DE19647957A1 - Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kraftstoffbehälter für Kraftfahr­ zeuge gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Kraftstoffbehälter der vorgenannten Art sind aus der Praxis be­ kannt und die in Verbindung mit solchen Kraftstoffbehältern eingesetzten Entlüftungsventile der beschriebenen Art arbeiten auch durchaus zuverlässig in Bezug auf die Funktionen, ein Ein­ dringen von Kraftstoff in die Entlüftungsleitung sowohl bei Kurvenfahrt wie auch in Dachlagen des Fahrzeuges, d. h. beim so­ genannten Roll-Over zu verhindern. In Verbindung damit, daß die Entlüftungsventile bei üblichen Kraftstoffbehälterkonstruk­ tionen in deren bezogen auf die Einbaulage im Fahrzeug obersten Bereich, gegebenenfalls sogar in domartigen Ausnehmungen ange­ ordnet werden, besteht aber das Problem, mit solchen Ent­ lastungsventilen auch einen wirkungsvollen Schutz gegen Überbe­ tanken zu gewährleisten, wobei sicherzustellen ist, daß nicht nur eine übermäßige Befüllung vermieden wird, sondern für den gefüllten Tank in angemessener Zeit nach Abschließen des Befüllvorganges auch ein Anschluß an die Entlüftung, um z. B. bei hohen Außentemperaturen zu hohe Drücke im Behälter zu ver­ meiden. Dies gilt auch unter der Voraussetzung, daß beim Be­ tanken häufig gegen Ende des Betankungsvorganges durch eine stotternde Befüllung versucht wird, das vorhandene Tankvolumen bis zum Extrem auszunutzen, was bei bekannten Lösungen zur Folge haben kann, daß das Entlüftungsventil durch das Auftriebselement geschlossen gehalten wird.

Fehlfunktionen dieser Art sollen durch die Erfindung vermieden werden, und es soll für Kraftstoffbehälter der eingangs ge­ nannten Art eine Tankbelüftung verwirklicht werden, die einen sicheren Übertankschutz ergibt, und zwar bei Sicherstellung der notwendigen Tankbelüftung einerseits und der erforderlichen Auslaufsicherung andererseits.

Erreicht wird dies bei einem Kraftstoffbehälter gemäß dem An­ spruch 1, und zwar dadurch, daß ein Auftriebselement Verwendung findet, dessen nutzbares Auftriebsvolumen durch die Aufnahme von Kraftstoff veränderlich ist, derart, daß z. B. beim Be­ tankungsvorgang zunächst unter Nutzung des vollen Auftriebs­ volumens der Verschlußkörper in seine Schließlage gebracht wird und daß in der Folge das nutzbare Auftriebsvolumen derartig verändert wird, daß das den Verschlußkörper beaufschlagende Auftriebselement absinkt und den Verschlußkörper freigibt. Die Verringerung des nutzbaren Auftriebsvolumens erfolgt dadurch, daß das beim Betanken mit steigenden Füllstandsniveau in den Kraftstoff eintauchende Auftriebselement mit zunehmender Ver­ weilzeit im Kraftstoff sich allmählich mit Kraftstoff füllt. Dies kann durch entsprechende, als Drosseln wirkende Versor­ gungsbohrungen in dem als Hohlkörper ausgebildeten Auftriebs­ element geschehen, oder auch dadurch, daß das Auftriebselement durch eine Wandstruktur ganz oder teilweise begrenzt ist, die nur eine geringe Permeabilität für den Kraftstoff aufweist, so daß nur langsam eine Auffüllung des Auftriebsvolumens mit Kraftstoff erfolgt.

Entsprechend dem Füllvorgang verringert sich das nutzbare Auf­ triebsvolumen und es sinkt das Auftriebselement ab.

Da in soweit nur ein Teil des Auftriebsvolumens des Auftriebs­ elementes verbraucht wird, und das Absinken des Auftriebs­ elementes durch den zeitlichen Verzug zwischen dessen Befüllung mit Kraftstoff und dem Übertankungsvorgang erst nach Abschluß des Betankungsvorganges wirksam wird, ist das Auftriebselement bei fahrtbedingt auftretenden Erhöhungen des Füllstandsniveaus, z. B. bei Kurvenfahrt, mit seinem Restvolumen auch dann wirksam, wenn das Füllstandsniveau im Kraftstoffbehälter noch dem maxi­ malen Befüllungsniveau entspricht.

Ist das Füllstandsniveau im Kraftstoffbehälter unter diesen Pegel abgesunken, so verringert sich auch die Kraftstoffbe­ füllung im Auftriebselement, und dessen nutzbares Auftriebs­ volumen vergrößert sich entsprechend, da der Kraftstoff wieder aus dem Hohlvolumen des Auftriebselementes in den freien Be­ hälterraum zurückfließt.

Entsprechende Effekte lassen sich auch dadurch erzielen, daß zumindest ein Teil des Auftriebselementes durch offenporige, eine schwammähnliche Struktur aufweisende Materialien gebildet ist, so daß sich die Poren beim Eintauchen in den Kraftstoff langsam füllen können, andererseits aber auch wieder leer­ laufen, wenn der Kraftstoffspiegel entsprechend absinkt.

Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungs­ beispieles näher erläutert, das in schematisierter Darstellung einen Ausschnitt aus einem Kraftstoffbehälter eines Fahrzeuges und eines darin angeordneten Entlüftungsventils zeigt, wobei in

Fig. 1 das Entlüftungsventil in seiner Funktionsstellung als Übertankungsschutz gezeigt ist, und in

Fig. 2 eine Stellung des Ventiles dargestellt ist, in der das Ventil, in zeitlichem Versatz zur Beendigung des Betankungsvorganges, die Entlüftung wieder freige­ geben hat.

Fig. 3 veranschaulicht eine Ventilstellung mit geschlossener Entlüftung, ausgehend von einem Grundzustand gemäß

Fig. 2 bei durch Kurvenfahrt angehobenem Kraftstoff­ niveau, und

Fig. 4 zeigt das erfindungsgemäße System in einer Dachlage des Fahrzeuges (Roll-Over) bei durch Massekraft ge­ schlossenem Entlüftungsventil.

In den Figuren ist schematisiert ein Ausschnitt aus einem Kraftstoffbehälter 1 dargestellt, wobei - bezogen auf eine Nor­ malposition eines Fahrzeuges, in das der Kraftstoffbehälter 1 eingebaut ist und das hier nicht weiter dargestellt ist - dieser Kraftstoffbehälter 1 in seinem oberen Begrenzungsbereich ein Entlüftungsventil 2 aufweist, das mit einem Entlüftungs­ anschluß 3 versehen ist, der über eine hier nicht weiter darge­ stellte Entlüftungsleitung beispielsweise mit dem Ansaugsystem einer Brennkraftmaschine, einem Kohlefilter oder auch nur der Atmosphäre verbunden ist. Der Entlüftungsanschluß 3, hier dargestellt als Bestandteil des gegen den Tankinnenraum 5 of­ fenen Gehäuses 4 des Entlüftungsventiles 2, ist absperrbar durch ein als Kegel symbolisch dargestelltes Verschlußelement 6, dem ein Massekörper 7 zugeordnet ist. Dieser Massekörper 7 ist symbolisch durch eine Kugel dargestellt, die mit dem Ver­ schlußelement 6 verbunden ist; es ist im Rahmen der Erfindung aber selbstverständlich möglich, Verschlußelement und Masse­ körper zu einem Element zusammenzufassen. Verschlußelement 6 bzw. Massekörper 7 sind durch ein Auftriebselement 8 beaufschlagbar, das im Ausführungsbeispiel zweiteilig aufgebaut ist und aus zwei Schwimmern 9 und 10 besteht, die ihrerseits als Hohlkörper dargestellt sind. Der Schwimmer 9 ist in sich geschlossen, der Schwimmer 10 weist im Ausführungsbeispiel zwei Drosselbohrungen 11 und 12 auf. Der Querschnitt der Drossel­ bohrungen 11 und 12 ist so bemessen, daß der im Ausführungs­ beispiel ebenfalls als Hohlkörper dargestellte Schwimmer 10 über die eine oder die andere der Drosselbohrungen allmählich voll bzw. leer laufen kann. Hierunter ist zu verstehen, daß es einen Zeitraum von etwa 5 bis 15 Minuten, gegebenenfalls aber auch länger in Anspruch nehmen soll, bis der Schwimmer 10 über eine der Drosselbohrungen 11 oder 12 volläuft bzw. umgekehrt leerläuft, wobei dieser Zeitraum in Abhängigkeit von üblichen Betankungszeiten fahrzeugspezifisch auch länger oder kürzer sein kann.

Anstelle eines Hohlkörpers mit Drosselbohrungen können selbstverständlich auch andere als Schwimmer einsetzbare Auf­ triebselemente Verwendung finden, z. B. geschäumte oder schwamm­ artige Körper, die Hohlvolumina enthalten, die entsprechende Kraftstoffmengen aufzunehmen vermögen und deren Befüllung bzw. Entleerung vergleichbare Zeiten in Anspruch nimmt, so daß sich Funktionen einstellen, wie sie nachfolgend anhand der Fig. näher erläutert werden.

Fig. 1 zeigt eine Betankungssituation. Der insgesamt mit 1 be­ zeichnete Kraftstoffbehälter wird in üblicher und hier nicht weiter dargestellter Weise mit Kraftstoff gefüllt und das Kraftstoffniveau steigt dabei innerhalb des Kraftstoffbehälters allmählich an, d. h. es füllt sich der Kraftstoffbehälter unter Verringerung des Volumens zwischen Kraftstoffoberfläche und oberer Behälterbegrenzung, wobei, Öffnungslage des Entlüftungs­ ventiles 2 gemäß Fig. 2 unterstellt, die beim Betanken aus dem Kraftstoffbehälter verdrängten Gase über den Entlüftungs­ anschluß 3 des Entlüftungsventiles 2 aus dem Kraftstoffbehälter 1 entweichen.

Der Kraftstoffbehälter darf bei solchen Betankungsvorgängen nicht völlig mit Kraftstoff gefüllt werden, sondern es müssen gewisse Freiräume verbleiben, um temperaturbedingte Volumen­ schwankungen des Kraftstoffes auszugleichen sowie auch eine Ab­ führung von Luft und Gasen über das Entlüftungsventil zu ermög­ lichen, ohne daß gleichzeitig Kraftstoff mitgeführt wird.

Bezogen auf die Situation beim Betankungsvorgang erfüllt das Entlüftungsventil 2 die Funktion eines Übertankungsschutzes, wobei dies in Fig. 1 gezeigt ist. Die Funktion des Über­ tankungsschutzes wird dadurch sichergestellt, daß das Ent­ lüftungsventil 2 bei Erreichen eines gewissen Kraftstoff­ niveaus, hier des Niveaus 13 schließt, so daß die weitere Zu­ fuhr von Kraftstoff wegen des sich aufbauenden Gegendruckes nicht möglich ist.

Beim Betanken kommt von dem Auftriebselement 8 also zunächst nur der Schwimmer 10 in Kontakt mit dem Kraftstoff, er über­ trägt seine Auftriebskraft über das symbolisch dargestellte Ge­ stänge 14 auf den weiteren Schwimmer 9 und dieser wirkt auf Massekörper 7 und Verschlußelement 6, wobei letzteres in seine Schließlage gedrängt wird. Ist diese Schließlage erreicht, so ist noch ein gewisses Nachtanken möglich, bis letztlich auch über eine Stotterbetankung kein weiterer Kraftstoff mehr zuge­ führt werden kann. Es ist damit ein Übertankungsschutz sicher­ gestellt.

Nun darf eine solche Schließlage ausgehend von der geschil­ derten Situation nicht langfristig aufrecht erhalten werden, wenn ein unzulässiger Druckaufbau im Kraftstoffbehälter 1 ver­ hindert und eine Entgasung ermöglicht werden soll.

Im Hinblick auf diese Funktion ist der Schwimmer 10 mit den Drosselbohrungen 11 und 12 ausgestattet, so daß ausgehend von einer Situation gemäß Fig. 1 das symbolisch bei 15 darge­ stellte Kraftstoffniveau innerhalb des Schwimmers 10 allmählich ansteigen kann, bis eine Situation beispielsweise gemäß Fig. 2 erreicht ist, bei der das Kraftstoffniveau innerhalb des Schwimmers 10 nahe der Unterkante der Drosselbohrung 12 liegt. Mit dem Ansteigen des Niveaus des Kraftstoffes innerhalb des Schwimmers 10 taucht dieser tiefer in den Kraftstoff ein, ver­ liert somit also auch an Auftrieb und es ergibt sich letztlich eine Situation gemäß Fig. 2, in der der Schwimmer 10 über das Gestänge den Schwimmer 9 nicht mehr in Schließrichtung des Ven­ tiles beaufschlagt, sondern quasi im Gehäuse 4 nur noch hängt. Der Schwimmer 9 ist damit innerhalb des Gehäuses beweglich, und kann, da das Kraftstoffniveau 13 tiefer liegt, in die in Fig. 2 dargestellte untere Grenzstellung absinken, in der das Ent­ lüftungsventil voll geöffnet ist, über das Gehäuse 4 also eine Verbindung vom Innenraum des Kraftstoffbehälters 1 zum Ent­ lüftungsanschluß 3 besteht. Entsprechend dem Zeitraum, der nötig ist, um den Schwimmer 10 über die Drosselbohrung 11 ent­ sprechend zu befüllen, ist ein Übertankungsschutz gegeben und damit letztlich ein Nachtanken unmöglich. Dieser Zeitraum muß im Minimum dem Zeitabschnitt entsprechen, der üblicherweise für einen Betankungsvorgang mit voller Füllung des Kraft­ stoffbehälters nötig ist.

Wesentlich ist nun, daß unabhängig von der Übertankungsschutz­ funktion sichergestellt bleibt, daß z. B. auch bei extremer Kurvenfahrt mit entsprechend angestiegenem Kraftstoffniveau ein Ausfließen von Kraftstoff über das Entlüftungsventil mit Sicherheit ausgeschlossen wird. Diese Situation zeigt Fig. 3, wobei hier das Kraftstoffniveau mit 13 angedeutet ist, mit anderen Worten ein Kraftstoffniveau erreicht ist, bei dem der Schwimmer 9 des Auftriebselementes 8 vom Kraftstoff beauf­ schlagt wird. Entsprechend dieser Beaufschlagung wird das Ent­ lüftungsventil geschlossen, da über den Auftrieb des Schwimmers 9 das Verschlußelement 6 in seine Schließlage gedrückt wird.

Fig. 3 veranschaulicht, daß diese Funktion - Überlaufschutz in Kurven - unabhängig von der Ausgangslage für den Schwimmer 10 sichergestellt ist. Eine Ausgangslage gemäß Fig. 2 unterstellt- kraftstoffgefüllter Schwimmer 10, geringer Auftrieb -, also Kurvenfahrt bei im wesentlich gefülltem Tank, wird das Ver­ schlußelement 6 nur über den Auftrieb des Schwimmers 9 beauf­ schlagt. Ist die Ausgangslage eine andere, nämlich Kurvenfahrt aus einer Ausgangssituation heraus, bei der der Schwimmer 10 aufgrund des gegebenen Kraftstoffniveaus normalerweise nicht mehr gefüllt ist, sondern bereits leerlaufen konnte, so unter­ stützt der Schwimmer 10 den Schwimmer 9.

Neben dem Übertankungsschutz und der Auslaufsicherung bei Kurvenfahrt oder Schräglage des Fahrzeuges mit entsprechend hohem Kraftstoffniveau wirkt das erfindungsgemäße Entlüftungs­ ventil auch als Auslaufsicherung beim sogenannten Roll-Over, d. h. bei allen Kopflagen des Fahrzeuges. Diese Situation ist in Fig. 4 dargestellt, aus der ersichtlich ist, daß das Entlüf­ tungsventil 2 mit seinem Entlüftungsanschluß 3 nunmehr nach unten ragt und damit quasi unter dem Niveau 13 des im Kraft­ stoffbehälter 1 befindlichen Kraftstoffes liegt. Diese Situa­ tion unterstellt ergibt sich über das Auftriebselement 8, ge­ bildet durch die Schwimmer 9 und 10, keine Krafteinwirkung auf das Verschlußelement 6 in Richtung dessen Schließlage, vielmehr sind die Auftriebskräfte entgegengesetzt gerichtet. Das Ver­ schlußelement wird aber in dieser Kopflage über den Massekörper 7 beaufschlagt und durch diesen in seiner Schließlage gehalten.

Die Führung des Auftriebselementes 8 in seiner Lage zum Verschlußelement 6 durch das Gehäuse 4 ist in den Zeichnungen nur symbolisch dargestellt. Ebenso lassen die Zeichnungen offen, wie eine entsprechende Ausrichtung des Schwimmers 9 ge­ genüber dem Massekörper 7 bzw. dem Verschlußelement 6 in allen Betriebslagen erreicht werden kann. Zweckmäßig kann es hierzu sein, den Schwimmer 9 in seiner dem Massekörper 7 zugewandten Stirnfläche so auszubilden, daß sich gewisse Führungsfunktionen ergeben, beispielsweise, wie in Fig. 4 bei 16 strichliert angedeutet, durch entsprechende napfförmige Gestaltung der Stirnfläche 16.

Anzumerken ist noch, daß die zeichnerische Darstellung auch des Auftriebselementes 8 mit den Schwimmern 9 und 10 nur symbolisch ist und das es selbstverständlich möglich ist, diese Schwimmer­ elemente unter Berücksichtigung der vorgeschilderten Funktionen auch zu einem Element zusammenzufassen.

Claims (13)

1. Kraftstoffbehälter für Kraftfahrzeuge mit einem dem Behälter geordneten Entlüftungsventil, das selbsttätig in Abhängigkeit von dem im Behälter gegebenen Kraftstoffspiegel sowie schwer­ kraftabhängig bei Dachlage des Fahrzeuges verschließbar ist und das einen über ein Auftriebselement beaufschlagbaren Verschluß­ körper aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftriebselement (8) einen Volumenanteil (Schwimmer 10) aufweist, der in seinem nutzbaren Auftriebsvolumen durch die Aufnahme von Kraftstoff veränderlich ist.

2. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des nutzbaren Auftriebsvolumens des veränder­ lichen Volumenanteiles (Schwimmer 10) von der Höhe des Kraft­ stoffniveaus (13) sowie von Tauchtiefe und Verweilzeit des Auf­ triebselementes (8) im Kraftstoff abhängig ist.

3. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Auftriebselement (8) zwei voneinander getrennte Volumenanteile (Schwimmer 9, 10) aufweist, deren einer (Schwimmer 10) bezüglich seines nutzbaren Auftriebsvolumens veränderlich ist.

4. Kraftstoffbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die voneinander getrennten Volumenanteile des Auftriebs­ elementes (8) getrennten Auftriebskörpern (Schwimmer 9, 10) zugeordnet sind.

5. Kraftstoffbehälter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das bezüglich seines nutzbaren Volumens veränderliche Auf­ triebselement als zumindest teilweise offenporiger, schaum- oder schwammähnlicher Strukturkörper ausgebildet ist.

6. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bezüglich seines nutzbaren Volumens veränderliche Auf­ triebselement als Hohlkörper (Schwimmer 10) ausgebildet ist, der zumindest eine drosselnde Versorgungsöffnung (Drosselbohrung 11, 12) aufweist.

7. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als drosselnde Versorgungsöffnungen kraftstoffpermeable Wandstrukturen vorgesehen sind.

8. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als drosselnde Versorgungsöffnungen siebartige Wandstruk­ turen vorgesehen sind.

9. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als drosselnde Versorgungsöffnungen Drosselbohrungen (11, 12) vorgesehen sind.

10. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Auftriebskörper als voneinander unabhängige Schwimmer (9, 10) ausgebildet sind, von denen ein erster Schwimmer (9) in der Wirkungskette zwischen Verschlußelement (6) und dem anderen, zweiten Schwimmer (10) liegt.

11. Kraftstoffbehälter nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Schwimmer (10) als bezüglich seines nutzbaren Volumens veränderliches Auftriebselement ausgebildet ist.

12. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß von den Drosselbohrungen (11, 12) die eine Drosselbohrung (11) der Bodenzone des zweiten Schwimmers (10), bezogen auf die Normallage des Fahrzeuges, zugeordnet ist.

13. Kraftstoffbehälter nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß von den Drosselbohrungen (11, 12) die eine Drosselbohrung (12) der Deckenzone des Schwimmers (10), bezogen auf die Normallage des Fahrzeuges, zugeordnet ist.