SE507302C2 - Ventilationsanordning för ett bränslesystem till en förbränningsmotor - Google Patents

Description

so? 3029 10 15 20 25 30 35 2 Eftersom miljölagarna införda av myndigheterna, speciellt myndigheterna i Kalifornien, vilka föreskriver extremt låga gränsvärden för utsläpp av bränsleångor, i framtiden kan förväntas bli ännu hårdare, fordras adsorptionsfilter av stor volym för att uppfylla dessa gränsvärden. Dessa gränsvärden får inte överskridas vare sig vid påfyllning av bränsle- tanken, eller då förbränningsmotorn är avslagen eller under drift av förbränningsmotorn. I avsikt att uppfylla dessa gränsvärden och, speciellt med anledning av säkerheten för de som använder fordonet, är det nödvändigt att placera båda adsorptionsfiltren i närheten av bränsletanken hos motorfor- donet. I fallet med ventilationsanordningen beskriven i ~_inledningen, är både adsorptionsfiltret av liten och det av stor volym av dessa anledningar placerat i närheten av bräns- letanken, vilket medför att ett relativt långt avtappningsrör blir nödvändigt för att ansluta adsorptionsfiltret av liten volym till regenereringsventilen som är placerad i området av insugningsröretröret. Det skulle inte vara lämpligt att anordna adsorptionsfiltret av liten volym i närheten av förbränningsmotorn och adsorptionsfiltret av stor volym i närheten av bränsletanken eftersom ett relativt långt tankrör då skulle leda från adsorptionsfiltret av liten volym till bränsletanken och ett relativt långt anslutningsrör skulle leda från adsorptionsfiltret av liten volym till adsorptions- filtret av stor volym. Även i fallet med konventionella ventilationsanordningar vilka enbart har ett enda adsorptionsfilter i närheten av bränsletanken, fordras ett relativt långt avtappningsrör för att ansluta det enda adsorptionsfiltret till regenererings- ventilen som är placerad i området av insugningsröret, varvid detta rör vanligen drages utmed fordonets underrede. Med anledning av den relativt långa längden hos avtappningsröret, kan bränsleångor kondensera vid kalla ställen hos avtapp- ningsröret och resultatet blir att bränsle i vätskeform ansamlas, speciellt vid vattenlåsliknande platser. I händelse av plötslig ökning av mängden spolluft, som exempelvis är fallet vid en ökning av belastningen hos förbränningsmotorn finns en risk, då regenereringsventilen är öppen under 10 15 20 25 30 35 507 302 3 regenerering att, förutom bränsleånga även flytande bränsle medföres från avtappningsröret, vilket bränsle passerar från regenereringsventilen, via ventilröret och in i insugnings- röret och orsakar plötslig förändring av proportionen bränsle i bränsle/luftblandningen. Dessa plötsliga förändringar kan öka avgasemissionerna hos förbränningsmotorn och förorsaka störningar i prestandan.

Fördelar med uppfinningen I motsats till ovanstående har ventilationsanordningen enligt uppfinningen med de särdragen enligt huvudkravet den fördelen att bränsleângor som avges från bränsletanken kvarhålles tillförlitligt både när förbränningsmotorn är avslagen och när den drivs i speciella driftsområden och att, i synnerhet, plötsliga förändringar av proportionen bränsle i bränsle- /luftblandningen som införes undvikes.

Ytterligare fördelaktiga utvecklingar och förbättringar av ventilationsanordningen angiven i huvudkravet är möjliga med åtgärderna som presenteras i underkraven.

Ritning Utföringsexempel av uppfinningen visas i förenklad form på ritningarna och förklaras mer i detalj i beskrivningen som följer. Fig. 1 visar en ventilationsanordning enligt uppfin- ningen i schematiskt förenklad form i enlighet med ett första utföringsexempel. Pig. 2 visar en vy av en alternativ utför- ingsform av en komponent av ventilationsanordningen enligt uppfinningen, i enlighet med ett andra utföringsexempel.

Beskrivning av utföringsexemplet Fig. 1 visar schematiskt en ventilationsanordning betecknad med 1, förbränningsmotor (inte visad i detalj) med bränsle. Ventila- i tionsanordningen 1 är speciellt avsedd för installation i för en bränsletank 2 som används för att förse en motorfordcn_och har ett första adsorptionsfilter 4 och ett 10 15 20 25 30 35 507 302 4 därtill via ett anslutningsrör 11 anslutet andra adsorptions- filter 5. I utföringsexemplet, har det första adsorp- tionsfiltret 4 en total volym eller lagringskapacitet för bränsleångor vilken är mindre än den totala volymen eller lagringskapaciteten hos det andra adsorptionsfiltret 5.

Adsorptionsfiltren 4, 5 är delvis fyllda med ett adsorptions- medium, speciellt med aktivt kol 17, 18, varvid det aktiva kolet 17 i det första adsorptionsfiltret 4 är ínneslutet mellan två genomträngliga begränsningsväggar 23, 24 i det inre hos det första adsorptionsfiltret 4 och det aktiva kolet 18 är ínneslutet mellan två genomträngliga begränsningsväggar 28, andra adsorptionsfiltret 5, vilket i fig. 1 visas med stor 29 i det inre hos det andra adsorptionsfiltret 5. Det volym, är exempelvis konstruerat med en så kallad kortslut- ningskonstruktion i vilken två anslutningsrör, i utför- ingsexemplet ett tankrör 10 hos bränsletanken 2 och ett an- slutningsrör ll hos båda adsorptionsfiltren 4, 5 är anslutna direkt till varandra med hjälp av en T-formad grenanslutning 19, ningsväg 21 som sträcker sig in i hålrummet 25 hos det andra vilket resulterar i att det enbart finns en enda mat- adsorptionsfiltret 5 vid övergången från tankröret 10 till anslutningsröret 11. Hålrummet 25 begränsas av begräns- ningsväggen 28 visad upptill i fig. 1 och genom en innervägg 26 hos adsorptionsfiltret 5.

Det första adsorptionsfiltret 4 är exempelvis direkt, utan en avtappningskanal instickbart förbundet med en regenererings- ventil 7, varvid regenereringsventilen är ansluten till insugningsröret 20 hos förbränningsmotorn med hjälp av ett ventilrör 12. När förbränningsmotorn är avslagen eller i driftområden i vilka regenereringsventilen 7 är stängd, strömmar bränsleångor först från ett inre utrymme 3 hos bränsletanken 2, via tankröret 10, tionsfiltret 5, där de temporärt lagras eller adsorberas. I in i det andra adsorp- avsikt att säkerställa att inga bränsleångor kan komma ut till omgivningen från bränsletanken 2 via ett ventilrör 14 anordnat på det andra adsorptionsfiltret 5, har detta filter en relativt stor totalvolym och en hög lagringskapacitet för bränsleångorna för att säkerställa att bränsleångorna kan 10 15 20 25 30 35 507 302 5 lämna det andra adsorptionsfiltret 5 enbart i filtrerad form, närmare bestämt som luft. För att upptaga tankningsemissioner vilka uppstår under påfyllningen av bränsletanken 2 och speciellt med anledning av säkerheten för personerna i fordo- net är det nödvändigt att placera det andra adsorptionsfil- tret 5 i området av bränsletanken 2, varvid det relativt korta tankröret 10 från bränsletanken 2 till det andra ad- sorptionsfiltret 5 på ett fördelaktigt sätt leder till endast låga strömningsmotstånd.

Vid dimensioneringen av den totala volymen eller lagringska- paciten hos det andra adsorptionsfiltret 5 måste, vid sidan om skedet att förbränningsmotorn är avstängd även hänsyn tagas till körning eftersom ökad förgasning av bränsle före- kommer under körning. Den ökade förgasningen uppkommer delvis av vibrationer hos bränslet i bränsletanken 2 och delvis av bränsleåterföring till bränsletanken 2. Bränsleåterföringen åstadkommes genom tryckregleringen av insprutningsventilerna hos förbränningsmotorn, vilka tillföres bränsle från bräns- letanken 2. I denna anordning matas överskottsbräns1e¿ efter att ha strömmat genom en bränslematare som förser insprut- ningsventilerna med bränsle, tillbaka till bränsletanken 2 med hjälp av en tryckregulator, men detta bränsle är varmare än det kalla bränslet i bränsletanken 2, vilket resulterar i ökad förgasning av bränsle i bränsletanken 2 under för- bränningsmotorns drift.

Då förbränningsmotorn är i drift, råder undertryck i in- sugningsröret 20 och med hjälp av detta undertryck utsuges bränsleångor från bränsletanken 2 när regenereringsventilen 7 är öppen. I detta fall passerar bränsleångorna från bräns- letanken 2 via tankröret 10 och in i anslutningsröret 11 vid den anslutande förgreningen 19, varvid luft från omgivningen suges in i ventilationsröret 14 och det andra adsorptionsfil- tret 5 medelst undertrycket i insugningsröret 20, och bränslet som lagras i det aktiva kolet 17 meddrages. Den insugna luften berikas därigenom med bränsle och det andra adsorptionsfiltret 5 regenereras. Bränsle/luftblandningen strömmar därefter ut genom matningsvägen 21 hos den anslutan- 10 15 20 25 30 35 507 502 6 de förgreningen 19, via anslutningsröret 11, in i det första adsorptionsfiltret 4 och strömmar genom detta från den nedre begränsningsväggen 24 till den övre begränsningsväggen 23 och bränsle som lagrats i det aktiva kolet 18 medrages dessutom.

Under denna process ökar proportionen av bränsle i bräns- le/luftblandningen igen varvid det första adsorptionsfiltret 4 likaledes regenereras. Efter detta strömmar den bräns- leberikade bränsle/luftblandningen via regenereringsventilen 7 och ventilröret 12 in i insugningsröret 20 nedströms ett gasspjäll 30. Ett medium, exempelvis luft eller en bränsle/luftblandning, vilken blandas med den införda bränsle/luftblandningen införes och strömmar in i insugnings- röret 20 i pilarnas 31 riktning, varefter blandningen förbränns nedströms gasspjället 31 som är roterbart monterat i insugningsröret 20, i åtminstone ett förbränningsrum 32 (schematiskt visat i fig. 1) hos förbränningsmotorn.

Införseln av bränsle/luftblandningen in i insugningsröret 20 måste emellertid enbart utföras selektivt, med andra ord enbart vid valda driftområden av förbränningsmotorn i avsikt att säkerställa å ena sidan att avgasemissionerna från för- bränningsmotorn inte ökar och å andra sidan att en mycket jämn gång hos förbränningsmotorn upprätthålles. Av denna anledning är regenereringsventilen 7, vilken exempelvis är elektromagnetiskt manövrerad och är insatt mellan det första adsorptionsfiltret 4 och insugningsröret 20, styrd av en elektronisk styrenhet (inte särskilt visad) och öppnas emellanåt för att i insugningsröret 20 införa en mängd bränsle som är beroende av driftparametrarna hos förbrän- ningsmotorn, varvid mängden bland annat beror på varvtalet hos förbränningsmotorn och undertrycket som råder i insug- ningsröret 20.

Såsom visas i fig. 1 är regenereringsventilen 7 exempelvis instickbart monterad på utsidan 35 av det första adsorptions- filtret 4, vilket resulterar i att bränsle/luftblandningen passerar direkt in i regenereringsventilen 7, utan ett av- tappningsrör, från ett hâlrum 36 hos det första adsorptions- filtret 4, varvid hålrummet är förslutet genom en övre 10 15 20 25 30 35 507 302 7 begränsningsvägg 23 och en innervägg 37 hos adsorptions- filtret 4. fiet är också möjligt att anordna regenererings- ventilen 7 separat, varvid ytterligare ett avtappningsrör skulle krävas mellan det första adsorptionsfiltret 4 och regenereringsventilen 7. Enligt uppfinningen är det första adsorptionsfiltret 4 placerat i det främre området hos ett motorfordon, i området av förbränningsmotorn, under det att det andra adsorptionsfiltret 5 är placerat på bränsletanken 2 eller i dess närhet, vid den bakre delen av motorfordonet.

Placeringen av det andra adsorptionsfiltret 5 på bränsletan- ken 2 eller i dess närhet föreslås å ena sidan med anledning av det begränsade utrymmet i området vid förbränningsmotorn och speciellt med anledning av säkerheten för personerna i fordonet, varvid det relativt korta tankröret 10 från bräns- letanken 2 till det andra adsorptionsfiltret 5 resulterar i endast låga strömningsmotstånd. Anslutningsröret 11 för anslutning av båda adsorptionsfiltren 4, 5 är relativt långt, varvid dess längd approximativt motsvarar längden hos motor- fordonet. Anslutningsröret 11 är huvudsakligen draget utmed motorfordonets underrede, varvid bränsleångorna får tillfälle att kondensera särskilt vid kalla ställen i anslutningsröret 11 och samlas i form av vätskeformigt bränsle, speciellt vid vattenlåsliknande punkter i anslutningsröret 11. För att för- hindra bränsle i vätskeform från att införas in i det aktiva kolet 18 hos det första adsorptionsfiltret 4 och via regene- reringsventilen 7 in i insugningsröret 20 och således leda till plötsliga förändringar i bränsle/luftblandningen, har det första adsorptionsfiltret 4, enligt uppfinningen ett lag- ringsutrymme 40, vilket visas under den genomträngliga be- gränsningsväggen 24 i fig. 1. Lagringsutrymmet 40 är begrän- sat genom begränsningsväggen 24 och genom en innervägg 42 hos det första adsorptionsfiltret 4 och har en anslutningsstuts 38 till vilken anslutningsröret 11 är anslutet. Bränslel- luftblandningen som strömmar i anslutningsröret 11 strömmar in i lagringsutrymmet 40 med en relativt hög strömningshas- tighet och, strömmar inuti lagringsutrymmet 40 med en låg strömningshastighet beroende på ökningen av tvärsnittet hos strömmen, och av kontinuitetsskäl, vilket tillåter bränsle att samlas vid botten, på innerväggen 42. Enligt uppfinningen 10 15 20 25 30 35 507 302 8 är det första adsorptionsfiltret 4 placerat vid en uppvärmd plats i avsikt att så fort som möjligt förånga flytande bränsle som har samlats i lagringsutrymmet 40, därför är det monterat med så god värmeledande kontakt som möjligt på ex- empelvis ett varmt motorblock 15 (schematiskt visat i fig. 1) på förbränningsmotorn så att det flytande bränslet som finns i lagringsutrymmet 40 snabbt värms upp och förångas med hjälp av en frontyta 41 hos innerväggen 42 hos det första adsorp- tionsfiltret 4, vilken frontyta vilar direkt på motorblocket 15. Med hjälp av det uppvärmbara lagringsutrymmet 40 undvikes på ett fördelaktigt sätt att flytande bränsle, som meddrages från en vattenlåsliknande punkt i anslutningskanalen 11 speciellt vid snabba lastförändringar, tränger in i det aktiva kolet 18 hos det första adsorptionsfiltret 4 och därmed en plötslig ökning av bränsleångorna som införes.

Uppvärmningen av lagringsutrymmet 40 och strömningen genom det aktiva kolet 18 från den undre begränsningsväggen 24 till den övre begränsningsväggen 23 hos det första adsorptions- filtret 4 säkerställer att bränsle/luftblandningen som in- föres in i inloppsröret 20 alltid har en konstant proportion av bränsle så att plötsliga förändringar av proportionen bränsle i bränsle/luftblandningen som strömmar in i adsorp- tionsfiltret 4 på sin höjd leder till en fördröjd ökning vid utloppet hos det första adsorptionsfiltret 4 eller vid anslutningen av regenereringsventilen 7, utan att negativt påverka avgasemissionerna från förbränningsmotorn. Det är tillräckligt att tillverka det andra adsorptionsfiltret 5 som en kortslutningskonstruktion till låg kostnad, som gör det möjligt att utesluta utföringsformer av så kallad våtsondkon- struktion, vilken är förknippad med ytterligare kostnader.

Ett exempel av en utföringsform av en våtsondskonstruktion visas i DE-OS 4 140 255, ningskonstruktionen både tankröret 10 och anslutningsröret 11 i vilken i motsats till kortslut- vart och ett är separat anslutet till det andra adsorptions- filtret 5 och således sträcker sig exempelvis enbart tankrör- et 10 in i det aktiva kolet 17.

Fig. 2 visar en alternativ utföringsform av det första ad- sorptionsfiltret 4 av en andra exemplifierad utföringsform 10 15 20 25 30 35 507 302 9 enligt uppfinningen av ventilationsanordningen 1, varvid alla delar som är samma eller som har samma funktion anges genom samma hänvisningssiffror som i den första exemplifierade utföringsformen i fig. 1. Det första adsorptionsfiltret 4, vilket visas i fig. 2, har ett lagringsutrymme 40 som exempelvis genomkorsas av ett kylmediematningsrör 44 genom vilket kylmedium som är uppvärmt av förbränningsmotorn strömmar in i ritningens plan i fig. 2 eller ut ur detta i avsikt att på detta sätt värma lagringsutrymmet 40 genom en så god värmeledande förbindning som möjligt. Uppvärmningen av lagringsutrymmet 40 med hjälp av kylmediematningsröret 44 kan såsom visas i fig. 2, anordnas som tillägg till monteringen av det första adsorptionsfiltret 4 på det varma motorblocket 15, eller ersätta denna. I enlighet med den första exempli- fierade utföringsformen, är lagringsutrymmet 40 anslutet till anslutningsröret 11 via anslutningsstutsen 38, varvid bränsle/luftblandningen eller bränsle i vätskeform således strömmar in i uppsamlingsutrymmet 40 via en öppning 39 hos anslutningsstutsen 38 och uppsamlas. I uppsamlingsutrymmet, återförångas det kondenserade bränslet efter en kort tid och strömmar i gasform in i det aktiva kolet 18.

Konstruktionen av ventilationsanordningen 1 med det första adsorptionsfiltret 4 och det andra adsorptionsfiltret 5 säkerställer att inga bränsleångor kan avges från ventila- tionskanalen 14 hos det andra adsorptionsfiltret 5 då för- bränningsmotorn står stilla under lång tid, under körning av förbränningsmotorn och vid kraftig uppvärmning av bränsletan- ken 2. I avsikt att erhålla lämplig dämpning av förändringen i proportionen av bränsle/luftblandningen som införs in i insugningsröret 20, utan plötsliga ökningar, under regenere- ringen av adsorptionsfiltren 4, 5 skall den totala volymen hos det andra adsorptionsfiltret 5 eller dess lagringskapaci- tet för bränsleångor motsvara åtminstone den totala volymen hos det första adsorptionsfiltret 4 eller överskrida denna.

Den totala volymen hos det andra adsorptionsfiltret 5 kan exempelvis vara dubbelt så stor som den totala volymen hos det första adsorptionsfiltret 4.

Claims (10)

10 15 20 25 30 35 'f 012 Û7 10 Patentkrav

1. Ventilationsanordning för ett bränslesystem till en för- bränningsmotor med en bränsletank, i vilken ventilations- anordning bränsleångorna som utvecklas i bränsletanken in- föres i ett insugningsrör hos förbränningsmotorn via en regenereringsventil vilken antar ett öppet läge eller ett stängt läge, och i vilken, för att upptaga bränsleångor, ett första adsorptionsfilter är anslutet genom ett anslutningsrör till ett andra adsorptionsfilter, vilket står i förbindelse med atmosfär genom ett ventilationsrör och är placerat i området av bränsletanken (2), kännetecknad av att det första adsorptionsfiltret (4) är placerat i området av förbränninge- motorn, varvid bränsleångorna från bränsletanken (2) passerar in i och strömmar genom det andra adsorptionsfiltret (5) i regenereringsventilens (7) stängda läge och passerar in i och strömmar genom det första adsorptionsfiltret (4) i regenere- ringsventilens (7) öppna läge.

2. Ventilationsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att det första adsorptionsfiltret (4) har en total volym som är mindre än den totala volymen hos det andra adsorptionfiltret (5)-

3. Ventilationsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att det första adsorptionsfiltret (4) har ett lagringsutrymme (40) som är beläget mellan anslutningsröret (11) och ett ad- sorptionsmedium (18).

4. Ventilationsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att det första adsorptionsfiltret (4) är uppvärmbart.

5. Ventilationsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att det första adsorptionsfiltret (4) och regeneringsventilen (7) utgör en konstruktionsenhet.

6. Ventilationsanordning enligt krav 5, kännetecknad av att regenereringsventilen (7) är instickbart förbunden med det första adsc ptionsfiltret (4). 10 15 507 302 ll

7. Ventilationsanordning enligt krav 3 eller 4, kännetecknad av att det första adsorptionsfiltret (4) är anbragt i värme- ledande förbindelse på ett motorblock (15) hos förbränninge- motorn.

8. Ventilationsanordning enligt krav 3, kännetecknad av att lagringsutrymmet (40) är i värmeledande kontakt med ett upp- värmt medium hos förbränningsmotorn.

9. Ventilationsanordning enligt krav 1, kännetecknad av att ett tankrör (10) är direkt anslutet till anslutningsröret (11), och en matningsväg (21) som är ansluten till det andra adsorptionsfiltret (5) är anordnad vid övergången från tank- röret (10) till anslutningsröret (11).

10. Ventilationsanordning enligt krav 2, kännetecknad av att det andra adsorptionsfiltret (5) har en total volym vilken är åtminstone approximativt dubbelt så stor som det första adsorptionsfiltrets (4) totala volym.