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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Adsorptionseinheit für die Adsorption von Treibstoffdämpfen in einer Tankentlüftung eines Treibstofftanks, eine Durchbrucheinheit für eine derartige Adsorptionseinheit sowie ein Verfahren für die Erkennung eines Durchbruchs einer Adsorptionseinheit.
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Es ist bekannt, dass Fahrzeuge mit Brennkraftmaschinen einen Tank aufweisen, in welchem der Treibstoff gelagert wird. Je nach den Umgebungsbedingungen, insbesondere je nach Außentemperatur, kann ein Verdunsten des Treibstoffs innerhalb des Tanks zu einer Überdrucksituation im Tank führen. Um sicherzustellen, dass eine Beschädigung des Tanks durch einen solchen Überdruck vermieden wird, sind bei modernen Fahrzeugen Tankentlüftungen vorgesehen, die als Entlüftungsmöglichkeit diesen Innendruck abbauen. Jedoch ist es aus gesetzlichen Bestimmungen notwendig, das Austreten von Treibstoffdämpfen zu verhindern. Hierfür ist bekannterweise in der Tankentlüftung üblich eine Adsorptionseinheit eingesetzt, in welcher in einem Adsorptionsbehälter Adsorptionsmaterial die Treibstoffdämpfe beim Durchdringen dieses Materials adsorbiert. Am anderen Austrittsende des Adsorptionsbehälters kann nun dementsprechend ein Druckausgleich ohne das Austreten von Treibstoffdämpfen für die Tankentlüftung zur Verfügung gestellt werden. Gleichzeitig muss eine solche Adsorptionseinheit regelmäßig rückgespült werden, um die Beladung mit den Treibstoffdämpfen wieder zu reduzieren, damit die Funktion über einen langen Einsatzzeitraum gewährleistet werden kann. Hierfür ist es üblicherweise notwendig, die Beladung bzw. den Beladungszustand der Adsorptionseinheit zu kennen bzw. den Durchbruch, also die vollständige Beladung des Adsorptionsmaterials, zu erkennen. Hierfür kann zum Beispiel ein Temperatursensor eingesetzt werden, welcher die Temperatur im Adsorptionsmaterial des Adsorptionsbehälters überwacht und dort durch die exotherme Reaktion und den damit einhergehenden Temperaturanstieg am jeweiligen Ort des Temperatursensors den Beginn bzw. das Ende der Beladung an dieser Position messbar machen kann.
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Nachteilhaft bei den bekannten Adsorptionseinheiten ist es, dass diese hinsichtlich ihrer Funktionssicherheit abhängig sind von der Genauigkeit der Temperaturbestimmung. Da häufig in modernen Adsorptionseinheiten für eine verbesserte Regeneration des Adsorptionsmaterials Heizelemente eingesetzt werden, welche ein Aufheizen des Adsorptionsmaterials ermöglichen, kann es vorkommen, dass die Temperatur mit dem Heizelement verschwimmt und damit nicht mehr eindeutig eine Aussage über den tatsächlichen Beladungszustand bzw. den tatsächlichen Durchbruchszustand möglich wird.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, in kostengünstiger und einfacher Weise die Signifikanz bei der Erkennung des Durchbruchs zu verbessern, insbesondere auch wenn ein Heizelement für den Adsorptionsbehälter eingesetzt wird.
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Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Adsorptionseinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 1, eine Durchbrucheinheit mit den Merkmalen des Anspruchs 9 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Durchbrucheinheit sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, so dass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Eine erfindungsgemäße Adsorptionseinheit dient der Adsorption von Treibstoffdämpfen in einer Tankentlüftung eines Treibstofftanks. Hierfür weist die Adsorptionseinheit einen Adsorptionsbehälter auf, welcher zumindest teilweise mit Adsorptionsmaterial gefüllt ist. Darüber hinaus weist der Adsorptionsbehälter einen Frischluftanschluss, einen Tankanschluss und einen Spülanschluss auf, wobei an dem Frischluftanschluss eine Frischluftleitung angeschlossen ist. Eine erfindungsgemäße Adsorptionseinheit zeichnet sich dadurch aus, dass in der Frischluftleitung ein Durchbruchbehälter angeordnet ist, welcher zumindest teilweise mit Adsorptionsmaterial gefüllt ist. Der Durchbruchbehälter weist darüber hinaus einen Temperatursensor auf für die Überwachung der Temperatur des Adsorptionsmaterials im Durchbruchbehälter.
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Erfindungsgemäß ist also ein bekannter Adsorptionsbehälter vorgesehen, welcher über diverse Anschlüsse die Funktion des Rückhaltens von Treibstoffdämpfen in der Tankentlüftung zur Verfügung stellen kann. Über den Tankanschluss ist eine fluidkommunizierende Verbindung zwischen dem Treibstofftank und dem Adsorptionsbehälter herstellbar. Über den Frischluftanschluss kann das Innenvolumen des Adsorptionsbehälters mit der Umgebung eines Fahrzeugs bzw. mit der Umgebung des Tanks in fluidkommunizierende Verbindung gebracht werden, um auf diese Weise einen Druckausgleich für den Treibstofftank herzustellen. Das bedeutet, dass Treibstoffdämpfe, welche bei einer Erhöhung des Innendrucks durch Verdampfen auftreten können, ausschließlich durch den Adsorptionsbehälter und darin durch ein Durchdringen des Adsorptionsmaterials in die Umgebung des Treibstofftanks gelangen können. Aufgrund der Tatsache, dass das Adsorptionsmaterial die Treibstoffdämpfe adsorbiert, werden die Treibstoffdämpfe während des Druckausgleichs auf diese Weise zurückgehalten. Zusätzlich ist ein Spülanschluss vorgesehen, welcher zum Beispiel zum Verbrennungsmotor des Fahrzeugs führen kann. Für eine Regeneration, also ein Desorbieren des Adsorptionsmaterials, kann nun Frischluft von außen über den Frischluftanschluss angesaugt werden, und auf der Seite des Spülanschlusses diese Frischluft nach dem Durchdringen des Adsorptionsmaterials in Richtung des Motors abgesaugt werden. Dies führt zu einer Desorption, welche durch die später noch beschriebene Verwendung eines Heizelements noch weiter verbessert bzw. beschleunigt werden kann.
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Erfindungsgemäß ist nun separat vom Adsorptionsbehälter ein Durchbruchbehälter vorgesehen. Dieser ist in der Frischluftleitung angeordnet. Das bedeutet, dass ein Teil der Frischluftleitung durch den Durchbruchbehälter gebildet wird, so dass Gase bzw. Fluide, welche durch die Frischluftleitung gefördert werden bzw. strömen, zwingend durch den Durchbruchbehälter hindurchströmen müssen. Solche Gase durchströmen dementsprechend auch zwingend das Adsorptionsmaterial im Durchbruchbehälter. Ein Temperatursensor dient dazu, die durch die exotherme Reaktion dieser Adsorption im Durchbruchbehälter entstehenden Temperaturanstiege erkennbar zu machen, und ein entsprechendes Ausgangssignal bzw. Temperatursignal zu liefern.
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Erfindungsgemäß ist somit die Durchbrucherkennung unabhängig von der tatsächlichen Funktion der Adsorption im Adsorptionsbehälter. Somit ist auch die Temperaturerkennung unabhängig von der Temperatur innerhalb des Adsorptionsbehälters. Der Adsorptionsbehälter dient der Hauptfunktion der Sicherung gegen ein Austreten der Treibstoffdämpfe. Der Durchbruchbehälter kann dementsprechend sehr klein ausgeführt werden, da eine Adsorption dort erst erfolgt, wenn der Adsorptionsbehälter vollständig hinsichtlich einer Beladung des Adsorptionsmaterials gefüllt ist. Zu diesem Zeitpunkt erfolgt nun eine Adsorption auch im Adsorptionsmaterial des Durchbruchbehälters, so dass hier unabhängig vom Adsorptionsbehälter der Temperaturanstieg wahrgenommen werden kann. Dies führt dazu, dass darüber hinaus eine Temperaturunabhängigkeit zwischen Adsorptionsbehälter und Durchbruchbehälter entsteht. Die Verwendung von Heizelementen oder anderen temperaturbeeinflussenden Bauteilen im Adsorptionsbehälter ist dementsprechend vollständig unabhängig von der Temperaturerkennung innerhalb des Durchbruchbehälters mittels des Temperatursensors.
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Erfindungsgemäß können damit zum Beispiel ein oder mehrere Heizelemente im Adsorptionsbehälter eingesetzt werden, ohne die Durchbrucherkennungswahrscheinlichkeit negativ zu beeinflussen.
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Es kann von Vorteil sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit der Durchbruchbehälter kleiner ausgebildet ist als der Adsorptionsbehälter, insbesondere weniger als halb so groß. Bevorzugt ist ein deutlich stärkerer Größenunterschied, so dass der Durchbruchbehälter vorzugsweise nur weniger als 20 % der Größe des Adsorptionsbehälters, besonders bevorzugt weniger als 10 % der Größe des Adsorptionsbehälters aufweist. Die Größe der beiden Behälter bezieht sich dabei auf das Innenvolumen, welches durch Adsorptionsmaterial ausgefüllt werden kann. Damit kann das Gesamtsystem der Adsorptionseinheit hinsichtlich des notwendigen Bauraums und auch hinsichtlich des notwendigen Gewichts deutlich reduziert werden. Dies ist möglich, da der Durchbruchbehälter im Wesentlichen ausschließlich für die Funktionalität der Durchbrucherkennung und nicht für die tatsächliche Funktionssicherheit der Adsorption der Treibstoffdämpfe zur Verfügung gestellt wird. Ein weiterer Vorteil dieser Ausführungsform ist es, dass unterschiedliche Adsorptionsmaterialien eingesetzt werden können, welche dementsprechend auch in unterschiedlichen Mengen benötigt sind.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit im Durchbruchbehälter und im Adsorptionsbehälter das gleiche Adsorptionsmaterial eingefüllt ist. Damit kann in kostengünstiger und einfacher Weise die Komplexität der Adsorptionseinheit deutlich reduziert werden. Auch ist es möglich, dass in beiden Behältern Temperatursensoren eingesetzt werden, welche mit einer gemeinsamen Steuerung korrelieren, da die Beladungsüberwachung auch im normalen Betrieb dem Beladungszustand im Adsorptionsbehälter regeln kann bzw. erkennen kann. Das Verwenden gleichen Adsorptionsmaterials führt dazu, dass den unterschiedlichen Regelungen auch die gleiche Temperaturkennlinie aufgrund der gleichen exothermen chemischen Adsorptionsbedingungen in beiden Behältern zugrunde gelegt werden kann.
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Ebenfalls von Vorteil kann es sein, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit das Adsorptionsmaterial in dem Durchbruchbehälter eine höhere Beladungsfähigkeit aufweist als das Adsorptionsmaterial in dem Adsorptionsbehälter. Das bedeutet, dass unterschiedliche Adsorptionsmaterialien eingesetzt werden. Mit anderen Worten ist das Adsorptionsmaterial im Durchbruchbehälter mit einer höheren Wirksamkeit für die Adsorption versehen, so dass damit eine verstärkte Reserve auch bei kleinem Bauraum des Durchbruchbehälters ermöglicht wird. Ein entsprechend teureres Material für eine solche hohe Beladungsfähigkeit kann auch ohne hohen Kosteneinsatz im Durchbruchbehälter eingesetzt werden, da dort nur eine deutlich geringere Menge des Materials im Vergleich zur notwendigen Menge im Adsorptionsbehälter benötigt wird.
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Weiter ist es von Vorteil, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit der Durchbruchbehälter angrenzend, insbesondere direkt angrenzend, an den Frischluftanschluss angeordnet ist. Bevorzugt bildet der Durchbruchbehälter damit das Ende der Frischluftleitung aus, welches in direkten fluidkommunizierenden Kontakt mit dem Frischluftanschluss treten kann bzw. tritt. Das führt dazu, dass eine geringere zeitliche Verzögerung des Durchbruchs bzw. der Durchbrucherkennung zur Verfügung gestellt wird. Auch wird der Platzbedarf deutlich reduziert. Nicht zuletzt wird auf diese Weise ein Totraum zwischen dem Durchbruchbehälter und dem Frischluftanschluss reduziert bzw. vorteilhafterweise sogar gänzlich vermieden.
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Vorteilhaft ist es weiter, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit der Adsorptionsbehälter eine Heizvorrichtung für ein Aufheizen des Adsorptionsmaterials im Adsorptionsbehälter aufweist. Wie bereits einleitend erläutert worden ist, kann diese Heizvorrichtung die endotherme Reaktion der Desorption und damit den Vorgang der Regeneration des Adsorptionsmaterials verbessern und vor allem beschleunigen. Der Spülvorgang bzw. der Regenerationsvorgang wird dementsprechend schneller durchgeführt werden können. Auch kann eine stärkere Desorption und damit eine höhere Beladungsfähigkeit im Anschluss an den Desorptionsvorgang auf diese Weise zur Verfügung gestellt werden. Eine solche Heizvorrichtung ist insbesondere eine elektrische Heizvorrichtung, so dass zum Beispiel ein PTC-Widerstandsheizelement einsetzbar ist. Bevorzugt ist diese Heizvorrichtung angrenzend oder im Wesentlichen angrenzend an den Frischluftanschluss innerhalb des Adsorptionsbehälters angeordnet. Beim Rückspülen bzw. Regenerieren dreht sich die Durchströmungsrichtung des Adsorptionsmaterials im Adsorptionsbehälter um. Das bedeutet, dass der Frischluftanschluss der Einströmpunkt der unbeladenen Frischluft von außen ist. Somit kann erzeugte Wärme an dieser Position nicht nur durch Wärmeleitung, sondern mittels der durchströmenden Luft auch durch Wärmekonvektion im weiteren Verlauf zur Desorption in das Adsorptionsmaterial eingetragen werden.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit der Durchbruchbehälter thermische Isoliermittel aufweist für eine thermische Isolierung gegen den Adsorptionsbehälter. Dies ist insbesondere bei einer Ausführungsform gemäß dem voranstehenden Absatz sinnvoll, um eine thermische Abgrenzung der beiden Behälter voneinander zu ermöglichen. Solche thermischen Isoliermittel können zum Beispiel als Isoliermantel oder als Isolierschicht ausgebildet sein. Dabei kann es ausreichen, wenn ausschließlich ein Kontaktierungsabschnitt des Durchbruchbehälters mit einem entsprechenden Isoliermittel versehen ist. So kann trotz der Verwendung von starken Heizelementen innerhalb des Adsorptionsbehälters eine verstärkte bzw. verbesserte isolierende bzw. thermische Trennung zwischen den beiden Behältern die Funktionssicherheit der Durchbruchserkennung verbessern.
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Vorteilhaft ist es ebenfalls, wenn bei einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit eine Kontrolleinheit vorgesehen ist für den Empfang von Temperatursignalen vom Temperatursensor und für das Erzeugen von Ausgangssignalen in Abhängigkeit von den empfangenen Temperatursignalen. Das bedeutet, dass in der Kontrolleinheit die tatsächliche Auswertung bzw. Interpretation der Temperatursignale erfolgt. So kann von dort eine regelmäßige, kontinuierliche, semikontinuierliche oder auch punktuelle Überwachung in Form von einzelnen Messungen koordiniert werden. Die Temperatursignale, welche zum Beispiel in Form von Spannungswerten in der Kontrolleinheit eingehen, können dort interpretiert werden, indem sie zum Beispiel mit einer entsprechenden Temperaturkennlinie des jeweiligen Adsorptionsmaterials im Durchbruchbehälter verglichen werden. Anschließend kann ein Ausgangssignal, zum Beispiel an eine Motorsteuerung oder eine Ventilsteuerung erfolgen, um den Normalbetrieb des Adsorptionsbehälters beizubehalten oder in einen Regenerationsbetrieb, wie er bereits erläutert worden ist, umzuschalten.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Durchbrucheinheit, aufweisend einen Durchbruchbehälter, welcher zumindest teilweise mit Adsorptionsmaterial gefüllt ist und einen Temperatursensor aufweist für die Überwachung der Temperatur des Adsorptionsmaterials im Durchbruchbehälter. Durch die Anwendung einer solchen Durchbrucheinheit und die Ausbildung für eine erfindungsgemäße Adsorptionseinheit bringt eine erfindungsgemäße Durchbrucheinheit die gleichen Vorteile mit sich, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Adsorptionseinheit erläutert worden sind. Eine solche Durchbrucheinheit kann auch als separates Ersatzteil zur Verfügung gestellt werden, so dass die Durchbrucheinheit vorzugsweise fluidkommunizierend ausgebildete Schnittstellen aufweist, um in der Frischluftleitung eingesetzt zu werden, bzw. diese Frischluftleitung zumindest teilweise ausbilden zu können.
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Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren für die Erkennung eines Durchbruchs einer Adsorptionseinheit, insbesondere gemäß der vorliegenden Erfindung, aufweisend die folgenden Schritte:
- – Überwachen der Temperatur im Adsorptionsmaterial in einem Durchbruchbehälter in einer Frischluftleitung der Adsorptionseinheit,
- – Erzeugen eines Durchbruchsignals bei Überschreitung eines vorgegebenen Schwellwertes für die überwachte Temperatur.
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Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Verfahrens für eine erfindungsgemäße Adsorptionseinheit werden die gleichen Vorteile erzielt, wie sie ausführlich mit Bezug auf eine erfindungsgemäße Adsorptionseinheit erläutert worden sind.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein. Es zeigen schematisch:
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1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit und
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2 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit.
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1 zeigt eine Darstellung einer erfindungsgemäßen Adsorptionseinheit 10. Diese ist hier mit einem Adsorptionsbehälter 20 versehen, welcher in zwei voneinander zumindest abschnittsweise separierten Kammern Adsorptionsmaterial 22 aufweist. Aus einem Tank 100 ist mittels einer Tankentlüftung 110 ein fluidkommunizierender Kontakt zwischen dem Treibstofftank 100 und dem Adsorptionsmaterial 22 im Adsorptionsbehälter 20 vorgesehen. Dieser ist über den Tankanschluss 26 gewährleistet.
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Am strömungstechnisch anderen Ende gesehen ist am Adsorptionsbehälter 20 ein Frischluftanschluss 24 vorgesehen, welcher in fluidkommunizierender Verbindung mit einer Frischluftleitung 30 steht. Die Frischluftleitung weist in ihrem Verlauf einen Durchbruchbehälter 40 auf, welcher Teil einer entsprechenden Durchbrucheinheit 200 ist. Der Durchbruchbehälter 40 ist ebenfalls mit einem Adsorptionsmaterial 42 gefüllt. Dort ist darüber hinaus ein Temperatursensor 44 angeordnet, um die Temperatur im Inneren des Durchbruchbehälters und damit im Inneren des Adsorptionsmaterials 42 zu überwachen.
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Alle Signale werden in einer Kontrolleinheit 50 gesammelt, die die Steuerung bzw. Regelung der Adsorptionseinheit 10 übernimmt. Nachfolgend wird kurz der Verlauf der Verwendung einer solchen Adsorptionseinheit 10 näher erläutert.
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Steigt die Außentemperatur an, so kann es zu Treibstoffverdunstung im Treibstofftank 100 kommen. Die Erhöhung des Drucks führt dazu, dass entlang der Tankentlüftung 110 Treibstoffdämpfe über den Tankanschluss 26 in den Adsorptionsbehälter 20 einströmen. Beim Durchströmen des Adsorptionsbehälters 20 adsorbiert der jeweilige Treibstoffdampf an dem Adsorptionsmaterial 42, so dass am Frischluftanschluss 24 im Normalbetrieb ein Gas unbeladen von Treibstoffdämpfen austritt. Über einen längeren Zeitraum belädt sich das Adsorptionsmaterial 22 im Adsorptionsbehälter 20 immer weiter, bis eine vollständige Beladung vorliegt. Zu diesem Zeitpunkt kann nun kein weiterer Treibstoffdampf mehr in dem Adsorptionsmaterial 22 aufgenommen werden. Dies führt dazu, dass nun auch am Frischluftanschluss 24 Treibstoffdämpfe entlangströmen und nun erstmals auch in die Durchbrucheinheit 22 und dort in das Adsorptionsmaterial 42 des Durchbruchbehälters 40 gelangen. Dies führt aufgrund der nun eintretenden exothermen Adsorption im Durchbruchbehälter 40 zu einer Erhöhung der Temperatur, welche durch den Temperatursensor 44 wahrgenommen wird. Ein entsprechendes Temperatursignal wird über eine Kommunikationsleitung an die Kontrolleinheit 50 gesendet, in welcher diese Temperaturerhöhung als Durchbruch des Adsorptionsbehälters 20 interpretiert wird. Nun kann die Kontrolleinheit 50 entsprechend auf einen Spülbetrieb umschalten und ein zugehöriges Ventil links oben in Richtung des Verbrennungsmotors öffnen. Durch einen entsprechenden Unterdruck im Verbrennungsmotor dreht sich nun die Strömungsrichtung um, so dass mithilfe der Frischluftleitung 30 Außenluft angesaugt wird und eine Desorption durch entsprechende Konzentrationsunterschiede zuerst im Durchbruchbehälter 40 und anschließend auch im Adsorptionsbehälter 20 durchführt. Bei dieser Desorption kann mittels der Kontrolleinheit 50 zusätzlich eine Heizvorrichtung 21, zum Beispiel durch Bestromung, eingeschaltet werden, um die endotherme Desorption zu unterstützen bzw. zu beschleunigen.
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Die 2 zeigt eine alternative Ausführungsform, welche grundsätzlich in gleicher Weise wie die Ausführungsform der 1 aufgebaut ist und betrieben werden kann. Jedoch ist hier der Adsorptionsbehälter mit einer einzigen Kammer ausgestattet, welche mit Adsorptionsmaterial 22 gefüllt ist. Darüber hinaus ist ein zusätzlicher Temperatursensor 44 vorgesehen, welcher nun bereits den Beladungszustand innerhalb des Adsorptionsbehälters 20 wahrnehmen kann und damit eine zusätzliche Information für die Kontrolleinheit 50 zur Verfügung stellt.
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Die voranstehende Erläuterung der Ausführungsformen beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Dementsprechend können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern technisch sinnvoll, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
