DE60203676T2

DE60203676T2 - Kontrolle der Belüftung des Brandstofftanks während der Betankung

Info

Publication number: DE60203676T2
Application number: DE2002603676
Authority: DE
Inventors: Robert P. Benjey
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2001-09-26
Filing date: 2002-09-20
Publication date: 2006-03-02
Anticipated expiration: 2022-09-21
Also published as: EP1297984B1; CA2404590A1; AR036621A1; JP2003148264A; BR0204186A; MXPA02009415A; DE60203676D1; TW554134B; EP1297984A3; US20030056837A1; EP1297984A2; KR20030027726A

Description

HINTERGRUND ZU DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zur Erzielung einer kontrollierten Entlüftung und zur Verhinderung des Entweichens von Kraftstoffdampf aus einem Kraftstofftank, insbesondere an Bord eines Kraftfahrzeugs, in die Atmosphäre und insbesondere während der Betankung.
Momentan wird bei der Herstellung von Kraftfahrzeugen, die mit Benzin oder einem sonstigen hochflüchtigen Kraftstoff betrieben werden, eine Speichereinheit, gewöhnlich ein mit Aktivkohle gefüllter, entfernt liegender Behälter, eingesetzt, die derart angeschlossen ist, um Kraftstoffdampf aus einem Schwimmer betätigten Entlüftungsventil zu empfangen, das an dem Kraftstofftank vorgesehen ist. Während der Zeitabschnitte mit abgeschaltetem Motor wird Dampf in dem Behälter adsorbiert und gespeichert. Beim Anlassen des Motors wird der Behälter mit Luft gespült, während die Kraftstoffdämpfe aus dem Behälter in den Motoreinlass eingezogen werden und einen Teil der Motorverbrennungsladung bilden.
Wenn der Motor nicht betrieben wird, muss der Behälter aus dem Kraftstofftank den gesamten Dampf aufnehmen, der entweder aus dem Tank über das Entlüftungsventil durch den während der Betankung ansteigenden Kraftstoffpegel verdrängt wird oder aus dem Tank verdrängt wird, wenn der Dampfdruck bis oberhalb des atmosphärischen Drucks ansteigt.
Wenn der Einfüllstutzen des Kraftstofftanks zur Betankung durch Einführung eines Kraftstofffüllmundstücks geöffnet ist und Kraftstoff aus dem Mundstück in den Einfüllstutzen strömt, ist es erwünscht, einen Austritt von Kraftstoffdampf aus dem Tank durch den Einfüllstutzen und somit eine Umgehung des zu dem Speicherbehälter führenden Entlüftungsventils zu verhindern. Hierfür hat man sich dieses Problems dadurch angenommen, dass eine mechanische Dichtung in dem Einfüllstutzen vorgesehen worden ist, um eine Abdichtung um das Füllmundstück herum zu schaffen. In einer derartigen Anordnung ist eine Rückführungsleitung zwischen der oberen Wand des Kraftstofftanks und dem Einfüllstutzen unterhalb der Mundstückdichtung angeschlossen worden.
Bezug nehmend auf 3 und 4 ist ein System von der in der US-A-5 950 635 offenbarten und oben beschriebenen Art veranschaulicht und weist einen Kraftstofftank 1 mit einem Einfüllstutzen 2 auf, der Kraftstoff während einer Betankung mittels eines Füllmundstücks 3 aufnimmt, das in das obere Ende 2a des Einfüllstutzens durch eine Dichtung 4 hindurch sowie ausreichend weit eingeführt wird, um ein Einweg-Klappenventil 5 zu öffnen und dem Mundstück zu ermöglichen, Kraftstoff in den Einfüllstutzen 2 abzugeben.
Ein Überdruckventil 6 ist in dem oberen Ende 2a des Einfüllstutzens vorgesehen und dient als Überbrückung für die Dichtung 4 im Falle eines Ausfalls der durch Saugwirkung gesteuerten automatischen Sperre in dem Füllmundstück 3.
Ein Schwimmer betätigtes Entlüftungsventil 7 ist durch eine Öffnung in der oberen Wand des Tanks hindurch aufge nommen und weist einen Flansch 8 auf, der mit der Außenseite der oberen Tankwand in Anlage steht; und der Ventilflansch ist an der oberen Tankwand gesichert. Der Auslass des Ventils 7 ist an eine Dampfentlüftungsleitung 9 angeschlossen, die mit einem Speicherbehälter 10 strömungsmäßig verbunden ist, dessen Auslassleitung 11 zum Anschluss an einen (nicht veranschaulichten) Motorlufteinlass passend eingerichtet ist. Gewöhnlich weist der Behälter 10 einen atmosphärischen Spüllufteinlass 12 auf, um ein Einziehen von Luft in den Behälter beim Motorstart und die Erzeugung eines Vakuums in der Leitung 11 zu ermöglichen. Das Vakuum in dem Behälter wird durch die Strömungsbegrenzung der Granulatfüllung in dem Behälter erzeugt.
Eine Luftleckage durch die mechanische Dichtung 4 in dem Rohr um das Füllmundstück herum führt zu einer gesteigerten Verdampfung von Kraftstoff in dem Tank, und der Behälter ist einer vergrößerten Dampfströmung aus dem Tank ausgesetzt. Dies hat zur Folge, dass eine zusätzliche Aufnahmekapazität des Behälters erforderlich ist.
Eine Rückführungsleitung 13 weist ein Ende auf, das an dem oberen Ende des Einfüllstutzens 2a unterhalb der Dichtung 4 angeschlossen ist. Das übrige Ende der Leitung 13 ist mit der oberen Wand des Tanks 1 verbunden und ragt bis zu einem gewünschten Flüssigkeitsfüllniveau innerhalb des Tanks vor und wird durch den ansteigenden Pegel des Kraftstoffs in dem Tank verschlossen, wie dieser allgemein durch das Bezugszeichen 14 in 3 angedeutet.
Das System nach 3 und 4 ermöglicht es, Kraftstoffdampf durch das Füllmundstück im Kreislauf zurückzuführen, bis der Kraftstoffpegel 14 das Ende des Rohrs 13 innerhalb des Tanks verschließt. Ein Verschluss des Rohrs 13 führt dazu, dass die fortgesetzte Kraftstoffströmung durch das Mundstück ein Vakuum innerhalb des oberen Rohrs 2a unterhalb der Dichtung 4 erzeugt, wobei das Vakuum die Saugeinrichtung des Mundstücks „verhungern" lässt und eine Absperrung des Mundstücks bewirkt.
Bezug nehmend auf 5 ist ein weiteres System nach dem Stand der Technik in Form einer Zeichnung veranschaulicht, bei dem ein Kraftstofftank 1a ein Einfüllrohr 4a mit einem verbreiterten tassenförmigen oberen Endabschnitt 5a aufweist, in dem, wie veranschaulicht, ein Füllmundstück 3a aufgenommen ist, dessen eingeführtes Ende in dem oberen Ende des Einfüllrohrs 4a eng passend angeordnet ist. Das untere Ende des Einfüllrohrs 4a ragt in den Kraftstofftank hinein und weist ein Einwegventil 6a auf, das daran vorgesehen ist, um dem Kraftstoff zu ermöglichen, in den Tank, jedoch nicht in den Einfüllstutzen 4a einzudringen. Der Tank weist ein Schwimmer betätigtes Entlüftungsventil 7a auf, das an seinem oberen Ende vorgesehen ist und mit einem Flansch 8a an diesem verankert ist, wobei das Ventil 7a durch eine Zugangsöffnung in dem Tank hindurch ragt, um den Kraftstoffpegel, der allgemein bei 14a angedeutet ist, zu erfassen.
Das Ventil 7a weist eine Leitung 9a auf, die an dieses und an einen Speicherbehälter 10a angeschlossen ist, der durch das atmosphärische Lufteinlassrohr 12a entlüftet wird. Der Behälter 10a weist eine an diesem angeschlossene Spülleitung 11a auf, die dazu eingerichtet ist, mit dem (nicht veranschaulichten) Lufteinlass des Fahrzeugmotors verbunden zu werden. Das Rohr 9a ist ferner über eine Leitung 13a mit dem verbreiterten oberen Ende 5a des Einfüll stutzens strömungsmäßig verbunden, um Kraftstoffdampf im Kreislauf in dieses zurückzuführen. Während einer Betankung erzeugt die Saugwirkung der flüssigen Kraftstoffströmung aus dem Mundstück einen verminderten Druck in dem oberen Ende des Rohrs 5a und zieht Luft sowie Dampf aus dem Rohr 13a in das Einfüllrohr 4a und den Tank ein. Die eingezogene Luft steigert die Kraftstoffverdampfung weiter. Es kann zu einer Ausströmung von Kraftstoffdampf in die Atmosphäre über das Rohr 13a kommen, falls der Dampfstrom des Rohrs 13a nicht beträchtlich begrenzt wird.
US-A-5 570 672 beschreibt ein Kraftstoffdampfemissionsbehandlungssystem einer ähnlichen Bauart mit einem einen Kraftstofftank mit einem Aktivkohlebehälter strömungsmäßig verbindenden Entlüftungsschlauch und einem Entlüftungsumlaufschlauch, der den Entlüftungsschlauch und einen Einfüllstutzen des Kraftstofftanks strömungsmäßig miteinander verbindet. Gemäß einem ersten Aspekt sind die Querschnittsflächen des Entlüftungsschlauchs und des Entlüftungsumlaufschlauchs derart festgelegt, dass das Verhältnis zwischen diesen einen zweckmäßigen Wert bildet. Der negative Druck, der in dem Einfüllstutzen aufgrund der durch Betankung induzierten Ansaugwirkung erzeugt wird, wird durch den Druck des Kraftstoffgases ausgeglichen, das zu dem Einfüllstutzen durch den Entlüftungsumlaufschlauch zurückgeführt wird, wobei der Innendruck des Einfüllstutzens auf einen Wert gesteuert wird, der in geeigneter Weise kleiner ist als der atmosphärische Druck, womit das Einströmen der Außenluft in den Einfüllstutzen wie auch das Ausströmen von Kraftstoffdampfgas aus dem Einfüllstutzen unterdrückt werden kann. Gemäß einem zweiten Aspekt ist eine besondere Öffnung in der Mitte des Entlüftungsschlauchs vorgesehen, um die Menge des im Kreislauf zurück geführten Kraftstoffdampfgases zu steuern. Gemäß einem dritten Aspekt ist ein Durchflussregelventil in dem Entlüftungsschlauch vorgesehen, um die Menge des zu dem Einfüllstutzen durch den Entlüftungsumlaufschlauch rückgeführten Kraftstoffgases in Abhängigkeit von dem in dem Einfüllstutzen erfassten Druck zu steuern. Der Einfüllstutzen ist in Form eines zylindrischen Rohrs mit über der Länge konstantem Durchmesser ausgehend von der Kraftstoffeinlassöffnung nahe des Tanks und an seiner Einlassöffnung zu der Atmosphäre offen gestaltet. Wenn ein Durchflussregelventil verwendet wird, ist ein kreisförmiger Begrenzer an der Einlassöffnung vorgesehen, um die Einlassöffnung mit dem eingeführten Füllmundstück zu verengen aber nicht zu verschließen.
KURZBESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung, wie sie in den unabhängigen Ansprüchen 1 bzw. 4 beansprucht ist, liefert eine Lösung für das oben beschriebene Problem der Minimierung der Dampfspeicherkapazität eines Kraftstoffdampfspeicherbehälters in einem Kraftstoffdampfentlüftungssteuerungssystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug und insbesondere während Betankungsoperationen.
Das System gemäß der vorliegenden Erfindung setzt ein Schwimmer betätigtes Entlüftungsventil ein, das an dem oberen Ende des Kraftstofftanks montiert ist, wobei der Entlüftungsventilauslass über eine Entlüftungsleitung an einen Speicherbehälter angeschlossen ist, der dazu eingerichtet ist, gespült zu werden und einen Dampfstrom in den Lufteinlass eines Motors beim Motorstart zu ermöglichen. In dem vorliegenden System weist der Einfüllstutzen des Tanks ein verbreitertes obere Ende, um darin ein Kraftstofffüllmundstück aufzunehmen, und enthält eine Dichtung, um eine Abdichtung um das Mundstück herum bei seinem Einführen zu schaffen. Eine Rückführungsleitung ist von dem Einfüllstutzen an einer Stelle stromabwärts der Mundstückdichtung bis zu der mit dem Behälter strömungsmäßig verbundenen Dampfleitung angeschlossen. Während einer Betankung wird somit ein Teil des Dampfes, der durch das Schwimmer betätigte Entlüftungsventil zu dem Behälter strömt, im Kreislauf zu dem Kraftstoffeinfüllstutzen zurückgeführt, um eine Strömung des flüssigen Kraftstoffs in den Tank zu erleichtern und die Strömung zu dem Behälter zu minimieren, wodurch die Menge der Kraftstoffströmung zu dem Speicherbehälter während einer Betankung reduziert wird.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Kraftstoffdampfentlüftungssystems für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs während einer Betankung;
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 1;
3 zeigt eine der 1 ähnliche Ansicht für ein System nach dem Stand der Technik;
4 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Ausschnitts aus 3 und
5 zeigt eine schematische Darstellung eines weiteren herkömmlichen Systems.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Unter Bezugnahme auf 1 und 2 ist das System gemäß der vorliegenden Erfindung allgemein mit 20 bezeichnet und enthält einen Fahrzeugkraftstofftank 22, der einen daran angebrachten Einfüllstutzen 24 mit einem verbreiterten oberen Ende 26 aufweist, in dem ein Füllmundstück 28 zur Betankung aufgenommen ist, um eine Kraftstoffströmung bereitzustellen, wie sie durch die in den Innenraum des Tanks führenden schwarzen Pfeile angezeigt ist. Der Kraftstoffpegel in dem Tank ist allgemein bei 30 andeutet. In dem verbreiterten Abschnitt des Einfüllstutzens 26 ist eine mechanische Dichtung 32 angeordnet, die den Außenumfang des Mundstücks 28 abdichtet und vorzugsweise ein ringförmiges Element aus einem Elastomerewerkstoff enthält, wie in 2 veranschaulicht.
Der verbreiterte Abschnitt des Einfüllstutzens 26 weist ferner ein darin angeordnetes Überdruckventil 34 auf, um die Dichtung 32 im Falle eines Absperrfehlers des Mundstücks und eines in dem Einfüllstutzen aufgebauten übermäßigen Kraftstoffdrucks zu überbrücken. Unterhalb der Dichtung 32 ist ein optionales Einwegklappenventil 36 angeordnet, das durch das Mundstück 28 bei dessen Einführung durch die Dichtung 32 hindurch, wie in gestrichelter Linie in 2 veranschaulicht, geöffnet wird.
Der Tank 22 weist ein Schwimmer betätigtes Entlüftungsventil 38 auf, das in der oberen Wand des Tanks durch eine Zugangsöffnung hindurch ragend angeordnet ist und an dem ein Flansch 40 vorgesehen ist, der gegen die Außenfläche der Tankoberseite anliegt, um in einer aus der Technik allgemein bekannten Weise an dieser befestigt und gegenüber dieser abgedichtet zu werden. Der Auslass des Ventils 40 ist über eine Leitung 42 mit dem Einlass eines Dampfspeicherbehälters 44 strömungsmäßig verbunden, an dem eine Spülleitung 46 angeschlossen ist, die zur strömungsmäßigen Verbindung mit einem Lufteinlass eines Motors (nicht veranschaulicht) eingerichtet ist, um eine Strömung von Dampf durch diese hindurch beim Motorstart zu ermöglichen. Ein atmosphärischer Lufteinlass 48 ist in dem Behälter dazu vorgesehen, eine in den Behälter führende Spülluftströmung beim Motorstart zur Verfügung zu stellen.
Ein Ende einer Dampfrückführungsleitung 50 ist an dem oberen Ende 26 des Einfüllstutzens in einem Bereich unterhalb oder stromabwärts der mechanischen Dichtung 32 angeschlossen, während das entgegengesetzte Ende der Leitung 50 mit der Dampfspülleitung 42 strömungsmäßig verbunden ist, um eine Rezirkulation eines Teils des durch die Leitung 42 strömenden Dampfes zu erzielen. Diese Rezirkulation wird durch den Saugeffekt der Strömung des Kraftstoffs in dem Einfüllstutzen 24 während einer Betankung gefördert.
Wenn das Füllmundstück 28 in das obere Ende 26 des Einfüllrohrs und in den Einfüllstutzen 24 mit kleinerem Durchmesser eingeführt ist und Kraftstoff aus dem Mundstück 28 abgegeben wird, wird zwischen dem Mundstück 28 und dem Innenumfang des Einfüllstutzens 28 eine Flüssigkeitsdichtung erzeugt. Diese Flüssigkeitsdichtung reißt den zurückgeführten oder rezirkulierenden Dampf aus dem Rohr 50 in den Tank mit. Es ist verständlich, dass der in dem Rohr 50 zurückgeführte Dampf die Menge der in den Einfüllstutzen 24 eintretenden Luft mit der Ausnahme eines Leckverlustes durch die mechanische Dichtung 32 ersetzt.
Beim Herausziehen des Mundstücks und Verschluss des Klappenventils 36 sowie während eines Motorbetriebs erfolgt eine Entlüftung des Kraftstoffdampfs über das Ventil 38 und die Leitung 42 zu dem Behälter 44. Wenn das Mundstück herausgezogen ist, gibt es keine strömungsinduzierte Rezirkulation durch die Leitung 50.
Die vorliegende Erfindung stellt somit eine von der Entlüftungsleitung des Behälters wegführende Leitung zur Rückführung von Kraftstoffdämpfen in den Tank während einer über den Einfüllstutzen vorgenommenen Betankung bereit und sieht eine mechanische Dichtung oberhalb der Rückführungsleitung sowie eine Flüssigkeitsdichtung in dem Einfüllstutzen vor, wenn ein Füllmundstück eingeführt ist und Kraftstoff in den Einfüllstutzen strömt. Das System gemäß der Erfindung reduziert die Strömung zu dem Speicherbehälter während einer Betankung auf ein Minimum und vermindert somit die Dampfmenge, die der Behälter speichern muss, sowie ermöglicht eine Reduktion der Adsorptionsfüllung des Behälters und des gesamten Behältervolumens.
Obwohl die Erfindung hier vorstehend mit Bezug auf die veranschaulichten Ausführungsformen beschrieben worden ist, versteht es sich, dass die Erfindung zahlreiche Modifikationen und Veränderungen erfahren kann und lediglich durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Steuerung einer Dampfentlüftung eines Kraftstofftanks während einer Betankung, das die Schritte aufweist: (a) Bereitstellung eines Kraftstoffeinfüllstutzens (24) an dem Tank (22) und Einführung eines Kraftstofffüllmundstücks (28) in den Tankeinfüllstutzen sowie mechanische Abdichtung zwischen dem Mundstück und dem Einfüllstutzen; (b) Anordnung eines Entlüftungsventils (28) in der oberen Wand des Tanks und Anschluss einer Dampfentlüftungsleitung (42) zwischen dem Entlüftungsventil und einem Dampfspeicherbehälter (44) und (c) Anschluss eines Endes einer Rückführungsleitung (50) an dem Einfüllstutzen stromabwärts der mechanischen Dichtung (32) und strömungsmäßige Verbindung eines von dem einen Ende entgegengesetzten Endes mit der Dampfentlüftungsleitung (42) sowie Rückführung von Tankdampf während der Betankung; und Bildung einer Flüssigkeitsdichtung zwischen dem Einfüllstutzen und dem während der Betankung aus dem Mundstück abgegebenen Kraftstoff.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Anordnung eines Entlüftungsventils (38) die Anordnung eines Schwimmer betätigten Ventils enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt der Bereitstellung eines Kraftstoffeinfüllstutzens die Bereitstellung eines Überdruckventils (34) zur Überbrückung der mechanischen Dichtung enthält.
Betankungs-Dampfsteuerungssystem von der Art mit einem Dampfspeicherbehälter (44) und einer Dichtung (32) für ein Füllmundstück (28) in dem Tankeinfüllrohr, wobei zu dem System gehören: (a) ein Entlüftungsventil (20), das an der oberen Tankwand angeordnet ist und von dem eine Dampfentlüftungsleitung (42) wegführt, die mit dem Behälter (44) strömungsmäßig verbunden ist; (b) eine Rückführungsleitung (50), dessen ein Ende an den Einfüllstutzen (24) stromabwärts der Mundstückdichtung (32) angeschlossen ist, während das in Bezug auf das eine Ende entgegengesetzte Ende an die Entlüftungsleitung (42) angeschlossen ist, um Dampf während einer Betankung zurückzuführen und (c) ein Abschnitt des Einfüllstutzens (24), der derart gestaltet ist, um eine Flüssigkeitsdichtung über dem aus dem Mundstück abgegebenen Kraftstoff zur Mitreißung rückgeführten Dampfs zu bilden.
System nach Anspruch 4, wobei das Entlüftungsventil (20) durch einen Schwimmer betätigt ist.
System nach Anspruch 4, wobei der Einfüllstutzen (24) ein Überdruckventil (34) zur Überbrückung der Mundstückdichtung (32) im Falle eines übermäßigen Kraftstoff dampfdrucks enthält.
System nach Anspruch 4, wobei der Einfüllstutzen ein Einwegventil (36) enthält, das stromabwärts der mechanischen Dichtung (32) angeordnet und dazu eingerichtet ist, durch Einführung eines Füllmundstücks geöffnet zu werden.