DE102021131012A1

DE102021131012A1 - Verdunstungskanister für einen verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102021131012A1
Application number: DE102021131012.1A
Authority: DE
Inventors: Michael B. Viola; Anne M. DAILLY; Miles K. Maxey; Timothy E. McCarthy; Darrell W. Burleigh
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2021-02-16
Filing date: 2021-11-25
Publication date: 2022-08-18
Also published as: US11499507B2; US20220260042A1; CN114941589A; CN114941589B

Abstract

Die hier beschriebenen Konzepte sehen ein System, eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren zum Auffangen von Kraftstoffdämpfen im Fahrzeug zur Kontrolle von Verdunstungsemissionen vor. Dazu gehört eine Vorrichtung zum Auffangen von Kraftstoffdampf im Fahrzeug, die eine Kanistervorrichtung mit einer ersten Öffnung umfasst, die mit einem Kopfraumteil eines Kraftstofftanks in Fluidverbindung steht. Die Kanistervorrichtung definiert eine Kammer, die in Reihe zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss fluidisch gekoppelt ist. Ein erstes metallorganisches Gerüstmaterial (MOF) ist in der Kammer angeordnet, um Kraftstoffdampfbestandteile zu adsorbieren.

Description

EINFÜHRUNG
Ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor kann flüchtige Kohlenwasserstoffe aus Quellen ausstoßen, die ein Motorlufteinlasssystem, ein Kraftstoffzufuhrsystem, einen Kraftstofftank und ein Abgasrückführungssystem (EGR) umfassen können. Diese Emissionen aus dem Kraftstofftank und dem Kraftstoffzufuhrsystem können mit einem Verdunstungsemissionskontrollsystem aufgefangen werden, das einen mit Aktivkohle gefüllten Kanister enthält.
In einem Behälter kann Aktivkohle verwendet werden, um Kraftstoffdampf zu adsorbieren, der aus dem Kraftstoffsystem austritt, um Verdunstungsemissionen zu begrenzen. Der adsorbierte Kraftstoffdampf wird in regelmäßigen Abständen von der Aktivkohle entfernt, indem der Behälter mit frischer Umgebungsluft gespült wird, der Kraftstoffdampf von der Aktivkohle desorbiert und dadurch die Kohle für die weitere Adsorption von Kraftstoffdampf regeneriert wird.
Die Einführung strenger Vorschriften für die zulässigen Mengen an Kohlenwasserstoffemissionen hat dazu geführt, dass die Menge der Kohlenwasserstoffemissionen von Kraftfahrzeugen immer strenger kontrolliert werden muss, und zwar auch in Zeiten, in denen sie nicht benutzt werden. Während dieser Zeiträume (d.h. wenn sie geparkt sind) können die Kraftstoffsysteme der Fahrzeuge einer warmen Umgebung ausgesetzt sein, was zu einem erhöhten Dampfdruck im Kraftstofftank führt.
Ein Behälter mit Aktivkohle desorbiert möglicherweise nicht den gesamten auf dem Adsorptionsmittel adsorbierten Kraftstoffdampf, was zu Restkohlenwasserstoffen („Heel“) führt. Der hier verwendete Begriff „Absatz“ bezieht sich auf Restkohlenwasserstoffe, die im Allgemeinen auf einem Adsorptionsmittel vorhanden sind, wenn sich der Behälter in einem gespülten oder „sauberen“ Zustand befindet, und kann zu einer Verringerung der Adsorptionskapazität des Adsorptionsmittels führen.
Ableitende Emissionen hingegen sind Emissionen, die aus dem Adsorptionsmittel entweichen. Bleed-Emissionen können z. B. auftreten, wenn das Gleichgewicht zwischen Adsorption und Desorption die Desorption gegenüber der Adsorption deutlich bevorzugt. Solche Emissionen können auftreten, wenn ein Fahrzeug über einen Zeitraum von mehreren Tagen tageszeitlichen Temperaturschwankungen oder tageszeitlichen Atmungsverlusten unterworfen war. Bestimmte Vorschriften machen es wünschenswert, dass diese Emissionen aus dem Kanistersystem auf einem sehr niedrigen Niveau gehalten werden.
Strengere Vorschriften für DBL-Emissionen veranlassen die Entwicklung verbesserter Verdunstungsemissionskontrollsysteme, insbesondere für den Einsatz in Fahrzeugen mit geringerem Spülvolumen (z. B. Hybridfahrzeuge). Solche Fahrzeuge können ansonsten hohe DBL-Emissionen erzeugen, da die Spülfrequenz geringer ist, was zu einem geringeren Gesamtspülvolumen und einem höheren Restkohlenwasserstoffabsatz führt. Dementsprechend ist es wünschenswert, ein Verdunstungsemissionskontrollsystem zu haben, das in der Lage ist, Verdunstungsemissionen bei Fahrzeugen mit geringem Spülvolumen und/oder seltenen Spülzyklen effektiv zu erfassen.
Es besteht Bedarf an einem verbesserten Verfahren, Gerät und/oder System zum Auffangen flüchtiger Kohlenwasserstoffe, die von einem Kraftstofftank in einem Fahrzeug emittiert werden können.
BESCHREIBUNG
Die hier beschriebenen Konzepte sehen ein System, eine Vorrichtung und/oder ein Verfahren zur Abscheidung von Kraftstoffdämpfen im Fahrzeug zur Kontrolle von Verdunstungsemissionen vor.
Ein Aspekt der Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zum Auffangen von Kraftstoffdampf im Fahrzeug, die eine Kanistervorrichtung mit einer ersten Öffnung umfasst, die mit einem Kopfraumteil eines Kraftstofftanks in Fluidverbindung steht. Die Kanistervorrichtung definiert eine Kammer, die in Reihe zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss strömungstechnisch verbunden ist. Ein erstes metallorganisches Gerüstmaterial, MOF, ist in der Kammer angeordnet, um Kraftstoffdampfbestandteile zu adsorbieren, zu denen n-Butan, Isobutan, n-Pentan und 2-Methylbutan gehören können.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material ein MOF-Material mit einer Porenbreite zwischen 2 nm und 2,5 nm ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material ein MOF-Material mit einer Porenbreite von weniger als 5 nm ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst ein zweites Material, das in der Kammer angeordnet ist, wobei das zweite Material so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material eine Porenbreite von weniger als 5 nm aufweist und das zweite Material ein zweites MOF-Material ist, dessen Porenbreite in einem Bereich zwischen 10 nm und 40 nm liegt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material eine Porenweite von weniger als 5 nm aufweist und das zweite Material ein Aktivkohlematerial ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material und das zweite Material in der Kammer miteinander vermischt sind.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das zweite MOF-Material, das so konfiguriert ist, dass es sauerstoffhaltige Kraftstoffdampfbestandteile einschließlich Ethanol adsorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst ein drittes Material, das in der Kammer angeordnet ist, wobei das erste MOF-Material eine Porenbreite von weniger als 5 nm aufweist und wobei das zweite Material ein zweites MOF-Material mit einer Porenbreite in einem Bereich zwischen 10 nm und 40 nm umfasst. Das dritte Material ist ein Adsorptionsmaterial, das so konfiguriert ist, dass es sauerstoffhaltige Kraftstoffdampfbestandteile einschließlich Ethanol adsorbiert. Das erste MOF-Material, das zweite MOF-Material und das dritte Material sind in der Kammer miteinander vermischt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material ein flexibles MOF-Material ist, das ein hybrides organisch-anorganisches Material enthält, das durch Verbinden von sekundären Bausteinen unter Verwendung starrer organischer Liganden zusammengesetzt ist, wobei das flexible MOF-Material als Reaktion auf einen Steuerungsstimulus reversibel in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand steuerbar ist. Das flexible MOF-Material ist so konfiguriert, dass es den Kraftstoffdampf in dem ersten Zustand adsorbiert und in dem zweiten Zustand desorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst eine Vorrichtung zum Auffangen von Kraftstoffdampf im Fahrzeug, die eine Kanistervorrichtung mit einem ersten Anschluss umfasst, der mit einem Kopfraumteil eines Kraftstofftanks fluidisch gekoppelt ist, wobei die Kanistervorrichtung eine Vielzahl von Kammern definiert, die zwischen dem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss fluidisch in Reihe geschaltet sind, wobei die Vielzahl von Kammern eine erste Kammer umfasst, die mit einer zweiten Kammer zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss fluidisch in Reihe geschaltet ist. Die erste Kammer enthält ein erstes metallorganisches Gerüstmaterial (MOF), das so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert, und die zweite Kammer enthält ein zweites Material, das so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die zweite Kammer, die ein zweites MOF-Material enthält, das so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material ein MOF-Material mit einer Porenbreite von weniger als 5 nm ist und dass das zweite MOF-Material ein MOF-Material mit einer Porenbreite in einem Bereich zwischen 10 nm und 40 nm ist.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die Kanistervorrichtung, die eine dritte Kammer definiert, die in Reihe mit der zweiten Kammer zwischen der ersten Kammer und dem zweiten Anschluss fluidisch gekoppelt ist. In einer Ausführungsform enthält die dritte Kammer ein drittes MOF-Material, das so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst die dritte Kammer, die Aktivkohle enthält.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das erste MOF-Material ein flexibles MOF-Material ist, das ein hybrides organisch-anorganisches Material enthält, das durch die Verbindung sekundärer Bausteine unter Verwendung starrer organischer Liganden zusammengesetzt wird.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung umfasst das flexible MOF-Material, das als Reaktion auf einen Steuerimpuls reversibel in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand gesteuert werden kann. Das flexible MOF-Material ist so konfiguriert, dass es den Kraftstoffdampf im ersten Zustand adsorbiert und den Kraftstoffdampf im zweiten Zustand desorbiert.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass es sich bei dem Kontrollstimulus um einen Partialdruck, eine Temperaturschwelle, eine Lichtintensitätsschwelle, ein elektrisches Signal oder ein elektromagnetisches Signal handelt.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das flexible MOF-Material so konfiguriert ist, dass es sich in dicht angeordnete, kleine Poren verwandelt, die in der Lage sind, den Kraftstoffdampf im ersten Zustand zu adsorbieren, und dass das flexible MOF-Material so konfiguriert ist, dass es sich in locker angeordnete, große Poren verwandelt, die in der Lage sind, den Kraftstoffdampf im zweiten Zustand zu desorbieren.
Ein weiterer Aspekt der Offenbarung beinhaltet, dass das flexible MOF-Material eines der folgenden ist: MIL-53 Al, MIL-88 Serie, ZIF-8 oder Co(bdp).
Die obige Zusammenfassung soll nicht jede mögliche Ausführungsform oder jeden Aspekt der vorliegenden Offenbarung darstellen. Vielmehr soll die vorstehende Zusammenfassung einige der hier offengelegten neuen Aspekte und Merkmale veranschaulichen. Die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Offenbarung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung repräsentativer Ausführungsformen und Modi zur Durchführung der vorliegenden Offenbarung in Verbindung mit den beigefügten Figuren und den Ansprüchen ohne weiteres ersichtlich sein.
Figurenliste
Eine oder mehrere Ausführungsformen werden nun beispielhaft unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben, in denen:

1 zeigt schematisch Teile eines Verbrennungsmotors und eines Verdunstungsemissionssystems mit einem Verdunstungskanister, der ein metallorganisches Gerüstmaterial (MOF) gemäß der Offenbarung enthält.
2 zeigt schematisch eine Ausführungsform eines Verdunstungskanisters gemäß der Offenbarung.
3 zeigt schematisch eine weitere Ausführungsform eines Verdunstungskanisters mit mehreren in Reihe angeordneten Kammern gemäß der Offenbarung.
4 zeigt ein Beispiel für ein flexibles MOF-Material gemäß der Offenbarung.
5 zeigt bildlich einen Teil eines beispielhaften flexiblen MOF-Materials in einem ersten, kollabierten Zustand und in einem zweiten, expandierten Zustand sowie einen zugehörigen Kontrollreiz gemäß der Offenbarung.
6 zeigt grafisch die Porengrößenverteilung für vier flexible MOFs und Aktivkohle gemäß der Offenbarung.

Die beigefügten Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu und können eine etwas vereinfachte Darstellung verschiedener bevorzugter Merkmale der vorliegenden Offenbarung darstellen, wie sie hierin offenbart sind, einschließlich beispielsweise bestimmter Abmessungen, Ausrichtungen, Positionen und Formen.
Details, die mit solchen Merkmalen verbunden sind, werden zum Teil durch die jeweilige beabsichtigte Anwendung und Einsatzumgebung bestimmt.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Die Komponenten der hier beschriebenen und dargestellten Ausführungsformen können in einer Vielzahl unterschiedlicher Konfigurationen angeordnet und gestaltet werden. Daher soll die folgende detaillierte Beschreibung den Umfang der beanspruchten Offenbarung nicht einschränken, sondern ist lediglich repräsentativ für mögliche Ausführungsformen davon. Darüber hinaus werden in der folgenden Beschreibung zwar zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein umfassendes Verständnis der hier offengelegten Ausführungsformen zu ermöglichen, doch können einige Ausführungsformen auch ohne einige dieser Details ausgeführt werden. Im Interesse der Klarheit wurde außerdem auf eine detaillierte Beschreibung bestimmter technischer Einzelheiten verzichtet, die im Stand der Technik bekannt sind, um die Offenbarung nicht unnötig zu verkomplizieren. Darüber hinaus kann die Offenbarung, so wie sie hier illustriert und beschrieben ist, auch ohne ein Element, das hier nicht speziell offenbart ist, praktiziert werden. Darüber hinaus besteht nicht die Absicht, an eine ausdrückliche oder implizite Theorie gebunden zu sein, die in dem vorangehenden technischen Gebiet, dem Hintergrund, der kurzen Zusammenfassung oder der folgenden detaillierten Beschreibung dargestellt ist. Es sollte verstanden werden, dass in den Zeichnungen entsprechende Referenznummern gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale bezeichnen.
Der hier verwendete Begriff „System“ kann sich auf einen oder eine Kombination von mechanischen und elektrischen Aktoren, Sensoren, Steuerungen, anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), kombinatorischen Logikschaltungen, Software, Firmware und/oder anderen Komponenten beziehen, die so angeordnet sind, dass sie die beschriebene Funktionalität bieten.
Der Begriff „stromaufwärts“ und verwandte Begriffe beziehen sich hier auf Elemente, die sich in Richtung des Ursprungs eines Flusses relativ zu einem angegebenen Ort befinden, und der Begriff „stromabwärts“ und verwandte Begriffe beziehen sich auf Elemente, die sich von einem Ursprung eines Flusses relativ zu einem angegebenen Ort entfernen.
Unter Bezugnahme auf die Figuren, in denen gleiche Bezugsziffern gleichen oder ähnlichen Komponenten in den verschiedenen Abbildungen entsprechen, zeigen die 1 und 2 in Übereinstimmung mit den hierin offenbarten Ausführungsformen schematisch einen Teil eines Mehrzylinder-Verbrennungsmotors 10, ein Kraftstoffspeichersystem 70 und ein Verdunstungsemissionssystem 30 für ein Fahrzeug. Das Fahrzeug kann eine mobile Plattform in Form eines Nutzfahrzeugs, eines Industriefahrzeugs, eines landwirtschaftlichen Fahrzeugs, eines Personenkraftwagens, eines Flugzeugs, eines Wasserfahrzeugs, eines Zugs, eines Geländewagens, eines Personenbeförderungsgeräts, eines Roboters und dergleichen umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt, um die Zwecke dieser Offenbarung zu erfüllen.
Der dargestellte Teil des Verbrennungsmotors 10 umfasst einen einzigen Brennraum 12, der mit einem Luftansaugsystem 20 und einem Ansaugkrümmer 14 strömungsmäßig verbunden ist. Zu den Elementen des Verbrennungsmotors 10 gehören eine Kraftstoffeinspritzdüse 13, eine Drosselklappe 15 und ein Luftstromsensor 16. Das Luftansaugsystem 20 umfasst einen Frischlufteinlass 21, der über eine Frischluftleitung 22 mit dem Ansaugkrümmer 14 verbunden ist, ein Luftfiltergehäuse 23 und eine Ansaugkrümmerleitung 27. Das Luftfiltergehäuse 23 umfasst ein Einlassgehäuse 24, ein Luftfilterelement 25 und ein Gehäuse für gefilterte Luft 26. Der Frischlufteinlass 21, der Frischluftkanal 22 und das Einlassgehäuse 24 des Luftfiltergehäuses 23 bilden eine Frischluftseite 28. Das Gehäuse für gefilterte Luft 26 des Luftfiltergehäuses 23, der Ansaugkrümmer-Kanal 27 und der Ansaugkrümmer 14 bilden eine Seite für gefilterte Luft 29. Ein Dampfsperrelement 50 kann im Gehäuse für gefilterte Luft 26 des Luftfiltergehäuses 23 auf der Seite für gefilterte Luft 29 zwischen dem Luftfilterelement 25 und dem Ansaugkrümmer 14 angeordnet sein.
Der gezeigte Verbrennungsmotor 10 ist als Ottomotor mit Saugrohreinspritzung konfiguriert. Die hier beschriebenen Konzepte sind nicht auf eine solche Konfiguration beschränkt und können stattdessen auf eine andere Form der Kraftstoffeinspritzung angewandt werden, wie z. B. auf ein Direkteinspritzsystem, aber nicht darauf beschränkt. Darüber hinaus können die hier beschriebenen Konzepte auch auf einen Selbstzündungsmotor angewendet werden.
Das Kraftstoffspeichersystem 70 umfasst einen Kraftstoffspeichertank 71 und ein Verdunstungsemissionssystem 30 mit einem Verdunstungsspeicherkanister 40. Das Kraftstoffspeichersystem 70 liefert Kraftstoff über eine Kraftstoffpumpe an ein Motorkraftstoffverteilungssystem, das mit den Kraftstoffeinspritzdüsen des Motors, einschließlich der abgebildeten Kraftstoffeinspritzdüse 13, verbunden ist. Der Kraftstoffspeicher 71 ist über eine Dampfleitung 35 mit einer ersten Öffnung 31 des Verdunstungsspeicherkanisters 40 verbunden. Der Verdunstungsspeicherkanister 40 umfasst auch einen dritten Anschluss 33, der über eine Entlüftungsleitung 36 und ein Entlüftungsventil 37 mit dem Lufteinlasssystem 20 verbunden ist. Die Entlüftungsleitung 36 ist auf der Seite der gefilterten Luft 29 stromabwärts der Drosselklappe 15 am oder in der Nähe des Ansaugkrümmers 14 mit dem Lufteinlasssystem 20 verbunden.
Ein Steuergerät 80 ist so angeordnet, dass es den Betrieb des Verbrennungsmotors 10 steuert, einschließlich der Steuerung des Ablassventils 37. In einer Ausführungsform steht das Steuergerät 80 auch mit dem Verdunstungsspeicherkanister 40 in Verbindung und/oder ist mit diesem funktionsfähig verbunden, wodurch das Steuergerät 80 einen Steuerimpuls 55 (dargestellt unter Bezugnahme auf 1 und 2) oder Steuerimpulse 55, 56, 57 (dargestellt unter Bezugnahme auf 3) an einen Verdunstungsspeicherkanister, z. B. den Kanister 40, übermittelt.
Der Verdunstungsspeicherkanister 40 ist als starrer Behälter angeordnet, der eine erste volumetrische Kammer 41 bildet und definiert, die in einer Ausführungsform ein erstes Adsorptionsmaterial 51 enthält. Der starre Behälter kann in einem Kotflügelschacht des Fahrzeugs, unter der Motorhaube oder an einer anderen Stelle des Fahrzeugs untergebracht werden und ist je nach verfügbarem Platz dimensioniert. Der starre Behälter kann als röhrenförmige Vorrichtung, als rechteckige prismatische Vorrichtung oder als eine andere Vorrichtung konfiguriert sein. Der Verdunstungsspeicherkanister 40 kann interne Schikanen und andere Strukturelemente zur Anordnung des ersten Adsorptionsmaterials 51 enthalten, um Ablagerungen usw. zu verhindern. Der Verdunstungsspeicherkanister 40 umfasst die erste Öffnung 31, eine zweite Öffnung 32 und die dritte Öffnung 33 sowie zugehörige Durchflussregelventile zur Steuerung des Dampfstroms unter verschiedenen Betriebsbedingungen. Der zweite Anschluss 32 entlüftet in die Atmosphäre. Bei ausgeschaltetem Motor können Luft und Dampf aus dem Kopfraum 72 des Kraftstoffspeichers 71 durch die erste Öffnung 31 strömen und dem Strömungsweg 34 durch das erste Adsorptionsmittel 51 zur zweiten Öffnung 32 folgen, und zwar aufgrund des Dampfdrucks, der durch die Erwärmung des Kraftstoffs im Kraftstoffspeicher 71 entsteht. Vorteilhafterweise wird der Dampf durch das erste Adsorptionsmittel 51 adsorbiert und die Luft in die Atmosphäre entlassen. Während des Betriebs des Motors 10 kann das Entlüftungsventil 37 unter vordefinierten Betriebsbedingungen geöffnet werden, und Luft kann aufgrund des durch den Motor 10 erzeugten Unterdrucks durch den zweiten Anschluss 32 strömen, der dem Strömungsweg 34 durch den Kanister 40 folgt. Der Luftstrom desorbiert den adsorbierten Kraftstoffdampf aus dem ersten Adsorptionsmittel 51 und dient somit der Spülung des Behälters 40.
In einer Ausführungsform wird das erste Adsorptionsmittel 51 aus einem metallorganischen Gerüst (MOF) gebildet, das in der Lage ist, Kohlenwasserstoffmaterial zu adsorbieren und zu desorbieren. In einer Ausführungsform wird das erste Adsorptionsmaterial 51 durch Anordnen des MOF-Materials mit einem Bindemittelmaterial gebildet. In einer Ausführungsform wird das erste adsorbierende Material 51 durch Aufbringen des MOF-Materials auf ein Substrat gebildet. In einer Ausführungsform ist das erste Adsorptionsmaterial 51 das MOF-Material, das als Verbundmaterial in Form von Kügelchen, Kugeln, extrudiert oder in einer anderen Form angeordnet ist und in die Kammer 41 gegossen und darin versiegelt wird. Das MOF-Material ist so konfiguriert, dass es Kraftstoffbestandteile wie z. B. n-Butan, Isobutan, n-Pentan und 2-Methylbutan adsorbiert und auch sauerstoffhaltige Stoffe adsorbiert. In einer Ausführungsform ist das erste Adsorptionsmaterial 51 ein MOF-Material mit einer Porenweite zwischen 2 nm und 2,5 nm. In einer Ausführungsform ist das erste adsorbierende Material ein MOF-Material mit einer Porenweite von weniger als 5 nm. Weitere Einzelheiten zu MOF-Materialien, Porenbreiten usw. werden unter Bezugnahme auf 6 beschrieben. In einer Ausführungsform umfasst das erste Adsorptionsmaterial 51 ein MOF-Material, das aus Metallkoordinationspolymeren besteht, bei denen Kupfer (Cu) als Bindeglied und Benzol-1,3,5-Tricarboxylat (BTC)-Ligand als Linker fungieren, z. B. CuBTC.
In einer Ausführungsform wird das erste Adsorptionsmaterial 51 als flexibles metallorganisches Gerüst (MOF) hergestellt, das in der Lage ist, Kohlenwasserstoffmaterial als Reaktion auf einen Steuerimpuls 55 zu adsorbieren und zu desorbieren. In einer Ausführungsform ist das flexible MOF-Material mit einem Bindemittelmaterial angeordnet. In einer Ausführungsform wird das flexible MOF-Material auf ein Substrat aufgebracht. In einer Ausführungsform ist das flexible MOF-Material als Verbundmaterial in Form von Kügelchen, Kugeln, extrudiert oder einer anderen Form angeordnet, das in die Kammer 41 gegossen und darin versiegelt wird. In einer Ausführungsform weist das flexible MOF-Material eine Porenbreite zwischen 2 nm und 2,5 nm auf. In einer Ausführungsform hat das flexible MOF-Material eine Porenweite von weniger als 5 nm. Weitere Einzelheiten zu flexiblen MOF-Materialien, Porenbreiten usw. werden unter Bezugnahme auf die 4 und 5 beschrieben.
Flexible MOF-Materialien sind eine Klasse von MOF-Materialien, die eine dynamische Änderung der Porendimensionen als Reaktion auf einen externen Stimulus aufweisen, wobei die Änderung der Porendimensionen reversibel in einen ersten oder einen zweiten Zustand steuerbar ist, der durch einen Kontrollstimulus, z. B. den Kontrollstimulus 55, bereitgestellt werden kann. Flexibles MOF-Material hat die Eigenschaften der Gerüstflexibilität und der dynamischen Reaktion, was es von anderen porösen Materialien wie Zeolithen und Aktivkohlen unterscheidet. In Übereinstimmung mit den Konstruktionsarten und -merkmalen kann das flexible MOF-Material verschiedene Arten und Größenordnungen von struktureller Dynamik aufweisen. Dazu gehören Zustandsänderungen, die eine Ausdehnung und Kontraktion des Porendurchmessers umfassen, auch bekannt als Atmungsmechanismus. Der Atmungsmechanismus kann durch externe chemische Stimuli ausgelöst werden, z. B. durch die Adsorption, Desorption und den Austausch von Gästen. Der Atmungsmechanismus kann stattdessen durch externe physikalische Stimuli ausgelöst werden, z. B. durch eine Änderung von Temperatur, Licht und/oder Druck. Flexible MOF-Materialien sind so konfiguriert, dass sie sich in dicht angeordnete, kleine Poren verwandeln, die in der Lage sind, Kohlenwasserstoffdampf zu adsorbieren, wenn sich der Kontrollstimulus 55 im ersten Zustand befindet. Flüchtige Kohlenwasserstoffdämpfe können sich auf dem flexiblen MOF-Material des ersten Adsorptionsmaterials 51 während eines Motor-Aus-Zustands ablagern und/oder von diesem adsorbiert werden, wenn es durch den Steuerimpuls 55 in den ersten Zustand gesteuert wird. Das flexible MOF-Material ist so konfiguriert, dass es sich in locker angeordnete, große Poren verwandelt, die in der Lage sind, Kohlenwasserstoffdampf zu desorbieren, wenn sich der Steuerimpuls 55 im zweiten Zustand befindet. Der Kohlenwasserstoffdampf, der durch das flexible MOF-Material des ersten Adsorptionsmaterials 51 während eines ausgeschalteten Zustands des Motors adsorbiert wird, kann durch das flexible MOF-Material während eines eingeschalteten Zustands desorbiert werden, wenn das flexible MOF-Material durch den Steuerimpuls 55 in den zweiten Zustand gesteuert wird, z. B. während eines Verdampfungsspülvorgangs.
Der Atmungsmechanismus, den das flexible MOF-Material als Reaktion auf den Steuerimpuls 55 an den Tag legt, kann die Desorption von Kohlenwasserstoffdampf während einer Spülung erleichtern und ermöglicht so eine schnellere und vollständigere Spülung des Behälters im Vergleich zu einem Behälter, der Aktivkohle einsetzt. Darüber hinaus können flexible MOFs größere Mengen an Kohlenwasserstoffdampf speichern als ähnlich große (nach Volumen) Geräte, die Aktivkohle verwenden.
Wie in 1 dargestellt, ist das Steuergerät 80 über den Steuerimpuls 55 mit dem Kanister 40 verbunden. Das Steuergerät 80 erzeugt den Steuerimpuls 55, der an den Kanister 40 übermittelt wird. Der Steuerimpuls 55 umfasst einen ersten und einen zweiten Zustand und kann ein konstantes Signal, ein pulsbreitenmoduliertes Signal oder ein anderes moduliertes Signal in Form von elektrischer Spannung, elektrischem Strom, elektromagnetischem Impuls, ausgestrahltem Licht, Druck usw. sein, ohne Einschränkung. In einer Ausführungsform ist ein Aktuator 54 in den Behälter 40 integriert oder in der Nähe des Behälters 40 angeordnet und wird als Reaktion auf den Steuerimpuls 55 entweder in den ersten Zustand oder in den zweiten Zustand gesteuert. In einer Ausführungsform ist der Aktuator 54 ein Substrat mit elektrischem Widerstand, z. B. aus Kohlenstoff, auf dem das flexible MOF-Material des ersten Adsorptionsmaterials 51 abgeschieden ist, und kann als Reaktion auf den Steuerimpuls 55 entweder in einen Ein-Zustand oder in einen Aus-Zustand gesteuert werden, um den Behälter 40 zu steuern. In einer Ausführungsform ist der Aktuator 54 ein elektrisch betriebenes Heizelement, das sich in der Nähe des flexiblen MOF-Materials des ersten Adsorptionsmaterials 51 befindet und als Reaktion auf den Steuerimpuls 55 entweder in einen Einschaltzustand oder einen Ausschaltzustand gesteuert werden kann, um den Behälter 40 zu steuern. Alternativ kann der Aktuator 54 auch eine elektromagnetische Vorrichtung, eine lichtemittierende Vorrichtung usw. sein.
Das flexible MOF-Material kann eines oder eine Kombination aus MIL-53 Al, der MIL-88-Serie, ZIF-8 und/oder Co(bdp) sein. MIL-53 Al ist ein Aluminiumterephthalat-MOF; die MIL-88-Serie ist ein Eisen(III)-Dicarboxylat-MOF; ZIF-8 ist ein zeolithisches Imidazolatgerüst, das aus Zinkionen besteht, die durch vier Imidazolatringe koordiniert werden; und Co(bdp) ist ein MOF auf Kobaltbasis mit bdp ^2-= 1,4-Benzoldipyrazolat-Linker.
2 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform des Verdunstungsspeichers 140, die bei einer Ausführungsform des Fahrzeugs und des Verbrennungsmotors 10, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, eingesetzt werden kann. In dieser Ausführungsform ist der Verdunstungsspeicher 140 als ein starrer Behälter angeordnet, der die erste volumetrische Kammer 41 bildet und definiert. Ein zweites Adsorptionsmittel 50 ist in der ersten volumetrischen Kammer 41 enthalten. Der starre Behälter kann in einem Kotflügelschacht des Fahrzeugs, unter der Motorhaube oder an einem anderen Ort im Fahrzeug untergebracht werden und ist entsprechend dem verfügbaren Platz dimensioniert. Der starre Behälter kann als röhrenförmige Vorrichtung, als rechteckige prismatische Vorrichtung oder als eine andere Vorrichtung konfiguriert sein. Der Verdunstungsspeicherkanister 140 kann interne Schikanen und andere Strukturelemente zur Anordnung des zweiten Adsorptionsmaterials 50 enthalten, um Ablagerungen usw. zu verhindern. Der Verdunstungsspeicherkanister 140 umfasst die erste Öffnung 31, eine zweite Öffnung 32 und die dritte Öffnung 33 sowie zugehörige Durchflussregelventile zur Steuerung des Dampfstroms unter verschiedenen Betriebsbedingungen.
In einer Ausführungsform enthält das zweite Adsorptionsmittel 50 das erste Adsorptionsmittel 51, das mit einem zweiten Adsorptionsmittel 52 vermischt ist. In einer Ausführungsform umfasst das zweite Adsorptionsmittel 50 das erste Adsorptionsmittel 51, das mit einem dritten Adsorptionsmittel 53 vermischt ist. In einer Ausführungsform enthält das zweite Adsorptionsmittel 50 das erste Adsorptionsmittel 51 im Gemisch mit dem zweiten Adsorptionsmittel 52 und dem dritten Adsorptionsmittel 53.
Das erste Adsorptionsmaterial 51 wurde unter Bezugnahme auf 1 beschrieben und ist ein MOF-Material mit einer Porenbreite, die in einer Ausführungsform zwischen 2,5 nm und 5 nm liegt, oder mit einer Porenbreite, die in einer Ausführungsform weniger als 5 nm beträgt. Alternativ kann das erste Adsorptionsmaterial 51 ein flexibles MOF-Material sein. In einer Ausführungsform ist das zweite adsorbierende Material 52 ein MOF-Material mit einer Porenbreite zwischen 10 nm und 40 nm. Alternativ kann das zweite Adsorptionsmittel 52 ein MOF-Material sein, das so konfiguriert ist, dass es sauerstoffhaltige Kraftstoffdampfbestandteile einschließlich Ethanol adsorbiert. Alternativ kann das zweite Adsorptionsmittel 52 ein flexibles MOF-Material sein. In einer Ausführungsform ist das dritte Adsorptionsmaterial 53 ein Aktivkohlematerial. Verschiedene Kombinationen des ersten, zweiten und dritten Adsorptionsmaterials 51, 52, 53 können ausgewählt und verwendet werden, um die Aufgabe des Auffangens, Speicherns und Freisetzens von Kraftstoffdampfbestandteilen zu erfüllen.
3 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform des Verdunstungsspeichers 240, die bei einer Ausführungsform des Fahrzeugs und des Verbrennungsmotors 10, die unter Bezugnahme auf 1 beschrieben ist, verwendet werden kann. In dieser Ausführungsform ist der Verdunstungsspeicherkanister 240 als starrer Behälter mit einer rechteckigen prismatischen Form angeordnet, der eine Vielzahl von Kammern bildet und definiert, die in Reihe zwischen der ersten Öffnung 31 und der zweiten Öffnung 32 angeordnet sind. In einer Ausführungsform und wie hierin beschrieben, umfasst der Verdunstungsspeicherkanister 240 die erste volumetrische Kammer 41, die in Reihe mit einer zweiten volumetrischen Kammer 42 angeordnet ist, die in Reihe mit einer dritten volumetrischen Kammer 43 angeordnet ist, die an einem Ende mit dem zweiten Anschluss 32 fluidisch verbunden ist. In einer Ausführungsform und wie dargestellt sind die erste volumetrische Kammer 41, die zweite volumetrische Kammer 42 und die dritte volumetrische Kammer 43 als rechteckige prismatische Strukturen angeordnet, die nebeneinander angeordnet sind, wobei die erste volumetrische Kammer 41 von der zweiten volumetrischen Kammer 42 durch einen ersten Separator 44 und die zweite volumetrische Kammer 42 von der dritten volumetrischen Kammer 43 durch einen zweiten Separator 46 getrennt ist. Der erste Abscheider 44 weist an einem ersten Ende ein erstes Sieb 45 auf, und der zweite Abscheider 46 weist an einem zweiten, gegenüberliegenden Ende ein zweites Sieb 47 auf. Die Anordnung ermöglicht einen Strömungsweg 234 durch den Verdunstungsspeicher 240 zwischen der ersten Öffnung 31 und der zweiten Öffnung 32, der durch die erste volumetrische Kammer 41, die zweite volumetrische Kammer 42 und die dritte volumetrische Kammer 43 in Reihe verläuft.
Die erste volumetrische Kammer 41 ist mit dem ersten Adsorptionsmittel 151, die zweite volumetrische Kammer 42 mit einem zweiten Adsorptionsmittel 152 und die dritte volumetrische Kammer 43 mit einem dritten Adsorptionsmittel 153 gefüllt.
Das erste Adsorptionsmaterial 151 kann analog zu dem in 1 beschriebenen ersten Adsorptionsmaterial 51 sein, bei dem es sich um ein MOF-Material handelt, dessen Porenbreite in einer Ausführungsform zwischen 2,5 nm und 5 nm liegt, oder das in einer Ausführungsform eine Porenbreite von weniger als 5 nm aufweist. Alternativ kann das erste Adsorptionsmittel 151 ein flexibles MOF-Material sein, das durch den ersten Steuerimpuls 55 gesteuert wird. Alternativ kann das erste Adsorptionsmittel 151 auch ein Aktivkohlematerial sein.
Das zweite Adsorptionsmittel 152 kann analog zu dem in 2 beschriebenen zweiten Adsorptionsmittel 52 sein, bei dem es sich um ein MOF-Material handelt, dessen Porenbreite in einer Ausführungsform zwischen 10 nm und 40 nm liegt. Alternativ kann das zweite Adsorptionsmittel 152 ein MOF-Material sein, das so konfiguriert ist, dass es sauerstoffhaltige Kraftstoffdampfbestandteile einschließlich Ethanol adsorbiert. Alternativ kann das zweite Adsorptionsmaterial 152 ein flexibles MOF-Material sein, das durch den zweiten Steuerimpuls 56 gesteuert wird. Alternativ kann das zweite Adsorptionsmittel 152 auch ein Aktivkohlematerial sein.
Das dritte Adsorptionsmittel 153 ist in einer Ausführungsform ein Aktivkohlematerial. Alternativ kann das dritte Adsorptionsmittel 153 ein flexibles MOF-Material sein, das durch den dritten Steuerimpuls 57 gesteuert wird.
Das Steuergerät 80 steht in Wirkverbindung mit dem Kanisterspülventil 37 und den ersten, zweiten und/oder dritten Steuerimpulsen 55, 56, 57, wenn diese eingesetzt werden. Das Steuergerät 80 erzeugt die ersten, zweiten und/oder dritten Steuerimpulse 55, 56, 57. Jeder der ersten, zweiten und/oder dritten Steuerimpulse 55, 56, 57 umfasst einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand. Bei den Steuerimpulsen 55, 56, 57 kann es sich um einen Partialdruck, eine Umgebungstemperatur, eine Lichtintensität, ein elektrisches Signal, ein elektromagnetisches Signal usw. oder eine Kombination davon handeln. Die Steuerimpulse 55, 56, 57 umfassen einen ersten Zustand und einen zweiten Zustand und können ein konstantes Signal, ein pulsbreitenmoduliertes Signal oder ein anderes moduliertes Signal in Form einer elektrischen Spannung, eines elektrischen Stroms, eines elektromagnetischen Impulses, eines emittierten Lichts, eines Drucks usw. sein. In einer Ausführungsform liegen die Steuerimpulse 55, 56, 57 in Form von Steuersignalen vor, die von dem Steuergerät 80 aktiv erzeugt werden können. In solchen Ausführungsformen können die Steuerimpulse 55, 56, 57 konstante oder modulierte elektrische Spannungs- oder Stromsignale oder elektromagnetische Signale sein. In einer Ausführungsform werden die Steuerimpulse 55, 56, 57 an Aktuatoren (nicht dargestellt) geliefert, die in oder in der Nähe des jeweiligen ersten, zweiten und/oder dritten Adsorptionsmaterials 151, 152, 153 integriert sind. Die Aktoren sind analog zum Aktor 54, der mit Bezug auf 1 beschrieben ist. In einer Ausführungsform können die Stellglieder Heizelemente sein. Alternativ können die Aktoren auch elektromagnetische Geräte, Glühbirnen usw. sein. In einer Ausführungsform werden die Steuerimpulse 55, 56, 57 indirekt durch einen oder mehrere Motorbetriebszustände und/oder Fahrzeugbetriebszustände erzeugt. In solchen Ausführungsformen können die Steuerimpulse 55, 56, 57 eine oder eine Kombination aus einem Partialdruck, einer Umgebungstemperatur oder einer Lichtintensität sein.
4 zeigt bildlich ein Beispiel für ein flexibles MOF 330. Das flexible MOF 330 ist ein hybrides organisch-anorganisches Material, das durch die Verbindung von Sekundärbausteinen (SBU) 310 über starre organische Liganden 320 zusammengesetzt wird. In einer Ausführungsform umfasst die SBU 310 Metalloxid-Cluster. Das flexible MOF 330 kann auch so beschrieben werden, dass es austauschbare metallhaltige Knoten und Verstrebungen auf Kohlenstoffbasis aufweist. Die Porengrößen und ihre chemische Funktionalität können durch Kontrolle der Architektur maßgeschneidert werden, einschließlich der Adsorption bestimmter Kohlenwasserstoffmoleküle.
5 zeigt bildlich einen Teil einer Ausführungsform des flexiblen MOF-Materials, z. B. Co(bdp), in einem ersten, kollabierten Zustand 410 und in einem zweiten, expandierten Zustand 430, sowie einen zugehörigen Steuerimpuls 420. Das flexible MOF-Material ist reversibel in den ersten, kollabierten Zustand 410 und in den zweiten, expandierten Zustand 430 in Reaktion auf den Steuerimpuls 420 steuerbar. Wie dargestellt, kann das flexible MOF-Material so umgewandelt werden, dass es dicht angeordnete, kleine Poren aufweist, die in der Lage sind, Kohlenwasserstoffdampf zu adsorbieren, wenn es durch den Steuerimpuls 420 in den ersten, kollabierten Zustand 410 versetzt wird. Wie dargestellt, kann das flexible MOF-Material so umgewandelt werden, dass es lose angeordnete, große Poren aufweist, die in der Lage sind, Kohlenwasserstoffdampf zu desorbieren, wenn es durch den Steuerimpuls 420 in den zweiten, erweiterten Zustand 430 versetzt wird.
Wiederum Bezug nehmend auf 1, umfasst das Dampfabscheidungselement 50 im Luftansaugsystem 20 ein flexibles MOF-Material 90, das dem flexiblen MOF-Material des ersten Adsorptionsmaterials 51 ähnlich ist und als Reaktion auf einen Steuerimpuls reversibel steuerbar ist.
Durch eine geeignete Konstruktion kann der HC-Adsorber Kohlenwasserstoffdampf adsorbieren/desorbieren. Im Vergleich zu HC-Adsorbern auf Aktivkohlebasis würde er auch weniger Krängung aufweisen, d. h. einen dauerhaften Verlust der Dampfbindung.
6 zeigt grafisch die Porengrößenverteilung für vier MOFs und Aktivkohle, wobei die Verteilung 510 auf der vertikalen Achse und die Porenweite 520 auf der horizontalen Achse dargestellt ist. Die Aktivkohle ist mit der Ziffer 501 gekennzeichnet. Zu den vier MOFs gehören Cu ₃BTC ₂502, UiO-67 503, ZIF-8 504 und DUT-6 505. Die Ergebnisse zeigen, dass die MOFs besser definierte Porentypen aufweisen als die Aktivkohle. Cu ₃BTC ₂502 beispielsweise weist einen kleinen tetraedrischen Käfig zusammen mit eindimensionalen quadratischen Kanälen von 9 und 6 Å auf. UiO-67 503 besteht aus kleinen tetraedrischen und großen oktaedrischen Käfigen. Das DUT-6 505 hat die größte durchschnittliche Porenweite der vier abgebildeten MOFs.
Ottokraftstoff besteht aus einer Kombination von Alkanen (C ₄-C₁₂) und Aromaten (Alkylbenzole, Indane, Naphthaline) im Siedebereich von etwa 35-200° C und einem oder mehreren sauerstoffhaltigen Komponenten wie Ethanol. Was die Zusammensetzung der Mischungen betrifft, so kann Benzin 55-77 % gesättigte Kohlenwasserstoffe, 9-36 % Aromaten, einige ungesättigte Kohlenwasserstoffe und 10-15 % Ethanol enthalten. Benzindampf enthält sehr flüchtige organische Verbindungen (VVOCs), wobei n-Butan, Isobutan, n-Pentan und 2-Methylbutan zusammen 60-77 Gew.-% ausmachen. Das am häufigsten vorkommende Alkan in verdampftem Benzin ist n-Butan. Die Headspace-Zusammensetzung kann anhand der Zusammensetzung des Kraftstoffs, der Dampf-Flüssigkeits-Gleichgewichtstheorie und der Aktivitätskoeffizienten vorhergesagt werden.
Bei einem Benzingemisch werden die unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften der einzelnen Bestandteile wie Größe, Form, Polarisation, Bindungsenergie und Diffusionskinetik berücksichtigt. Die wirksame reversible Adsorption und Desorption des Gasgemischs an einem Adsorptionsmittel kann durch das Vorhandensein bestimmter Bestandteile beeinträchtigt werden. Die Stabilität des Adsorptionsmittels während der Adsorptions-Desorptions-Zyklen ist für Fahrzeuganwendungen von entscheidender Bedeutung, da sie die Nutzungsdauer eines Verdunstungsemissionssystems beeinflusst. Das flexible MOF-Material kann vorteilhaft auf die zu adsorbierenden Moleküle für die Anwendung in einem Verdunstungsemissionssystem zugeschnitten werden. Die Verwendung eines flexiblen MOF, wie hier beschrieben, ermöglicht die Abstimmung der Porengröße für die Adsorption und Desorption, um die gewünschten Eigenschaften für die selektive Adsorption und Desorption der gewünschten Komponenten eines Gasgemischs, z. B. VVOCs wie n-Butan, zu erreichen.
Der Entwurf eines Adsorptionsmittels erfordert ein umfassendes Verständnis der Struktur des Adsorptionsmittels, einschließlich der Porengröße/-form und anderer Adsorbateigenschaften. In dieser Ausführungsform sind die Adsorbate Kohlenwasserstoffmoleküle, die durch schwache anziehende Wechselwirkungen, die so genannten van der Waals-Kräfte, an der Oberfläche haften. Die Adsorption erfolgt in Poren, deren Durchmesser etwa doppelt so groß ist wie der Moleküldurchmesser des zu adsorbierenden Moleküls, weshalb die Porengrößenverteilung im Adsorptionsmittel ein entscheidender Faktor ist. Dies sind die Eigenschaften des Adsorbats, die erforderlich sind, um das Material oder die Kombination von Materialien für die Adsorption der in der Headspace-Zusammensetzung enthaltenen Moleküle besser zu entwickeln. Das flexible MOF-Design, das sich am besten für die Adsorption von Butan eignet, hat in einer Ausführungsform eine Porengröße von 2 nm bis 2,5 nm, basierend auf einer Korrelation zwischen der Adsorptionskapazität von n-Butan und den zuvor genannten Poreneigenschaften.
Eine weitere Materialeigenschaft, die sich auf die Adsorptionsaufnahme von Adsorbaten auswirken kann, ist das Vorhandensein offener Metallstellen. Bei einigen MOFs sind die Metallzentren in einer bestimmten Koordinationsumgebung gebunden, wobei das Kation im Zentrum offen und für die adsorbierten Gasmoleküle zugänglich ist. Es hat sich gezeigt, dass ungesättigte Metallstellen bestimmte Adsorbat-Affinitäten im Vergleich zu nicht offenen Metallen verbessern.
Die Porengröße wird so gewählt, dass die Adsorbatmoleküle leicht aus dem Porennetz desorbiert werden und herausdiffundieren können. Poren, die potenziell zu klein sind, sind nicht wünschenswert, da sie wahrscheinlich große Moleküle einschließen, was mit der Zeit zu einer Abnahme der Speicherkapazität führt.
Diese Anordnung des Behälters erleichtert es, die Bestandteile des Behälters, d. h. die Materialien, je nach Anwendung und Markt anzupassen, und bietet somit Flexibilität in einem einzigen Behälter durch den Wechsel des/der Adsorptionsmittel(s).
Der Begriff „Steuergerät“ und verwandte Begriffe wie Mikrocontroller, Steuerung, Steuereinheit, Prozessor usw. beziehen sich auf eine oder verschiedene Kombinationen von anwendungsspezifischen integrierten Schaltungen (ASIC), feldprogrammierbaren Gate-Arrays (FPGA), elektronischen Schaltungen, Zentraleinheiten, z. B. Mikroprozessoren und zugehörigen nichttransitorischen Speicherkomponenten in Form von Speicher- und Speichervorrichtungen (Nur-Lese-, programmierbare Nur-Lese-, Direktzugriffs-, Festplattenvorrichtungen usw.). Die nichttransitorische Speicherkomponente ist in der Lage, maschinenlesbare Befehle in Form von einem oder mehreren Software- oder Firmware-Programmen oder -Routinen, kombinatorischen Logikschaltungen, Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen, Signalaufbereitung, Pufferschaltungen und anderen Komponenten zu speichern, auf die ein oder mehrere Prozessoren zugreifen und die sie ausführen können, um die beschriebene Funktionalität bereitzustellen. Zu den Eingangs-/Ausgangsschaltungen und -vorrichtungen gehören Analog-Digital-Wandler und verwandte Vorrichtungen, die Eingänge von Sensoren überwachen, wobei solche Eingänge mit einer voreingestellten Abtastfrequenz oder als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis überwacht werden. Software, Firmware, Programme, Anweisungen, Steuerroutinen, Code, Algorithmen und ähnliche Begriffe bezeichnen von Steuergeräten ausführbare Befehlssätze einschließlich Kalibrierungen und Nachschlagetabellen. Jedes Steuergerät führt Steuerroutine(n) aus, um die gewünschten Funktionen bereitzustellen. Die Routinen können in regelmäßigen Abständen ausgeführt werden, z. B. alle 100 Mikrosekunden während des laufenden Betriebs. Alternativ dazu können die Routinen als Reaktion auf ein auslösendes Ereignis ausgeführt werden. Die Kommunikation zwischen Controllern, Aktoren und/oder Sensoren kann über eine direkte verdrahtete Punkt-zu-Punkt-Verbindung, eine vernetzte Kommunikationsbusverbindung, eine drahtlose Verbindung oder eine andere Kommunikationsverbindung erfolgen. Die Kommunikation umfasst den Austausch von Datensignalen, z. B. elektrische Signale über ein leitendes Medium, elektromagnetische Signale über Luft, optische Signale über Lichtwellenleiter usw. Zu den Datensignalen können diskrete, analoge und/oder digitalisierte analoge Signale gehören, die Eingaben von Sensoren, Stellgliedbefehle und die Kommunikation zwischen Steuergeräten darstellen. Der Begriff „Signal“ bezieht sich auf einen physikalisch wahrnehmbaren Indikator, der Informationen übermittelt, und kann eine geeignete Wellenform sein (z. B. elektrisch, optisch, magnetisch, mechanisch oder elektromagnetisch), wie Gleichstrom, Wechselstrom, Sinuswelle, Dreieckswelle, Rechteckwelle, Vibration und dergleichen, die sich durch ein Medium ausbreiten kann.
Die ausführliche Beschreibung und die Zeichnungen oder Figuren sind unterstützend und beschreibend für die vorliegende Lehre, aber der Umfang der vorliegenden Lehre wird ausschließlich durch die Ansprüche definiert. Während einige der bevorzugten Ausführungsformen und andere Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehre im Detail beschrieben wurden, gibt es verschiedene alternative Designs und Ausführungsformen für die Durchführung der vorliegenden Lehre in den Ansprüchen definiert.

Claims

Vorrichtung zum Auffangen von Kraftstoffdämpfen an einem Fahrzeug, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: eine Kanistervorrichtung mit einer ersten Öffnung, die mit einem Kopfraumteil eines Kraftstofftanks in Fluidverbindung steht, wobei die Kanistervorrichtung eine Kammer definiert, die in Reihe zwischen der ersten Öffnung und einer zweiten Öffnung in Fluidverbindung steht; und ein erstes metallorganisches Gerüstmaterial, MOF, das in der Kammer angeordnet ist, wobei das erste MOF so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste MOF-Material ein metallorganisches Gerüstmaterial, MOF, mit einer Porenbreite zwischen 2 nm und 2,5 nm umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste MOF-Material ein metallorganisches Gerüstmaterial, MOF, mit einer Porenbreite von weniger als 5 nm umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein zweites Material, das in der Kammer angeordnet ist, wobei das zweite Material so konfiguriert ist, dass es Kraftstoffdampf adsorbiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste MOF-Material eine Porenbreite von weniger als 5 nm aufweist und wobei das zweite Material ein zweites MOF-Material mit einer Porenbreite in einem Bereich zwischen 10 nm und 40 nm umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste MOF-Material eine Porenbreite von weniger als 5 nm aufweist und wobei das zweite Material ein Aktivkohlematerial umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das erste MOF-Material und das zweite Material in der Kammer miteinander vermischt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei das zweite Material ein zweites MOF-Material umfasst, das so konfiguriert ist, dass es sauerstoffhaltige Kraftstoffdampfbestandteile einschließlich Ethanol adsorbiert.
Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner umfassend ein drittes Material, das in der Kammer angeordnet ist, wobei das erste MOF-Material eine Porenbreite von weniger als 5 nm aufweist und wobei das zweite Material ein zweites MOF-Material mit einer Porenbreite in einem Bereich zwischen 10 nm und 40 nm umfasst, wobei das dritte Material ein Adsorptionsmaterial umfasst, das so konfiguriert ist, dass es sauerstoffhaltige Kraftstoffdampfbestandteile einschließlich Ethanol adsorbiert, und wobei das erste MOF-Material, das zweite MOF-Material und das dritte Material in der Kammer miteinander vermischt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste MOF-Material ein flexibles MOF-Material umfasst, das ein hybrides organisch-anorganisches Material enthält, das durch Verbinden sekundärer Bausteine unter Verwendung starrer organischer Liganden zusammengesetzt ist; wobei das flexible MOF-Material als Reaktion auf einen Steuerimpuls reversibel in einen ersten Zustand oder einen zweiten Zustand steuerbar ist, und wobei das flexible MOF-Material so konfiguriert ist, dass es den Kraftstoffdampf im ersten Zustand adsorbiert und so konfiguriert ist, dass es den Kraftstoffdampf im zweiten Zustand desorbiert.