EP3841295A1 - Kraftstoffanlage - Google Patents

Kraftstoffanlage

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Publication number
EP3841295A1
EP3841295A1 EP19762312.7A EP19762312A EP3841295A1 EP 3841295 A1 EP3841295 A1 EP 3841295A1 EP 19762312 A EP19762312 A EP 19762312A EP 3841295 A1 EP3841295 A1 EP 3841295A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
fuel
fluid
fluid mixture
main flow
separating
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Withdrawn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
EP19762312.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bippes
Thomas Garbe
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.)
Volkswagen AG
Original Assignee
Volkswagen AG
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 Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP3841295A1 publication Critical patent/EP3841295A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Definitions

  • the invention relates to a fuel system with a fuel tank and a main flow branch through which a fluid mixture can flow and which opens into the fuel tank.
  • a separating device for a fluid containing the fluid mixture is arranged in the main flow branch.
  • Exhaust gas purification processes are caused in particular by the fact that such a quantity is present between the amount of pollutants that arise during combustion
  • Polyoxymethylene dimethyl ether also called oxymethylene ether or OME in short. OME burns almost soot-free, which means that the combustion process in the engine is reduced to one
  • Fuel vapors are known, such as in DE 10 2012 018 558 A1
  • Tank ventilation system In order to prevent fuel vapors consisting of unburned hydrocarbons from escaping into the environment, this has an adsorption filter which is usually used for this purpose. To prevent water from entering and the associated corrosion of the adsorption filter or
  • Impairment of the adsorption material arranged in the adsorption filter is
  • Ambient air supply ventilation line arranged in the interior of the motor vehicle, so that it is essentially protected from external weather conditions.
  • the adsorption filter has a seal, which expands when it comes into contact with water and thereby closes a ventilation channel of the adsorption filter in such a way that the adsorption material arranged in a receiving space downstream of the channel of the seal does not come into contact with the water entering the ventilation channel on the inlet side can reach.
  • both of the above publications describe ventilation systems which are not suitable for venting a tank.
  • DE 10 2014 010 728 A1 discloses a tank ventilation filter for connection to a fuel tank, which essentially consists of a constriction, downstream of the constriction of air drawn in in the direction of flow
  • Sedimentation chamber and a particle filter consisting of a fiber material is constructed.
  • the constriction and the sedimentation chamber are
  • Separation of water entering the filter with the sucked-in air is provided, which primarily serves to protect the particle filter against moisture and only secondarily to protect the tank contents from penetrating water.
  • the separation of the water also takes place unspecifically and not to a large extent, since the change in cross-section and therefore the pressure increase is not sufficient for pressure change separation, which means that the tank ventilation filter is only suitable for condensing moisture, such as during rain events.
  • the invention has for its object to design the fuel system of the type mentioned in such a way that water or
  • a fuel system in particular for storing and supplying fuel to an internal combustion engine of a motor vehicle, which has a fuel tank and a main flow branch through which a fluid mixture can flow and which opens into the fuel tank, the main flow branch in particular being designed to be exclusively through-flowable.
  • a separating device for a fluid containing the fluid mixture is also arranged in the main flow branch.
  • this fluid is a reaction fluid which chemically reacts with the fuel, parts and / or constituents of the fuel, the chemical reaction of the fuel, parts and / or constituents of the fuel also being able to take place in a chemical chain reaction. For separating and receiving this chemically with the fuel, parts and / or
  • the separating device has constituents of the reaction fluid that reacts with fuel Storage element, whereby the supply, penetration or introduction of the reaction fluid to or into the fuel can be completely or almost completely eliminated.
  • it is arranged upstream of the fuel tank in the main flow branch or, starting from the supply of the fluid mixture and an associated flow in the direction of the fuel tank, upstream of the fuel tank.
  • the separating device arranged in the main flow branch also forms a component of the main flow branch. It is conceivable here that the main flow branch has further components arranged in the main flow branch, at least some of the components of the
  • Main flow branch should be fluidly connected to one another via lines.
  • the fluid mixture consists of at least two fluids, one of which is the reaction fluid.
  • a fluid is considered to be of a single type, as a result of which the fluid mixture could be made up of an atomically or molecularly present gas and the reaction fluid.
  • the fluid mixture consists of more than two fluids, the fluid mixture usually being air present in the atmosphere surrounding the fuel system.
  • the fluid that forms the reaction fluid is regularly water in the air in liquid and / or gaseous phase, the water in the gaseous phase accordingly being present as water vapor. If the fluid mixture is configured as air in such a constellation, the supply of the fluid mixture is the ventilation of the fuel tank with air, which the water or the water vapor by means of the
  • the storage element is a
  • Adsorber or absorber but in a preferred embodiment the storage element is designed as an adsorber.
  • Such an embodiment of the storage element as an absorber or preferably an adsorber enables complete or almost complete separation and absorption of the reaction fluid in the adsorber or absorber.
  • the adsorber should contain an adsorbent or also an adsorbent, which preferably has a porous or highly porous structure and / or the reaction fluid with high selectivity, e.g. B. in the form of water and / or water vapor, but none or almost none
  • Hydrocarbons or fuel binds Hydrocarbons or fuel binds.
  • a filler device which enables a supply of fuel through a fuel line connected to the fuel tank to the fuel tank containing fluid mixture.
  • the filling device is generally a tank neck arranged on a motor vehicle for the purpose of the refueling process.
  • the fuel system supplies and supplies fuel to and from one
  • This separator which is preferably arranged in the return, is particularly important when parts of the fuel are renewable
  • Biofuel obtained from raw materials. This applies in particular to so-called biodiesel, which has a hygroscopic effect.
  • fuel filters are usually integrated into the fuel filter
  • Water separator used. However, it cannot be ruled out that water or water vapor will be entrained from these and be present again in the fuel. To avoid a reaction with the fuel, parts and / or components of the fuel contained in the fuel tank, it is considered profitable to separate the reaction fluid, which is present, for example, in the form of water or water vapor, from the fuel returned to the fuel tank. Likewise, the separation device can be provided to separate reaction products which have already been converted from the fuel to be recycled.
  • the fuel system is also designed in such a way that it has at least two separating devices, which can be flowed through in particular in the main flow branch, z. B. always in the event of a defect or malfunction of a separation device or in the case of regeneration of a separation device, separation and absorption of the reaction fluid from the fluid mixture can be ensured. It should be noted here that preferably only two separating devices in the fuel system and these particularly preferably in the main flow branch parallel to one another
  • an embodiment of the invention is to be regarded as advantageous, in which the storage element is exchangeably arranged in the separating device, whereby an exchange of the storage element is made possible, for example, in the event of a defect or a malfunction, but especially if the storage element is saturated with the reaction fluid.
  • the storage element can be used to ensure exchangeability
  • the separating device can thus be designed as an interchangeable cartridge system.
  • the separating device has a regeneration device for releasing the reaction fluid received in the storage element, wherein a possible embodiment of the regeneration device can be a heating device expelling the reaction fluid from the storage element.
  • the regeneration device can be a heating device expelling the reaction fluid from the storage element.
  • the fuel system also has at least one fuel vapor retention system arranged in the main flow branch - in particular through which the separating device or the separating devices can flow, or alternatively the separating device has a separating element that stores fuel vapors, then this can be seen as a very promising embodiment of the invention, in addition to the supply of
  • Reaction fluid in the fuel prevents fuel vapors from escaping from the fuel tank.
  • the fuel vapor retention system if arranged in the main flow branch, would also be regarded as a component of the main flow branch.
  • Main flow branch here starting from the supply of the fluid mixture and a flow associated therewith in the direction of the fuel tank, in particular upstream or downstream of the separating device, a conveying device for the fluid mixture
  • the conveyor also being a component of the
  • the conveyor can in the simplest case
  • Main flow branch between the separator and the fuel tank at least one influencing the flow of the fluid mixture - and a component of the
  • Main flow branch-forming valve is arranged, by blocking the flow by means of the valve, for example, during a regeneration or an exchange of the storage element, a supply of the fluid mixture with reaction fluid contained in the fluid mixture, for example in the form of ventilation of the fuel tank with air containing water vapor, can be profitably avoided ,
  • Fuel tank arranged armature over a forming a secondary flow branch
  • Ventilation line connected to the fuel line and / or the filling device, it is possible that a supply of the fluid mixture containing the reaction fluid during a filling process of the fuel by means of a through the ventilation line and generating a counterflow in the fuel line and / or the filling device
  • the fitting or fittings can be designed as a valve, possibly also in the form of a check valve, as a multi-way valve such as a 3/2 or 3/3-way valve or as a simple blocking slide.
  • a valve possibly also in the form of a check valve, as a multi-way valve such as a 3/2 or 3/3-way valve or as a simple blocking slide.
  • the arrangement of more than one fitting could advantageously be dispensed with, since the flow of the
  • Fluid mixtures can be influenced in more than one way. It is conceivable that the valve is designed as a 3/3-way valve, with a connection to the separating device second connection is connected to the ventilation line and a third connection to the fuel tank. The supply of the fluid mixture to the
  • the conveying device is in the direction facing away from the fuel tank before or starting from the supply of the fluid mixture and an associated flow in the direction of the fuel tank upstream of the fitting or the fittings in the main flow branch.
  • the delivery device can be arranged downstream of the separating device, but preferably upstream of the separating device in the main flow branch.
  • Fuel vapor retention system and the conveyor device of the main flow branch which are arranged in this, in one of the at least two or all
  • Component comprising unit, in particular in a compact unit, can be executed.
  • the fuel is at least partially an alternative fuel and / or the fuel designed as an alternative fuel can be decomposed by acid-catalyzed hydrolysis.
  • the alternative fuel can in particular be an ether such as
  • Polyoxymethylene dimethyl ether also oxymethylene ether (OME), and / or esters such as
  • Carbonic acid dimethyl ester also dimethyl carbonate or methyl formate, also methyl formate.
  • Fig. 1 is a schematic representation of the fuel system.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a fuel system 1 according to the invention for storing and supplying fuel to the internal combustion engine 8.
  • the fuel system 1 has the fuel tank 2 and a fluid mixture through which and can flow main flow branch 3 opening into the fuel tank 2, it being assumed that the fluid mixture is in the form of air surrounding the fuel system 1.
  • the separating device 4 for a fluid containing the fluid mixture is arranged in the main flow branch 3.
  • the fluid is a reaction fluid which chemically reacts with the fuel, parts or components of the fuel stored in the fuel tank 2, this reaction fluid being present in the form of water vapor contained in the fluid mixture in the form of air.
  • the separator 4 has a
  • the fuel system 1 is designed such that the fluid mixture is supplied to the fuel tank 2, that is to say, the fuel tank 2 is vented with air from the atmosphere surrounding the fuel system 1 exclusively via the main flow branch 3 and thus via the separating device 4. This is also achieved in that in the main flow branch 3 between the
  • the armature 14 influencing the flow of the fluid mixture in the form of air and shaped as a reusable valve, and furthermore the armature 14 shaped as a reusable valve via one
  • Aeration line 15 forming secondary flow branch is connected to the filling device 7.
  • the delivery device 13 which is also arranged in the main flow branch 3 in front of the separating device 4, and a switching position of the fitting 14 designed as a returnable valve, which is a
  • a second switching position, here a blocking division, of the valve 14 designed as a reusable valve also enables the storage element 5 to be regenerated with the regeneration device 12 of the separating device 4 designed as a heating device, without the expelled from the storage element 5
  • Reaction fluid in the form of water vapor enters the fuel tank 2 and is released into the atmosphere surrounding the fuel system 1.
  • the reusable valve is in a switch position open in the direction of the fuel tank 2, so that the fuel tank 2 can be ventilated with steam-free air.
  • the fuel system 1 now also has the flow 9 to the internal combustion engine 8 and return 10 from the internal combustion engine 8, the transport of the fuel from the fuel tank 2 being initiated by the fuel delivery unit 16.
  • the separating device 11 for separating reaction fluid, water or water vapor, which may have been carried into the fuel is arranged.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffanlage (1) mit einem Kraftstofftank (2) sowie einem von einem Fluidgemisch durchströmbaren und in den Kraftstofftank (2) mündenden Hauptströmungszweig (3), wobei in dem Hauptströmungszweig (3) eine Abscheidevorrichtung (4) für ein das Fluidgemisch enthaltendes Fluid angeordnet ist. Das Fluid ist hierbei ein mit einem in dem Kraftstofftank (2) bevorrateten Kraftstoff, Teilen oder Bestandteilen des Kraftstoffs chemisch reagierendes Reaktionsfluid und die Abscheidevorrichtung (4) weist ein dieses Reaktionsfluid aus dem Fluidgemisch separierendes und aufnehmendes Speicherelement (5) auf.

Description

Beschreibung
Kraftstoffanlage
Die Erfindung betrifft eine Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank sowie einem von einem Fluidgemisch durchströmbaren und in den Kraftstofftank mündenden Hauptströmungszweig. Hierbei ist in dem Hauptströmungszweig eine Abscheidevorrichtung für ein das Fluidgemisch enthaltendes Fluid angeordnet.
Die Nutzung fossiler Brennstoffe, wie den Otto- oder Dieselkraftstoffen in
Verbrennungsmotoren, birgt mit dem Ausstoß der Verbrennungsabgase in die Umwelt den weithin bekannten Nachteil des Freisetzens von Kohlendioxid in die Atmosphäre.
Insbesondere bei Dieselkraftstoffen ist die Verbrennung zudem mit dem Entstehen von
Schadstoffen in Form von Rußpartikeln und Stickoxiden verbunden, wobei die Menge an diesen Schadstoffen im Verbrennungsabgas vor dem Ausstoß in die Umwelt mittels der Verbrennung nachgeschalteten, jeweils auf den Schadstoff abgestimmten Abgasreinigungsprozessen deutlich minimiert werden muss. Die der Verbrennung nachgeschalteten
Abgasreinigungsprozesse werden insbesondere dadurch bedingt, dass zwischen der Menge der jeweilig während der Verbrennung entstehenden Schadstoffe eine derartige
Wechselwirkung besteht, sodass der Verbrennungsprozess hinsichtlich eines quasi absoluten Minimums beider Schadstoffe praktisch nicht optimiert werden kann. Beispielsweise fördern hohe Temperaturen die Verbrennung entstehender Rußpartikel und somit deren Minimierung, jedoch erhöht sich zusammenhängend die Menge an entstehenden Stickoxiden.
In Anbetracht der vorgenannten Nachteile stellen sich Bestrebungen als sinnvoll dar, insbesondere für Dieselkraftstoff eine Alternative zur Verfügung zu stellen. Eine solche
Alternative zum teilweisen oder vollständigen Ersatz von Dieselkraftsoff ist
Polyoxymethylendimethylether, auch Oxymethylenether oder in Kurzform OME genannt. OME verbrennt nahezu rußfrei, wodurch bereits der Verbrennungsprozess im Motor auf eine
Minimierung der Stickoxidemissionen optimiert werden kann. Zudem ist es möglich, OME hinsichtlich eines geschlossenen und somit neutralen Kohlenstoffdioxid-Kreislaufes
einzusetzen. Hierfür ist die Erzeugung von OME aus aus der Atmosphäre abgeschiedenem Kohlenstoffdioxid und Wasser vorgesehen, wobei die dafür jeweils aufzuwendende Energie durch regenerative Energieträger zur Verfügung gestellt wird. Bedingt durch seine chemische Zusammensetzung weist OME jedoch eine Instabilität hinsichtlich einer säurekatalysierten Depolymerisation auf. Hierzu ist anzuführen, dass aufgrund der gegebenen Gleichgewichtsreaktion und einer damit verbundenen unvollständigen
Polymerisation stets geringe Mengen an Formaldehyd - ein Monomerbestandteil des OME - im OME vorliegen, welche mit einem wirtschaftlich sinnvollen Aufwand nicht aus dem OME entfernbar sind. Dieses Formaldehyd kann mit z. B. bei einem Betankungsvorgang sowie über Lager- und/oder Tankwandungen in das OME eingedrungen Sauerstoff zu Ameisensäure reagieren. Die entstehende Ameisensäure dissoziiert in Gegenwart von in das OME
eingeschlepptem Wasser in Säurerest-Ionen der Ameisensäure sowie Oxonium-Ionen, welche auch als Hydronium-Ionen bekannt sind. Diese fungieren als saurer Katalysator und initiieren eine Depolymerisation des OME. Das aufgrund der Depolymerisation nunmehr in größeren Mengen vorliegende Formaldehyd kann wiederum zu Polyformaldehyd polymerisieren, welches durch Ausflocken und Anlagerung zur Verringerung von Leitungsquerschnitten und/oder zum Verschluss der Leitungen und/oder Düsen sowie Lagern führen kann.
In angrenzendem Gebiet sind bereits Systeme zur Vermeidung eines Austrittes von
Kraftstoffdämpfen bekannt, wobei in der DE 10 2012 018 558 A1 ein solches
Tankentlüftungssystem beschrieben ist. Dieses weist zur Vermeidung eines Austrittes von aus nicht verbrannten Kohlenwasserstoffen bestehenden Kraftstoffdämpfen in die Umgebung einen hierzu üblicherweise verwendeten Adsorptionsfilter auf. Zur Unterbindung eines Eintrittes von Wasser und einer damit verbundenen Korrosion des Adsorptionsfilters bzw. der
Beeinträchtigung des im Adsorptionsfilter angeordneten Adsorptionsmaterials, ist die
Ansaugöffnung einer den Adsorptionsfilter während dessen Regenerationsphasen mit
Umgebungsluft versorgenden Belüftungsleitung im Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet, sodass diese im Wesentlichen vor äußeren Wetterbedingungen geschützt ist.
Die durch die DE 10 2012 018 558 A1 verfolgte Aufgabe, den Eintritt von Wasser in den Adsorptionsfilter und somit der Beeinträchtigung des Adsorptionsmaterials im Rahmen der Belüftung des Adsorptionsfilters während dessen Regenerationsphasen zu vermeiden, wird durch den in der DE 10 2013 019 328 A1 aufgezeigten Adsorptionsfilter in einer anderweitigen Ausgestaltung gelöst. Der Adsorptionsfilter weist hierfür eine Dichtung auf, welche sich bei einem Kontakt mit Wasser ausdehnt und dadurch einen Entlüftungskanal des Adsorptionsfilters derart verschließt, dass das in einem in Durchströmungsrichtung des Kanals der Dichtung nachgeordneten Aufnahmeraum angeordnete Adsorptionsmaterial nicht in Kontakt mit dem in den Entlüftungskanal einlassseitig eintretenden Wassers gelangen kann. Beide vorstehenden Druckschriften beschreiben jedoch Entlüftungsanlagen, welche sich nicht zur Belüftung eines Tanks eignen.
Durch die DE 10 2014 010 728 A1 wird hingegen ein Tankbelüftungsfilter zum Anschluss an einen Kraftstofftank offenbart, welcher im Wesentlichen aus einer Einschnürung, einer der Einschnürung in die Strömungsrichtung angesaugter Luft nachgeordneten
Sedimentationskammer sowie einem aus einem Fasermaterial bestehenden Partikelfilter aufgebaut ist. Hierbei sind die Einschnürung sowie die Sedimentationskammer zur
Abscheidung von mit der angesaugten Luft in den Filter eindringendem Wasser vorgesehen, was primär dem Schutz des Partikelfilters gegen eine Durchfeuchtung und lediglich sekundär dem Schutz des Tankinhalts vor eindringendem Wasser dient. Die Abscheidung des Wassers erfolgt zudem unspezifisch und nicht weitgehend, da für eine Druckwechselabscheidung die Veränderung des Querschnitts und damit die Druckerhöhung nicht ausreichend ist, wodurch der Tankbelüftungsfilter lediglich für kondensierende Feuchtigkeit wie bei Regenereignissen geeignet ist.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Kraftstoffanlage der eingangs genannten Art derart auszuführen, dass ein Eindringen von Wasser oder
Wasserdampf in den Kraftstoff vermieden wird.
Diese Aufgabe wird gelöst mit einer Kraftstoffanlage gemäß den Merkmalen des
Patentanspruchs 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist also eine Kraftstoffanlage, insbesondere zur Bevorratung und Zufuhr eines Kraftstoffs zu einer Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges, vorgesehen, welche einen Kraftstofftank sowie einen von einem Fluidgemisch durchströmbaren und in den Kraftstofftank mündenden Hauptströmungszweig aufweist, wobei der Hauptströmungszweig insbesondere ausschließlich zuführend durchströmbar ausgeführt sein sollte. In dem Hauptströmungszweig ist zudem eine Abscheidevorrichtung für ein das Fluidgemisch enthaltendes Fluid angeordnet. Dieses Fluid ist hierbei ein mit dem Kraftstoff, Teilen und/oder Bestandteilen des Kraftstoffs chemisch reagierendes Reaktionsfluid, wobei das chemische Reagieren des Kraftstoffs, Teilen und/oder Bestandteilen des Kraftstoffs auch in einer chemischen Kettenreaktion erfolgen kann. Zum Separieren und Aufnehmen dieses chemisch mit dem Kraftstoff, Teilen und/oder
Bestandteilen des Kraftstoffs reagierenden Reaktionsfluids weist die Abscheidevorrichtung ein Speicherelement auf, wodurch die Zufuhr, ein Eindringen oder Einschleppen des Reaktionsfluids zu dem oder in den Kraftstoff vollständig oder nahezu vollständig eliminiert werden kann. Zur Erfüllung der der Abscheidevorrichtung angedachten Funktion ist diese dem Kraftstofftank im Hauptströmungszweig vorgelagert bzw. ausgehend von der Zufuhr des Fluidgemisches und einer damit verbundenen Strömung in Richtung des Kraftstofftanks, stromaufwärts des Kraftstofftanks angeordnet. Hierbei bildet die Abscheidevorrichtung im Hauptströmungszweig angeordnet ebenso eine Komponente des Hauptströmungszweigs. Denkbar ist hierbei, dass der Hauptströmungszweig weitere im Hauptströmungszweig angeordnete Komponenten aufweist, wobei zumindest ein Teil der Komponenten des
Hauptströmungszweigs über Leitungen fluidführend miteinander verbunden sein sollte.
Das Fluidgemisch besteht zumindest aus zwei Fluiden, von denen eines der Fluide das Reaktionsfluid ist. Ein Fluid wird dabei als sortenrein betrachtet, wodurch das Fluidgemisch beispielsweise aus einem atomar oder molekular vorliegendem Gas und dem Reaktionsfluid vorliegen könnte. Im Allgemeinen besteht das Fluidgemisch jedoch aus mehr als zwei Fluiden, wobei das Fluidgemisch üblicherweise in der Atmosphäre der Umgebung der Kraftstoffanlage vorliegende Luft ist. Das Fluid, welches das Reaktionsfluid bildet, ist hierbei regelmäßig in der Luft enthaltenes Wasser in flüssiger und/oder gasförmiger Phase, wobei das Wasser in gasförmiger Phase demnach als Wasserdampf vorläge. Ist das Fluidgemisch in einer solchen Konstellation als Luft ausgebildet, so ist die Zufuhr des Fluidgemisches die Belüftung des Kraftstofftanks mit Luft, welcher das Wasser oder der Wasserdampf mittels der
Abscheidevorrichtung entzogen wurde.
In einer überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist das Speicherelement ein
Adsorber oder Absorber, wobei das Speicherelement jedoch in bevorzugter Ausführungsform als ein Adsorber ausgeführt ist. Eine solche Ausführung des Speicherelements als Absorber oder bevorzugt Adsorber ermöglicht eine vollständige oder nahezu vollständige Separation und Aufnahme des Reaktionsfluids in den Adsorber oder Absorber. Der Adsorber sollte in diesem Zusammenhang ein Adsorbens oder auch Adsorptionsmittel enthalten, welches bevorzugt eine poröse bzw. hochporöse Struktur aufweist und/oder mit hoher Selektivität das Reaktionsfluid z. B. in Form von Wasser und/oder Wasserdampf, jedoch keine oder nahezu keine
Kohlenwasserstoffe respektive Kraftstoff bindet.
In einer weiterhin gewinnbringenden Ausführungsform der Erfindung erfolgt über eine eine Zufuhr von Kraftstoff durch eine mit dem Kraftstofftank verbundene Kraftstoffleitung zum Kraftstofftank ermöglichende Einfüllvorrichtung keine Zufuhr des das Reaktionsfluid enthaltenden Fluidgemisches. Bei der Einfüllvorrichtung handelt es sich in der Regel um einen an einem Kraftfahrzeug zum Zwecke des Betankungsvorgangs angeordneten Tankstutzen. Dadurch, dass über die Einfüllvorrichtung, beispielsweise in Form des Tankstutzens, kein das Reaktionsfluid enthaltendes Fluidgemisch zugeführt wird, kann sichergestellt werden, dass eine Zufuhr des Fluidgemisches zum Kraftstofftank ausschließlich über die Abscheidevorrichtung stattfindet und somit ein Eindringen des Reaktionsfluids in den Kraftstoff verhindert wird. Ist das Fluidgemisch als Umgebungsluft ausgebildet, findet entsprechend die Belüftung des
Kraftstofftanks ausschließlich über die Abscheidevorrichtung statt, eine Belüftung über die Einfüllvorrichtung, z. B. in Form des Tankstutzens, ist ausgeschlossen.
Es stellt sich zudem als überaus vorteilhaft dar, wenn in einer Weiterbildung der Erfindung die Kraftstoffanlage einen eine Zu- sowie Rückführung von Kraftstoff zu und von einer
Brennkraftmaschine ermöglichenden Vorlauf und Rücklauf aufweist und in dem Vorlauf oder dem Rücklauf eine Trenneinrichtung zur Aussonderung von in dem Kraftstoff vorhandenem Reaktionsfluid angeordnet ist. Diese bevorzugt im Rücklauf angeordnete Trennvorrichtung ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn Teile des Kraftstoffs aus nachwachsenden
Rohstoffen gewonnener Biokraftstoff ist. Dies trifft in besonderem Maße auf sogenannten Biodiesel zu, welcher hygroskopisch wirkt. Zur Abscheidung des im Kraftstoff enthaltenen Wassers werden in der Regel Kraftstofffilter mit in den Kraftstofffilter integrierten
Wasserabscheider verwendet. Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass aus diesen Wasser oder Wasserdampf mitgerissen wird und wieder im Kraftstoff vorhanden ist. Zur Vermeidung einer Reaktion mit dem im Kraftstofftank enthaltenen Kraftstoff, Teilen und/oder Bestandteilen des Kraftstoffs ist es als gewinnbringend anzusehen, das Reaktionsfluid, welches beispielsweise in Form von Wasser oder Wasserdampf vorliegt, aus dem zum Kraftstofftank rückgeführten Kraftstoff zu trennen. Gleichermaßen kann die Trennvorrichtung vorgesehen sein, bereits umgesetzte Reaktionsprodukte vom dem rückzuführenden Kraftstoff zu trennen.
Ist die Kraftstoffanlage ferner derart ausgebildet, dass diese zumindest zwei - insbesondere im Hauptströmungszweig parallel durchströmbar angeordnete - Abscheidevorrichtungen aufweist, so kann z. B. auch bei einem Defekt oder einer Fehlfunktion einer Abscheidevorrichtung oder im Fall einer Regeneration einer Abscheidevorrichtung stets eine Separation und Aufnahme des Reaktionsfluids aus dem Fluidgemisch gewährleistet werden. Hierbei ist anzumerken, dass bevorzugt ausschließlich zwei Abscheidevorrichtungen in der Kraftstoffanlage und diese entsprechend besonders bevorzugt im Hauptströmungszweig parallel zueinander
durchströmbar angeordnet sind. Denkbar ist jedoch ebenso, dass zwei Hauptströmungszweige mit einer im jeweiligen Hauptströmungszweig angeordneten Abscheidevorrichtung vorliegen. Weiterhin ist eine Ausgestaltung der Erfindung als vorteilhaft anzusehen, in welcher das Speicherelement tauschbar in der Abscheidevorrichtung angeordnet ist, wodurch ein Austausch des Speicherelements beispielsweise im Falle eines Defektes oder einer Fehlfunktion, vor allem jedoch bei einer möglichen Sättigung des Speicherelements mit dem Reaktionsfluid ermöglicht wird. Das Speicherelement kann zur Gewährleistung der Tauschbarkeit als eine
Wechselpatrone, die Abscheidevorrichtung somit als ein Wechselpatronensystem ausgeführt sein.
Bei der Ausführung der Erfindung mit zumindest zwei Abscheidevorrichtungen und der tauschbaren Anordnung des Speicherelements in jeder der Abscheidevorrichtung ergäbe sich zudem die Möglichkeit, bei Sättigung eines der Speicherelemente das gesättigte
Speicherelement der ersten Abscheidevorrichtung zu tauschen, wobei eine Separation und Aufnahme des Reaktionsfluids aus dem Fluidgemisch durch das Speicherelement der zweiten Abscheidevorrichtung weiterhin gewährleistet wäre.
Eine Ausgestaltung der Erfindung ist zudem dann als überaus erfolgversprechend
gekennzeichnet, wenn die Abscheidevorrichtung eine Regenerationseinrichtung zur Freisetzung des in dem Speicherelement aufgenommenen Reaktionsfluids aufweist, wobei eine mögliche Ausgestaltung der Regenerationseinrichtung eine das Reaktionsfluid aus dem Speicherelement austreibende Heizvorrichtung sein kann. Bei der Regeneration des Speicherelements mittels der Regenerationseinrichtung ist zu beachten, dass die Freisetzung des Reaktionsfluids entgegengesetzt des Kraftstofftanks, in die die Kraftstoffanlage umgebende Atmosphäre erfolgt, sodass eine Zufuhr des Reaktionsfluids zum Kraftstoff vermieden wird.
Weist die Kraftstoffanlage weiterhin zumindest ein im Hauptströmungszweig - insbesondere in Reihe zu der Abscheidevorrichtung oder den Abscheidevorrichtungen durchströmbar - angeordnetes Kraftstoffdampfrückhaltesystem oder alternativ die Abscheidevorrichtung ein Kraftstoffdämpfe speicherndes Scheideelement auf, dann ist dies dahingehend als eine sehr vielversprechende Ausbildung der Erfindung anzusehen, dass neben der Zufuhr von
Reaktionsfluid in den Kraftstoff ein Austritt von Kraftstoffdämpfen aus dem Kraftstoffbehälter vermieden werden kann. Auch das Kraftstoffdampfrückhaltesystem wäre im Falle seiner Anordnung im Hauptströmungszweig als eine Komponente des Hauptströmungszweigs anzusehen. In einer weiteren überaus vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist im
Hauptströmungszweig, hierbei ausgehend von der Zufuhr des Fluidgemisches und einer damit verbundenen Strömung in Richtung des Kraftstofftanks insbesondere stromaufwärts oder stromabwärts der Abscheidevorrichtung eine Fördervorrichtung für das Fluidgemisch
angeordnet, wobei die Fördervorrichtung ebenfalls eine Komponente des
Hauptströmungszweigs bildet. Die Fördervorrichtung kann in einem einfachsten Fall
beispielsweise als ein Ventilator ausgebildet sein, welcher ausgehend von der Zufuhr des Fluidgemisches und einer damit verbundenen Strömung in Richtung des Kraftstofftanks stromaufwärts der Abscheidevorrichtung angeordnet ist.
Ist eine Ausführungsform der Erfindung dadurch gekennzeichnet, dass im
Hauptströmungszweig zwischen der Abscheidevorrichtung und dem Kraftstofftank zumindest eine den Durchfluss des Fluidgemisches beeinflussende - und eine Komponente des
Hauptströmungszweigs bildende - Armatur angeordnet ist, so kann durch Sperrung des Durchflusses mittels der Armatur beispielsweise während einer Regeneration oder eines Austausches des Speicherelements eine Zufuhr des Fluidgemisches mit im Fluidgemisch enthaltenem Reaktionsfluid, beispielsweise in Form einer Belüftung des Kraftstofftanks mit Wasserdampf enthaltender Luft, gewinnbringend vermieden werden.
Ist darüber hinaus - die Erfindung weiterbildend - eine zur Beeinflussung des Durchflusses des Fluidgemisches im Hauptströmungszweig zwischen der Abscheidevorrichtung und dem
Kraftstofftank angeordnete Armatur über eine einen Sekundärströmungszweig bildende
Belüftungsleitung mit der Kraftstoffleitung und/oder der Einfüllvorrichtung verbunden, wird es ermöglicht, dass eine Zufuhr von das Reaktionsfluid beinhaltendem Fluidgemisch während eines Einfüllvorganges des Kraftstoffs mittels durch die Belüftungsleitung geführtem und eine Gegenströmung in der Kraftstoffleitung und/oder der Einfüllvorrichtung erzeugendem
Fluidgemisch verhindert wird, wobei das gegenströmende Fluidgemisch kein Reaktionsfluid beinhaltet.
Die Armatur oder die Armaturen kann oder können in diesen Zusammenhängen als Ventil, gegebenenfalls auch in Form eines Rückschlagventils, als ein Mehrwegventil wie ein 3/2- oder 3/3-Wegeventil oder auch als einfacher Sperrschieber ausgeführt sein. Im Falle der Ausführung als ein Mehrwegventil könnte vorteilhaft auf die Anordnung mehr als einer Armatur verzichtet werden, da mittels der als Mehrwegventil ausgebildeten Armatur der Durchfluss des
Fluidgemisches in mehr als einer Weise beeinflusst werden kann. Denkbar ist, dass die Armatur als ein 3/3- Wegeventil ausgeführt ist, wobei ein Anschluss mit der Abscheidevorrichtung, ein zweiter Anschluss mit der Belüftungsleitung und ein dritter Anschluss mit dem Kraftstofftank verbunden ist. Über drei Schaltstellungen könnte die Zufuhr des Fluidgemisches zum
Kraftstofftank oder zur Belüftungsleitung sowie eine Sperrung des Durchflusses erfolgen.
Bei der Anordnung einer, zweier oder gar mehrerer Armaturen sowie einer Fördervorrichtung zwischen der Abscheidevorrichtung und dem Kraftstofftank ist die Fördervorrichtung in der dem Kraftstofftank abgewandten Richtung vor bzw. ausgehend von der Zufuhr des Fluidgemisches und einer damit verbundenen Strömung in Richtung des Kraftstofftanks stromaufwärts der Armatur oder der Armaturen im Hauptströmungszweig anzuordnen. Wiederum ausgehend von der Zufuhr des Fluidgemisches und einer damit verbundenen Strömung in Richtung des Kraftstofftanks kann die Fördervorrichtung stromabwärts der Abscheidevorrichtung, bevorzugt jedoch stromaufwärts der Abscheidevorrichtung in dem Hauptströmungszweig angeordnet sein.
Es sei zudem erwähnt, dass wenigstens zwei der in den vorstehenden Abschnitten genannten Komponenten wie die Abscheidevorrichtung, die Armatur oder die Armaturen, das
Kraftstoffdampfrückhaltesystem sowie die Fördervorrichtung des Hauptströmungszweigs, welche sich in diesem angeordnet befinden, in einer die wenigstens zwei oder alle
Komponenten umfassenden Einheit, insbesondere in einer kompakten Einheit, ausgeführt sein können.
In besonders praxisgerechter Weise ist der Kraftstoff zumindest teilweise ein Alternativkraftstoff und/oder der als Alternativkraftstoff ausgebildete Kraftstoff ist durch säurekatalysierte Hydrolyse zersetzbar. Der Alternativkraftstoff kann hierbei insbesondere ein Ether wie
Polyoxymethylendimethylether, auch Oxymethylenether (OME), und/oder Ester wie
Kohlensäuredimethylester, auch Dimethylcarbonat oder Ameisensäuremethylester, auch Methylformiat sein.
Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt in
Fig. 1 eine schematische Darstellung der Kraftstoffanlage.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Kraftstoffanlage 1 zur Bevorratung und Zufuhr eines Kraftstoffs zu der Brennkraftmaschine 8. Hierbei weist die Kraftstoffanlage 1 den Kraftstofftank 2 sowie den von einem Fluidgemisch durchströmbaren und in den Kraftstofftank 2 mündenden Hauptströmungszweig 3 auf, wobei davon auszugehen ist, dass das Fluidgemisch in Form von die Kraftstoffanlage 1 umgebender Luft vorliegt. Zudem ist in dem Hauptströmungszweig 3 die Abscheidevorrichtung 4 für ein das Fluidgemisch enthaltendes Fluid angeordnet. Das Fluid ist dabei ein mit dem in dem Kraftstofftank 2 bevorrateten Kraftstoff, Teilen oder Bestandteilen des Kraftstoffs chemisch reagierendes Reaktionsfluid, wobei dieses hierbei in Form von in dem als Luft ausgebildeten Fluidgemisch enthaltenen Wasserdampf vorliegt. Überdies weist die Abscheidevorrichtung 4 ein den
Wasserdampf aus der Luft separierendes und aufnehmendes Speicherelement 5 auf, welches als ein Adsorber für den Wasserdampf ausgebildet ist. Die Kraftstoffanlage 1 ist derart ausgeführt, dass eine Zufuhr des Fluidgemisches zum Kraftstofftank 2, also eine Belüftung des Kraftstofftanks 2 mit Luft aus der die Kraftstoffanlage 1 umgebenden Atmosphäre ausschließlich über den Hauptströmungszweig 3 und somit über die Abscheidevorrichtung 4 erfolgt. Dies wird ferner auch dadurch erreicht, dass in dem Hauptströmungszweig 3 zwischen der
Abscheidevorrichtung 4 und dem Kraftstofftank 2 die den Durchfluss des als Luft vorliegenden Fluidgemisches beeinflussende und als ein Mehrwegventil ausgeformte Armatur 14 angeordnet ist und weiterhin die als Mehrwegventil ausgeformte Armatur 14 über die einen
Sekundärströmungszweig bildende Belüftungsleitung 15 mit der Einfüllvorrichtung 7 verbunden ist. Im Falle eines Einfüllvorganges des Kraftstoffs über die als Tankstutzen ausgebildete Einfüllvorrichtung 7, insofern eines Betankens des Kraftstofftanks 2, kann mittels der ebenfalls im Hauptströmungszweig 3 vor der Abscheidevorrichtung 4 angeordneten Fördervorrichtung 13 und einer Schaltstellung der als Mehrwegventil ausgebildeten Armatur 14, welche eine
Strömung des als Luft vorliegenden Fluidgemisches über die Abscheidevorrichtung 4, das Mehrwegventil und die Belüftungsleitung 15 zu der Einfüllvorrichtung 7 ermöglicht, eine
Gegenströmung von wasserdampfbefreiter Luft in der Einfüllvorrichtung 7 erzeugt werden, sodass kein Reaktionsfluid, also Wasserdampf enthaltendes Fluidgemisch bzw. Luft über die Kraftstoffleitung 6 in den Kraftstoff gelangt. Eine zweite Schaltstellung, hier eine Sperrsteilung, der als Mehrwegventil ausgebildeten Armatur 14 ermöglicht zudem eine Regeneration des Speicherelements 5 mit der als Heizvorrichtung ausgebildeten Regenerationseinrichtung 12 der Abscheidevorrichtung 4, ohne dass das aus dem Speicherelement 5 ausgetriebene
Reaktionsfluid in Form von Wasserdampf in den Kraftstofftank 2 gelangt und hingegen in die die Kraftstoffanlage 1 umgebende Atmosphäre abgegeben wird. Im normalen Betrieb liegt das Mehrwegventil in einer in Richtung des Kraftstofftanks 2 geöffneten Schaltstellung vor, sodass eine Belüftung des Kraftstofftanks 2 mit wasserdampffreier Luft ermöglicht wird. Nunmehr weist die Kraftstoffanlage 1 zudem den Vorlauf 9 zur Brennkraftmaschine 8 und Rücklauf 10 von der Brennkraftmaschine 8 auf, wobei der Transport des Kraftstoffs aus dem Kraftstofftank 2 durch die Kraftstofffördereinheit 16 initiiert wird. In dem Vorlauf 9 ist weiterhin der Kraftstofffilter 17 und im Rücklauf 10 die Trenneinrichtung 11 zur Aussonderung von gegebenenfalls in den Kraftstoff eingeschlepptem Reaktionsfluid - Wasser oder Wasserdampf - angeordnet.
Bezugszeichenliste
Kraftstoffanlage
Kraftstofftank
Hauptströmungszweig Abscheidevorrichtung Speicherelement Kraftstoffleitung
Einfüllvorrichtung Brennkraftmaschine Vorlauf
Rücklauf Trenneinrichtung Regenerationseinrichtung Fördervorrichtung Armatur
Belüftungsleitung Kraftstofffördereinheit Kraftstofffilter

Claims

Patentansprüche
1. Kraftstoffanlage (1) mit einem Kraftstofftank (2) sowie einem von einem Fluidgemisch
durchströmbaren und in den Kraftstofftank (2) mündenden Hauptströmungszweig (3), wobei in dem Hauptströmungszweig (3) eine Abscheidevorrichtung (4) für ein das Fluidgemisch enthaltendes Fluid angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Fluid ein mit einem in dem Kraftstofftank (2) bevorrateten Kraftstoff, Teilen oder Bestandteilen des Kraftstoffs chemisch reagierendes Reaktionsfluid ist und die Abscheidevorrichtung (4) ein das
Reaktionsfluid aus dem Fluidgemisch separierendes und aufnehmendes Speicherelement (5) aufweist.
2. Kraftstoffanlage (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das
Speicherelement (5) ein Adsorber oder Absorber ist.
3. Kraftstoffanlage (1) nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass über eine eine Zufuhr von Kraftstoff durch eine mit dem Kraftstofftank verbundene
Kraftstoffleitung (6) zum Kraftstofftank (2) ermöglichende Einfüllvorrichtung (7) keine Zufuhr des das Reaktionsfluid enthaltenden Fluidgemisches erfolgt.
4. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraftstoffanlage (1) einen eine Zu- sowie Rückführung von Kraftstoff zu und von einer Brennkraftmaschine (8) ermöglichenden Vorlauf (9) und
Rücklauf (10) aufweist und in dem Vorlauf (9) oder dem Rücklauf (10) eine
Trenneinrichtung (11) zur Aussonderung von in dem Kraftstoff vorhandenem Reaktionsfluid angeordnet ist.
5. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraftstoffanlage (1) zumindest zwei Abscheidevorrichtungen (4) aufweist und/oder das Speicherelement (5) tauschbar in der Abscheidevorrichtung (4) angeordnet ist.
6. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abscheidevorrichtung (4) eine Regenerationseinrichtung (12) zur Freisetzung des in dem Speicherelement (5) aufgenommenen Reaktionsfluids aufweist.
7. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass die Kraftstoffanlage (1) zumindest ein im Hauptströmungszweig (3) angeordnetes Kraftstoffdampfrückhaltesystem oder die Abscheidevorrichtung (4) ein Kraftstoffdämpfe speicherndes Scheideelement aufweist.
8. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Hauptströmungszweig (3) eine Fördervorrichtung (13) für das Fluidgemisch angeordnet ist.
9. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass im Hauptströmungszweig (3) zwischen der Abscheidevorrichtung (4) und dem Kraftstofftank (2) zumindest eine den Durchfluss des Fluidgemisches beeinflussende Armatur (14) angeordnet ist und/oder eine zur Beeinflussung des
Durchflusses des Fluidgemisches im Hauptströmungszweig (3) zwischen der
Abscheidevorrichtung (4) und dem Kraftstofftank (2) angeordnete Armatur (14) über eine einen Sekundärströmungszweig bildende Belüftungsleitung (15) mit der Kraftstoffleitung (6) und/oder der Einfüllvorrichtung (7) verbunden ist.
10. Kraftstoffanlage (1) nach zumindest einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, dass der Kraftstoff zumindest teilweise ein Alternativkraftstoff ist und/oder der als Alternativkraftstoff ausgebildete Kraftstoff durch säurekatalysierte
Hydrolyse zersetzbar ist.
EP19762312.7A 2018-08-23 2019-08-20 Kraftstoffanlage Withdrawn EP3841295A1 (de)

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