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Die Erfindung betrifft eine Auffangvorrichtung und ein Verfahren zum Auffangen von in einem Strömungsweg eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigendem Kraftstoffdampf.
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Stand der Technik
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Kraftstoffausgasungen entstehen bei Kraftfahrzeugen deshalb, weil am Einbauort des Kraftstofftanks während des Betriebs des Verbrennungsmotors etwas höhere Temperaturen vorliegen als die Umgebungstemperatur. In der Regel treten am Einbauort des Kraftstofftanks Temperaturen von bis zu 50 °C, im Extremfall bis zu 70 °C auf, wobei es zur Verdampfung von Kraftstoff im Kraftstofftank kommt. Die Gesetzgebung schreibt vor, dass die Freisetzung von Kraftstoffdämpfen an die Umgebung durch technische Maßnahmen verhindert wird.
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Meist werden Aktivkohlefilter eingesetzt, die Kraftstoffdämpfe adsorbieren und somit die Freisetzung verhindern. Während des Betriebs des Verbrennungsmotors wird durch Ansaugen von Außenluft ein Unterdruck erzeugt, mit dem sowohl der Aktivkohlefilter desorbiert wird als auch Kraftstoffdämpfe aus dem Tank abgesaugt werden. Demzufolge entfaltet der Aktivkohlefilter seine Wirkung unmittelbar nach Abschalten des Verbrennungsmotors, wenn keine Absaugung mehr erfolgt, der Tank sich aber noch auf Betriebstemperatur befindet. Bei konventionellen Fahrzeugen ist das Abschalten des Verbrennungsmotors gleichbedeutend mit dem Abstellen des Fahrzeugs, wobei davon ausgegangen werden kann, dass nach Abstellen des Fahrzeugs der Kraftstofftank auf Umgebungstemperatur abkühlt.
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Bei niedrigen Außentemperaturen tritt nicht genügend Kraftstoffverdampfung auf, um eine störende Menge von Kraftstoffdampffreisetzung zu erzeugen. Hingegen muss bei konventionellen Fahrzeugen für erhöhte Außentemperaturen der Aktivkohlefilter so groß ausgelegt werden, damit er so viel Kraftstoff dampf aufnehmen kann wie in dem Zeitfenster zwischen Fahrzeugabstellen und Abkühlung des Kraftstofftanks auf ausreichend niedrige Temperatur entsteht.
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Bei Hybrid-Fahrzeugen gilt die oben getroffene Annahme nicht mehr, dass das Abschalten des Verbrennungsmotors gleichbedeutend mit dem Abstellen des Fahrzeugs ist. Das gilt auch schon für Mikro-Hybrid-Fahrzeuge mit einer Start-Stopp-Automatik.
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Bei den Betriebsweisen dieser Fahrzeugtypen kann es vorkommen, dass der Verbrennungsmotor ausgeschaltet ist, während das Fahrzeug für den Weiterbetrieb weitgehend auf Betriebstemperatur verbleibt. Es kommt also nach dem Abschalten des Motors nicht zu einer länger andauernden Abkühlung des Kraftstofftanks, weshalb die Zeitdauer verlängert wird, während der der Aktivkohlefilter Kraftstoffdampf aufnehmen muss. Zudem sind bei Hybridfahrzeugen die Motorbetriebszeiten kürzer, während derer der Aktivkohlefilter durch Luftansaugung wieder desorbiert wird.
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Die
DE 10 2010 006 042 A1 beschreibt ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, bei dem ein Aktivkohlefilter mindestens zwei Kammern umfasst, die durch mindestens ein Peltier-Element thermisch miteinander gekoppelt sind. Die beiden Kammern stehen direkt oder indirekt über eine weitere Kammer mit einem Frischluftanschluss in Verbindung. Darüber hinaus sind die beiden Kammern mit einem Saugrohr eines Motors oder mit einem Kraftstofftank verbindbar.
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Offenbarung der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung schafft gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 eine Auffangvorrichtung zum Auffangen von in einem Strömungsweg eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigenden Kraftstoffdampf mit: einer Wärmetransporteinrichtung, die an eine Wärmesenke eines Kühlkreislaufes des Kraftfahrzeuges gekoppelt ist und die dazu ausgelegt ist, eine Kühlung durch eine Mitnutzung des Kühlkreislaufes bereitzustellen, und einer in dem Strömungsweg des aufsteigenden Kraftstoffdampfs angeordneten Kondensationseinrichtung, die mit der Wärmetransporteinrichtung gekoppelt ist und einen mittels der bereitgestellten Kühlung kühlbaren Wärmeübertrager aufweist, der dazu ausgelegt ist, den aufsteigenden Kraftstoffdampf durch Kondensieren aufzufangen.
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Gemäß dem unabhängigen Anspruch 9 schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Auffangen von in einem Strömungsweg eines Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigenden Kraftstoffdampf mit den Schritten: Bereitstellen einer Kühlung durch eine Wärmetransporteinrichtung, die an eine Wärmesenke eines Kühlkreislaufes des Kraftfahrzeuges gekoppelt wird und dadurch den Kühlkreislauf mitbenutzt; und Auffangen des aufsteigenden Kraftstoffdampfs durch eine in dem Strömungsweg des aufsteigenden Kraftstoffdampfs angeordneten Kondensationseinrichtung, die mit der Wärmetransporteinrichtung gekoppelt wird und einen Wärmeübertrager aufweist.
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Bevorzugte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
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Vorteile der Erfindung
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Eine Idee der vorliegenden Erfindung ist es, eine Auffangvorrichtung zum Auffangen von Kraftstoffausgasungen aus dem Kraftstofftank von Kraftfahrzeugen mit einem Wärmeübertrager bereitzustellen, der austretenden Kraftstoffdampf vor Erreichen des Aktivkohlefilters herunterkühlt, um einen Teil des Kraftstoffdampfes zu rekondensieren, damit dieser in flüssiger Form in den Tank oder an anderer geeigneter Stelle in das Kraftstoffsystems zurückfließen kann. Dadurch wird der Aktivkohlefilter entlastet und muss weniger Kraftstoffdampf aufnehmen. Um die erwähnte Kühlung bereitzustellen, wird eine Wärmesenke auf niedrigem Temperaturniveau mitbenutzt.
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Vorteilhaft erlaubt dies, die Auffangvorrichtung zum Auffangen von aufsteigenden Kraftstoffdampf derart auszubilden, so dass die Größe des Aktivkohlefilters bei Hybridfahrzeugen nicht größer als bei konventionellen Fahrzeugen ist, ohne dass es zu einer erhöhten Kraftstoffdampffreisetzung kommt.
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Die Auffangvorrichtung sieht eine parasitäre Nutzung einer im Kraftfahrzeug vorhandenen Kühlung für die Kraftstoffkondensation vor. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass für die Kraftstoffkondensation eine geringe Wärmemenge abgeführt werden muss. Dies bedeutet, dass die Kraftstoffkondensation keine zusätzlichen Anforderungen an das im Kraftfahrzeug bereits vorhandene Kühlsystem stellt.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Auffangvorrichtung ferner eine Rückflusseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, den aufgefangenen Kraftstoffdampf in flüssiger Form in den Kraftstofftank zurückzuführen. Dies erlaubt, einen großen Anteil der Verdunstungsemissionen aufzufangen, die dann der Nutzung im Kraftfahrzeug zugeführt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist die Auffangvorrichtung ferner eine Rückflusseinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, den aufgefangenen Kraftstoffdampf in flüssiger Form in ein separates Speicherbehältnis oder in ein Niederdruck-Rail zurückzuführen. Dadurch ist in vorteilhafter Weise ein modularer Aufbau des Kraftstoffsystems ermöglicht.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetransporteinrichtung dazu ausgelegt, als den mitbenutzten Kühlkreislauf einen Kühlkreislauf eines elektrischen Energiespeichers des Kraftfahrzeuges zu verwenden. Dies erlaubt eine Nutzung von synergetischen Effekten beim Einsatz von unterschiedlichen Kühleinrichtungen des Kraftfahrzeuges.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Wärmetransporteinrichtung als ein Wärmerohr ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist die Kondensationseinrichtung zwischen dem Kraftstofftank und einer Aktivkohlefiltereinrichtung der Auffangvorrichtung angeordnet. Dies erlaubt vorteilhaft, dass weniger Kraftstoffdampf von der Aktivkohlefiltereinrichtung adsorbiert werden muss.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeübertrager der Kondensationseinrichtung als eine Kühlfalle ausbildet.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ist der Wärmeübertrager der Kondensationseinrichtung als ein von einem Kühlmittel durchströmtes Gitter oder als eine von einem Kühlmittel durchströmte Kühlplatte ausgebildet. Durch die Ausgestaltung des Wärmeübertragers in Form eines Gitters oder in Form einer Kühlplatte wird vorteilhaft eine hohe Kondensationsrate der aufsteigenden Kraftstoffdämpfe an dem Wärmeübertrager erreicht.
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Die beschriebenen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren.
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Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmalen der Erfindung.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die beiliegenden Zeichnungen sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung.
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Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die dargestellten Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Auffangvorrichtung zum Auffangen von in einem Strömungsweg des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigendem Kraftstoffdampf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine schematische Darstellung einer Auffangvorrichtung zum Auffangen von in einem Strömungsweg des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigenden Kraftstoffdampf gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; und
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3 eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Auffangen von in einem Strömungsweg des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigenden Kraftstoffdampf gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren der Zeichnung bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Elemente, Bauteile, Komponenten oder Verfahrensschritte, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
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Unter der Bezeichnung Kraftstoffdampf sind sämtliche gasförmige Emissionen zu verstehen, welche durch Verdampfung aus der im Kraftstofftank vorgehaltenen Menge an Kraftstoff hervorgegangen sind. Gleiches gilt für den Begriff Kraftstoffausgasung.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Auffangvorrichtung zum Auffangen von in einem Strömungsweg des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigendem Kraftstoffdampf gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
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Eine Auffangvorrichtung zum Auffangen von in einem Strömungsweg eines Kraftstofftanks 5 eines Kraftfahrzeuges aufsteigendem Kraftstoffdampf 7 umfasst eine Wärmetransporteinrichtung 30 und eine Kondensationseinrichtung 40 sowie eine Rückflusseinrichtung 60.
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Die Wärmetransporteinrichtung 30 ist beispielsweise an eine Wärmesenke 21 eines Kühlkreislaufes 20 des Kraftfahrzeuges gekoppelt und ist dazu ausgelegt, eine Kühlung durch eine Mitbenutzung des Kühlkreislaufes 20 bereitzustellen.
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Beispielsweise ist die Wärmetransporteinrichtung 30 als ein Wärmerohr oder eine sogenannte Heatpipe ausgebildet. Die Wärmetransporteinrichtung 30 kann als ein Wärmeübertrager ausgebildet sein, der unter Nutzung von Verdampfungswärme eines Stoffes eine hohe Wärmestromdichte erlaubt, d. h. auf kleiner Querschnittsfläche können große Mengen Wärme transportiert werden.
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Beispielsweise wird bei einer Ausbildung der Wärmetransporteinrichtung 30 in der Form einer Heatpipe durch Kapillare im inneren der Heatpipe nach dem Dochtprinzip eine Flüssigkeit zum Wärmetransport zu einer mit der Wärmetransporteinrichtung 30 verbundenen Wärmequelle zurückgeführt.
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Beispielsweise ist die Kondensationseinrichtung 40 aufgrund der in ihr erzeugten Kondensationswärme beim Kondensieren des aufsteigenden Kraftstoffdampfs 7 als eine Wärmequelle ausgebildet.
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Beispielsweise wird als Wärmesenke 21 eine in Hybridfahrzeugen vorhandene Lithium-Ionen-Batterie oder ein sonstiger zu kühlender elektrischer Energiespeicher verwendet. Die Lithium-Ionen-Batterie ist deshalb als Wärmesenke geeignet, weil davon ausgegangen werden kann, dass sie stets eine zur Kondensation von Kraftstoffdampf geeignete, ausreichend niedrige Temperatur aufweist. Zur Erhaltung der Lebensdauer und zur Sicherstellung einer optimalen Leistungsfähigkeit werden Lithium-Ionen-Batterien beispielsweise in einem Temperaturbereich von 15 bis 45 °C oder von 20 bis 25°C betrieben.
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Diese Temperaturbereiche sind zum Kondensieren von Kraftstoffdämpfen geeignet. Dabei kann als Kühlkreislauf 20 die Lithium-Ionen-Batterie direkt mit verdampfendem Kältemittel durchströmt werden in Form eines Batteriedirektverdampfers oder der Kühlkreislauf 20 wird mit einem Kältemittel-Kühlmittel-Wärmeübertrager aktiv heruntergekühlt. Die Auffangvorrichtung ist jedoch nicht von der Kühlmethode der Wärmesenke 21 bzw. der Lithium-Ionen-Batterie oder von der verwendeten Kühlmethode einer sonstigen als Wärmesenke 21 benutzten Einrichtung abhängig.
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Ferner kann die Wärmesenke 21 auch als ein Wärmeübertrager oder als ein bereits im Kraftfahrzeug vorhandener Kühler zur Wärmeabfuhr ausgebildet sein, um bei niedrigen Außentemperaturen auch ohne eine direkte Mitbenutzung des Kühlkreislaufs Wärme in die Umgebung des Kraftfahrzeugs abgeben zu können.
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Die Kondensationseinrichtung 40 ist beispielsweise in dem Strömungsweg des aufsteigenden Kraftstoffdampfs 7 angeordnet und mit der Wärmetransporteinrichtung 30 gekoppelt. Dabei wird mittels eines durch die bereitgestellte Kühlung kühlbaren Wärmeübertrager 41 der aufsteigenden Kraftstoffdampf 7 durch Kondensieren aufgefangen.
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Der Wärmeübertrager 41 der Kondensationseinrichtung 40 ist beispielsweise als ein von einem Kühlmittel durchströmtes Gitter oder als eine von einem Kühlmittel durchströmte Kühlplatte ausgebildet, wobei das Gitter bzw. die Kühlplatte mit dem aufsteigenden Kraftstoffdampf 7 in Kontakt kommt, wodurch der aufsteigende Kraftstoffdampf 7 an dem Gitter bzw. an der Kühlplatte kondensiert.
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Der Strömungsweg des aufsteigenden Kraftstoffdampfs 7 verläuft beispielsweise über eine Leitung 9 zu einer Aktivkohlefiltereinrichtung 50. Die Aktivkohlefiltereinrichtung 50 ist als Teil einer Betriebsentlüftung zur Entlüftung des Kraftstofftanks 5 während des Betriebes ausgebildet, auch Kraftstoffverdunstungsanlage genannt. Die Betriebsentlüftung ist im Allgemeinen am höchsten Punkt des Kraftstofftanks 5 angebracht. Die Aktivkohlefiltereinrichtung 50 ist beispielsweise mit einem Tankentlüftungsventil 51 und einem Diagnoseventil 52 gekoppelt.
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Der Kraftstofftank 5 umfasst ferner einen Einfüllstutzen 8, welcher über ein Einfüllrohr mit dem Kraftstofftank 5 gekoppelt ist. In dem Kraftstofftank 5 ist eine Menge 6 an Flüssigkraftstoff gespeichert.
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Die Rückflusseinrichtung 60 ist beispielsweise dazu ausgelegt ist, den aufgefangenen Kraftstoffdampf in flüssiger Form in den Kraftstofftank 5 zurückzuführen.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Auffangvorrichtung zum Auffangen von in einem Strömungsweg des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigenden Kraftstoffdampf gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Bei der in der 2 gezeigten Ausführungsform ist die Rückflusseinrichtung 60 der Auffangvorrichtung abweichend von der in der 1 gezeigten Ausführungsform dazu ausgelegt, den aufgefangenen Kraftstoffdampf in flüssiger Form in ein separates und als ein zusätzlicher Kraftstofftank ausgebildetes Speicherbehältnis 5a zurückzuführen. Das Speicherbehältnis 5a kann auch als Niederdruckrail eines Einspritzsystems ausgeführt sein, wobei das Niederdruckrail beispielsweise hinter einer elektrischen Kraftstoffpumpe angeordnet ist.
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Die weiteren in der 2 dargestellten Bezugszeichen sind bereits in der zu der 1 zugehörigen Figurenbeschreibung beschrieben und werden daher nicht weiter erläutert.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Flussdiagramms eines Verfahrens zum Auffangen von in einem Strömungsweg des Kraftstofftanks eines Kraftfahrzeuges aufsteigendem Kraftstoffdampf gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung
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Das Verfahren zum Auffangen von aufsteigenden Kraftstoffdampf 7 umfasst die folgenden Verfahrensschritte:
Als ein erster Verfahrensschritt erfolgt ein Bereitstellen S1 einer Kühlung durch eine Wärmetransporteinrichtung 30, die an eine Wärmesenke 21 eines Kühlkreislaufes 20 des Kraftfahrzeuges gekoppelt wird und dadurch den Kühlkreislauf 20 mitbenutzt; und
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Als ein zweiter Verfahrensschritt erfolgt ein Auffangen S2 des aufsteigenden Kraftstoffdampfs durch eine in dem Strömungsweg des aufsteigenden Kraftstoffdampfs angeordneten Kondensationseinrichtung 40, die mit der Wärmetransporteinrichtung 30 gekoppelt wird und einen Wärmeübertrager 41 aufweist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010006042 A1 [0007]
