EP3787917A1 - Treibstoffversorgungssystem für eine brennkraftmaschine - Google Patents

Treibstoffversorgungssystem für eine brennkraftmaschine

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Publication number
EP3787917A1
EP3787917A1 EP19711574.4A EP19711574A EP3787917A1 EP 3787917 A1 EP3787917 A1 EP 3787917A1 EP 19711574 A EP19711574 A EP 19711574A EP 3787917 A1 EP3787917 A1 EP 3787917A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
filter membrane
supply system
fuel supply
fuel
fuel tank
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP19711574.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Thomas Ehlert
Martin Hein
Markus PREIßINGER
Simon Streng
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mahle International GmbH
Original Assignee
Mahle International GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mahle International GmbH filed Critical Mahle International GmbH
Publication of EP3787917A1 publication Critical patent/EP3787917A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F02M25/0854—Details of the absorption canister
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D63/00—Apparatus in general for separation processes using semi-permeable membranes
    • B01D63/08—Flat membrane modules
    • B01D63/087—Single membrane modules
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D71/00—Semi-permeable membranes for separation processes or apparatus characterised by the material; Manufacturing processes specially adapted therefor
    • B01D71/02—Inorganic material
    • B01D71/021—Carbon
    • B01D71/0211—Graphene or derivates thereof
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60K—ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PROPULSION UNITS OR OF TRANSMISSIONS IN VEHICLES; ARRANGEMENT OR MOUNTING OF PLURAL DIVERSE PRIME-MOVERS IN VEHICLES; AUXILIARY DRIVES FOR VEHICLES; INSTRUMENTATION OR DASHBOARDS FOR VEHICLES; ARRANGEMENTS IN CONNECTION WITH COOLING, AIR INTAKE, GAS EXHAUST OR FUEL SUPPLY OF PROPULSION UNITS IN VEHICLES
    • B60K15/00—Arrangement in connection with fuel supply of combustion engines or other fuel consuming energy converters, e.g. fuel cells; Mounting or construction of fuel tanks
    • B60K15/03—Fuel tanks
    • B60K15/035—Fuel tanks characterised by venting means
    • B60K15/03504—Fuel tanks characterised by venting means adapted to avoid loss of fuel or fuel vapour, e.g. with vapour recovery systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2257/00—Components to be removed
    • B01D2257/70—Organic compounds not provided for in groups B01D2257/00 - B01D2257/602
    • B01D2257/702—Hydrocarbons
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D2323/00—Details relating to membrane preparation
    • B01D2323/30—Cross-linking

Definitions

  • the invention relates to a fuel supply system for an internal combustion engine of a motor vehicle with a fuel tank and with a ventilation device for the fuel tank, wherein the ventilation device has a hydrocarbon retention device, in particular according to the preamble of claim 1.
  • Such hydrocarbon retention devices are necessary to prevent hydrocarbons, which essentially form the fuel or fuel for the internal combustion engine, from entering the environment.
  • a pressure equalization with respect to the environment is necessary because otherwise the fuel is difficult to remove from the tank or the tank can be refilled with fuel.
  • the thermal expansions caused by temperature fluctuations are also compensated with the aid of the ventilation device.
  • activated carbon filters which constitute the hydrocarbon retention device. These activated carbon filters adsorb the hydrocarbons. If, during pressure equalization, ie gas leakage from the fuel tank into the environment, this gas is passed through the activated carbon filter, the hydrocarbons are adsorbed in the activated carbon so that they do not escape into the environment.
  • the object of the invention is to provide an improved or at least other embodiment of a fuel supply system, which is characterized in particular by a simpler hydrocarbon retention device.
  • the invention is based on the basic idea of replacing the technically complex activated carbon filters with a simple membrane system in order to form the hydrocarbon recovery device.
  • the ventilation device has a ventilation path, via which a gas exchange between the fuel tank and an environment is possible.
  • the hydrocarbon retention device has at least one filter membrane which can separate hydrocarbons from air. This filter membrane makes it possible to selectively retain the hydrocarbons, while air, in particular oxygen, nitrogen and CO 2 , can escape from the fuel tank into the environment and vice versa, thus making it possible to equalize the pressure.
  • the filter membrane is arranged in the ventilation path of the fuel tank such that the ventilation path is covered by the filter membrane, thereby preventing hydrocarbons from the fuel tank from passing through the ventilation path get into the environment.
  • the filter membrane blocks the way between Tank contents and environment for hydrocarbons, while the components of air can pass through the membrane. In this way, a very simple, space-optimized and effective hydrocarbon retention device is made possible. Especially a small-scale hydrocarbon retention device provides great advantages.
  • hydrocarbon retainer One convenient way is for the hydrocarbon retainer to have only filter membranes to separate the hydrocarbons from air. This is to mean, in particular, that the hydrocarbon retention device has no activated carbon filters or other adsorbent materials. This means that only by using such a filter membrane, the hydrocarbon retention devices can be realized, which allows a very simple and inexpensive construction.
  • At least one filter membrane has graphene.
  • Such graphene-containing membranes can be made very thin due to the high stability of graphene. Furthermore, these can be provided with defined pore sizes, which allow the selection between the air components and the hydrocarbons of the fuel.
  • At least one filter membrane comprises carbon nanotubes. These carbon nanotubes, in particular due to the fibrous structure of the carbon nanotubes and the extremely high strength of the carbon nanotubes, make it possible to reinforce the membrane so that it can be made particularly thin, so that the gas throughput of air constituents through the membrane is very high, and thus only small Membrane surface is needed.
  • a further advantageous possibility provides that at least one Filtermemb- ran hydrophilized, highly crosslinked solvent-stable polymeric membranes. Such membranes are on the one hand chemically resistant to the fuel, so that they are not attacked. On the other hand, due to hydrophilization, they are highly repellent to non-polar molecules, as is common in fuels. As a result, such filter membranes have a high selectivity.
  • a favorable variant provides that the filter membrane has pores which have a defined pore size, which enables fuel molecules to be retained and air molecules to be able to pass the membrane through the pores of the membrane. This makes it possible to produce filter membranes which have a very high selectivity between the hydrocarbons and the air constituents. In addition, such membranes have a very high retention potential for the hydrocarbons.
  • air molecules are understood to mean in particular molecules which are typically contained in the air, in particular oxygen, nitrogen and carbon dioxide.
  • other air constituents are argon, which, because of the atomic gaseous form, is smaller than C0 2 molecules and therefore likewise can easily pass through the membrane.
  • the at least one filter membrane is a gas permeation membrane with high selective permeability.
  • Such membranes have substance-dependent solubilities and diffusion coefficients, so that the permeation can vary depending on the substance.
  • such membranes can be designed in such a way that hydrocarbons have a very low permeability, while small molecules, such as occur, for example, in the air, ie oxygen, nitrogen and C0 2 have a high permeability.
  • a selective retention of the hydrocarbons can also be made possible with the aid of such a filter membrane.
  • such gas permeation membranes may have high permeability to hydrocarbons and low permeability to the air constituents so that the separation of air and fuel is effected by the retention of the air constituents.
  • a flow generating device which drives a gas mixture which is located in the fuel tank, so that the gas mixture flows at least in sections along the filter membrane.
  • a so-called crossflow filter method is given.
  • the flow of the gas along the membrane allows a constant concentration on the inside of the membrane, so that an effective exchange of the air components is possible.
  • this avoids that the concentration of air relative to the hydrocarbon vapors on the membrane at which the air molecules can diffuse through the membrane would change and thus influence the filter properties of the filter membrane.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a first embodiment of a
  • FIG. 2 shows a schematic diagram of a second embodiment of a fuel supply system
  • Fig. 3 is a schematic diagram of a hydrocarbon retainer of the
  • FIG. 4 is a schematic diagram of a hydrocarbon retainer of a fuel supply system according to a third embodiment.
  • a first embodiment of a fuel supply system 10 for an internal combustion engine 12 shown in FIG. 1 can be used, for example, in a motor vehicle that is driven by this internal combustion engine 12 to provide fuel for the internal combustion engine.
  • the fuel supply system has a fuel tank 14, in which the fuel for the internal combustion engine 12 can be stored. Furthermore, at least one fuel line 16 is provided, via which fuel can be conducted to the internal combustion engine 12.
  • a ventilation device 18 is provided with which gas, in particular air 25 between the environment 20 and an interior 22 of the fuel tank 14 can be exchanged. By means of the ventilation device 18, a pressure compensation in the interior 22 of the fuel tank 14 can take place, so that fuel can be removed from the tank via the fuel line 16 without problems. Likewise, this facilitates the filling of the fuel tank 14.
  • a hydrocarbon retention device 24 is provided, which is arranged in a ventilation path 26 of the ventilation device 18.
  • the hydrocarbon retention device 24 in this case has a filter membrane 28 which is arranged such that it completely closes off the ventilation path 26.
  • the filter membrane 28 is designed in such a way that it selectively retains hydrocarbons 23, that is to say that hydrocarbons 23 can not pass through the filter membrane 28 or only pass through very badly, so that no hydrocarbons 23 pass into the ventilation path 26 via the ventilation path 26 Environment 20 can reach.
  • Such filter membranes 28 may, for example, have a plurality of pores which, due to the pore size, allow selection between large and small molecules. By selecting the pore size, a selection can thus be made between the hydrocarbons 23 present in the fuel and the molecules and atoms which are typically present in the air 25.
  • the main constituents of the air are oxygen, Nitrogen and carbon dioxide small compared to the hydrocarbon chains 23, which are commonly present in gasoline or diesel.
  • such membranes for the filter membrane 28 may have graphene, which allows a particularly high stability of the filter membrane 28.
  • the pore size or particularly stable pores can be generated in a targeted manner.
  • the filter membrane 28 can have carbon nanotubes. These carbon nanotubes can also increase the stability of the filter membrane 28 so that it can be made thinner overall. As a result, the gas exchange for the air particles 25 can be increased while the retention capacity for the hydrocarbons 23 remains the same. As a result, in particular the area of the filter membrane 28 can be reduced.
  • the filter membrane 28 may comprise hydrophilized, strongly crosslinked, solvent-stable polymers. Such polymers also have a high selectivity and retention capacity for the hydrocarbons 23.
  • the filter membrane 28 is a gas permeation membrane with high selective permeability. That is, the permeability for, in particular, the air constituents 25 such as oxygen, nitrogen and CO 2 is much higher than the permeability of the hydrocarbons 23 of the fuel. This can be achieved, for example, by a different solubility and different diffusion coefficients for the air constituents 25 and / or the hydrocarbons 23.
  • a second embodiment of the fuel supply system 10 shown in FIG. 2 differs from the first embodiment shown in FIG of the fuel supply system in that a Strömungser Wegungsein- device 30 is provided which drives the gas mixture, which is located in the interior 22 of the fuel tank 14, such that the gas mixture at least partially flows along the filter membrane 28.
  • concentration shifts at the filter membrane 28 can be prevented, so that a permanent, constant filter action or retention effect for the hydrocarbons 23 is given.
  • a flow channel 32 may be provided, in which the flow generation device 30 introduces the gas mixture from the interior 22 of the fuel tank 14.
  • the filter membrane 28 may cover an opening 34 between the flow channel 32 and the ventilation path 26.
  • the filter membrane 28 can be wound up in a cylindrical manner, so that a large filter surface is available. As a result, the gas mixture is fed along the flow channel on the filter membrane 28, so that the "crossflow method" is made possible.
  • the flow generating device 30 may be formed by sucking fresh air 25 from the environment via the filter membrane 28 to the engine when starting the engine, and thus using the hydrocarbons 23 collected in the flow channel 32 for the combustion.
  • the second embodiment of the fuel supply system 10 illustrated in FIG. 2 coincides with the first embodiment of the fuel supply system 10 shown in FIG. 1 with regard to construction and function, to the above description of which reference is made in this respect.
  • a third embodiment of the fuel supply system shown in FIG. 4 differs from the second embodiment of the fuel supply system 10 shown in FIGS. 2 and 3 in that the filter membrane 28 is designed such that the filter membrane 28 is permeable to hydrocarbons 23 but the air components 25 largely retains. This also allows a separation of the hydrocarbons 23 from the air constituents 25 to be achieved.
  • the third embodiment of the fuel supply system shown in FIG. 4 coincides with the second embodiment of the fuel supply system 10 shown in FIGS. 2 and 3 with regard to construction and function, to the above description of which reference is made.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Treibstoffversorgungssystem (10) für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, mit einem Treibstofftank (14) und mit einer Be-und Entlüftungseinrichtung (18) für den Treibstofftank (14), wobei die Be-und Entlüftungseinrichtung (18) eine Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung (24) aufweist. Um eine einfachere Konstruktion der Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung (24) zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, dass die Be-und Entlüftungseinrichtung (18) einen Be-und Entlüftungsweg (26) aufweist, über welchen ein Gasaustausch zwischen dem Treibstofftank (14) und einer Umgebung (20) möglich ist, dass die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung (24) mindestens eine Filtermembran (28) aufweist, die Kohlenwasserstoffe(23)von Luft (25) trennen kann, dass die Filtermembran (28) derart in dem Be-und Entlüftungsweg (26) des Treibstofftanks (14) angeordnet ist, dass der Be-und Entlüftungsweg (26) durch die Filtermembran (28) abgedeckt ist, und dadurch verhindert, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Treibstofftank (14) durch den Be-und Entlüftungsweg (26) in die Umgebung (20) gelangen.

Description

Treibstoffversorgungssystem für eine Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft ein Treibstoffversorgungssystem für eine Brenn kraftmaschi- ne eines Kraftfahrzeuges mit einem Treibstofftank und mit einer Be- und Entlüf- tungseinrichtung für den Treibstofftank, wobei die Be- und Entlüftungseinrichtung eine Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung aufweist, insbesondere gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Solche Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtungen sind notwendig, um zu verhin- dern, dass Kohlenwasserstoffe, die im Wesentlichen den Kraftstoff bzw. Treibstoff für die Brennkraftmaschine bilden, in die Umgebung gelangen. Ein Druckaus- gleich gegenüber der Umgebung ist notwendig, da ansonsten der Treibstoff nur schwer aus dem Tank entnommen oder der Tank wieder mit Treibstoff befüllt werden kann. Auch die durch Temperaturschwankungen verursachten Wär- meausdehnungen werden mit Hilfe der Be- und Entlüftungseinrichtung kompen- siert.
Bekannte Be- und Entlüftungseinrichtungen weisen häufig Aktivkohlefilter auf, welche die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung darstellen. Diese Aktivkohlefil ter adsorbieren die Kohlenwasserstoffe. Wenn bei einem Druckausgleich, also Gasaustritt aus dem Treibstofftank in die Umgebung dieses Gas durch den Aktiv- kohlefilter geleitet wird, werden die Kohlenwasserstoffe in der Aktivkohle adsor- biert, so dass diese nicht in die Umgebung gelangen.
Allerdings sind diese Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtungen, die mit Aktivkoh- lefiltern arbeiten technisch sehr aufwändig, da diese Aktivkohlefilter regeneriert werden müssen. Zudem besteht zwischen Adsorption und Desorption der Koh- lenwasserstoffen an der Aktivkohle ein Gleichgewicht. Daher können nie die ge- samten Kohlenwasserstoffe zurückgehalten werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine verbesserte oder zumindest ande- re Ausführungsform eines Treibstoffversorgungssystems bereitzustellen, dass sich insbesondere durch eine einfacher gestaltete Kohlenwasserstoffrückhalteein- richtung auszeichnet.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Die Erfindung basiert auf der Grundidee die technisch aufwendigen Aktivkohlefil- tern durch ein einfaches Membransystem zu ersetzen, um daraus die Kohlenwas- serstoffrückhalteeinrichtung zu bilden. Erfindungsgemäß ist daher vorgesehen, dass die Be- und Entlüftungseinrichtung einen Be- und Entlüftungsweg aufweist, über welchen ein Gasaustausch zwischen dem Treibstofftank und einer Umge- bung möglich ist. Dadurch kann der Druckausgleich beim Befüllen oder Entleeren des Treibstofftanks ermöglicht werden. Ferner ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung mindestens eine Filtermembran aufweist, die Kohlenwasserstoffe von Luft trennen kann. Diese Filtermembran er- möglicht das selektive Zurückhalten der Kohlenwasserstoffe, während Luft, insbe- sondere Sauerstoff, Stickstoff und C02 aus dem Treibstofftank in die Umgebung gelangen kann und umgekehrt und somit einen Druckausgleich ermöglicht. Ferner ist dazu erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Filtermembran derart in dem Be- und Entlüftungsweg des Treibstofftanks angeordnet ist, dass der Be- und Entlüf- tungsweg durch die Filtermembran abgedeckt ist, und dadurch verhindert, dass Kohlenwasserstoffe aus dem Treibstofftank durch den Be- und Entlüftungsweg in die Umgebung gelangen. Die Filtermembran blockiert also den Weg zwischen Tankinhalt und Umgebung für Kohlenwasserstoffe, während die Bestandteile von Luft die Membran passieren können. Auf diese Weise ist eine sehr einfache, bau- raumoptimierte und effektive Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung ermöglicht. Besonders eine klein bauende Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung schafft große Vorteile.
Eine günstige Möglichkeit sieht vor, dass die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrich- tung ausschließlich Filtermembranen zur Trennung der Kohlenwasserstoffe von Luft aufweist. Dies soll insbesondere heißen, dass die Kohlenwasserstoffrückhal- teeinrichtung keine Aktivkohlefilter oder andere adsorbierende Materialien auf- weist. Dies bedeutet, dass allein durch Verwendung einer solchen Filtermembran die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtungen realisiert werden kann, was einen sehr einfachen und kostengünstigen Aufbau ermöglicht.
Eine weitere günstige Möglichkeit sieht vor, dass mindestens eine Filtermembran Graphen aufweist. Solche Graphen enthaltenden Membranen können aufgrund der hohen Stabilität des Graphens sehr dünn ausgestaltet werden. Des Weiteren können diese mit definierten Porengrößen versehen werden, welche die Selektion zwischen den Luftbestandteilen und den Kohlenwasserstoffen des Treibstoffes ermöglichen.
Eine vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass mindestens eine Filtermembran Koh- lenstoffnanoröhrchen aufweist. Diese Kohlenstoffnanoröhrchen ermöglichen ins- besondere aufgrund der faserartigen Struktur der Kohlenstoffnanoröhrchen und der extrem hohen Festigkeit der Kohlenstoffnanoröhrchen eine Verstärkung der Membran, so dass diese besonders dünn ausgestaltet werden kann, so dass der Gasdurchsatz an Luftbestandteilen durch die Membran sehr hoch ist und somit nur eine geringere Membranfläche benötigt wird. Eine weitere vorteilhafte Möglichkeit sieht vor, dass mindestens eine Filtermemb- ran hydrophilisierte, stark vernetzte lösungsmittelstabile polymere Membranen aufweist. Solche Membranen sind zum einen chemisch beständig gegenüber dem Treibstoff, so dass diese nicht angegriffen werden. Zum anderen sind diese auf- grund der Hydrophilisierung stark abweisend gegenüber unpolaren Molekülen, wie sie in Treibstoffen üblicherweise Vorkommen. Dadurch weisen solche Filter- membranen eine hohe Selektivität auf.
Eine günstige Variante sieht vor, dass die Filtermembran Poren aufweist, die eine definierte Porengröße aufweisen, wodurch ermöglicht wird, dass Treibstoffmole- küle zurückgehalten werden und Luftmoleküle die Membran durch die Poren der Membran passieren können. Dies ermöglicht die Herstellung von Filtermembra- nen die eine sehr hohe Selektivität zwischen den Kohlenwasserstoffen und den Luftbestandteilen aufweisen. Darüber hinaus weisen solche Membranen ein sehr hohes Rückhaltepotential für die Kohlenwasserstoffe auf.
In der Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen werden unter Luftmoleküle insbesondere Moleküle verstanden, die typischerweise in der Luft enthalten sind, insbesondere Sauerstoff, Stickstoff und Kohlendioxid. Ferner sind weitere Luftbe- standteile Argon, das aufgrund der atomaren gasförmigen Form kleiner ist als C02-Moleküle und daher ebenfalls problemlos die Membran passieren kann.
Eine zweckmäßige Möglichkeit sieht vor, dass die mindestens eine Filtermembran eine Gaspermeationsmembran mit hoher selektiver Permeabilität ist. Solche Membranen haben stoffabhängige Löslichkeiten und Diffusionskoeffizienten, so dass die Permeation abhängig vom Stoff unterschiedlich stark ausfallen kann. Insbesondere können solche Membranen derart ausgebildet sein, dass Kohlen- wasserstoffe eine sehr niedrige Permeabilität aufweisen, während kleine Molekü- le, wie sie beispielweise in der Luft Vorkommen, also Sauerstoff, Stickstoff und C02 eine hohe Permeabilität aufweisen. Dadurch kann mit Hilfe einer solchen Fil termembran ebenfalls eine selektive Rückhaltung der Kohlenwasserstoffe ermög- licht werden. Alternativ können solche Gaspermeationsmembranen eine hohe Permeabilität für Kohlenwasserstoffe und eine geringe Permeabilität für die Luft- bestandteile aufweisen, sodass die Trennung von Luft und Treibstoff durch die Zurückhaltung der Luftbestandteile bewirkt wird.
Eine weitere besonders zweckmäßige Möglichkeit sieht vor, dass eine Strö- mungserzeugungseinrichtung vorgesehen ist, welche ein Gasgemisch, das sich in dem Treibstofftank befindet, antreibt, so dass das Gasgemisch zumindest ab- schnittsweise entlang der Filtermembran strömt. Dadurch ist ein sogenanntes Crossflow-Filterverfahren gegeben. Die Strömung des Gases entlang der Memb- ran ermöglicht eine gleichbleibende Konzentration an der Innenseite der Memb- ran, so dass ein effektiver Austausch der Luftbestandteile möglich ist. Insbeson- dere wird dadurch vermieden, dass an der Membran, an welcher die Luftmoleküle durch die Membran diffundieren können, sich die Konzentration der Luft relativ zu den Kohlenwasserstoffdämpfen verändert und somit die Filtereigenschaften der Filtermembran beeinflussen würde.
Weitere wichtige Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Un- teransprüchen, aus den Zeichnungen und aus der zugehörigen Figurenbeschrei- bung anhand der Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, son- dern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, oh- ne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen darge- stellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert, wobei sich gleiche Bezugszeichen auf gleiche oder ähnliche oder funktional gleiche Kompo- nenten beziehen.
Es zeigen, jeweils schematisch,
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform eines
T reibstoffversorgungssystems,
Fig. 2 eine Prinzipskizze einer zweiten Ausführungsform eines Treib- stoffversorgungssystems,
Fig. 3 eine Prinzipskizze einer Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung des
Treibstoffversorgungssystems aus Fig. 2, und
Fig. 4 eine Prinzipskizze einer Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung ei- nes Treibstoffversorgungssystems gemäß einer dritten Ausführungs- form.
Eine in Fig. 1 dargestellte erste Ausführungsform eines Treibstoffversorgungssys- tems 10 für eine Brennkraftmaschine 12 kann beispielsweise in einem Kraftfahr- zeug, das mit dieser Brennkraftmaschine 12 angetrieben ist, verwendet werden, um Treibstoff für die Brennkraftmaschine bereitzustellen. Das Treibstoffversor- gungssystem weist einen Treibstofftank 14 auf, in welchem der Treibstoff für die Brennkraftmaschine 12 gelagert werden kann. Ferner ist mindestens eine Treib- stoffleitung 16 vorgesehen, über welche Treibstoff zu der Brennkraftmaschine 12 geleitet werden kann. Um das Befüllen und Entleeren des Treibstofftanks 14 zu erleichtern, ist eine Be- und Entlüftungseinrichtung 18 vorgesehen, mit welcher Gas, insbesondere Luft 25 zwischen der Umgebung 20 und einem Innenraum 22 des Treibstofftanks 14 aus- getauscht werden kann. Durch die Be- und Entlüftungseinrichtung 18 kann ein Druckausgleich im Innenraum 22 des Treibstofftanks 14 erfolgen, so dass prob- lemlos Treibstoff aus dem Tank über die Treibstoffleitung 16 entnommen werden kann. Ebenso erleichtert dies das Befüllen des Treibstofftanks 14.
Um zu verhindern, dass der Treibstoff, insbesondere die Treibstoffdämpfe 23, über die Be- und Entlüftungseinrichtung 18 in die Umgebung 20 gelangen kann, ist eine Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung 24 vorgesehen, welche in einem Be- und Entlüftungsweg 26 der Be- und Entlüftungseinrichtung 18 angeordnet ist.
Die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung 24 weist dabei eine Filtermembran 28 auf, welche derart angeordnet ist, dass sie den Be- und Entlüftungsweg 26 voll- ständig abschließt. Dadurch muss das Gas, das durch die Be- und Entlüftungsein- richtung 18 zwischen dem Innenraum 22 und der Umgebung 20 ausgetauscht wird, die Filtermembran 28 passieren. Die Filtermembran 28 ist dabei derart aus- gebildet, dass sie selektiv Kohlenwasserstoffe 23 zurückhält, das heißt Kohlen- wasserstoffe 23 können die Filtermembran 28 nicht oder nur sehr schlecht passie- ren, so dass keine Kohlenwasserstoffe 23 über den Be- und Entlüftungsweg 26 in die Umgebung 20 gelangen können.
Solche Filtermembranen 28 können beispielsweise mehrere Poren aufweisen, welche aufgrund der Porengröße eine Selektion zwischen großen und kleinen Molekülen ermöglicht. Durch die Wahl der Porengröße kann somit eine Selektion zwischen den im Treibstoff vorhandenen Kohlenwasserstoffen 23 und den insbe- sondere in der Luft 25 typischer Weise vorhandenen Molekülen und Atomen ge- troffen werden. Insbesondere sind die Hauptbestandteile der Luft 25 Sauerstoff, Stickstoff und Kohlenstoffdioxid klein gegenüber den Kohlen wasserstoffketten 23, die üblicherweise in Benzin oder Diesel vorhanden sind.
Ferner können solche Membranen für die Filtermembran 28 Graphen aufweisen, was eine besonders hohe Stabilität der Filtermembran 28 ermöglicht. Des Weite- ren können dadurch gezielt die Porengröße oder besonders stabile Poren erzeugt werden.
Ferner ist es möglich, dass die Filtermembran 28 Kohlenstoffnanoröhrchen auf- weist. Diese Kohlenstoffnanoröhrchen können ebenfalls die Stabilität der Filter- membran 28 erhöhen, so dass diese insgesamt dünner ausgebildet werden kann. Dadurch kann bei gleichbleibender Rückhaltefähigkeit für die Kohlenwasserstoffe 23 der Gasaustausch für die Luftteilchen 25 erhöht werden. Dadurch kann insbe- sondere die Fläche der Filtermembran 28 reduziert werden.
Ferner kann die Filtermembran 28 hydrophilisierte, stark vernetzte lösungsmittel- stabile Polymere aufweisen. Auch solche Polymere weisen eine hohe Selektivität und Rückhaltevermögen für die Kohlenwasserstoffe 23 auf.
Schließlich ist auch denkbar, dass die Filtermembran 28 eine Gaspermeations- membran mit hoher selektiver Permeabilität ist. Das heißt die Permeabilität für insbesondere die Luftbestandteile 25, wie Sauerstoff, Stickstoff und C02 ist viel höher als die Permeabilität der Kohlenwasserstoffe 23 des Treibstoffes. Dies kann beispielsweise durch eine unterschiedliche Löslichkeit und unterschiedliche Diffusionskoeffizienten für die Luftbestandteile 25 und bzw. die Kohlenwasserstof- fe 23 erzielt werden.
Eine in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform des Treibstoffversorgungssys- tems 10 unterscheidet sich von der Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Treibstoffversorgungssystems dadurch, dass eine Strömungserzeugungsein- richtung 30 vorgesehen ist, welche das Gasgemisch, das sich im Innenraum 22 des Treibstofftanks 14 befindet, derart antreibt, dass das Gasgemisch zumindest abschnittsweise entlang der Filtermembran 28 strömt. Dadurch ist ein sogenann- tes "Crossflow-Verfahren" gegeben. Dadurch können Konzentrationsverschie- bungen an der Filtermembran 28 unterbunden werden, so dass eine dauerhafte gleichbleibende Filterwirkung bzw. Rückhaltewirkung für die Kohlenwasserstoffe 23 gegeben ist.
Beispielsweise kann ein Strömungskanal 32 vorgesehen sein, in welchem die Strömungserzeugungseinrichtung 30 das Gasgemisch aus dem Innenraum 22 des Treibstofftanks 14 einleitet. Die Filtermembran 28 kann eine Öffnung 34 zwi- schen dem Strömungskanal 32 und dem Be- und Entlüftungsweg 26 abdecken. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Filtermembran 28 zylinderförmig auf- gewickelt werden, sodass eine große Filterfläche zur Verfügung steht. Dadurch wird das Gasgemisch entlang des Strömungskanals an der Filtermembran 28 vor- beigeführt, so dass das "Crossflow-Verfahren" ermöglicht wird.
Alternativ kann die Strömungserzeugungseinrichtung 30 dadurch gebildet sein, dass beim Motorstart von der Umwelt über die Filtermembran 28 zum Motor Frischluft 25 angesaugt wird, und somit die sich im Strömungskanal 32 ange- sammelten Kohlenwasserstoffen 23 für die Verbrennung genutzt werden.
Im Übrigen stimmt die in Fig. 2 dargestellte zweite Ausführungsform des Treib- stoffversorgungssystems 10 mit der in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungs- form des Treibstoffversorgungssystems 10 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird. Eine in Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsform des Treibstoffversorgungssys- tems unterscheidet sich von der in den Fig. 2 und 3 dargestellten zweiten Ausfüh- rungsform des Treibstoffversorgungssystems 10 dadurch, dass die Filtermembran 28 derart ausgebildet ist, dass die Filtermembran 28 durchlässig für Kohlenwas- serstoffe 23 ist aber die Luftbestandteile 25 weitgehend zurückhält. Auch dadurch kann eine Trennung der Kohlenwasserstoffe 23 von den Luftbestandteilen 25 er- reicht werden.
Im Übrigen stimmt die in der Fig. 4 dargestellte dritte Ausführungsform des Treib- stoffversorgungssystems mit der in den Fig. 2 und 3 dargestellten zweiten Ausfüh- rungsform des Treibstoffversorgungssystems 10 hinsichtlich Aufbau und Funktion überein, auf deren vorstehende Beschreibung insoweit Bezug genommen wird.
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Claims

Ansprüche
1. Treibstoffversorgungssystem (10) für eine Brennkraftmaschine eines Kraft- fahrzeuges, mit einem Treibstofftank (14) und mit einer Be- und Entlüftungsein- richtung (18) für den Treibstofftank (14), wobei die Be- und Entlüftungseinrichtung (18) eine Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung (24) aufweist,
dadurch gekennzeichnet,
- dass die Be- und Entlüftungseinrichtung (18) einen Be- und Entlüftungsweg (26) aufweist, über welchen ein Gasaustausch zwischen dem Treibstofftank (14) und einer Umgebung (20) möglich ist,
- dass die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung (24) mindestens eine Filter- membran (28) aufweist, die Kohlenwasserstoffe (23) von Luft (25) trennt,
- dass die Filtermembran (28) derart in dem Be- und Entlüftungsweg (26) des Treibstofftanks (14) angeordnet ist, dass der Be- und Entlüftungsweg (26) durch die Filtermembran (28) abgedeckt ist, und dadurch verhindert, dass Koh- lenwasserstoffe aus dem Treibstofftank (14) durch den Be- und Entlüftungsweg (26) in die Umgebung (20) gelangen.
2. Treibstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Kohlenwasserstoffrückhalteeinrichtung (24) ausschließlich Filtermemb- ranen (28) zur Trennung der Kohlenwasserstoffe (23) von Luft (25) aufweist.
3. Treibstoffversorgungssystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Filtermembran (28) Graphen aufweist.
4. Treibstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Filtermembran (28) Kohlenstoffnanoröhrchen aufweist.
5. Treibstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Filtermembran (28) hydrophilisierte, stark vernetzte lö- sungsmittelstabile polymere Membranen aufweist.
6. Treibstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet,
dass die Filtermembran (28) Poren aufweist, die eine definierte Porengröße auf- weisen, wodurch ermöglicht wird, dass Treibstoffmoleküle (23) zurückgehalten werden, und Luft-Moleküle (25) die Filtermembran (28) durch die Poren der Fil- termembran (28) passieren können.
7. Treibstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6,
dadurch gekennzeichnet,
dass die mindestens eine Filtermembran (28) eine Gaspermeationsmembran mit hoher selektiver Permeabilität ist.
8. Treibstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7,
dadurch gekennzeichnet,
dass eine Strömungserzeugungseinrichtung (30) vorgesehen ist, welche ein Gas- gemisch, das sich in dem Treibstofftank (14) befindet, antreibt, sodass das Gas- gemisch zumindest abschnittsweise entlang der Filtermembran (28) strömt.
9. Treibstoffversorgungssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,
dass mindestens eine solche Filtermembran (28) dazu ausgebildet ist, Kohlen- wasserstoffe (23) zurückzuhalten, und/oder
dass mindestens eine solche Filtermembran (28) dazu ausgebildet ist, Luftbe- standteile (25) zurückzuhalten.
10. Brennkraftmaschine (12) für ein Kraftfahrzeug mit einem Treibstoffversor- gungssystem (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
11. Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine (12) nach Anspruch 10.
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