DE102012110063A1

DE102012110063A1 - Filteranordnung für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters

Info

Publication number: DE102012110063A1
Application number: DE102012110063.2A
Authority: DE
Inventors: Andreas Menke
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2012-10-22
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-04-24
Also published as: US9347404B2; US20140109879A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters (2) mit mindestens einem Gehäuse (20), das zumindest eine tankseitige Kraftstoffdampfeintrittsöffnung (22), eine motorseitige Kraftstoffdampfaustrittsöffnung (26) und eine Atmosphärenöffnung (24) aufweist und mindestens einen ersten Adsorptionsbereich (32) besitzt, wobei mindestens vor der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung (26) ein weiterer, zweiter Adsorptionsbereich (34) vorgesehen ist, der eine wesentlich niedrigere Aufnahmekapazität aufweist, als der in Strömungsrichtung zur Atmosphärenöffnung (24) hin gelegene erste Adsorptionsbereich (32).

Description

Die Erfindung betrifft eine Filteranordnung für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters mit mindestens einem Gehäuse, das zumindest eine tankseitige Kraftstoffdampfeintrittsöffnung, eine motorseitige Kraftstoffdampfaustrittsöffnung und eine Atmosphärenöffnung aufweist und mindestens einen ersten Adsorptionsbereich besitzt.
Derartige Filteranordnungen sind in der Kfz-Industrie hinlänglich bekannt und werden insbesondere in Tankentlüftungssystemen zur Reduzierung von Verdunstungsemissionen eingesetzt. Derartige Emissionen können beispielsweise dadurch entstehen, dass Kraftstoffdampf durch hohe Temperaturwechsel im Tagesverlauf erzeugt wird. Auch ist es möglich, dass nach einer Fahrt mit hoher Geschwindigkeit die Wärme des Motors zum Kraftstofftank geleitet wird und auf diese Weise Kraftstoffdampf erzeugt wird. Natürlich entsteht auch bei der Befüllung mit Kraftstoff Kraftstoffdampf. Damit nun der Kraftstoffdampf nicht an die Atmosphäre abgegeben wird, wird der Kraftstoffdampf über eine tankseitige Kraftstoffdampfeintrittsöffnung der Filteranordnung zugeführt und durchströmt auf dem Weg zur Atmosphärenöffnung das mit Adsorbenzien gefüllte Gehäuse, wobei die Adsorbenzien, die im Kraftstoffdampf befindlichen Kohlenwasserstoff-Moleküle adsorbieren. Dementsprechend kann gereinigte Luft die Filteranordnung über die Atmosphärenöffnung verlassen. Um nun die Filteranordnung wieder zu reinigen bzw. zu entleeren, wird über eine Ventilanordnung im mit Kraftstoff betriebenen Fahrbetrieb eine motorseitige Kraftstoffdampfaustrittsöffnung geöffnet, wobei an dieser Öffnung ein Unterdruck anliegt, der gewährleistet, dass Umgebungsluft über die Atmosphärenöffnung der Filteranordnung zugeführt wird und beim Durchströmvorgang durch den oder die Adsorptionsbereiche die angelagerten Kohlenwasserstoff-Moleküle wieder löst und der Verbrennungsluft für eine nachfolgende Verbrennung zuführt.
Eine Vielzahl von Druckschriften beschäftigt sich nun mit der Optimierung der Kraftstoffdampf-Adsorption, wobei als Hauptproblem ein zu hohes Druckgefälle von der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung zur Atmosphärenöffnung wahrgenommen wurde. Um den Adsorbtionsvorgang nun zu verbessern, ist es beispielsweise aus der US 6,540,815 B1 bekannt, in dem Gehäuse einer Filteranordnung verschiedene Adsorptionsbereiche vorzusehen, wobei die Adsorptionskapazität in Strömungsrichtung gesehen von der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung zur Atmosphärenöffnung hin immer weiter abnimmt. Das heißt, an der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung bzw. Kraftstoffdampfaustrittsöffnung liegt ein Adsorptionsbereich vor, der eine sehr hohe Aufnahmekapazität aufweist und an der Atmosphärenöffnung liegt ein Adsorptionsbereich mit einer sehr geringen Aufnahmekapazität vor.
Obwohl eine derartig ausgebildete Filteranordnung bei der Aufnahme von gasförmigen Kohlenwasserstoff-Molekülen gute Ergebnisse liefert, ist es insbesondere vor dem Hintergrund der Entwicklung hochmodernder Brennkraftmaschinen bzw. Hybridmotoren problematisch geworden, den Spülvorgang der Filteranordnung optimal zu steuern. So sind beispielsweise bei Hybridmotoren die Einsatzzeiten für einen derartigen Spülvorgang aufgrund der Abschaltung der Brennkraftmaschine äußerst begrenzt. Darüber hinaus werden alle Motorenarten hinsichtlich des Kraftstoff-Luft-Gemisches immer genauer angesteuert, was zu einem großen steuerungstechnischen Aufwand des Spülvorganges führt, um ein zu mageres oder zu fettes Kraftstoffgemisch zu vermeiden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Filteranordnung bereitzustellen, die auf einfache und kostengünstige Weise die Regelung des Verbrennungsmotors beim Spülvorgang der Filteranordnung unterstützt bzw. gewährleistet.
Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass mindestens vor der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung ein weiterer, zweiter Adsorptionsbereich vorgesehen ist, der eine wesentlich niedrigere Aufnahmekapazität aufweist als der in Strömungsrichtung zur Atmosphärenöffnung hin gelegene erste Adsorptionsbereich. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass beim Spülvorgang zunächst ein sehr sanfter Konzentrationsanstieg von Kohlenwasserstoff-Molekülen im an der motorseitigen Kraftstoffdampfaustrittsöffnung vorliegenden Kraftstoffdampf zu verzeichnen ist, wodurch die Regelung des Verbrennungsmotors beim Spülvorgang insbesondere bei sehr kurzen Spülintervallen wesentlich erleichtert wird. In vorteilhafter Weise nimmt der zweite Adsorptionsbereich 5%–15%, bevorzugt 10%, des Gesamtvolumens des Gehäuses ein.
Erfindungsgemäß liegt also, im Gegensatz zur US 6,540,815 B1 , an der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung ein Adsorptionsbereich vor der eine sehr geringe Aufnahmekapazität aufweist, und an der Atmosphärenöffnung liegt ein Adsorptionsbereich mit einer sehr hohen Aufnahmekapazität vor.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist der zweite Adsorptionsbereich auch vor der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung vorgesehen, wobei das der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis größer ist, als das der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis. Hierbei hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn das der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis in etwa doppelt so groß ist wie das der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis. Es konnte nämlich festgestellt werden, dass beim Spülvorgang zunächst lediglich der der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung nahe Bereich aktiv von der Luft durchspült wird und von der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung entlegene Bereiche lediglich durch die Fusion an der Desorption teilnehmen. Durch die vorgenannte Maßnahme wird der Bereich des zweiten Adsorptionsbereiches, der an der aktiven Spülung teilnimmt, wesentlich vergrößert.
In einer ersten besonderen Ausführungsform ist für alle Adsorptionsbereiche Aktivkohle als Adsorbens einsetzbar, wobei das Adsorbens des zweiten Adsorptionsbereiches eine wesentlich geringere spezifische Arbeitskapazität als das Adsorbens des ersten Adsorptionsbereiches aufweist.
Alternativ kann natürlich auch vorgesehen sein, dass als Adsorbens des zweiten Adsorptionsbereiches ein anderer Adsorbens, wie zum Beispiel Bruchkohle, einsetzbar ist, während alle weiteren Adsorptionsbereiche Aktivkohle als Adsorbens vorsehen.
Die Erfindung wird näher anhand der Zeichnung erläutert, hierbei zeigt:
1 eine schematische Ansicht einer Brennkraftmaschine mit Tankentlüftung, und
2 eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Filteranordnung.
1 zeigt einen Kraftstoffbehälter bzw. Tank 2, der zum Teil mit kohlenwasserstoffhaltigem Kraftstoff 4 gefüllt ist. Das oberhalb des Kraftstoffvolumens befindliche Tankvolumen wird von leichtflüchtigen Kohlenwasserstoffen eingenommen und stellt somit ein kohlenwasserstoffhaltiges Gas 6 dar. Der Kraftstoff 4 wird auf bekannte Weise über eine Versorgungsleitung 8 vom Kraftstoffbehälter 2 zu einer Brennkraftmaschine 10 gefördert. Ein von der Brennkraftmaschine 10 erzeugtes Abgas wird über einen Katalysator 12 und einen Schalldämpfer 14 an die Umgebung abgegeben.
Damit über eine Tankentlüftung die leichtflüssigen Kohlenwasserstoffe als Kraftstoffdampf nicht in die Atmosphäre gelangen können, ist eine Filteranordnung 18 vorgesehen. Die Filteranordnung 18 weist ein Gehäuse 20 auf, das über eine tankseitige Kraftstoffdampfeintrittsöffnung 22 mit dem Kraftstoffbehälter 2 verbunden ist. Des Weiteren, wie noch näher unter 2 erläutert, weist das Gehäuse 20 eine Atmosphärenöffnung 24 sowie eine motorseitige Kraftstoffdampfaustrittsöffnung 26 auf. Die Kraftstoffdampfaustrittsöffnung 26 ist wiederum auf bekannte Weise über ein Regenerationsventil 28 derart mit der Brennkraftmaschine 10 verbunden, dass beim sogenannten Spülvorgang Kraftstoffdampf dem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine 10 zugeführt werden kann. Des Weiteren ist auf bekannte Weise eine Motorsteuerung 30 vorgesehen, die unter anderem den Spülvorgang regelt und damit den Verbrennungsprozess optimiert.
2 zeigt nun eine schematische Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Filteranordnung 18, die im Wesentlichen zwei Absorptionsbereiche 32, 34 aufweist. Dabei ist ein erster Absorptionsbereich 32 vorgesehen, dem sich in Strömungsrichtung zur Kraftstoffdampfaustrittsöffnung 26 hin gesehen ein zweiter Adsorptionsbereich 34 anschließt. Dieser zweite Adsorptionsbereich 34 weist eine wesentlich geringere Aufnahmekapazität auf als der erste Adsorptionsbereich 32. Um einen einfachen Aufbau der Filteranordnung 18 zu gewährleisten, ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel auch vor der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung 22 der zweite Adsorptionsbereich 34 vorgesehen.
Im vorliegenden Ausführungsbeispiel nimmt der zweite Adsorptionsbereich 34 etwa 10 % des Gesamtvolumens des Gehäuses 20 der Filteranordnung 18 ein. Des Weiteren ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel sowohl für den ersten Adsorptionsbereich 32 als auch den zweiten Adsorptionsbereich 34 Aktivkohle als Adsorbens ausgewählt. Es sollte deutlich sein, dass jedoch auch andere Füllstoffe als Adsorbens ausgewählt werden können. Insbesondere ist es denkbar, für den zweiten Adsorptionsbereich Bruchkohle auszuwählen, die in vorteilhafter Weise zusätzlich zur geringeren Aufnahmekapazität dämpfend auf den Spülstrom wirkt, und somit einen geringeren Konzentrationsanstieg von Kohlenwasserstoff-Molekülen an der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung 26 zur Folge hat. Auch ist es natürlich denkbar, dass weitere Adsorptionsbereiche in Richtung der Atmosphärenöffnung 24, wie auch in der US 6,540,815 B1 dargestellt, vorgesehen sind. Mit H ist hier die Höhe der Filteranordnung 18 bezeichnet, wobei im vorliegenden Ausführungsbeispiel der erste Adsorptionsbereich 32 9/10 und der zweite Adsorptionsbereich 34 1/10 des mit Aktivkohle gefüllten Bereiches der Filteranordnung 18 einnimmt.
Des Weiteren ist schematisch durch die Bezugszeichen 34.1 und 34.2 dargestellt, dass das der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung 26 zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis 34.2 in etwa doppelt so groß ist wie das der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung 22 zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis 34.1. Die unterschiedlichen Volumen/Flächen-Verhältnisse 34.1 und 34.2 werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel durch ein Trennelement 36 gewährleistet. Hierdurch ist gewährleistet, dass ein wesentlich größerer Bereich des zweiten Adsorptionsbereiches 34 an der aktiven Durchströmung beim Spülvorgang teilnimmt. Je tiefer das Trennelement 36 hineinragt in den zweiten Adsorptionsbereich 34, d.h. je länger es ist, desto größer ist die Pufferwirkung. Beim Spülvorgang werden nun zunächst die Kohlenwasserstoff-Moleküle aus dem zweiten Adsorptionsbereich 34 desorbiert, was zu einem sehr gemäßigten Anstieg der Konzentration des Kraftstoffdampfes führt. Erst zu einem späteren Zeitpunkt des Spülvorganges, wenn die Kohlenwasserstoff-Moleküle aus dem übrigen Adsorptionsbereich 32 oder wenn weitere Adsorptionsbereiche vorhanden sind, aus den übrigen Adsorptionsbereichen desorbiert werden, steigt die der Brennkraftmaschine 10 zugeführte Menge an Kohlwasserstoff-Molekülen. Auf diese Weise ist eine reduzierte Zufuhr an Kohlenwasserstoff-Molekülen temporär, vor allem bei kurzen Spülvorgängen, auf einfache und kostengünstige Weise möglich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6540815 B1 [0003, 0007, 0017]

Claims

Filteranordnung für eine Tankentlüftung eines Kraftstoffbehälters (2) mit mindestens einem Gehäuse (20), das zumindest eine tankseitige Kraftstoffdampfeintrittsöffnung (22), eine motorseitige Kraftstoffdampfaustrittsöffnung (26) und eine Atmosphärenöffnung (24) aufweist und mindestens einen ersten Adsorptionsbereich (32) besitzt, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens vor der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung (26) ein weiterer, zweiter Adsorptionsbereich (34) vorgesehen ist, der eine wesentlich niedrigere Aufnahmekapazität aufweist, als der in Strömungsrichtung zur Atmosphärenöffnung (24) hin gelegene erste Adsorptionsbereich (32).
Filteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Adsorptionsbereich (34) 5%–15%, bevorzugt 10%, des Gesamtvolumens des Gehäuses (20) einnimmt.
Filteranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Adsorptionsbereich (34) auch vor der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung (22) vorgesehen ist, wobei das der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung (26) zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis (34.2) größer ist, als das der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung (22) zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis (34.1).
Filteranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das der Kraftstoffdampfaustrittsöffnung (26) zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis (34.2) in etwa doppelt so groß ist wie das der Kraftstoffdampfeintrittsöffnung (22) zugeordnete Volumen/Flächen-Verhältnis (34.1).
Filteranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für alle Adsorptionsbereiche (32, 34) Aktivkohle als Adsorbens einsetzbar ist, wobei das Adsorbens des zweiten Adsorptionsbereiches (34) eine wesentlich geringere spezifische Arbeitskapazität als das Adsorbens des ersten Adsorptionsbereiches (32) aufweist.
Filteranordnung nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass als Adsorbens des zweiten Adsorptionsbereiches (34) ein anderer Adsorbens, wie zum Beispiel Bruchkohle, einsetzbar ist, während alle weiteren Adsorptionsbereiche (32) Aktivkohle als Adsorbens vorsehen.