DE102018206942A1

DE102018206942A1 - Tankentlüftungseinrichtung

Info

Publication number: DE102018206942A1
Application number: DE102018206942.5A
Authority: DE
Inventors: Thomas Ehlert; Martin Hein; Simon Streng
Original assignee: Mahle International GmbH
Current assignee: Mahle International GmbH
Priority date: 2018-05-04
Filing date: 2018-05-04
Publication date: 2019-11-07
Also published as: WO2019211035A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Tankentlüftungseinrichtung (3) mit einer ersten Abscheideeinrichtung (4) zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen (9), wobei die erste Abscheideeinrichtung (4) eine erste Membran (5) aufweist.
Erfindungswesentlich ist dabei, dass eine zweite Abscheideeinrichtung (6) vorgesehen ist, die zum Abscheiden von Ethanol (9) ausgebildet ist und eine zweite Membran (7) aufweist.
Hierdurch kann eine hoch wirksame und zugleich kompakt bauende Tankentlüftungseinrichtung (3) erreicht werden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Tankentlüftungseinrichtung mit einer ersten Abscheideeinrichtung zur Abscheidung von Kohlenwasserstoffen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank und einer solchen Tankentlüftungseinrichtung.
Aus der US 7,491,258 B2 ist eine gattungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung mit einer ersten Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen bekannt. Diese erste Abscheideeinrichtung weist dabei eine erste Membran auf. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass diese Membran im Wesentlichen nur Kohlenwasserstoffe abscheiden kann.
Aus der GB 2 462 178 A ist ebenfalls eine Tankentlüftungseinrichtung mit einer Abscheideeinrichtung zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen bekannt. Die bekannte Abscheideeinrichtung weist dabei eine Membran mit Nanoporen auf. Hierdurch soll ebenfalls ein unerwünschtes Austreten von Kohlenwasserstoffdämpfen aus einem Tank verhindert werden.
Aus der US 2003/0204993 A1 ist eine weitere Tankentlüftungseinrichtung bekannt.
Nachteilig bei den aus dem Stand der Technik bekannten Tankentlüftungsleitungen ist jedoch, dass diese beispielsweise einen Aktivkohlefilter zur Reinigung von Kraftstoffdämpfen aufweisen, wobei ein derartiger Aktivkohlefilter jedoch einen vergleichsweise großen Bauraum erfordert und zudem ab einem gewissen Sättigungspunkt nicht mehr in der Lage ist, weitere Kohlenwasserstoffe aufzunehmen. Zudem muss dieser rückgespült werden und ist verhältnismäßig teuer.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich daher mit dem Problem, für eine Tankentlüftungseinrichtung der gattungsgemäßen Art eine verbesserte oder zumindest eine alternative Ausführungsform anzugeben, die insbesondere einen erhöhten Abscheidegrad aufweist und bauraumoptimiert ausgebildet ist.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die vorliegende Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, erstmals eine zweistufige Tankentlüftungseinrichtung mit zwei hintereinander geschalteten Abscheideeinrichtungen auszustatten und bei beiden Abscheideeinrichtungen jeweils eine Membran vorzusehen. Die erste Abscheideeinrichtung weist dabei eine erste Membran zum Abscheiden von unpolaren Kohlenwasserstoffen auf, während die zweite Abscheideeinrichtung eine Membran zum Abscheiden von polaren Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Ethanol, aufweist. Unpolare Kohlenwasserstoffe können beispielsweise an einer PTFE Membran abgeschieden werden. Polare Kohlenwasserstoffe, auch jene mit einem polaren Anteil dagegen können nicht an einer PTFE Membran abgeschieden werden. Im Falle von Ethanol ist zudem die Diffusionsgeschwindigkeit höher und die Größe von Ethanol ist sehr klein. Eher im Bereich von O₂ und N₂ anstatt im Bereich der übrigen Kohlenwasserstoffe. Dies macht die Abscheidung von Ethanol so schwierig. Durch die erfindungsgemäße Bauweise kann dabei nicht nur ein besonders hoher Abscheidegrad sowohl von Kohlenwasserstoffen als auch von Ethanol erreicht werden, sondern zugleich auch ein deutlich reduzierter Bauraumbedarf. Die erfindungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung zeichnet sich somit durch einen erhöhten Abscheidegrad und den zuvor beschriebenen geringen Bauraumbedarf aus. Dies ist insbesondere in heutigen Kraftfahrzeugen, in welchen immer weniger freier Bauraum zur Verfügung steht, von großem Vorteil. Zudem können mit der erfindungsgemäßen Tankentlüftungseinrichtung besonders hohe Umweltanforderungen erreicht werden.
Bei einer vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Lösung ist die erste Membran als Polytetrafluorethylen-Membran (PTFE-Membran) ausgebildet. Polytetrafluorethylen ist ein unverzweigtes, linear aufgebautes und teilkristallines Polymer aus Fluor und Kohlenstoff. Derartige PTFE-Membranen sind dabei in der Lage, Kohlenwasserstoffe zurückzuhalten, während sie andere Stoffe, wie beispielsweise Ethanol, Wasserdampf, Sauerstoff oder Stickstoff durchlassen. Gegenüber Wasser an sich ist eine derartige PTFE-Membran jedoch dicht. Vorteilhaft bei derartigen PTFE-Membranen ist, dass diese vergleichsweise kostengünstig und in nahezu beliebiger Form und Größe herstellbar sind.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung kann die erste Abscheideeinrichtung zusätzlich zur ersten Membran auch Aktivkohle aufweisen. Mittels derartiger Aktivkohle können Kohlenwasserstoffe zurückgehalten werden, wobei durch die erfindungsgemäß vorgesehen erste Membran das Volumen an Aktivkohle deutlich kleiner gestaltet werden kann. Aktivkohle bewirkt aufgrund seiner vergleichsweise großen inneren Oberfläche ein hohes Rückhaltevermögen für Kohlenwasserstoffe.
Zweckmäßig weist die zweite Membran Silica-Nanopartikel auf. Derartige Silica-Partikel erhöhen die Stabilität der Membran durch eine Quervernetzung und bilden zusätzlich eine Barriere gegen Ethanol.
Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist die erste Abscheideeinrichtung in Strömungsrichtung vor der zweiten Abscheideeinrichtung angeordnet. Strömungsrichtung bedeutet in diesem Fall eine Richtung von einem Kraftstofftank in die Umgebung, insbesondere über die Tankentlüftungsleitung. Durch die Anordnung der ersten Abscheideeinrichtung stromauf der zweiten Abscheideeinrichtung ist es möglich, zunächst die Kohlenwasserstoffe abzuscheiden und anschließend das Ethanol, wodurch ein vergleichsweise hoher Reinigungsgrad und dadurch eine vergleichsweise geringe Umweltbelastung erreicht werden können.
Zweckmäßig ist die zweite Membran für Wasserdampf, Stickstoff und/oder Sauerstoff durchlässig. Hierdurch wird ermöglicht, dass die Umwelt nicht kontaminierende Stoffe, wie beispielsweise Wasserdampf, Stickstoff und/oder Sauerstoff problemlos in die Umgebung abgelassen und dadurch die zum Druckausgleich erforderliche Tankentlüftung bzw. Belüftung erfolgen kann.
Die vorliegende Erfindung beruht weiter auf dem allgemeinen Gedanken, ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank und einer solchen Tankentlüftungseinrichtung anzugeben. Hierdurch ist es erstmals möglich, ein besonders umweltfreundliches Kraftfahrzeug in Bezug auf eine Tankentlüftungseinrichtung anzubieten, wobei die erfindungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung zusätzlich aufgrund ihres geringen Bauraumbedarfs an bislang nicht möglichen Positionen eingebaut werden kann.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, aus der Zeichnung und aus der zugehörigen Figurenbeschreibung anhand der Zeichnung.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Die einzige 1 zeigt eine Schnittdarstellung durch eine erfindungsgemäße Tankentlüftungseinrichtung.

Entsprechend der 1, weist ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug 1 einen Kraftstofftank 2 sowie eine Tankentlüftungseinrichtung 3 auf. Die Tankentlüftungseinrichtung 3 besitzt eine erste Abscheideeinrichtung 4 zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen 8 mit einer ersten Membran 5. Erfindungsgemäß ist zusätzlich eine zweite Abscheideeinrichtung 6 zum Abscheiden von Ethanol 9 vorgesehen, die eine zweite Membran 7 aufweist. Derartige Membranen 5 und 7 besitzen im Vergleich zu einem Aktivkohlefilter einen deutlich geringeren Bauraumbedarf, wobei die zweite Membran 7 zusätzlich den Vorteil aufweist, für Ethanol 9 undurchlässig zu sein, jedoch Wasserdampf 10, Sauerstoff 11 und/oder Stickstoff 12 durchzulassen.
Die erste Abscheideeinrichtung 4 weist somit eine erste Membran 5 zum Abscheiden von unpolaren Kohlenwasserstoffen auf, während die zweite Abscheideeinrichtung 6 eine Membran 7 zum Abscheiden von polaren Kohlenwasserstoffen, wie z.B. Ethanol, aufweist. Mit der erfindungsgemäßen Tankentlüftungseinrichtung 3 ist es somit erstmals möglich, auf vergleichsweise kleinem Bauraum sowohl Kohlenwasserstoffe 8 als auch Ethanol 9 abzuscheiden und einer Brennkraftmaschine 13 zur Verbrennung wieder zuzuführen. Hierdurch kann insbesondere auch eine deutliche Reduzierung der Emissionsbelastung erreicht werden.
Die erste Membran 5 kann beispielsweise als PTFE-Membran ausgebildet sein und ist dadurch besonders beständig gegenüber Kohlenwasserstoffen. Eine derartige erste Membran 5 lässt dabei Ethanol 9 sowie weitere Kraftstoffdampfbestandteile, wie beispielsweise Wasserdampf 10, Sauerstoff 11 und Stickstoff 12 hindurch, während der Kohlenwasserstoff 8 zurückgehalten wird. Die erste Membran 5 kann beispielsweise auch eine poröse Membran sein, insbesondere Polyimide aufweisen. Die zweite Membran 7 hingegen hält Ethanol 9 zurück und lässt andere Kraftstoffdampfbestandteile, wie beispielsweise Wasserdampf 10, Sauerstoff 11 und Stickstoff 12 hindurch. Sowohl die von der ersten Membran 5 zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffe 8 als auch das von der zweiten Membran 7 zurückgehaltene Ethanol 9 können somit abgefangen und beispielsweise der Brennkraftmaschine 13 zur Verbrennung wieder zugeführt werden.
Innerhalb der ersten Abscheideeinrichtung 4 kann selbstverständlich auch noch Aktivkohle 14 vorgesehen sein, die aufgrund ihrer großen inneren Oberfläche eine Anlagerung von Kohlenwasserstoffen ermöglicht.
Die zweite Membran 7 kann beispielsweise Silica-Nanopartikel aufweisen, die einerseits eine Verstärkung bzw. Aussteifung der zweiten Membran 7 bewirken, andererseits jedoch Ethanol 9 an einem Durchtritt durch die zweite Membran 7 hindern. Die zweite Membran 7 kann beispielsweise auch eine Lösungs-Diffusionsmembran sein und insbesondere silikonbasierte Schichten aufweisen.
Betrachtet man die 1 weiter, so kann erkennen, dass die erste Abscheideeinrichtung 4 zumindest in Bezug auf einen Teil des Ethanols 9 in Strömungsrichtung 15 vor der zweiten Abscheideeinrichtung 7 angeordnet ist.
Der gemäß der 1 gezeigte Aufbau der erfindungsgemäßen Tankentlüftungseinrichtung 3 ist dabei selbstverständlich rein exemplarisch zu verstehen, so dass die Tankentlüftungseinrichtung 3 nicht unbedingt eine zylindrische Form aufweisen muss, ebenso wenig wie deren Membranen 5 und 7, sondern selbstverständlich auch andere, insbesondere eckige, Formen aufweisen kann.
Generell lässt sich mit der erfindungsgemäßen Tankentlüftungseinrichtung 3 eine deutliche Steigerung der Anteile an zurückgehaltenem Ethanol 9 und zurückgehaltenen Kohlenwasserstoffen 8 erreicht werden, wobei aufgrund der erfindungsgemäß verwendeten Membranen 5 und 7 zugleich eine deutlich kompakte Bauweise erreicht werden kann, die zudem kostengünstiger ist als bislang in diesem Bereich eingesetzte Aktivkohlefilter sind und eine höhere Abscheiderate aufweisen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7491258 B2 [0002]
GB 2462178 A [0003]
US 2003/0204993 A1 [0004]

Claims

Tankentlüftungseinrichtung (3) mit einer ersten Abscheideeinrichtung (4) zum Abscheiden von Kohlenwasserstoffen (9), wobei die erste Abscheideeinrichtung (4) eine erste Membran (5) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Abscheideeinrichtung (6) vorgesehen ist, die zum Abscheiden von Ethanol (9) ausgebildet ist und eine zweite Membran (7) aufweist.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Membran (5) als PTFE-Membran ausgebildet ist.
Tankentlüftungseinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass erste Membran (5) eine poröse Membran ist, die insbesondere Polyimide aufweist.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abscheideeinrichtung (4) Aktivkohle (14) aufweist.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Membran (7) Silica-Nanopartikel aufweist.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zweite Membran (7) eine Lösungs-Diffusionsmembran ist, die insbesondere silikonbasierte Schichten aufweist.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Abscheideeinrichtung (4) in Strömungsrichtung (15) vor der zweiten Abscheideeinrichtung (6) angeordnet ist.
Tankentlüftungseinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Membran (7) für Wasserdampf (10), Stickstoff (12) und/oder Sauerstoff (11) durchlässig ist.
Kraftfahrzeug (1) mit einem Kraftstofftank (2) und einer Tankentlüftungseinrichtung (3) nach einem der vorangehenden Ansprüche.