindestens
einem von: einer Entlüftungsöffnung des
Kraftstofftanks und dem Kohlebehälter
fluidverbunden ist. Ein normalerweise geschlossenes elektromechanisches
Absperrventil verband den Kohlebehälter oder die Blase fluidisch
mit der Atmosphäre. Das
Absperrventil wird als Reaktion auf ein Signal von einem elektronischen
Steuergerät
während
des Betankens des Fahrzeugs geöffnet.
Das Absperrventil kann auch öffnen,
wenn der Druck den Atmosphärendruck
um einen vorbestimmten Betrag übersteigt, wodurch
entweder der Kohlebehälter
oder die Blase mit der Atmosphäre
verbunden werden. Das Fahrzeug weist eine Tankklappe auf, die mit
dem Fahrzeugaußenbereich
verbunden ist, und die Tankklappe befindet sich nahe einer Öffnung des
Kraftstofftanks, in die Kraftstoff zugeführt wird. Das System weist
einen Sensor auf, der mit dem elektronischen Steuergerät elektronisch
verbunden ist, wobei der Sensor eine Anzeige vorsieht, dass das
Fahrzeug betankt wird. Die Blase ist in einer im Allgemeinen steifen
Blasenhalterung enthalten, die mit der Atmosphäre verbunden ist und von der
Blase fluidisch getrennt ist. Die Blasenhalterung weist mindestens
ein Loch auf, um Luft aus der Blasenhalterung abzulassen, wenn sich
die Blase ausdehnt, und um Luft in die Blasenhalterung eindringen
zu lassen, wenn sich die Blase zusammenzieht. In einer Ausführungsform
ist die Blasenhalterung in dem Kraftstofftank des Fahrzeugs angeordnet.
Die Blase umfasst einen perforierten Durchlass, der sich von einem
ersten Anschluss zu einem zweiten Anschluss in der Blase erstreckt.
Der erste Anschluss ist mit dem Kraftstofftank oder dem Kohlebehälter verbunden,
und der zweite Anschluss ist mit dem Kohlebehälter oder der Atmosphäre verbunden.
Die Blase besteht aus einem flexiblen, nicht nachgiebigen Material.
Ein normalerweise geschlossenes elektromechanisches Spülventil verbindet
den Motor als Reaktion auf einen Befehl von einem elektronischen
Steuergerät,
den Kohlebehälter
zu spülen,
fluidisch mit dem Kohlebehälter.
In einer Ausführungsform
verbindet ein normalerweise geschlossenes elektromechanisches Absperrventil als
Reaktion auf einen Befehl von einem elektronischen Steuergerät, den Kohlebehälter zu
spülen,
den Kohlebehälter
fluidisch mit Atmosphäre.
In einer anderen Ausführungsform
verbindet das normalerweise geschlossene elektromechanische Absperrventil
die Blase als Reaktion auf einen Befehl von dem elektronischen Steuergerät, den Kohlebehälter zu
spülen, fluidisch
mit Atmosphäre.
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Weiterhin
wird ein Verfahren zum Betreiben eines Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystems offenbart,
das in einem Kraftfahrzeug angeordnet ist. Als Reaktion auf eine
Anzeige, dass das Fahrzeug betankt wird, wird ein Absperrventil
geöffnet.
Das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem
umfasst: in Reihe angeordnet einen Kraftstofftank, einen Kohlebehälter, eine
Blase und das Absperrventil, wobei der Kohlebehälter und die Blase zwischen
dem Absperrventil und dem Kraftstofftank angeordnet sind. Das Kraftfahrzeug
weist eine Tankklappe mit einem Schalter auf, und die Anzeige, dass
das Fahrzeug betankt wird, beruht zumindest teilweise auf einem Signal
von dem Schalter. Der Schalter kann ein Pin-Switch, ein Magnetschalter
oder eine beliebige andere Art von Schalter sein, der dem Fachmann
bekannt ist. Das Kraftfahrzeug weist einen Verbrennungsmotor auf.
Das Absperrventil wird geöffnet, wenn
der Motor bei einer Bedingung arbeitet, die zum Spülen des
Kohlebehälters
vorteilhaft ist.
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In
einer Ausführungsform
weist der Kohlebehälter
drei Anschlüsse
auf: einen mit dem Kraftstofftank verbundenen ersten Anschluss,
einen mit der Blase verbundenen zweiten Anschluss und einen mit einem
Einlass des Motors verbundenen dritten Anschluss. Das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem
umfasst auch ein Spülventil,
das zwischen dem Einlass des Motors und dem Kohlebehälter angeordnet
ist. Das Spülventil
wird als Reaktion auf eine Forderung nach Spülung im Wesentlichen gleichzeitig mit
dem Absperrventil geöffnet.
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Weiterhin
wird ein Verfahren offenbart, welches umfasst: das Ermitteln, ob
das Fahrzeug betankt wird, das Ermitteln, ob Spülen erfolgt, und das Befehlen,
dass das Absperrventil und das Spülventil schließen, wenn
weder Betanken noch Spülen
erfolgen.
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Weiterhin
wird ein maschinell lesbares Speichermedium offenbart, das gespeicherte
Daten aufweist, die von einem Computer ausführbare Befehle darstellen,
einschließlich
Befehle, ein Absperrventil als Reaktion auf eine Anzeige zu öffnen, dass
ein Kraftstofftank, mit dem das Absperrventil fluidverbunden ist,
aufgetankt wird. Der Kraftstofftank und das Absperrventil sind Teil
eines Kraftstoff-Rückgewinnungssystems,
das weiterhin umfasst: einen Kohlebehälter und eine Blase. Der Kraftstofftank,
das Absperrventil, der Kohlebehälter
und die Blase sind in Reihe angeordnet, wobei der Kohlebehälter und
die Blase zwischen dem Absperrventil und dem Kraftstofftank angeordnet
sind. Das maschinell lesbare Speichermedium weist auch Befehle auf,
das Absperrventil und ein Spülventil
als Reaktion auf eine Anzeige, den Kohlebehälter zu spülen, zu öffnen. Der Kohlebehälter ist
mit dem Verbrennungsmotor mittels des Spülventils selektiv fluidverbunden.
Das maschinell lesbare Speichermedium kann ein Computerchip sein.
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Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung sehen verschiedene Vorteile vor. Zum
Beispiel verringert oder eliminiert ein Verdampfungsemissionsmanagement
gemäß der vorliegenden
Offenbarung eine Kohlebehältersättigung
aufgrund der täglichen
Ausdehnungs-/Zusammenziehzyklen. Wenn der Kohlebehälter gesättigt wird,
sind weiterhin die Gase in dem Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssstem in der Blase
aufgenommen, um Änderungen
des Systemvolumens aufgrund von Temperaturanstiegen/-abfällen zu
bewältigen.
Ausführungsformen
der vorliegenden Offenbarung erleichtern die Nutzung eines Kunststoffkraftstofftanks,
was zu verringertem Gewicht und verbesserter Kraftstoffwirtschaftlichkeit
beitragen kann. Analog kann die Verwendung einer zusammenlegbaren
Blase geringen Gewichts statt einem Vergrößern des Volumens des Kohlebehälters: das
Fahrzeuggesamtgewicht verringern, Kraftstoffwirtschaftlichkeit verbessern
und Unterbringung im Motorraum unterstützen.
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Ein
anderer Vorteil des offenbarten Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystems
ist, dass die Blase eine größere Kapazität und Flexibilität zum Aufnehmen
von Kraftstoffdämpfen
ermöglicht.
Dies kann bei Fahrzeugarchitekturen wichtig sein, bei denen günstige Bedingungen
für Dampfspülen beschränkt sind,
beispielsweise Steckdosenhybrid-Elektrofahrzeuge,
Hybrid-Elektrofahrzeuge.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 und 2 sind
schematische Ansichten des Dampfspülsystems gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung; und
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3 ist
ein Flussdiagramm einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung.
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Eingehende Beschreibung
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Wie
der Durchschnittsfachmann verstehen wird, können verschiedene Merkmale
der unter Bezug auf eine der Figuren gezeigten und beschriebenen
Ausführungsformen
mit Merkmalen kombiniert werden, die in einer oder in mehreren anderen
Figuren gezeigt sind, um alternative Ausführungsformen vorzusehen, die
nicht eigens gezeigt oder beschrieben sind. Die Kombinationen von
gezeigten Merkmalen sehen repräsentative
Ausführungsformen
für typische
Anwendungen vor. Es können
aber verschiedene Kombinationen und Abwandlungen der Merkmale im
Einklang mit den Lehren der vorliegenden Offenbarung für bestimmte
Anwendungen oder Umsetzungen erwünscht
sein. Die in den Darstellungen verwendeten repräsentativen Ausführungsformen
betreffen im Allgemeinen ein Dampfrückgewinnungssystem für ein Fahrzeug,
das mit einem benzinbetriebenen Motor ausgestattet ist. Der Durchschnittsfachmann
kann ähnliche
Anwendungen oder Umsetzungen im Einklang mit der vorliegenden Offenbarung
für eine
andere Verwendung, beispielsweise in turbogeladenen Hybrid-Elektro-, Steckdosenhybrid-Elektro-, Direkteinspritzungs-,
Schichtladungs- und HCCI-Fahrzeugsystemen,
erkennen. Der Durchschnittsfachmann wird erkennen, dass die Lehren
der vorliegenden Offenbarung auf andere Anwendungen oder Umsetzungen
angewendet werden können.
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Eine
repräsentative
Ausführungsform
eines Dampfrückgewinnungssystems
nach der vorliegenden Offenbarung ist schematisch in 1 gezeigt. Der
Kraftstofftank 10 ist mit einem Deckel 12 verbunden.
Der Deckel 12 ist für
eine einfache schematische Darstellung direkt an dem Kraftstofftank 10 angebracht
gezeigt; doch versteht sich, dass sich ein Kraftstoffeinfüllstutzen
typischerweise zwischen dem Deckel 12 und dem Kraftstofftank 10 befindet.
Während
des Füllens
des Kraftstofftanks 10 wird Dampf über dem flüssigen Kraftstoff verdrängt und
tritt aus dem Entlüftungsanschluss 14 aus.
Wie vorstehend erläutert
tritt der Dampf auch aus der Entlüftungsöffnung 14 aus, wenn
der Kraftstofftank 10 aufgeheizt wird, z. B. während des
heißesten
Teils des Tages. Gase strömen
aus dem Kraftstofftank 10 in die Richtung von Pfeil A.
Wenn ein anschließendes
Kühlen eintritt,
ziehen sich die Gase zusammen und etwas Kraftstoff kondensiert,
was die Gase in der Richtung von Pfeil B in den Entlüftungsanschluss 14 eindringen
lässt.
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Aus
dem Kraftstofftank 10 austretende Gase werden zu dem Kohlebehälter 16 geleitet,
der ein Bett von Aktivkohlepellets (Pelletbett nicht gezeigt) enthält. Die
Gase treten mittels des Anschlusses 18 aus dem Kohlebehälter 16 aus.
Mit dem Kohlebehälter 16 ist
bei Anschluss 18 eine Blase 20 verbunden, die
sich in einer Blasenhalterung 20 befindet. Die Blase 22 weist
einen perforierten Durchlass 24 auf, der die Blase 22 durchsetzt.
Ein normalerweise geschlossenes elektromechanisches Ventil 26 ist
mit dem mit der Blase 22 verbundenen Anschluss 28 verbunden.
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In
einer Ausführungsform
besteht die Blase 22 aus einem nicht elastischen oder nicht
nachgiebigen Material, bei dem der Flächeninhalt der Blase im Wesentlichen
konstant ist, unabhängig
von der darin enthaltenen Flüssigkeitsmenge.
Wenn die Blase 22 ungefüllt
ist, fällt
sie zusammen, was Knicke oder Falten bildet. Dies steht im Gegensatz
zu einer alternativen Ausführungsform,
bei der die Blase 22 aus einem nachgiebigen Material besteht.
Der Flächeninhalt
der Blase nimmt zu oder ab, um das Volumen des Fluids aufzunehmen.
Ein Vorteil des im Wesentlichen unelastischen Materials besteht
darin, dass fast kein Druck erforderlich ist, um ihr Füllen zu
veranlassen. Auch wenn der Druck zum Füllen einer nachgiebigen Blase
gering sein kann, muss abhängig
von der Materialwahl ein positiver Fluiddruck ausgeübt werden,
um ein Ausdehnen des nachgiebigen Materials zu bewirken.
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Die
Blasenhalterung 20 wird aus mindestens zwei Gründen vorgesehen.
Die Blase 22 besteht aus einem flexiblen Material, so dass
ihr Volumen sich schnell ändern
kann, um eine Volumenänderung
von Gasen in dem Kraftstoffrückgewinnungssystem
zu bewältigen.
Die Blasenhalterung 20 schützt die Blase 22 zum
Beispiel vor Punktierungen aufgrund von Steinen, die von Fahrzeugrädern hochgeschleudert werden;
vor Umgebungselementen, beispielsweise Wasser, Schlamm oder Licht,
die die Unversehrtheit des Materials verschlechtern; und vor Abstrahlung von
heißen
Motorkomponenten, die die Unversehrtheit des Materials verschlechtern.
Ferner dient die Blasenhalterung 20 dazu, das Ausdehnen
der Blase 22 zu beschränken.
In einer Ausführungsform
ist das Volumen der Blasenhalterung 20 so bemessen, dass sie
die erwartete Volumenausdehnung für einen Temperaturanstieg von
30°F (17°C) aufnimmt.
Bei einer Kraftstofftankkapazität
von 15 Gallonen (57 Liter) liegt das Volumen der Blasenhalterung 20 bei
etwa 20 Litern. Diese beispielhafte Ausführungsform ist nicht einschränkend. Bei
manchen Anwendungen kann die Blasenhalterung 20 für unterschiedliche: Kraftstofftemperaturänderungen,
Kraftstofftankkapazität,
Kraftstoffzusammensetzung (Winter/Sommer-Kraftstoffflüchtigkeiten
sowie alternative Kraftstoffe, beispielsweise Ethanol/Benzin-Gemische) etc.
bemessen sein. Wäre
die Blase 22 nicht in der Blasenhalterung 20,
könnte
sich die Blase 22 weiter über ihren Berstpunkt hinaus
ausdehnen oder bis zu dem Punkt ausdehnen, bei dem sie sich drehende Maschinenteile,
die dem Fahrzeug zugeordnet sind, oder heiße Motor-/Auslassteile berührt, wovon jeder eine Beschädigung der
Blase 22 bewirken könnte.
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Das
elektromechanische Ventil 26 ist ein normalerweise geschlossenes
Ventil, das entweder unter elektrischer Steuerung oder mechanischer
Steuerung geöffnet
werden kann. Das Ventil 26 ist mit einem elektronischen
Steuergerät
(ECU) 30 verbunden, das ein Öffnen des Ventils 26 veranlassen
kann. Das Ventil 26 wird mechanisch geöffnet, wenn der Druck in dem
Dampfrückgewinnungssystem
einen Abblasedruck übersteigt.
Aus dem Kraftstofftank 10 verdrängte Gase strömen durch
den Kohlebehälter 16,
bis die Blase 22 bis zu ihrer Kapazität gefüllt ist. Um zusätzliche
aus dem Kraftstofftank 10 verdrängte Gase in dem Kohlebehälter 16 aufbereiten
zu lassen, wird das Ventil 26 von der ECU 30 geöffnet. Von
der ECU 30 wird ein Signal von einem Pin-Schalter 32 empfangen.
Wie in 1 gezeigt befindet sich eine in einer Fahrzeugkarosserie 36 eines
Fahrzeugs 35 eingebaute Tankklappe 34 in einer
geschlossenen Stellung und der Pin-Schalter 32 ist gedrückt.
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Daher
kann der Kraftstofftank 10 nicht gefüllt werden. Wenn die Tankklappe 34 geöffnet ist,
ist der Pin-Schalter 32 nicht gedrückt. Somit ermittelt die ECU 30 als
Reaktion auf den Zustand von Pin-Schalter 34 und möglicherweise
auch als Reaktion auf Informationen von anderen Sensoren 38,
ob dem Kraftstofftank 10 Kraftstoff geliefert wird, und öffnet Ventil 26.
Andere Sensoren 38 können
zum Beispiel einen Motordrehzahlsensor, einen Fahrzeuggeschwindigkeitssensor,
einen Gangwahlsensor und ein Tankinhaltmessgerät umfassen. Abhängig von
der Betriebsbedingung des Fahrzeugs kann es eine Situation geben,
bei der die Tankklappe 34 offen ist, aber kein Kraftstoff
zugeführt
wird, zum Beispiel wenn man versehentlich mit offener Tankklappe
von der Tankstelle wegfährt,
in welchem Fall die Fahrzeuggeschwindigkeit nicht null ist, die
Motordrehzahl nicht null ist und das Getriebe nicht in Parkstellung
ist. ECU 30 ermittelt in einem Beispiel beruhend auf der
Stellung der Tankklappe 34 sowie auf anderen Informationen,
ob Betanken erfolgt.
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Weiter
mit 1 ist ein elektronisches Steuergerät (ECU) 30 zum
Steuern von Motor 40 und Komponenten des Dampfrückgewinnungssystems vorgesehen.
Das ECU 30 weist einen als Zentralrechner (CPU) bezeichneten
Mikroprozessor 62 auf, der mit einer Speicherverwaltungseinrichtung
(MMU) 64 in Verbindung steht. Die MMU 64 steuert
die Bewegung von Daten unter den verschiedenen maschinell lesbaren
Speichermedien und übermittelt
Daten zu und von der CPU 62. Die maschinell lesbaren Speichermedien
umfassen vorzugsweise flüchtige und
nicht flüchtige
Speicherung zum Beispiel in dem Festspeicher (ROM) 66,
dem Arbeitsspeicher (RAM) 70 und dem batteriestromgestützten Speicher
(KAM) 68. Der KAM 68 kann zu Speichern verschiedener Betriebsvariablen
verwendet werden, während
die CPU 62 abgeschaltet ist. Die maschinell lesbaren Speichermedien
können
unter Verwendung einer beliebigen Anzahl an bekannten Speichervorrichtungen,
beispielsweise PROMs (programmierbarer Festspeicher), EPROMs (elektrischer
PROM), EEPROM (elektrisch löschbarer
PROM), Flash-Speicher oder andere elektrische, magnetische, optische oder
kombinierte Speichervorrichtungen, implementiert sein, die Daten
speichern können,
wovon einige ausführbare
Befehle darstellen, die von der CPU 62 beim Steuern des
Motors oder Fahrzeugs verwendet werden, in das der Motor eingebaut
ist. Die maschinell lesbaren Speichermedien können auch Disketten, CD-Roms,
Festplatten und dergleichen umfassen. Die CPU 62 steht
mittels einer Eingabe/Ausgabe(E/A)-Schnittstelle 60 mit verschiedenen
Sensoren und Aktoren in Verbindung. Beispiele für Elemente, die unter der Steuerung
der CPU 62 durch die E/A-Schnittstelle 44 betätigt werden,
sind das Absperrventil 26, das Spülventil 42, die Stellung
der Drosselklappe 46, die Kraftstoffeinspritzzeiten, die Kraftstoffeinspritzrate,
die Kraftstoffeinspritzdauer, die Zündzeiten und die Stellung des
AGR-Ventils. Verschiedene andere Sensoren 38, der Sensor 47 an dem
Motoreinlass 44 und der Pin-Schalter 32 übermitteln
Eingabe durch die E/A-Schnittstelle 60 und können ein Öffnen der
Tankklappe, Motordrehzahl, Fahrzeuggeschwindigkeit, Kühlmitteltemperatur, Krümmerdruck,
Pedalstellung, Zylinderdruck, Drosselklappenstellung, Lufttemperatur,
Abgastemperatur, Abgasstöchiometrie,
Abgasbestandteilkonzentration und Luftstrom anzeigen. Manche Architekturen des
ECU 30 enthalten keine MMU 64. Wird keine MMU 64 verwendet,
verwaltet die CPU 62 Daten und bindet direkt an ROM 66,
KAM 68 und RAM 70 an. Natürlich könnte die vorliegende Offenbarung
mehr als eine CPU 30 verwenden, um Motorsteuerung vorzusehen,
und das ECU 30 kann abhängig
von der jeweiligen Anwendung mehrere ROM 66, KMA 68 und RAM 70 enthalten,
die mit der MMU 64 und der CPU 62 verbunden sind.
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Der
Kohlebehälter 16 wird
während
des Betriebs des Motors 40 gespült. Das ECU 30 ordnet Spülen durch
Betätigen
der normalerweise geschlossenen Ventile 42 und 26 an,
damit sie öffnen.
Dem Motor 40 wird durch das Ansaugsystem 44 mit
einer Drosselklappe 46 Ansaugluft geliefert. Ein Sensor 47 in
dem Ansaugsystem 44, der sich stromabwärts der Drosselklappe 46 befindet,
liefert dem ECU 30 ein Signal, aus dem Krümmerunterdruck
ermittelt werden kann. In einer Ausführungsform ist der Sensor 47 ein Drucksensor
zum direkten Messen von Krümmerdruck.
In anderen Ausführungsformen
ist der Sensor 47 ein Massestromsensor, aus dem Krümmerdruck ermittelt
werden kann. Jedes bekannte Verfahren zum Ermitteln von Krümmerdruck
beruhend auf Modellieren und/oder Erfassen von Motorparametern liegt
innerhalb des Umfangs der vorliegenden Offenbarung. Bei den meisten
Betriebsbedingungen ist die Drosselklappe 46 teilweise
geschlossen, und die Bewegung der Kolben in dem Motor 40 erzeugt
einen Unterdruck stromabwärts
der Drosselklappe 46. Ein solcher Unterdruck veranlasst
ein Bewegen des Stroms von der Atmosphäre durch das Ventil 26,
die Blase 22, den Kohlebehälter 16, das Ventil 42,
den Einlass 44 und in den Motor 40. An Kohlepellets
in dem Kohlebehälter 16 adsorbierter
Kraftstoff wird in die durch den Kohlebehälter 16 strömende Atmosphärenluft
desorbiert und dann in den Motor 40 eingelassen, wo er
verbrannt wird.
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Aus
dem Stand der Technik ist es bekannt, ein normalerweise offenes
Ventil in einer Stellung ähnlich
dem normalerweise geschlossenen Absperrventil 26 vorzusehen.
Bei Systemen, bei denen keine Blase vorhanden ist, ermöglicht das
normalerweise offene Ventil eine Verbindung mit der Atmosphäre, um jegliche
Systemdrücke – positiv
oder negativ – an die
Atmosphäre
abzulassen. Der Zweck eines solchen normalerweise offenen Ventils
ist für
Diagnosezwecke. Um eine Unversehrtheit des Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystems sicherzustellen, wird
das normalerweise offene Ventil geschlossen und es wird ein leichter
Unterdruck an dem System angelegt. Durch Messen der Zeit, bis der
Unterdruck dissipiert, kann ermittelt werden, ob Lecks in dem System
einen Schwellenwert übersteigen.
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Das
Absperrventil 26 kann gemäß der vorliegenden Entwicklung
einen Großteil
der Zeit geschlossen gehalten werden, da die Blase 22 Volumenänderungen
bewältigt.
Wie an anderen Stellen näher
beschrieben wird das Ventil 26 während des Tankens und Spülens des
Kohlebehälters 16 und dann,
wenn die Speicherkapazität
der Blase 22 überschritten
wird und der Systemdruck den Abblasedruck des Absperrventils 26 übersteigt,
unter der Steuerung des ECU 30 geöffnet. Das Absperrventil 26 kann
zum Ausführen
der Systemdiagnoseroutine verwendet werden.
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Wenn
das Fahrzeug, in das das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem eingebaut
ist, geparkt ist, befindet sich das Absperrventil 26 in
seinem normalerweise geschlossenen Zustand. Wenn der Kraftstofftank 10 aufgrund
des normalen täglichen Temperaturwechsels
erwärmt
wird, verdampfen die flüchtigeren
Bestandteile des Kraftstoffs. Die sich ausdehnenden Gase treten
durch den Kohlebehälter 16 aus
dem Austrittsanschluss 14 des Kraftstofftanks 10,
aus dem Anschluss 18 und in den perforierten Durchlass 24 aus.
Da das Ventil 26 geschlossen ist, dehnt sich die Blase 22 aus,
um die Gase aufzunehmen. Die Blasenhalterung 20 weist einen
Anschluss 48 zur Atmosphäre auf, durch den Umgebungsluft austritt,
um Platz für
die sich ausdehnende Blase 22 zu machen. Wenn die Volumenausdehnung
in dem Dampfrückgewinnungssystem
das maximale Volumen überschreitet,
das die Blasenhalterung 20 zulässt, beginnt der Druck in dem
System zu steigen und überschreitet
den Abblasedruck des Ventils 26, was bewirkt, dass es öffnet und
den Druck entlastet. Wenn der Druck in dem System entlastet ist,
schließt das
Ventil 26.
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Wenn
das Fahrzeug weiter geparkt bleibt, während die Umgebungstemperatur
sinkt, fällt
die Blase 22 zusammen, um ein geringeres Systemvolumen
zu bewältigen.
Wenn das Fahrzeug mehrere Tage geparkt ist, dehnt sich die Blase 22 aus
und fällt zusammen,
was Gase nur aus dem Ventil 26 austreten lässt, sofern
das Ausdehnen des Systemvolumens die Kapazität der Blase 22 überschreitet.
In einer solchen Situation wird der Kohlebehälter 16 weniger stark
beansprucht als bei vorbekannten Systemen, die keine solche Blase
aufweisen. Volumenausdehnungen lassen bei blasenlosen Systemen des Stands
der Technik Gase aus dem Kraftstoff-Dampfrückgewinnungssystem austreten,
und Volumenkontraktionen saugen für jeden Tagesgang Frischluft
in das Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem.
Durch Aufweisen einer Blase, die die typische tägliche Volumenänderung
des Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystems
aufnehmen kann, wird ein Strömen
aus dem Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem
verhindert, so dass selbst in Situationen, da der Kohlebehälter 16 gesättigt wird,
keine Kraftstoffdämpfe
an die Atmosphäre
austreten können.
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Der
perforierte Durchlass 24 ist in einer Ausführungsform
vorgesehen, um ein vollständiges
Zusammenfallen der Blase 22 zu verhindern. Fällt die Blase 22 vollständig zusammen,
könnte
sie einen Onboard-Diagnosetest (OBD) stören, der regelmäßig während Fahrzeugbetrieb
durchgeführt
wird, um Systemintegrität
zu detektieren. Bei einem solchen Test wird an dem Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem
ein Unterdruck angelegt. Wenn der Unterdruck zu schnell abnimmt,
zeigt dies Lecks in dem System an. Das Anlegen eines Unterdrucks
an der Blase 22 könnte
diese in sich selbst zusammenfallen lassen und den OBD-Test bezüglich der
im Verhältnis zur
Unterdruckquelle stromabwärts
der Blase 22 befindlichen Komponenten gefährden. Während eines Spülens des
Kohlebehälters 16 ist
das Spülventil 42 offen,
was ein Übermitteln
von Unterdruck in dem Motoreinlass 44 zu dem Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem bewirkt.
Würde die
Blase 22 zusammenfallen, würde kein Spülen des Kohlebehälters 16 erfolgen,
da keine Frischluft durch die Blase 22 in den Kohlebehälter 16 gelangen
könnte.
Durch Vorsehen des perforierten Durchlasses 24 in der Blase 22 wird ein
vollständiges
Zusammenfallen der Blase verhindert und es wird ein Strömweg durch
die Blase 22 aufrechterhalten. Der perforierte Durchlass 24 weist mindestens
ein Loch auf, um Fluidverbindung aus dem Inneren des Durchlasses 24 in
die Blase 22 vorzusehen. In manchen Ausführungsformen
sind in dem Durchlass 24 mehrere Löcher vorgesehen.
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In 2 ist
eine andere Ausführungsform der
vorliegenden Offenbarung gezeigt. Eine Blasenhalterung 120 befindet
sich in einem Kraftstofftank 110. Der Kraftstofftank 110 ist
größer als
der Kraftstofftank 10 von 1, um die
Blasenhalterung 120 aufzunehmen. Die Blasenhalterung 120 weist
eine Entlüftungsöffnung 48 auf,
die mit der Atmosphäre
in Verbindung steht. Die Blasenhalterung 120 steht mit dem
Kraftstofftank 110 nicht in Fluidverbindung. Nur Atmosphärengase
strömen
in die Entlüftungsöffnung 48 und
aus dieser heraus, um die Änderung
der Größe der Blase 22 zu
bewältigen.
Die Blase 22 weist ein Ende 50 auf, das zu Kraftstofftankdämpfen hin
offen ist. Ein anderer Anschluss 28 der Blase 22 ist
mit dem Kohlebehälter 16 verbunden.
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In 2 ist
die Tankklappe 34 offen gezeigt, wobei der Schalter-Pin 32 nicht
gedrückt
ist. Dem ECU 30 wird ein Signal geliefert, das anzeigt,
dass die Tankklappe 34 offen ist. Der Kraftstofftank 110 weist
keinen im Kraftstofffüllstutzen 52 eingebauten Deckel
auf und ist daher bereit zum Einfüllen von Kraftstoff.
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In 1 und 2 sind
die Blasenhalterungen 20 und 120 mit einer einzigen
Entlüftungsöffnung zur
Atmosphäre
gezeigt. Alternativ weisen die Blasenhalterungen 20 und 120 mehrere
kleine Entlüftungsöffnungen
zur Atmosphäre
auf, die im Allgemeinen gleichmäßig über die
Oberfläche
der Halterungen 20 und 120 verteilt sind. Mehrere
Löcher
können verhindern,
dass ein Teil der Blase 22 bei Ausdehnen ein Loch verschließt, was
eine weitere Ausdehnung der Blase 22 verhindern könnte.
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In
der Ausführungsform
von 2 ist die Blasenhalterung 120 in dem
Kraftstofftank 110 aufgenommen. Dies kann einen Vorteil
für die
Reduzierung und Unterbringung von Teilen darstellen, d. h. der Kraftstofftank 110 und
die Blasenhalterung 120 können integral ausgebildet werden
und integral in das Fahrzeug eingebaut werden. Die Blase 22 ist
zwischen dem Kraftstofftank 110 und dem Kohlebehälter 16 vorgesehen;
während
sich in 1 die Blase 22 zwischen
dem Kohlebehälter 16 und
dem Ventil 26 befindet. Bei der in 2 gezeigten
Konfiguration wird die Blase 22 Gasen mit einer höheren Konzentration
von Kraftstoffdampf ausgesetzt, da im Allgemeinen die Blase 22 Gase
von dem Kraftstofftank 110 erhält, bevor die Kraftstoffdämpfe in
dem Kohlebehälter 26 adsorbiert
werden. An der in 1 gezeigten Stelle wird die
Blase 22 nur Kohlenwasserstoffen ausgesetzt, wenn aus dem
Kohlebehälter 16 ausströmende Gase
nicht vollständig
von Kohlenwasserstoffen befreit wurden, da der Kohlebehälter 16 gesättigt ist.
Somit stellt die Materialwahl für
die Blase 22 in der in 1 gezeigten
Konfiguration eine weniger herausfordernde Bedingung bezüglich Kohlenwasserstoffeinwirken
dar als die Materialwahl für die
Konfiguration von 2.
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Bei
der Konfiguration von 1 wird der Kohlebehälter 16 einem
täglichen
Strömen
von Gasen in den Kraftstofftank 10 und aus diesem heraus ausgesetzt.
Bei der Konfiguration von 2 dehnt sich
die Blase 22 aus und zieht sich zusammen, um Volumenänderungen
zu bewältigen.
Der Kohlebehälter 16 erfährt nicht
das tägliche
Strömen,
sofern nicht die erfahrene Temperaturdifferenz größer als
das Konstruktionsvolumen der Blasenhalterung 120 ist. Durch
Positionieren der Blase 22 zwischen den Kohlebehälter 16 und
den Kraftstofftank 110 ist es weniger wahrscheinlich, dass
der Kohlebehälter 16 aufgrund
von täglichen
Strömen
gesättigt
wird, da die kraftstoffdampfhaltigen Gase nicht durch den Kohlebehälter 16 strömen.
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3 ist
ein Flussdiagramm gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Offenbarung. Zuerst wird bei 200 ermittelt,
ob ein Betanken des Fahrzeugs erfolgt. Wie vorstehend erläutert beruht
das Betanken mindestens darauf, ob die Tankklappe offen ist. Es
kann eine weitere Logik genutzt werden, um zum Beispiel zu ermitteln,
dass der Motor nicht arbeitet, das Fahrzeug sich nicht bewegt und/oder dass
sich das Getriebe in Parkstellung befindet. Alternativ können andere
Signale verwendet werden. Wenn ermittelt wird, dass Betanken erfolgt,
wird das Absperrventil 26 bei Block 202 betätigt, um
zu öffnen. Erfolgt
kein Betanken, geht die Steuerung weiter zu 204, wo ermittelt
wird, ob der Zeitpunkt günstig
ist, um den Kohlebehälter 16 zu
spülen.
Wenn ja wird bei Block 206 das Spülventil 42 geöffnet und
bei Block 202 wird das Absperrventil 26 geöffnet. Diese
können in
beliebiger Reihenfolge geöffnet
werden, sollten aber sehr zeitnah oder gleichzeitig geöffnet werden. Wird
bei 204 kein Spülvorgang
angeordnet, geht die Steuerung weiter zu Block 208; das
Absperrventil 26 bleibt geschlossen. Wenn das Absperrventil 26 ein normalerweise
geschlossenes Ventil ist, muss bei Block 208 keine Maßnahme ergriffen
werden. Dann kehrt die Steuerung zu 200 zurück. Von
Block 202 geht die Steuerung weiter zu 210, wo
abhängig
davon, welcher Betrieb (Blöcke 200 oder 204)
feststellungsgemäß eine positive
Reaktion erzeugt, ermittelt wird, ob Betanken oder Spülen beendet
ist. Wenn nicht, fährt
die Abfrage bei Block 210 fort, bis bei Block 210 ein
positives Ergebnis festgestellt wird. Ein positives Ergebnis bei 210 führt die
Steuerung zu 212 weiter, wo sowohl das Spülventil 42 als
auch das Absperrventil 26 geschlossen werden oder nur das
Absperrventil 26 geschlossen wird. In den Blöcken 200 und 204 kann
ein Flag gesetzt werden, um Block 210 und 212 Informationen
zu liefern, ob der die Ventile umfassende Betrieb ein Spülen oder
ein Kraftstofffüllen
war. Von Block 212 geht die Steuerung zurück zu 200.
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Während die
beste Methode näher
beschrieben wurde, wird der Fachmann innerhalb des Schutzumfangs
der folgenden Ansprüche
verschiedene alternative Auslegungen und Ausführungsformen erkennen. Zum
Beispiel kann die Strömungskonfiguration
von 1 (Blase zwischen Kohlebehälter und Kraftstofftank) mit
der integrierten Blasenhalterung/Kraftstofftank von 2 kombiniert
werden. Ferner kann die Strömungskonfiguration
von 2 (Blase zwischen Kohlebehälter und Absperrventil) mit
der Blasenhalterung und dem Kraftstofftank als zwei separate Elemente
kombiniert werden, wie in 1 gezeigt
ist. Zudem können
zwei Kohlebehälter vorgesehen
werden, einer auf jeder Seite der Blase. Eine noch andere Alternative
ist das Vorsehen von zwei Blasen, eine an jeder Seite des Kohlebehälters. Bei
einer solchen Ausführungsform
kann eine Blase in dem Kraftstofftank angeordnet werden, wie zum Beispiel
in 2 gezeigt ist. Während eine oder mehrere Ausführungsformen
gegenüber
anderen Ausführungsformen
und/oder gegenüber
dem Stand der Technik bezüglich
einer oder mehreren erwünschten
Eigenschaften als vorteilhaft oder bevorzugt beschrieben wurden,
wird ein Durchschnittsfachmann erkennen, dass bei verschiedenen
Merkmalen Kompromisse vorgenommen werden können, um erwünschte Systemattribute
zu erreichen, die von der spezifischen Anwendung oder Umsetzung
abhängen
können.
Diese Attribute umfassen, sind aber nicht hierauf beschränkt: Kosten,
Festigkeit, Haltbarkeit, Lebensdauerkosten, Marktfähigkeit,
Erscheinungsbild, Verpackung, Größe, Zweckdienlichkeit, Gewicht,
Herstellbarkeit, einfache Montage etc. Die hierin erläuterten
Ausführungsformen,
die bezüglich einer
oder mehrerer Eigenschaften als weniger erwünscht als andere Ausführungsformen
beschrieben werden, liegen nicht außerhalb des Schutzumfangs der
beanspruchten Erfindung.