DE10229758A1

DE10229758A1 - Kraftstoffkondensationssystem

Info

Publication number: DE10229758A1
Application number: DE2002129758
Authority: DE
Inventors: Wolf Dr. Boll; Ralf Dipl.-Ing. Brünemann; Eberhard Dipl.-Ing. Holder; Roland Dipl.-Ing. Kemmler; Lothar Dipl.-Ing. Mauz (FH)
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2002-07-03
Filing date: 2002-07-03
Publication date: 2004-01-29

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf einen kryotechnischen Kondensator 5 für Kraftstoff, der innerhalb einer Entlüftungsleitung 3 vor einem Aktivkohlefilter 4 angeordnet ist. Die Entlüftungsleitung 3 ist hierbei durch eine Zirkulationsleitung 9 ergänzt, so daß Kraftstoffgas vom Flüssigkraftstofftank 1 zum kryotechnischen Kondensator 5 gefördert und in einen Sammelbehälter 6 geführt werden kann. Während der Betankung wird überschüssiges Kraftstoffgas der Entlüftungsleitung im kryotechnischen Kondensator 5 abgeschieden, um eine Überbelastung des Aktivkohlefilters 4 zu vermeiden.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Flüssigkraftstofftank für eine Brennkraftmaschine mit einem Einfüllstutzen, einer einen Aktivkohlefilter aufweisenden Entlüftungsleitung und einer Kraftstoffleitung zwischen dem Flüssigkraftstofftank und der Brennkraftmaschine.

Es ist bereits ein Verfahren zum Befüllen eines Kraftfahrzeug-Kraftstofftanks aus der WO 00/20244 bekannt, bei dem der Austritt von Kraftstoffgasen aus dem Kraftstofftank dadurch verhindert wird, daß wenigstens ein Teil des Kraftstofftanks so abgekühlt wird, daß die aufsteigenden Kraftstoffgase kondensieren und in den Kraftstofftank zurückfließen. Hierbei handelt es sich um die leicht flüchtigen Bestandteile des Kraftstoffs, die aufgrund ihres höheren Dampfdrucks während und nach dem Zurückfließen großteils wieder verdampfen, so daß ein Gasaustritt nicht verhindert wird.

Aus der DE 197 34 493 Cl ist eine Kraftstoffversorgungsanlage für eine Brennkraftmaschine mit einem Flüssigkraftstofftank bekannt, von dem aus eine Kraftstoffzuleitung zu einer Einspritzeinrichtung führt. Zudem ist eine mit dem Flüssigkraftstofftank verbundene Verdampfungs- und Kondensationseinrichtung für niedrig siedende Kraftstoffanteile mit einem der Verdampfungs- und Kondensationseinrichtung nachgeschalteten Zwischentank für Kondensat vorgesehen, von dem aus eine Kondensatleitung zu einem die Zufuhr zu der Einspritzeinrichtung regelnden Steuerventil führt. Eine Restkraftstoffleitung für in der Verdampfungs- und Kondensierungseinrichtung anfallenden, höher siedenden Kraftstoff mündet in einen Zusatztank, von dem aus eine Restkraftstoffleitung zu einem in der Kraftstoffzuleitung angeordneten Umschaltventil führt, das so gesteuert ist, daß Restkraftstoff aus der Restkraftstoffzuleitung in die zu der Einspritzeinrichtung führenden Kraftstoffzuleitung wenigstens teilweise bei Vollast der Brennkraftmaschine eingeleitet wird.

Die Druckschrift EP 0 936 097 A1 zeigt einen Flüssigkraftstofftank mit einer Entlüftungsleitung, die über ein Stellventil entweder an einen Filter oder an eine Zirkulationsleitung anschließbar ist. Die Zirkulationsleitung weist hierbei einen Kondensator auf, dessen Abfluß mit dem Flüssigkraftstofftank verbunden ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Entlüftung eines Flüssigkraftstofftanks derart auszubilden und anzuordnen, daß eine kostengünstige und einfache Rückhaltung von Kraftstoffgasen gewährleistet wird.

Gelöst wird die Aufgabe erfindungsgemäß dadurch, daß innerhalb der Entlüftungsleitung zwischen dem Flüssigkraftstofftank und dem Aktivkohlefilter ein kryotechnischer Kondensator angeordnet ist. Hierdurch wird erreicht, daß die durch die Entlüftungsleitung austretenden Kraftstoffgase zunächst im kryotechnischen Kondensator abscheiden und ein nicht abgeschiedener Teil der Kraftstoffgase im anschließenden Aktivkohlefilter absorbiert werden. Somit kann auch bei einem schnellen Betankungsvorgang eine Überbelastung des Aktivkohlefilters und ein Austritt von Kraftstoffgasen verhindert werden.

Hierzu ist es vorteilhaft, daß der kryotechnische Kondensator verschiedene Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur, im Besonderen eine den Sättigungsdampfdruck des Kraftstoffs unterschreitende Temperatur aufweist. Je nach Außentemperatur bzw. Kraftstofftemperatur ist eine unterschiedliche Kondensationstemperatur notwendig, damit zum einen die Kondensation der Kraftstoffgase gewährleistet ist und zum anderen eine übermäßige Kühlleistung des kryotechnischen Kondensators vermieden wird.

Eine zusätzliche Möglichkeit ist gemäß einer Weiterbildung, daß dem kryotechnischen Kondensator eine Kühleinrichtung zugeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung als Peltier-Kühlung und/oder als Expansionskühlung mit Kompression, Abkühlung und Expansion ausgebildet ist. Die Verwendung einer Peltier-Kühlung gewährleistet sehr tiefe Temperaturen. Die Verwendung einer Expansionskühlung ist besonders vorteilhaft, weil mittels eines kontinuierlich füllbaren Druckspeichers eine sehr große und schnelle Kühlleistung umsetzbar ist. Die kontinuierliche Fülleistung liegt dabei deutlich unter der Kompressionsleistung eines unmittelbar einsetzenden bzw. zugeschalteten Kompressionskühlers.

Ferner ist es vorteilhaft, daß dem kryotechnischen Kondensator ein innerhalb der Kraftstoffleitung angeordneter Sammelbehälter zugeordnet ist, der wahlweise eine Füllstandserkennung aufweist. Somit wird das kondensierte, aber leicht flüchtige Kraftstoffgas separat gespeichert. Ein erneutes Ausdampfen in die Entlüftungsleitung wird verhindert. Durch die Füllstanderkennung kann zum einen ein ausreichendes Füllvolumen für einen Betankungsvorgang gewährleistet werden, und zum anderen ein ausreichendes Reservoir an leicht flüchtigem Kraftstoff für einen Kaltstart.

Vorteilhaft ist es hierzu auch, daß der Sammelbehälter eine Rücklaufleitung zum Flüssigkraftstofftank aufweist, die an einer Seitenkammer des Flüssigkraftstofftanks anschließt. Wenn das kondensierte Kraftstoffgas in den Flüssigkraftstofftank zurückgefördert wird, so kann es dort nicht unmittelbar über die Entlüftungsleitung abdampfen. Innerhalb der Seitenkammer wird die Einmischung in den übrigen Kraftstoff gefördert.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Lösung ist schließlich vorgesehen, daß an die Entlüftungsleitung zwischen dem kryotechnischen Kondensator und dem Aktivkohlefilter eine Zirkulationsleitung anschließt, die im Flüssigkraftstofftank mündet, wobei die Zirkulationsleitung eine Rücklaufdüse aufweist, die im Bereich einer Bodenwand des Flüssigkraftstofftanks angeordnet ist und mindestens eine Ausströmöffnung aufweist. Über die Zirkulationsleitung kann ein stetiger Kraftstoffgas-Strom durch den kryotechnischen Kondensator gefördert werden, so daß die Abscheidung von leichtflüssigem Kraftstoffgas je nach Bedarf, z. B. für einen Kaltstart, möglich ist. Durch die Rücklaufdüse wird eine größt mögliche Kraftstoffgas-Aufnahme bzw. Kraftstoffgas-Sättigung der Zirkulationsluft gewährleistet.

Im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Ausbildung und Anordnung ist es von Vorteil, daß innerhalb der Zirkulationsleitung eine Umwälzpumpe vorgesehen ist.

Vorteilhaft ist es ferner, daß innerhalb der Kraftstoffleitung zwischen dem kryotechnischen Kondensator und dem Sammelbehälter ein Rückschlagventil vorgesehen ist. Das Rückschlagventil verhindert ein Zurückströmen von Kraftstoffgas aus dem Sammelbehälter.

Außerdem ist es vorteilhaft, daß der Einfüllstutzen eine Verschlußeinrichtung mit einem einem Steuergerät zugeordneten Sensor aufweist, wobei das Steuergerät beim Öffnen der Verschlußeinrichtung den kryotechnischen Kondensator aktiviert. Somit wird während einer Betankung der überwiegende Teil der Kraftstoffgase im kryotechnischen Kondensator abgeschieden und eine Überlastung des Aktivkohlefilters verhindert.

Ferner ist es vorteilhaft, daß innerhalb der Entlüftungsleitung zwischen der Zirkulationsleitung und dem Aktivkohlefilter ein Rückschlagventil vorgesehen ist. Somit wird durch die Umwälzpumpe der Zirkulationsleitung keine Frischluft über den Aktivkohlefilter aus der Umgebung angesaugt.

Hierbei ist es von Vorteil, daß das Steuergerät Signale der Füllstandserkennung des Sammelbehälters verarbeitet und die Umwälzpumpe der Zirkulationsleitung, sowie die Kühleinrichtung steuert. Dadurch kann im Sammelbehälter ein jederzeit zur Verfügung stehendes Reservoir leicht flüchtigen Kraftstoffs für einen Kaltstart gewährleistet werden. Die Kühlleistung des kryotechnischen Kondensators wird nur im Bedarfsfall, also während einer Betankung oder zum Auffüllen des Sammelbehälters eingesetzt.

Vorteilhaft ist es auch, daß das dem kryotechnischen Kondensator in seiner Ausführung als Expansionskühler ein Speicher mit druckbeaufschlagtem Kältemittel zugeordnet ist aus dem heraus das Steuergerät die erforderliche Kältemittelmenge in den Kondensator entläßt.

Zudem ist es vorteilhaft, daß das' Kältemittel zumindest teilweise aus leicht flüchtigem Kraftstoff gebildet ist. Somit steht jederzeit ein Vorrat an Kältemittel innerhalb der Kondensatorkammer zur Verfügung.

Weitere Vorteile und Einzelheiten der Erfindung sind in den Patentansprüchen und in der Beschreibung erläutert und in der Figur dargestellt. Es zeigt:
1 eine Prinzipdarstellung eines Flüssigkraftstofftanks mit kryotechnischem Kondensator und Zirkulationsleitung.
Mit 1 ist ein Flüssigkraftstofftank bezeichnet, der einen Einfüllstutzen 2 mit einer Verschlußeinrichtung 2.1 aufweist. Zudem ist eine Entlüftungsleitung 3 vorgesehen, die mittelbar Kraftstoffgase über einen Aktivkohlefilter 4 an die Umgebung abgibt. Die Entlüftungsleitung 3 führt von dem Flüssigkraftstofftank 1 ausgehend zunächst an einen kryotechnischen Kondensator 5. Der kryotechnische Kondensator 5 verfügt über eine Kühleinrichtung 8, mittels derer seine Kondensationsflächen abgekühlt werden. Die Kühleinrichtung 8 kann hierbei auf der Basis einer Expansionskühlung und/oder einer Peltier-Kühlung aufgebaut sein. Die Expansionskühlung kann aus dem Speicher heraus erfolgen und damit sehr schnell wirken. Dieser Speicher kann nach dem Tankvorgang mit geringer Leitung nachgefüllt werden.
Vom kryotechnischen Kondensator 5 führt die Entlüftungsleitung 3 zum Aktivkohlefilter 4 und damit zur Umgebung. Am unteren Ende des kryotechnischen Kondensators 5 ist eine Kraftstoffleitung 7 vorgesehen, durch die das kondensierte Kraftstoffgas bzw. Kraftstoff über eine Kraftstoffpumpe 7.2 in einen Sammelbehälter 6 fließt. Über einen weiteren Teil 7' der Kraftstoffleitung 7 wird Kraftstoff aus dem Flüssigkraftstofftank 1 abgesaugt und über den Sammelbehälter 6 sowie einen Teil 7'' der Kraftstoffleitung 7 zur Brennkraftmaschine geführt.
Von der Entlüftungsleitung 3 ausgehend ist zwischen dem kryotechnischen Kondensator 5 und dem Aktivkohlefilter 4 eine Zirkulationsleitung 9 vorgesehen, die in den Flüssigkraftstofftank 1 mündet, an den die Entlüftungsleitung 3 angeschlossen ist. An ihrer Mündungsstelle weist die Zirkulationsleitung 9 eine Rücklaufdüse 9.1 auf, durch die die rückgeführten Kraftstoffgase in den Flüssigkraftstofftank 1 bzw. den Kraftstoff eingebracht werden.
Innerhalb der Zirkulationsleitung 9 ist zudem eine Umwälzpumpe 9.2 vorgesehen, die die Zirkulationsgase vom Flüssigkraftstofftank 1 ausgehend über den kryotechnischen Kondensator 5 und die Rücklaufdüse 9.1 umwälzt. Hierbei wird Kraftstoffgas innerhalb des kryotechnischen Kondensators 5 abgeschieden und dem Sammelbehälter 6 zugeführt.
Der Verschlußeinrichtung 2.1 des Einfüllstutzens 2 ist ein Sensor 2.2 zugeordnet, der das Öffnen der Verschlußeinrichtung 2.1 erkennt und dieses Signal an ein Steuergerät 2.3 abgibt. Das Steuergerät 2.3 ist mit der Kühleinrichtung 8 des kryotechnischen Kondensators 5 gekoppelt, so daß die Kühleinrichtung 8 während der Betankung aktiviert wird und das durch die Entlüftungsleitung 3 entweichende Kraftstoffgas im kryotechnischen Kondensator 5 abgeschieden wird.
Innerhalb der Entlüftungsleitung 3 ist zudem zwischen dem Aktivkohlefilter 4 und der Umwälzpumpe 9.2 ein Rückschlagventil 3.1 vorgesehen, so daß bei Betrieb der Umwälzpumpe 9.2 keine Frischluft über den Aktivkohlefilter 4 angesaugt werden kann.
Innerhalb der Kraftstoffleitung 7 ist zwischen der Kraftstoffpumpe 7.2 und dem Sammelbehälter 6 ebenfalls ein Rückschlagventil 7.1 vorgesehen, so daß das abgeschiedene Kraftstoffgas nicht vom Sammelbehälter 6 ausgehend zurück in den kryotechnischen Kondensator 5 bzw. in den Flüssigkraftstofftank 1 eindampft.

1: Flüssigkraftstofftank
1.1: Bodenwand
2: Einfüllstutzen
2.1: Verschlußeinrichtung
2.2: Sensor
2.3: Steuergerät
3: Entlüftungsleitung
3.1: Rückschlagventil
4: Aktivkohlefilter
5: kryotechnischer Kondensator
6: Sammelbehälter
7: Kraftstoffleitung
7': Teil der Kraftstoffleitung
7'': Teil der Kraftstoffleitung
7.1: Rückschlagventil
7.2: Kraftstoffpumpe
8: Kühleinrichtung
9: Zirkulationsleitung
9.1: Rücklaufdüse
9.2: Umwälzpumpe

Claims

Flüssigkraftstofftank (1) für eine Brennkraftmaschine mit einem Einfüllstutzen (2), einer einen Aktivkohlefilter (4) aufweisenden Entlüftungsleitung (3) und einer Kraftstoffleitung (7) zwischen dem Flüssigkraftstofftank (1) und der Brennkraftmaschine, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Entlüftungsleitung (3) zwischen dem Flüssigkraftstofftank (1) und dem Aktivkohlefilter (4) ein kryotechnischer Kondensator (5) angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der kryotechnische Kondensator (5) verschiedene Temperaturen unterhalb der Umgebungstemperatur, im Besonderen eine den Sättigungsdampfdruck des Kraftstoffs unterschreitende Temperatur, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem kryotechnischen Kondensator (5) eine Kühleinrichtung (8) zugeordnet ist, wobei die Kühleinrichtung 8 als Peltier-Kühlung und/oder als Expansionskühlung ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem kryotechnischen Kondensator (5) ein innerhalb der Kraftstoffleitung (7) angeordneter Sammelbehälter (6) zugeordnet ist, der wahlweise eine Füllstandserkennung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sammelbehälter (6) eine Rücklaufleitung zum Flüssigkraftstofftank 1 aufweist, die an einer Seitenkammer des Flüssigkraftstofftanks 1 anschließt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Entlüftungsleitung (3), zwischen dem kryotechnischen Kondensator (5) und dem Aktivkohlefilter (4) eine Zirkulationsteitung (9) anschließt, die im Flüssigkraftstofftank (1) mündet.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zirkulationsleitung (9) eine Rücklaufdüse (9.1) aufweist, die im Bereich einer Bodenwand (1.1) des Flüssigkraftstofftanks (1) angeordnet ist und mindestens eine Ausströmöffnung aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Zirkulationsleitung (9) eine Umwälzpumpe (9.2) zugeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftstoffleitung (7), zwischen dem kryotechnischen Kondensator (5) und dem Sammelbehälter (6) ein Rückschlagventil (7.1) und/oder eine Kraftstoffpumpe (7.2) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Einfüllstutzen (2) eine Verschlußeinrichtung (2.1) mit einem einem Steuergerät (2.3) zugeordneten Sensor (2.2) aufweist, wobei das Steuergerät (2.3) beim Öffnen der Verschlußeinrichtung (2.1) den kryotechnischer Kondensator 5 aktiviert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Entlüftungsleitung (3) zwischen einer Anschlußstelle der Zirkulationsleitung (9) und dem Aktivkohlefilter (4) ein Rückschlagventil (3.1) aufweist.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (2.3) Signale der Füllstandserkennung des Sammelbehälters (6) verarbeitet und die Umwälzpumpe (9.2) der Zirkulationsleitung (9) sowie die Kühleinrichtung (8) steuert.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das dem kryotechnischen Kondensator (5) in seiner Ausführung als Expansionskühler ein Speicher mit druckbeaufschlagtem Kältemittel zugeordnet ist aus dem heraus das Steuergerät (2.3) die erforderliche Kältemittelmenge in den Kondensator entläßt.
Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel zumindest teilweise aus leicht flüchtigem Kraftstoff gebildet ist.