<Desc/Clms Page number 1>
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Steuern der Fluidströme beim Betanken eines mit einem Einfüllstutzen versehenen Kraftstofftankes, mit: einem Gehäuse, in dem eine erste Öffnung zum Anschluss einer von der Oberseite des Kraftstofftankes ausgehenden Betriebsentlüftungsleitung und eine zweite Öffnung zum Anschluss einer von einem Ausgleichs- und/oder Auffangbehälter ausgehenden Kraftstoffdampf- Rezyklierungsleitung ausgebildet sind, einem Ventilglied, welches im Gehäuse zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglich gelagert ist und zumindest eine Dichtfläche aufweist, einem Ventilsitz, der im Gehäuse zwischen den Öffnungen angeordnet ist und mit der/den Dichtfläche(n) des Ventilgliedes zusammenwirkt,
um in der ersten Stellung eine erste Fluidverbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung zu errichten und in der zweiten Stellung die erste Fluidverbindung zu unterbrechen, und
Betätigungsmitteln für das Ventilglied, um dieses von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu versetzen.
Eine derartige Ventilvorrichtung ist aus der DE 43 43 498 A1 bekannt.
Die Erfindung befasst sich insbesondere mit einer solchen Ventilvorrichtung, die für einen Einsatz in einem Betankungssystem bestimmt ist, das die folgenden Komponenten aufweist: - einen Kraftstofftank mit einem Einfüllstutzen, - einen Ausgleichsbehälter, welcher über ein Steigrohr an den Kraftstofftank angeschlossen ist, - einen Auffangbehälter für Kraftstoffdämpfe, der seinerseits an eine Entlüftungsleitung des Ausgleichsbehälter angeschlossen ist, und - eine Betriebsentlüftungsleitung, welche von der Oberseite des Tankes ausgeht und im Betrieb geöffnet, während des Betankens jedoch geschlossen ist, um den Aufbau eines Luftvorrates im oberen Bereich des Kraftstofftankes zu ermöglichen,
welcher nach dem Tanken beim Öffnen der Betriebslüftungsleitung durch den aus dem Einfüllstutzen nachrinnenden Kraftstoff angefüllt wird und somit die in der Technik bekannte Überfüll-Verhinderungsfunktion für den Einfüllstutzen bereitstellt.
Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Ventil zu schaffen, das alle zum Betrieb eines derartigen Systems erforderlichen Fluidsteuerungsfunktionen verkörpert.
Dieses Ziel wird mit einer Ventilvorrichtung der einleitend genannten Art erreicht, die sich erfindungsgemäss auszeichnet durch: eine dritte Öffnung, die im Gehäuse zum Anschluss an den oberen Endabschnitt des Einfüllstutzens ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz mit der/den Dichtfläche(n) des Ventilgliedes zusammenwirkt, um in der ersten Stellung auch eine zweite Fluidverbindung zwischen der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung zu errichten und in der zweiten Stellung auch die zweite Fluidverbindung zu unterbrechen, und eine dritte Fluidverbindung, die im Gehäuse zwischen der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgebildet ist und einen höheren Durchströmwiderstand hat als die zweite Fluidverbindung.
Auf diese Weise wird eine Vorrichtung geschaffen, welche alle erforderlichen Steuerungsfunktionen in sich vereint. Die genannte dritte Fluidverbindung schafft einen kleindurchmessrigen Nebenschlussweg (Bypass) zu der in der Tankstellung gesperrten zweiten Fluidverbindung, sodass Kraftstoffdampf aus dem Ausgleichsbehälter in den in den Einfüllstutzen eintretenden Kraftstoffstrom rezykliert werden kann, was den Auffangbehälter entlastet.
Darüberhinaus verhindert die dritte Fluidverbindung auch den als "spill over" bekannten Effekt eines Druckaufbaues im Einfüllstutzen nach dem Abschalten und vor dem Abziehen der Zapfpistole, welcher sonst zu einem stossartigen Ausspritzen von Kraftstoff ("spill over") führt.
Zweckmässigerweise wird der Durchströmwiderstand der dritten Fluidverbindung so gross gewählt, dass ein übermässiger Eintritt von rezykliertem Kraftstoffdampf in den einströmenden Kraftstoff verhindert wird, welch letzteres die Abdichtung des Einfüllstutzens gegenüber austretenden Kraftstoffdämpfen durch die im Einfüllstutzen herrschende Flüssigkeitssäule selbst ("liquid seal effecf') unterlaufen könnte.
Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass die Dichtfläche des Ventilgliedes eine Kerbe aufweist, welche die dritte Fluidverbindung bildet.
<Desc/Clms Page number 2>
Alternativ kann vorgesehen werden, dass der Ventilsitz eine Kerbe aufweist, welche die dritte Fluidverbindung bildet. Beide Varianten stellen eine fertigungstechnisch besonders einfache Möglichkeit dar, einen Bypass-Weg zu der zweiten Fluidverbindung zu schaffen.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäss einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Ventilglied eine kegel-stumpfförmige erste Dichtfläche aufweist, die mit einem ring-kantenförmigen ersten Ventilsitz einen die erste Fluidverbindung steuernden ersten Ventilspalt bildet, und eine zylinder-mantelförmige zweite Dichtfläche aufweist, welche mit einem rohrförmigen zweiten Ventilsitz einen die zweite Fluidverbindung steuernden zweiten Ventilspalt bildet. Diese Konstruktion ist besonders unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen, da der zweite Ventilspalt aufgrund seiner zylindrischen Ausbildung einen axialen Versatz im geschlossenen Zustand erlaubt.
Der Umschaltpunkt der Ventilvorrichtung kann daher auf den ersten Ventilspalt hin ausgelegt werden, und es kann nicht passieren, dass aufgrund von Toleranzproblemen ein Ventilspalt nicht ordentlich geschlossen werden kann.
Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Kerbe am Innenumfang des rohrförmigen zweiten Ventilsitzes ausgebildet ist.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Betankungssystems, in dem die erfindungsgemäss Ventilvorrichtung zum Einsatz kommt, die Fig. 2 und 3 die Ventilvorrichtung von Fig. 1 im Schnitt am oberen Ende eines Einfüllstutzens in der Betriebsstellung (Fig. 2) und der Tankstellung (Fig. 3),
Fig. 4 die Ventilverschlussvorrichtung in der Tankstellung von Fig. 3 nochmals im Schnitt, und Fig. 5 einen Schnitt durch die Fig. 4 entlang der Schnittlinie A-A.
Gemäss Fig. 1 umfasst ein Betankungssystem einen Tank 1, der über einen Einfüllstutzen 2 betankt werden kann, welcher über eine Einfülleitung 3 mit dem Tank 1 verbunden ist.
An den Tank 1 ist über ein Steigrohr 4 ein Ausgleichsbehälter 5 angeschlossen. Der Ausgleichsbehälter 5 ist im wesentlichen ein Hohlraum, in dem Kraftstoff bei einem allfälligen Überdruck im Tank 1 (z. B. bei Erwärmung) aufgefangen werden kann, und der dem Kraftstoff auch eine Möglichkeit zum "Ausperlen" bietet, d. h. ein Lösen allfälliger im Kraftstoff enthaltener Gasbläschen, z. B. Luftblasen, erlaubt, die beim Tanken eingebracht wurden.
An die Oberseite des Auffangbehälters 5 ist eine zu einem Kraftstoffdampf-Auffangbehälter 6 führende Abzugleitung 7 angeschlossen. Der Auffangbehälter 6, auch als ORVR-Behälter ("onboard refuelling vapor recovery"-Behälter) bekannt, enthält ein Kraftstoffdämpfe speicherndes Element, z. B. Aktivkohle, und wird während des Betriebes des Fahrzeuges, in dem das Betankungssystem eingesetzt ist, von der der Verbrennung zugeführten Luft durchspült, um den gespeicherten Kraftstoff der Verbrennung zuzuführen.
Von der Oberseite des Tankes 1 geht ferner eine Betriebsentlüftungsleitung 8 aus, die über eine allgemein mit 10 bezeichnete Ventileinrichtung und eine noch ausführlich erläuterte Kraftstoffdampf-Rezyklierungsleitung 11 mit dem Ausgleichsbehälter 5 schaltbar in Verbindung steht. Alternativ könnte die Rezyklierungsleitung 11 direkt zum Auffangbehälter 6 führen.
Die Ventilvorrichtung 10 ist ausführlicher in den Fig. 2 und 3 dargestellt und ist in einem Gehäuse 12 beherbergt, welches seitlich am oberen Endabschnitt des Einfüllstutzens 2 befestigt ist im vorliegenden Fall in einen Flansch 13 mit Hilfe eines auf den Aussenumfang des Gehäuses 12 aufgezogenen Dichtringes 14 dicht eingesetzt.
Die Ventilvorrichtung 10 bzw. das Gehäuse 12 ist mit drei Öffnungen ausgestattet, und zwar einer ersten Öffnung 15 für den Anschluss der Betriebsentlüftungsleitung 8, einer zweiten Öffnung 16 für den Anschluss der Rezyklierungsleitung 11, und einer (bzw. mehreren) dritten Öffnungen 17, die direkt in das Innere des oberen Abschnittes des Einfüllstutzens 2 münden.
Im Inneren des Gehäuses 12 ist eine Ventilglied 18 beweglich gelagert, und zwar zwischen einer ersten, in Fig. 2 dargestellten "Betriebsstellung" und einer zweiten, in Fig. 3 dargestellten 'Tankstellung". Das Ventilglied 18 wird mit Hilfe von Betätigungsmitteln in Form eines axial verschieblichen Steuerstiftes 19 von der ersten in die zweite Stellung versetzt, welcher Steuerstift 19 einen scheibenförmigen Einsatzboden 20 des Gehäuses 12 zentral durchsetzt und in das Innere des Einfüllstutzens 2 ragt. Der Boden 20 enthält auch die dritten Öffnungen 17.
Mit Hilfe einer Druckfeder 21 ist das Ventilglied 18 in die in Fig. 2 gezeigte Betriebsstellung vorgespannt.
<Desc/Clms Page number 3>
Die Betätigung des Steuerstiftes 19 erfolgt durch das Einführen eines Füllrohres 22 (Fig. 3) einer nicht näher dargestellten Zapfpistole in das obere Ende des Einfüllstutzens 2. Das Füllrohr 22 könnte den Steuerstift 19 direkt betätigen, oder es ist, wie im dargestellten Fall, im Eingangsbereich des Einfüllstutzens 2 eine federbelastete Verschlussklappe 23 nach unten wegschwenkbar angeordnet, welche beim Verschwenken den Betätigungsstift 19 in das Gehäuse 12 drückt.
Das Ventilglied 18 ist mit einer ersten, kegelstumpfförmigen Dichtfläche 24 ausgestattet, welche mit einem ersten, ring-kantenförmigen Ventilsitz 25 zur Bildung eines ersten Ventilspaltes 26 zusammenwirkt. Der Ventilspalt 26 befindet sich im Strömungsweg zwischen der ersten Öffnung 15 und der zweiten Öffnung 16 und errichtet bzw. unterbricht eine erste Fluidverbindung zwischen diesen beiden Öffnungen.
Die beiden Öffnungen 15 und 16 münden jeweils radial und diamentral einander gegenüberliegend am Umfang des Gehäuses 12 in dieses ein, u. zw. die erste Öffnung 15 zur einen Seite des Ventilspaltes 26 und die zweite Öffnung 16 zur anderen Seite des Ventilspaltes 26.
Im Anschluss an die kegelstumpfförmige erste Dichtfläche 24 ist das Ventilglied 18 mit einer zylindermantelförmigen zweiten Dichtfläche 27 versehen, die mit einem zweiten, rohrförmigen Ventilsitz 28 zur Bildung eines zweiten Ventilspaltes 29 zusammenwirkt. Der zweite Ventilspalt 29 liegt im Strömungsweg zwischen der dritten Öffnung 17 und der zweiten Öffnung 16, und damit auch in Serienschaltung zum ersten Ventilspalt 26 in bezug auf den Strömungsweg von der dritten Öffnung 17 zur ersten Öffnung 15.
Um die Rezyklierungsleitung 11 auch in der Tankstellung mit dem Einfüllstutzeninneren zu verbinden, ist ein kleindurchmessriger Nebenschluss-Strömungsweg von der zweiten Öffnung 16 zur dritten Öffnung 17 vorgesehen. Der Nebenschlussweg stellt eine dritte, permanent geöffnete Fluidverbindung zwischend der zweiten und der dritten Öffnung 16 bzw. 17 dar.
Als dritte Fluidverbindung könnte beispielsweise ein Kanal durch die Wand des Gehäuses 12 zwischen zweiter Öffnung 16 und dritter Öffnung 17 ausgebildet werden, od.dgl. Bevorzugt wird jedoch, wie im dargestellten Fall, der zweite Ventilsitz 28 mit einer Kerbe 30 (Fig. 5) versehen, sodass der Ventilspalt 29 in der Schliessstellung (Fig. 3) von der durch die Kerbe 30 gebildeten dritten Fluidverbindung überbrückt ist.
Die Kerbe 30 könnte alternativ auch in der zweiten Dichtfläche 27 des Ventilgliedes 18 vorgesehen werden. Anstelle einer Kerbe 30 können Nuten, Rillen, Oberflächenrauhigkeiten oder auch nur ein entsprechend grosses Spiel zwischen der Dichtfläche 27 des Ventilgliedes 18 und der Dichtfläche des zweiten Ventilsitzes 28 vorgesehen werden.
Die Funktionsweise des Ventiles ist wie folgt.
In der Betriebsstellung (Fig. 2) sind die Ventilspalte 26 und 29 geöffnet, sodass der Tank 1, die Betriebsentlüftungsleitung 8, die Rezyklierungsleitung 11, der Einfüllstutzen 2, der Ausgleichsbehälter 5 und der Auffangbehälter 6 untereinander verbunden sind und den gleichen Druck aufweisen.
Der ungehinderte Druckausgleich zwischen den Komponenten des Betankungssystems in der Betriebsstellung, insbesondere auch über die Rezyklierungsleitung 11 hin zum oberen Abschnitt des Einfüllstutzens 2, ermöglicht den Einsatz von Fahrzeugdiagnosesystemen (onboard diagnosis systems), welche mit lediglich einem einzigen, z. B. im Einfüllstutzen 2 angeordneten Drucksensor einen allfälligen Überdruckzustand im Tanksystem erfassen.
In der Betankungsstellung (Fig. 3 - 5) ist die Betriebsentlüftungsleitung 8 geschlossen und verhindert ein Entweichen des an oberster Stelle im Tank 1 enthaltenen Luft/Kraftstoffdampf- Reservoirs. Der Tank 1 wird während des Füllens über das Steigrohr 4 in den Auffangbehälter 6 hin entlüftet, und sobald der Füllstand im Tank die Öffnung des Steigrohres 4 verschliesst, ist das Füllen des Tankes beendet. Ein weiteres Anfüllen erhöht nur mehr den Füllstand in der Einfülleitung 3 und im Einfüllstutzen 2, bis die Automatik der Zapfpistole die Kraftstoffzufuhr beendet.
Während des Anfüllens des Kraftstoffbehälters 1 wird ein Teil des im Ausgleichbehälter 5 anfallenden Kraftstoffdampfstromes über die Rezyklierungsleitung 11, die erste Öffnung 16, die dritte Fluidverbindung 30 und die dritte Öffnung 17 dem eintretenden Kraftstoffstrom zugeführt bzw. von dessen Sog erfasst und wieder in den Tank 1 rezykliert.
Wenn die Zapfpistole abschaltet, weil der Füllstand in der Einfülleitung 3 bzw. im Einfüllstutzen
<Desc/Clms Page number 4>
2 zu hoch wird, endet auch der Zustrom von Rezyklierungskraftstoffdampf über die Leitung 11, und die dritte Fluidverbindung 30 bewirkt nun einen Abbau des Druckes im Einfüllstutzen 2 in umgekehrter Richtung über die Rezyklierungsleitung 11 zum Ausgleichsbehälter 5 bzw.
Auffangbehälter 6. Die dritte Fluidverbindung verhindert damit das als "spill over" bekannte Phänomen des Austretens von Kraftstoff aus dem Stutzenende nach dem Abschalten der Zapfpistole bzw. wenn diese abgezogen wird.
Nach dem Abziehen der Zapfpistole kehrt die Ventilvorrichtung 10 in die Betriebsstellung (Fig.
2) zurück und öffnet die Betriebsentlüftungsleitung 8, sodass das im oberen Teil des Tankes 1 verbliebene Gasreservoir über die Leitung 11 entlüftet wird. Dadurch kann der in der Einfülleitung 3 und im Einfüllstutzen 2 stehengebliebene Kraftstoff in den Tank 1 nachrinnen (Überfüllverhinderungsfunktion).
PATENTANSPRÜCHE:
1. Ventilvorrichtung (10) zum Steuern der Fluidströme beim Betanken eines mit einem
Einfüllstutzen (2) versehenen Kraftstofftankes (1), mit: einem Gehäuse (12), in dem eine erste Öffnung (15) zum Anschluss einer von der
Oberseite des Kraftstofftankes (1) ausgehenden Betriebsentlüftungsleitung (8) und eine zweite Öffnung (16) zum Anschluss einer von einem Ausgleichs- (5) und/oder Auf- fangbehälter (6) ausgehenden Kraftstoffdampf-Rezyklierungsleitung (11) ausgebildet sind, einem Ventilglied (18), welches im Gehäuse (12) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglich gelagert ist und zumindest eine Dichtfläche (24,27) aufweist, einem Ventilsitz (25,28), der im Gehäuse (12) zwischen den Öffnungen (15-17) angeordnet ist und mit der/den Dichtfläche(n) (24,27) des Ventilgliedes (18) zusammenwirkt,
um in der ersten Stellung eine erste Fluidverbindung zwischen der ersten Öffnung (15) und der zweiten Öffnung (16) zu errichten und in der zweiten Stellung die erste Fluidverbindung zu unterbrechen, und
Betätigungsmitteln (19) für das Ventilglied (18), um dieses von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu versetzen, gekennzeichnet durch eine dritte Öffnung (17), die im Gehäuse (12) zum Anschluss an den oberen
Endabschnitt des Einfüllstutzens (2) ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz (18) mit der/den
Dichtfläche(n) (24,27) des Ventilgliedes (18) zusammenwirkt, um in der ersten Stellung auch eine zweite Fluidverbindung zwischen der zweiten Öffnung (16) und der dritten Öffnung (17) zu errichten und in der zweiten Stellung auch die zweite Fluidverbindung zu unterbrechen, und eine dritte Fluidverbindung (30), die im Gehäuse (12) zwischen der zweiten Öffnung (16)
und der dritten Öffnung (17) ausgebildet ist und einen höheren
Durchströmwiderstand hat als die zweite Fluidverbindung.