DE19845197C1 - Verfahren zur Verminderung des Austritts von Kraftstoffgasen aus einem Kraftstofftank und Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank - Google Patents

Abstract

Beim Füllvorgang eines Kraftstofftanks (1), insbesondere eines Kraftfahrzeugs, wird der Austritt von Kraftstoffgasen (3) aus dem Kraftstofftank (1) dadurch zumindest erheblich vermindert, daß wenigstens ein Teil des Kraftstofftanks so abgekühlt wird, daß die aufsteigenden Kraftstoffgase (3) kondensieren und in den Kraftstofftank (1) zurückfließen.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verminderung des Aus­ tritts von Kraftstoffgasen aus einem Kraftstofftank für flüssi­ gen Kraftstoff während eines über einen Einfüllabschnitt des Kraftstofftanks vorgenommenen Füllvorgangs. Die Erfindung be­ trifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank, der mit einem Einfüllabschnitt versehen ist, in den eine Füllein­ richtung zur Durchführung eines Füllvorgangs einführbar ist.

In Kraftstofftanks für flüssigen Kraftstoff bildet sich über dem flüssigen Kraftstoff eine Gasphase aus, deren Gasdruck im wesentlichen durch die Art des flüssigen Kraftstoffs und die Um­ gebungstemperatur bestimmt wird. Ist der Kraftstofftank weitge­ hend geleert, weil beispielsweise das Kraftfahrzeug Kraftstoff verbracht hat, muß er zur Erhaltung der Funktionsfähigkeit des Kraftfahrzeugs wieder mit flüssigem Kraftstoff befüllt werden. Für Automobile erfolgt dies üblicherweise an Tankstellen. Beim Einfüllen des flüssigen Kraftstoffs verdrängt der flüssige Kraftstoff Gasvolumen aus dem Kraftstofftank, so daß entsprech­ ende Kraftstoffgase beim Betanken aus dem Kraftstofftank austre­ ten und in die Umwelt gelangen. Die den Kraftstofftank wieder füllende Person ist dabei den Kraftstoffgasen ausgesetzt. Dar­ über hinaus findet eine allgemeine Luftverschmutzung durch die Kraftstoffgase statt.

Es ist bekannt, Tankstellen so auszurüsten, daß die über einen Schlauch mit dem Tankstellentank verbundenen Fülleinrichtungen mit einer Absaugpumpe versehen sind, über die das aus dem Kraft­ stofftank beim Füllvorgang verdrängten Kraftstoffgase abgesaugt und in den Tankstellentank zurückgeleitet werden. Soweit dabei eine Übersättigung der Gasphase in dem Tankstellentank eintritt, resultiert hieraus eine Kondensation der Kraftstoffgase zu flüs­ sigem Kraftstoff in dem Tankstellentank. Die Ausstattung der Tankstellen mit derartigen Absaugeinrichtungen erfordert einen relativ aufwendigen Umbau der Tankstellen, so daß eine kurzfri­ stige Lösung des Problems der beim Füllvorgang austretenden Kraftstoffgase nicht realisierbar ist.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Problemstellung zu­ grunde, eine Verminderung des Austritts von Kraftstoffgasen aus einem Kraftstofftank für flüssigen Kraftstoff während eines Füllvorgangs ohne nur langsam zu verwirklichende Umbaumaßnahmen an Tankstellen erforderlich zu machen.

Ausgehend von dieser Problemstellung ist erfindungsgemäß ein Verfahren der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß durch Abkühlung wenigstens eines Teils des Kraftstofftanks eine Kondensation der Kraftstoffgase vorgenommen wird.

Die vorliegende Erfindung beruht auf der Idee, die im Kraft­ stofftank enthaltenen Kraftstoffgase, die beim Füllvorgang aus dem Volumen des Kraftstofftanks durch Einleiten des flüssigen Kraftstoffs ausgetrieben werden, in den Kraftstofftank zurückzu­ leiten, in dem die Kraftstoffgase durch Abkühlung wenigstens eines Teils des Kraftstofftanks zur Kondensation gebracht werden und als kondensierter Kraftstoff dem im Kraftstofftank enthalte­ nen flüssigen Kraftstoff hinzugefügt werden.

Der Vorteil der Erfindung besteht darin, daß kein Transport von Kraftstoffgasen in einen Vorratstank, beispielsweise Tankstel­ lentank, aus dem die Befüllung des zu befüllenden Kraftstoff­ tanks vorgenommen wird, erforderlich ist, sondern daß die Kraft­ stoffgase in kondensierter Form in dem neu befüllten Kraftstoff­ tank verbleiben.

Erkennbar ist es dafür möglich, den gesamten Kraftstofftank ab­ zukühlen. Bevorzugt ist aus Energieeinsparungsgründen jedoch die Abkühlung nur eines Teils des Kraftstofftanks, der sich an der Oberseite des Kraftstofftanks befinden sollte, da die Kraft­ stoffgase beim Füllvorgang mit der Oberseite des Kraftstofftanks in Berührung kommen. Besonders bevorzugt ist die Abkühlung im Einfüllabschnitt, da dieser eine ein relativ kleines Volumen umschließende Wandfläche aufweist und daher über die Kühlung der Wandung des Kraftstofftanks effizient gekühlt werden kann.

Für Kraftfahrzeuge, die an einer stationären Tankeinrichtung betankt werden, wie Land- und Wasserfahrzeuge an Tankstellen oder Flugzeuge an Tankwagen im Flughafen, ist es zur Minimierung der für die Abkühlung benötigten Energie besonders vorteilhaft, wenn die Abkühlung nur kurz vor einem Tankvorgang vorgenommen wird. Dabei kann vorgesehen werden, daß der Füllvorgang für den Kraftstofftank nur ermöglicht wird, wenn die Abkühlung bis zu einem vorgegebenen Grad bereits vorgenommen worden ist, um auf diese Weise sicherzustellen, daß durch eine fehlende oder nicht ausreichende Abkühlung doch noch größere Mengen an Kraftstoffga­ sen beim Füllvorgang in die Umgebung austreten.

Ausgehend von der oben erwähnten Problemstellung ist ferner ein Kraftfahrzeug der eingangs erwähnten Art gekennzeichnet durch eine im oder am Kraftstofftank angeordnete, schaltbare Kühlein­ richtung zur Abkühlung wenigstens eines Teils des Kraftstoff­ tanks unter die Kondensationstemperatur der Kraftstoffgase.

Die erforderliche Abkühlung ist dann erreicht, wenn die Konden­ sationstemperatur wenigstens eines überwiegenden Anteils der in den Kraftstoffgasen enthaltenen Komponenten unterschritten wird.

Die Kühleinrichtung ist zweckmäßigerweise zur Abkühlung wenig­ stens des Einfüllabschnitts des Kraftstofftanks eingerichtet. Zur Durchführung der Abkühlung nur kurz vor einem Tankvorgang ist die Kühleinrichtung vorzugsweise mit einem vom Innenraum des Kraftfahrzeugs zugänglichen Schalter schaltbar.

Die Kühleinrichtung für den Kraftstofftank kann aus einem von einem Kältemittel durchflossenen Wärmetauscher gebildet sein, der an der Außenseite des Kraftstofftanks in wärmeleitenden Kon­ takt zu einer Wandung des Kraftstofftanks angeordnet oder alter­ nativ in den Kraftstofftank integriert sein kann. Im letzteren Fall kann der Kraftstofftank vorzugsweise einen doppelwandigen Bereich aufweisen, der mit Anschlüssen für das Kältemittel ver­ sehen ist.

Es kann zweckmäßig sein, für die erfindungsgemäße Abkühlung des Kraftstofftanks eine eigene Kältemaschine vorzusehen. In Fahr­ zeugen, die bereits mit einer Klimaanlage ausgestattet sind, kann das Kältemittel für die Abkühlung des Kraftstofftanks aber vorzugsweise auch aus dem Kreislauf der Klimaanlage benutzt wer­ den, indem beispielsweise ein entsprechender Nebenkreislauf für das Kältemittel durch den Wärmetauscher des Kraftstofftanks wirksam geschaltet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in der Zeichnung dar­ gestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 - eine schematische Darstellung eines Ausführungs­ beispiels eines Kraftstofftanks mit Kühleinrich­ tung

Fig. 2 - eine schematische Darstellung einer Modifikation der Anordnung gemäß Fig. 1.

In den Figuren ist ein Kraftstofftank 1 dargestellt, in dem sich flüssiger Kraftstoff 2 befindet. In dem nicht von dem flüssigen Kraftstoff 2 eingenommenen Volumen des Kraftstofftanks bilden sich Kraftstoffgase 3 durch Verdampfung des flüssigen Kraft­ stoffs 2 aus, und es stellt sich ein thermodynamisches Gleichge­ wicht ein.

Fig. 1 stellt einen Kraftstofftank 1 eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeuges dar. In dem abgeschlossenen Kraftstofftank 1 bilden sich über dem flüssigen Kraftstoff 2 Kraftstoffgase 3 aus. Der flüssige Kraftstoff 2 und die Kraftstoffgase 3 befinden sich nach einiger Zeit im thermodynamischen Gleichgewicht. Beim Öffnen eines Tankverschlusses 4 der Tankeinfülleinrichtung 5 entweichen Kraftstoffgase 3 in die Umwelt. Dieses führt zu Luft­ verschmutzungen.

In der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform der Erfindung befindet sich in der als Einfüllrohr ausgebildeten Tankeinfüll­ einrichtung 5 eine Kühlwendel 6, die als Wärmetauscher dient. Die Kühlwendel 6 und und eine mit verbundene Kältemaschine 7 sind so dimensioniert, daß sich nach Inbetriebnahme der Kältema­ schine 7 nach einer bestimmten Zeit eine konstante tiefere Tem­ peratur entlang des Einfüllrohres 5 ausbildet. Nachdem die Tau­ punkt-Temperatur der Kraftstoffgase 3 im Bereich des Einfüllroh­ res 5 unterschritten ist, kondensiert das Kraftstoffgas 3 im Einfüllrohr 5. Der kondensierte Kraftstoff läuft das Einfüllrohr 5 hinunter in den Kraftstofftank 1 und wird dem flüssigen Kraft­ stoff 3 wieder zugeführt. Aufgrund der durch Abkühlung verur­ sachten Kondensation im Einfüllrohr 5 wird die Menge Kraft­ stoffgase in diesem Bereich deutlich reduziert. Nach Öffnen des Tankverschlusses 4 des Einfüllrohres 5 kann allenfalls noch eine vergleichsweise (im Vergleich zum ungekühlten Einfüllrohr) ge­ ringe Menge Kraftstoffgas 3 entweichen. Bei der Betankung des Kraftfahrzeuges wird der Rüssel des Zapfhahnes in das Einfüll­ rohr eingeführt. Der Rüssel kollidiert nicht mit der Kühlwendel 6 des Einfüllrohres 5. Die sich bei der Betankung ausbildenden Kraftstoffgase kondensieren ebenfalls größtenteils entlang der Kühlwendel 6 des Einfüllrohres 5.

Fig. 2 beschreibt eine abgewandelte Ausführungsform eines ge­ kühlten Kraftstofftanks 1. Einige Zeit vor dem Betanken des Kraftfahrzeuges wird die Kältemaschine 7 erst eingeschaltet. Während des normalen Betriebs des Kraftfahrzeuges ist die Kälte­ maschine 7 ausgeschaltet. Die Kältemaschine 7 wird durch einen Schalter 8, der vorzugsweise am Armaturenbrett des Kraftfahr­ zeuges befestigt ist, eingeschaltet bzw. ausgeschaltet. Ein Tem­ peraturfühler 9 signalisiert einer automatischen Verschlußvor­ richtung 10 des Tankverschlusses 4 das Unterschreiten einer vor­ gegebenen Temperatur. Diese Temperatur ist so gewählt, daß sie unterhalb der Taupunkt-Temperatur des Kraftstoffgases 3 liegt. Der Tankverschluß 4 wird durch die Verschlußvorrichtung 10 en­ triegelt. Somit kann der Tankverschluß 4 erst geöffnet werden, wenn nur noch wenig Kraftstoffgas 3 im Einfüllrohr 5 des Kraft­ stofftankes 1 vorhanden ist, so daß nur noch geringe Mengen Kraftstoffgas 3 entweichen kann.

Die dargestellte Anbringung der Kühlwendel 6 im Bereich des Ein­ füllrohrs 5 wird als vorteilhaft angesehen, ist aber nicht zwin­ gend. Sowohl ergänzend als auch alternativ kann eine entsprech­ ende Kühlwendel 6 vorzugsweise auch im oberen Bereich des Kraft­ stofftanks 1 angeordnet sein, um so die Kondensation von durch in den Kraftstofftank 1 beim Füllvorgang eingeleiteten flüssigen Kraftstoff 2 nach oben gedrückten Kraftstoffgasen 3 zu bewirken.

Claims (12)

1. Verfahren zur Verminderung des Austritts von Kraftstoffga­ sen (3) aus einem Kraftstofftank (1) für flüssigen Kraft­ stoff (2) während eines über einen Einfüllabschnitt (5) des Kraftstofftanks (1) vorgenommenen Füllvorgangs, dadurch gekennzeichnet, daß durch Abkühlung wenigstens eines Teils des Kraftstofftanks (1) eine Kondensation der Kraftstoff­ gase (3) vorgenommen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung wenigstens im Einfüllabschnitt (5) vorgenommen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abkühlung nur kurz vor einem Tankvorgang vorgenom­ men wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Füllvorgang für den Kraftstofftank (1) nur ermöglicht wird, wenn die Abkühlung bis zu einem vor­ gegebenen Grad bereits vorgenommen worden ist.

5. Kraftfahrzeug mit einem Kraftstofftank (1), der mit einem Einfüllabschnitt (5) versehen ist, in den eine Füllvorrich­ tung zur Durchführung eines Füllvorgangs einführbar ist, gekennzeichnet durch eine im oder am Kraftstofftank (1) angeordnete, schaltbare Kühleinrichtung (6) zur Abkühlung wenigstens eines Teils des Kraftstofftanks (1) unter die Kondensationstemperatur der Kraftstoffgase (3).

6. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung (6) zur Abkühlung wenigstens des Ein­ füllabschnitts (5) des Kraftstofftanks (1) eingerichtet ist.

7. Kraftfahrzeug nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich­ net, daß die Kühleinrichtung (6) mit einem vom Innenraum des Kraftfahrzeugs zugänglichen Schalter (9) schaltbar ist.

8. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühleinrichtung aus einem von einem Kältemittel durchflossenen Wärmetauscher (6) besteht.

9. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (6) an der Außenseite des Kraftstofftanks (1) in wärmeleitendem Kontakt zu einer Wandung des Kraft­ stofftanks (1) angeordnet ist.

10. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Wärmetauscher (6) in den Kraftstofftank (1) integriert ist.

11. Kraftfahrzeug nach Anspruch 8 und 10, dadurch gekennzeich­ net, daß ein doppelwandiger Bereich des Kraftstofftanks mit Anschlüssen für das Kältemittel versehen ist.

12. Kraftfahrzeug nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Kältemittel durch eine Klimaanlage des Kraftfahrzeugs abkühlbar ist.