DE19540021A1 - Ventil zum dosierten Einleiten von aus einem Brennstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem Brennstoffdampf - Google Patents
Ventil zum dosierten Einleiten von aus einem Brennstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem BrennstoffdampfInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem Ventil zum dosierten
Einleiten von aus einem Brennstofftank einer
Brennkraftmaschine verflüchtigtem Brennstoffdampf in ein
Ansaugrohr der Brennkraftmaschine nach der Gattung des
Anspruchs 1.
Es ist schon ein derartiges Ventil bekannt (EP-
PS 0 528 849) dem Brennstoffdampf über einen Zuströmstutzen
zugeführt wird, um diesen in dosierter Weise über einen am
Ventil vorgesehenen Abströmstutzen in das Ansaugrohr
abzugeben. Der Zuströmstutzen des Ventils ist zum Beispiel
über eine Schlauchleitung mit einem Adsorptionsfilter
verbunden, der den aus dem Brennstofftank verflüchtigten
Brennstoffdampf zwischenspeichert. Das Ventil ist
elektromagnetisch betätigbar ausgebildet und hat hierzu
einen magnetischen Anker, der von den magnetischen Kräften
eines Elektromagneten gegen die Kraft einer Ventilfeder
axial verschiebbar ist. Im stromlosen Zustand des
Elektromagneten wird ein als Ventilschließglied
ausgebildeter Endbereich des Ankers mittels der Ventilfeder
an einen Ventilsitz gepreßt, um eine Strömungsverbindung vom
Zuströmstutzen zum Abströmstutzen zu unterbrechen. Im
bestromten Zustand bewegt sich der Anker gegen die Kraft der
Ventilfeder und hebt mit seinem als Ventilschließglied
ausgebildeten Endbereich vom Ventilsitz ab, wobei eine
Zumeßöffnung am Abströmstutzen geöffnet wird, so daß ein
bestimmtes Brennstoffdampfvolumen vom Zuströmstutzen über
den Abströmstutzen in das Ansaugrohr strömen kann.
Die Ansteuerung des Elektromagneten des Ventils erfolgt
mittels eines sogenannten puls-breiten modulierten Signals,
das sich aus einer Impulsfolge eines elektrischen Stroms
zusammensetzt, der mit konstanter Frequenz die Erregerspule
des Elektromagneten durchströmt. Zu Ansteuerungszwecken wird
die Impulsdauer der einzelnen Stromimpulse mittels einer
Steuerelektronik vergrößert oder verkleinert, um damit eine
kontinuierlich veränderbare Anziehungskraft des
Elektromagneten auf den Anker zu erhalten. Dabei stellt sich
abhängig von der Impulsdauer der einzelnen Impulse eine
bestimmte axiale Lage des Ankers ein, in welcher er
verharrt, um durch eine von der axialen Lage des
Ventilschließgliedes des Ankers abhängige Drosselung der
Strömung an der Zumeßöffnung ein bestimmtes
Brennstoffdampfvolumen über die Zumeßöffnung in den
Abströmstutzen abzugeben. Die magnetische Kraft des
Elektromagneten hängt dabei von der Impulsdauer der
einzelnen Stromimpulse ab und wird durch das sogenannte
Tastverhältnis bestimmt. Das Tastverhältnis gibt den
Quotienten der Impulsdauer zum Impulsabstand (Periodendauer)
der einzelnen Impulse an. Aufgrund von Reibungseffekten und
Federkräften erfolgt erst ab einem bestimmten
Tastverhältnis, das auch als Öffnungstastverhältnis
bezeichnet wird, ein Abheben des Ankers von seinem
Ventilsitz. Hysterese-Effekte haben dabei zur Folge, daß das
Öffnungstastverhältnis sich bei jeder erneuten Ansteuerung
verändern kann, so daß eine genaue Zumessung kleinster
Brennstoffdampfvolumen mit einem derartigen Ventil bisher
nicht möglich ist. Des weiteren ist der Wicklungswiderstand
der Erregerspule des Elektromagneten temperaturabhängig, so
daß auch das Öffnungstastverhältnis von der Temperatur
abhängt. Daher ist es erforderlich, den Elektromagneten
mittels einer stromgeregelten Endstufe anzusteuern, die ein
puls-breiten moduliertes Stromsignal bereitstellt. Eine
derartige stromgeregelte Endstufe ist jedoch bei einem mit
einer Gleichspannungsquelle üblicherweise ausgestatteten
Fahrzeug bekanntermaßen relativ aufwendig zu realisieren.
Das beschriebene, stetig arbeitende Ventil gibt mit
wachsendem Tastverhältnis einen im wesentlichen linear
zunehmenden Brennstoffdampfstrom ab. Der lineare Charakter
des beschriebenen Ventils erschwert jedoch die Zumessung
kleinster Brennstoffdampfvolumen bei relativ kleinem
Tastverhältnis. Im angegebenen Stand der Technik wird daher
versucht, diesen Nachteil mittels eines zweiten,
unterdruckbetätigten Ventils auszugleichen. Das zweite
unterdruckbetätigte Ventil ist parallel zum ersten
elektromagnetisch betätigbaren Ventil angeordnet, das beim
Erreichen eines bestimmten Unterdrucks im Ansaugrohr öffnet,
um vermehrt Brennstoffdampf in das Ansaugrohr einzuleiten.
Ein derartiges System bestehend aus zwei Ventilen ist jedoch
aufwendig. Darüber hinaus benötigt die angegebene
Ventilkombination eine lange Abschaltzeit, um die
Brennstoffzufuhr zu unterbrechen, so daß eine feinfühlige
Anpassung des Volumens des je Zeiteinheit in das Ansaugrohr
eingespeisten Brennstoffdampfes in verschiedenen
Betriebszuständen der Brennkraftmaschine kaum möglich ist.
Das erfindungsgemäße Ventil mit den kennzeichnenden
Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil,
einer hervorragenden Kleinmengendosierbarkeit sowie eines
einfachen Aufbaus.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen des im Anspruch 1 angegebenen
Ventils möglich. Von besonderem Vorteil ist eine im Ventil
ausgebildete Druckausgleichsverbindung, die es ermöglicht,
den vom Ventil abgegebenen. Brennstoffdampfstrom unabhängig
von im Ansaugrohr herrschenden Unterdruck zuzumessen. Von
Vorteil ist weiterhin eine vorgesehene Kompensation der
Temperaturabhängigkeit der Erregerspule des Elektromagneten,
die es ermöglicht, auf eine aufwendige stromgeregelte
Endstufe zu verzichten und diese durch eine Ansteuerung zu
ersetzen, bei welcher Spannungsimpulse mit vorzugsweise
relativ hoher Frequenz der Erregerspule zugeführt werden, um
eine besonders feinfühlige Zumessung des
Brennstoffdampfvolumens zu ermöglichen. Von besonderem
Vorteil ist außerdem die besondere Gestaltung der
Zumeßöffnung im Ventil, welche dem Ventil eine exponentielle
Öffnungscharakteristik verleiht, um den absoluten Fehler im
Kleinmengenbereich zu minimieren. Die exponentielle
Öffnungscharakteristik wirkt außerdem Fehlern aufgrund von
Hysterese-Effekten entgegen, so daß eine weitere
Verbesserung der Kleinmengendosierbarkeit des Ventils
möglich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1 einen
Längsschnitt eines erfindungsgemäß ausgebildeten Ventils,
Fig. 2 einen ersten Schnitt entlang einer Linie II-II in
Fig. 1 gemäß einem ersten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiel, Fig. 3 einen zweiten Schnitt entlang
einer Linie III-III in Fig. 1 gemäß einem zweiten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, Fig. 4 ein Diagramm,
das die Öffnungscharakteristik des erfindungsgemäß
ausgebildeten Ventils (Verlauf B) im Vergleich zu bekannten
Ventilen (Verlauf A) zeigt.
Das in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Ventil 1 dient
zum dosierten Einleiten von aus einem Brennstofftank 3 einer
nicht näher dargestellten, insbesondere
gemischverdichtenden, fremdgezündeten Brennkraftmaschine
verflüchtigtem Brennstoffdampf in ein Ansaugrohr 4 der
Brennkraftmaschine. Das Ventil 1 ist Teil eines
Brennstoffverdunstungs-Rückhaltesystems der
Brennkraftmaschine, dessen Funktionsweise beispielsweise der
Druckschrift Bosch Technische Unterrichtung, Motormanagement
Motronic, zweite Ausgabe, August 1993, auf Seiten 48 und 49
entnehmbar ist.
Das Ventil 1 hat ein zum Beispiel aus drei Teilen
bestehendes Ventilgehäuse, das sich aus einem zylindrischen
Grundgehäuse 6, einem auf das Grundgehäuse 6 aufsetzbaren
Gehäusedeckel 7 und einem unteren Gehäuseteil 8
zusammensetzt. Das zylindrische Grundgehäuse 6, der
Gehäusedeckel 7 und das untere Gehäuseteil 8 sind
vorzugsweise aus Kunststoff, zum Beispiel in
Kunststoffspritzgußtechnik, hergestellt. Das untere
Gehäuseteil 8 weist einen Zuströmstutzen 10 und einen
Abströmstutzen 11 auf. Der Zuströmstutzen 10 dient zum
Anschließen des Ventils 1, zum Beispiel über eine erste
Schlauchleitung 14, an den Brennstofftank 3 oder, wie in
Fig. 1 dargestellt ist, an einen mit dem Brennstofftank 3
verbundenen Adsorptionsfilter 15. Der Adsorptionsfilter 15
ist mit einem Speichermedium für Brennstoffdampf,
insbesondere mit Aktivkohle, gefüllt und dient zur
Zwischenspeicherung von aus dem Brennstofftank 3
verflüchtigtem Brennstoffdampf. Der Abströmstutzen 11
erstreckt sich zum Beispiel in axialer Richtung vom unteren
Gehäuseteil 8 entlang einer Längsachse 17 des Ventils 1 und
ist zum Anschluß einer zweiten Schlauchleitung 18
vorgesehen. Die zweite Schlauchleitung 18 mündet
beispielsweise stromabwärts einer drehbar in das Ansaugrohr
4 untergebrachten Drosselklappe 19 in das Ansaugrohr 4. Der
Zuströmstutzen 10 erstreckt sich zum Beispiel quer zur
Längsachse 17 des Ventils 1 und steht radial vom unteren
Gehäuseteil 8 ab.
Im Inneren des Grundgehäuses 6 ist in einem Magnetgehäuse 26
ein Elektromagnet 22 untergebracht, der eine zylindrische
Erregerspule 23 und einem Magnetkern 37 besitzt. Das
Magnetgehäuse 26 ist hülsenförmig ausgebildet und trägt in
seinem Inneren die Erregerspule 23, die auf einem zum
Beispiel aus Kunststoff bestehenden Spulenträger 27
aufgewickelt ist. Die Erregerspule 23 umgibt einen von
magnetischen Kräften anziehbaren, vorzugsweise metallenen
Anker 25 des Ventils 1, um diesen im bestromten Zustand der
Erregerspule 23 gegen die Kraft einer Ventilfeder 50 zu
bewegen. Der Anker 25 ist hierzu in einer im Grundgehäuse 6
untergebrachten Führungshülse 24 axial verschiebbar
gelagert. Der Spulenträger 27 ist mit radialem Abstand zu
einer Außenfläche 39 der durchmesserkleineren Führungshülse
24 im Inneren des Grundgehäuses 6 untergebracht und
erstreckt sich radial bis zu einer Innenwandung 29 des
Magnetgehäuses 26. Der radiale Abstand des Spulenträgers 27
zur Außenfläche 39 der Führungshülse 24 verhindert dabei ein
Verklemmen des Ankers 25 aufgrund von Wärmeausdehnungen, zum
Beispiel der Erregerspule 23. Der Spulenträger 27 liegt
axial an einem ringförmigen Ansatz 28 der Führungshülse 24
an. Der Ansatz 28 der Führungshülse 24 erstreckt sich radial
ebenfalls bis zur Innenwandung 29 des Magnetgehäuses 26.
Zwischen dem Ansatz 28 der Führungshülse 24 und einem radial
umlaufenden Steg 30 des Grundgehäuses 6 ist zum Beispiel
noch eine Anlagescheibe 31 untergebracht, die mit radialem
Abstand zu einer Außenfläche 33 des Ankers 25 angeordnet
ist.
Zur Begrenzung der maximalen Auslenkung des Ankers 25 hat
dieser an seinem dem Gehäusedeckel 7 zugewandten Ende 32
eine Ausnehmung 36, die zum Beispiel zylindrisch ausgebildet
ist und den hülsenförmig ausgebildeten Magnetkern 37
zumindest teilweise umgibt. Bei maximaler Auslenkung des
Ankers 25 schlägt dieser in der Ausnehmung 36 mit seiner
ringförmigen Bodenfläche 48 an einer Ringfläche 49 des
Magnetkerns 37 an. Um eine Einstellung des maximalen Hubs
des Ankers 25 zu ermöglichen, kann der Magnetkern 37 axial
verschiebbar ausgebildet sein. Der Magnetkern 37 hat hierzu
beispielsweise einen Außengewindeabschnitt 38, der in ein
Innengewinde 40 eingreift, das in einem das hülsenförmige
Magnetgehäuse 26 abdeckenden Magnetboden 35 vorgesehen ist,
um durch Drehen des Magnetkerns 37 den Magnetkern 37
entsprechend axial zu verschieben, so daß ein einstellbarer
Ankeranschlag für den Anker 25 vorhanden ist.
Der Anker 25 ist hohlzylindrisch ausgebildet und hat eine
Durchgangsöffnung 42, die sich in axialer Richtung von der
Ausnehmung 36 am in Fig. 1 oben dargestellten Ende 32 des
Ankers 25 bis zu seinem im unteren Gehäuseteil 8 gelegenen
Ende 34 erstreckt. In der Durchgangsöffnung 42 ist ein die
Durchgangsöffnung 42 radial vergrößernder, umlaufender
Absatz 45 ausgebildet, um zwischen dem Absatz 45 und einer
im hülsenförmigen Magnetkern 37 vorgesehenen Ausnehmung 46
die Ventilfeder 50 aufzunehmen. Die Ventilfeder 50 stützt
sich dabei einerseits in der Ausnehmung 45 am Magnetkern 37
und andererseits an dem Absatz 45 in der Durchgangsöffnung
42 am Anker 25 ab. Mittels der Ventilfeder 50 wird der Anker
25 im stromlosen Zustand der Erregerspule 23 mit seinem Ende
34 an einen von einem ringförmigen Dichtring 53 bedeckten
ringförmigen Ventilsitz 54 dicht angedrückt, so daß eine
Strömungsverbindung 74 zwischen Zuströmstutzen 10 und
Abströmstutzen 11 geschlossen wird. Der Ventilsitz 54 ist an
einem im Inneren des unteren Gehäuseteils 8 gelegenen Ende
55 des Abströmstutzens 11 vorgesehen und, wie in der links
der Längsachse 17 liegenden Hälfte des Ventils 1 dargestellt
ist, von dem Anker 25 dicht verschließbar. Der Dichtring 53
besteht hierzu aus einem elastischen Material,
beispielsweise Gummi.
Im bestromten Zustand der Erregerspule 23 wird der
magnetische Anker 25 von den magnetischen Kräften des
Elektromagneten 22 unterschiedlich zum Magnetkern 37 hin
angezogen und nimmt jede axiale Zwischenstellung ein und als
Endstellung, wie in der rechts der Längsachse 17 liegenden
Hälfte des Ventils 1 dargestellt ist, seine maximale
Offenstellung ein, bei der die ringförmige Bodenfläche 48
der Ausnehmung 36 des Ankers 25 an der Ringfläche 49 des
Magnetkerns 37 anliegt. Bei der Aufwärtsbewegung des Ankers
25 zum Magnetkern 37 hin öffnet dieser mit seiner
Außenfläche 33 am Umfang eine Zumeßöffnung 56, die parallel
zur Längsachse 17 verlaufend an einem im Grundgehäuse 6
liegenden Ende 51 des Zuströmstutzens 10 vorgesehen ist, so
daß, wie durch einen in Fig. 1 eingezeichneten Pfeil 57
gekennzeichnet ist, Brennstoffdampf vom Zuströmstutzen 10
durch die Zumeßöffnung 56 hindurch in einen zwischen dem
Ventilsitz 54 und einer Stirnfläche 73 des Ankers 25
begrenzten Raum 79 gelangt, um anschließend über den
Ventilsitz 54 in den Abströmstutzen 11 weiterzuströmen.
Wie durch einen in Fig. 1 eingezeichneten Pfeil 58
gekennzeichnet ist, gelangt dabei ein kleinerer Teil des
Brennstoffdampfes in die Durchgangsöffnung 42 des Ankers 25,
um von dieser in die Ausnehmung 46 des Magnetkerns 37 und
von der Ausnehmung 46 über eine im Magnetkern 37
weiterführende Öffnung 60 in einen Raum 62 zu gelangen, der
von einer Innenwand 64 des Gehäusedeckels 7, dem Magnetkern
37 und dem Magnetboden 35 des Magnetgehäuses 26 dicht von
der Umgebung abgeschlossen ist. Über eine im Gehäusedeckel 7
vorgesehene Öffnung 66 gelangt der Brennstoffdampf dann
weiter vom Raum 62 in eine Druckausgleichsverbindung 70, die
im Grundgehäuse 6 und im unteren Gehäuseteil 8 zum Beispiel
in Form einer Bohrung vorgesehen ist und die stromabwärts
des Ventilsitzes 54 in den Abströmstutzen 11 mündet. Der in
Fig. 1 durch die Pfeile 58, 59 und 61 gekennzeichnete
Teilstrom des Brennstoffdampfes strömt dabei um den
Ventilsitz 54 herum. Der in Richtung des Pfeils 57 vom
Zuströmstutzen 10 zum Abströmstutzen 11 strömende Hauptstrom
des Brennstoffdampfes vermischt sich mit dem in Richtung der
Pfeile 58, 59 und 61 strömenden Teilstrom stromabwärts des
Ventilsitzes 54, um danach vom Abströmstutzen 11 zum
Beispiel über die zweite Schlauchleitung 18 in das
Ansaugrohr 4 zu gelangen.
Je nach Hub des Ankers 25 beziehungsweise dessen Abstand
seiner Stirnfläche 73 vom Ventilsitz 54 wird die
Zumeßöffnung 56 von seiner Außenfläche 33 mehr oder weniger
freigegeben, so daß der vom Zuströmstutzen 10 in den
Abströmstutzen 11 übertretende Brennstoffdampfstrom
entsprechend zugemessen wird. Der Hub des gegen die
Ventilfeder 50 arbeitenden Ankers 25 wird dabei durch die
Stärke des magnetischen Feldes des Elektromagneten 22
bestimmt. Zur Ansteuerung des Elektromagneten 22 ist ein
elektronisches Steuergerät 80 vorgesehen, das über eine
elektrische Leitung 81 und über einen am Gehäusedeckel 7
einstückig angeformten Steckeranschluß 82 mit dem
Elektromagneten 22 elektrisch verbunden ist.
Das elektronische Steuergerät 80 übermittelt dem
Elektromagneten 22 eine Ansteuerimpulsfolge einer
elektrischen Spannung mit einer relativ hohen Frequenz von
zum Beispiel 100 Hertz. Die Ansteuerimpulsfolge wird dabei
vom elektronischen Steuergerät 80 mit einem vom Steuergerät
80 veränderbaren Tastverhältnis abgegeben. Das
Tastverhältnis gibt beispielsweise prozentual den Quotienten
der Impulsdauer zum Impulsabstand (Periodendauer) der
nacheinander folgenden Impulse an. Eine derartige
Ansteuerung ist dem Fachmann als sogenannte Puls-Breiten-
Modulation bekannt. Die Erregerspule 23 hat vorzugsweise
eine Erregerwicklung, die einen nahezu gleichbleibenden
Widerstandswert unabhängig von Temperatureinflüssen des
Ventils 1 aufweist. Eine derartige, temperaturkompensierte
Erregerwicklung kann zum Beispiel aus zwei Wicklungen
aufgebaut sein, die aus unterschiedlichem Material bestehen,
deren Widerstandswerte so gewählt sind, daß ein Ausgleich
der Temperaturabhängigkeit des Widerstandswertes beider
Wicklungen erfolgt. Hierzu kann beispielsweise eine Wicklung
der Erregerspule 23 aus einem Material bestehen, welches
einen positiven Temperaturkoeffizienten (PTC-Kaltleiter)
aufweist und die andere Wicklung aus einem Material
bestehen, welches einen negativen Temperaturkoeffizienten
(NTC-Heißleiter) aufweist. Mit der temperaturkompensierten
Erregerspule 23 ist es dann möglich, auf eine sogenannte
stromgeregelte Endstufe zu verzichten. Anstelle der
stromgeregelten Endstufe kann daher eine Endstufe verwendet
werden, die dem Elektromagneten 22 eine Spannungsimpulsfolge
vorzugsweise mit relativ hoher Frequenz zuführt. Eine
derartige Spannungsimpulsfolge läßt sich technisch in
besonders einfacher Weise realisieren, beispielsweise in
Form einer Transistorschaltung, welche die
Gleichspannungsquelle eines Kraftfahrzeugs, zum Beispiel die
einer Starterbatterie, ausnutzt, um zwischen zwei
vorgegebenen Werten, beispielsweise 12 Volt und 0 Volt,
entsprechend hin und her zu schalten. Eine derartige
Spannungsimpulsfolge bewirkt in der Erregerspule 23 einen
mittleren Strom, der ein Magnetfeld bestimmter Stärke
induziert, um den Anker 25 gegen die Kraft der Ventilfeder
50 vom Ventilsitz 54 wegzubewegen und in eine bestimmte
axiale Lage zu bringen. Die axiale Endlage des Ankers 25
hängt dabei von dem angelegten Tastverhältnis der
Spannungsimpulsfolge ab. Ist keine Spannung an der
Erregerspule 23 angelegt, beziehungsweise fließt kein Strom
in der Erregerspule 23, so wird der Anker 25 von der
Ventilfeder 50 gegen den Ventilsitz 54 gedrückt. Dabei liegt
der Anker 25 mit seiner Außenfläche 33 an dem Dichtring 53
an und deckt dabei die Zumeßöffnung 56 des Zuströmstutzens
10 ab, so daß eine Strömungsverbindung vom Zuströmstutzen 10
zum Abströmstutzen 11 unterbrochen wird.
Erfindungsgemäß ist die Zumeßöffnung 56 in Form einer Blende
ausgebildet, deren Öffnungsquerschnitt so gestaltet ist, daß
dem Ventil 1 eine exponentielle Öffnungscharakteristik
verliehen wird. Wie in Fig. 2, einer Schnittdarstellung
entlang einer Linie II-II in Fig. 1, eines ersten
erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels, dargestellt ist,
besitzt die Zumeßöffnung 56 hierzu eine V-Form mit einer
Querschnittsfläche, die von zwei kurvenförmig in Richtung
zum Ventilsitz 54 hin aufeinanderzulaufenden
Querschnittsberandungen 75, 76 und einem kreisförmigen
Bogenabschnitt 77 begrenzt wird. Wie ebenfalls in Fig. 2
dargestellt ist, kann zwischen den Querschnittsberandungen
75, 76 im Bereich ihres geringsten Abstandes zueinander auch
ein kleiner Spalt verbleiben. Durch die trichterförmige
Gestaltung der Querschnittsberandungen 75, 76 der
Zumeßöffnung 56 ergibt sich, daß mit zunehmendem Kolbenhub H
des Ankers 25 eine zunehmend größer werdende, von den
Querschnittsberandungen 75, 76 und der Stirnfläche 73 des
Ankers 25 begrenzte Querschnittsfläche der Zumeßöffnung 56
freigeben wird, so daß das Volumen des durch die
Zumeßöffnung 56 hindurchströmenden Brennstoffdampfes
entsprechend zunehmen kann.
Wie der Verlauf B der Öffnungscharakteristik des
erfindungsgemäßen Ventils 1 in Fig. 4 zeigt, läßt sich
durch die Gestaltung der Querschnittsberandungen 75, 76 ein
Ventil 1 erhalten, das mit wachsendem Tastverhältnis T einen
zum Beispiel exponentiell ansteigenden Volumenstrom abgibt.
Da der Hub H des Ankers 25 von dem Tastverhältnis T der
Ansteuerimpulsfolge linear abhängt, ergibt sich, daß zur
Verringerung eines relativ hohen Volumenstroms nur relativ
wenig Hubweg des Ankers 25 erforderlich ist. Insbesondere
ergeben sich damit äußerst kurze Abschaltzeiten von
beispielsweise wenigen Millisekunden, um den Volumenstrom
des Ventils 1 zum Beispiel auf Null abzusenken. Im Bereich
kleiner Tastverhältnisse (zum Beispiel T kleiner 50%)
bewirkt eine geringe Änderung des Tastverhältnisses T nur
eine kleine Änderung des Volumenstroms, die jedoch erwünscht
ist, um gegenüber einem eine lineare Öffnungscharakteristik
aufweisenden Ventil (Verlauf A in Fig. 4) eine
hervorragende Kleinmengendosierbarkeit zu erhalten. Im
Bereich größerer Tastverhältnisse (zum Beispiel T größer
50%) bewirkt eine geringe Änderung des Tastverhältnisses T
gegenüber einem eine lineare Öffnungscharakteristik
aufweisenden Ventil (Verlauf A) eine relativ große Änderung
des Volumenstroms, so daß eine schnelle Regelung hoher
Volumenströme möglich ist.
Wie in Fig. 3, einer Schnittdarstellung entlang einer Linie
III-III in Fig. 1, eines zweiten erfindungsgemäßen
Ausführungsbeispiels, dargestellt ist, kann die Zumeßöffnung
56 auch dergestalt sein, daß die Querschnittsberandungen 75,
76 einen Kurvenverlauf aufweisen, welcher, bezogen auf die
in Fig. 3 eingezeichneten Koordinatenachsen x, y eines
kartesischen Koordinatensystems mit einer zur Längsachse 17
parallelen x-Achse, von einer Exponentialfunktion,
insbesondere einer natürlichen Exponentialfunktion,
beschreibbaren Natur ist. Dabei haben die
Querschnittsberandungen 75, 76 dem Ventilsitz 54 zugewandt
ihren geringsten Abstand beziehungsweise sogar ihren
Berührungspunkt, während mit größer werdendem Abstand vom
Ventilsitz 54 auch der Abstand der Querschnittsberandungen
75, 76 zueinander zunimmt. Durch den exponentiellen Verlauf
der Querschnittsberandungen 75, 76 ist eine weitere
Verbesserung der Kleinmengendosierbarkeit des Ventils 1
möglich. Der maximale Hub H des Ankers 25 kann dabei derart
eingestellt sein, daß der Anker 25 mit seiner Stirnfläche 73
bei maximalem Hub höchstens Endpunkte 85, 86 der
Querschnittsberandungen 75 beziehungsweise 76 erreicht, so
daß der Anker 25 nur eine Querschnittsfläche der
Zumeßöffnung 56 mit exponentiellen Querschnittsberandungen
75, 76 freigibt.
Die im Ventilgehäuse 6, 7, 8 vorgesehene
Druckausgleichsverbindung 70 ermöglicht außerdem, daß im
angehobenen Zustand des Ankers 25 der Unterdruck des
Ansaugrohres 4 sowohl an der Stirnfläche 73 des Ankers 25
wie auch an der gegenüberliegenden Bodenfläche 48 der
Ausnehmung 36 am Anker 25 herrscht. Vorzugsweise besitzen
die Stirnfläche 73 und die Bodenfläche 48 des Ankers 25 etwa
eine gleich große Angriffsfläche, wodurch ein Druckausgleich
beziehungsweise Kräfteausgleich am Anker 25 bei
unterschiedlichen Ansaugrohrunterdrücken bewirkt wird, so
daß die Zumessung des Brennstoffdampfvolumens unabhängig von
dem im Ansaugrohr 4 herrschenden Unterdruck ist. Hierzu ist
es allerdings erforderlich, die Strömungswege 10, 11, 42,
62, 66, 70 des Brennstoffdampfes im Ventil 1 von der
Umgebung, insbesondere gegenüber einem mit Atmosphärendruck
beaufschlagten Innenraum 89 des Elektromagneten 22,
abzudichten. Wie in Fig. 1 dargestellt ist, kann die
Abdichtung zum Beispiel mittels einer Dichtung 88 erfolgen,
die in Form einer Dichtmanschette ausgebildet ist, welche
zum Beispiel im unteren Gehäuseteil 8 innen an der
Außenfläche 33 des Ankers 25 dicht anliegt und radial außen
zwischen dem Grundgehäuse 6 und dem unteren Gehäuseteil 8
eingespannt ist.
Claims (14)
1. Ventil zum dosierten Einleiten von aus einem
Brennstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem
Brennstoffdampf in ein Ansaugrohr der Brennkraftmaschine,
mit einem Ventilgehäuse, das einen Zuströmstutzen zum
Anschließen an einen Entlüftungsstutzen des Brennstofftanks
oder einem diesem nachgeschalteten Adsorptionsfilter für
verflüchtigten Brennstoffdampf und einen Abströmstutzen zum
Anschließen an das Ansaugrohr hat, mit einem im Inneren des
Ventilgehäuses vorgesehenen, von einem Elektromagneten
bewegbaren Anker, der im stromlosen Zustand des
Elektromagneten von einer Ventilfeder an einen Ventilsitz
angedrückt eine Strömungsverbindung vom Zuströmstutzen zum
Abströmstutzen schließt und diese im bestromten Zustand des
Elektromagneten öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen
dem Zuströmstutzen (10) und dem Ventilsitz (54) eine durch
den Anker (25) steuerbare Zumeßöffnung (56) vorgesehen ist.
2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Zumeßöffnung (56) eine V-förmige Querschnittsfläche
aufweist.
3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Zumeßöffnung (56) Querschnittsberandungen (75, 76)
hat, die dergestalt sind, daß mit wachsendem Abstand des
Ankers (25) vom Ventilsitz (54) eine zunehmend größer
werdende Querschnittsfläche der Zumeßöffnung (56) vom Anker
(25) freigeben wird.
4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querschnittsberandungen (75, 76) trichterförmig zum
Ventilsitz (54) aufeinanderzulaufend ausgebildet sind.
5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querschnittsberandungen (75, 76) im Bereich des Ventilsitzes
(54) einen geringen Abstand voneinander aufweisen.
6. Ventil nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet,
daß der Anker (25) einen maximalen Hub (H) aufweist, der
derart bemessen ist, daß bei maximalem Hub (H) höchstens
Endpunkte (85, 86) der Querschnittsberandungen (75, 76)
erreicht werden.
7. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Querschnittsberandungen (75, 76) einen Kurvenverlauf
aufweisen, der von einer Exponentialfunktion, insbesondere
einer natürlichen Exponentialfunktion, beschreibbaren Natur
ist.
8. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Anker (25) hohlzylindrisch ausgebildet ist.
9. Ventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das
Ventilgehäuse (6, 7, 8) eine Druckausgleichsverbindung (70)
aufweist, die einen Teilstrom des Brennstoffdampfes um den
Ventilsitz (54) im Ventil (1) herumführt, so daß im
abgehobenen Zustand des Ankers (25) an seinen beiden Enden
(32, 34) ein im wesentlichen gleich großer Druck wie im
Abströmstutzen (11) herrscht.
10. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
Endflächen (48, 73) der Enden (32, 34) des Ankers (25) in
etwa die gleiche Größe aufweisen.
11. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur
Lagerung des Ankers (25) eine Führungshülse (24) im
Ventilgehäuse (6) untergebracht ist, deren Außenfläche (39)
mit radialem Abstand zu einem Spulenträger (27) einer
Erregerspule (23) des Elektromagneten (22) angeordnet ist.
12. Ventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß am
Anker (25) eine Dichtung (88) vorgesehen ist, welche zwei
Gehäuseteile (6, 8) des Ventils (1) voneinander abdichtet.
13. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromagnet (22) einen Magnetkern (37) besitzt, der axial
verschiebbar ausgebildet ist und der als Anschlag für den
Anker (25) dient.
14. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Elektromagnet (22) eine Erregerspule (23) aufweist, deren
Widerstandswert nahezu unabhängig von der Temperatur ist.
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