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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft emissionsarme Kraftstofftank-Entlastungssysteme.
Genauer betrifft die Erfindung ein am Tank befestigtes Kraftstoffpumpenmodul
mit einem integrierten Sammelrohr zum Mischen bzw. Vereinigen von
verschiedenen Dampfquellen durch einen einzigen Dampfauslass im
Modulflansch.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Kraftfahrzeughersteller
und Zulieferer von Kraftstoffsystem-Komponenten beschäftigen sich seit
langem mit der Steuerung von Kraftstoffdampf in Fahrzeug-Kraftstofftanks.
Kraftstoffdampf kann im Kraftstofftank durch Temperaturunterschiede
zwischen dem Kraftstofftank und flüssigem Kraftstoff von einer
Kraftstoffpumpe ebenso wie durch Schwappen und Bewegung im Kraftstofftank
während
des normalen Betriebs des Fahrzeugs entstehen. Der Dampf sammelt
sich an verschiedenen hoch gelegenen Stellen innerhalb des Kraftstofftanks
und wird normalerweise durch ein oder mehrere Entlastungsventile, die
sich in der Wand des Kraftstofftanks befinden, aus dem Kraftstofftank
ausgelassen. Dies verhindert einen Druckaufbau im Tank oder die
Entstehung eines Unterdrucks darin in Folge von Schwankungen des
Kraftstoffvolumens insbesondere aufgrund von Änderungen der Temperatur oder
des Atmosphärendrucks
oder aufgrund eines Abfalls des Kraftstoffpegels, wenn der Kraftstoff
herausgesaugt wird.
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Sobald
der Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank ausgetragen wurde, muss
der Dampf auf adäquate
Weise gespeichert und/oder verbraucht werden, um die Einhaltung
von Luftverschmutzungsbestimmungen zu gewährleisten. In einigen Fahrzeug-Kraftstoffsystemen
wird ausgetragener Kraftstoffdampf in einen mit Holzkohle gefüllten Dampf-Rückgewinnungsbehälter abgelassen,
dessen Aufgabe es ist, Kraftstoffdampf aufzufangen und zu speichern.
Diese so genannten „on
board”-Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssysteme
sind z. B. in den
US-Patenten Nr.
4,770 ;
4,816,045 und
4,836,835 offenbart. Andere
Systeme führen
den Kraftstoffdampf zurück
zum Verbrennungsmotor, wo er verbrannt wird.
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Darüber hinaus
offenbart
EP 1 216
874 A1 ein Modul mit integrierter Dampfsammelleitung, das einen
modularen Flansch zur Befestigung an einem Kraftstofftank aufweist,
wobei der Flansch eine Oberseite, eine Unterseite und eine Sammelleitung
für die Zusammenführung von
Kraftstoffdampf, der von einer Vielzahl von Quellen innerhalb des
Tanks erhalten wird, zur Austragung aus dem Sammelrohr durch einen
einzigen Dampfauslass an der Oberseite des modularen Flansches aufweist,
wobei mindestens eine Quelle in dem Tank ein abseits angeordnetes Entlastungsventil
aufweist, das über
eine verborgene innere Tankentlastungsleitung mit der Sammelleitung verbunden
ist.
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Ein
Kraftstoffpumpenmodul mit den Merkmalen des Oberbegriffs des beigefügten Anspruchs
1 ist außerdem
in
EP 1 216 874 A1 offenbart.
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Aufgrund
der Größenbeschränkungen
des Fahrzeugs kann der Kraftstofftank eine komplexe Form aufweisen.
Er schließt
oft Taschen in seiner oberen Wand ein oder Bereiche, in denen sich
leicht Kraftstoffdampf sammeln kann, wenn der Kraftstoff eine große Höhe im Tank
erreicht und/oder wenn das Fahrzeug schräg steht bzw. fährt. Jede
dieser Taschen erfordert deshalb ein Mittel, um den gesammelten
Dampf aus dem Tank abzulassen. Es können mehrere Entlastungsstellen
direkt mit der Außenseite des
Tanks verbunden sein, aber aufgrund der Permeation von Kraftstoffdampf
durch mehrere Dampfentlastungsleitungen sind die Dampfemissionen
erheblich erhöht.
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Bei
den zunehmenden Forderungen nach Reduzierung von Emissionen ist
es günstig,
Dampfentlastungsleitungen von den verschiedenen Dampftaschen, die
innerhalb des Tanks entstehen, innerhalb des Kraftstofftanks zu
einem einzigen Austrittspunkt zu führen. Dadurch werden Permeationsemissionen
aufgrund von mehreren Kraftstoffleitungen, die im Kraftstofftank
enthalten sind, reduziert. Weiterhin ist es angesichts dieser zunehmenden
Forderungen nach Reduzierung von Emissionen günstig, da, wo früher mehrere
Entlastungsventile in separaten Öffnungen
durch den Kraftstofftank angebracht wurden, diese nun innerhalb
des Kraftstoffpumpen-Befestigungsflanschs anzubringen, wodurch die
Notwendigkeit von zusätzlichen Öffnungen
durch den Tank und mögliche
Dampfemissionsquellen eliminiert werden.
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Es
ist ein Bedarf entstanden an einem Kraftstoffpumpenmodul mit einem
integrierten Sammelrohr, das den Kraftstoffdampf von mehreren Quellen innerhalb
eines Kraftstofftanks vereinigt bzw. mischt und diesen durch eine
einzige Auslassöffnung,
die im Pumpenmodulflansch angeordnet ist, austrägt.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Somit
ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Mittel zur Reduzierung
von Permeationsemissionen von Kraftstoffdampf durch Eliminieren
der mehreren Entlastungsleitungen außerhalb des Tanks zu schaffen.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Mittels zum Sammeln von Dampf aus mehreren Quellen innerhalb eines
Kraftstofftanks und dessen Vereinigung in einem einzigen Auslass,
der am Kraftstoffpumpenmodul-Flansch angeordnet ist.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Schaffung eines
Mittels zur Befestigung eines oder mehrerer Dampfauslässe direkt
am Modulflansch, wodurch verschiedene Dampfeinlässe für Kraftstoffdampf der an entfernten
Stellen innerhalb des Kraftstofftanks gesammelt wurde, einbezogen sind.
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Ein
weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Reduzierung von
Kraftstoffdampfemissionen aus einem Kraftstofftank durch Vorsehen
eines Kraftstoffpumpenmodul-Flansches mit einem oder mehreren Dampfventilen,
die darin enthalten sind, wodurch die Notwendigkeit für zusätzliche
Löcher
durch den Kraftstofftank entfällt.
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Die
genannten Ziele werden durch ein Kraftstoffpumpenmodul mit den Merkmalen
von Anspruch 1 erreicht. Vorteilhafte weitere Ausführungsformen sind
Gegenstand der Unteransprüche.
Somit weist ein hierin vorgeschlagenes Kraftstoffpumpenmodul ein
integriertes Dampfsammelrohr innerhalb des Befestigungsflansches
zum Sammeln oder Ablassen von Kraftstoffdampf, der sich in einem
Kraftstofftank angesammelt hat, auf. Der Flansch kombiniert Kraftstoffdampf
der von mehreren Dampfeinlässen
innerhalb des Kraftstofftanks gesammelt wird und der durch interne
Dampfentlastungsleitungen zum Flansch transportiert wird, und vereinigt
ihn in einem einzigen Auslass durch den Modulflansch. Ferner stellt
der Modulflansch ein Mittel bereit zum Befestigen eines oder mehrerer
Entlastungsventile direkt am Sammelrohr, um Dämpfe, die nahe am Flansch gesammelt
wurden, mit denen von entfernten Quellen innerhalb des Kraftstofftanks
zu mischen. Sobald sich die Dämpfe
innerhalb des Sammelrohrs vereinigt haben, werden sie durch einen
einzigen Auslass zu einem entfernt davon angeordneten Behälter außerhalb
des Kraftstofftanks für
die Speicherung ausgetragen. Dadurch, dass die Notwendigkeit von
mehreren Öffnungen
durch den Kraftstofftank entfällt
und dass Kraftstoffdampfleitungen innerhalb des Tanks geführt werden,
werden schädliche
Dampfemissionen in die Atmosphäre
deutlich gesenkt.
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Weitere
Anwendungsbereiche der vorliegenden Erfindung werden aus der ausführlichen
Beschreibung, die hierin angegeben ist, offensichtlich. Es sei darauf
hingewiesen, dass die ausführliche
Beschreibung und spezifische Beispiele zwar die bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung angeben, aber nur der Erläuterung dienen und den Bereich
der Erfindung nicht einschränken
sollen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Die
vorliegende Erfindung wird vollständiger anhand der ausführlichen
Beschreibung und der begleitenden Zeichnung verstanden, worin:
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1 eine
seitliche Teilquerschnittsansicht des Kraftstofftanks mit befestigtem
Kraftstoffpumpenmodulflansch und entfernt angeordnetem Entlastungsventil
ist;
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2 eine
seitliche Teilquerschnittsansicht des Kraftstoffpumpenmodulflansches
und des Dampfauslasssammelrohrs mit einer Vielzahl von integrierten
Entlastungsventilen ist.
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3 eine
detaillierte seitliche Teilquerschnittsansicht des Kraftstoffpumpenmodul-Flansches
ist, die die Verbindungsstelle des sekundären Sammelrohrs von 4 darstellt.
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4 eine
seitliche Querschnittsansicht des sekundären Sammelrohrs ist, das einen
entfernt angeordneten Dampfeinlass zur Befestigung eines sekundären Entlastungsventils
am Dampfauslass-Sammelrohr aufweist.
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AUFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die
folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform(en) dient lediglich
der Erläuterung und
soll die Erfindung, ihre Anwendungen oder ihre Nutzung in keiner
Weise beschränken.
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Wie
in der Zeichnung, und besonders in den 1 und 2.
dargestellt, besteht die Erfindung aus einem Kraftstoffpumpenmodul
mit einem Modulflansch 20 mit einem integrierten Kraftstoffdampf-Sammelrohr 22 zur
Befestigung an einem Kraftfahrzeug-Kraftstofftank 11. Der Flansch 20 des Moduls 10 ist
an einer Öffnung
in der Kraftstofftankwand 11 befestigt und dichtet das
Innenvolumen des Kraftstofftanks gegen die äußere Atmosphäre ab. Wie
dargestellt, schließt
der Flansch 20 ein integriertes Dampfsammelrohr 22 zum
Sammeln von Kraftstoffdampf 17 von einem oder mehreren
Entlas tungsventileinlässen
innerhalb des Kraftstofftanks 11 ein und vereinigt sie
in einer einzigen Auslassöffnung 26, die
zu einem entfernt angeordneten Dampfspeicherbehälter 60 oder einen
anderen gewünschten
Ort führt.
Optional ist der Flansch 20 durch ein Dichtungsmittel 24 mit
dem Kraftstofftank 11 verbunden, aber der Umfang der Erfindung
soll nicht durch die Art und Weise, wie der Flansch 20 an
der Kraftstofftankwand 11 befestigt ist, beschränkt werden.
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Das
Sammelrohr 22, das in den Modulflansch 20 integriert
ist, besteht aus einer Sammelrohrkammer 27 mit einer Öffnung an
einem Ende, die durch den Flansch 20 hindurch geht und
die einen Aufnahmebereich 21 definiert, der den Verbindungsabschnitt 46 eines
befestigten Entlastungsventils 40 an der Unterseite des
Modulflanschs 20 aufnimmt. In der bevorzugten Ausführungsform
definiert das Sammelrohr 22 ferner einen sekundären Dampfeinlass 90,
wobei der Dampf, der von einem sekundären Entlastungsventil 50 einer
anderen entfernt angeordneten Quelle 14 innerhalb des Kraftstofftanks 11 gesammelt
wird, in das Sammelrohr 22 gelangt und sich mit dem Dampf
vom primären
Entlastungsventil 40 mischt. Die vereinigten Kraftstoffdämpfe von
den mehreren Entlastungsventilen innerhalb des Tanks 11,
die durch den Pfeil 18 dargestellt sind, vermischen sich
und verlassen das Sammelrohr 22 durch das Auslassrohr 26,
wie dargestellt. Das Auslassrohr 26 ist mit einem externen
Dampfrohr 62 verbunden, das den Kraftstoffdampf zu einem
entfernt angeordneten Behälter 60 zur
transportiert, wo er gespeichert oder aufbewahrt wird, bevor er
zum Verbrennungsmotor geführt
und verbrannt wird.
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Wie
angegeben, ermöglichen
der Flansch 20 und das integrierte Sammelrohr 22 die
direkte Befestigung eines oder mehrerer primärer Entlastungsventile 40 direkt
an der Unterseite des Flansches 20. Jedes Ventil 40 ist
in der Regel zylindrisch geformt und weist einen Dampfeinlass 42 auf,
wobei Kraftstoffdampf 17 aus dem Inneren des Kraftstofftanks 11 in die
Ventil 40-Anordnung wandert, wie vom Pfeil 12 angezeigt.
Im Entlastungsventil 40, hier nicht dargestellt, befindet
sich ein Rückschlagventil,
das den Kraftstoffdampf 17 in das Sammelrohr 22 auslässt, aber
verhindert, dass Kraftstoff 19, der möglicherweise auf das Entlastungsventil 40 gespritzt
ist, in die Sammelrohrkam mer 27 aufsteigt. Das Ventil 40 dient außerdem dazu,
einen Schutz gegen eine Kraftstoffaustragung durch das Dampfsystem
im Falle eines unbeabsichtigten Überfüllens des
Tanks 11 während des
Auftankens zu bereitzustellen.
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Wie
am besten aus 2 hervorgeht, wird der allgemein
zylindrische Verbindungsabschnitt 46 des oberen Endes des
Ventils 40 passgenau von dem entsprechenden Ventilaufnahmebereich 21,
der im Sammelrohr 22 angeordnet ist, aufgenommen. Der Verbindungsabschnitt
schließt
einen Dampfkanal vom Ventil 40 zum Sammelrohr 22 ein,
was es dem Dampf möglich
macht, aus dem Ventil 40 in die Sammelrohrkammer 27 überzugehen.
In der bevorzugten Ausführungsform
ist ein Dichtungsmittel, wie ein O-Ring 47, wie dargestellt
in einer Ringnut am Verbindungsabschnitt 46 des Ventils 40 implementiert und
trägt ebenfalls
dazu bei zu verhindern, dass Kraftstoff 19 in die Sammelrohrkammer 27 aufsteigt. Wenn
der Reibschluss zwischen dem Verbindungsabschnitt 46 der Öffnung 40,
dem Aufnahmebereich 21 am Sammelrohr 22 und dem
Dichtungsmittel 47 fest genug ist, wird das Ventil 40 sicher
vom Flansch 20 gehalten, wobei weitere Befestigungsmittel
nicht nötig
sein müssen.
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Alternativ
dazu verwendet ein zweites Mittel zur Befestigung des Ventils 40 am
Flansch 20, wie in den 2 und 3 dargestellt,
ein Schnappverschluss-Design, bei dem ein keilförmiger vertikaler Vorsprung 44 an
der Außenseite
des Entlastungsventils 40 gegen die Wand 32 des
Flansches 20 nach außen
drückt,
wenn er diese berührt,
während
das Ventil 40 nach oben in den Aufnahmebereich 21 eingeführt wird.
Sobald es vollständig
eingeführt
ist, wird der Vorsprung durch eine Öffnung 25 in der Wand 32 aufgenommen,
wodurch die Wand 32 wieder in ihre Ausgangsstellung zurückschnappen
kann, wodurch das Entlastungsventil in seiner Position verriegelt wird.
Dieses Schnappverschlussmittel zur Befestigung stellt eine sicherere
Verbindung zwischen dem Ventil 40 und dem Modulflansch 20 bereit,
die für Kraftstoffentlastungsanwendungen,
die das Kraftstoffpumpenmodul 10 heftigeren Erschütterungen aussetzen,
bevorzugt sein mag.
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Häufig ist
es günstig, über ein
entfernt angeordnetes Dampfentlastungsventil 30 zum Sammeln von
Dampf von einem Abschnitt des Kraftstofftanks 11, der entfernt
vom Kraftstoffpumpenmodul-Flansch 20 angeordnet ist, welcher
wegen des Tankdesigns im Hinblick auf den Dampf in Abteilungen aufgeteilt sein
kann, zu verfügen,
wie in 1 dargestellt. Das entfernt angeordnete Entlastungsventil 30 kann durch
eine zweite Öffnung 15 in
der Tankwand oder auf andere Weise am Tank 11 befestigt
sein, soll den Umfang der Erfindung aber nicht beschränken. Das Entlastungsventil 30 trägt Dampf
zur inneren Entlastungsleitung 34 aus, die den Dampf 17 vom
entfernt angeordneten Ventil 30 zum Modulflansch 20 transportiert,
wo sie mit einem Sammelrohradapter 80 verbunden ist, der
in Fkk_4 dargestellt ist und der den Modulflansch 20 an
der Oberfläche 92 befestigt.
Der Adapter 80 schließt
eine Dampfkammer 83 ein, die durch Wände 82, 84 und 86 begrenzt
und am Boden offen ist, wodurch sie einen Aufnahmebereich zum Aufnehmen
eines sekundären
Entlastungsventils 50 bildet, das auf ähnliche Weise wie das primäre Entlastungsventil 40 am
Modulflansch 20 befestigt ist, wie in den 2 und
jFjgLä dargestellt.
Zusätzlicher Kraftstoffdampf 17 kann
durch die Öffnung 52 in
das sekundäre
Entlastungsventil 50 gelangen, wie vom Pfeil 16 angezeigt.
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Wie
aus der Zusammenschau der 3 und 4 hervorgeht,
schließt
der Sammelrohradapter 80 ein Ferndampfeinlassrohr 87 ein,
das zur Dampfkammer 83 führt und das die innere Entlastungsleitung 34 vom
entfernt angeordneten Entlastungsventil 30 am Ende 81 verbindet.
Kraftstoffdampf 17, der in das entfernt angeordnete Entlastungsventil 30 gelangt,
wandert in den Sammelrohradapter 80, wie vom Pfeil 14 angezeigt,
wobei er sich mit Dampf mischt, der durch das sekundäre Ventil 50 gesammelt
wird. Die vereinigten Dämpfe
verlassen den Sammelrohradapter 80 durch eine konische
Auslassmündung 89 oben
im Adapter 80, die von einem verlängerten Auslassrohr 88 definiert
wird, das im Sammelrohr 22 endet, wenn es an dieses angeschlossen ist.
Der Adapter 80 in der bevorzugten Ausführungsform ist an die Unterseite
des Sammelrohrs 22 geschweißt, und zwar so, dass eine
kleine Lücke
oder ein kleiner Durchgang um das verlängerte Auslassrohr frei bleibt,
wie in 3 dargestellt. Die Verlängerung des Auslassrohrs 88 sorgt
für einen
hohen Dampfaustrittspunkt aus dem Sammelrohradapter 80 in
das Sammelrohr 22, während
die Lücke
es erlaubt, dass Kraftstoff 19, der das primäre Entlastungsventil 40 unbeabsichtigt
umgangen hat, wieder in den Tank 11 zurückfließt, statt unerwünschterweise
in die innere Entlastungsleitung 34 zu gelangen. Die Kraft stoffdämpfe, die
durch die Pfeile 14 und 16 gesammelt werden, vermischen
sich miteinander im Sammelrohradapter 80, bevor sie in
das Sammelrohr 22 gelangen und sich mit den Dämpfen, die
durch das primäre
Entlastungsventil 40 gesammelt werden, vermischen, wie
vom Pfeil 12 angezeigt. Die kombinierten Dämpfe, nun
vom Pfeil 18 angezeigt, verlassen das Sammelrohr 22 durch
das einzige Auslassrohr 26, das mit dem externen Dampfrohr 62 verbunden
ist und den Kraftstoffdampf zum Behälter 60 transportiert,
wo er gespeichert wird, bevor er zum Verbrennungsmotor geführt und
verbrannt wird.
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Somit
wird ein Kraftstoffpumpenmodul bereitgestellt, das Kraftstoffdampf
vereinigt, der durch ein oder mehrere Dampfentlastungsventil(e),
die sowohl proximal als auch distal zum Modulflansch angeordnet
sind, von einem integrierten Sammelrohr mit einem einzigen Auslass
gesammelt werden, was mögliche
Quellen für
Kraftstoffdampfemissionen in die Atmosphäre erheblich reduziert.