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Dokumentenidentifikation DE102004024067A1 16.12.2004
Titel Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere
Anmelder Visteon Global Technologies, Inc., Dearborn, Mich., US
Erfinder Heim, Michael, Brownstown, Mich., US;
Dimitreivski, Ljupco, Macomb, Mich., US;
Robinson, Frank, Canton, Mich., US;
Jayant, Nanan, Westland, Mich., US
Vertreter Bauer-Vorberg-Kayser, 50968 Köln
DE-Anmeldedatum 13.05.2004
DE-Aktenzeichen 102004024067
Offenlegungstag 16.12.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 16.12.2004
IPC-Hauptklasse B60K 15/035
IPC-Nebenklasse B65D 90/34   
Zusammenfassung Gegenstand der Erfindung ist eine externe Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere (6) für ein Kraftfahrzeug mit Verbrennungsmotor. Es weist ein Gehäuse (12) und ein Aktivkohleelement (10) auf, das an dem Gehäuse (12) befestigt ist und eine gewisse Menge Aktivkohle enthält. Weiterhin ist im Inneren des Gehäuses (10) ein Staubabscheider (6) angeordnet, der in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement (10) steht. Schließlich ist ein Entlüftungsventilbauteil (8) am Gehäuse (12/212) befestigt, welches in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement (10) steht.

Beschreibung[de]

Die Automobilindustrie ist weltweit in zunehmendem Maße von der strenger werdenden Emissions-Gesetzgebung betroffen. In den USA treiben die LEV II- und PZEV-Standards des Staates Kalifornien (low-emissions vehicle bzw. partial-zero-emissions vehicle) die Vorschriften bezüglich evaporativer Emissionen voran. Diese strikten Standards werden wahrscheinlich beispielhaft für zukünftige Standards weltweit sein.

Die vorliegenden Vorschriften betreffen sowohl aktive (über den Auspuff ausgestoßene) als auch passive (evaporative) Emissionen parkender Fahrzeuge. Für Fahrzeuge mit Verbrennungsmotor werden Vorschriften der PZEV-Regulationen ab dem Modelljahr 2003 verbindlich sind. Diese Vorschriften lassen Kohlenwasserstoff-Gesamtemissionen von 0,35 g/tag pro Fahrzeug zu. Laut dem etwas weniger strengen LEV II-Standard sind 0.5 g/tag Kohlenwasserstoffemissionen eines parkenden Fahrzeugs zulässig.

Das Kraftstoffsystem eines Fahrzeugs ist für ca. 30% der evaporativen Kohlenwasserstoffemissionen eines parkenden Fahrzeugs verantwortlich. Unter diesem Gesichtspunkt ist es wichtig, alle Leckagen im Kraftstoffsystem sowie seinem Entlüftungssystem zu minimieren, um so den Austritt solcher Emissionen in die Atmosphäre zu verhindern. Öffnungen, durch die der Benutzer in das Kraftstoffsystem eingreifen kann, sind normalerweise durch leckdichte Kompressionsdichtungen geschützt oder durch Kohlefilter abgedichtet. Andere Leckagen, durch die Kohlenwasserstoff entweichen kann, sind im Bereich von Verbindungen zwischen verschiedenen Komponenten des Kraftstoffentlüftungssystems zu finden. Insbesondere sind in Systemen mit herkömmlicher Technik die miteinander verbundenen Komponenten des Kraftstoffsystems, etwa das Entlüftungsventil, der Aktivkohlefilter, und der Staubabscheider miteinander verbunden, wobei eine Vielzahl von Leitungen eingesetzt wird. Diese gegenwärtig verwendeten Anordnungen weisen einige Nachteile auf.

Die verschiedenen Leitungen eines Entlüftungssystems müssen beispielsweise so belastbar sein, dass der Austritt von Kohlenwasserstoff dauerhaft verhindert wird, und sie müssen aus dichten und damit relativ teuren Materialien gefertigt sein. Des Weiteren ist es oftmals schwierig, die Verbindung der einzelnen Bauteile zu automatisieren. Dies gilt insbesondere dann, wenn einige Bauteile am Fahrzeug und nicht am Kraftstofftank befestigt werden. Eine solche Montage macht eine Vormontage bestimmter Komponenten vor ihrem eigentlichen Einbau in der Fahrzeugmontagestraße unmöglich. Die Verbindungsstellen innerhalb des Entlüftungskreislaufs herkömmlicher Kraftstoffsysteme sind oftmals die Ursache signifikanter Druckverluste, welche die Effizienz der Entlüftung ernsthaft herabsetzen können und zu Kohlenwasserstoffverlusten beitragen. Die Dichtigkeit der verschiedenen Verbindungen zwischen den Leitungen kann weiterhin durch die Notwendigkeit eingeschränkt werden, dass einige der Komponenten des Entlüftungssystems austauschbar sein müssen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, die Anzahl der Verbindungen im Entlüftungssystem eines Kraftstofftanks und mit ihnen die passiven Kohlenwasserstoffverluste zu minimieren, wobei gleichzeitig die Vorteile und Wirtschaftlichkeit austauschbarer Komponenten des Entlüftungssystems beibehalten bleiben soll. Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Externe Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere mit den Merkmalen des Hauptanspruchs.

Die vorliegende Erfindung vermeidet die vorstehend beschriebenen Nachteile, indem sie eine Externe Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere in Form eines integrierten Moduls zur Steuerung der Kohlenwasserstoffemissionen eines Kraftstoffsystems eines Fahrzeugs zur Verfügung stellt. Die Erfindung ermöglicht die weitere Reduzierung evaporativer Emissionen durch die Minimierung von Verbindungsstellen zwischen den notwendigen Komponenten des Kraftstoffsystems, durch die Kraftstoffdämpfe austreten könnten.

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt die externe Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere ein Gehäuse und ein Aktivkohleelement ein, das im Gehäuse angeordnet ist und eine gewisse Menge an Aktivkohle enthält. Im Gehäuse befinden sich außerdem ein Staubabscheider, der in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement steht, sowie ein Filterentlüftungsventil, das in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement steht.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Steuerung von Kohlenwasserstoffemissionen eines Fahrzeugs beschrieben. Das Verfahren sieht es vor, dass ein erstes integriertes Modul bereitgestellt wird, das ein Aktivkohleelement, einen Entlüftungsventilaufbau, und einen Staubabscheider umfasst. Das Aktivkohleelement, der Entlüftungsventilaufbau, und der Staubabscheider sind zumindest teilweise in einem einstückigen Gehäuse angeordnet. Das integrierte Modul wird daraufhin mit einem im Fahrzeug angeordneten Aktivkohlefilter verbunden. Nach einer gewissen Betriebsdauer des Kraftfahrzeugs kann es erforderlich werden, das integrierte erste Modul durch ein vergleichbar aufgebautes zweites integriertes Modul zu ersetzen. Hierzu wird das erste integrierte Modul vom Aktivkohlefilter des Fahrzeugs getrennt und das zweite integrierte Modul wird mit diesem verbunden.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine austauschbare Vorrichtung bereitgestellt, mittels der die Kohlenwasserstoffemissionen eines Fahrzeugs reduziert werden können. Die Vorrichtung umfasst ein Gehäuse, welches in seinem Innern einen Strömungsweg ausbildet. Weiterhin sind Mittel vorgesehen, über die es mit einem Aktivkohlefilter des Kraftstoffsystems des Fahrzeugs verbunden werden kann, sowie ein Aktivkohleelement, das im Innern des Gehäuses angeordnet ist und sich in die Strömungsweg erstreckt. Ein Staubabscheider ist im Gehäuse angeordnet, der in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement sowie der Strömungsweg steht. Verbunden. Weiterhin ist ein Filterentlüftungsventil vorgesehen, welches zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses angeordnet und mit dem Strömungsweg verbunden ist. Der Staubabscheider, das Aktivkohleelement, und die Komponenten des Filterentlüftungsventils sind innerhalb des Gehäuses mit dem Strömungsweg verbunden, um einen Kohlenwasserstoffaustritt von den Verbindungsstellen zwischen den Komponenten zu unterbinden.

Weitere Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich dem Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die beispielhaft zu verstehen ist. Es sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung in Verbindung mit anderen und unterschiedlichen Ausführungsformen eingesetzt und in ihren Details auf verschiedene Weisen verändert werden kann. Dementsprechend sind die Zeichnungen und Beschreibungen als illustrierend und nicht als einschränkend anzusehen.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere, die als integriertes PZEV-Modul ausgebildet ist, welche an einem Aktivkohlefilter eines Kraftstoffsystems angeordnet ist.

2 zeigt eine perspektivische Explosionsdarstellung der Ausführungsform des integrierten PZEV-Moduls aus 1, das ein großes Entlüftungselement enthält.

3 zeigt eine vergrößerte perspektivische Außenansicht einer zweiten Ausführungsform des integrierten PZEV-Moduls, die der Ausführungsform aus 1 vergleichbar ist, jedoch ein kleines Entlüftungselement enthält.

4 zeigt eine perspektivische Ansicht der Ausführungsform des integrierten PZEV-Moduls aus 3, wobei das Modul an einem Aktivkohlefilter eines Kraftstoffsystems angeordnet ist.

Die erfindungsgemäße externe Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere weist die Form eines integrierten PZEV-Moduls auf und eliminiert Kohlenwasserstoffemissionen durch Verbindungsstellen und Anschlüsse. In dem Modul sind verschiedene Komponenten in einem einzigen Teil integriert, das an bereits bestehenden Aktivkohlefilterkonstruktionen befestigt werden kann, um so die zukünftigen LEV II- und PZEV-Vorschriften erfüllen zu können. Die hier beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen PZEV-Moduls kombinieren ein Aktivkohleelement oder eine kleine Menge Aktivkohle als Barriere für Kohlenwasserstoffemissionen, ein Filterentlüftungsventil, und einen Staubabscheider, der Staubverunreinigungen der Aktivkohle aus der Umgebung verhindert.

Die 1 und 2 zeigen perspektivische Ansichten einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen PZEV-Moduls 4. Wie in den Zeichnungen zu erkennen ist, weist das PZEV-Modul 4 einen Staubabscheider 6, ein Entlüftungsventilbauteil 8 sowie ein Aktivkohleelement 10 auf. Die drei Komponenten sind in ein einziges Gehäuse 12 integriert. Das Gehäuse 12 des PZEV-Moduls 4 befindet sich in Fließverbindung mit dem separat ausgebildeten Gehäuse eines Fahrzeugaktivkohlefilters 14. Weiterhin ist das Gehäuse 12 formschlüssig in eine Aussparung 13 zwischen zwei vorstehenden Abschnitten 14a bzw. 14b des Fahrzeugaktivkohlefilters 14 eingepasst. Das Gehäuse 12 des PZEV-Moduls besteht aus einem einzigen tiefgezogenen Teil. Befestigungsmittel 5 sind am PZEV-Modul ausgebildet, um eine einfache Befestigung des Moduls 4 an dem Aktivkohlefilter 14 zu ermöglichen.

Der Aktivkohlefilter 14 ist ein Standardbauteil des adsorbierenden Typs, wie er in Niedrigemissions-Fahrzeugen verwendet wird. In der hier beschriebenen Ausführungsform kommt beispielsweise ein Modell der Firma Visteon zum Einsatz. Die internen Aktivkohlefilter und Honigwabenfilterelemente können beispielsweise von Westvaco oder anderen bekannten Herstellern gefertigt sein. Der Aktivkohlefilter 14 weist einen Einlass 16 und einen Auslass 18 auf, die jeweils an einem der vorstehenden Abschnitte 14a bzw. 14b angeordnet bzw. ausgebildet sind. Der Einlass 16 sowie der Auslass 18 sind als Verbindungsstücke zur Montage in einem standardmäßigen Kraftstoffentlüftungssystem eines PZEV-Fahrzeugs vorgesehen, um evaporative Kohlenwasserstoffemissionen zu adsorbieren.

2 zeigt das PZEV-Modul 4 der vorliegenden Erfindung im unmontierten Zustand. Das PZEV-Modul 4 enthält den Staubabscheider 6, der zumindest teilweise von einer äußeren Bodenwandung 18 und einer Seitenwandung 20 des Gehäuses 12 gebildet wird. Mehrere stehende Trennwände 22 definieren mehrere Staubkammern 22 innerhalb des Gehäuses 12, in denen Staub, der mit der Frischluft von außen in die Einheit eindringt, abgefangen werden kann.

Die bei dem im Aktivkohlefilter 14 stattfindenden Kahlenwasserstoffadsorptionsprozess benötigte Frischluft wird dem PZEV-Modul 4 durch einen Frischlufteinlass 26 zugeführt, der im Bereich einer Endwandung 20a des Staubabscheiders 6 ausgebildet ist. Der Frischlufteinlass 26 entspricht einer Standardkonstruktion, die zur Verbindung mit einem Frischluftventilatorsystem oder einem Lufteinlass (nicht dargestellt) geeignet ist. Die Folge kommunizierender Staubkammern 24 führt zu einer größeren Endkammer 28. In einer gegenüberliegenden Seitenwandung 30 der Endkammer 28 ist eine Öffnung 32 ausgebildet, die aus dem Gehäuse 12 herausführt.

Der Frischluftstrom in die inneren Kammern 24 und die Endkammer 28 wird durch ein Reinigungssystem des Fahrzeugs, auch Dampfsteuerungsventil (engl.: Vapor Management Valve, „VMV") genannt, geregelt. Ein Entlüftungsventilbauteil 8 ist an dem Gehäuse 12 angebracht, um einen OBD-2 Test des Systems zu ermöglichen. Das Entlüftungsventilbauteil 8 ist zumindest teilweise innerhalb des Gehäuses 12 angeordnet und an einer äußeren Seitenwand 30a befestigt, wobei ein Teil des Entlüftungsventilbauteils 8 nach außen vorsteht. Ein oder mehrere Befestigungsmittel wie z.B. ein Schnappverschluss können dazu vorgesehen sein, das Entlüftungsventilbauteil 8 lösbar fest am Gehäuse 12 zu befestigen. Die Verwendung eines lösbaren Befestigungsmittels stellt die Wartungsfähigkeit der Komponenten sicher. Ein solches Befestigungsmittel kann O-Ringe oder andere Dichtungsmittel einschließen, die eine luftdichte Verbindung zwischen dem Entlüftungsventilgehäuse und dem Rand der Öffnung 32 sicherstellen. Das Entlüftungsventilbauteil 8 weist einen integrierten Elektromagneten 40 auf, der das Entlüftungsventil betätigt (öffnet und schließt), wobei der Elektromagnet 40 von außen über elektrische Kontakte 42 elektrisch gesteuert werden kann. Die elektrischen Kontakte 42 befinden sich in einem üblichen elektrischen Verbindungssockel 44, der von außen am Gehäuse 12 befestigt ist und mit einer üblichen elektrischen Steuerungseinheit des Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt) verbunden werden kann. Der Verbindungssockel kann auch mit verschiedenen Emissionsmessgeräten verbunden werden, um das Schließen des Entlüftungsventils 8 sicherzustellen, während das Emissionssteuerungssystem des Fahrzeugs im OBD-2 Test geprüft wird.

Um die Menge von Kohlenwasserstoffen, die durch den Frischlufteinlass 18 aus dem Aktivkohlefilter 14 entweichen, weiter zu reduzieren, ist ein Aktivkohleelement 10 im Strömungsweg durch das Gehäuse 12 angeordnet. Wie in den Zeichnungen dargestellt, weist das Gehäuse 12 einen zylindrischen Abschnitt 11 verringerter Höhe auf, der ein großes Entlüftungselement 113 zumindest teilweise aufnimmt. Das Entlüftungselement 113 enthält das Aktivkohleelement 10, das vorzugsweise ein extrudiertes keramisches Filterelement mit Wabenstruktur ist und eine gewisse Menge an Aktivkohle sowie ein Bindemittel umfasst. Ein Endabschnitt des zylindrischen Abschnitts 11 des Gehäuses 12 weist einen Entlüftungsverbinder 15 auf, der angeschlossen werden kann, um das System zu entlüften. Alternativ kann das Aktivkohleelement 10 auch zwischen der gegenüberliegenden Seitenwandung 30 und der äußeren Seitenwandung 30a des Gehäuses 12 angeordnet werden oder auch vollständig in das Gehäuseinnere integriert werden.

Die Kammerabschnitte des Gehäuses 12 sind durch eine Abdeckplatte 9 (in 2 dargestellt) abgedeckt, die dauerhaft an der Seitenwandung 20 und den Endwandungen 20a angebracht sein kann. Die Abdeckplatte 9 kann vor Ort z.B. durch Ultraschallschweißung aufgeschweißt werden, oder durch andere Verbindungstechniken befestigt werden, beispielsweise unter Verwendung dauerhafter Klebstoffe, dergestalt dass sichergestellt ist, dass ein Entweichen von Kohlenwasserstoff durch die Naht zwischen der Abdeckplatte 9 und dem restlichen Gehäuse 12 ausgeschlossen ist.

In den 3 und 4 ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen PZEV-Moduls 204 dargestellt. Das dargestellt PZEV-Modul 204 weist ähnliche Komponenten wie das in den 1 und 2 dargestellte Modul 8 auf, einschließlich eines Gehäuses 212, das einen niedrigeren Abschnitt 211 aufweist. Ein kleines Entlüftungselement 213, in dem wie in dem beschriebenen großen Entlüftungselement 113 ein internes Aktivkohleelement angeordnet ist, wird formschlüssig in eine Öffnung 260 im niedrigeren Abschnitt 211 des Gehäuses 212 eingerastet. Diese Montage erlaubt eine einfache Wartung des Entlüftungselements 213. In 4 ist das PZEV-Modul 204 an einem Aktivkohlefilter 14 des Fahrzeugs befestigt dargestellt.

Das hier beschriebene PZEV-Modul 8 ist eine kompakte integrierte Funktionseinheit, die kostengünstig herzustellen ist. Es bewirkt einen geringen Druckabfall, so dass sichergestellt ist, dass sich keine signifikanten Auswirkungen auf die fahrzeugeigene Benzindampf-Rückgewinnung (ORVR, onboard refueling vapor recovery) sowie die Reinigungswirkung des Kraftstoffentlüftungssystems ergeben. Des Weiteren kann das gesamte PZEV-Modul 8 bei Bedarf leicht ausgetauscht werden, indem es vom Aktivkohlefilter 14 gelöst und durch ein neues ersetzt wird.


Anspruch[de]
  1. Externe Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere (6) mit den folgenden Merkmalen:

    a. ein Gehäuse (12/212);

    b. ein Aktivkohleelement (10), das an dem Gehäuse (12/212) befestigt ist und eine gewisse Menge Aktivkohle enthält;

    c. einen Staubabscheider (6), der im Innern des Gehäuses (12/212) angeordnet ist und in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement (10) steht; und

    d. ein Entlüftungsventilbauteil (8), das an dem Gehäuse (12/212) befestigt ist und in Fließverbindung mit dem Aktivkohleelement (10) steht.
  2. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Staubabscheider (6) in Fließverbindung mit einer Luftzufuhr steht, über die Frischluft aus der Umgebung des Fahrzeugs zugeführt wird.
  3. Vorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie des weiteren Befestigungsmittel (5/50) aufweist, die dazu dienen, das Entlüftungsbauteil (8) lösbar mit dem Gehäuse (12/212) zu verbinden.
  4. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens ein Befestigungsmittel (5/50) zur Montage der Kohlenwasserstoff-Emissionsbarriere (6) an einem Aktivkohlefilter (14) aufweist.
  5. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Aktivkohleelement (10) in einem Entlüftungselement (113/213) angeordnet ist.
  6. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12/212) aus einem einstückigen tiefgezogenen Bauteil besteht.
  7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Aktivkohleelement (10) in einem Entlüftungselement (113/213) befindet, und der Staubabscheider (6) und das Entlüftungselement (113/213) ohne dazwischen liegende lösbare Verbindungen zusammengefügt sind.
  8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Entlüftungsventilbauteil (8) mit dem Gehäuse (12/212) verbunden ist und zumindest teilweise von diesem absteht.
  9. Vorrichtung gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Staubabscheider (6) und das Aktivkohleelement (10) vollumfänglich im Gehäuse (12/212) angeordnet sind.
  10. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Staubabscheider (6) zumindest teilweise von den inneren Wandungen (18/20) des Gehäuses (12/212) ausgebildet wird.
  11. Vorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (12/212) einstückig mit dem Entlüftungsventilbauteil (8), dem Aktivkohleelement (10) und dem Staubabscheider (10) tiefgezogen ist.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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