DE102008026832B4

DE102008026832B4 - Verbessertes Verdunstungsemissionssteuerungssystem mit neuartigen Adsorptionsmitteln

Info

Publication number: DE102008026832B4
Application number: DE102008026832.1A
Authority: DE
Inventors: Sam R. Reddy
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2007-06-08
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2015-02-19
Anticipated expiration: 2028-06-06
Also published as: KR20080108060A; US20080302341A1; KR101079220B1; KR20110044191A; CN101468599A; US7467620B1; DE102008026832A1

Abstract

Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100), mit:
einem Kraftstofftank (18) zum Speichern eines flüchtigen Kraftstoffs;
einem Verbrennungsmotor (12) mit einem Luftansaugsystem;
mindestens einem Behälter (50), der ein Adsorptionsmaterial (56) enthält, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine nahezu lineare Isotherme aufweist und im Wesentlichen aus einem Aluminiumsilikatgel mit 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃ besteht;
einem am Behälter (50) vorgesehenen, mit dem Kraftstofftank (18) verbundenen Dampfeinlass (54);
einem am Behälter (50) vorgesehenen, mit dem Luftansaugsystem verbundenen Spülluftauslass (70); und
einer am Behälter (50) vorgesehenen Entlüftungsöffnung (68);
wobei das Adsorptionsmaterial (56) Kraftstoffdämpfe adsorbiert, wenn der Verbrennungsmotor (12) nicht läuft, und Kraftstoffdämpfe desorbiert, wenn der Verbrennungsmotor (12) läuft.

Description

Technischer Bereich
Der mit der vorliegenden Offenbarung in Beziehung stehende Bereich beinhaltet allgemein Verfahren und Systeme für eine Verdunstungsemissionssteuerung für Hybrid- und Nicht-Hybridfahrzeuge und insbesondere Verfahren und Systeme zum Vermindern und Verhindern von Verdunstungsemissionen von Kraftstofftanks in derartigen Fahrzeugen.
Hintergrund der Erfindung
Benzin enthält typischerweise ein Gemisch aus Kohlenwasserstoffen im Bereich von Butanen (C₄) mit höherer Flüchtigkeit bis hin zu Kohlenwasserstoffen (C₈ bis C₁₀) mit geringerer Flüchtigkeit. Wenn der Dampfdruck im Kraftstofftank aufgrund von Bedingungen, wie beispielsweise einer höheren Umgebungstemperatur oder einer Verdrängung von Dampf während eines Betankungsvorgangs, zunimmt, strömt Kraftstoffdampf durch Öffnungen im Kraftstofftank. Um einen Kraftstoffdampfverlust in die Atmosphäre zu verhindern, wird der Kraftstofftank in einen (als Verdunstungsbehälter oder Adsorptionsmittelbehälter bekannten) Behälter entlüftet, der ein Adsorptionsmaterial enthält, wie beispielsweise Aktivkohlegranulat oder -pellets. Der Verdunstungsbehälter ist Teil eines Systems, das mit der Steuerung von Kraftstoffdampfemissionen in Beziehung steht, die durch im Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs transportierten Kraftstoff erzeugt werden. Diese Verdunstungsemissionssteuerungssysteme (”EVAP”-Systeme) werden als ein parallel zum Kraftstoffsystem laufendes System implementiert.
Wenn der Benzintank befüllt wird, sammelt sich Kraftstoffdampf im Behälter. Der Kraftstoffdampf ist ein Gemisch aus Benzindampf (der in der vorliegenden Beschreibung auch als seine Hauptkomponente, Kohlenwasserstoffdampf, bezeichnet wird) und Luft. Die Anfangsbeladung kann am Einlassende des Behälters stattfinden, aber im Verlauf der Zeit verteilt sich der Kraftstoffdampf allmählich entlang des gesamten Adsoptionsmaterialbetts. Wenn der Kraftstoffdampf am Einlass des Behälters eintritt, wird der Kohlenwasserstoffdampf auf dem Aktivkohlegranulat adsorbiert, und Luft entweicht in die Atmosphäre. Die Größe des Behälters und das Volumen des Aktivkohle-Adsorptionsmittels oder Adsorbens werden derart ausgewählt, dass die voraussichtlich erzeugte Benzindampfmenge aufgenommen werden kann.
Nachdem der Motor gestartet wurde, nutzt das Steuersystem den Ansaugunterdruck des Motors zum Ansaugen von Luft durch das Adsorptionsmittel zum Desorbieren des Kraftstoffs. Ein Spülluftventil zwischen dem Kraftfahrzeugmotor und dem EVAP-System öffnet sich, so dass Luft durch den Behälter gesaugt wird. Die Luft entfernt im Adsorptionsmaterial gespeicherten Kraftstoffdampf. Der desorbierte Kraftstoffdampf wird einem Luftansaugsystem des Motors als ein im normalen Verbrennungsprozess zu verbrauchendes Sekundärluft-Kraftstoffgemisch zugeführt.
In einem Hybridfahrzeug, das sowohl einen Verbrennungs(IC)motor als auch einen Elektromotor aufweist, ist der Verbrennungsmotor während des Fahrzeugbetriebs nahezu für die Hälfte der Zeit abgeschaltet. Weil der Reinigungs- oder Spülvorgang nur während des Betriebs des Verbrennungsmotors stattfindet, d. h., wenn der desorbierte Dampf bei der Motorverbrennung verbraucht werden kann, wird in einem Hybridfahrzeug der Adsorptionsmittelbehälter für weniger als die Hälfte der Zeit mit Frischluft ausgespült. Ein Hybridfahrzeug erzeugt nahezu die gleiche Menge verdunsteten Kraftstoffdampf wie ein herkömmliches Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor. Daher ist die niedrigere Spülungsrate des Hybridfahrzeugs zum Ausspülen des adsorbierten Kraftstoffs aus dem Adsorptionsmittelbehälter unzureichend.
Die Druckschriften US 5 393 329 A und US 2004/0 031 469 A1 beschreiben Verdunstungsemissionssteuerungssysteme mit einem Kraftstofftank zum Speichern eines flüchtigen Kraftstoffs, einem Verbrennungsmotor mit einem Luftansaugsystem, einem ein Adsorptionsmaterial enthaltenden Behälter, einem am Behälter vorgesehenen, mit dem Kraftstofftank verbundenen Dampfeinlass, einem am Behälter vorgesehenen, mit dem Luftansaugsystem verbundenen Spülluftauslass und einer am Behälter vorgesehenen Entlüftungsöffnung.
Zusammenfassung exemplarischer Ausführungsformen der Erfindung
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung werden ein Adsorptionsmittelbehälter in einem Fahrzeug und ein im Adsorptionsmittelbehälter angeordnetes Adsorptionsmittel mit einer im Wesentlichen linearen Isothermen bereitgestellt. Erfindungsgemäß besteht das Adsorptionsmaterial im Wesentlichen aus einem Aluminiumsilikatgel mit 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃.
Andere exemplarische Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der nachstehenden ausführlichen Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen deutlich. Die ausführliche Beschreibung und spezifische Beispiele, die exemplarische Ausführungsformen der Erfindung darstellen, dienen lediglich zur Erläuterung und sollen den Umfang der Erfindung nicht einschränken.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
Nachstehend werden exemplarische Ausführungsformen der Erfindung anhand der ausführlichen Beschreibung und der beigefügten Zeichnungen verdeutlicht.
1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdunstungssteuerungssystems für ein Fahrzeug;
2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdun stungssteuerungssystems für ein Fahrzeug;
3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdun stungssteuerungssystems für ein Fahrzeug;
4 zeigt die Isothermen für Aktivkohle und für ein Adsorptionsmittel mit einer linearen oder nahezu linearen Isothermen;
5 zeigt eine Kohlenwasserstoffausspülung für Aktivkohle und ein Adsorptionsmittel mit einer linearen oder nahezu linearen Isothermen;
6 zeigt Kohlenwasserstoffspeicherkapazitäten für Aktivkohle und ein Adsorptionsmittel mit einer linearen oder nahezu linearen Isothermen; und
7 zeigt eine Ansicht eines mit einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdunstungssteuerungssystems ausgestatteten Fahrzeugs
Ausführliche Beschreibung exemplarischer Ausführungsformen
Die folgende Beschreibung der Ausführungsformen ist lediglich exemplarischer Natur und soll die Erfindung, ihre Anwendung oder ihren Gebrauch in keiner Weise einschränken.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Adsorbtionsmittelbehälter in einem Fahrzeug angeordnet. Kraftstoffverdunstungsdämpfe (hauptsächlich Dämpfe, die sich nur tagsüber und beim Nachtanken entwickeln) werden im Adsorptionsmittelbehälter gespeichert, wobei das Adsorptionsmittel die Kohlenwasserstoffe von den Kraftstoffdämpfen aufnimmt. Die Kraftstoffverdunstungsdämpfe werden durch Umgebungsluft aus dem Behälter gespült und bei der Motorverbrennung verbraucht. Im Adsorptionsmittelbehälter wird ein Adsorptionsmittel mit einer nahezu linearen Isothermen verwendet. Der hierin verwendete Ausdruck ”nahezu lineare Isotherme” bedeutet, dass die in einem vorgegebenen Volumen des Adsorptionsmaterials adsorbierte Dampfmenge für einen Partialdruck von 0–50,66 kPa (0–0,5 Atm) bei einer vorgegebenen Temperatur (z. B. 25°C in 4) nicht mehr als 40% von einer geraden Linie abweicht. Die in einem typischen Fahrzeug erzeugte KraftstoffdampfMenge kann beispielsweise etwa 30 g/Tag für tägliche Kraftstoffverdunstungsverluste, 80 g/Füllung beim Nachtanken und 10 g/Fahrt für Kraftstoffverdunstungsverluste im Fahrbetrieb betragen.
Nachstehend wird unter Bezug auf 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdunstungssteuerungssystems 10 für ein Hybridfahrzeug mit einem Verbrennungs(IC)motor 12 und einem (nicht dargestellten) Elektromotor beschrieben. In Hybridfahrzeugen sind ein benzinbetriebener Verbrennungsmotor und ein Elektromotor kombiniert, um einen Hybridantrieb mit einem sparsameren Kraftstoffverbrauch bereitzustellen. Ein häufiger Ein/Aus-Betrieb des Verbrennungsmotors führt zu einem kleineren Behälterspülluftvolumen für ein Hybridfahrzeug. Weil der Verbrennungsmotor häufig nicht einmal für 50% der Zeit in Betrieb ist, findet die Behälterspülung mit Frischluft während des Fahrzeugbetriebs für weniger als 50% der Zeit statt. Gemäß einer Ausführungsform wird der Verbrennungsmotor 12 durch einen Controller 14 gesteuert. Der Controller 14 kann ein separater Controller oder Teil eines Motorsteuerungsmoduls (ECM), eines Antriebssteuerungsmoduls (PCM) oder eines anderen Fahrzeugcontrollers sein. In verschiedenen Ausführungsformen kann der Verbrennungsmotor 12 Benzin, Ethanol oder andere flüchtige Kraftstoffe auf Kohlenwasserstoffbasis verbrennen.
Wenn der Verbrennungsmotor 12 gestartet wird, kann der Controller 14 Signale von einem oder mehreren Motorsensoren, Getriebesteuerungseinrichtungen und/oder Emissionssteuerungseinrichtungen empfangen. Eine Linie 16 vom Verbrennungsmotor 12 zum Controller 14 stellt schematisch den Fluss von Sensorsignalen dar. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 12 wird Benzin von einem Kraftstofftank 18 durch eine (nicht dargestellte) Kraftstoffpumpe über eine (nicht dargestellte) Kraftstoffleitung einer (nicht dargestellten) Kraftstoffverteilerleitung zugeführt. Kraftstoffeinspritzeinrichtungen (nicht dargestellt) spritzen Benzin in Zylinder des Verbrennungsmotors 12 oder in Ports ein, die Zylindergruppen versorgen. Der Controller 14 managt den Einspritzzeitpunkt und den Betrieb der Kraftstoffeinspritzeinrichtungen sowie die eingespritzte Kraftstoffmenge.
Der Kraftstofftank 18 ist typischerweise, mit Ausnahme einer ersten Entlüftungsleitung 20, ein geschlossener Behälter. Der Kraftstofftank 18 wird häufig aus blasgeformtem hochdichtem Polyethylen hergestellt und weist eine oder mehrere benzinundurchlässige Innenschicht(en) auf. Der Kraftstofftank 18 ist mit einem Einfüllrohr 22 verbunden. Ein Tankdeckel 24 verschließt ein Benzineinfüllende 26 des Einfüllrohrs 22. Das Auslassende 28 des Einfüllrohrs 22 ist im Inneren des Kraftstofftanks 18 angeordnet. Ein Einwegeventil 30 verhindert, dass Benzin 32 aus dem Einfüllrohr 22 herausspritzt. Die Oberfläche des Benzins ist durch Bezugszeichen 34 bezeichnet. Ein Schwimmer-Kraftstoffpegelanzeiger 36 führt dem Controller 14 ein Kraftstoffpegelsignal zu, wie durch Bezugszeichen 38 dargestellt ist. In verschiedenen Ausführungsformen werden dem Controller 14 durch einen Drucksensor 40 und einen Temperatursensor 42 optional Druck- und Temperatursignale zugeführt, wie durch die Bezugszeichen 44 und 46 dargestellt ist.
Der Kraftstofftank 18 weist eine sich von einer Dichtung 48 auf dem Kraftstofftank 18 zu einem Behälter 50 erstreckende erste Entlüftungsleitung 20 auf. Ein Schwimmerventil 52 im Kraftstofftank 18 verhindert, dass Benzin in die erste Dampfentlüftungsleitung 20 eintritt. Der Kraftstoffdampfdruck nimmt mit zunehmender Temperatur des Benzins zu. Dampf strömt unter Druck über die erste Entlüftungsleitung 20 zum Dampfeinlass des Behälters 50. Der Dampf tritt in einen Behälterdampfeinlass 54 ein, strömt über ein Halterelement (nicht dargestellt) und diffundiert in den Behälter 50. Der Behälter 50 enthält ein Adsorptionsmaterial 56 mit einer nahezu linearen oder einer linearen Isothermen. Das Adsorptionsmaterial 56 kann ein schwaches Adsorptionsmittel sein, eine hohe Sättigungskapazität (von beispielsweise mehr als 20 g/100 cm³), ein großes Porenvolumen (von beispielsweise mehr als 600 cm³ pro Liter im Vergleich zum Porenvolumen von Aktivkohle von 400 cm³ pro Liter), eine vorteilhafte Isotherme (z. B. eine nahezu lineare Isotherme im Vergleich zu einer hochgradig nichtlinearen Isothermen von Aktivkohle) und eine niedrige Wechselwirkungsenergie (von beispielsweise weniger als die Hälfte der Wechselwirkungsenergie von Kohle) aufweisen.
Der Behälter 50 kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, z. B. aus geformten oder gegossenen Thermoplastpolymeren, wie beispielsweise aus Nylon. Gemäß einer Ausführungsform kann der Behälter 50 separate Kammern aus Adsorptionsmaterial 56 aufweisen, die durch eine vertikale Innenwand 64 und eine horizontale Innenwand 92 definiert sind. Die Wände 64 und 92 können porös sein, so dass Dampf durch die Wände hindurchdringen kann. Der Dampf kann alle Kammern des Adsorptionsmaterials 56 durchströmen, wobei die Luft über eine erste Entlüftungsöffnung 68 an der Oberseite des Behälters 50 austritt. Die erste Entlüftungsöffnung 68 dient während des Ausspülens des adsorbierten Kraftstoffdampfes vom Adsorptionsmaterial 56 auch als Einlass für die Luftströmung über ein Halterelement (nicht dargestellt). Außerdem ist in der Oberseite des Behälters ein Spülluftauslass 70 ausgebildet, über den ein Strom aus Spülluft und gespültem Kraftstoffdampf aus dem Behälter 50 austreten kann.
Mit der Entlüftungsöffnung 68 können eine zweite Entlüftungsleitung 72 und ein solenoidbetätigtes Entlüftungsventil 74 verbunden sein. Das Entlüftungsventil 74 ist normalerweise offen, wie dargestellt, aber bei Aktivierung eines Solenoids 76 bewegt der Solenoid 76 einen Stopper 78, um eine zweite Entlüftungsöffnung 80 zu verschließen. Der Solenoid 76 wird durch den Controller 14 über eine Signalleitung 79 aktiviert. Das Entlüftungsventil 74 wird normalerweise nur für Diagnosezwecke geschlossen. Wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch vom Kraftstofftank 18 über eine erste Entlüftungsleitung 20 und durch den Behälterdampfeinlass 54 in den Behälter 50 strömt, wird Kraftstoffdampf auf dem Adsorptionamaterial 56 im Behälter adsorbiert. Wenn das Entlüftungsventil 74 offen ist und das Adsorptionsmaterial 56 mit Dampf gesättigt wird, wird zusammen mit der am ersten Entlüftungsauslass 68 aus dem Behälter austretenden Luft auch Dampf austreten und durch eine zweite Entlüftungsleitung 72 und durch das offene solenoidbetätigte Ventil 74 strömen.
Der Spülluftauslass 70 ist durch eine Spülluftleitung 82 über ein solenoidbetätigtes Spülluftventil 84 mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden. Das Spülluftventil 84 weist einen Solenoid 86 und einen Stopper 88 auf, die eine dritte Entlüftungsöffnung 90 selektiv schließen. Das Spülluftventil 84 wird durch den Controller 14 über eine Signalleitung 91 betätigt, wenn der Verbrennungsmotor 12 läuft, und kann einen durch den Behälter 50 angesaugten kraftstoffbeladenen Luftstrom aufnehmen. Wenn der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, öffnet der Controller 14 das Spülluftventil 84, um zu ermöglichen, dass Luft über das Entlüftungsventil 74 angesaugt wird. Die Luft strömt durch die zweite Entlüftungsleitung 71 in den Entlüftungsöffnungseinlass 68. Im Behälter 50 wird die Luft mit desorbiertem Kraftstoffdampf beladen und tritt über den Spülluftauslass 70 aus. Die kraftstoffbeladene Luft wird durch die Spülluftleitung 82 und das Spülluftventil 84 in den Motor 12 gesaugt.
Gemäß 2 ist in einer anderen Ausführungsform ein optionaler Luftwäscher 95, der ein Kohlenstoffmaterial 98 enthält, mit der ersten Entlüftungsöffnung 68 verbunden. Das Kohlenstoffmaterial 98 kann beispielsweise Aktivkohlefasermaterial oder ein monolithisches Kohlenstoffmaterial sein. Der Luftwäscher kann aus einem beliebigen geeigneten Material hergestellt sein, z. B. aus geformten oder gegossenen Thermoplastpolymeren, wie beispielsweise Nylon oder Polycarbonat. Aus dem Behälter 50 austretende Luft kann durch den Luftwäscher strömen. Das Kohlenstoffmaterial 98 adsorbiert in der Luft enthaltene Emissionen. Am dem Behälter 50 gegenüberliegenden Ende ist der Luftwäscher 95 über eine dritte Entlüftungsöffnung 96 mit der zweiten Entlüftungsleitung 72 und dem solenoidbetätigten Entlüftungsventil 74 verbunden.
In der in 2 dargestellten Ausführungsform werden, wenn ein Luft-Kraftstoffgemisch vom Kraftstofftank 18 über die erste Entlüftungsleitung 20 und den Behälterdampfeinlass 54 in den Behälter 50 strömt, Kohlenwasserstoffe vom Dampf durch das Adsorptionsmaterial 56 im Behälter 50 adsorbiert. Kohlenwasserstoffe mit niedrigerem Molekulargewicht, wie beispielsweise Butane und Pentane, können aufgrund ihrer geringeren Größe und höheren Flüchtigkeit als sogenannte flüchtige oder Bleed-Emissionen verloren gehen. Die die erste Entlüftungsöffnung 68 durchlaufende Luft und die flüchtigen oder Bleed-Emissionen durchströmen den Luftwäscherbehälter 95, wo die flüchtigen oder Bleed-Emissionen durch das Kohlenstoffmaterial 98 adsorbiert werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung, in der der optionale Luftwäscher 95 vorgesehen ist, wird, während der Verbrennungsmotor 12 des Hybrid-Fahrzeugs in Betrieb ist, Spülluft durch den Lufwäscher 95 angesaugt, um desorbierten Dampf für eine Verbrennung in den Motor 12 zu saugen. Während des Spülvorgangs öffnet der Controller 14 das Spülluftventil 84, um zu ermöglichen, dass Luft durch das Entlüftungsventil 74 angesaugt wird. Die Luft strömt durch die zweite Entlüftungsleitung 72, den Luftwäscher 95, die erste Entlüftungsöffnung 68 und den Behälter 50. D. h., Luft wird durch das Kohlenstoffmaterial 98 und das Adsorptionsmaterial 56 gesaugt. Die Luft wird mit desorbierten Kohlenwasserstoffen beladen und tritt über den Spülluftauslass 70 aus. Die kraftstoffbeladene Luft wird durch die Spülluftleitung 82 und das Spülluftventil 84 in den Verbrennungsmotor 12 gesaugt.
Gemäß 3 wird in einer anderen Ausführungsform durch ein passives Spüllungssystem eine einfache und kostengünstige Weise zum Steuern von Emissionen bereitgestellt. Wenn eine Kraftstofftanktemperatur eines Fahrzeugs abnimmt, wenn das Fahrzeug nicht fährt, z. B. wenn das Fahrzeug parkt, nimmt der Druck im Tank 18 ab. Der Druck im Tank nimmt aufgrund der Wärmekontraktion der Gasphase und aufgrund der Abnahme des Kraftstoffdampfdrucks im Tank ab. Durch die Abnahme des Kraftstofftankdrucks wird veranlasst, dass ein Teil der Luft vom Behälter 50 in den Kraftstofftank strömt, was zu einer Behälterrückspülung führt. Die zurückgespülten Kohlenwasserstoffe können im Kraftstofftank kondensieren. Das Maß der Behälterrückspülung kann von der Menge der Dämpfe im Behälter, dem Dampfraumvolumen im Tank, dem Reid-Dampfdruck (RVP) des Kraftstoffs im Tank und der Abnahme der Tanktemperatur abhängen. Wenn die Umgebungstemperatur zunimmt, kann der Kraftstofftank 18 Kraftstoffdämpfe ausstoßen, die dann im Behälter 50 gespeichert werden.
Eine passive Spülung kann zu einer partiellen Emissionssteuerung von beispielsweise etwa 50% führen. Das Adsorptionsmaterial 56 kann die Wirksamkeit der passiven Spülung durch Erhöhen der mit der gleichen Spülluftmenge zurückgespülten Dampfmenge erhöhen. Die passive Behälterspülung kann beispielsweise in Rasenmähermotoren und Off-Highway-Freizeitfahrzeugen verwendet werden, die keinerlei Dampfemissionssteuerungssysteme aufweisen.
Das Adsorptionsmaterial 56 kann zu Verbesserungen des Verdunstungsemissionssteuerungssystems führen, indem die Größe des Behälters um mehr als 50% vermindert und der Spülluftstrombedarf um mehr als 75% reduziert wird. Die Adsorptions-/Desorptions- und Lade-/Spülungseigenschaften eines Adsorptionsmaterials können durch seine Isotherme beschrieben werden. Das Adsorptionsmaterial 56 hat eine nahezu lineare oder eine lineare Isotherme.
4 zeigt die Isothermen eines herkömmlich verwendeten Adsorptionsmittels (Aktivkohle) und des Adsorptionsmaterials 56. Weil das Adsorptionsmaterial 56 eine nahezu lineare oder eine lineare Isotherme aufweist, kann es eine größere Menge von Kraftstoffdämpfen adsorbieren, weil der Partialdruck für die Adsorption von Kraftstoffdampf bei einer konstanten Temperatur zunimmt. Das Adsorptionsmaterial 56 kann beispielsweise Sorbead H sein, das von Engelhard Corporation (Iselin, New Jersey) erhältlich ist. Sorbead H is ein Aluminiumsilikatgel, das zu harten, kugelförmigen Perlen geformt ist. Sorbead H enthält 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃. Sorbead H hat eine Oberfläche von 750 m²/g, ein Porenvolumen von 0,5 cm³/g, eine Packungs-Raumdichte von 44 lb/ft³, eine Druckfestigkeit von > 200 N und eine Verschleißrate von < 0,05 Gew.-%. Adsorptionsmittel mit den Eigenschaften des Adsorptionsmaterials 56 sind auch von anderen Unternehmen, wie beispielsweise Air Products, kommerziell erhältlich.
Das Adsorptionsmaterial 56 kann einige oder alle der folgenden Eigenschaften aufweisen: ein hohes Porenvolumen, eine niedrige Wechselwirkungsenergie mit Kohlenwasserstoffen, eine hohe Sättigungskapazität, schwach adsorbierende Eigenschaften und eine nahezu lineare oder eine lineare Isotherme, die eine leicht favorisierte Isotherme darstellt. Aufgrund dieser Eigenschaften wird durch das Adsorptionsmaterial 56 ein einfacher Spülvorgang ermöglicht, und das Adsorptionsmaterial führt nur zu sehr geringen oder keinen Rückständen, die die auf dem Adsorptionsmittel verbleibenden Rest-Kohlenwasserstoffe darstellen und große Spülluftmengen für einen Spülvorgang erfordern. Durch Vermindern des Spülluftvolumens kann das Luft-Kraftstoffsteuerungsproblem des Motors verbessert werden, das beispielsweise in Hybridfahrzeugen auftritt, die aufgrund des Ein-Ausschaltbetriebes des Verbrennungsmotors mit einer verminderten Spülleistung arbeiten.
Es wurden mathematische Modelle zum Vorhersagen der Leistungsfähigkeit eines Behälters mit dem Adsorptionsmaterial 56 in einer Verdunstungsemissionssteuerung für ein Fahrzeug verwendet. In 4 sind die Kohlenwasserstoffspeicherkapazitäten von Aktivkohle und des Adsorptionsmaterials 56 im Vergleich dargestellt. In 5 sind die Kohlenwasserstoffreinigungskapazitäten von Aktivkohle und des Adsorptionsmaterials 56 im Vergleich dargestellt. Durch Aktivkohle werden Rückstände gebildet, die Verwendung des Adsorptionsmaterials 56 führt jedoch zu keinen oder allenfalls zu geringen Rückständen. Daher ist das Volumen eines für ein typisches Verdunstungssystem für ein Fahrzeug erforderlichen Adsorptionsmittelbehälters für das Adsorptionsmaterial 56 mit beispielsweise 800 cm³ im Vergleich zu einem Behältervolumen von 1850 cm³ für Aktivkohle sehr klein. Beispielsweise können für einen 57 l-(15 Gallonen) Kraftstofftank 800 cm³ Sorbead H in einem Behälter ausreichend sein, um Emissionen vom Tank zu adsorbieren. In 6 sind die Adsorptions- oder Dampfspeichereigenschaften der gleichen beiden Adsorptionsmittelbehälter bei einer Beladung mit Butan, das 50% Luft enthält, bis zum 2-g-Emissionsdurchbruch im Vergleich dargestellt. Beide Adsorptionsmittel adsorbierten etwa die gleiche Dampfmenge. Wie in 5 dargestellt ist, wird der Adsorptionsmittelbehälter mit dem Adsorptionsmaterial 56 jedoch sehr schnell ausgespült und gereinigt, wobei weniger als 0,113 m³ (4 ft³) Luft zum Ausspülen von 100 g Butan erforderlich sind. Der Adsorptionsmittelbehälter mit der Aktivkohle wird dagegen nur langsam ausgespült und gereinigt, wobei mehr als 0,425 m³ (15 ft³) Spülluft zum Ausspülen von 100 g Butan erforderlich sind.
Gemäß 7 wird in einer Ausführungsform das Verdunstungsemissionssteuerungssystem in einem Fahrzeug 100 verwendet. Das Verdunstungsemissionssteuerungssystem weist einen Kraftstofftank 18 auf, der durch eine erste Entlüftungsleitung 20 mit dem Behälter 56 verbunden ist, und der Behälter 56 ist über eine Spülluftleitung 82 und die zweite Entlüftungsleitung 72 mit dem Verbrennungsmotor 12 verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 ein Hybridfahrzeug. Gemäß einer anderen Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 ein Partial Zero Emissions Vehicle (PZEV). Gemäß einer noch anderen Ausführungsform ist das Fahrzeug 100 ein herkömmliches benzinbetriebenes Fahrzeug.
Die vorstehende Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung ist lediglich exemplarischer Natur, und innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung sind Änderungen und Modifikationen möglich.

Claims

Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100), mit: einem Kraftstofftank (18) zum Speichern eines flüchtigen Kraftstoffs; einem Verbrennungsmotor (12) mit einem Luftansaugsystem; mindestens einem Behälter (50), der ein Adsorptionsmaterial (56) enthält, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine nahezu lineare Isotherme aufweist und im Wesentlichen aus einem Aluminiumsilikatgel mit 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃ besteht; einem am Behälter (50) vorgesehenen, mit dem Kraftstofftank (18) verbundenen Dampfeinlass (54); einem am Behälter (50) vorgesehenen, mit dem Luftansaugsystem verbundenen Spülluftauslass (70); und einer am Behälter (50) vorgesehenen Entlüftungsöffnung (68); wobei das Adsorptionsmaterial (56) Kraftstoffdämpfe adsorbiert, wenn der Verbrennungsmotor (12) nicht läuft, und Kraftstoffdämpfe desorbiert, wenn der Verbrennungsmotor (12) läuft.
Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei der Verbrennungsmotor (12) mit einem Hybridantrieb kombiniert ist.
Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei der Behälter (50) ein Volumen von etwa 800 cm³ bis etwa 1200 cm³ hat.
Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, ferner mit einem mit der Entlüftungsöffnung (68) verbundenen Luftwäscherbehälter (95).
Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine Oberfläche von mindestens 750 m²/g hat.
Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei das Adsorptionsmaterial (56) ein Porenvolumen von mindestens 0,5 cm³/g hat.
Verdunstungsemissionssteuerungssystem (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 1, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine Verschleißrate von weniger als 0,05 Gew.-% aufweist.
Verfahren zum Vermindern des Spülluftstrombedarfs eines Verdunstungsemissionssteuerungssystems (10) für ein Fahrzeug (100), mit den Schritten: Speichern eines flüchtigen Kraftstoffs in einem Kraftstofftank (18); Bereitstellen mindestens eines Behälters (50), der ein Adsorptionsmaterial (56) enthält, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine nahezu lineare Isotherme aufweist und im Wesentlichen aus einem Aluminiumsilikatgel mit 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃ besteht; Verbinden eines Dampfeinlasses (54) des Behälters (50) mit dem Kraftstofftank (18); Verbinden eines Spülluftauslasses (70) des Behälters (50) mit einem Luftansaugsystem eines Verbrennungsmotors (12) des Fahrzeugs (100); Adsorbieren von Kraftstoffdämpfen, wenn der Verbrennungsmotor (12) nicht läuft, unter Verwendung des Adsorptionsmaterials (56); und Desorbieren von Kraftstoffdämpfen vom Adsorptionsmaterial (56), wenn der Verbrennungsmotor (12) läuft.
Verfahren zum Vermindern des Spülluftstrombedarfs eines Verdunstungsemissionssteuerungssystems (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 8, ferner mit den Schritten Verbinden eines Luftwäscherbehälters (95) mit einer Entlüftungsöffnung (68) des Behälters (50) und Entlüften des Verdunstungsemissionssteuerungssystems (10) zum Luftwäscherbehälter (95).
Verfahren zum Vermindern des Spülluftstrombedarfs eines Verdunstungsemissionssteuerungssystems (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 8, wobei der Behälter (50) ein Volumen von etwa 800 cm³ bis etwa 1200 cm³ hat.
Verfahren zum Vermindern des Spülluftstrombedarfs eines Verdunstungsemissionssteuerungssystems (10) für ein Fahrzeug (100) nach Anspruch 8, wobei der Verbrennungsmotor (12) mit einem Hybridantrieb kombiniert ist.
Hybridfahrzeug (100) mit einem Verbrennungsmotor (12) und einem Elektromotor, wobei das Hybridfahrzeug (100) ferner aufweist: einen Kraftstofftank (18) zum Speichern eines flüchtigen Kraftstoffs; einen Verbrennungsmotor (12) mit einem Luftansaugsystem; mindestens einen Behälter (50), der ein Adsorptionsmaterial (56) enthält, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine nahezu lineare Isotherme aufweist und im Wesentlichen aus einem Aluminiumsilikatgel mit 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃ besteht; einen mit dem Kraftstofftank (18) verbundenen Dampfeinlass (54); einen mit dem Luftansaugsystem verbundenen Spülluftauslass (70); und eine am Behälter (50) vorgesehene Entlüftungsöffnung (68); wobei das Adsorptionsmaterial (56) Kraftstoffdämpfe adsorbiert, wenn der Verbrennungsmotor (12) nicht läuft, und Kraftstoffdämpfe desorbiert, wenn der Verbrennungsmotor (12) läuft.
Hybridfahrzeug (100) nach Anspruch 12, wobei der Behälter (50) ein Volumen von etwa 800 cm³ bis etwa 1200 cm³ hat.
Hybridfahrzeug (100) nach Anspruch 12, ferner mit einem mit der Entlüftungsöffnung (68) verbundenen Luftwäscherbehälter (95).
Verfahren zum Steuern von Verdunstungsemissionen in einem Fahrzeug (100), mit den Schritten: Speichern eines flüchtigen Kraftstoffs in einem Kraftstofftank (18); Bereitstellen mindestens eines Behälters (50), der ein Adsorptionsmaterial (56) enthält, wobei das Adsorptionsmaterial (56) eine nahezu lineare Isotherme aufweist und im Wesentlichen aus einem Aluminiumsilikatgel mit 97 Gew.-% SiO₂ und 3 Gew.-% Al₂O₃ besteht; Verbinden eines Dampfeinlasses (54) des Behälters (50) mit dem Kraftstofftank (18); Zurückspülen von Dampf vom Behälter (50) in den Kraftstofftank (18), wobei der Kraftstofftank (18) Luft vom Behälter (50) ansaugt, wenn die Temperatur im Kraftstofftank (18) abnimmt; und Ausstoßen von Dampf vom Kraftstofftank (18) zum Behälter (50), wenn die Temperatur im Kraftstofftank zunimmt.