WO1997047874A1 - Adsorptions-filter einer kraftstofftank-entlüftungsanlage eines verbrennungsmotors und verfahren zum betreiben dieser anlage - Google Patents

Adsorptions-filter einer kraftstofftank-entlüftungsanlage eines verbrennungsmotors und verfahren zum betreiben dieser anlage Download PDF

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Harald Haufe
Klaus Schweikert
Kay Brodesser
Uwe Mohr
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    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
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    • 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

Definitions

  • the invention relates to an adsorption filter of a fuel tank ventilation system of an internal combustion engine according to the preamble of claim 1 and a method for operating this system.
  • the filter as such is known for example from DE 41 24 465 .-. 1.
  • the invention is concerned with the construction of such a filter with the problem of designing the individual units of the fuel tank ventilation system as a compact, rationally manageable and easy to assemble module part on the tank and the intake air line of the internal combustion engine.
  • the problem with which the invention is concerned also includes ensuring that the adsorption material is safely regenerated in engines in which there is no sufficient negative pressure - for whatever reason - in the intake air line during engine operation most.
  • the teaching of claim 6 ensures that the suction line of the internal combustion engine is pumped through m through which Air carried by adsorption filter does not adversely affect the engine combustion process.
  • a larger and a smaller chamber for receiving activated carbon are formed as adsorbents for fuel vapors of an unillustrated tank of an internal combustion engine by a partition 2.
  • the smaller chamber is designated 3 and the larger chamber 4.
  • the two chambers 3 and 4 are closed vertically at the top and bottom with permeable covers 5 and 6, a distance from an adjacent wall of the filter housing 1 being provided on the sides of the covers 5 and 6 facing away from the covered activated carbon in order to form a flow channel is.
  • This flow space between the smaller and the larger chamber 3 or 4 is separated perpendicularly below by the intermediate wall 2.
  • the flow channel lying vertically above the upper cover 6 is formed by an intermediate wall 7 of the filter housing 1.
  • An additional separate flow channel 8 is also formed from the intermediate wall 7 together with a region of the outer wall of the filter housing 1.
  • a connection piece 9 leading into the larger chamber 4 is provided for connecting a tank ventilation line.
  • a strainer basket 10 is placed over the mouth of this connecting piece 9 leading into the activated carbon.
  • Via a further connecting piece 11, the larger chamber 4 can be connected to a region of the intake air line of the internal combustion engine that is under vacuum during engine operation. The latter connection can be interrupted by a valve.
  • a connecting piece 12 leading to the atmosphere is located on an air filter housing 13 connected to the adsorption filter housing 1.
  • An annular air filter 14 is seated in the air filter housing 13, the area with the connecting line 12 to the atmosphere lying radially outside and the area lying radially inside Area connected to the flow channel 8.
  • a housing with a compressed air source 15 is directly connected to the filter housing 1, this compressed air source being specifically an air pump.
  • the housing of the compressed air source 15 is connected via connection lines 16 and 17 leading into the interior of the filter housing 1.
  • the housing of the compressed air source 15 of the filter housing 1 is connected between vibration-isolating elements 18.
  • the connecting line 17 leads from the pressure side of the compressed air source 15 into a flow space 19 which connects to that of the larger one Chamber 4 adjoins the distant end of the smaller chamber 3.
  • a closure valve 20 is provided in the connection line 17 and can be arranged in particular at the transition of the housing of the compressed air source 15 to this line.
  • the compressed air source 15 is connected on the suction side to the flow channel 8 via the connecting line 16.
  • Fuel vapor flowing out of a tank passes through the connecting line 9 m to the larger chamber 4 of the adsorption filter housing 1 filled with activated carbon.
  • the chamber 4 leaves the fuel vapor pretreated there in the direction of the smaller chamber 3 also filled with activated carbon , which it flows into into the flow space 19.
  • the tank ventilation stream freed from fuel passes through the supply and discharge lines 17 and 16 to the compressed air source 15 in order to get into the atmosphere through the flow space 8 through the air filter 14 through the connecting piece 12.
  • the compressed air source 15 is designed to be permeable for this flow guidance of the tank ventilation flow. Regeneration of the adsorbent of the adsorption filter
  • the internal combustion engine is flown through in the opposite direction, atmospheric air being sucked in through the connecting piece 12, and engine intake air is sucked in through the connecting piece 11.
  • the air drawn in flows through the adsorption filter first through the smaller and then through the larger chamber 3 or 4.
  • the tank ventilation system can be pressurized overall by the compressed air source 15.
  • the area to be pressurized lies between the connecting piece 11 and the connecting line 17, which can be closed by means of valves (not shown) for carrying out the test and comprises the fuel tank (not shown) connected to the connecting piece 9.
  • the compressed air is generated directly inside the housing of the compressed air source 15, which is designed as a compressed air pump, and is introduced into the system via line 17.
  • the compressed air source 15 sucks the air to be compressed from the air filter housing 13 via the connecting line 16.
  • the exact type of leak test the tank ventilation system is known per se and therefore requires no further explanation here.
  • the compressed air source 15 designed as an air pump, can continuously convey backwash air through the filter 1 into the connecting piece 11 of the intake air line of the engine.
  • an outflow valve 21 with a blocking effect can be arranged in the direction of the fuel tank.
  • the air volume flow which is conveyed through the filter 1 by the air pump 15 during engine operation, is controlled or regulated depending on relevant engine operating data, the exhaust gas composition and / or the fuel loading state of the adsorption material of the filter 1.

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Abstract

Es soll eine Einrichtung und ein Verfahren geschaffen werden, durch die das bei einer Kraftstoff-Tank-Entlüftungsanlage eines Verbrennungsmotors mit einem Adsorptions-Filter (1), dessen Adsorptions-Material während des Motorbetriebes zu regenerieren ist, der zum Regenerieren benötigte Luftmengenstrom unabhängig von einem Unterdruck in der Luftansaugleitung (12) des Motors zur Verfügung gestellt werden kann. Zu diesem Zweck wird während des Motorbetriebes zumindest teil- und zeitweise Luft aus der Atmosphäre durch das Adsorptions-Filter (1) hindurch von einer Luftpumpe (15) in die Ansaugluftleitung (8) des Verbrennungsmotors gefördert. Die in der Einrichtung integrierte Luftpumpe (15) sorgt für ein einfach herstellbares und handhabbares Modul mit sämtlichen Aggregaten der Entlüftungsanlage.

Description

Adsorptions-Filter einer Kraftstofftank-Entlüftungsanlage eines Verbrennungsmotors und Verfahren zum Betreiben dieser
Anlage
Die Erfindung betrifft ein Adsorptions-Filter einer Kraft¬ stofftank-Entlüftungsanlage eines Verbrennungsmotors nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben dieser Anlage.
Das Filter als solches ist beispielsweise aus DE 41 24 465 .-.1 bekannt.
Hiervon ausgehend beschäftigt sich die Erfindung bezüglich des Aufbaus eines solchen Filters mit dem Problem, die ein¬ zelnen Aggregate der Kraftstofftank-Entlüftungsanlage als kompaktes, rationell zu fertigendes und einfach an den Tank sowie die Ansaugluftleitung des Verbrennungsmotors montier¬ bares Modulteil zu gestalten.
Gelöst wird dieser Teil der Aufgabe durch eine Ausführung des Adsorptions-Filters nach den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen dieser Ausführung zeigen die Unteransprüche auf.
Zu dem Problem, mit dem sich die Erfindung beschäftigt, ge¬ hört weiterhin, bei Motoren, bei denen kein ausreichender Unterdruck - aus welchen Gründen auch immer - in der Ansaug¬ luftleitung während des Motorbetriebes herrscht, dennoch ein sicheres Regenerieren des Adsorptionsmaterials zu gewährlei¬ sten.
Gelöst wird dieses den Betrieb der erfindungsgemäßen Ein¬ richtung betreffende Problem durch ein Verfahren mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Es ist zwar bereits aus DE 26 01 044 A1 und DE 25 47 065 A1 bekannt, ein Adsorptions-Filter mit Luft aus einer Druck¬ luftquelle zu regenerieren. Jene Einrichtungen und Verfahren betreffen ledoch Sonderfälle, die mit dem Betreiben einer Anlage, auf die sich die vorliegende Erfindung bezieht, nicht vergleichbar sind.
Zweckmäßige Ausgestaltungen sind Gegenstand der weiteren An¬ sprüche.
Die Lehre des Anspruchs 6 sorgt dafür, daß durch m die An¬ saugleitung des Verbrennungsmotors eingepumpte, durch das Adsorptions-Filter geführte Luft das Motor-Verbrennungsver¬ fahren nicht negativ beeinflußt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der einzigen Fig. 1 der Zeichnung schematisch dargestellt.
In einem Adsorptions-Filtergehäuse 1 sind durch eine Trenn¬ wand 2 eine größere und eine kleinere Kammer zur Aufnahme von Aktivkohle als Adsorptions-Mittel für Kraftstoffdämpfe eines nicht dargestellten Tankes eines Verbrennungsmotors ausgebildet. Die kleinere Kammer ist mit 3 und die größere Kammer mit 4 bezeichnet. Die beiden Kammern 3 und 4 sind lotrecht oben und unten mit durchlässigen Abdeckungen 5 und 6 verschlossen, wobei auf den von der abgedeckten Aktivkohle abgewandten Seiten der Abdeckungen 5 und 6 jeweils zur Aus¬ bildung eines Strömungskanals ein Abstand gegenüber einer angrenzenden Wand des Filtergehäuses 1 gegeben ist. Lotrecht unten ist dieser Strömungsraum zwischen der kleineren und der größeren Kammer 3 bzw. 4 durch die Zwischenwand 2 ge¬ trennt .
Der lotrecht oberhalb der oberen Abdeckung 6 liegende Strö¬ mungskanal ist von einer Zwischenwand 7 des Filtergehäuses 1 gebildet . Von der Zwischenwand 7 wird zusammen mit einem Be¬ reich der Außenwand des Filtergehäuses 1 auch noch ein zu¬ sätzlicher separater Strömungskanal 8 gebildet. Für den Anschluß einer Tankentlüftungsleitung ist ein in die größere Kammer 4 führender Anschlußstutzen 9 vorgesehen. Über die in die Aktivkohle führende Mündung dieses Anschlu߬ stutzens 9 ist ein Siebkorb 10 gestülpt. Über einen weiteren Anschlußstutzen 11 ist die größere Kammer 4 mit einem bei Motorbetrieb unter Unterdruck stehenden Bereich der Ansaug¬ luftleitung des Verbrennungsmotors verbindbar. Die zuletzt genannte Verbindung ist durch ein Ventil unterbrechbar.
Ein zur Atmosphäre führender Anschlußstutzen 12 befindet sich an einem mit dem Adsorptions-Filtergehäuse 1 verbunde¬ nen Luftfiltergehäuse 13. In dem Luftflltergehäuse 13 sitzt ein ringförmiges Luftfilter 14, dessen radial außen liegen¬ der Bereich mit der Anschlußleitung 12 zur Atmosphäre und dessen radial innen liegender Bereich mit dem Strömungskanal 8 verbunden ist.
An das Filtergehäuse 1 direkt angebunden ist ein Gehäuse mit einer Druckluftquelle 15, wobei diese Druckluftquelle spezi¬ ell eine Luftpumpe ist. Die Anbindung des Gehäuses der Druckluftquelle 15 ist über in das Innere des Filtergehäuses 1 führende Verbmdungsleitungen 16 und 17 gegeben. Innerhalb dieser Verbmdungsleitungen sind jeweils das Gehäuse der Druckluftquelle 15 von dem Filtergehäuse 1 schwingungsent- koppelnde Elemente 18 zwischengeschaltet . Die Verbindungs- leitung 17 führt von der Druckseite der Druckluftquelle 15 aus in einen Strömungsraum 19, der an das von der größeren Kammer 4 stromungsseitig entfernte Ende der kleineren Kammer 3 angrenzt. In der Verbmdungsleitung 17 ist ein Verschlu߬ ventil 20 vorgesehen, das insbesondere an dem Übergang des Gehäuses der Druckluftquelle 15 zu dieser Leitung angeordnet sein kann. Über die Verbindungsleitung 16 steht die Druck- luftquelle 15 saugseitig mit dem Strömungskanal 8 in Verbin¬ dung.
Die Funktion der beschriebenen Entlüftungsanlage ist wie folgt
Beladung mit Kraftstoffdämpfen aus dem Kraftstofftank
Aus einem nicht dargestellten Tank ausströmender Kraftstoff¬ dampf gelangt über die Anschlußleitung 9 m die mit Aktiv¬ kohle gefüllte größere Kammer 4 des Adsorptions- Filtergehäuses 1. Die Kammer 4 verläßt der dort vorbehandel¬ te Kraftstoffdampf in Richtung der kleineren ebenfalls mit Aktivkohle gefüllten Kammer 3, die er in den Strömungsraum 19 hinein durchströmt. Von dort aus passiert der von Kraft¬ stoff befreite Tankentlüftungsstrom über die Zu- und Abführ- leitungen 17 und 16 die Druckluftquelle 15, um durch den Strömungsraum 8 hindurch über das Luftfilter 14 durch den Anschlußstutzen 12 in die Atmosphäre zu gelangen. Die Druck¬ luftquelle 15 ist für diese Strömungsführung des Tankentlüf- tungsstromes durchlässig gestaltet. Regeneration des Adsorptions-Mittels des Adsorptions-Filters
Zur Regeneration des Adsorptions-Filters wird dieses bei laufendem Verbrennungsmotor in umgekehrter Richtung durch¬ strömt, wobei Atmosphärenluft durch den Anschlußstutzen 12 von Motoransaugluft durch den Anschlußstutzen 11 angesaugt wird. Die angesaugte Luft durchströmt auf ihrem Weg durch das Adsorptions-Filter zunächst die kleinere und danach die größere Kammer 3 bzw. 4.
Dichtheits-Sicherheitskontrolle
Für regelmäßig nach an sich bekannten Vorgaben durchzufüh¬ rende Dichtheits-Sicherheitskontrollen kann die Tank- Entlüftungsanlage insgesamt durch die Druckluftquelle 15 un¬ ter Druck gesetzt werden. Der unter Druck zu setzende Be¬ reich liegt zwischen dem Anschlußstutzen 11 und der Verbin¬ dungsleitung 17, die zur Durchführung der Prüfung über nicht dargestellte Ventile verschließbar sind und umfaßt den an den Anschlußstutzen 9 angeschlossenen nicht dargestellten Kraftstofftank. Die Druckluft wird direkt innerhalb des Ge¬ häuses der als Druckluftpumpe ausgeführten Druckluftquelle 15 erzeugt und über die Leitung 17 in das Anlagensystem ein¬ geführt. Die Druckluftquelle 15 saugt die zu verdichtende Luft über die Verbindungsleitung 16 aus dem Luftflltergehäu- se 13 an. Die genaue Art einer Dichtheits-Sicherheitsprüfung der Tankentlüftungsanlage ist an sich bekannt und bedarf da¬ her hier keiner weiteren Erläuterung.
Aktive Druckluftquelle bei Motorbetrieb
Während des Motorbetriebes kann die als Luftpumpe ausgeführ¬ te Druckluftquelle 15 laufend Rückspülluft durch das Filter 1 in den Anschlußstutzen 11 der Ansaugluftleitung des Motors fördern.
In dem Anschlußstutzen 9, der zu dem nicht dargestellten Kraftstofftank führt, kann ein Emwegeventil 21 mit Sperr¬ wirkung m Richtung des Kraftstofftankes angeordnet sein.
Der Luftmengenstrom, der während des Motorbetriebes von der Luftpumpe 15 durch das Filter 1 hindurch gefördert wird, wird in Abhängigkeit von relevanten Motorbetriebsdaten, der Abgaszusammensetzung und/oder dem Kraftstoff-Beladungszu¬ stand des Adsorptions-Materials des Filters 1 gesteuert bzw. geregelt.
Durch die erfindungsgemäße Integration sämtlicher Aggregate einer Tankentlüftungsanlage im das Gehäuse des Adsorptions- Filters dieser Anlage ist ein rationell herstellbares Modul- teil gegeben, das lediglich über die Anschlußstutzen 9 und 11 an den Verbrennungsmotor bzw. den Tank angefügt zu werden braucht. Zur Erlangung dieses Vorteiles trägt wesentlich ei- ne autonom arbeitende in das Adsorptions-Filtergehause inte¬ grierte Druckluftquelle bei. Bezüglich der Anbindung dieser Druckluftquelle an das Adsorptions-Filtergehause ist dabei noch wichtig, daß diese über schwingungsentkoppelnde Elemen¬ te erfolgt, wobei diese einfach in die Anschlußstutzen inte¬ griert werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Adsorptions-Filter einer Kraftstofftank-
Entlüftungsanlage eines Verbrennungsmotors mit Anschlüssen gegenüber der Atmosphäre, zu dem Kraftstofftank, zu der Ansaugluftleitung des Verbrennungsmotors, von denen diejenigen gegenüber Atmosphäre und zu der An¬ saugleitung durch jeweils ein Ventil verschließbar sind, sowie zu einer Druckluftquelle, mit der die Entlüftungs- anlage bei geschlossenen Zu- und Abführventilen für re¬ gelmäßig vorzunehmende Dichtheitsprüfungen unter Druck gesetzt v/erden kann, und mit einer Lagerung des Adsorptions-Mittels in zwei von¬ einander getrennten strömungsmäßig in Reihe geschalteten vo¬ lumenverschiedenen Adsorptions-Kammern des Filters, gekennzeichnet durch die Merkmale, die größere (4) der beiden Adsorptions-Kammern (3, 4) ist mit den Anschlüssen (9, 11) zu einerseits dem Kraft¬ stofftank und andererseits der Ansaugluftleitung verse - hen, wobei die Öffnung des Anschlußstutzens (11) der An¬ saugluftleitung auf das strömungsmäßig von der kleineren Kammer (3) entfernt liegende Ende der größeren Kammer (4) mündet, die Druckluftquelle (15) ist in einem Gehäuse unterge¬ bracht, das an dem Gehäuse (1) des Adsorptions-Filters angebracht und über eine erste Leitung (17) mit dem strömungsmäßig von der größeren Kammer (4) entfernt lie¬ genden Ende der kleineren Kammer (3) und über eine zwei¬ te Leitung (16) über ein an dem Gehäuse (1) des Adsorp¬ tions-Filters vorgesehenes Luftfiltergehäuse (13) mit der Atmosphäre verbunden ist, das Gehäuse der Druckluftquelle (15) liegt in dem Strö¬ mungsweg zwischen der Atmosphäre und dem stromungsseitig von der größeren Kammer (4) entfernt liegenden Ende der kleinen Kammer (3) .
2. Adsorptions-Filter nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungskanäle (16, 8; 17, 19) zwischen dem Gehäuse der Druckluftquelle (15) und der Atmosphäre einerseits und der kleinen Kammer (3) andererseits innerhalb des Gehäuses (1) des Adsorptions-Filters verlaufen.
3 . Adsorptions-Filter , d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , daß das Gehäuse der Druckluftquelle (15) über Anschlußlei- tungen (16, 17) schwmgungsentkoppelt mit dem Gehäuse (1) des Adsorptions-Filters verbunden ist.
4. Verfahren zum Betreiben einer Kraftstofftank-Entlüf¬ tungsanlage eines Verbrennungsmotors mit einem Adsorptions- Filter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Druckluftquelle (15) während des Motorbetriebes zu¬ mindest teil- und zeitweise Luft in die Ansaugluftleitung des Verbrennungsmotors fördert .
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zwischen dem Adsorptions- Filter (1) und dem Kraftstofftank ein in Richtung des Kraft- stofftankes sperrendes Emwegeventil (21) angeordnet ist.
6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Regeneration durch das Adsorptions-Filter (1) geförderte Luftmengenstrom in Abhängigkeit relevanter Motor¬ betriebsdaten, der Abgaszusammensetzung und/oder des Bela¬ dungszustandes des Adsorptions-Materials des Filters gesteu¬ ert bzw. geregelt wird.
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