DE3932062A1 - Umweltfreundlicher brennstofftank - Google Patents

Description

Normalerweise sind Brenntofftanks, insbesondere bei Kraftfahrzeugen, ge­ schlossene Behälter, die meistens nur über eine kleine Belüftungsöffnung mit der Außenluft in Verbindung stehen. Meist werden diese Belüftungs­ löcher noch mit einem Druckventil versehen, um eine Emission der Brenn­ stoffdämpfe in die Umgebung zu vermeiden.

Bei solchen Brennstofftanks ist naturgemäß ein Absaugen der Dämpfe aus dem Inneren der Tanks nicht möglich, da beim Absaugen ein Unterdruck ent­ stehen und wieder Luft durch die Belüftungslöcher einströmen würde.

Man beschränkt sich daher bisher auf ein Absaugen und Entsorgen der Brennstoffdämpfe, welche bei starker Erwärmung des Tanks austreten und führt diese über eine Verbindungsleitung der Brennkraftmaschine zu, um sie dort zu verbrennen.

Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, im Brennstoffbehälter einen flexiblen Luftbehälter, oberhalb des Brennstoffniveaus anzuordnen und im oberen Bereich des Tanks mindestens einen Absauganschluß vorzusehen.

Bei einer derartigen Kombination ist es nun möglich, im Tank befindliche Dämpfe abzusaugen, wodurch lediglich der Luftbehälter entsprechend dem abgesaugten Volumen, sich vergrößert.

Vorteilhaft ist die Anordnung des Absauganschlusses im Füllstutzen, um auch dort vorhandene Dämpfe absaugen zu können.

Um auch bei stehendem Motor austretende Brennstoffdämpfe zu binden und sie später zu entsorgen, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, in der Verbindungsleitung ein Adsorptionsfilter anzuordnen. Auch eine Anordnung eines solchen Filters im Nebenstrom der Verbindungsleitung dient der Lösung der Aufgabe der Erfindung, keine Benzindämpfe austreten zu lassen.

Erfindungsgemäß wird ferner vorgeschlagen, den Absauganschluß mit einem Flüssigkeitssperrventil zu kombinieren, um den Absauganschluß zu sperren, sobald alle Dämpfe abgesaugt sind und der Brennstoff den Absauganschluß erreicht.

Die Entsorgung der Brennstoffdämpfe kann in einfachster Weise dadurch erfolgen, daß der Absauganschluß mit einer Absaugeinrichtung ver­ bunden wird, wobei als Absaugeinrichtung bei einem Verbrennungsmotor die Luftansaugung für den Motor und der in dieser vorhandene Unter­ druck genutzt wird.

Auf diese Weise gelangen die Brennstoffdämpfe direkt in den Verbrennungs­ kreislauf des Verbrennungsmotors, werden dort verbrannt und ihre Energie genutzt.

Gleiches gilt für die Zuführung der abgesaugten Dämpfe zum Brenner einer Heizanlage.

Diese ideale Entsorgung vermeidet somit nicht nur schädliche Umwelt­ emissionen, sondern nutzt auch voll die Energie der auftretenden Dämpfe.

Eine andere alternative Lösung für die Zuführung der Dämpfe zu dem Ver­ brennungsmotor oder zu einer Heizanlage ist erfindungsgemäß, die Anord­ nung eines Venturirohres z.B. in einer der Brennstoffleitungen, wobei man den Absauganschluß mit dem Sauganschluß des Venturirohres verbindet.

Um bei abgeschalteter Absaugeinrichtung die Emission von Dämpfen aus den Verbindungsleitungen zwischen Absauganschluß und Absaugeinrichtung zu ver­ vermeiden, wird ferner erfindungsgemäß empfohlen, ein Ventil vorzusehen, welches bei fehlendem Unterdruck die Verbindung zwischen Absauganschluß und Absaugeinrichtung sperrt. Ein solches Ventil ist sinnvollerweise möglichst in der Nähe der Einmündung der Rohrleitungen in den Verbrennungs­ kreislauf anzuordnen.

Ein solches Ventil steuert auch die Speicherung von Brennstoffdämpfen, welche in diesem Fall von dem Adsorptionsfilter aufgenommen werden.

Als gleichwertig anzusehen ist eine getrennte Absaugeinrichtung, die dem gleichen Zweck dient und die mit dem Adsorptionsfilter luftschlüssig verbunden ist.

Eine solche Absaugeinrichtung, bestehend aus einer Saug- oder Druckpumpe, welche mit dem Adsorptionsfilter verbunden ist, kann erfindungsgemäß von einer vom Betankungsvorgang abhängigen Schaltvorrichtung betätigt werden, so daß sie nur während des Betankens eingeschaltet ist. Eine solche Schaltvorrichtung kann z.B. ein Kontakt sein, welcher mit dem Tankdeckel oder einer Abdeckklappe in Verbindung steht.

Eine weitere Verbesserung ist die Anordnung einer Dichtung im Füll­ stutzen, in welche die Füllpistole beim Füllen eingesteckt wird.

Eine solche Möglichkeit bestand bisher nicht, da die verdrängten Dämpfe aus dem Füllstutzen entweichen mußten. Luft wurde mit dem Füllstrahl mitgerissen. Durch die Dichtung im Füllstutzen kann keine Luft in den Tank mitgerissen werden, daher keine Vermischung mit entstehenden Dämpfen, daher keine Explosionsgefahr.

Zusätzlich wird durch das Füllen mit Dichtung der Luftbehälter sozusagen "unter Druck" gesetzt und die Luft aus dem flexiblen Luftbehälter herausgepreßt.

Die zusätzlich beim "Einsprudeln" des Brennstoffes in den Tank freige­ setzten Dämpfe, die sich außerhalb des Luftbehälters im Tank befinden, werden dadurch ebenfalls beschleunigt durch das Adsorptionsfilter ge­ drückt.

Um eine Beeinflussung des ruhigen Laufes der Brennkraftmaschine zu ver­ meiden, wird empfohlen, in der Verbindungsleitung zusätzliche Steuer­ mittel anzuordnen, die abhängig vom Motor-Betriebszustand die Brenn­ stoffdämpfe zu dosieren. Das können in bekannter Weise temperatur­ abhängige oder gemischabhängige Sensoren sein.

Fig. 1 zeigt eine beispielsweise, schematische Darstellung einer er­ findungsgemäßen Einrichtung.

Im Brennstoffbehälter (1) mit dem Füllstutzen (2), der normalerweise mit dem Deckel (10) dicht verschlossen ist, befindet sich ein dünnwandiger, flexibler Luftbehälter (5) der am Flansch (14) abgedichtet ist und mit der Außenluft über die Belüftungsöffnung (3) dauernd in Verbindung steht. Der Brennstoff (4) wird über das Brennstoffrohr (6) dem Verbraucher, z.B. einem Motor, zugeführt.

Beim Füllen bzw. beim Entleeren des Tanks durch die Brennstoffentnahme, wird sich die Hülle (7) des Luftbehälters (5) unter dem Einfluß des atmo­ sphärischen Druckes mehr oder weniger entfalten. Dabei werden mehr oder weniger Falten (9) entstehen, wie sie schematisch angedeutet sind.

Der vorliegenden Patentanmeldung gemäß besitzt der Brennstoffbehälter (1) einen Absauganschluß (24), der im schematischen Ausführungsbeispiel Fig. 1 direkt mit einem Flüssigkeitssperrventil (26) in Verbindung steht, welches in einfachster Weise aus einer leichten, schwimmenden Kugel (27) bestehen kann, die beim Absaugen der eventuell noch vorhan­ denen Dämpfe, von der Flüssigkeit hochgehoben und gegen den Ventilsitz (28) gedrückt wird, wodurch sie die Verbindungsleitung (25) sperrt. Die Verbindungsleitung (25) führt zu einem Unterdruckventil (31), welches normalerweise geschlossen ist, d.h. die Feder (30) drückt die Kugel (29) ebenfalls gegen einen Ventilsitz (28).

Das Ventil (31) steht unmittelbar mit dem Luftansaugrohr (33) des Motors in Verbindung, der die für den Verbrennungsvorgang erforderliche Luft über einen Filter (32) in Pfeilrichtung (34) zum Motor ansaugt.

Sobald der Motor läuft, wird durch den dann entstehenden Unterdruck das Ventil (31) geöffnet, und über die Verbindungsleitung (25) so lange Dämpfe aus der Dampfblase (35) im Brennstoffbehälter (1) abgesaugt, bis das Niveau (36) erreicht ist. Dieser Zeitpunkt ist in Fig. 2 dargestellt und zeigt, daß in diesem Zustand die Kugel (27) angehoben und auf dem Ventilsitz (28) aufliegt, wodurch ein weiteres Absaugen gesperrt wird.

Sollte durch Verdampfen, z.B. in Folge von Hitzeeinwirkung im Sommer, wieder Brennstoff verdampfen, so wird wieder eine Dampfblase (35) ent­ stehen, das Niveau des Brennstoffes wird absinken und das Ventil (26) wird wieder geöffnet und so den Absaugvorgang freigeben.

Bei stehendem Motor können z.B. beim Parken in heißer Sonne Benzin­ dämpfe entstehen, welche von dem schematisch dargestellten Adsorptions­ filter (65) in bekannter Weise gespeichert werden, bis sie später bei laufendem Motor wieder durch angesaugte Frischluft, welche durch den Anschluß (64) einströmen kann, ausgespült und dem Motor zur Verbrennung zugeführt werden.

In Fig. 1 ist auch die alternative Anordnung des Absauganschlusses (35) im Füllstutzen (2) dargestellt. Bei dieser Anordnung können auch Dampf­ reste aus dem Füllstutzen (2) zum größten Teil abgesaugt werden.

Fig. 2 zeigt die Anordnung eines Adsorptionsfilters, z.B. eines Aktiv­ kohlefilters (65) in der Verbindungsleitung (25). Solange die Schwimm­ kugel (27) den Ventilsitz (28) nicht sperrt, können Brennstoffdämpfe in das Aktivkohlefilter (65) gelangen. Schließt die Schwimmkugel (27), wird durch den Unterdruck im Ansaugrohr (32) bzw. im Venturirohr (41) Frischluft durch den Anschluß (64) eingesaugt und dadurch das Aktiv­ kohlefilter (65) regeneriert.

In Fig. 2 ist das Unterdruckventil (34) beim Venturirohr (41) ange­ schlossen, welches z.B. in der Brennstoffleitung (42) liegt und vom Brennstoff in Pfeilrichtung (40) durchströmt wird.

Die erfindungsgemäße Anordnung eines Brennstofftankes (1) mit einem flexiblen Luftbehälter (5) gestattet aber auch das Absaugen von Brenn­ stoffdämpfen aus dem Innenraum des Luftbehälters (5), indem ein Absaug­ rohr (38) vorgesehen wird, welches zweckmäßigerweise ebenfalls über ein Unterdruckventil (39) an eine Absaugeinrichtung angeschlossen wird, wie in Fig. 1 gezeigt.

Brennstoffdämpfe im inneren des Luftbehälters (5) können nur in sehr geringem Maße durch Diffusion des Brennstoffes in die Luftblase ge­ langen. Die beschriebene Anordnung mit einem Absaugrohr (38) ist im Sinne eigentlich nur als eine zusätzliche Vorsichtsmaßnahme zu werten.

Als ähnliche Vorsichtsmaßnahme ist die Anordnung des in Fig. 1 dar­ gestellten Sensors (43) zu verstehen, welcher über eine Verbindungs­ leitung (45) mit einer Alarmanzeige (44) in Verbindung steht.

Diese Alarmanzeige hat die Aufgabe, Treibstoffdämpfe zu melden, welche z.B. bei Beschädigungen des Luftbehälters (7) oder durch Langzeit­ diffusion auftreten würden.

Fig. 3 zeigt schematisch den einfachsten Aufbau eines erfindungsgemäßen Tanks (1) mit einer Luftbalse (7) in Kombination mit einem Aktivkohlefilter (65) und einer Entsorgung der Benzindämpfe in das Ansaugrohr des Kraftfahr­ zeugmotors mit dem minimalen Aufwand an Schaltmitteln.

Das Flüssigkeitssperrventil ist als einfaches Schwimmerventil dargestellt und sperrt die Leitung (25) sobald der Brennstoff (4) das Flüssigkeits­ sperrventil (26) erreicht. Das Magnetventil (47) hat die Aufgabe, die Absaugung der Benzindämpfe zum Motor erst dann freizugeben, wenn der Betriebszustand des Motors es gestattet. In diesem Beispiel ist die Lambdasonde (48) des Katalysators dafür bestimmend, ob dem Motor Benzin­ dämpfe mitzugeführt werden können.

Sobald das Absaugventil (47) Spannung erhält, kann der Motor Benzin­ dämpfe aus dem Tank (1) über das Flüssigkeitssperrventil ansaugen und der Verbrennung zuführen. Die Doppeldrossel (51) hat in den beiden Durchgangsrichtungen verschiedene Drosselwirkungen. Vom Aktivkohle­ filter (65) kommend kann auch bei starkem Unterdruck in der Leitung (25) nur eine geringe Luftmenge diese Doppeldrossel (51) durchströmen. Damit wird erreicht, daß ein ausreichender Druck zur Verfügung steht um die Benzindämpfe aus dem Tank (1) abzusaugen.

Die kleine Durchgangsmenge ist auch ausreichend um im Fahrbetrieb Frisch­ luft durch das Aktivkohlefilter (65) zu saugen und damit das Filter zu regenerieren, d.h. zu reinigen.

Andererseits ist beim Betanken der Drosselwiderstand der Doppeldrossel (51) in Richtung Aktivkohlefilter (65) gering, so daß verdrängte Benzindampf­ mengen aus der Dampfblase (35) leicht durch das Aktivkohlefilter (65) ver­ drängt werden können.

Eine besondere Bedeutung hat das Absaugrohr (38), welches im Luftbehälter (5) mündet und von dort Frischluft dem Aktivkohlefilter (65) beim Regene­ rieren zuführt. Dabei wird der Luftbehälter (5) durch Frischluft, welche durch das Ventil (66) einströmt "durchgespült".

Dem Ventil (66) kommt auch die Aufgabe eines "Überroll-Sicherheitsventil" zu. Ein solches Ventil ist vorgeschrieben, um beim Überrollen des Fahr­ zeuges das Austreten von Brennstoff zu verhindern.

In Fig. 3 ist auch dargestellt, wie man durch Einlagerung von elastischen Schaumstoffkörpern (53) die Einhaltung eines minimalen Ausdehnungsvolumens erreichen kann ohne komplizierten Entlüftungsaufwand.

Die Schaumstoffkörper (53) sind einfach in dem Luftbehälter (5) ein­ gelagert und sie verhindern beim Betanken, daß der Luftbehälter (5) vollständig zusammengedrückt werden kann. Erst ein höherer Überdruck wäre in der Lage, dieses Sicherheitsvolumen zu komprimieren.

Fig. 4 zeigt eine wesentlich erweiterte schematische Übersicht einer kompletten Anlage. Im Vergleich zu Fig. 4 sind einige wesentliche Verbesserungen dargestellt.

So wird beim Betanken eine Saugpumpe (58) eingeschaltet, sobald der Deckel (10) abgenommen wird und der Deckelkontakt (59) schließt. Die Saugpumpe (58) hat die Aufgabe, im Tank (1) entstehende Benzin­ dämpfe, welche sich außerhalb der Luftblase (5) befinden, über das Flüssigkeitssperrventil (26) abzusaugen und über das Sperrventil (56) und das Bypaßventil (54) dem Aktivkohlefilter (65) zuzuführen, wo sie adsorbiert werden. Auch in diesem Fall wird die gereinigte Luft nach dem sie das Aktivkohlefilter (65) durchströmt hat, über die Leitung (38) in die Luftblase (5) geführt und kann dann über das Ventil (66) ausströmen.

Die Steuerung über Magnetventile hat den Vorteil, daß eine solche Schaltung unabhängig von Drosselwirkungen ist, da die Ventile ein­ deutig entweder offen oder geschlossen sind.

In dem dargestellten Beispiel ist das Sperrventil (56) in stromlosem Zustand offen. Hingegen das Filterventil (55) ist in stromlosem Zustand geschlossen.

Beim Betanken wird normalerweise der Zündschlüsselkontakt (49) offen sein, so daß beide Ventile unabhängig von der Stellung des Niveau­ schalters (57) mit seinem Kontakt (62), stromlos sind. Auch das Absaug­ ventil (47) ist stromlos geschlossen und sperrt die Verbindung zum Ansaugrohr (32) des Motors.

Die Saugpumpe (58) sorgt somit während der gesamten Betankungsdauer, d.h. so lange der Tankdeckel (10) abgenommen ist, für einen Unterdruck im Tank (1), so daß keinerlei Benzindämpfe aus dem Füllstutzen (2) aus­ treten können.

Bei diesem Betriebszustand "Betanken" sorgt das Bypaßventil (54) für eine Verbindung von der Leitung (25) zur Leitung (52) und damit zum Aktivkohlefilter (65).

Die Saugpumpe (58) muß naturgemäß direkt am Batterieanschluß (61) liegen.

Sobald der Schwimmer des Flüssigkeitssperrventils (26) nach Absaugung der letzten Dämpfe, vom Brennstoff angehoben wird, sperrt es und es kann keine weitere Luft oder Benzindampfmenge durch das Aktivkohle­ filter strömen.

Beim Fahrbetrieb ist der Zündschlüsselkontakt (49) geschlossen und das Sperrventil (56) und das Filterventil (55) können Spannung erhalten, sobald der Niveauschalter (57) hochschwimmt und damit anzeigt, daß keine Dämpfe im Tank (1) außerhalb der Luftblase (5) vorhanden sind.

Das Sperrventil (56) ist nun stromdurchflossen geschlossen und das Filterventil (58) stromdurchflossen geöffnet. Damit sind die Voraus­ setzungen geschaffen, daß z.B. die Lambdasonde (48) das Absaugventil (47) öffnet um die im Aktivkohlefilter (65) adsorbierten Benzindämpfe auszuspülen. Dabei wird Luft über die Leitung (38) aus der Luftblase durch die stillstehende Saugpumpe (58) und das Aktivkohlefilter (65) angesaugt und gelangt über die Leitung (52) und das geöffnete Filter­ ventil (55) in die Leitung (25) und schließlich durch das Absaugventil (47) zum Ansaugrohr (32).

Selbstverständlich ist zu beachten, daß die Querschnitte und Durch­ gänge so auszulegen sind, daß weder eine zu intensive oder eine zu langsame Durchströmung erfolgt.

In diesem Beispiel ist wie in Fig. 3 das Durchspülen der Luftblase (5) mit Frischluft als zusätzliche Sicherheitsmaßnahme anzusehen.

Auch das Beispiel Fig. 4 kann nur als schematische Darstellung zum besseren Verständnis der beschriebenen Funktionen aufgefaßt werden. Alle Schaltelemente, die im Vergleich zu Fig. 3 zusätzlich angegeben sind, können je nach Wunsch und Zweckmäßigkeit ergänzt oder weggelassen werden.

Die Ansteuerung des Absaugventils (47) kann z.B. auch über eine Thermostat­ kombination in Abhängigkeit von der Motortemperatur gesteuert werden, anstelle der gezeigten Ansteuerung über die Lambdasonde (48) .

Auch die Schaltung der Bauelemente gegen die Masseanschlüsse (60) kann nach Bedarf variiert werden. Ebenso ist es möglich, das Schalt­ bild mit pneumatischen Ventilen und Bauteilen aufzubauen.

Trotz der im Prinzip einfachen Anordnung eines Luftbehälters in einem Brennstoffbehälter, sind die erfindungsgemäßen Konsequenzen und Möglichkeiten gravierend.

Man kann nun gefährliche und umweltschädliche Dämpfe aus dem Brenn­ stoffbehälter abpumpen, was bisher überhaupt nicht denkbar war und sie direkt einem Verbrennungsprozeß zuführen, unter voller Ausnutzung der sonst verlorengegangenen Energie. Man kann mit einfachen Mitteln eine hohe Betriebs- und Explosionssicherheit erreichen und eine latente Gefährdung beseitigen.

Vor allem ist es aber möglich, mit einem kleinen Adsorptionsfilter auszukommen, da praktisch nur die Mengen an Benzindämpfen adsorbiert werden müssen, die beim "Einsprudeln" des Brennstoffes in den Tank freiwerden. Die sonst bisher zu "verdrängenden" Benzindämpfe können erst gar nicht durch das Vorhandensein der Luftblase im Tank entstehen.

Claims (9)

1. Brennstoffbehälter mit einem oberhalb des Brennstoffniveaus liegenden Luftraum, der durch mindestens eine Verbindungsleitung zwecks Absaugung der im Tank befindlichen Brennstoffdämpfe mit der Brenn­ kraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß oberhalb des Brennstoffniveaus ein flexibler Luftbehälter angeordnet ist.

2. Brennstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adsorptionsfilter in der Verbindungsleitung angeordnet ist.

3. Brennstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Adsorptionsfilter im Nebenstrom der Verbindungsleitung angeordnet ist.

4. Brennstoffbehälter nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Luftraum oberhalb des Brennstoffniveaus niveauabhängige Steuermittel zur Durchfluß-Steuerung der Verbindungsleitung und/ oder des Adsorptionsfilters angeordnet sind.

5. Brennstoffbehälter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verbindungsleitung zusätzliche Steuermittel vorhanden sind, die abhängig vom Motorbetriebszustand gesteuert werden.

6. Brennstoffbehälter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Frischluftanschluß des Adsorptions­ filters im Inneren der Luftblase mündet.

7. Brennstoffbehälter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Adsorptionsfilter mit einer Saug- oder Druckpumpe luftschlüssig verbunden ist.

8. Brennstoffbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Saug- oder Druckpumpe mit einem vom Betankungsvorgang abhängigen Schaltelement betätigbar ist.

9. Brennstoffbehälter nach einem oder mehreren der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Alarmeinrichtung vorhanden ist, die Brennstoffdämpfe im Innern des Lufthälters meldet.