DE19931374C2 - Behälter zur Aufnahme von Verdampfungsemissionen in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft Systeme in Verbindung mit Verdamp­ fungsemissionen in Automobilen, insbesondere gepufferte Ver­ dampfungsemissionsbehälter.

Herkömmliche Verdampfungssysteme in Automobilen enthalten einen Kohlenstoffbehälter (carbon canister), welcher mit den Kraftstofftanks kommuniziert, um Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank zu adsorbieren. Dieser Kohlenstoffbehälter adsorbiert solange Kraftstoffdämpfe, bis er gesättigt ist. Danach werden die Kraftstoffdämpfe vom Kohlenstoffbehälter desorbiert, indem frische Luft durch den Behälter geführt wird. Ein derartiges System ist in Fig. 1 dargestellt. Das System 10 enthält einen Kraftstofftank 12, welcher über Dampfabfuhrleitungen 17 und 24 mit dem Kohlenstoffbehäl­ ter 14 bzw. dem Motor 16 verbunden ist. Kraftstoffdämpfe aus dem Tank 12 fließen durch die Leitung 17 in den Behälter 14, wo der Kraftstoff am Kohlenstoff adsorbiert wird. Wenn der Behälter mit Kraftstoff gesättigt ist, öffnet der Motorreg­ ler 19 Ventile 20, so daß der Kraftstoff vom Kohlenstoff desorbiert werden und über die Abfuhrleitung 24 zum Motor 16 fließen kann.

Gelegentlich ist eine Reinigung des Behälters dann notwen­ dig, wenn sowohl der Behälter voll ist als auch ein großes Dampfvolumen im Kraftstofftank existiert. In einem System gemäß Fig. 1 wird dann während der Reinigung Dampf sowohl vom Behälter als auch vom Tank gezogen. Als Folge des großen Dampfvolumens, welches direkt vom Tank zum Motor fließt, kann der Motor vorübergehend unter unerwünscht fetten Bedin­ gungen laufen. Um dies zu verhindern, wird ein verhältnismä­ ßig kleiner Kohlenstoffbehälter 26, der üblicherweise Puf­ ferbehälter genannt wird, zwischen Kraftstofftank und Motor angeordnet. Aufgrund seiner verhältnismäßig geringen Größe sättigt dieser Pufferbehälter 26 schnell, so daß die in Richtung des Motors fließenden Dämpfe das Kohlenstoffbett durchbrechen können und im Motor verbraucht werden. Die Wir­ kung des Pufferbehälters besteht darin, hohe Spitzen von Kohlenwasserstoff oder Kraftstoffdämpfen auf dem Weg zum Mo­ tor zu reduzieren, um die überfetten Bedingungen zu verhin­ dern. Mit anderen Worten dämpft der Pufferbehälter Spitzen des Kraftstoffdampfes, welche typischerweise direkt aus dem Kraftstofftank zum Motor fließen würden.

Nachteile dieser Methode resultieren primär daraus, daß ein zweiter Behälter in dem System verwendet werden muß. Dieser erhöht aufgrund von Verbindungen, Dampfleitungen, Zusatzein­ richtungen und allgemeiner Systemkomplexheit die Kosten. Zur Behebung dieser Nachteile wird bei einigen Systemen eine Dampfabfuhrleitung eingesetzt, welche direkt vom Tank zum ersten Kohlenstoffbehälter führt und in das Kohlenstoffbett eingebettet ist. Ein derartiges System ist in Fig. 2 darge­ stellt. Wenn in diesem System Kraftstoffdampf aus dem Kraft­ stofftank 12 direkt in den Motor 16 abgeführt werden soll, muß der Kraftstoffdampf wenigstens durch einen bei der Klam­ mer 28 gezeigten Abschnitt des ersten Kohlenstoffbehälters passieren. Auf diese Weise bewirkt ein Teil des Behälters die Pufferung von Kohlenwasserstoff-Spitzen aus dem Kraft­ stofftank.

Das System gemäß Fig. 2 weist indes auch Nachteile auf. So muß z. B. die Dampfleitung 17 notwendigerweise in das Kohlen­ stoffbett eindringen, um einen Teil des ersten Behälters als Puffer nutzen zu können. Hierdurch werden Herstellungspro­ bleme aufgeworfen, da die Dampfabfuhrleitung so abgedichtet werden muß, daß ein Leck zwischen der Leitung und der Atmo­ sphäre an der Verbindungsstelle mit dem ersten Behälter ver­ hindert wird. Außerdem muß die Abfuhrleitung ein Sieb oder einen Filter enthalten, um Kohlenstoff am Verlassen des Be­ hälters zu hindern. Weiterhin wird das Ausmaß des Eindrin­ gens auf der Basis des Fahrzeugtyps bestimmt. So kann ein verhältnismäßig kleiner Motor ein bestimmtes Volumen des Puffers benötigen, während ein verhältnismäßig großer Motor ein anderes Volumen erfordern kann. Aufgrund dieser Tatsache ist eine besondere Werkzeugbestückung für die Herstellung erforderlich, um die Tiefe der Abfuhrleitung des Kraftstoff­ tankes im Kohlenstoffbehälter präzise einzuhalten.

Aus der US 5 634 450 ist ein Dampfemissionsbehälter für Kraftstoffdämpfe bekannt enthaltend ein Gehäuse mit Seiten­ wänden und einer oberen Wand, wobei in der oberen Wand An­ schlüsse für die Zufuhr von Dämpfen aus dem Kraftstofftank, zur Luftabgabe oder Luftansaugung sowie zur Spülung in das Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine vorgesehen sind. Um die Absorptionsleistung eines solchen Behälters zu erhöhen, wird eine Seitenwand des Behältergehäuses mit nach innen ge­ richteten Vorsprüngen versehen. Diese Vorsprünge halten ein Filtermaterial auf Abstand zur Gehäusewand. Über die so entstehenden Zwischenräume können dann Kraftstoffdämpfe über eine vergrößerte Fläche in das Adsorptionsmaterial eindrin­ gen. Ferner besteht an der Innenseite der oberen Wand eine direkte Kommunikation zwischen den vom Kraftstofftank kom­ menden Leitungen und der zur Brennkraftmaschine führenden Leitung. Kraftstoffdämpfe können daher auf dem Weg des ge­ ringsten Widerstandes direkt zur Brennkraftmaschine strömen, falls die entsprechende Zuleitung geöffnet ist.

Des Weiteren zeigt die US 5 119 791 einen Dampfemissionsbe­ hälter, bei welchem die vom Kraftstofftank kommenden Dämpfe über ein zentrales Rohr durch das Adsorptionsmaterial hin­ durch bis zu dessen Unterseite geleitet werden, wo ein Flüs­ sigkeitsfänger mit zum Adsorptionsmaterial gerichteten Dampf-Auslassgittern angeordnet ist. Die Ableitung von Kraftstoffdämpfen zum Motor findet über ein ebenfalls zen­ tral durch den Behälter laufendes Rohr statt, welches an der Unterseite des Behälters in einem Verteilerraum endet.

Die US 5 599 384 sowie die US 5 743 943 offenbaren Dampfe­ missionsbehälter mit einem Gehäuse, welches an einer Wand Verbindungsstutzen für die üblichen Anschlüsse zum Kraft­ stofftank, zur Brennkraftmaschine und zur Atmosphäre auf­ weist. Das im Inneren der Gehäuse befindliche Adsorptionsma­ terial wird über gelochte Zwischenwände auf Abstand zu der mit den Verbindungsstutzen versehenen Wand gehalten, so dass ein Spalt für die Verteilung der Kraftstoffdämpfe entsteht. Eine Pufferzone zwischen der Zuleitung von Kraftstofftank und der Reinigungsleitung zum Motor wird dabei jedoch nicht gebildet.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen einfach herzustellenden Kohlenstoffbehälter mit einer darin enthal­ tenen Pufferzone zur Verfügung zu stellen.

Diese Aufgabe wird unter Überwindung der Nachteile des Stan­ des der Technik durch einen neuartigen Behälter für Dampfe­ missionen in einem Dampfemissionssystem gelöst. Das System enthält einen Kraftstofftank, welcher über eine Dampfabfuhr­ leitung an einen Motor gekoppelt ist. Der Behälter ist wie­ derum mit dem Kraftstofftank und dem Motor verbunden. Gemäß einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung enthält der Be­ hälter ein Gehäuse mit Seitenwänden und einer oberen Wand. Das Gehäuse enthält ein Kohlenwasserstoffe-adsorbierendes Material zur Adsorption von Kohlenwasserstoffen aus dem durchfließenden Kraftstoffdampf. An dem Gehäuse des Behäl­ ters ist ein Entlüftungsauslaß angeformt, durch welchen nach der Adsorption von Kohlenwasserstoffen Luft an die Atmosphä­ re abgegeben wird und durch welchen während des Reinigungs­ betriebes Luft für die Desorption von Kohlenwasserstoffen eintreten kann. Weiterhin ist an dem Gehäuse ein Reinigungs­ auslaß angeformt, welcher für eine Verbindung mit dem Motor eingerichtet ist, so daß desorbierte Kohlenwasserstoffe dorthin fließen können. In einem vom Reinigungsauslaß abge­ legenen Bereich zwischen dem Entlüftungsauslaß und dem Rei­ nigungsauslaß ist eine Mehrzahl von Löchern in der Seiten­ wand des Gehäuses angeordnet, wodurch zwischen den Löchern und dem Reinigungsauslaß eine Pufferzone definiert wird. Die Löcher sind für eine Kommunikation mit dem Kraftstofftank eingerichtet, um dem Kraftstoffdampf ein Fließen vom Tank durch die Mehrzahl der Löcher in die Pufferzone zu erlauben.

Durch die direkte Anbringung der vom Tank zum Motor führen­ den Kraftstoffdampfleitung am Äußeren des Kohlenstoffbehäl­ ters werden Vorteile bei der Herstellung erzielt. Zum Bei­ spiel kann ein herkömmlicher Kohlenstoffbehälter schnell für die Verwendung in einem Fahrzeug, welches einen Pufferbehäl­ ter benötigt, abgeändert werden. Dies erlaubt eine Verein­ heitlichung von Herstellungsprozessen bei gleichzeitiger Re­ duzierung der Herstellungskosten. Ein Vorteil der vorliegen­ den Erfindung besteht dementsprechend in einer leichten Her­ stellbarkeit und in verringerten Herstellungskosten.

Ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht dar­ in, daß Kohlenstoffeinsätze mit verschiedenen Pufferzonen schnell hergestellt werden können.

Die Erfindung wird im folgenden mit Hilfe der Figuren bei­ spielhaft erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 und 2 schematische Darstellungen von Verdampfungs­ emissionssystemen für Automobile nach dem Stand der Technik;

Fig. 3 eine schematische Darstellung eines erfindungsge­ mäßen Verdampfungsemissionssystems für Automobile;

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht eines Verdampfungse­ missionsbehälters für ein System nach Fig. 3;

Fig. 5 eine schematische Darstellung des Behälters aus Fig. 4;

Fig. 6a und 6b Seitenansichten einer alternativen Ausgestal­ tung des Behälters gemäß den Fig. 3 bis 5;

Fig. 7 einen Abschnitt des Behälters in einem Schnitt ent­ lang der Linie 7-7 nach Fig. 4.

Das in Fig. 3 dargestellte Verdampfungsemissionssystem 50 enthält einen Kraftstofftank 52, der mit einer Abfuhrlei­ tung 54 für Tankdämpfe verbunden ist. Die Tankdampf- Abfuhrleitung 54 ist mit einem Verdampfungsemissionsbehäl­ ter 56 verbunden, welcher in diesem Beispiel ein Bett aus Aktivkohle für die Adsorption von Kohlenwasserstoff- Emissionen aus dem Kraftstofftank 52 enthält. Die Abfuhrlei­ tung 54 ist über ein Verbindungselement 58 mit dem Behäl­ ter 56 verbunden. Eine Motorreinigungsleitung 60 ist über einen Reinigungsauslaß 61 mit dem Behälter 56 verbunden und kommuniziert zwischen Behälter 56 und Motor 62. Eine Entlüf­ tungsleitung 63 ist zur Abgabe von Luft an die Atmosphäre über einen Entlüftungsauslaß 68 mit dem Behälter 56 verbun­ den. In der Leitung 60 ist das Dampfsteuerungsventil 64 an­ geordnet, bei dem es sich um ein herkömmliches, von einer Spule betätigtes Ventil handelt und welches von einem Motor­ regler 69 überwacht wird. Ein Behälterentlüftungsventil 66, bei dem es sich ebenfalls um ein von einer Spule betätigtes, mit dem Regler 69 verbundenes Ventil handelt, ist normaler­ weise geöffnet. Dieses Ventil 66 wird während der Durchfüh­ rung von dem Fachmann bekannten bordinternen Diagnose­ tests (OBD) geschlossen.

Bei Ansteigen des Dampfvolumens im Kraftstofftank 52 fließt der Dampf durch die Leitung 54 zum Behälter 56, wo Kohlen­ wasserstoffe adsorbiert werden und Luft durch die Entlüf­ tungsleitung 63 in die Atmosphäre gelangt. Der Behälter 56 wirkt daher in einer dem Fachmann bekannten Art der Speiche­ rung der Kohlenwasserstoffe bei gleichzeitiger Verhinderung ihrer Abgabe an die Atmosphäre. Während der Reinigung des Behälters 56 wird das Ventil 64 geöffnet, und das Vakuum im Motor dient dazu, frische Luft durch den Entlüftungsauslaß 68 zur Desorption der im Behälter 56 gespeicherten Kohlen­ wasserstoffe zu saugen. Die hierdurch freigesetzten Kohlen­ wasserstoffe werden dann über die Leitung 60 zum Motor 62 geleitet und dort verbraucht.

Wie am besten aus den Fig. 4, 5 und 7 erkennbar ist, ent­ hält gemäß der vorliegenden Erfindung der Behälter 56 ein Gehäuse 70 mit Seitenwänden 72 und einer oberen Wand 74. Das Gehäuse 70 enthält ein Kohlenwasserstoffe-adsorbierendes Ma­ terial 75, wie z. B. Kohlenstoff, um die durchfließenden Kraftstoffdämpfe zu adsorbieren. In der oberen Wand 74 sind Auslässe 61 und 68 eingeformt, welche für die Verbindung mit der Leitung 63 bzw. mit der Leitung 60 zum Motor 62 einge­ richtet sind.

In einer Seitenwand 72 des Gehäuses 70 ist eine Mehrzahl von Löchern 76 ausgebildet, wobei die Löcher in einem von dem Auslaß 61 abgelegenen Bereich zwischen den Auslässen 61 und 68 angeordnet sind, um eine Pufferzone 78 zu definieren, welche schematisch in Fig. 5 dargestellt ist. Die Löcher 76 sind so dimensioniert, daß sie das Kohlenwasserstoffe- adsorbierende Material am Verlassen des Behälters hindern.

Ein Verbindungselement 58, welches ein Verbindungsgehäu­ se 80, einen Verbindungsabschnitt 82 und einen Sammelab­ schnitt 84 enthält (vgl. Fig. 7), ist von den Löchern 76 weggerichtet so an der Seitenwand 72 angebracht, daß Kraft­ stoffdämpfe durch die Löcher 76 fließen können. Das heißt, daß der Sammelabschnitt 84 in bezug auf die Ebene 85 der Seitenwand 72 zurückspringt (vgl. Fig. 7).

Eine Flexibilität des Behältersystems kann erreicht werden, da ein Standardbehälter so angepaßt werden kann, daß er die Funktionen gemäß der vorliegenden Erfindung erfüllt. So kann z. B. ein Standardserienbehälter durch Bohren, Durchstoßen oder Aushöhlen einer Vielzahl von Löchern 76 an einer geeig­ neten Stelle in der Seitenwand 72 so modifiziert werden, daß die gewünschte, zu einem speziellen Fahrzeugtyp passende Pufferzone 78 geschaffen wird. Das Verbindungselement 58 kann dann an der Seitenwand 72 angebracht werden, um wie oben beschrieben die Mehrzahl der Löcher 76 abzudecken. In manchen Fällen kann es wünschenswert sein, eine verhältnis­ mäßig große Pufferzone zu schaffen, was eine Ausformung der Löcher 76 an einer vom Auslaß 61 abgelegeneren Stelle erfor­ dert, während in anderen Situationen eine verhältnismäßig kleine Pufferzone wünschenswert sein kann, so daß die Lö­ cher 76 an den Auslaß 61 angrenzend ausgebildet werden. Auf diese Weise kann durch Anpassung eines typischen Kohlen­ stoffbehälters eine beliebige Anzahl von Konfigurationen von Verdampfungsemissionssystemen für Fahrzeugtypen erhalten werden.

Gemäß einer anderen, in den Fig. 6a und 6b dargestellten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Verbin­ dungselement 58' so ausgestaltet werden, daß der Verbin­ dungsabschnitt 82' relativ zum Sammelabschnitt 84 unter ei­ nem Winkel θ, welcher nicht senkrecht zur Ebene des Sammel­ raumes 84 ist, ansetzt. Auf diese Weise kann ein einziges Verbindungselement dazu verwendet werden, den Fluß des Damp­ fes in einen vorgegebenen oder vorgebohrten Behälter zu len­ ken. So wird, wie in Fig. 6a dargestellt ist, eine verhält­ nismäßig kleine Pufferzone 78' geschaffen, wenn das Verbin­ dungselement 58' so positioniert wird, daß der Verbindungs­ abschnitt 82' den Fluß des Dampfes (F1) auf den Auslaß 61 zu richtet. Letzteres kann, wie oben beschrieben, für bestimmte Fahrzeugtypen wünschenswert sein.

Wie in Fig. 6b dargestellt ist, kann dasselbe Verbindungs­ element 58' in bezug auf das in Fig. 6a dargestellte Ver­ bindungselement um 180° gedreht angeordnet werden, so daß das Verbindungselement 82' den Fluß des Dampfes (F2) anfäng­ lich von dem Auslaß 61 weg richtet. Auf diese Weise wird ei­ ne verhältnismäßig große Pufferzone 78" geschaffen, welche in Fällen anderer Fahrzeugtypen verwendet werden kann.

Auf die beschriebene Weise kann die alternative Ausgestal­ tung der vorliegenden Erfindung verwendet werden, um einen Behälter mit in der Seitenwand ausgebildeten Löchern für sämtliche Fahrzeuganwendungen einsetzbar zu machen, wobei durch bloße Änderung der Orientierung des Gehäuses des Ver­ bindungselementes die gewünschte Größe der Pufferzone er­ zielt wird. Die Lenkung des Flusses des Dampfes in den Be­ hälter zur Erzeugung verhältnismäßig großer oder kleiner Pufferzonen kann vom Fachmann auch auf verschiedene andere Arten verwirklicht werden. So kann beispielsweise das Ver­ bindungselement ein Leitelement im Verbindungsabschnitt für die Lenkung des Flusses enthalten.

Claims (9)

1. Dampfemissionsbehälter (56) für ein Dampfemissionssy­ stem (50), bei dem das System einen über eine Dampfab­ fuhrleitung (54) mit dem Motor (62) verbundenen Kraft­ stofftank (52) enthält und der Behälter (56) mit dem Kraftstofftank (52) und dem Motor (62) verbunden ist, wobei der Behälter (56) folgende Elemente enthält:
ein Gehäuse (70) mit Seitenwänden (72) und einer oberen Wand (74), wobei das Gehäuse ein Kohlenwasserstoffe- adsorbierendes Material zur Adsorption von Kohlenwas­ serstoffen aus dem durchfließenden Kraftstoffdampf ent­ hält;
einen an dem Gehäuse (70) ausgebildeten Entlüftungsaus­ laß (68) zur Abgabe von Luft an die Atmosphäre während der Adsorption von Kohlenwasserstoffen und zum Einlas­ sen von Luft bei der Desorption von Kohlenwasserstoffen während der Reinigung des Behälters (56);
einen an dem Gehäuse (70) ausgebildeten Reinigungsaus­ laß (61), welcher für eine Verbindung zum Motor (62) eingerichtet ist, um den Fluß desorbierter Kohlenwas­ serstoffe vom Gehäuse zum Motor zu erlauben; und
eine Mehrzahl von durch die Seitenwand (72) des Gehäu­ ses (70) führenden Löchern (76), wobei die Löcher in einem vom Reinigungsauslaß (61) abgelegenen Bereich zwischen dem Entlüftungsauslaß (68) und dem Reinigungs­ auslaß (61) ausgebildet sind, um eine Pufferzone (78, 78', 78") zwischen den Löchern (76) und dem Reini­ gungsauslaß (61) zu definieren, wobei die Löcher (76) für eine Kommunikation mit dem Kraftstofftank (52) ein­ gerichtet sind, um den Fluß von Kraftstoffdämpfen vom Tank (52) durch die Mehrzahl der Löcher (76) in die Pufferzone (78, 78', 78") zu erlauben.

2. Behälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er ein Verbindungsele­ ment (58, 58') enthält, welches an der Seitenwand (72) des Gehäuses (70) des Behälters (56) angebracht ist und die Löcher (76) überdeckt, wobei das Verbindungselement für eine Verbindung mit dem Kraftstofftank (52) einge­ richtet ist.

3. Behälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Reinigungsauslaß (61) in der oberen Wand (74) angeordnet ist.

4. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entlüftungsauslaß (68) in der oberen Wand (74) angeordnet ist.

5. Behälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Löcher (76) so dimen­ sioniert sind, daß sie das Kohlenwasserstoffe-adsor­ bierende Material am Verlassen des Gehäuses (70) hin­ dern.

6. Behälter nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (58, 58') einen Sammelabschnitt (84) und einen Verbindungsabschnitt (82, 82') enthält, wobei der Sam­ melabschnitt von den Löchern (76) so beabstandet ist, daß der Kraftstoffdampf auf die Löcher verteilt wird.

7. Behälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verbindungsele­ ment (58') Mittel zur Richtung des Dampfflusses in den Behälter (56) enthält, so daß eine verhältnismäßig kleine (78') oder eine verhältnismäßig große (78") Pufferzone erzeugt werden kann.

8. Behälter nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verbindungsab­ schnitt (82') den Sammelabschnitt (84) unter einem spitzen Winkel schneidet, so daß der Sammelabschnitt wahlweise so ausgerichtet und mit dem Gehäuse (70) ver­ bunden werden kann, daß eine verhältnismäßig große Puf­ ferzone (78") oder eine verhältnismäßig kleine Puffer­ zone (78') geschaffen werden kann.

9. Dampfemissionssystem (50), enthaltend:
einen Kraftstofftank (52), der über eine Dampfabfuhr­ leitung (54) mit dem Motor (62) verbunden ist; und
einen Behälter (56) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der mit dem Kraftstofftank (52) und dem Motor (62) ver­ bunden ist.