DE3935209A1 - Adsorbtionsfilter fuer brennstoffdaempfe - Google Patents

Description

Um die Emission von Brennstoffdämpfen in Kraftfahrzeugen zu verringern, werden schon seit einigen Jahren Aktivkohlefilter eingebaut, welche die Aufgabe haben, die beim Temperaturwechsel aus dem Benzintank entweichenden Benzindämpfe zu adsorbieren.

Um die Aktivkohlefilter wieder zu regenerieren, wird bei laufendem Motor des Kraftfahrzeuges Frischluft durch die Aktivkohlefilter gesaugt und die dabei freigesetzten Benzindämpfe dem Motor zur Verbrennung zugeführt.

Dieses Verfahren ist außerordentlich wirtschaftlich, da es nicht nur eine praktisch unbegrenzte Lebensdauer der Aktivkohlefilter wartungsfrei ermöglicht, sondern auch die Benzindämpfe verbrennt und damit deren Energie nutzt.

Die bisherigen Anwendungen von Aktivkohlefiltern sind jedoch nicht in der Lage, die beim Betanken aus dem Brennstoffbehälter verdrängten und entweichen­ den Bezindämpfe zu reduzieren.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Adsorbtionsfilter zu schaffen, welches als kompakte Einheit alle notwendigen Bauelemente aufweist, welche zu einer um­ fassenden Reduzierung der Benzindampfemissionen erforderlich sind.

Die bisher gebräuchlichen Adsorbtionsfilter für Brennstoffdämpfe in Kraft­ fahrzeugen haben normalerweise auf der Eingangsseite einen Zuführungsanschluß für die Brennstoffdämpfe, die vom Brennstoffbehälter abgesaugt werden, und ebenfalls auf der Eingangsseite einen Anschluß zum Absaugen der Dämpfe zum Kraftfahrzeugmotor, wo sie energienutzend verbrannt werden.

Am Ausgang des Filters befindet sich ein Frischluftanschluß, über den Luft angesaugt werden kann, um die adsorbierten Benzindämpfe aus dem Filter aus­ zuspülen, um sie ebenfalls dem Motor zur Verbrennung zuzuführen.

Um auch die Benzindämpfe adsorbieren zu können, welche beim Betanken entstehen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, am Ausgang des Filters eine Ventilations­ einrichtung abzuordnen, welche während des Betankens die Benzindämpfe durch das Adsorbtionsfilter ansaugt.

Vorteilhafterweise wird die Ventilationseinrichtung mit dem Filter zu einer Einheit zusammengefaßt, wobei es zweckmäßig sein kann, die Ventilationsein­ richtung zusammensteckbar oder verschraubbar mit dem Filter zu verbinden, selbstverständlich ist auch eine Schlauchverbindung möglich, falls dies aus räumlichen Gründen zweckmäßig ist.

Um bei den verschiedenen Betriebszuständen die entsprechenden Strömungswege zu erreichen, wird die Anordnung von Sperrventilen erfindungsgemäß empfohlen.

Wesentlich ist zunächst ein Rückflußsperrventil im Zuführungsanschluß der Brennstoffdämpfe vom Brennstoffbehälter, welches die Verbindung zum Brenn­ stoffbehälter sperrt.

Ebenso wird empfohlen, ein Absaugventil anzuordnen, welches die Absaugleitung zum Motor nur in Richtung zum Motor freigibt, aber in der Gegenrichtung sperrt.

Am Ausgang des Adsorbtionsfilters ist die Anordnung eines Frischluftventils vorteilhaft, welches nur das Ansaugen von Frischluft in das Filter gestattet, aber die Gegenrichtung sperrt.

Vorteilhafterweise wird parallel zu dem Frischluftventil am Ausgang des Filters ein Entlüftungsventil vorgesehen, welches nur das Austreten von Luft und oder Dampfresten aus dem Filter gestattet, aber die Gegenrichtung sperrt.

Wesentlich für die richtige Funktion der Ventile ist die Zuordnung von entsprechenden Öffnungsdrücken, welche die richtigen Funktionen garantieren.

So ist es erfindungsgemäß wichtig, daß der Öffnungsdruck des Rückflußsperr­ ventils (13) und des Entlüftungsventils (15) kleiner ist als der Unterdruck der Ventilationseinrichtung (3), da andernfalls die Ventilationseinrichtung (3) nicht aus dem Brennstofftank Dämpfe absaugen könnte.

Ebenso ist es erforderlich, daß der Öffnungsdruck des Absaugventils (12) und des Frischluftventils (14) kleiner ist als der Unterdruck in der Absaugung (6) zum Kraftfahrzeugmotor. Diese Bedingung sichert das Absaugen von Frischluft durch das Filter in den Motor.

Auch die Bedingung, daß der Öffnungsdruck des Rückflußsperrventils (13) kleiner ist als der Öffnungsdruck des Absaugventils (12), dient der erfindungsgemäßen Sicherung der Funktionen.

Eine weitere Voraussetzung für ein erfindungsgemäßes Funktionieren des kompletten Adsorbtionsfilters ist, daß der Öffnungsdruck des Rückflußsperr­ ventils (13) kleiner ist als der Öffnungsdruck des Frischluftventiles (14).

Für die richtige Funktion einer erfindungsgemäßen Kombination von Filter und Ventilationseinrichtung wird auch dadurch erreicht, daß der Motor der Ventila­ tionseinrichtung mit einem Kontakt verbunden ist, welcher bei Öffnen des Einfüllstutzens schließt und die Ventilationseinrichtung dadurch in Betrieb setzt.

Der Kontakt kann selbstverständlich in äquivalenter Art auch mit dem oft vorhandenen äußeren Klappdeckel betätigt werden.

Fig. 1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Adsorbtionsfilters (1) mit einer angebauten Ventilationseinrichtung (3), die vom Motor (7) angetrieben wird. Am oberen Eingang des Adsorbtions­ filters (1) ist die Zuführung (5) für die Brennstoffdämpfe aus dem Brennstofftank und ein Absauganschluß (6) zum Kraftfahrzeugmotor. Am unteren Ausgang des Adsorbtionsfilters ist der Frischluftanschluß (4).

Fig. 3 zeigt einen Schnitt durch das gleiche Gerät im Filtergehäuse (2), welches aus Kunststoff oder Metall bestehen kann, befindet sich als Adsorbtionsmaterial Aktivkohle (8), welche zwischen zwei Sieben (9) und (10) gehalten wird.

In Fig. 3 ist die Ventilationseinrichtung (3) als ansteckbare Baugruppe dargestellt. In diesem Beispiel wurde als Ausführung der Ventilations­ einrichtung (3) ein Zentrifugal-Ventilator mit dem Flügelrad (11) an­ getrieben vom Motor (7) als Beispiel gewählt, die Luft wird in diesem Falle durch eine zentrale Öffnung (10) angesaugt und tritt beim Frisch­ luftanschluß (4) aus.

Selbstverständlich können auch beliebig andere Luftpumpen Verwendung finden. Voraussetzung ist allerdings, daß bei stehendem Motor (7) ein Ansaugen von Luft durch die Pumpe in das Filter möglich ist.

Fig. 2 zeigt eine Draufsicht des Gerätes; Fig. 1 mit den entsprechenden Bezeichnungen.

In Fig. 4 ist die Anordnung von erfindungsgemäßen Ventilen (12), (13), (14) und (15) dargestellt. Diese Ventile wurden zum besseren Verständnis einheitlich dargestellt. Sie werden bei einer praktischen Ausführung je nach gewünschtem Durchsatz und Öffnungsdruck als Tellerventile oder Lippenventile oder in irgendeiner anderen passenden Form zweckentsprechend gestaltet.

Zum besseren Verständnis ist in Fig. 5 eine beispielsweise Anordnung eines Adsorbtionsfilters dargestellt. Der Absauganschluß (6) ist über eine vom Kraftfahrzeug gesteuerte Absaugsteuerung mit der Ansaugleitung vom Kraftfahrzeugmotor verbunden, bei laufendem Motor wird die Luft abhängig von der Stellung der Drosselklappe (23) in Pfeilrichtung (25) dem Motor zugeführt. Der in der Ansaugleitung (24) gegebene Unterdruck wird bei geöffneter Absaugsteuerung (26) Luft oder Benzindämpfe absaugen und dem Motor zur Verbrennung zuführen. Die Zuführung (5) der Brenn­ stoffdämpfe aus dem Benzintank (17) erfolgt über die Absaugleitung (27) und wird zweckmäßigerweise von einem Schwimmerventil (22) abgeschlossen, um zu verhindern, daß Flüssigbenzin in das Adsorbtionsfilter (1) ein­ gesaugt wird.

Nachfolgend werden die einzelnen Betriebszustände, wie sie bei einer erfindungsgemäßen Ausbildung der Ventile (12), (13), (14) und (15) ablaufen, beschrieben.

Beim Betanken des Fahrzeuges wird zunächst der Deckel (20) angenommen und dadurch der Deckelkontakt (21) geschlossen. Vom Batterieanschluß (32) (+) erhält der Motor (7) über die Leitung (30) Spannung gegen den Masseanschluß (31), und die Ventilationseinrichtung (3) wird in Betrieb gesetzt. Der dadurch geschaffene Unterdruck öffnet die Ventile (13) und (16), und es werden die Benzindämpfe und Luft aus dem Innenraum des Benzin­ tankes (17) über das Schwimmerventil (22) und die Absaugleitung (27) in das Adsorbtionsfilter (1) gesaugt.

Nach Beendigung des Füllvorganges wird beim Aufsetzen des Deckels (20) der Deckelkontakt (21) geöffnet und die Ventilationseinrichtung still­ gesetzt.

In jedem Fall sorgt das Schwimmerventil (22) dafür, daß kein flüssiger Brennstoff in die Absaugleitung (27) und damit in das Adsorbtionsfilter (1) eintreten kann.

Durch die Ventilationseinrichtung (3) wird somit sichergestellt, daß während des Betankens im Benzintank (17) immer ein Unterdruck besteht und keine Benzindämpfe nach außen entweichen können.

Bei geparktem Fahrzeug, vor allem bei intensiver Sonneneinstrahlung, kann es vorkommen, daß im Benzintank (17) ein Überdruck entsteht. In diesem Fall sorgt das Überdruckventil (29) mit den Entlüftungsleitungen (28) und (27), daß die unter höherem Druck stehenden Benzindämpfe über die Zuführung (5) und das dazugehörende Ventil (13) zur Aktivkohle (8) ge­ langen und dort adsorbiert werden. In diesem Fall ist eine Emission nach außen verhindert.

Soweit bei laufendem Motor durch Erwärmung des Brennstoffes (19) ein Überdruck im Benzintank (17) entsteht, können Benzindämpfe, wie beim Parken, über das Überdruckventil (29) in das Adsorbtionsfilter (1) gelangen. Sofern die Absaugsteuerung (26) noch nicht die Verbindung zur Ansaugleitung (24) freigegeben hat, werden solche Benzindämpfe von der Aktivkohle adsorbiert.

Sollte jedoch die Absaugsteuerung (26) bereits die Verbindung zur An­ saugleitung (24) freigegeben haben, werden diese Dämpfe dem Motor direkt zur Verbrennung zugeführt.

Der in der Ansaugleitung (24) herrschende starke Unterdruck bewirkt bei geöffneter Absaugsteuerung (26), daß sowohl das Ventil (12) aber auch das Ventil (14) geöffnet werden und Frischluft aus dem Frischluftanschluß (4) durch die Aktivkohle gesaugt wird. Dabei werden die in der Aktivkohle (8) gespeicherten Benzindämpfe ausgespült, dem Motor zur Verbrennung zugeführt und energienutzend verbrannt.

Um die vorstehend beschriebenen Funktionen einwandfrei ablaufen zu lassen, ist es erforderlich, die Öffnungsdrücke der Ventile (12), (13), (14) und (15) aufeinander abzustimmen.

Beim Betanken muß die Ventilationseinrichtung die Benzindämpfe über die Ventile (13) und (15) leicht ansaugen können. Das Rückfluß-Sperr­ ventil (13) und das Entlüftungsventil (15) müssen daher bei einem Druck öffnen, der kleiner ist als der Unterdruck der Ventilationseinrichtung (3).

Beim Absaugen der Benzindämpfe zum Motor muß das Absaugventil (12) und das Frischluftventil (14) öffnen. Der Öffnungsdruck dieser Ventile (12) und (14) muß daher kleiner sein, als der Unterdruck der in der Absaugung (6) zum Kraftfahrzeugmotor gegeben ist.

Da aber beim Absaugen von Benzindämpfen bei laufendem Motor ebenfalls vorzugsweise Benzindämpfe aus dem Benzintank (17) abgesaugt werden sollen, ergibt sich die Forderung, daß das Sperrventil (13) bei einem niederen Druck öffnet als das Frischluftventil (14). Dadurch werden zuerst Benzindämpfe aus dem Benzintank (17) abgesaugt, und erst wenn keine Dämpfe mehr abgesaugt werden können, öffnet das Frischluftventil (14) und die Aktivkohle wird mit Frischluft durchgespült.

Die übersichtlich schematische Darstellung Fig. 5 zeigt die Vorteile einer derart kompakten Bauweise, wie sie dem Erfindungsgedanken zugrunde liegt.

Es kann selbstverständlich vorkommen, daß manche Ventilfunktionen bereits im Fahrzeug an anderer Stelle vorhanden sind. So könnte beispielsweise das Schwimmerventil (22) bereits mit einem Rückfluß-Sperrventil versehen sein, so daß dadurch das Sperrventil (13) überflüssig wäre.

Das gleiche gilt für die Absaugsteuerung (26), die unter Umständen das Absaugventil (12) entbehrlich machen kann.

Daraus folgt, daß eine erfindungsgemäße Kombination der Ventile und Bauelemente sehr flexibel gehandhabt werden kann, um eine optimale Kosten- und Funktionssituation zu erreichen.

Besonders vorteilhaft wird ein erfindungsgemäßes Adsorbtionsfilter in Verbindung mit einem Sicherheitstank mit Luftblase Verwendung finden, da bei einer solchen Tankausführung wesentlich geringere Benzindampf­ mengen adsorbiert werden müssen und man mit kleineren Aktivkohlemengen auskommt.

Die schematischen Darstellungen dienen nur dem besseren Verständnis. Sie sind in keiner Art beschränkend aufzufassen, geben aber die Grund­ lage für eine umfassende Reduzierung der Benzindampfemissionen.

Claims (12)

1. Adsorbtionsfilter für Brennstoffdämpfe, insbesondere für Kraftfahr­ zeuge, mit mindestens einem Zuführungsanschluß der Brennstoffdämpfe vom Brennstoffbehälter bzw. zum Absaugen der Dämpfe zum Kraftfahr­ zeugmotor am Eingang des Filters und einem Frischluftanschluß am Ausgang des Filters, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ventilations­ einrichtung mit dem Adsorbtionsfilter verbunden ist.

2. Adsorbtionsfilter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbtionsfilter und die Ventilationseinrichtung zu einer Einheit zusammengefaßt sind.

3. Adsorbtionsfilter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorbtionsfilter und die Ventilationseinheit zusammen­ steckbar oder verschraubbar sind.

4. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Adsorbtionsfilter ein Rück­ fluß-Sperrventil (13) angeordnet ist, welches den Zuführungsanschluß (5) der Brennstoffdämpfe in Richtung Brennstoffbehälter sperrt.

5. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im oder am Adsorbtionsfilter ein Absaug­ ventil (12) vorhanden ist, welches die Absaugung (6) zum Motor nur in Richtung zum Motor freigibt.

6. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Adsorbtionsfilters ein Frischluftventil (14) vorhanden ist, welches nur das Ansaugen von Frischluft in das Adsorbtionsfilter gestattet.

7. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Adsorbtionsfilters ein Entlüftungsventil (15) vorhanden ist, welches nur das Austreten von Luft und/oder Dampfresten aus dem Adsorbtionsfilter gestattet.

8. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Rückfluß-Sperr­ ventils (13) und des Entlüftungsventils (15) kleiner ist als der Unterdruck der Ventilationseinrichtung (3).

9. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Absaugventils (12) und des Frischluftventils (14) kleiner ist als der Unterdruck in der Absaugung (6) zum Kraftfahrzeugmotor.

10. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Rückfluß-Sperr­ ventils (13) kleiner ist als der Öffnungsdruck des Absaugventiles (12).

11. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Öffnungsdruck des Rückfluß-Sperr­ ventiles (13) kleiner ist als der Öffnungsdruck des Frischluftventiles (14).

12. Adsorbtionsfilter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilationseinrichtung (3) mit einem Kontakt (21) verbunden ist, welcher bei Öffnen des Deckels (20) des Einfüllstutzens schließt.