DE3907408A1 - Ventil zum dosierten zumischen von verfluechtigtem kraftstoff zum kraftstoffluftgemisch einer brennkraftmaschine - Google Patents
Ventil zum dosierten zumischen von verfluechtigtem kraftstoff zum kraftstoffluftgemisch einer brennkraftmaschineInfo
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Description
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.
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.
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.
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 (7)
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).
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8120 | Willingness to grant licenses paragraph 23 | ||
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
8125 | Change of the main classification |
Ipc: F02M 37/20 |
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D2 | Grant after examination | ||
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