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Die Erfindung betrifft einen Flüssigkeitsbehälter für ein Kfz, insbesondere einen Kraftstoffbehälter, mit wenigstens einem Einfüllrohr und mit Mitteln zur Betriebs- und Betankungsentlüftung umfassend wenigstens eine an ein Ausgleichsvolumen des Flüssigkeitsbehälters angeschlossene Betriebsentlüftungsleitung sowie wenigstens eine in das Ausgleichsvolumen mündende Betankungsentlüftungsleitung.
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Die Erfindung betrifft insbesondere einen Flüssigkeitsbehälter für ein Kfz aus thermoplastischem Kunststoff, wie beispielsweise ein Kraftstoffbehälter oder einen Flüssigkeitsbehälter für ein flüssiges Abgasadditiv.
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Solche Flüssigkeitsbehälter umfassen üblicherweise wenigstens ein Betankungsentlüftungsventil und mehrere Betriebsentlüftungsventile, welche in die in Einbaulage obere Behälterwandung eingesetzt sind mit einem Ausgleichsvolumen des Flüssigkeitsbehälters kommunizieren. Dieses Ausgleichsvolumen im Flüssigkeitsbehälter sollte nicht betankbar bzw. befüllbar sein, da das Volumen benötigt wird, um temperaturbedingte Volumenänderungen einer Flüssigkeit, wie z. B. Kraftstoff oder wässrige Harnstofflösung, zu kompensieren. Das Ausgleichsvolumen wird sich üblicherweise in Einbaulage des Flüssigkeitsbehälters oben befinden. In der oberen Behälterwandung werden je nach Geometrie des Behälters an einer oder mehreren in Einbaulage oberen Entlüftungspunkten eines oder mehrere Entlüftungsventile angeschlossen sein, die über Entlüftungsleitungen zu einem Filter, insbesondere einem Kraftstoff-Dampffilter, geführt sind. Über die Entlüftungsventile, die theoretisch bei einem Betrieb des Kfz drucklos geöffnet sein können, wird das aufgrund von Fahrdynamik und Temperaturänderungen anfallende Gasvolumen oberhalb des Flüssigkeitsspiegels aus dem Flüssigkeitsbehälter über ein als Aktivkohlefilter ausgebildetes Kraftstoff-Dampffilter an die Atmosphäre abgegeben. Unter Ausgleichsvolumen im Sinne dieser Anmeldung ist das oberhalb des maximal möglichen Füllstandes bzw. Flüssigkeitsspiegels im Flüssigkeitsbehälter freibleibende Volumen zu verstehen.
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Der bei der Betankung des Kraftfahrzeuges von der eingefüllten Flüssigkeit verdrängte Gasvolumenstrom ist allerdings beträchtlich größer als der beim Betrieb des Kfz anfallende Gasvolumenstrom. Dieser wird üblicherweise über ein Betankungsentlüftungsventil aus dem Flüssigkeitsbehälter abgeführt. Bei Flüssigkeitsbehältern, die für in Europa vertriebene Kraftfahrzeuge vorgesehen sind, wird wenigstens ein wesentlicher Teil des bei der Betankung aus dem Behälter verdrängten Gasvolumenstroms über die Betankungsentlüftungsleitung und über das Einfüllrohr des Flüssigkeitsbehälters abgegeben, wobei eine Absaugung an dem Zapfventil des verdrängten Gasvolumenstroms vorgesehen sind.
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Bei Kraftfahrzeugen, die für den US-amerikanischen Markt vorgesehen sind, wird in der Regel der gesamte bei der Betankung anfallende Gasvolumenstrom über das Kraftstoff-Dampffilter gereinigt an die Atmosphäre abgegeben. Als Betankungsentlüftungsventil ist normalerweise ein Ventil mit einem Schwimmerkörper vorgesehen, das sich soweit in das Volumen des Flüssigkeitsbehälters erstreckt, dass der bei der Betankung ansteigende Flüssigkeitsspiegel den Schwimmerkörper in dem Betankungsentlüftungsventil anheben kann, so dass die Betankungsentlüftungsöffnung verschlossen wird. Bei Fortsetzung des Betankungsvorgangs kann dann das Ausgleichsvolumen im Flüssigkeitsbehälter nicht mehr entlüftet werden, was einen Druckanstieg im Flüssigkeitsbehälter und ein Ansteigen der Flüssigkeitssäule im Einfüllrohr zur Folge hat. Steigt die Flüssigkeitssäule im Einfüllrohr so weit hoch, dass diese eine Schnüffelbohrung am Zapfventil verschließt, schaltet das Zapfventil ab und der Betankungsvorgang ist beendet.
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Die Funktionsweise des Betankungsentlüftungsventils und des Abschaltventils am Zapfventil ist nur dann gewährleistet, wenn das Ausgleichsvolumen im Flüssigkeitsbehälter nicht über die übrigen Entlüftungsstellen/Betriebsentlüftungsstellen des Flüssigkeitsbehälters entlüftet und folglich betankt werden kann. Dazu ist es in der Regel erforderlich, die Betriebsentlüftungsventile des Flüssigkeitsbehälters mit einer Druckhaltefunktion auszustatten, so dass jedenfalls eine Übertankung des Systems nicht möglich ist.
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Eine Druckhaltefunktion an den Betankungsentlüftungsventilen kann beispielsweise durch federbelastete Ventilkörper bewerkstelligt werden. Auch ist bekannt, die Betankungsentlüftungsventile in Abhängigkeit des Betriebszustands des Kfz (Betankung oder Fahrbetrieb) zu schalten. Eine solche Umschaltung kann beispielsweise über einen vom Zapfventil betätigbares Umschaltventil bewerkstelligt werden.
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Die für die Realisierung einer Druckhaltefunktion erforderlichen Schließkräfte sind verhältnismäßig klein, zumal hohe Differenzdrücke zur Atmosphäre grundsätzlich aus verschiedensten Gründen nicht gewünscht sind. Bei den bekannten Systemen kann es daher vorkommen, dass nach einem anfänglichen Abschalten des Zapfventils ein etwa im Ausgleichsvolumen vorherrschender geringfügiger Überduck abgebaut wird, so dass dann ein geringfügiges Nachtanken bis zu einem erneuten Abschaltvorgang möglich ist. Eine solche systematische Betankung des Ausgleichsvolumens, die häufig auch wegen Unkenntnis der Benutzer des Systems erfolgt, ist jedenfalls nicht wünschenswert.
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Schließlich ist die Realisierung der Druckhaltefunktion bei den bekannten Systemen verhältnismäßig aufwendig.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Flüssigkeitsbehälter der eingangs genannten Art diesbezüglich zu verbessern.
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Die Aufgabe wird gelöst durch einen Flüssigkeitsbehälter für ein Kfz mit wenigstens einem Einfüllrohr und mit Mitteln zur Betriebs- und Betankungsentlüftung umfassend wenigstens eine an ein Ausgleichsvolumen des Flüssigkeitsbehälters angeschlossene Betriebsentlüftungsleitung sowie wenigstens eine in das Ausgleichsvolumen mündende Betankungsentlüftungsleitung, wobei sich der Flüssigkeitsbehälter dadurch auszeichnet, dass die Betriebsentlüftungsleitung außerhalb des Behältervolumens einen Siphon bildend an das Einfüllrohr angeschlossen ist und dass der Anschluss der Betriebsentlüftung an das Einfüllrohr so angeordnet ist, dass sich bei jedem Betankungsvorgang Flüssigkeit in dem Siphon sammelt und die Betriebsentlüftungsleitung verschließt.
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Die Betriebsentlüftungsleitung ist vorzugsweise in einem Bereich an das Einfüllrohr angeschlossen, der sich unterhalb des auslaufseitigen Endes des in das Einfüllrohr eingeschobenen Zapfventils befindet. Das Einfüllrohr ist zweckmäßigerweise in diesem Bereich so ausgebildet, dass ein Teilstrom der Flüssigkeit in die Betriebsentlüftungsleitung gelangt und sich in dem von der Betriebsentlüftungsleitung gebildeten Siphon sammelt. Wird bei einer Betankung des Kfz das Betankungsentlüftungsventil durch die im Behälter anstehende Flüssigkeit verschlossen, so kann eine Entlüftung des Behälters über die Betriebsentlüftungsleitung nur gegen die in dem Siphon anstehende Flüssigkeitssäule erfolgen. Dadurch ist mit einfachsten Mitteln eine Druckhaltefunktion gewährleistet. Die Lösung gemäß der Erfindung kommt gänzlich ohne Ventile und andere bewegliche Teile aus. Eine Entleerung der Betankungsentlüftungsleitung bzw. des von dieser gebildeten Siphons erfolgt selbsttätig beim Betrieb des Kfz, wenn die im Einfüllrohr anstehende Flüssigkeitssäule absinkt, so dass beim Betrieb des Kfz die betreffende Betankungsentlüftungsleitung drucklos zum Filter, wie beispielsweise einem Kraftstoff-Dampffilter, offen ist. So ist mit einfachsten Mitteln der gewünschte drucklose Betrieb des Flüssigkeitsbehälters realisierbar. Die Funktionssicherheit des Systems Betriebsentlüftung und Betankungsabschaltung lässt sich durch geeignete Wahl des Querschnitts der Betriebsentlüftungsleitung im Verhältnis zum Querschnitt des Einfüllrohrs gestalten.
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Zweckmäßigerweise sind für die Betriebsentlüftung einerseits und die Betankungsentlüftung andererseits jeweils getrennte Entlüftungspfade, d. h. getrennte Entlüftungsleitungen vorgesehen.
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Grundsätzlich kann wenigstens eine Betriebsentlüftungsleitung über ein Ventil ohne Druckhaltefunktion an das Ausgleichsvolumen des Flüssigkeitsbehälters angeschlossen sein. Ein solches Ventil kann beispielsweise ein einfaches Schwimmerventil sein, dass ein Verschließen des Flüssigkeitsbehälters im Überschlagfall sichert (Rollover-Ventil).
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Mehrere Betriebsentlüftungsventile können an eine einzige Sammelbetriebsentlüftungsleitung angeschlossen sein, die ebenfalls einen Siphon bildend in das Einfüllrohr mündet. Im einfachsten Falle können alle Betankungsentlüftungsventile als Nippel ohne Ventilkörper ausgebildet sein. In diesem Fall wäre dann die Überschlagsicherung mittels eines entsprechenden Ventils in einer Sammelbetriebsentlüftungsleitung zu gewährleisten. Eine solche Überschlagsicherung in Form eines Rollover-Ventils kann beispielsweise an einem dem Kraftstoff-Dampffilter vorgeschalteten Umschaltventil verwirklicht sein. An ein solches Umschaltventil kann auch an die Betankungsentlüftungsleitung angeschlossen sein. Anstelle eines im Flüssigkeitsbehälter angeordneten Betankungsentlüftungsventils kann beispielsweise lediglich ein Tauchrohr oder ein Nippel vorgesehen sein, das oder der durch den bei der Betankung ansteigenden Flüssigkeitsspiegel verschlossen wird, so dass infolge dessen ein Druckanstieg im Flüssigkeitsbehälter bewirkt wird.
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Bei einer Variante des Flüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass wenigstens eine Betriebsentlüftungsleitung mit einem als Entlüftungsnippel ausgebildeten offenen Leitungsende an das Ausgleichsvolumen angeschlossen ist.
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Bei einer weiteren Variante des Flüssigkeitsbehälters gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass mehrere Entlüftungsleitungen an verschiedenen Stellen des Flüssigkeitsbehälters an das Ausgleichsvolumen desselben angeschlossen sind, welche jeweils einen Siphon bildend in das Einfüllrohr münden.
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Das Einfüllrohr kann beispielsweise über wenigstens einen Tropfenabscheider und/oder einen Ausperlbehälter an ein Filter, wie beispielsweise ein Kraftstoff-Dampffilter, angeschlossen sein. Alternativ, kann das Einfüllrohr, wie vorstehend beschrieben, über wenigstens ein Umschaltventil an ein Filter angeschlossen sein.
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Zweckmäßigerweise ist der Flüssigkeitsbehälter als Kraftstoffbehälter ausgebildet. Alternativ kann der Flüssigkeitsbehälter beispielsweise auch als Aufbewahrungsbehälter für ein flüssiges Abgasadditiv ausgebildet sein. Solch ein flüssiges Abgasadditiv ist beispielsweise die bei dem SCR-Verfahren (Selective Catalytic Reduction) in das Abgassystem eingespritzte wässrige Harnstofflösung.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand zweier in den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeispiele erläutert.
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Es zeigen:
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1 eine schematische, stark vereinfachte Darstellung eines Kraftstoffbehälters nach einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
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2 eine Darstellung des Kraftstoffbehälters nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung.
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Der in 1 gezeigte Kraftstoffbehälter 1 ist als Kraftstoffbehälter aus thermoplastischem Kunststoff für ein Kfz ausgebildet. Dieser ist in der Zeichnung mit einer stark vereinfachten Geometrie/Kontur dargestellt. Die Erfindung ist so zu verstehen, dass der Kraftstoffbehälter 1 eine verhältnismäßig komplexe Kontur/Gestalt mit mehreren untereinander verbundenen Volumina für Kraftstoff aufweisen kann. Diese Kraftstoffvolumina können auch auf unterschiedlichen Niveaus bezogen auf die Einbaulage im Kfz angeordnet sein. Jedes Kraftstoffvolumen umfasst wenigstens einen Betriebsentlüftungsanschluss 2.
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Selbst bei einem verhältnismäßig einfach gestalteten Kraftstoffbehälter 1 wie er beispielsweise in den Figuren dargestellt ist, sind unter Umständen mehrere Betriebsentlüftungsanschlüsse 2 erforderlich, um beispielsweise auch eine Betriebsentlüftung bei Schräglage/Querneigung des Kfz zu gewährleisten. Der Kraftstoffbehälter 1 umfasst weiterhin einen Betankungsentlüftungsanschluss 3 und ein Einfüllrohr 4. Das Einfüllrohr 4 ist in üblicher Weise mit einem Einfüllkopf versehen, welcher beispielsweise einen Einfülltrichter zur Führung des Zapfventils 5 und eine sogenannte Bleifrei-Klappe sowie gegebenenfalls Mittel zur Erdung umfasst. Das in den Kraftstoffbehälter 1 mündende Ende des Einfüllrohrs 4 kann beispielsweise mit einer Rückschlagklappe 6 verschlossen sein, die einen Rückschwall des Kraftstoffs aus dem Kraftstoffbehälter 1 bei Druckstößen verhindert.
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Bei der in 1 dargestellten Variante des Kraftstoffbehälters 1 sind die Betriebsentlüftungsanschlüsse 2 als Nippel ausgebildet, die an außerhalb des Kraftstoffbehälters verlegte Betriebsentlüftungsleitungen 7 angeschlossen sind. In der Zeichnung sind zwei Betriebsentlüftungsanschlüsse 2 dargestellt, die jeweils an eine Betriebsentlüftungsleitung 7 angeschlossen sind. Die Betriebsentlüftungsleitungen 7 sind parallel zueinander jeweils in einem Siphon 8 bildend verlegt und auf der dem Kraftstoffbehälter 1 abgewandten Seite in dem oberen Bereich des Einfüllrohrs 4 an dieses angeschlossen. Der Anschluss der Betriebsentlüftungsleitungen 7 an das Einfüllrohr 4 befindet sich knapp unterhalb der Mündung eines in das Einfüllrohr 4 eingeschobenen Zapfventils 5, derart, dass ein Teilstrom des Kraftstoffs beim Betankungsvorgang in die Betriebsentlüftungsleitungen 7 gelangen kann. Gegebenenfalls ist hierzu eine entsprechende querschnittliche Ausgestaltung des Einfüllrohrs 4 in diesem Bereich erforderlich. Beispielsweise kann das Einfüllrohr 4 in dem Bereich des Anschlusses der Betriebsentlüftungsleitungen 7 eine Blende, eine trichterförmige Verengung oder im Querschnitt des Einfüllrohres angeordnete Strömungshindernisse aufweisen, so dass ein Eintritt von flüssigem Kraftstoff in die Betriebsentlüftungsleitungen 7 so gewährleistet ist, dass sich flüssiger Kraftstoff 8 in dem Siphon 8 ansammeln und die betreffende Betriebsentlüftungsleitung 7 verschließen kann.
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Der Querschnitt des Einfüllrohres 4 beträgt ein Vielfaches des Querschnitts der Betriebsentlüftungsleitungen 7. Die Querschnittsverhältnisse sind so eingestellt, dass eine wirkungsvolle Betankungsentlüftungsabschaltung und ein anschließendes Leerlaufen der Betriebsentlüftungsleitungen 7 gewährleistet ist.
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Bei der in 1 dargestellten Variante des Kraftstoffbehälters 1 ist auch der Betankungsentlüftungsanschluss 3 in Form einen einfachen Nippels ausgeführt, der über eine Betankungsentlüftungsleitung 9 an ein Umschaltventil 10 am Einfüllkopf des Einfüllrohres 4 angeschlossen ist. Dem Umschaltventil 10 ist ein Kraftstoff-Dampffilter 11 nachgeschaltet.
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Der Betankungsvorgang wird durch Einführen des Zapfventils 5 in das Einfüllrohr 4 eingeleitet. Sodann steigt der Kraftstoffspiegel im Kraftstoffbehälter 1 an. Dabei wird das oberhalb des Kraftstoffspiegels anstehende Gasvolumen aus dem Kraftstoffbehälter 1 verdrängt. Zu Beginn des Betankungsvorgangs hat sich flüssiger Kraftstoff in dem Siphon 8 der jeweiligen Betriebsentlüftungsleitung 7 gesammelt, so dass die Betriebsentlüftungsleitungen 7 für den verdrängten Gasvolumenstrom verschlossen sind. Dieser wird über die Betankungsentlüftungsleitung 9 und das Umschaltventil 10 dem Kraftstoff-Dampffilter 11 zugeführt. Dabei muss nicht der vollständige Gasvolumenstrom über das Kraftstoff-Dampffilter 11 geführt werden, ein Teil kann durch das Einfüllrohr 4 rezirkuliert werden und/oder am Zapfventil 5 abgesaugt werden. Der Flüssigkeitsspiegel im Kraftstoffbehälter 1 steigt solange an, bis dieser den Nippel bzw. den Betankungsentlüftungsanschluss 3 benetzt/verschließt. Der Betankungsentlüftungsanschluss 3 ist im Niveau unterhalb der Betriebsentlüftungsanschlüsse 2 angeordnet. Ein Verschließen der Betankungsentlüftungsleitung 9 bewirkt einen Druckanstieg im Kraftstoffbehälter bei fortwährender Betankung mit der Folge, dass die Flüssigkeitssäule im Einfüllrohr 4 ansteigt, bis diese an das Zapfventil 5 gelangt und dort eine Abschaltung des Zapfventils 5 bewirkt. Nach Entfernen des Zapfventils 5 aus dem Mündungsbereich des Einfüllrohrs 4 wird dieses mit einem Verschlussdeckel verschlossen. Das Zapfventil 5 betätigt dabei das Umschaltventil 10. In dem zuvor beschriebenen Fall wird das Umschaltventil freigegeben, so dass der Betankungsentlüftungspfad verschlossen ist. Die Betriebsentlüftungsleitungen 7 kommunizieren über das Einfüllrohr 4, und das Umschaltventil 10 mit dem Kraftstoff-Dampffilter 11, wobei das Einfüllrohr 4 als Flüssigkeitsfalle für die bei der Betankungsentlüftung mitgerissenen Kraftstoffpartikel (liquid carry over) dient.
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Unmittelbar nach Beendung des Betankungsvorgangs steht in dem Siphon 8 der Betriebsentlüftungsleitung 7 noch flüssiger Kraftstoff. Bei Entnahme von Kraftstoff aus dem Kraftstoffbehälter 1 durch den Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Flüssigkeitsspiegel in dem Einfüllrohr 4 absinken. In gleichem Maße wird der flüssige Kraftstoff, der sich in dem Siphon 8 der Betriebsentlüftungsleitungen 7 gesammelt hat, mit dem im Einfüllrohr 4 fallenden Flüssigkeitsspiegel aus den Betriebsentlüftungsleitungen 7 abgezogen, so dass schlussendlich der Weg vom Betriebsentlüftungsanschluss 2 über die Betriebsentlüftungsleitung 7 durch das Einfüllrohr 4 an das Kraftstoff-Dampffilter 11 beim Betrieb des Kfz drucklos offen ist. Das Umschaltventil 11 umfasst einen Schwimmerkörper, der die Rollover-Funktion/Überschlagsicherung zum Absperren des Pfades an das Kraftstoff-Dampffilter 11 im Überschlagfall sicherstellt.
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Die in 2 dargestellte Variante des Kraftstoffbehälters 1 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Variante des Kraftstoffbehälters dahingehend, dass der Betankungsentlüftungsanschluss 3 ein Betankungsentlüftungsventil 12 mit einem als Schwimmerkörper ausgebildeten Ventilkörper umfasst. Darüber hinaus ist am Einfüllkopf, d. h. am einfüllseitigen Ende des Einfüllrohres 4 lediglich ein Ausperlbehälter 13 ohne Schaltfunktion mit einem Rollover-Ventil vorgesehen. Im übrigen ist die Funktionsweise des Entlüftungssystems an dem in 2 dargestellten Kraftstoffbehälter entsprechend der Funktionsweise des in 1 dargestellten Kraftstoffbehälters.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Kraftstoffbehälter
- 2
- Betriebsentlüftungsanschluss
- 3
- Betankungsentlüftungsanschluss
- 4
- Einfüllrohr
- 5
- Zapfventil
- 6
- Rückschlagklappe
- 7
- Betriebsentlüftungsleitung
- 8
- Siphon
- 9
- Betankungsentlüftungsleitung
- 10
- Umschaltventil
- 11
- Kraftstoff-Dampffilter
- 12
- Betankungsentlüftungsventil
- 13
- Ausperlbehälter
