DE3907408A1

DE3907408A1 - Ventil zum dosierten zumischen von verfluechtigtem kraftstoff zum kraftstoffluftgemisch einer brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE3907408A1
Application number: DE19893907408
Authority: DE
Inventors: Lutz Dipl Ing Ballhause; Detlef Spoetter
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1989-03-08
Filing date: 1989-03-08
Publication date: 1990-09-27
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: DE3907408C2

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum dosierten Zumischen von aus dem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem Kraftstoff zu einem der Brennkraftmaschine über ein Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffluftgemisch der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Aufgrund gesetzlicher Vorschriften zum Schutz der Umwelt darf in einigen Ländern der im Kraftstofftank sich verflüchtigende Kraftstoff, der sog. Benzindampf, nicht ins Freie entlüftet, sondern muß durch Einleiten in die Brennkraftmaschine verbrannt werden. Hierzu ist der Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks an einem mit Aktivkohle gefüllten Speicher angeschlossen, der den verflüchtigten Kraftstoff bei stehender Brennkraftmaschine aufnimmt und bei laufender Brennkraftmaschine wieder abgibt. Der Speicher ist über eine Ansaugleitung mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verbunden, wo der Kraftstoffdampf dem Kraftstoffluftgemisch beigegeben wird. Die hierdurch mögliche Erhöhung der Abgasemission erfordert eine Zumischung des Kraftstoffdampfes nur in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und in bestimmten Mengen. Dies wird mit dem sog. Tankentlüftungsventil bewirkt, das in der Ansaugleitung zwischen Speicher und Ansaugrohr eingeschaltet ist und von einer Steuerelektronik, vorzugsweise getaktet in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und deren Abgasemission (λ-Sonde) geöffnet bzw. geschlossen wird.

Bei einem bekannten Tankentlüftungsventil (DE 35 19 292 A1) ist das Ventilglied so ausgebildet, daß es bei stromlosem Elektromagneten die Ventilöffnung freigibt, das Sitzventil also stromlos geöffnet ist. Zugleich wird der Abstand zwischen Ventilglied und Ventilsitz in Abhängigkeit vom Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts des Ventilsitzes derart verändert, daß bei Leerlauf der Brennkraftmaschine (hoher Druckunterschied) dieser Abstand nahezu Null ist und sich mit zunehmender Last der Brennkraftmaschine (abnehmender Druckunterschied) ständig vergrößert. Bei Vollast ist der Abstand maximal. Dies hat den Vorteil, daß durch den kleineren Abstand und den damit kleineren Durchflußquerschnitt des Sitzventils sich bei der Steuerung kleiner Durchsatzmengen und der dann herrschenden großen Druckdifferenz am Ventilsitz eine größere Genauigkeit erzielen läßt. Die ansonsten erforderlichen extrem kleinen Schaltzeiten, die sich bei elektrisch betätigtem Ventil nur mit großem Aufwand realisieren lassen und die ohne die druckabhängige Durchflußquerschnittssteuerung notwendig wären, um die geforderte Genauigkeit bei kleinen Durchsatzmengen zu erzielen, können damit entfallen. Das stromlos offene Sitzventil erfordert allerdings ein zusätzliches Absperrventil, um den Aktivkohlespeicher bei Stillstand der Brennkraftmaschine von dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine zu trennen und ein Nachlaufen der Brennkraftmaschine bei Abschaltung der Zündung zu verhindern.

Um dieses zusätzliche Absperrventil einzusparen, ist bereits vorgeschlagen worden (Deutsche Patentanmeldung P 38 44 056.3), das Sitzventil mit einer Ventilschließfeder auszustatten, die bei stromlosem Elektromagneten das Ventilglied auf den Ventilsitz aufpreßt und damit das Sitzventil schließt. Um die gleiche vorteilhafte Einstellung des Öffnungsquerschnittes des Sitzventils in Abhängigkeit vom Differenzdruck am Ventilsitz zu realisieren, weist die Hubeinstellvorrichtung einen in Hubrichtung des Ventilglieds beweglichen Hubanschlag und ein Betätigungselement für den Hubanschlag auf, das einerseits vom Druck am Abströmstutzen und andererseits vom Umgebungsdruck beaufschlagt wird. Mit zunehmender Druckdifferenz verschiebt das Betätigungselement den Hubanschlag in Richtung auf das Ventilglied und verkleinert damit zunehmend den Ventilgliedhub.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Tankentlüftungsventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil eines konstruktiv sehr einfachen Aufbaus. Die den Ventilsitz tragende Membran hat sehr geringe bewegte Massen und damit eine so hohe Eigenfrequenz, daß sie weder durch mechanische noch durch Strömungsschwingungen angeregt wird. Steht an dem Abströmstutzen Unterdruck an, also bei Teillast oder Leerlauf der Brennkraftmaschine, und ist das Sitzventil geschlossen, so wölbt sich die Membran und verschiebt den Ventilsitz und das auf diesem aufsitzende Ventilglied in Richtung zum Hubanschlag. Damit verringert sich der Hubweg des Ventilglieds, was beim Einschalten des Magneten zu einer höheren Anzugskraft führt. Gleichzeitig wird auch die Ventilschließfeder stärker vorgespannt, wodurch sich die Dichtkraft des Ventilglieds erhöht. Wird der Elektromagnet eingeschaltet und hebt das Ventilglied vom Ventilsitz ab, so behält die Membran wegen des Druckabfalls am Ventilsitz ihre Lage bei. Der vom Ventilglied freigegebene Öffnungsquerschnitt ist - abhängig vom Unterdruck - kleiner als in der Grundstellung der Membran, in welcher diese nicht ausgewölbt ist. Diese Grundstellung nimmt die Membran bei vernachlässigbarer Unterdruckbeaufschlagung, also im Vollastfall der Brennkraftmaschine ein.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Tankentlüftungsventils möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen in schematischer Darstellung:

Fig. 1 und 2 jeweils einen Längsschnitt eines Tankentlüftungsventils gemäß einem ersten und zweiten Ausführungsbeispiel.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Das in Fig. 1 im Längsschnitt schematisch dargestellte Ventil zum dosierten Zumischen von aus dem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem Kraftstoff zu einem der Brennkraftmaschine über ein Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffluftgemisch, im folgenden Tankentlüftungsventil genannt, wird in einer Abgabeanlage zur Einleitung von verflüchtigtem Kraftstoff in eine Brennkraftmaschine verwendet, wie diese in der DE 35 19 292 A1 beschrieben ist. Das Tankentlüftungsventil weist ein Ventilgehäuse 10 mit einem koaxial angeordneten Zuströmstutzen 11 und einem seitlich angeordneten Abströmstutzen 12 auf. In bekannter Weise ist der Zuströmstutzen 11 entweder unmittelbar an einem Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks der Brennkraftmaschine oder an einem dem Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks nachgeschalteten Aktivkohlespeicher angeschlossen, der den verflüchtigten Kraftstoff vorübergehend speichert. Der Abströmstutzen 12 ist an dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen, vorzugsweise stromabwärts einer darin angeordneten Drosselklappe. Das Ventilgehäuse 10 ist durch eine Membran 13, die mit ihrem Außenrand im Ventilgehäuse 10 eingespannt ist, in eine mit dem Zuströmstutzen 11 in Verbindung stehende Zuströmkammer 14 und eine mit dem Abströmstutzen 12 in Verbindung stehende Abströmkammer 15 unterteilt. Die Membran 13 trägt zentral eine Ventilöffnung 16, die von einem Ventilsitz 17 ringförmig umschlossen ist. In dem Ausführungsbeispiel der Fig. 1 wird die Membran 13 mit Ventilöffnung 16 und Ventilsitz 17 von einer Barometerdosenhalbschale gebildet, in deren Mitte eine Düse 18 ausgeformt ist. Die Ränder der Düse 18 bilden zugleich den Ventilsitz 17.

Ein mit dem Ventilsitz 17 zusammenwirkendes Ventilglied 19 zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung 16 ist von einer Ankerplatte 21 eines Elektromagneten 20 getragen oder wird von dieser selbst gebildet. Der am Gehäuseboden koaxial zum Zuströmstutzen 11 befestigte Elektromagnet 20 weist in bekannter Weise als Magnetgehäuse einen sog. Magnettopf 22 mit vom Topfboden axial vorstehendem koaxialen Topfkern 23 und eine im Magnettopf 22 den Topfkern 23 umgebende zylindrische Erregerspule 24 auf. Die Stirnfläche 231 des Topfkerns 23 bildet einen Hubanschlag für die mit Ventilöffnung 16 und Topfkern 23 koaxial angeordnete Ankerplatte 21, die mittels einer Membranfeder 25 an der offenen Stirnseite des Magnettopfes 22 befestigt ist. Die Membranfeder 25 ist in Richtung auf den Ventilsitz 17 hin vorgespannt, so daß bei stromlosem Elektromagneten 20 die Ankerplatte 21 mit Ventilglied 19 auf den Ventilsitz 17 aufgepreßt wird. Die Membranfeder 25 bildet somit die Ventilschließfeder des von Ventilsitz 17 mit Ventilöffnung 16 und Ankerplatte 21 mit Ventilglied 19 gebildeten Sitzventils 30. Im Abstand von seinem freien Ende trägt der Magnettopf 22 einen radial vorspringenden, die Erregerspule 24 teilweise übergreifenden Ringsteg 26, dessen der Ankerplatte 21 zugekehrte äußere Ringfläche 261 mit der Stirnfläche 231 des Topfkerns 23 fluchtet. Der lichte Durchmesser des Ringstegs 26 ist wesentlich kleiner als der Außendurchmesser der Ankerplatte 21, so daß sich der magnetische Fluß über den Ringsteg 26 und die Ankerplatte 21 schließt.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Tankentlüftungsventils ist wie folgt: Bei stromlosem Elektromagneten 20 ist das Sitzventil 30 geschlossen, da die Ankerplatte 21 von der Membranfeder 25 auf den Ventilsitz 17 aufgepreßt wird. Bei Betrieb der Brennkraftmaschine wird der Elektromagnet 20 von einer Steuerelektronik getaktet angesteuert. Die Taktfolgefrequenz wird dabei durch den Betriebszustand der Brennkraftmaschine vorgegeben, so daß die über das Sitzventil 30 vom Zuströmstutzen 11 zum Abströmstutzen 12 übertretende Menge an verflüchtigtem Kraftstoff entsprechend dosiert wird. Überlagert wird diese elektromagnetische Ansteuerung des Sitzventils 30 durch eine selbsttätige Regelung des Hubs der Ankerplatte 21 derart, daß bei Leerlauf der Brennkraftmaschine und damit hohem Saugdruck am Abströmstutzen 12 der Hub der Ankerplatte 21 minimal ist und sich mit zunehmender Last der Brennkraftmaschine und damit abnehmendem Saugdruck ständig vergrößert und bei Vollast maximal ist. Dies wird dadurch bewirkt, daß im Vollastfall der Brennkraftmaschine und damit vernachlässigbarer Unterdruckbeaufschlagung der Membran 13 diese ihre Grundstellung einnimmt, in welcher der Abstand der auf dem Ventilsitz 17 aufliegenden Ankerplatte 21 zu der den Hubanschlag für die Ankerplatte 21 bildenden Stirnfläche 231 des Topfkerns 23 maximal ist. Steht bei Teillast oder Leerlauf der Brennkraftmaschine am Abströmstutzen 12 Unterdruck an und ist das Sitzventil 30 durch nicht angesteuertem Elektromagneten 20 geschlossen, so wölbt sich infolge des Unterdrucks in der Abströmkammer 15 die Membran 13 und verschiebt die Ankerplatte 21 in Richtung zum Topfkern 23. Dadurch wird der mögliche Verschiebeweg der Ankerplatte 21 bei Erregen des Elektromagneten 20 kleiner. Wird der Elektromagnet 20 angesteuert, so behält die Membran 13 infolge des Druckabfalls am Ventilsitz 17 ihre gewölbte Lage bei. Durch den verkleinerten Hub der Ankerplatte 21 verkleinert sich der von dem Ventilglied 19 am Ventilsitz 17 freigegebene Öffnungsquerschnitt des Sitzventils 30 abhängig vom Unterdruck. Entsprechend dem kleineren Öffnungsquerschnitt wird die während der Öffnungszeit des Sitzventils zugemessene Menge an verflüchtigtem Kraftstoff gedrosselt.

Das in Fig. 2 dargestellte Tankentlüftungsventil unterscheidet sich von dem vorstehend beschriebenen nur dadurch, daß die Ventilöffnung 16 als Ringspalt 31 und der Ventilsitz 17 als ringförmiger Doppelsitz ausgebildet ist, der den Ringspalt 31 mit einem äußeren und einem inneren Sitzring 32 bzw. 33 außen und innen umschließt. Zur Realisierung dieses Ringspalts 31 in der Ventilöffnung 16 der Barometerdosenhalbschale gemäß Fig. 1 wird in die Düse 18 eine Scheibe 34 mit gegenüber dem lichten Durchmesser der Düse 18 kleinerem Außendurchmesser eingesetzt, die sich über Stege 35 an der Düsenwand abstützt. Der äußere Sitzring 32 wird von der Düse 18 gebildet, während die Scheibe 34 den inneren Sitzring 33 trägt. Zusätzlich ist der Topfkern 23 hohlzylindrisch ausgebildet und der Magnettopf 22 über einen Distanzring 37 mit z.B. vier Radialbohrungen 38 am Boden des Ventilgehäuses 10 befestigt. Der Distanzring 37 ist etwa koaxial zum Topfkern 23 angeordnet. Die Ankerplatte 21 mit Ventilglied 19 ist mit einer zum Topfkern 23 koaxialen Durchgangsbohrung 36 versehen, deren lichter Durchmesser kleiner ist als der Durchmesser des inneren Sitzrings 33 des Ventildoppelsitzes 17.

Die Funktionsweise dieses Tankentlüftungsventils ist die gleiche, nur wird der Kraftstoffdampf beim Öffnen des Sitzventils 30 über einen Ringspalt 31 zugemessen. Durch den Doppelsitz wird schon bei kleinerem Ventilhub der erforderliche Strömungsquerschnitt erreicht.

Claims

1. Ventil zum dosierten Zumischen von aus dem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem Kraftstoff zu einem der Brennkraftmaschine über ein Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffluftgemisch, mit einem Ventilgehäuse, das einen Zuströmstutzen zum Anschließen an einem Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks oder an einem diesem nachgeschalteten Aktivkohlespeicher und einen Abströmstutzen zum Anschließen an dem Ansaugrohr aufweist, mit einem im Ventilgehäuse zwischen Zu- und Abströmstutzen angeordneten Sitzventil, das einen eine Ventilöffnung umgebenden Ventilsitz und ein mit dem Ventilsitz zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung zusammenwirkendes, von einem Elektromagneten betätigtes Ventilglied aufweist, das mit einer bei stromlosem Elektromagneten das Sitzventil schließenden Ventilschließfeder belastet ist, und mit einer Hubeinstellvorrichtung mit Hubanschlag zum Einstellen des Ventilgliedhubs derart, daß dieser bei Leerlauf der Brennkraftmaschine minimal und bei Vollast der Brennkraftmaschine maximal ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hubeinstellvorrichtung eine den Ventilsitz (17) mit Ventilöffnung (16) tragende Membran (13) aufweist, die im Ventilgehäuse (10) eingespannt ist und dieses in eine mit dem Zuströmstutzen (11) in Verbindung stehende Zuströmkammer (14) und eine mit dem Abströmstutzen (12) in Verbindung stehende Abströmkammer (15) unterteilt, und daß der Hubanschlag (231) räumlich fest angeordnet ist.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (13) mit Ventilöffnung (16) und Ventilsitz (17) von einer Barometerdosenhalbschale mit einer mittig ausgeformten Düse (18) gebildet ist.

3. Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (20) einen Magnettopf (22) mit koaxialem, vom Topfboden wegstehenden, den Hubanschlag (231) bildenden Topfkern (23), eine in dem Magnettopf (22) einliegende, den Topfkern (23) umgebende Erregerspule (24) und eine das Ventilglied (19) tragende oder bildende Ankerplatte (21) aufweist, die vor der Stirnfläche (231) des Topfkerns (23) angeordnet und durch eine Membranfeder (25) an dem Magnettopf (22) befestigt ist.

4. Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnettopf (22) einen radial vorspringenden, die Erregerspule (24) teilweise übergreifenden Ringsteg (26) aufweist, dessen der Ankerplatte (21) zugekehrte äußere Ringfläche (261) mit der Stirnfläche (231) des Topfkerns (23) fluchtet, und daß der lichte Durchmesser des Ringstegs (26) wesentlich kleiner bemessen ist als der Außendurchmesser der Ankerplatte (21).

5. Ventil nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilöffnung (16) als Ringspalt (31) und der Ventilsitz (17) als ringförmiger Doppelsitz ausgebildet ist, der den Ringspalt (31) mit einem äußeren Sitzring (32) und einem inneren Sitzring (33) außen und innen umschließt.

6. Ventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Düse (18) eine Scheibe (34) mit gegenüber dem lichten Durchmesser der Düse (18) kleinerem Außendurchmesser eingesetzt ist, die sich über Stege (35) an der Düsenwand abstützt und den inneren Sitzring (33) des Ventildoppelsitzes (17) trägt.

7. Ventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Topfkern (23) hohlzylindrisch ausgebildet ist und die Ankerplatte (21) mit Ventilglied (19) eine zum Topfkern (23) koaxiale Durchgangsbohrung (36) aufweist, deren Bohrungsdurchmesser kleiner ist als der Durchmesser des inneren Sitzrings (33) des Ventildoppelsitzes (17).