DE102018205989A1

DE102018205989A1 - Vorrichtung zur Entlüftung eines Kraftstofftanks

Info

Publication number: DE102018205989A1
Application number: DE102018205989.6A
Authority: DE
Inventors: Michael Brand
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2018-04-19
Filing date: 2018-04-19
Publication date: 2019-10-24

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (1) zur Entlüftung eines Kraftstofftanks (2) mit einem Speicher (3), in dem die in dem Kraftstofftank (2) frei werdenden Kraftstoffgase aufgefangen werden. Zur Regeneration des Speichers (3) wird Umgebungsluft (4) in den Speicher (3) eingeleitet und das entstehende Kraftstoffgas-Luftgemisch einem Saugrohr (5) einer Brennkraftmaschine (6) zugeführt. Hierzu ist der Speicher (3) durch eine Fluidleitung (7) mit einer Mischkammer (8) einer Strahlpumpe (9) verbunden, deren Treibstrahl (10) aus der zugeführten Umgebungsluft (4) ausschließlich durch den Druckunterschied in dem Saugrohr (5) gegenüber dem Umgebungsdruck ohne eine Ladeeinrichtung entsteht. Somit steht der erforderliche Ansaugunterdruck unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine (6) zur Verfügung, sodass eine effiziente Regeneration des Speichers (3) durchgeführt werden kann.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kraftstofftanks mit einem dem Kraftstofftank zugeordneten Speicher für Kraftstoffdampf, der mittels einer Fluidleitung mit einem Saugrohr einer Brennkraftmaschine, insbesondere ein Ottomotor im Benzin und/oder Gasbetrieb, verbunden ist, wobei in einer dem Ansaugrohr zugeordneten Luftzuführung eine Strahlpumpe mit einer Mischkammer für Umgebungsluft und Kraftstoffdampf derart angeordnet ist, dass der Treibstrahl der Strahlpumpe zur Erzeugung eines Ansaugunterdruckes in der Fluidleitung dient.
In einem Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges verdampfen in Abhängigkeit von den im Kraftstofftank herrschenden Druck- und Temperaturbedingungen sowie einer Zusammensetzung des Kraftstoffes flüchtige Substanzen, wie im Wesentlichen Kohlenwasserstoffe und in einem geringeren Anteil weitere flüchtige Komponenten. Aus Gründen des Umweltschutzes und der Sicherheit müssen diese Substanzen aufgefangen und dem Motor zur Verbrennung zugeführt werden.
Hierfür werden die flüchtigen Substanzen in der Regel mittels eines Filters absorbiert und zwischengespeichert. Zur Regenerierung bzw. Desorption des Filters werden die Substanzen mittels eines Fluidstroms - in der Regel Frischluft - abgesaugt und einem dem Verbrennungsmotor vorgeordneten Saugrohr zur Verbrennung zugeführt. Ein derartiges Tankentlüftungssystem ist beispielsweise aus der DE 10 2013 221 797 A1 bekannt.
Gewöhnlicherweise wird dazu ein passives System eingesetzt, in dem Unterdruck im Saugrohr gegenüber der Umgebung genutzt wird, um Frischluft durch einen Speicher für Kraftstoffdampf zuzuleiten, die dort den Kraftstoffdampf aufnimmt, und dann der Verbrennung zuzuführen.
Nachteilig dabei ist, dass bei geringem Unterdruck in dem Saugrohr der Brennkraftmaschine bei einer weit geöffneten Drosselklappe nicht genug Spülluft über den Filter angesaugt wird, um ihn zu regenerieren bzw. zu spülen. Ein solcher Fall tritt beispielsweise bei Brennkraftmaschinen im aufgeladenen Betrieb auf, da dann in der entsprechenden Sauganlage kaum Unterdruck herrscht.
Das Entlüften des Filters wird daher in Leerlaufphasen der Verbrennungskraftmaschine durchgeführt. So ist beispielsweise auch aus der US 5,005,550 A ein Turbolader mit einem Verdichter bekannt, wobei zwischen dem Verdichtereinlassrohr und dem Verdichterauslass parallel zum Verdichter eine Belüftungsvorrichtung angeordnet ist, die über eine Belüftungsleitung mit einem Kohlefilterbehälter, zu dessen Belüftung und zum Abtransport von Treibstoffgasen, verbunden ist.
Aus der DE 10 2010 064 240 A1 ist ein Tankentlüftungssystem mit einem Filter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus einem Kraftstofftank bekannt, wobei eine Förderpumpe dazu dient, eine Fluidströmung zum Regenerieren des Filters zu erzeugen.
Die DE 10 2016 210 570 A1 betrifft ein Tankentlüftungsmodul, welches mit einem Saugrohr verbunden ist. Dabei wird eine Venturidüse eingesetzt, deren Treibstrahl den Druckunterschied in dem Saugrohr vor und hinter einer Aufladungseinrichtung, beispielsweise einem Turbolader oder einem Kompressor, genutzt wird, um die Entlüftung des Tanks sowie eines Filters zu begünstigen.
Ein ähnliches Tankentlüftungssystem beschreibt auch bereits die DE 10 2011 084 403 A1 bei der die Venturi-Düse den Überdruck des Turboladers nutzt, um den erforderlichen Gasstrom zur Absaugung zu erzeugen.
Aus der DE 10 2011 054 851 A1 ist ein Tankentlüftungssystem eines Kraftfahrzeuges bekannt, dessen Dampffilter mit einem Saugrohr und mit einer Umgebungsleitung verbunden ist, wobei durch Entnahme eines Trägerstromes nach dem Verdichter eine Venturi-Düse betrieben wird. Auf diese Weise soll eine Spülung des Filters im aufgeladenen Betrieb der Brennkraftmaschine ermöglicht werden.
Ferner betrifft die DE 10 2011 086 946 A1 ein Entlüftungssystem für einen Kraftstofftank mit einem Filter zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank und einer fluidleitend zwischen dem Filter und einem Luftzuführsystem eines Verbrennungsmotors angeordneten Fördereinrichtung. Im Ladebetrieb des Verbrennungsmotors kann die Regeneration des Filters bei ausgeschalteter Fördereinrichtung mittels eines Venturi-Effektes erfolgen. Weiterhin kann der Filter im Saugbetrieb der Brennkraftmaschine durch den Saugrohrunterdruck über eine zweite Leitung ohne den Strömungswiderstand der Förderpumpe regeneriert werden.
Gemäß der DE 10 2011 084 539 B3 weist ein Turbolader eine Venturidüse auf, die zwischen dem Hochdruckausgangsbereich und dem Niederdruckeingangsbereich angeordnet ist und mit einem Filter zwecks dessen Entlüftung verbunden ist. Die Venturidüse ist mit einem Schubumluftventil verbunden, sodass die Entlüftung des Filters bei geöffnetem Schubumluftventil erfolgt.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass eine zuverlässige Zuführung des verdampfendem Kraftstoffes aus dem Speicher ohne eine zusätzliche Förderpumpe erreicht werden kann. Insbesondere soll eine zuverlässige Gaszuführung auch bei geringem Unterdruck in dem Saugrohr gegenüber der Umgebung realisiert werden.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Vorrichtung gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Vorrichtung vorgesehen, bei der die Luftzuführung das Saugrohr mit der Umgebung verbindet. Hierdurch wird erstmals unmittelbar die Druckdifferenz zwischen der freien Umgebung und dem Saugrohr der Brennkraftmaschine als Treibstrom genutzt, ohne dass hierzu eine Druckerhöhung, beispielsweise durch einen Lader, in der Luftzuführung erforderlich ist, wie dieser beim Stand der Technik aufgrund der durch den Lader erzeugten Druckdifferenz beim Stand der Technik genutzt wird. Der von der Strahlpumpe erzeugte Saugstrom dient dazu, dass Umgebungsluft durch den Speicher angesaugt und so der Kraftstoffdampf in die Mischkammer der Strahlpumpe gelangt. Somit wird der Kraftstoffdampf aus dem Speicher in das Saugrohr geführt. Dadurch ist auch bei geringer Druckdifferenz zwischen der Umgebung und dem Saugrohr eine hohe Durchspülung des Speichers für den Kraftstoffdampf möglich. Der wesentliche Unterschied gegenüber dem Stand der Technik besteht vor allem darin, dass eine Strahlpumpe, beispielsweise nach dem Venturi-Prinzip, für den reinen Saugbetrieb ohne einen zusätzlichen Ladedruck der Brennkraftmaschine eingesetzt wird, um den Volumenstrom durch den Speicher des Tankentlüftungssystems zu erhöhen. Obwohl erfindungsgemäß der Einsatz einer Ladeeinrichtung zur Erhöhung des Druckes der zugeführten Luft entbehrlich ist, ist die Anwendung der Erfindung dennoch sowohl beim Saugmotor als auch bei einem aufgeladenen Motor in Form einer zusätzlichen Strahlpumpe bzw. Venturi-Düse möglich, die vor allem dann genutzt wird, wenn die Ladeeinrichtung aufgrund des Betriebspunktes nicht aktiv ist. Vorzugsweise hat der Speicher für Kraftstoffdampf wenigstens eine Verbindung zur Umgebungsluft.
Der wesentliche Vorteil einer Strahlpumpe liegt in dem einfachen konstruktiven Aufbau, welcher ohne bewegliche Bauteile auskommt, und der zuverlässige und wirtschaftliche Betrieb ohne zusätzlichen Energieverbrauch. Zu diesem Zwecke kann die Strahlpumpe verschiedene Bauformen aufweisen, wobei es sich bereits als besonders praxisgerecht erwiesen hat, wenn die Strahlpumpe zumindest eine Venturidüse hat, sodass selbst geringe Druckunterschiede der zugeführten Luft in dem Saugrohr gegenüber der Umgebung ausreichen, einen zuverlässigen Saugstrahl des Kraftstoff-Luft-Gasgemisches aus dem Speicher in der Fluidleitung zu erzeugen. Insbesondere wird aufgrund der Bauform nach dem Venturi-Prinzip ein hoher Wirkungsgrad sichergestellt, wobei ein unerwünscht hoher Unterdruck in dem Saugrohr nicht erforderlich ist.
Bei einer anderen, ebenfalls besonders vorteilhaften Ausgestaltungsform der Erfindung weist die Fluidleitung zwischen dem Speicher und der Strahlpumpe eine Leitungsverzweigung als Bypass auf, welche unter Umgehung der Strahlpumpe in einen Bereich der Luftzuführung in Strömungsrichtung des Treibstrahles hinter der Strahlpumpe mündet. Hierdurch kann ein der Luftzuführung zuführbarer Volumenstrom wesentlich erhöht werden, wenn aufgrund eines bei bestimmten Betriebspunkten auftretenden deutlich erhöhten Unterdruckes in dem Saugrohr ein wesentlicher Teilstrom des Kraftstoffgases direkt dem Saugrohr zugeführt wird.
Dabei hat es sich bereits als besonders praxisnah erwiesen, wenn der Luftzuführung ein Ventil zur Einstellung des Volumenstromes des dem Saugrohr zugeführten Kraftstoffgases zugeordnet ist. Hierdurch kann die dem Saugrohr zugeführte Menge des Kraftstoffgases in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebspunktes der Brennkraftmaschine gesteuert werden, sodass eine jeweils optimale Menge zugeführt wird. Durch das Regelventil kann die Zuführung von Kraftstoffgas-Gemisch auch unterbrochen werden.
Selbstverständlich ist die erfindungsgemäße Vorrichtung nicht auf den Einsatz einer einzigen Saugstrahlpumpe oder Venturi-Düse beschränkt. Vielmehr kann die Vorrichtung mit zumindest einer weiteren Strahlpumpe ausgestattet sein, welche den Differenzdruck in Strömungsrichtung vor und hinter einem Lader, insbesondere einem Abgasturbolader, als Treibstrahl nutzt, um so die im Betrieb der Ladeeinrichtung auftretenden Druckdifferenzen in optimaler Weise nutzen zu können.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung wird auch dadurch realisiert, dass in Strömungsrichtung der zugeführten Luft in der Luftzuführung und/oder in der Fluidleitung hinter der Strahlpumpe ein Drucksensor und/oder Temperatursensor angeordnet ist. Hierdurch können bereits vor dem Erreichen des Saugrohres wesentliche Parameter des zugeführten Kraftstoffgases erfasst und die Steuerung der Brennkraftmaschine entsprechend angepasst werden.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung liegt auch darin, dass der Treibstrahl allein durch den Unterdruck der Brennkraftmaschine gegenüber dem Luftdruck der Umgebung gebildet ist und somit das Gemisch aus Umgebungsluft und Kraftstoffdampf ohne Druckerhöhung durch das Saugrohr der Brennkraftmaschine zuführbar ist. Hierdurch stimmt der Luftdruck saugseitig der Strahlpumpe zumindest im Wesentlichen mit dem Druck im Bereich der Drosselklappe der Brennkraftmaschine überein. Demnach entfällt für den Betrieb der Vorrichtung jede den Druck in der Luftzuführung erhöhende Ladeeinrichtung, sodass zugleich auch die damit im Betrieb verbundenen Druckschwankungen entfallen. Dadurch gelingt es erstmals, eine weitgehend konstante Zuführung des Kraftstoffgases ohne eine angetriebene Pumpe sicherzustellen.
Eine weitere, ebenfalls besonders sinnvolle Abwandlung wird auch dadurch erreicht, dass der Speicher für Kraftstoffdampf mit einem Sorptionsfilter ausgestattet ist, um so eine effiziente Speicherung des Kraftstoffdampfes und zudem eine schnelle Regeneration des Speichers durch die entsprechende Durchspülung sicherzustellen.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer Prinzipdarstellung in

1 eine Vorrichtung zur Entlüftung eines Kraftstofftanks mit einem durch eine Fluidleitung mit einer Strahlpumpe verbundenen Speicher für Kraftstoffdampf;
2 eine Variante der in 1 gezeigten Vorrichtung mit einer Bypassleitung der Fluidleitung zur Umgehung der Strahlpumpe;
3 eine Variante der in 2 gezeigten Vorrichtung mit einem zusätzlichen Druck- und Temperatursensor.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zur Entlüftung eines Kraftstofftanks 2 wird nachstehend anhand verschiedener Varianten in den 1 bis 3 näher erläutert. Die Vorrichtung 1 ist mit einem Speicher 3 sowie einem nicht näher dargestellten Filter für Kraftstoffdampf ausgestattet, sodass die in dem Kraftstofftank 2 frei werdenden Kraftstoffgase zuverlässig aufgefangen werden. Die sogenannte Regeneration des Speichers 3 bzw. des Filters erfolgt durch die Zuführung von Umgebungsluft 4 in den Speicher 3 und der anschließenden Zuführung des Kraftstoffgas-Luftgemisches in ein Saugrohr 5 einer Brennkraftmaschine 6. Hierzu ist der Speicher 3 durch eine Fluidleitung 7 mit einer Mischkammer 8 einer Strahlpumpe 9 verbunden, deren Treibstrahl 10 aus der zugeführten Umgebungsluft 4 ausschließlich durch den Druckunterschied in dem Saugrohr 5 gegenüber dem Umgebungsdruck ohne eine zusätzliche Ladeeinrichtung entsteht. Somit steht der erforderliche Ansaugunterdruck unter allen Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine 6 zur Verfügung, sodass eine effiziente Regeneration des Speichers 3 durchgeführt werden kann. Die Steuerung der zugeführten Kraftstoffgasmenge erfolgt in an sich bekannter Weise durch ein regelbares Ventil 11 in einer das Saugrohr 5 mit der Strahlpumpe 9 verbindenden Luftzuführung 12.
Ergänzend ist in 2 noch eine Variante der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 gezeigt, bei welcher die Fluidleitung 7 eine Abzweigung 13 aufweist, von der eine Bypassleitung 14 zu der Fluidleitung 7 unter Umgehung der Strahlpumpe 9 in die Luftzuführung 12 bzw. das Saugrohr 5 mündet. Während der erforderliche Unterdruck in der Bypassleitung 14 zum Ansaugen des Kraftstoffgases aus dem Speicher 3 unter vielen Betriebsbedingungen unzureichend ist, wird die Bypassleitung 14 bei Lastphasen, in denen ein hoher Differenzdruck entsteht, zur Erhöhung des zugeführten Volumenstromes des Kraftstoffgases genutzt. Selbstverständlich kann in der Bypassleitung 14 ein nicht dargestelltes, als Rückschlagventil ausgeführtes Sperrelement vorgesehen sein, um eine unerwünschte Rückströmung in die Fluidleitung 7 zu vermeiden.
Ergänzend ist bei der in 3 gezeigten Variante noch ein Drucksensor 15 sowie ein Temperatursensor 16 in der Luftzuführung 12 vorgesehen, um so die Motorsteuerung der Brennkraftmaschine 6 an die entsprechenden Parameter des zugeführten Luft-Kraftstoffgasgemisches optimal anpassen zu können.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Kraftstofftank
3: Speicher
4: Umgebungsluft
5: Saugrohr
6: Brennkraftmaschine
7: Fluidleitung
8: Mischkammer
9: Strahlpumpe
10: Treibstrahl
11: Ventil
12: Luftzuführung
13: Abzweigung
14: Bypassleitung
15: Drucksensor
16: Temperatursensor

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013221797 A1 [0003]
US 5005550 A [0006]
DE 102010064240 A1 [0007]
DE 102016210570 A1 [0008]
DE 102011084403 A1 [0009]
DE 102011054851 A1 [0010]
DE 102011086946 A1 [0011]
DE 102011084539 B3 [0012]

Claims

Vorrichtung (1) zur Entlüftung eines Kraftstofftanks (2) mit einem Speicher (3) für Kraftstoffdampf zum temporären Speichern von verdampfendem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank (2) und mit einer den Speicher (3) mit einem Saugrohr (5) einer Brennkraftmaschine (6) verbindenden Fluidleitung (7), wobei in einer dem Saugrohr (5) zugeordneten Luftzuführung (12) eine Strahlpumpe (9) derart angeordnet ist, dass der Treibstrahl (10) der Strahlpumpe (9) zur Erzeugung eines Ansaugunterdruckes in der Fluidleitung (7) dient, dadurch gekennzeichnet, dass die Luftzuführung (12) das Saugrohr (5) mit der Umgebungsluft (4) verbindet.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Strahlpumpe (9) zumindest eine Venturi-Düse aufweist.
Vorrichtung (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Fluidleitung (7) zwischen dem Speicher (3) und der Strahlpumpe eine Abzweigung (13) eine Bypassleitung (14) aufweist, welche unter Umgehung der Strahlpumpe (9) in einen Bereich der Luftzuführung (12) in Strömungsrichtung des Treibstrahles (10) hinter der Strahlpumpe (9) mündet.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftzuführung (12) ein Ventil (11) zur Einstellung des Volumenstromes des dem Saugrohr (5) zugeführten Kraftstoffgases zugeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung (1) mit zumindest einer weiteren Strahlpumpe (9) ausgestattet ist, welche den Differenzdruck in Strömungsrichtung vor und hinter einem Lader, insbesondere einem Abgasturbolader, als Treibstrahl nutzt.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in Strömungsrichtung der zugeführten Luft in der Luftzuführung (12) hinter der Strahlpumpe (9) ein Drucksensor (15) und/oder Temperatursensor (16) angeordnet ist.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Treibstrahl (10) allein durch den Unterdruck der Brennkraftmaschine (6) gegenüber dem Luftdruck der Umgebungsluft (4) gebildet ist.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gemisch aus Umgebungsluft (4) und Kraftstoffdampf ohne eine Druckerhöhung in der Luftzuführung (12) durch das Saugrohr (5) der Brennkraftmaschine (6) zuführbar ist.
Vorrichtung (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Speicher (3) für Kraftstoffdampf mit einem Sorptionsfilter ausgestattet ist.