DE4142017A1 - Vorrichtung zur reduzierung der emission beim betanken von kraftfahrzeugen - Google Patents

Description

Die beim Betanken auftretende Emission hat ihre Ursache darin, daß beim Füllen des Tanks durch den einfließenden Kraftstoff ein gleichgroßes Volumen mit Kraft­ stoffdämpfen gesättigter Luft verdrängt wird und ohne besondere Vorkehrungen an die Umwelt abgegeben wird.

Grundsätzlich gibt es zwei Möglichkeiten, diese Emission zu vermeiden bzw. zu re­ duzieren. Die eine Möglichkeit ist das sog. Gaspendelsystem, bei dem die Kohlen­ wasserstoffdämpfe in den Tank der Tankstelle und von dort aus über den Tankwa­ gen der Raffinerie zurückgeführt werden, wo sie in einer besonderen Anlage auf­ bereitet werden. Die andere Möglichkeit ist, die Dämpfe über ein fahrzeugseitig angebrachtes Adsorptionsfilter zu leiten und dieses Filter beim Fahren durch die vom Motor angesaugte Luft zu desorbieren.

Beim Gaspendelsystem wird Fremdluft mitangesaugt, so daß ein Teil des Ge­ mischs abgeblasen werden muß, da wegen der Fremdluft das Gasvolumen größer ist als jenes des abgegebenen Kraftstoffs. Deshalb beträgt heute der Wirkungs­ grad kaum mehr als 70%, wobei allerdings noch einige Verbesserungen möglich sind. Problematisch ist auch die Rückgewinnung in der Raffinerie. Die klassischen Verflüssigungsmethoden können die von der TA-Luft verlangte Konzentration (150 mg/m³) bei weitem nicht erreichen, so daß zusätzliche Adsorptionsanlagen unum­ gänglich sind.

Aber auch ein im Kraftfahrzeug installiertes Adsorptionsfilter ist nicht problemlos. Neben der Notwendigkeit eines hermetisch abschließenden Betankungssystems, muß ein Gasvolumen von ca. 1 l/sekunde über das Filter geleitet werden, ohne daß sich ein wesentlicher Gegendruck aufbaut. Letzteres läßt sich in Form einer Schüttung nur mit großen Behältern und größeren Adsorberteilchen erreichen. In der DE-OS 38 13 563 werden Adsorptionsfilter beschrieben, mit als besonderes Kennmerk kleine Adsorberteilchen, die auf einer dreidimensionalen Matrix fixiert sind. Diese Filter haben bei sehr großer Wirksamkeit einen extrem niedrigen Druckabfall. Die DE-OS 41 01 658 besagt, daß die erwähnten Filter sich gut eignen, um die Kraftemission von Kraftfahrzeugen zu vermindern. Es stehen also geeigne­ te Filter zur Verfügung. Darüberhinaus verlangen aber die großen Volumenströme Leitungen mit großem Durchmesser und den dazugehörenden Ventilen. Solche Leitungen sind im Falle eines Crash nicht ganz unproblematisch - sie sind zeitwei­ se mit explosivem Gasgemisch gefüllt - aber auch die Konstruktion von Ventilen mit großem Durchfluß beinhaltet Schwierigkeiten.

Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für die genannten Schwierigkeiten Abhilfe zu schaffen.

Die erfindungsgemäße Problemlösung macht von den unbegrenzten Möglichkei­ ten der Formgebung des Materials der DE-OS 38 13 563 Gebrauch: Das Filter, in Form einer Platte, wird entweder direkt im Tank oder außen am Tank anliegend an­ geordnet und zwar so, daß die beim Betanken aus dem Tank austretenden Gase direkt an dem einen Ende der Filterplatte - also ohne jede Leitung bzw. Ventil - in diese eintreten können, das Filter in seiner ganzen Länge durchströmen und am anderen, offenen Ende in die Atmosphäre austreten. In der Nähe des Gaseintritts befindet sich die Saugleitung zum Motor. Besteht im Tank Überdruck, so wird bei laufendem Motor dieser Überdruck abgesaugt und es gelangen nur wenig Kohlen­ wasserstoffe in das Filter. Ist der Überdruck im Tank abgebaut, so saugt der Motor im wesentlichen Luft durch die Filterplatte und zwar in umgekehrter Richtung zur Adsorption.

Durch die Wahl besonders leicht desorbierbarer Adsorber sind keine großen Luft­ mengen zur Desorption erforderlich. 50 "Bettvolumen" reichen aus, um eine De­ sorption von annähernd 90% der Gesamtmenge der adsorbierten Butane und Pentane zu desorbieren. Da die Absaugung mit sinkendem Überdruck im Tank sich von selbst und völlig kontinuierlich vom Tank auf das Filter umschaltet, werden die gefürchteten "Butanspitzen" auf die die Lambdasonde nicht schnell genug rea­ gieren kann, vermieden. Komplizierte Ventile werden nicht benötigt. Allenfalls emp­ fiehlt sich ein Explosionsschutz.

Eine bevorzugte Lösung sieht wie folgt aus: In eine auf den Tank aufgeschweißte Tasche von 55 mm Länge, 200 mm Breite und 20 mm Höhe, die an einem Ende über die volle Breite mittels eines 10 mm breiten Schlitzes mit dem Tank in Verbin­ dung steht und am anderen Ende offen und lediglich gegen größere Partikel und Spritzwasser geschützt ist, befindet sich eine flexible Filtermatte, die zwecks Errei­ chen der erforderlichen Dichtigkeit, vor dem Einbringen eine ca. 5% größere Dicke und Breite als die Tasche hatte. Die zum Motor führende Absaugung befindet sich am gleichen Ende wie der Eintrittsschlitz für die Benzindämpfe. Die Absaugrate ist so bemessen, daß der Unterdruck im Filterelement weniger als 2 Pascal beträgt.

Selbstverständlich könnte die Filterplatte im Tank selbst untergebracht sein, was aber zu einer weniger leichten Austauschbarkeit des Filters führt.

Von großer Wichtigkeit ist eine Vorrichtung, die verhindert, daß beim Betanken bzw. bei besonders starker Schräglage kein flüssiges Benzin in das Filter gerät. Da die­ ses Problem auch bei klassischen Anordnungen auftritt, und dem Fachmann meh­ rere Lösungen zur Verfügung stehen, wird hierauf nicht näher eingegangen.

In dem beschriebenen Zweck haben sich als Adsorber "poröse Polymere" beson­ ders geeignet. Die wesentlichen Komponenten der Tankemission sind Butane und Pentane. Um diese ausreichend adsorbieren, aber auch wieder desorbieren zu können, sind bei Aktivkohle Porendurchmesser von 20-50 Å erwünscht. Kleiner Poren lassen sich nur schwer desorbieren, was einem Kapazitätsverlust gleich­ kommt. Es ist aber unmöglich, Aktivkohlen mit Poren von 20-50 Å herzustellen, die nicht gleichzeitig viele wesentlich kleinere Poren hätten. Anders ist es bei den erwähnten "porösen Polymeren". Diese werden aus Styrol/Divinylbenzol herge­ stellt, wobei die Vernetzung so bemessen ist, daß die Poren (Hohlräume zwischen den Polymerketten) fast ausschließlich in den gewünschten Bereich fallen. Die ku­ gelförmigen Adsorber mit ca. 0,5 mm Durchmesser sind ihrerseits aus mikrosko­ pisch kleinen Kügelchen aufgebaut, zwischen denen mit Mesoporen vergleichbare Kanäle existieren, die für eine gute Kinetik sorgen. Nach diesem Prinzip aufgebau­ te poröse Polymere besitzen innere Oberflächen von 1000 m² und mehr.

Die Verwendung poröser Polymere mit maßgeschneiderten Poren sowie das Prin­ zip der Trägermatrix machen die Konstruktion von Filtern mit zum Auslaß hin ab­ nehmenden Porendurchmessern möglich. Auf diese Weise werden höher sieden­ de Komponenten am Filtereintritt adsorbiert, wo sie dank der größeren Poren, auch wieder desorbiert werden können. Solche mehrlagigen Filter sind in der DE OS 41 01 698 beschrieben.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur Verhinderung der Kraftstoffemission von Kraftfahrzeugen durch ein Adsorptionsfilter, welches beim Fahren durch vom Motor angesaug­ te Luft desorbiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß sich das Filter in Form einer Platte, Quader oder Zylinder, aus einem dreidimensionalen offenpori­ gen Träger mit daran fixierten Adsorbern bevorzugterweise in einer flachen Tasche im Tank selbst bzw. an der Außenseite der Tanks befindet und an der Eingangsseite auf kürzestem Weg mit dem Tank in Verbindung steht.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Tasche an der Tankwand aufgeschweißt ist und am zum Tank offenen Ende eine Falle für flüssiges Benzin, am anderen, nach außen führenden Ende einen Schutz gegen Partikel bzw. Spritzwasser und eine Absaugung in der Nähe des Filter­ eingangs aufweist.

3. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Adsorber Aktivkohle mit zahlreichen großen Mikroporen im Bereich 20-50 Å sind.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Adsorber poröse Polymere auf Basis Styrol/- Divinylbenzol sind.

5. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Porengröße der Adsorber vom Eingang des Filters zum Ausgang hin abnimmt.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß der Motor ständig Luft ansaugt, so daß neben der Desorption des Filters auch gleichzeitig im Tank vorhandener Überdruck ab­ gesaugt wird und keine Desorptionsspitzen auftreten.

7. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ohne Ventil arbeitet.