DE19609322A1 - Method for preventing escape of fluid from mix of fuel vapour and air - Google Patents
Method for preventing escape of fluid from mix of fuel vapour and airInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1, sowie je eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff in den Patentansprüchen 15 bis 18 zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method according to the preamble of Claim 1, as well as a device according to the Preamble in claims 15 to 18 for implementation of the procedure.
Ein derartiges Abscheiden und Zurückgewinnen von Kraftstoff anteilen, aus einem überschüssigen Kraftstoffdampf-/Luftgemisch, aus einem Fahrzeugtank ist aus US 33 52 294 bekannt, (vgl. Fig. 1 Pos. 15, 17, 25, 24, 22, 11) wobei besondere Maßnahmen getroffen werden müssen, um die dampfförmigen Kraftstoffanteile in einem Festbettabsorber (60, 50) mittels Aktivkohle aus dem Luftstrom abzuscheiden, um sie anschließend durch eine Desorption mit der Verbrennungsluft (16, 17, 18, 19, 22, 11, und 23, 33, 60, 22, 11) im Motor als Energie zu nutzen.Such separation and recovery of fuel share, from an excess fuel vapor / air mixture, from a vehicle tank is known from US 33 52 294, (see Fig. 1 pos. 15, 17, 25, 24, 22, 11) taking special measures need to be the vaporous fuel in one Fixed bed absorber (60, 50) using activated carbon from the air stream to separate them by desorption with the Combustion air (16, 17, 18, 19, 22, 11, and 23, 33, 60, 22, 11) in To use motor as energy.
Bei der hier beschriebene Methode zur Rückgewinnung der dampf förmigen Anteile in einem Aktivkohleabsorber werden jedoch auch die flüssigen Kraftstoff-anteilen in dem Kraftstoffdampf- /Luftgemisch dem Aktivkohlefilter zugeführt und dort abgeschieden. Hierbei belegen die höhersiedenden Fraktionen des Kraftstoffes wie Benzol, Oktan, Nonan, Dekan die Austauschflächen des Aktivkohlefilter, welche durch Luft (16, 32) bei normalen Temperaturen nicht desorbiert werden können. Damit ist die Funktion des Absorbers auf Dauer beeinträchtigt.In the method described here to recover the steam shaped parts in an activated carbon absorber are also the liquid fuel components in the fuel vapor / Air mixture fed to the activated carbon filter and there deposited. The higher boiling fractions of the Fuel such as benzene, octane, nonane, dean Exchange surfaces of the activated carbon filter, which are caused by air (16, 32) cannot be desorbed at normal temperatures. In order to the function of the absorber is permanently impaired.
Der Erfindung liegt, ausgehend von diesem Stand der Technik, die Aufgabe zugrunde, die flüssigen Kraftstoffanteile aus einem Kraftstoffdampf-/Luftgemisch abzuscheiden.The invention is based on this prior art, the Task based on the liquid fuel components from one Separate the fuel vapor / air mixture.
Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe durch das verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw mit den Vorrichtungen gemäß den Patentansprüchen 15 bis 18 gelöst. According to the invention, this object is achieved by the method according to Claim 1 or with the devices according to the Claims 15 to 18 solved.
Es ist zwar aus der DE 42 05 433.8 (vgl. Pos. 2, 24) bekannt, Kraftstoffanteile aus einem, beim Betanken austretenden, Gasstrom durch eine Wäsche mit Kraftstoff zurückzugewinnen, wobei durch die Wäsche des Gases im Gegenstrom in der Packung (24) dampfförmige Anteile zurückgewonnen werden; wobei aber bei der Aufgabe des Kraftstoffes auf die Packung (24) Tropfen erzeugt werden, die über den Stutzen (2) entweichen. Zusätzlich können auch Tropfen über die Leitung (6) in den Aktivkohlefilter (10) gelangen, speziell dann, wenn nach einer Betankung der Druckausgleich im Tank über den Aktivkohlefilter erfolgt.It is known from DE 42 05 433.8 (cf. item 2, 24), Fuel components from a Recover gas flow by washing with fuel, by washing the gas in countercurrent in the package (24) vapor portions are recovered; but with drop the fuel on the pack (24) are generated, which escape through the nozzle (2). In addition can also drop into the activated carbon filter via line (6) (10), especially if after refueling the Pressure equalization in the tank takes place via the activated carbon filter.
Das vorteilhafte Abscheiden von flüssigen Kraftstoffanteilen aus dem Kraftstoffdampf-/Luftgemisch beruht auf der Erkenntnis, daß bei dem Befüllen von Behältern mit Flüssigkeit, Tropfen entstehen, die mit dem verdrängten Gasvolumen aus dem Behälter entweichen und in dem gasförmigen Raum verbleiben, wenn sie nicht durch eine technische Maßnahme abgeschieden werden. Dies gilt in gleicher Weise für Otto- und Dieselkraftstoffe. Die Bildung der Tropfen hängt u. a. von den Strömungsverhältnissen am Austritt der Zapfpistole ab. Für das Füllen von Fahrzeugtanks besitzt die Zapfpistole zusätzlich eine Abstellautomatik, welche Luft aus dem Innern des Tankes über eine Düse ansaugt und damit den austretenden Kraftstoff versprüht. Wenn mit zunehmender Dauer eines Tankvorganges die Anzahl und Größe der Tropfen in der angesaugten Luft ansteigen, die Zeit zum Niederschlag der Tropfen mit steigendem Füllstand im Tank kürzer wird, so werden die geänderten Strömungsverhältnisse (höher Dichte) in der Pistole zum Abstellen des Betankungsvorgang führen.The advantageous separation of liquid fuel components the fuel vapor / air mixture is based on the knowledge that when filling containers with liquid, drops arise with the displaced gas volume from the container escape and remain in the gaseous space when they cannot be separated by a technical measure. This applies equally to petrol and diesel fuels. The Formation of the drops depends on. a. from the flow conditions on The nozzle will exit. For filling vehicle tanks the nozzle also has an automatic shutdown, which Air is sucked in from the inside of the tank via a nozzle and thus sprayed the escaping fuel. If with increasing Duration of a refueling process the number and size of the drops in of the sucked air increase, the time for precipitation of the Drops become shorter with increasing fill level in the tank the changed flow conditions (higher density) in the Guide the gun to stop the refueling process.
Bei der Lagerung und dem Umfüllen von Kraftstoffen entsteht auf Tankstellen allgemein ein Verlust durch Kraftstoffschwund im Bereich von 0,5% bei Ottokraftstoffen. Für Dieselkraftstoffe, mit einem tieferen Dampfdruck, sind die dampfförmigen Verluste geringer und der Schwund über ein Jahr wurde mit 0,33 vol. % ermittelt. Das bedeutet, daß ca. 3 kg pro 1000 l Kraftstoff umsatz oder bei einem Kraftstoffverbrauch von 6 l pro 100 km, ca. 0,187 g/km als flüssige Emission beim Tanken entweichen.During the storage and decanting of fuels arises on Gas stations generally have a loss due to fuel loss 0.5% range for petrol. For diesel fuels, with a lower vapor pressure, are the vapor losses less and the shrinkage over one year was 0.33 vol. % determined. That means about 3 kg per 1000 l of fuel sales or with a fuel consumption of 6 l per 100 km, approx. 0.187 g / km escape as a liquid emission when refueling.
Demgegenüber ist die Emission an Kraftstoff beim Betrieb eines modernen Fahrzeuges, welches als LEV (low emission vehicle) in Californien zugelassen ist, nur 0,04 g/km. Die verkehrsbedingten Emissionen erhöhen sich durch tropfenförmige Anteile beim Betanken also um den Faktor 4,67 (0,187/0,04) auf den Faktor 5,67 falls die tropfenförmigen Anteile nicht beachtet werden.In contrast, the emission of fuel when operating a modern vehicle, which as LEV (low emission vehicle) in California is only 0.04 g / km. The traffic-related Emissions increase due to drop-shaped proportions in the So refuel by a factor of 4.67 (0.187 / 0.04) on the factor 5.67 if the drop-shaped portions are ignored.
Während bei Tankstellen mit Gasrückführung die Tropfen in dem Kraftstoffdampf-/Luftgemisch in dem Erdtank zurückgewonnen werden können, so sind beim Betanken mit Diesel keinerlei entsprechende Maßnahmen vorgesehen. Die Erfindung kann also vorteilhaft, auch in den Tanks von Dieselfahrzeugen eingesetzt werden.While at gas stations with gas recirculation the drops in the Fuel vapor / air mixture recovered in the underground tank can be, there are none when refueling with diesel appropriate measures are provided. So the invention can advantageous, also used in the tanks of diesel vehicles will.
In der Bemühung, die Emissionen beim Tanken zu verhindern, zeichnet sich eine generell andere Lösung als die Gasrückführung ab, daß nämlich das verdrängte Kraftstoffdampf-/Luftgemisch einem sogenannten großen Kohlekanister zugeführt wird. Aber selbst wenn das beim Betanken überschüssige Kraftstoffdampf- /Luftgemisch nicht in einem Absorber gereinigt wird, so können allein durch den Einbau eines Tropfenabscheiders die verkehrs bedingten Emissionen dieses Fahrzeuges ganz wesentlich reduziert werden.In an effort to prevent emissions from refueling, is a generally different solution than gas recirculation from that namely the displaced fuel vapor / air mixture a so-called large coal canister is fed. But even if the excess fuel vapor / Air mixture is not cleaned in an absorber just by installing a droplet separator the traffic conditioned emissions of this vehicle significantly reduced will.
Die Erfindung wird nachfolgend, anhand von Fig. 1, Fig. 2 und Fig. 3 näher erläutert.The invention will now, with reference to FIG. 1, FIG. 2 and described in more detail FIG. 3.
Fig. 1 zeigt ein Schema eines Kraftstofftankes mit der Ableitung des verdrängten Kraftstoffdampf-/Luftgemisches über den Einfüllstutzen. Fig. 1 shows a diagram of a fuel tank with the discharge of the displaced fuel vapor / air mixture via the filler neck.
Fig. 2 zeigt die Einführung der Zapfpistole am geöffneten Tankstutzen. Fig. 2 shows the introduction of the nozzle on the open tank neck.
Fig. 3 zeigt ein Schema über eine Kraftstoffanlage mit einem geschlossenen Einfüllstutzen und einer Ableitung des überschüssigen Kraftstoffdampf-/Luftgemisches über einen Absorber. Fig. 3 shows a schematic of a fuel system with a closed filler neck and a discharge of the excess fuel vapor / air mixture over an absorber.
In jeder der 3 Darstellungen wird der Betriebszustand einer Betankung erläutert. Gleichwohl ist es wichtig, andere Betriebszustände wie die Kraftstoffentnahme im Betrieb des Fahrzeuges, den Zustand unmittelbar nach verlassen einer Tankstelle oder bei Betriebspausen z. B. das Heiß-Abstellen des Motors speziell zu berücksichtigen.In each of the 3 representations, the operating status is one Refueling explained. Nevertheless, it is important to others Operating conditions such as the fuel withdrawal in the operation of the Vehicle, the state immediately after leaving one Petrol station or during business breaks e.g. B. the hot shutdown of the Motors to be considered specifically.
Zunähst wird das verfahren anhand von Fig. 1 beschrieben. The method is first described with reference to FIG. 1.
Der Kraftstofftank 1 ist teilweise mit Kraftstoff 2 angefüllt. Die Zapfpistole 4 wird für die Dauer des Tankvorganges durch den geöffneten Einfüllstutzen 3 eingeführt. Nach der Betankung wird der Einfüllstutzen 3 wieder über einen nicht gezeigten Tankdeckel verschlossen. Zur Fixierung der Zapfpistole 4 wird diese in der bekannten und heute bereits verwendeten Halterung 5, geführt. Weitere Details über die Einführung der Zapfpistole werden weiter unten im Zusammenhang mit der Fig. 2 beschrieben.The fuel tank 1 is partially filled with fuel 2 . The fuel nozzle 4 is inserted through the opened filler neck 3 for the duration of the refueling process. After refueling, the filler neck 3 is closed again via a fuel cap, not shown. To fix the nozzle 4 , it is guided in the known holder 5 , which is already used today. Further details on the introduction of the nozzle are described below in connection with FIG. 2.
Die Zapfpistole 4 wird also durch die Öffnung in der Halterung 5 fixiert, welche das Innere des Tankes 1 von der Atmosphäre zumindest teilweise abtrennt. Beim Einschalten des Kraftstoff flusses entsteht bei Zapfpistolen mit Abschaltautomatik, z.B vom Typ ZVA, der Fa. Elaflex-Gummi Ehlers in Hamburg, an der Eintrittsöffnung des Kanales 8 ein Unterdruck, wodurch ein Gasgemisch aus dem Freiraum des Einfüllstutzens 3 angesaugt wird. Dieses Gasgemisch vermischt sich im Innern der Zapfpistole mit dem, aus dem Kanal 9 austretenden Kraftstoff und versprüht diesen zu einer Vielzahl von Tropfen. Mit dem Beginn des Kraftstoffflusses aus dem Kanal 9 der Zapfpistole 4 werden auch Gase aus dem Freiraum 7 verdrängt. Der Austritt der Gase aus dem Freiraum 7 erfolgt in der Zeit des Auffüllens über die Leitung 6 und von dort über die Leitung 18 zu dem offenen Einfüllstutzen 3. vorzugsweise am Eintritt der Gase in die Leitung 6 ist ein Tropfenabscheider 10, nach dem von Kühltürmen, Wäschern und Waschtürmen bekannten Funktionsprinzip, eingebaut. Hierzu ist der Querschnitt der Leitung 6 erweitert. Die Leitung 13 ist durch ein Ventil 15 geschlossen.The nozzle 4 is thus fixed through the opening in the holder 5 , which at least partially separates the interior of the tank 1 from the atmosphere. When the fuel flow is switched on, a nozzle with automatic switch-off, for example of the type ZVA, from Elaflex-Gummi Ehlers in Hamburg, creates a negative pressure at the inlet opening of the channel 8 , as a result of which a gas mixture is drawn in from the free space of the filler neck 3 . This gas mixture mixes in the interior of the nozzle with the fuel emerging from the channel 9 and sprays it into a large number of drops. With the start of the fuel flow from the channel 9 of the nozzle 4 , gases are also displaced from the free space 7 . The gases emerge from the free space 7 during the filling up via the line 6 and from there via the line 18 to the open filler neck 3 . A droplet separator 10 , according to the functional principle known from cooling towers, washers and washing towers, is preferably installed at the entry of the gases into line 6 . For this purpose, the cross section of line 6 has been expanded. The line 13 is closed by a valve 15 .
Durch die Umlenkung eines, zwischen 2 Platten geführten Gas stromes werden die Tropfen aus dem Gasstrom an einer Fläche abgeschieden und fließen mittels Schwerkraft an der Fläche nach unten. Einsatz finden die Tropfenabscheider auch in der Klimatechnik als sogenannte Demister. Als Bauform für den Tropfenabscheider bieten sich geordnete Packungen an, wie sie von der Fa. Sulzer in Winterthur (Schweiz), als normale Packung (Handelsname: Melapak) und Gewebepackung in Metall, Kunststoff und Keramik für Laborzwecke hergestellt werden. Packungen dieser Art können also in den erweiterten Querschnitt der Leitung 6, bevorzugt am Anfang, gesehen in Strömungsrichtung, eingesetzt werden. By deflecting a gas flow between two plates, the drops are separated from the gas flow on one surface and flow downwards by gravity on the surface. The droplet separators are also used in air conditioning technology as so-called demisters. Ordered packs, such as those produced by Sulzer in Winterthur (Switzerland), normal packs (trade name: Melapak) and fabric packs in metal, plastic and ceramics for laboratory purposes are available as a design for the droplet separator. Packs of this type can thus be used in the expanded cross section of line 6 , preferably at the beginning, as seen in the direction of flow.
Bei einem Mengenstrom von 40 l/min ergibt sich in einem Rohr querschnitt von 1,5 cm Durchmesser, eine Geschwindigkeit von ca 4 m/s. Falls die Gewebepackung mit 1 m/s angeströmt wird, so ist der Durchmesser der Packung 3 cm. Im Betriebszustand tritt das Kraftstoffdampf-/Luftgemisch von unten in den Tropfenabscheider 10 ein. Mit zunehmender Dauer des Tankvorganges nimmt die Anzahl der Tropfen in dem Gas aus dem Freiraum 7 zu. Die Tropfen werden in dem Tropfenabscheider zurückgehalten und fließen mittels Schwerkraft in den Tank 1 zurück. Der Fluß des Gasstromes wird durch die Zapfpistole unterstützt. Der Flüssigkeitsstrom aus der Zapfpistole erzeugt einen Unterdruck, so daß sich über den Einfüllstutzen 3, den Freiraum 7, den Tropfenabscheider 10, über die Rohrleitungen 6, 18 und die Öffnungen in der Halterung 5 ein Gasstrom oder Gaskreislauf ausbildet. Der gereinigte Gasstrom stromt über die Leitung 6, die Leitung 18 und den Einfüllstutzen 3 aus dem Kraftstofftank 1.With a volume flow of 40 l / min, a pipe cross section of 1.5 cm in diameter results in a speed of approx. 4 m / s. If the tissue pack is flowed at 1 m / s, the diameter of the pack is 3 cm. In the operating state, the fuel vapor / air mixture enters the droplet separator 10 from below. With increasing duration of the refueling process, the number of drops in the gas from the free space 7 increases. The drops are retained in the drop separator and flow back into the tank 1 by gravity. The gas nozzle supports the flow of the gas flow. The liquid flow from the fuel nozzle creates a negative pressure, so that a gas flow or gas circuit is formed via the filler neck 3 , the free space 7 , the droplet separator 10 , the pipes 6, 18 and the openings in the holder 5 . The cleaned gas stream flows from the fuel tank 1 via the line 6 , the line 18 and the filler neck 3 .
Vorteilhaft wird diese Gasströmung vor dem endgültigen Auffüllen des Tankes 1 unterbrochen, damit die Abstellfunktion der Zapfpistole 4 wirksam werden kann. Hierzu ist der Eintritts stutzen am Tropfenabscheider 10 nach unten verlängert. Beim Ansteigen des Flüssigkeitsspiegels bis zu der unteren Kante der Eintrittsöffnung in den Tropfenabscheider 10 wird der Gaskreislauf erschwert und der bisherige Strömungsweg 3, 7, 10, 6, 18, 5 des Gases unterbrochen. Im letzten Abschnitt des Tankvorganges erfolgt die Gasströmung in die andere Richtung, direkt durch den Einfüllstutzen und die Halterung 5 nach außen. Dabei steigt auch wegen der kürzeren Zeit zum Absinken der Tropfen auf die Oberfläche des Kraftstoffes 2 die Zahl der restlichen Tropfen und die Gasdichte an der Öffnung 8 an, was dann zum Auslösen der Abstellautomatik führt.This gas flow is advantageously interrupted before the tank 1 is finally filled, so that the shut-off function of the fuel nozzle 4 can take effect. For this purpose, the inlet port on the droplet separator 10 is extended downwards. When the liquid level rises to the lower edge of the inlet opening in the droplet separator 10 , the gas cycle is made more difficult and the previous flow path 3 , 7 , 10 , 6 , 18 , 5 of the gas is interrupted. In the last section of the refueling process, the gas flows in the other direction, directly through the filler neck and the holder 5 to the outside. The number of remaining drops and the gas density at the opening 8 also increase because of the shorter time for the drops to sink onto the surface of the fuel 2 , which then leads to the automatic shutdown being triggered.
In Fig. 2 ist der Einfüllstutzen 3 mit der Halterung 5 für die Zapfpistole 4 dargestellt. Die von den Tropfen gereinigten Gase in der Leitung 18 treten unmittelbar aus dem Stutzen 3 nach oben aus. Nur ein Teilstrom wird über eine oder mehrere Öffnungen 11 in der Halterung 5 zurück in den Tank 1 gesaugt. An der Öffnung 8 der Zapfpistole 4 wird ein Teil der vorbei strömenden Gase angesaugt, anschließend in der Zapfpistole 4 mit dem Kraftstoff vermischt und strömt über den großen Kanal 9 bei gleichzeitiger Erzeugung von Tropfen in den Kraftstofftank 1.In Fig. 2 the filler neck 3 is shown with the holder 5 for the nozzle 4 . The gases in the line 18 cleaned from the drops emerge directly from the nozzle 3 upwards. Only a partial flow is sucked back into the tank 1 via one or more openings 11 in the holder 5 . At the opening 8 of the fuel nozzle 4 , a portion of the gases flowing past is sucked in, then mixed with the fuel in the fuel nozzle 4 and flows through the large channel 9 with the simultaneous generation of drops in the fuel tank 1 .
Vor dem endgültigen Füllen des Tankes 1 wird der Gasstrom in der Leitung 18 reduziert und die Gase mit den Tropfen beginnen in umgekehrter Richtung an der Leitung 8 der Zapfpistole 4 vorbeizuströmen, so daß über die Leitung 8 die Abstellautomatik ausgelöst wird.Before the tank 1 is finally filled, the gas flow in the line 18 is reduced and the gases with the drops begin to flow past the line 8 of the nozzle 4 in the opposite direction, so that the automatic shut-off is triggered via line 8 .
Eine weitere Möglichkeit, die Gasströmung vor dem endgültigen Abstellen langsam zu reduzieren, ist mit der Installation einer Trennwand 12 aufgezeigt. Diese Wand 12 kann ebenfalls als Tropfenabscheider oder als gelochte Wand ausgeführt sein, wobei die Unterkante der Wand, quer zur Strömungsrichtung des Gas stromes, schräg ausgebildet werden kann. Die freie Durchtritts fläche für den horizontalen Gasstrom nimmt mit einem Anstieg des Kraftstoffspiegel ab und führt ebenfalls zu einer Reduzierung des Gasstromes.Another possibility of slowly reducing the gas flow before the final shutdown is shown by installing a partition 12 . This wall 12 can also be designed as a droplet separator or as a perforated wall, the lower edge of the wall, transverse to the flow direction of the gas stream, can be formed obliquely. The free passage area for the horizontal gas flow decreases with an increase in the fuel level and also leads to a reduction in the gas flow.
Der hier beschriebene Befüllungsvorgang ermöglicht eine Emissionsminderung während des Betriebszustandes einer Betankung, und zwar ohne Gasrückführung und bei einer Betankung mit Gasrückführung.The filling process described here enables one Emission reduction during the operating state of a Refueling, without gas recirculation and with a refueling with gas recirculation.
Die Behandlung des überschüssigen Kraftstoffdampf-/Luftgemisches während des Fahrbetriebes wird im folgenden im Zusammenhang mit dem Festbettabsorber 16 beschrieben.The treatment of the excess fuel vapor / air mixture during driving is described below in connection with the fixed bed absorber 16 .
Die Gase aus dem Tank 1 werden zur Vermeidung von Emissionen beim Betrieb von modernen Fahrzeugen mit Katalysator (KAT) über einen sogenannten kleinen Kohlekanister geführt. Hierzu wird an die Rohrleitung 6 aus einem Tank 1 für Ottokraftstoff nach dem Tropfenabscheider 10, bei modernen Pkw, eine weitere Leitung 13 angeschlossen, durch welche die überschüssigen Gase beim Betrieb eines Fahrzeuges mit Ottomotor über das jetzt geöffnete Ventil 15 dem Festbettabsorber 16 zugeführt werden. In dem Festbettabsorber 16 werden die verbliebenen dampfförmigen Schadstoffe des Gases absorbiert. Im allgemeinen wird hierfür Aktivkohle als Sorptionsmittel verwendet. Andere Sorptionsmittel sind Molekularsiebe und Harze mit feinporigen Strukturen. Bei jedem der möglichen Sorptionsmittel ist es wichtig, daß nach einer Betankung die flüssigen Anteile im Gas bei Wiederaufnahme des Fahrbetriebes im Tropfenabscheider 10 abgeschieden werden. The gases from tank 1 are routed through a so-called small coal canister to avoid emissions when operating modern vehicles with catalytic converters. For this purpose, a further line 13 is connected to the pipeline 6 from a tank 1 for gasoline fuel after the droplet separator 10 , in modern cars, through which the excess gases are fed to the fixed bed absorber 16 via the now open valve 15 when a vehicle with a gasoline engine is in operation. The remaining vaporous pollutants of the gas are absorbed in the fixed bed absorber 16 . Activated carbon is generally used as a sorbent for this purpose. Other sorbents are molecular sieves and resins with fine-pored structures. With each of the possible sorbents, it is important that after refueling the liquid components in the gas are separated off in the droplet separator 10 when driving operation is resumed.
Das gereinigte Gas verläßt den Festbettabsorber 16 z. B. mit der Verbrennungsluft über die Leitung 17, die zu dem nicht gezeigten, Motor führt. Über die Leitung 14 kann die Verbrennungsluft dem Absorber 16 zugeführt werden. Mit dieser sauberen Luft erfolgt im Betrieb des Fahrzeuges eine Desorption des Absorbers, und die zurückgewonnenen Schadstoffe können als Wertstoff im Motor verbrannt werden.The cleaned gas leaves the fixed bed absorber 16 z. B. with the combustion air via line 17 leading to the engine, not shown. The combustion air can be supplied to the absorber 16 via the line 14 . With this clean air, the absorber is desorbed while the vehicle is in operation, and the recovered pollutants can be burned as a valuable substance in the engine.
Ein weiterer Funktionsbedarf für den Absorber ergibt sich beim sogenannten Heißabstellen oder bei einer Erwärmung auf einem heißen Parkplatz. Dabei steigt der Dampfdruck über dem Kraftstoff 2 an und der Druckausgleich erfolgt nach Öffnen des Ventiles 15 über den Tropfenabscheider 10, die Leitung 13 in den Absorber 16.A further function requirement for the absorber arises in so-called hot parking or when heating in a hot parking lot. The vapor pressure rises above the fuel 2 and the pressure equalization takes place after opening the valve 15 via the droplet separator 10 , the line 13 into the absorber 16 .
In den Dieselfahrzeugen hat der Kraftstoff tiefere Dampfdrücke, so daß die Rückgewinnung von Dämpfen noch keine Bedeutung hat. Hier wird der Tropfenabscheider 10 für eine Emissionsminderung im verlaufe einer Betankung des Fahrzeuges genutzt. Auch bei Flugbenzin sind die Dampfdrücke höher, so daß die Rückgewinnung der flüssigen Emissionen von Bedeutung ist.In diesel vehicles, the fuel has lower vapor pressures, so that the recovery of vapors has no significance. The droplet separator 10 is used here for an emission reduction in the course of refueling the vehicle. The vapor pressures are also higher with aviation fuel, so that the recovery of liquid emissions is important.
Bei den beschriebenen Betriebszuständen der Kraftstoffanlage ist die Öffnung am Einfüllstutzen bei der Aufnahme der Zapfpistole nicht abgedichtet.In the operating conditions of the fuel system described the opening on the filler neck when receiving the nozzle not sealed.
Im folgenden wird anhand von Fig. 3 der Betriebszustand einer Betankung bei einer geschlossenen Verbindung zwischen Zapfpistole und Einfüllstutzen beschrieben.The operating state of refueling with a closed connection between the nozzle and the filler neck is described below with reference to FIG. 3.
In den meisten Fällen wird das Fahrzeug in betriebs-warmen Zustand an die Betankungsanlage angeschlossen. Dann kann bei einem Fahrzeug mit Kraftstoff-Einspritzpumpe der Inhalt des leeren Tankes auf über 50°C erwärmt sein. D.h. der Siedepunkt des Kraftstoffes wird vielfach erreicht. Bei diesen physikalischen Bedingungen ergibt sich im Freiraum 22 des Tankes 21 eine Konzentration an Benzindämpfen von 2,19 kg/m3 (Dampfdruck 0,95 bar). Über dem frischen Kraftstoff ist bei 20°C der Dampfdruck wesentlich tiefer. Bei einem Druck von 0,35 bar ergibt sich eine Konzentration an Benzindampf von 0,89 kg/m³. Durch Wärme- und Stoffaustauschvorgänge fallen also über 60% oder 1,3 kg/m3 bzw 1,3 g/l als feine Kondensattropfen in der Tankatmosphäre an. Dieses Kondensat kann nach Fig. 3 in dem Tropfenabscheider 23 zurückgewonnen werden.In most cases, the vehicle is connected to the refueling system when it is warm. Then the contents of the empty tank can be heated to over 50 ° C in a vehicle with a fuel injection pump. This means that the boiling point of the fuel is often reached. Under these physical conditions, there is a concentration of gasoline vapors of 2.19 kg / m3 (vapor pressure 0.95 bar) in the free space 22 of the tank 21 . At 20 ° C, the vapor pressure above the fresh fuel is significantly lower. At a pressure of 0.35 bar, the gasoline vapor concentration is 0.89 kg / m³. Heat and mass transfer processes result in more than 60% or 1.3 kg / m3 or 1.3 g / l as fine condensate drops in the tank atmosphere. This condensate can of FIG. 3 are recovered in the droplet 23rd
Vor der Betankung wird die Zapfpistole 25 in den Einfüllstutzen 24 eingeführt und der freie Querschnitt 27 durch ein Dichtelement 26 geschlossen, das z. B. durch eine Überwurfmutter 40 von oben angedrückt wird. Dieses Dichtelement kann aus einem elastischen gummi-ähnlichen Material, das als Kreisring ausbildbar ist, bestehen. Das Dichtelement kann an seinem äußeren Umfang mit dem Einfüllstutzen dichtend verbunden sein und am inneren Umfang durch ein Zusammendrücken von oben den Spalt 27 zur Zapfpistole 25 schließen. Dabei ist es möglich die Elastizität des Elementes durch ein Gas oder eine Flüssigkeit im Innern zu erhöhen.Before refueling, the nozzle 25 is inserted into the filler neck 24 and the free cross section 27 is closed by a sealing element 26 which, for. B. is pressed by a union nut 40 from above. This sealing element can consist of an elastic, rubber-like material that can be formed as a circular ring. The sealing element can be sealingly connected to the filler neck on its outer circumference and can close the gap 27 to the nozzle 25 on the inner circumference by compressing it from above. It is possible to increase the elasticity of the element by means of a gas or a liquid inside.
Nach dem Schließen des Einfüllstutzen erfolgt der Druckausgleich zur Umgebung über den Absorber 28, allgemein als Kohlekanister bezeichnet. Er hat eine Öffnung 29 zur Umgebung und ist über die Leitung 30 mit dem Tank 21 verbunden. Der Anschluß der Leitung 30 an den Tank 21 sollte oberhalb des Kraftstoffspiegels liegen. Hier wird der Tropfenabscheider 23 bevorzugt in die Leitung 30 eingebaut, so daß die abgeschiedene Flüssigkeit von hier in den Freiraum 22 des Tankes 21 zurücktropfen kann.After the filler neck is closed, the pressure equalization to the environment takes place via the absorber 28 , generally referred to as a coal canister. It has an opening 29 to the environment and is connected to the tank 21 via the line 30 . The connection of line 30 to tank 21 should be above the fuel level. Here the droplet separator 23 is preferably installed in the line 30 so that the separated liquid can drip back into the free space 22 of the tank 21 from here.
Durch die Temperatureinflüsse kann sich durch Kondensation zu Beginn einer Betankung im Tank ein Unterdruck bilden. Der Druckausgleich erfolgt dann über den Absorber 28. Die eintretende Luft nimmt dort durch Desorption Schadstoff auf und erhöht damit die Aufnahmefähigkeit des Absorbers 28 für die anfallenden, überschüssigen Dämpfe aus dem Tank 21. Mit dem Abschluß des Temperaturausgleiches und steigendem Flüssigkeitsniveau steigt auch der Druck im Tank 21 an und der Druckausgleich erfolgt in umgekehrter Richtung. Dabei werden die Tropfen im Tropfenabscheider 23 aus dem Gas abgeschieden, gelangen in den Tank zurück und die dampfförmigen Anteile werden wenigstens teilweise in dem Absorber 28 zurückgehalten. Für die optimale Emissionsminderung ist die Vermeidung von Leckagen zwischen dem Einfüllstützen 24 und der Zapfpistole 25 wichtig. Dabei wird die Ausbildung eines Unterdruckes durch die Strömungsbedingungen an der Zapfpistole 25 begünstigt. Der Druckunterschied kann durch die Ausbildung einer weiteren Verbindungsleitung 31 vom Tank 21 zu dem Einfüllstutzen 24 reduziert werden. Durch den Einbau eines weiteren Tropfenabscheiders 32 in diese Leitung bleiben die Zusammensetzung und die Dichte des Gases und somit die Strömungsbedingungen an der Zapfpistole über eine Betankung weitgehend konstant. Mit dem Anstieg des Füllstandes auf die Höhe der Eintrittsöffnung der Leitung 31 ändern sich die Strömungsverhältnisse, wie bereits in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben. Bei einem Anstieg der Tropfen im Stutzen 24 wird die Abstellautomatik in der Zapfpistole die Betankung beenden.Due to the temperature influences, a vacuum can form in the tank due to condensation at the beginning of refueling. The pressure equalization then takes place via the absorber 28 . The incoming air absorbs pollutant there by desorption and thus increases the absorptive capacity of the absorber 28 for the excess vapors from the tank 21 . With the completion of the temperature compensation and increasing liquid level, the pressure in the tank 21 also increases and the pressure compensation takes place in the opposite direction. The droplets are separated from the gas in the droplet separator 23 , return to the tank and the vaporous components are at least partially retained in the absorber 28 . Avoiding leakage between the filler neck 24 and the nozzle 25 is important for optimal emission reduction. The formation of a negative pressure is favored by the flow conditions on the nozzle 25 . The pressure difference can be reduced by forming a further connecting line 31 from the tank 21 to the filler neck 24 . By installing a further droplet separator 32 in this line, the composition and the density of the gas and thus the flow conditions at the fuel nozzle remain largely constant via refueling. As the fill level rises to the level of the inlet opening of line 31 , the flow conditions change, as already described in connection with FIG. 1. If the drops in the nozzle 24 rise, the automatic shut-off in the fuel nozzle will end the refueling.
Es ist auch, anders als in Fig. 3 dargestellt, möglich, die Entlüftung des Tankes über Ventile zu kontrollieren. Auch bei einem derartigen Be-/Entlüftungskonzept können die Tropfenabscheider vorteilhaft in die gasführenden Leitungen eingebaut werden. Das in Fig. 3 beschriebene Konzept mit einer Belüftung des Tankes hat jedoch den Vorteil, daß die überschüssige Luftmenge und Dampfmenge gering ist und keine Regel-Ventile erforderlich sind.Unlike in FIG. 3, it is also possible to control the ventilation of the tank via valves. Even with such a ventilation concept, the droplet separators can advantageously be installed in the gas-carrying lines. The concept described in Fig. 3 with a ventilation of the tank, however, has the advantage that the excess amount of air and amount of steam is small and no control valves are required.
Nach Beendigung des Betriebszustandes einer Betankung wird die Zapfpistole 25 aus dem Einfüllstutzen 24 entnommen und der Stutzen wird mit einem nicht gezeigten Deckel dicht verschlossen.After the operating state of a refueling has been completed, the nozzle 25 is removed from the filler neck 24 and the neck is sealed with a cover, not shown.
Im anschließenden Betrieb des Fahrzeuges müssen die in dem Absorber 28 gespeicherten Dämpfe desorbiert werden und der Verbrennung zugeführt werden. Hierzu führt von dem Absorber 28, über die Leitung 30, eine Leitung 39, mit einem Ventil 35 zu der Leitung 38 für Verbrennungsluft. Um die Verbrennungsluft, welche über die Leitung 29 in den Absorber 28 eintritt und diesen reinigt, von den mit Schadstoffen beladenen Gasen aus dem Tank 21 zu trennen, ist in die Leitung 30 ein Ventil 33 eingebaut. Dieses Ventil ist bei der Beladung des Absorbers im Verlaufe einer Betankung geöffnet und bei der hier besprochenen Desorption des Absorbers geschlossen. Von der Leitung 30 führt eine Verbindungsleitung 36 zu dem Ansaugstutzen 37 der Leitung 38 für Verbrennungsluft, die zu dem nicht gezeigten Motor führt. Dadurch, daß in dem Tropfenabscheider 23 die flüssigen Kraftstoffanteile aus dem überschüssigen Gemisch aus dem Tank 21 abgetrennt werden und die Be- und Entlüftung des Tankes jetzt über die Leitung 36 erfolgt, wird der Verbrennungsluft eine gleichmäßige Menge an Dämpfen zugeführt. Somit bringt die Tankentlüftung durch das Fehlen der Tropfen eine gleichmäßige Grundlast für die Verbrennung im Motor, so daß es möglich wird, den Verbrennungsprozeß im Motor zukünftig trotz der Zufuhr der Grundlast eindeutig zu regeln. Hierzu ist in die Leitung 36 ein weiteres Ventil 34 eingebaut, welches bei einer Betankung geschlossen ist.In the subsequent operation of the vehicle, the vapors stored in the absorber 28 must be desorbed and fed to the combustion. For this purpose, a line 39 with a valve 35 leads from the absorber 28 , via the line 30 , to the line 38 for combustion air. In order to separate the combustion air, which enters the absorber 28 via the line 29 and cleans it, from the gases laden with pollutants from the tank 21 , a valve 33 is installed in the line 30 . This valve is open when the absorber is being loaded during refueling and is closed during the desorption of the absorber discussed here. From the line 30 , a connecting line 36 leads to the intake port 37 of the line 38 for combustion air, which leads to the engine, not shown. Characterized in that the liquid fuel components are separated from the excess mixture from the tank 21 in the droplet separator 23 and the ventilation of the tank now takes place via the line 36 , the combustion air is supplied with a uniform amount of vapors. Thus, the lack of droplets causes the tank ventilation to produce a uniform base load for the combustion in the engine, so that it will be possible to clearly regulate the combustion process in the engine in the future despite the supply of the base load. For this purpose, a further valve 34 is installed in the line 36 , which valve is closed during refueling.
Unter diesen Bedingungen ist es prozeßtechnisch möglich, wie dargestellt, einen wesentlichen Teil der Verbrennungluft über den Leitungsweg 29, 28, 30, 35, 39, 38 über den Absorber zu führen und hierdurch den Absorber im Gegenstrom zu desorbieren.Under these conditions, it is technically possible, as shown, to conduct a substantial part of the combustion air via the conduit 29 , 28 , 30 , 35 , 39 , 38 via the absorber and thereby to desorb the absorber in countercurrent.
Dies ist eine spezielle Betriebsweise für einen Absorber, nämlich die Beladung und Entladung des Absorbers jeweils im Gegenstromprinzip, ohne daß zwangsläufig ein 2 ter Absorber erforderlich ist. Möglich ist diese Betriebsweise, weil die Gase aus dem Tank 21 bereits in dem Tropfenabscheider 23 vorgereinigt werden.This is a special mode of operation for an absorber, namely the loading and unloading of the absorber in each case in the countercurrent principle, without the necessity of a second absorber. This mode of operation is possible because the gases from the tank 21 are already pre-cleaned in the droplet separator 23 .
Wird das Fahrzeug abgestellt oder heiß-abgestellt, dann wird das Ventil 33 geöffnet, und die Ventile 34, 35 werden geschlossen. Die Be-/Entlüftung erfolgt in diesem Fall über den Absorber.If the vehicle is parked or parked hot, the valve 33 is opened and the valves 34 , 35 are closed. In this case, ventilation takes place via the absorber.
Die vorstehend gezeigte Verknüpfung von Absorber und Tank ist bei der Verwendung eines Tropfenabscheiders nicht zwingend. Auch bei anderen Entlüftungsprinzipien an Fahrzeugtanks z. B. bei Lkws bringt der Tropfenabscheider große Vorteile, weil der Kraftstoff zurück in den Tank 21, 1 gelangt.The combination of absorber and tank shown above is not mandatory when using a droplet separator. Also with other ventilation principles on vehicle tanks such. B. in trucks, the droplet separator brings great advantages because the fuel gets back into the tank 21 , 1 .
Es ist immer besser, aus dem Tank den Kraftstoff flüssig mit der Einspritzpumpe als dampfförmig mit der Verbrennungsluft in den Verbrennungsraum zu dosieren.It is always better to get the fuel liquid out of the tank Injection pump as a vapor with the combustion air in the Dosing the combustion chamber.
Außerdem wird vermieden, daß die schwer siedenden flüssigen Kraftstoffanteile die Austauschflächen eines Absorber für immer belegen, weil sie mit Luft bei Umgebungstemperatur nicht zu desorbieren sind.In addition, it is avoided that the high-boiling liquid Fuel shares the exchange surfaces of an absorber forever prove because they do not clog with air at ambient temperature are desorb.
Claims (18)
- - in die Rohrleitung des Kraftstoffdampf-/Luftgemisches ein Tropfenabscheider eingebaut ist,
- - das verdrängte Kraftstoffdampf-/Luftgemisch wenigstens teilweise bei den verschiedenen Betriebszuständen über diese Rohrleitung und den eingebauten Tropfenabscheider geführt wird,
- - und die flüssigen Kraftstoffanteile in dem Tropfenabscheider abgeschieden werden.
- - a droplet separator is installed in the pipeline of the fuel vapor / air mixture,
- the displaced fuel vapor / air mixture is at least partially guided through this pipeline and the built-in droplet separator in the various operating states,
- - And the liquid fuel components are separated in the droplet separator.
- - der Gaskreislauf über die Rohrleitung vor dem Erreichen des maximalen Füllstandes im Tank, durch die erschwerten Strömungs bedingungen am Eintrittsstutzen der Rohrleitung und/oder durch eine Trennwand, welche im oberen Teil des Tankes quer zur Strömungsrichtung eingebaut ist, langsam verringert wird,
- - und zum Auslösen der Abstellautomatik in der Zapfpistole, der Volumenstrom des überschüssigen Kraftstoffdampf-Luftgemisches wenigstens teilweise entgegen dem zuströmenden Kraftstoff im Einfüllstutzen geführt wird.
- the gas circuit via the pipeline is slowly reduced before the maximum fill level in the tank is reached, due to the more difficult flow conditions at the inlet connection of the pipeline and / or through a partition wall which is installed transversely to the flow direction in the upper part of the tank,
- - And to trigger the automatic shut-off in the nozzle, the volume flow of the excess fuel vapor-air mixture is at least partially guided against the inflowing fuel in the filler neck.
einem Tank zur Aufnahme des Kraftstoffes, an welchem neben der Kraftstoffentnahme-Einrichtung Mittel vorgesehen sind für die Befüllung des Tankes über einen offenen Einfüllstutzen und Mittel für den Abzug eines überschüssigen Benzindampf- /Luftgemisches über eine Rohrleitung, welche den Freiraum im Tank mit dem Einfüllstutzen verbindet, dadurch gekennzeichnet, daß
- - in die Rohrleitung ein Tropfenabscheider eingebaut oder nachträglich einbaubar ist,
- - die bei dem Einfüllvorgang des Kraftstoffes gebildeten Tropfen mit dem verdrängten Kraftstoffdampf-/Luftgemisch über die Rohrleitung und den Tropfenabscheider abführbar sind,
- - die Tropfen aus dem verdrängten Kraftstoffdampf-/Luftgemisch in dem Tropfenabscheider abscheidbar sind, und
- - Mittel vorgesehen sind, um den im Tropfenabscheider abgeschiedenen Kraftstoff dem flüssigen Kraftstoff im Tank zuzuführen.
a tank for holding the fuel, on which, in addition to the fuel extraction device, means are provided for filling the tank via an open filler neck and means for removing an excess gasoline vapor / air mixture via a pipeline which connects the free space in the tank to the filler neck , characterized in that
- - a droplet separator is installed in the pipeline or can be retrofitted,
- the droplets formed during the filling process of the fuel can be removed with the displaced fuel vapor / air mixture via the pipeline and the droplet separator,
- - The drops can be separated from the displaced fuel vapor / air mixture in the drop separator, and
- - Means are provided to supply the fuel separated in the droplet separator to the liquid fuel in the tank.
- - in die Öffnung ein Tropfenabscheider eingebaut ist oder in der an die Öffnung anzubauenden Rohrleitung zum Absorber einbaubar ist,
- - das überschüssige Kraftstoffdampf-/Luftgemisch mit den flüssigen Kraftstoffanteilen über die Öffnung und den Tropfenabscheider abführbar ist,
- - die flüssigen Kraftstoffanteile aus dem überschüssigen Kraftstoffdampf-/Luftgemisch in dem Tropfenabscheider abscheidbar sind, und
- - Mittel vorgesehen sind, um den im Tropfenabscheider abgeschiedenen Kraftstoff dem flüssigen Kraftstoff im Tank zuzuführen.
- a droplet separator is installed in the opening or can be installed in the pipeline to the absorber to be fitted to the opening,
- the excess fuel vapor / air mixture with the liquid fuel components can be removed via the opening and the droplet separator,
- - The liquid fuel components can be separated from the excess fuel vapor / air mixture in the droplet separator, and
- - Means are provided to supply the fuel separated in the droplet separator to the liquid fuel in the tank.
- - in die Öffnung ein Tropfenabscheider eingebaut ist oder in der an die Öffnung anzubauenden Rohrleitung zum Absorber einbaubar ist,
- - das überschüssige Kraftstoffdampf-/Luftgemisch mit den flüssigen Kraftstoffanteilen über die Öffnung und den Tropfenabscheider abführbar ist,
- - die flüssigen Kraftstoffanteile aus dem überschüssigen Kraftstoffdampf-/Luftgemisch in dem Tropfenabscheider abscheidbar sind, und
- - Mittel vorgesehen sind, um den im Tropfenabscheider abgeschiedenen Kraftstoff dem flüssigen Kraftstoff im Tank zuzuführen.
- a droplet separator is installed in the opening or can be installed in the pipeline to the absorber to be fitted to the opening,
- the excess fuel vapor / air mixture with the liquid fuel components can be removed via the opening and the droplet separator,
- - The liquid fuel components can be separated from the excess fuel vapor / air mixture in the droplet separator, and
- - Means are provided to supply the fuel separated in the droplet separator to the liquid fuel in the tank.
- - die bei dem Einfüllvorgang des Kraftstoffes gebildeten Tropfen mit dem verdrängten Kraftstoffdampf-/Luftgemisch über die Leitung und über den Tropfenabscheider abführbar sind,
- - die Tropfen aus dem verdrängten Kraftstoffdampf-/Luftgemisch in dem Tropfenabscheider vor Erreichen des Festbettabsorbers abscheidbar sind, und
- - die Oberflächen des Festbettabsorbers vor den schwer desorbierbaren flüssigen Kraftstoffanteilen schützbar sind.
- the droplets formed during the filling process of the fuel with the displaced fuel vapor / air mixture can be removed via the line and via the droplet separator,
- - The droplets can be separated from the displaced fuel vapor / air mixture in the droplet separator before reaching the fixed bed absorber, and
- - The surfaces of the fixed bed absorber can be protected from the difficultly desorbable liquid fuel components.
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