DE19650194C1

DE19650194C1 - Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung in einem Kraftstofftank

Info

Publication number: DE19650194C1
Application number: DE19650194A
Authority: DE
Inventors: Georg Dipl Ing Georgs; Dieter Scheurenbrand; Roland Dipl Ing Schirmer; Thorsten Stahl; Manfred Dipl Ing Stotz
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 1996-12-04
Filing date: 1996-12-04
Publication date: 1998-04-02
Anticipated expiration: 2016-12-05
Also published as: ITRM970747A1; GB2320018B; FR2756519B1; GB2320018A; FR2756519A1; US5950692A; IT1297094B1; GB9725628D0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Füllstandsbegren zung in einem Kraftstofftank mit einem im Endbereich des Ein füllstutzens liegenden Klappenventil, dessen Ventilklappe über ein viergelenkiges Schubkurbelgetriebe mit Hilfe eines als Schubglied wirkenden Schwimmers durch den bei einem Befüllvor gang aufsteigenden, flüssigen Kraftstoff schließbar ist, wobei das Schubglied einen an der Ventilklappe angeordneten Kurbel arm über eine Koppelstange anlenkt.

Aus der DE-PS 6 97 551 ist eine derartige Vorrichtung be kannt. Dort wird eine Fülleitung mit einer durch einen Schwim mer gesteuerten Drosselklappe oder dergleichen versehen. Letz tere sperrt beim Heben des Schwimmers durch die steigende Flüssigkeit am Ende des Füllvorganges die Fülleitung ganz oder teilweise. Der Schwimmer und die Drosselklappe sind Teil eines zentrischen Geradschubkurbelgetriebes. Die einzelnen Getriebe elemente sind so gekoppelt, daß jeder Stellung des Schwimmers eine bestimmte Stellung der Drosselklappe zugeordnet ist. Da durch ist die Fülleitung erst dann wieder geöffnet, wenn der Tank soweit entleert ist, daß der Schwimmer frei ist, also keinen Auftrieb durch die Flüssigkeit mehr erfährt. Das hat beispielsweise bei flach ausgebildeten Tanks, wie sie in Kraftfahrzeugen verwendet werden, den Nachteil, daß die Dros selklappe den Tank bzw. den Einfüllstutzen relativ lange ver schlossen hält und somit ein Nachfüllen eines teilweise ent leerten Tanks be- oder verhindert.

Außerdem staut sich in der Fülleitung dieser Vorrichtung so lange die Flüssigkeit, bis der Schwimmer durch das Senken des Flüssigkeitsniveaus die Drosselklappe öffnet. Bei beweglichen Tanks kann sich hierbei die Fülleitung über ihre Einfüllöff nung zumindest teilweise, z. B. durch Schwappbewegungen, ent leeren.

Der Erfindung liegt daher das Problem zugrunde, eine Vorrich tung zu schaffen, mit der ein Überfüllen des Tanks verhindert wird und ein baldiges Nachfüllen nach einem Verbrauch von meh reren Prozent des Tankinhalts möglich ist. Die Vorrichtung soll bei möglichst wenigen, beweglichen Bauteilen eine war tungsfreie, sichere Funktion gewährleisten. Ferner sollen von der Vorrichtung beim Einbau in nicht ortsfesten Tanks zum einen möglichst keine Störgeräusche ausgehen und zum anderen soll sich der Einfüllstutzen nach Beendigung der Betankung nicht über die Einfüllöffnung teilweise entleeren können.

Das Problem wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst. Die Vorrichtung ist mit einer Ventilklappe ausgestattet, die gegen den Kraftstoffstrom ausgerichtet, außermittig gelagert ist und jenseits ihrer Schwenkachse in einen Kurbelarm über geht. Ihre Koppelstange ist im Schwimmer zwischen zwei An schlägen mit seitlichem Spiel um einen Resthub längsverschieb bar gelagert. Der Gesamthub des Schwimmers setzt sich hierbei aus dem Resthub und einem Klappenbetätigungshub zusammen. Da bei ist der Klappenbetätigungshub der Hub, den der Schwimmer benötigt, um die Ventilklappe um mindestens 1/5 ihres Schwenk bereiches aus der Offenstellung in den einfließenden Kraft stoffstrom zu bewegen.

Bei diesem Schubkurbelgetriebe ist der Schwimmer an der Kop pelstange über ein Gelenk mit zwei Freiheitsgraden befestigt. Zum einen ist die Koppelstange zwischen ihren beiden Anschlag scheiben in geringem Maße in der Getriebeebene schwenkbar ge lagert und zum anderen kann sich der Schwimmer bei stehender Koppelstange zwischen den beiden Anschlagscheiben annähernd linear um den sog. Resthub bewegen. Das Getriebe ist in diesem Bereich nicht zwangsläufig. Einer Stellung der Ventilklappe entsprechen alle Schwimmerstellungen, die zwischen den beiden Anschlagscheiben möglich sind. Auf diese Weise kann der Schwimmer bei einer Tankbefüllung kurz vor Beendigung der Be tankung die Schließung der Ventilklappe veranlassen, um dann nach Beendigung der Betankung wieder großteils zu öffnen, ohne den Kraftstofftank vorher zumindest teilweise zu entleeren. Der Füllstand bzw. das Niveau des Flüssigkeitsspiegels steht mit der Ventilklappenstellung nicht in einem proportionalen Zusammenhang.

Das hat den Vorteil, daß die Ventilklappe beim Betanken mit tels einer regulären Zapfpistole erst kurz vor dem Erreichen eines Tanknennfüllstandes, wenn beispielsweise noch zwei Liter zum Tanknennfüllstand fehlen, nur vorübergehend in Schließ stellung geht. Der Stau im Einfüllstutzen läßt die Zapfpistole abschalten. Durch Leckverluste fließt der Inhalt des Einfüll stutzens zumindest teilweise in den Kraftstofftank. Nach An gleichen der Flüssigkeitsspiegel zwischen Einfüllstutzen und Tank öffnet sich die Ventilklappe wieder. Die Öffnungsbewegung entspricht dem Resthub zwischen den beiden Anschlagscheiben auf der Koppelstange.

Mit der Vorrichtung kann folglich auch bei flachen Tanks nach einer geringfügigen Teilentleerung, z. B. nach dem Verbrauch von mehreren Litern, wieder nachgetankt werden. Das baldige Öffnen der Ventilklappe hat zudem den Vorteil, daß der Tank, beispielsweise im Servicefall, über den Einfüllstutzen mit Hilfe einer üblichen Sonde entleert werden kann.

Ferner erzeugt die Ventilklappe bei durchschnittlicher Fahr weise in der Regel keine Störgeräusche. Bei vollem Kraft stofftank strömt der hin- und herschwappende Kraftstoff unter der Ventilklappe hindurch, ohne daß diese ständig an ihre An schläge in Schließ- und/oder Offenstellung anstößt.

Zwischen der geschlossenen Ventilklappe und dem Endbereich des Einfüllstutzens ist zumindest bereichsweise ein Leckagespalt ausgebildet. Der konstruktiv vorgegebene Leckagespalt läßt zum einen ein definiertes Abfließen des Kraftstoffs aus dem Ein füllstutzen in den Tank zu und ermöglicht zum anderen durch ein Mindestspiel zwischen der Ventilklappe und dem Endbereich des Einfüllstutzens ein reibungsarmes Öffnen und Schließen der Ventilklappe.

Die Schwenkachse der Ventilklappe und die Mittellinie der Füh rung des Schwimmers kreuzen sich windschief. Bei dem derart ausgebildeten exzentrischen Geradschubkurbelgetriebe sind fer ner der Endbereich des Einfüllstutzens und die Führung des Schwimmers gegeneinander versetzt, so daß sich auch deren Mit tellinien windschief kreuzen. Durch diese konstruktiven Maß nahmen entstehen einfache, kostengünstig realisierbare Baufor men für alle Teile der Vorrichtung. Außerdem fließt durch diese Anordnung der Kraftstoffstrom am Hebelgetriebe vorbei, was dessen Leichtgängigkeit fördert.

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus den nicht oder nur teilweise zitierten Unteransprüchen und der nachfol genden Beschreibung einer schematisch dargestellten Ausfüh rungsform:

Fig. 1 Ausschnitt eines Kraftstofftanks mit einer Vor richtung zur schwimmergesteuerten Füllstands begrenzung;
In Fig. 1 wird der Teil eines Kraftstofftanks (1) gezeigt, an dem ein Einfüllstutzen (2) angeschlossen ist. Im Kraft stofftank (1) befindet sich in dieser Zone eine Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung.

Diese Vorrichtung beinhaltet eine schwimmerbetätigte Ventil klappe (31), die zusammen mit einem Schwimmer (21) und einem Hebelgestänge (25, 32) ein exzentrisches Schubkurbelgetriebe darstellt. Das Antriebsglied ist der Schwimmer (21). Er wirkt über eine als Koppelglied dienende Koppelstange (25) auf das Abtriebsglied, das hier eine mit einem Kurbelarm (32) ange steuerte Ventilklappe (31) ist.

Der Schwimmer (21) hat einen topfförmigen Schwimmkörper mit einer zylindrischen Außenkontur. Über seine Außenkontur ist er in einem Führungsrohr (14) annähernd vertikal verschiebbar ge lagert. In seinem Boden weist er eine Bohrung (22) auf. Die Bohrung (22) umgibt die Koppelstange (25). Letztere liegt in der in Fig. 1 gezeigten Schwimmerstellung über ihre obere An schlagscheibe (26) auf dem Boden des Schimmers (21) auf. Die Anschlagscheibe (26) ist beispielsweise mittels einer Schraube (28) zentral auf dem oberen Ende der Koppel stange (25) befestigt. Im Bereich der Auflage können im Boden mehrere Kerben (23) oder andere Ausnehmungen eingearbeitet sein, um den Kraftstoff ungedrosselt in den Schwimmerhohlraum einfließen zu lassen.

Die Koppelstange (25) hat eine zweite, unterhalb der ersten angeordnete Anschlagscheibe (27). Auf dieser Anschlag scheibe (27) liegt der Schwimmer (21) auf, wenn seine Ge wichtskraft größer als sein Auftrieb ist.

Am unteren Ende der Koppelstange (25) ist der Kurbelarm (32) gelenkig gelagert. Der Kurbelarm (32) ist im Schwenkgelenkbe reich gabelförmig ausgeführt. Er ist im Ausführungsbeispiel an die Ventilklappe (31) seitlich angeformt und schließt mit ihr einen Winkel von ca. 150° ein.

Die Ventilklappe (31) ist beispielsweise eine flache, ebene Platte mit u-förmiger Kontur. Im Bereich ihres geraden, oberen Konturabschnitts verläuft ihre Schwenkachse (33). Die Ventil klappe (31) ist in einem annähernd horizontal verlaufenden Einlaufkanal (11) gelagert. Letzterer ist außerhalb des Ven tilklappenbereichs rohrförmig ausgebildet. Im Ventilklappenbe reich hat der Einlaufkanal (11) einen u-förmigen Querschnitt. An seiner tiefsten Stelle ist ein Anschlag (12) für die Ven tilklappe (31) angeordnet.

Das Führungsrohr (14) und der Einlaufkanal (11) sind wind schief zueinander angeordnet. Ihre Mittellinien liegen in zwei zueinander parallelen Ebenen. In der in Fig. 1 gezeigten Dar stellung ist der Einlaufkanal (11) gegenüber dem Führungs rohr (14) so weit nach hinten versetzt, daß die vordere Sei tenwand des Einlaufkanals (11), die nach oben in eine Verstei fungsrippe (16) übergeht, geringfügig hinter der Mittelebene des Führungsrohres (14) liegt. Durch diese Anordnung liegen die Koppelstange (25) und der Kurbelarm (32) in einer Ebene.

Die Versteifungsrippe (16) ist das Verbindungselement zwischen dem Führungsrohr (14) und dem Einlaufkanal (11). Sie kann auch zur Befestigung dieser Vorrichtung am Kraftstofftank (1) die nen.

Das Führungsrohr (14) endet kurz unter der oberen Wandung des Kraftstofftanks (1). Es ist nach oben hin mit Ausnahme einer Bohrung (15) verschlossen. Wird die Bohrung (15) als Drossel ausgelegt, so kann sie die Linearbewegung des Schwimmers (21) innerhalb des Führungsrohres (14) dämpfen.

Am Anfang einer regulären Kraftstofftankbefüllung ist die Ven tilklappe (31) wegen ihres Eigengewichtes vollständig geöff net. Die Koppelstange (25) befindet sich in ihrem unteren Tot punkt. Die sie stützende Ventilklappe (31) liegt an der oberen Wandung des Einlaufkanals (11) an. Der Schwimmer (21) liegt auf der unteren Anschlagscheibe (27) der Koppelstange (25) auf. Der Kraftstoff strömt ungehindert in den Kraft stofftank (1).

Das Ende der Betankung wird vorbereitet, sobald das steigende Kraftstoffniveau den Schwimmer (21) erreicht. Zunächst schwimmt der Schwimmer (21) auf dem Kraftstoff nach oben, bis er sich an der oberen Anschlagscheibe (26) anlegt. Bis dahin hat der schwimmerauftrieb als Gegenkraft nur das Schwimmerge wicht. Die Führungsreibungen werden bei dieser Betrachtung vernachlässigt.

Nach Beendigung des Aufschwimmens des Schwimmers (21) zwischen den beiden Anschlagscheiben (26) und (27) addiert sich zur Ge genkraft diejenige Gewichtskraft des Hebelgetriebes - abzüg lich dessen Auftriebskraft -, die bei leerem Tank die Ventil klappe (31) ohne die Gewichtskraft des Schwimmers (21) offen hält.

Sobald bei weiter steigendem Kraftstoffspiegel die Auftriebs kraft die hinzugekommene Gegenkraft überwunden hat hebt sich der Schwimmer (21) wieder und betätigt das Hebelgestänge (25, 32). Dadurch leitet er eine nach unten klappende Schließbewe gung der Ventilklappe (31) ein. Die Ventilklappe (31) wird in den einlaufenden Kraftstoffstrom gelenkt. Die schließende Schwenkbewegung erfolgt über ca. 20° zwangsgekoppelt. Hierbei hebt sich der Schwimmer (21) um einen sog. Klappenbetätigungs hub. Letzterer endet durch den Anschlag des Schwimmers (21) am oberen Ende des Führungsrohrs (14). Während der schließenden Schwenkbewegung der Ventilklappe (31) wird diese vom einströ menden Kraftstoff erfaßt und in ihre Schließstellung gedrückt. Dabei legt sie sich am Anschlag (12) an. Sobald die Ventil klappe (31) vom Kraftstoffstrom mitgerissen wird, hebt die obere Anschlagscheibe (26) vom Schwimmer (21) ab. Die Ventil klappe (32) hebt die Koppelstange (25) um den Resthub an und drückt sie mit der unteren Anschlagscheibe (27) gegen den Schwimmer (21).

Die Summe aus dem Klappenbetätigungshub und dem Resthub ent spricht dem Gesamthub des Schwimmers. Das Größenverhältnis zwischen den beiden Hüben ist u. a. abhängig vom Kraftstoff volumenstrom, dem Gelenkverschleißzustand und dem temperatur bedingten Spiel zwischen den beweglichen Teilen der Vorrich tung.

Beim Schließen der Ventilklappe (31) staut sich der aus der Zapfpistole fließende Kraftstoff im Einfüllstutzen (2). Sobald der dortige Kraftstoffspiegel die Zapfpistole erreicht, schal tet diese die Betankung ab. Nun entleert sich der Einfüllstut zen (2) über den schmalen Leckagespalt zwischen der Ventil klappe (31) und dem Einlaufkanal (11) solange, bis der Flüs sigkeitsspiegel im Einfüllstutzen (2) dem im Kraft stofftank (1) entspricht. Nach dem Abbau des Überdrucks im Einfüllstutzen (2) öffnet sich die Ventilklappe (31) teil weise. Sie schwenkt mindestens 2/3 ihres Schwenkbereiches auf. Das Aufschwenken endet, wenn die obere Anschlagscheibe (26) wieder auf dem Boden des Schwimmers (21) zur Anlage kommt und die Gewichts- und Auftriebskräfte am Schwimmer (21) und am He belgestänge (25, 32) im Gleichgewicht sind.

Das nicht vollständige Öffnen hat die Wirkung, daß ein sofor tiges Nachtanken mit der Befüllung des Einfüllstutzens durch das automatische Abschalten der Zapfpistole abgebrochen wird. Denn sobald Kraftstoff auf die Ventilklappe (31) zuströmt, schließt sie. Ein übertanken ist unmöglich.

Schon nach einem geringen Kraftstoffverbrauch löst sich der Boden des Schwimmers (21) von der oberen Anschlagscheibe (26). Dann öffnet die Ventilklappe (31) vollständig. Die um den Auf trieb geminderte Gewichtskraft der Koppelstange (25) hält die Ventilklappe (31) in ihrer geöffneten Position.

Wenn das Kraftstoffniveau aus dieser Lage ca. um den Resthub gefallen ist, liegt der Schwimmer (21) wieder auf der unteren Anschlagscheibe (27) auf und sichert so zusätzlich die Offen stellung der Ventilklappe (31).

Bezugszeichenliste

1 Kraftstofftank
2 Einfüllstutzen
11 Einlaufkanal, Endbereich des Einfüllstutzens
12 Anschlag
14 Führungsrohr, Schwimmerführung, Führung
15 Bohrung, ggf. Düsenbohrung
16 Versteifungsrippe
21 Schwimmer, Schubglied
22 Bohrung
23 Kerben
25 Koppelstange
26 obere Anschlagscheibe
27 untere Anschlagscheibe
28 Schraube
31 Ventilklappe
32 Kurbelarm
33 Schwenkachse

Claims

1. Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung in einem Kraft tofftank mit einem im Endbereich des Einfüllstutzens liegen den Klappenventil, dessen Ventilklappe über ein viergelenkiges Schubkurbelgetriebe mit Hilfe eines als Schubglied wirkenden Schwimmers durch den bei einem Befüllvorgang aufsteigenden, flüssigen Kraftstoff schließbar ist, wobei das Schubglied einen an der Ventilklappe angeordneten Kurbelarm über eine Koppelstange anlenkt, dadurch gekennzeichnet,

- daß die Ventilklappe (31), gegen den Kraftstoffstrom ausge richtet, außermittig gelagert ist und jenseits ihrer Schwenkachse (33) in den Kurbelarm (32) übergeht,
- daß die Koppelstange (25) im Schwimmer (21) zwischen zwei Anschlägen (26) und (27) mit seitlichem Spiel um einen Resthub längsverschiebbar gelagert ist, und
- daß sich der Gesamthub des Schwimmers (21) aus dem Resthub und einem Klappenbetätigungshub zusammensetzt, wobei der Klappenbetätigungshub der Hub ist, den der Schwimmer benö tigt, um die Ventilklappe (21) um mindestens 1/5 ihres Schwenkbereiches aus der Offenstellung in den einfließenden Kraftstoffstrom zu bewegen.

2. Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß zwischen der geschlossenen Ventil klappe (31) und dem Endbereich des Einfüllstutzens (2) zumin dest bereichsweise ein Leckagespalt ausgebildet ist.

3. Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß sich die Schwenkachse (33) der Ven tilklappe (31) und die Mittellinie der Führung (14) des Schwimmers (21) windschief kreuzen.

4. Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß sich die Mittellinie des Endberei ches des Einfüllstutzens (2) und die Mittellinie der Füh rung (14) des Schwimmers (21) windschief kreuzen.

5. Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß der Endbereich des Einfüllstut zens (2) im Bereich der Ventilklappe (31) einen u-förmigen Querschnitt hat, in dessen oberer horizontaler Zone die Schwenkachse (33) der Ventilklappe (31) verläuft.

6. Vorrichtung zur Füllstandsbegrenzung gemäß Anspruch 1, da durch gekennzeichnet, daß die Führung (14) eine nach unten of fene Büchse ist, die in ihren oberen geschlossenen Bereich eine Düsenbohrung (15) aufweist.