DE2063700A1

DE2063700A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Unterdrückung des Austritts von Kraftstoffdämpfen aus Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen

Info

Publication number: DE2063700A1
Application number: DE19702063700
Authority: DE
Inventors: Ted Vernon de Roselle Hl. Palma (V.SLA.). P
Original assignee: Universal Oil Products Co
Current assignee: Universal Oil Products Co
Priority date: 1969-12-29
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1972-07-06
Also published as: DE2063700C3; FR2074387A5; ZA708612B; SU362543A3; US3665906A; GB1325917A; CA936770A; DE2063700B2; ES386863A1; SE354503B

Description

Universal Oil Products Gompany 30 Algonquin Road, Des Piaines, Illinois (V.öt.A.)

Vorrichtung und Verfahren zur Unterdrückung des Austritts von Kraftstoffdämpfen aus Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen

Die Erfindung; bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Unterdrückung des Austritts von Kraftstoffdämpfen aus Kraftstoffsystemen von Brennkraftmaschinen, Insbesondere betrifft die Erfindung die Erneuerung eines Kohlenwasserstoff absorbierenden Ölfilms auf einem Dampfabsorber, um dadurch die Wirksamkeit des Absorbers hinsichtlich der Unterdrückung von Kraftstoffverlusten an die Atmosphäre zu erhöhen.

Bei Brennkraftmaschinen verdampft Kraftstoff aus dem Kraftstofftank, der ebenso wie die Motorabgase zur Luftverunreinigung und zur Smogbildung beiträgt* Diese Dämpfe, die im Englischen häufig "hot soak"-Verluste genannt werden, können durch die Anordnung verschiedener

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Arten von dampfabsorbierenden Materialien in den Entlüftungsleitungen vermindert werden, so daß die Dämpfe die Atmosphäre nicht erreichen. Die meisten Absorptionsmaterialien mit Ausnahme von Aktivkohle sind hydrophil und verlieren dadurch ihre Wirksamkeit der Kohlenwasserstoffabsorption. Nach der Erfindung wird ein stets wechselnder Ölfilm oder eine Ölschicht in Verbindung mit einem dampfabsorbierenden Filter vorgeschlagen, um die Wirkungsweise des letzteren zu verbessern. '

Absorptionseinrichtungen können von sehr unterschiedlicher Art und Bauform sein und können in verschiedener räumlicher Beziehung zum Motor und/oder zum Kraftstofftank angeordnet werden. Vergaser können z.B. in zweierlei Weise entlüftet werden, nämlich nach dem Prinzip der "inneren" Entlüftung und der "äußeren"Entlüftung. Im letzteren Falle kann ein geeignetes Absorptionsgehäuse neben dem Vergaser angeordnet sein, um sowohl Dämpfe aus dem Vergaser als auch aus der zum Kraftstofftank führenden Lüftungsleitung zu sammeln* Bei einem Vergaser mit innerer Belüftung kann die Absorptionsvorrichtung zweckmäßigerweise mit dem Luftfilter kombiniert werden, der sich normalerweise über dem Vergaser und dem Motor befindet.

Obwohl die Unterdrückung von Dampfemissionen schon in verschiedener Weise versucht wurde, ist es das Ziel der Erfindung, eine erhöhte Wirksamkeit durch Verwendung eines Ölfilms in Kombination mit einem Absorptionsfilter zu erreichen, derart, daß das Absorptiönsmaterial zumindest in zeitlichen Abständen mit einem frischen Ölfilm versorgt wird.

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In Weiterbildung der Erfindung wird ein ülkreis-1auf von dem Schmiersystem des Motors zum Absorptionsfilter vorgesehen, um diesen mit einem wechselnden Ölfilm zu versehen und seine Kraftstoffabsorption zu erhöhen, ferner soll das zirkulierende Öl von einem bystem entnommen werden, das eine Kurbelgehäuseentlüftung (positive crankcase vent) aufweist, so daß die in das Kurbelgehäuse des Motors gelangenden absorbierten Kraftstoffdampfe nach der Trennung vom Öl durch das Kurbelgehäuseventil in das Kraftstoffansaugsystem und von dort in den Motor gelangen.

Im allgemeinen ist das Schmieröl eines Fahrzeugmotors zufriedenstellend als Absorptionsmittel zum Zurückhalten von Kohlenwasserstoffdämpfen im Benzinverdampfungsbereich geeignet. Es können jedoch auch andere Ülarten und Kreislaufsysteme in Verbindung mit dem Dampf absorber im Rahmen der Erfindung verwendet i^erden.

Die Erfindung besteht somit aus einer verbesserten Kohlenwasserstoffdampf-Absorptionseinrichtung mit einer Absorptionsmaterial enthaltenden Zone, in die aus dem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine austretende Dämpfe gelangen,und ist dadurch gekennzeichnet, daß eine Ülversorgungsquelle mit Mitteln zur Verteilung von Öl auf den oberen Bereich des Absorptionsmaterials verbunden ist und daß Mittel zur Abfuhr des Öls aus dem unteren Bereich der Absorptionszone vorgesehen sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform empfängt die Dampfabsorptionsvorrichtung sowohl Dämpfe vom Schwimmergehäuse des Vergasers als auch vom Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Ölkreislauf vorgesehen ist, durch den dem Absorptionsmaterial zumindest in zeitlichen Abständen ein frischer Ölfilm zugeführt

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wird, so daß eine gute Absorptionswirkung aufrechterhalten wird. Es ist ferner von Vorteil, zumindest einen Teil des Schmieröls aus dem Schmiersystem -des Motors für den Ölfilm in der Dampfabsorptionsvorriclitung vorzusehen, so daß beim Betrieb des Motors eine" Erneuerung des Ölfilms und die Entfernung der vom Öl absorbierten Dämpfe in das Kurbelgehäuse des Motors erfolgt» Bei modernen Kraftfahrzeugen ist ein Kurbelgehäuseentlüftung vorgesehen, um Dämpfe aus dem Kurbelgehäuse abzuführen und in den Vergaser oder das Ansaugrohr einzuleiten, so daß diese Dämpfe verbrannt werden und nicht als smogbildende Bestandteile die Atmosphäre erreichen.J Wie in den US-Patentschriften 3 .:568 526, 5 456 635 und 3 4-77 210 beschrieben wird, ist es vorteilhaft, Dampfabsorptionseinrichtungen mit dem Luftfilter und mit dem Lufteinlaßsystem des Vergasers zu kombinieren. Indem.man die Absoptionsvorrichtung mit dem Luftfilter' baulich vereinigt oder damit kombiniert, erreicht man eine einfache Möglichkeit zum Sammeln der Dämpfe aus einem Vergaser mit innerer Entlüftung und eine selbsttätig wirkende Desorption, wenn der Motor oberhalb des Leerlaufbereichs betrieben wird und damit durch das Luftfilter Luft angesaugt wird. Eine Absorptionsvorrichtung oberhalb des Vergasers oder an dessen Seite kann mit einer Entlüftungsleitung für den Kraftstofftank oder mit einem Vergaser mit äußerer Entlüftung verbunden sein. Die Dämpfe werden dann ebenso entsprechend dem Luftstrom durch das Absorptionsfilter absorbiert und desorbiert. Wenn der warm gewordene Motor abgeschaltet ist oder mit geringer Drehzahl im Leerlauf betrieben wird, können austretende Dämpfe in dem J?ilter absorbiert werden. Bei nachfolgend höherer Drehzahl ist ein ausreichender Luftstrom durch das Filterelement vorhanden, so daß die desorbierten Dämpfe direkt in den Vergaser und in die Brennräume des Motors

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geleitet v/erden. Zur gleichen Zeit wird ein Ölstrom als Ölfilm oder Ülschicht über das Absorptionsmaterial und das verbrauchte, mit absorbierten Dämpfen beladene Öl in das Kurbelgehäuse und das Schmiersystem des Motors geleitet. Mit dem oben erwähnten Kurbelgehäuse-Entlüftungssystem wird das Öl von den absorbierten Dämpfen befreit.

Die Erfindung ist selbstverständlich nicht auf ein bestimmtes Absorptionsmaterial, über das der Öl— fluß nach der Erfindung geleitet wird, beschränkt. Das gleiche gilt für die Anordnung des Absorptionsmaterials. Die füllung des Puters kann aus Materialteilchen zusammengesetzt sein, z.B. aus Kugeln oder Körnern aus Kohlenstoff, Aluminium, Silizium oder Silizium-Aluminium, oder es kann ein poröses ffasermaterial in Form einer Matte, eines Stranges oder aus Einzelfasern oder gewelltes Papier gewählt werden. Die Absorptionsschicht kann ferner aus verschiedenen offenporigen Schaummaterialien, z*B. aus Polyuräthan, Polyäthylen oder Polystyrol bestehen. Es können ein oder mehrere Absorptionsmaterialkörper vorgesehen werden, sofern sie nur in geeigneter V/eise angeordnet werden, damit sie durch das zirkulierende Öl schnell mit einem Ölfilm beschichtet werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sollen nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen erläutert werden.

Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht einer Vergaser-Brennkraftmaschine mit einem im Schnitt dargestellten Luftfilter mit ölgetränktem Absorptionsmaterial_}

2 eine Abwandlung der Vorrichtung nach Fig· 1 mit einem besonderen, vom Luftfilter des Ver-

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gas er s getrennten Filter zur Absorption von ■ Kraftstoffdämpfen und

Fig. 3 die Vorrichtung der fig» 2 in einer anderen Sehaltstellung des Ventils 27.

In der Fig. 1 ist eine Brennkraftmaschine 1 mit einem Vergaser dargestellt, der einen Einläßstutzen 3 und ein Schwimmergehäuse 4 aufweist und ein Kraftstoffluftgemisch in das Saugrohr 5 leitet* Auf dem Einlaßstutzen 3 ist ein Luftfiltergehäuse 6 mit einem Lufteinlaßstutzen 7 und einem abnehmbaren Deckel 8 befestigt.

In dem Gehäuse 6 ist ringförmig ein Filterelement 9 angeordnet, durch das in'radialer Richtung die durch den Einlaßstutzen 7 eintretende Luft strömt und in deii Vergaserexnlaßstutzen 3 eintritt. Wenn der Motor abgeschaltet ist oder im Leerlauf betrieben wird, so werden Benzindämpfe aus dem Vergaser, z.B. aus dem Belüftungsrohr Ϊ0, wie durch gestrichelte Pfeile angedeutet ist* in das Innere des Gehäuses 6 aufsteigen und im Filter absorbiert werden. Damit das Absorptionsfilter 9 auch Dämpfe aus dem Kraftstofftank sammeln kann, ist eine Leitung 11 vorgesehen, die den Kraftstofftank mit dem oberen Teil des Vergasers oder, wie durch die gestrichelte Leitung 11' angedeutet ist, mit dem Gehäuse 6 verbindet .

Nach der Erfindung wird mittels eines perforierten Verteilerringes 12 über die Oberfläche des Filters 9 ein Ölstrom in das Filter eingeleitet* Der Verteilerring 12 hat einen U-förmigen Querschnitt. Er empfängt Öl aus der Leitung 13 und verteilt dieses Öl mittels der Löcher 14 über das Filter 9. Unter dem Filter 9 und innerhalb des Bodenteils des Gehäuses 6 ist ein nach unten durchgewölbter Ring 15 zum Sammeln des aus

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dem Filter 9 austretenden Öls vorgesehen, das durch die Leitung 16 in das Kurbelgehäuse 17 d.es Motors geleitet wird. Die Ölzuführleitung 13 ist im Bereich 1ö an den Kotor 1 angeschlossen und steht mit·einer Druckolversorgung des Motors in Verbindung, so daß bei laufendem Motor über die Leitung 15 eine ununterbrochene Frischölzufuhr zum Verteilerring 12 und zur Oberfläche des Filters 9 erfolgt.

Das ÖluMlaufsystem und die Kurbelgehäuseentlüftung des fiotors stellt vorzugsweise ein geschlossenes Entlüftungssystem dar, um die Entfernung der absorbierten Dämpfe aus den durch die Leitung 16 dem Kurbelgehäuse zugeführten Ülstrom zu gewährleisten. Hit anderen V/orten, es sollten eine Kurbelgehäuseentlüftungsleitung 19 mit einem Entlüftungs(PVC)-Ventil 20 und eine Leitung 21 vorgesehen sein, durch die freigegebene Dämpfe in das Saugrohr 5 des Motors 1 geleitet v/erden. Die Erfindung erhöht somit in zweifacher V/eise die Wirksamkeit der Sammlung von Benzindämpfen einer Lrennkraftmaschine. Einmal bewirkt der Luft-Ansaugstrom zum Vergaser eine teilweise Entfernung der absorbierten flüchtigen Benzindämpfe und fördert sie in den Vergaser und das Saugrohr des Motors· Zum andern werden die flüchtigen Benzindämpfe durch den Ölfilm auf der Oberfläche des Filters 9 absorbiert und dann durch die ülrückflußleitung 16 in das Kurbelgehäuse eingeführt, von v/o sie über das Kurbelgehäusebelüftungs(PVC)-Ventil 20 und die Leitung 21 in das Saugrohr des Motors eingeleitet und in den Zylindern verbrannt werden.

In den Fig. 2 und 3 ist wiederum ein Vergaser mit einem ochwimmergehäuse 23 dargestellt, dem Kraftstoff durch die Leitung 24- zugeführt wird. Am oberen

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Teil des Schwimmergehäuses ist eine Entlüftungsleitraig 26 angeschlossen, die über ein Zweiwegeventil 27 zu einer Leitung 28 (Fig. 2) oder wahlweise zu einer Leitung 26' (Fig. 3) führt. Die Leitung 28 führt zu einem Absorptionsfilter 29 mit Absorptionsmaterial 30$ das im wesentlichen alle darin eingeleiteten flüchtigen Kohlenwasserstoffdämpfe absorbiert. Das Absorptionsmaterial 30' im Gehäuse 29 erhält durch einen über die Leitung 31 zugeführten Ölstrom eine Ölbeschichtung» Der Ölstrom fließt durch die Leitung 32 Ab« Die Leitung 31 wird in nicht dargestellter Weise, vorzugsweise in ähnlicher Art wie in Fig. 1 dargestellt, durch das Schmiersystem des Motors gespeist*

Die Betätigung des Zweiwegeventils 27 kann durch ein Gestänge 33 erfolgen, das mit der Steuerung für die Drosselklappe oder einer anderen Steuerung, die sich entsprechend der Motordrehzahl verhält, verbunden ist. Es ist also vorgesehen, daß das Ventil 27 Kraftstoff dämpfe aus der Leitung 26"in das Absorptionsmaterial 29 einleitet, wenn der Motor abgestellt ist oder im Leerlauf betrieben wird. Wenn der Motor jedoch mit erhöhter Drehzahl läuft und das Gestänge von der in der Fig. 2 dargestellten Lage in die Lage der Fig. 3 gebracht ist, so wird der Strömungsweg im Ventil 27 derart geändert, daß Frischluft von Ansaugstutzen 3^ in das Gehäuse 29 durch das Absorptionsmaterial 30 zur Leitung 28 und von dort in die Leitung 35 strömt und eine zumindest teilweise Desorption der absorbierten Dämpfe bewirkt und sie in das Luftfilter _;2$.leitet, von wo aus sie möglicherweise den Vergaser und?(das Ansaugrohr erreichen. Zusätzlich zur Entfernung der in den Vergaser geleiteten Dämpfe findet, eine kontinuierliche Entfernung der durch den Ölfilm des Absorptionsmaterials 10 gebundenen Dämpfe über die Auslaßleitung 32 in das Kurbelgehäuse des Motors statt, von wo aus die Dämpfe

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über das Kurbelgehäuseentlüftungsventil zum Saugrohr, gelangen.

Das Absorptionsfiltergehäuse der Pig. 2 und 3 stellt nur eine Wahlmöglichkeit der/re'^a^iv zum Vergaser und zu dem in KLg. 1 dargestellten Motor dar. Auch andere Arten von Absorptionsfiltern oder kombinierten Absorptionsfilteranordnungen können dazu dienen, um nach der Erfindung KraftstoffdampfVerluste aus dem Vergaserbereich (hot-soak losses) und aus dem Kraftstofftank zu verhindern. Nach den Pig. 2 und 3 mündet die Tankentlüftungsleitung 36 in die Seitenwandung des Absorptionsfilters 29 ein. Die Einleitung der Kraftstoffdämpfe aus dem Tank kann aber auch in anderer Weise vorgenommen werden. In allen Pällen jedoch müssen die Absorptionsmaterialien von Öl durchströmt werden, um die Absorptionsfähigkeiten des Filtermaterials zu verbessern.

Obwohl bei der Ausführungsform der Pig. 2 und die Desorption in Abhängigkeit von der Motordrehzahl (oder Drosselklappenstellung) gesteuert wird, können andere Mittel vorgesehen werden, um die Absorption und Desorption in geeigneten Intervallen vorzunehmen. V/ahlweise kann z.B. ein elektrischer Magnetschalter vorgesehen werden, der das Ventil entsprechend der Abschaltung des Motors oder der Motordrehzahl steuert, um eine Luftreinigung in Verbindung mit einer zumindest intermittierenden ölzirkulation durch das Absorptionsmaterial während solcher Zeiten zu bewirken, während denen der Motor mit höheren Drehzahlen läuft«

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Claims

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Patentansprüche

Vorrichtung zur Unterdrückung des Austritts von Kraf1>e€off dämpf en aus Kraftstoff systemen von Brennkraftmaschinen mit einer Kohlenwasserstoffdampf-Absorptionseinrichtung, die eine Absorptionsmaterial enthaltende Zone auf v/eist, in die die aus dem Kraft st off sy st em austretenden Dämpfe eintreten können, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ölversorgungsquelle mit Mitteln (12 - 14; 31) zur Verteilung von Öl auf den oberen Bereich des Absorptionsmaterials (9, 30) verbunden ist und daß Mittel (15> 16; 32) zur Abführung des Öls aus dem unteren Bereich der Absorptionszone vorgesehen sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Absorptionseinrichtung Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank und dem Schwimmergehäuse (23) des Vergasers (2) zuführbar sind.
3- Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionseinrichtung ein. luftdurchlässiges Absorptionsmaterial (9, 30) enthält und mit der Luftansaugeinrichtung (6-8; 25) des Motors (1) verbunden'ist, damit die Ansaugluft einen Teil der in der Absorptionseinrichtung zurückgehaltenen Dämpfe desorbiert. -- "
4. Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Absorptionseinrichtung (29) getrennt vom Luftfilter (6 - 8) des Motors (1) vorgesehen und derart mit einem Ventil (27) verbunden ist, daß bei hohen Drehzahlen des Motors (1) sin Luftstrom durch die Absorptionseinrichtung zum Luftfilter erzeugt wird.

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5· Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet» daß das Motorluftfilter (6 - 8) als Absorptionsfilter benutzt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 ~ 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Öl für die Ölschicht vom Kurbelgehäuse (17) des Motors (1) zugeführt wird und daß das abgeführte Öl in das Kurbelgehäuse zurückgeleitet wird,
7· Vorrichtung nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse (17) ein geschlossenes Entlüftungssystem (20, 21) aufweist, durch das aus dem Kurbelgehäuse ausströmende Dämpfe in das Saugrohr (5) des Motors (1) geleitet werden.
S. Vorrichtung nach Anspruch 1 - 7j dadurch gekennzeichnet, daß das Öl aus dem Kurbelgehäuse (17) vom Auslaß der Motorölpumpe entnommen wird, um beim Betrieb des Motors (1) einen kontinuierlichen Strom durch die Absorptionseinrichtung zu leiten,
9« Vorrichtung nach Anspruch 1-8, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial (9j 30) in der Absorptionseinrichtung aus Kohlenstoff, Aluminium, Silizium, Silizium-Aluminium, eine poröse Matte, gewelltes Papier, Polyuräthanschaum, Polyäthylenschaum, Polystyrolschaum oder einem ähnlichen Material besteht.
10. Verfahren zur Unterdrückung von Emissionsverlusten aus dem Kraftstoffsystem einer Brennkraftmaschine durch Berührung)mit einem Absorptionsmaterial, insbesondere in Verbindung mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial zumindest in zeitlichen Abständen mit Öl beschichtet \iird und das Öl danach von dem Absorptionsmaterial abgezogen wird.

der Kraftstoffdämpfe

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11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Emissionsverluste aus dem Kraftstofftank und dem Schwimmergehäuse des Vergasers stammen.
12. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß ein luftdurchlässiges Absorptionsmaterial verwendet wird, das mit der Luftansaugeinrichtung des Motors (1) in Verbindung steht, damit die Ansaugluft einen Teil der in dem Absorptionsjnaterial zurückgehaltenen Dämpfe desorbiert.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Absorptionsmaterial· getrennt vom Luftfilter des Motors vorgesehen und derart mit einem Ventil verbunden ist, daß bei hohen Drehzahlen des Motors ein Luftstrom durch das Absorptionsmaterial zum Luftfilter erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Motorluftfiltermaterial als Absorptionsmaterial benutzt wird.
15· Verfahren nach Anspruch 11 - 14, dadurch gekennzeichnet, daß das öl für die Ölschicht vom Kurbelgehäuse des Motors zugeführt wird und das' abgeführte öl in das Kurbelgehäuse zurückgeleitet wird.
16. Verfahren nach Anspruch 11 - 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Kurbelgehäuse ein geschlossenes Entlüftungssystem aufweist, durch das aus dem Kurbelgehäuse ausströmende Dämpfe in das Saugrohr des Motors geleitet werden.
17. Verfahren nach Anspruch 11 - 16, dadurch gekennzeichnet, daß das öl aus dem Kurbelgehäuse vom

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Auslaß der Motorölpumpe entnommen wird, um beim Betrieb des Motors einen kontinuierlichen Strom durch das Absorptionsmaterial zu leiten»
18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Absorptionsmaterial Kohlenstoff, Aluminium,~Silizium, Silizium-Aluminium, eine poröse Matte, gewelltes Papier, Polyuräthanschaum, Polyäthylenschaum, Polystyrolschaum oder ein ähnliches Material gewählt ist.

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Leersei'te