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Stand der Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung zum dosierten Zumessen
strömender Medien nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Eine
bekannte Dosiervorrichtung dieser Art (
DE 198 10 212 A1 ) wird
in Kraftfahrzeugen als sog. Tankentlüftungsventil zum dosierten
Zuführen von aus dem Kraftstofftank verflüchtigten
Kraftstoff in ein Ansaugrohr einer Brennkraftmaschine eingesetzt. Hierzu
ist der Zulauf eines von einem Elektromagneten betätigten
Dosierventils an einem mit Aktivkohle gefüllten Speicherraum,
für den verflüchtigten Kraftstoff, dem sog. Aktivkohlefilter,
angeschlossen. Der Aktivkohlefilter ist seinerseits an einem Entlüftungsstutzen
des Kraftstofftanks angeschlossen und besitzt einen davon getrennten
Lufteinlass, über den Luft durch den Aktivkohlefilter hindurch
angesaugt werden kann. Der Ablauf des Dosierventils ist an das Ansaugrohr
der Brennkraftmaschine angeschlossen, über das der Brennkraftmaschinen
des Kraftfahrzeugs Verbrennungsluft zugeführt wird. Die
Anschlussstelle am Ansaugrohr liegt dabei stromabwärts
einer im Ansaugrohr angeordneten Drosselklappe zur Luftmengensteuerung.
Ein von einem Elektromagneten betätigtes Ventilglied schließt
bei unbestromtem Elektromagneten eine zwischen dem Zulauf und dem
Ablauf des Dosierventils angeordnete Ventilöffnung und
gibt diese bei bestromten Elektromagneten kontinuierlich frei, indem
sich durch den Hub eines vom Elektromagneten betätigten
Magnetankers eine im Ventilglied ausgebildete Durchgangsöffnung
kontinuierlich über die Ventilöffnung schiebt.
Je nach Größe der Bestromung des Elektromagneten
wird ein mehr oder weniger großer Querschnitt der Durchgangsöffnung über
die Ventilöffnung geschoben und so die Größe
des mit der vom Ansaugrohr über den Aktivkohlefilter angesaugten
und mit verflüchtigtem Kraftstoff beladenen Luftstroms eingestellt.
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In
einigen Kraftfahrzeugen werden zur Laststeuerung mechanisch betätigte
Drosselklappen im Luftansaugrohr eingesetzt. In Verbindung damit
ist eine Luftzumessvorrichtung, ein sog. separater Luftsteller,
erforderlich, die bei geschlossener Drosselklappe einen Bypass zur
Drosselklappe bildet und den zur Leerlaufregelung erforderlichen
Luftstrom, der über den Bypass fließt, dosiert.
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Offenbarung der Erfindung
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Die
erfindungsgemäße Vorrichtung zum dosierten Zumessen
strömender Medien mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat
den Vorteil, dass mit einem einzigen Aktor zwei getrennte Medienströme unterschiedlich
dosiert werden können, sodass durch Vermeidung von Duplizitäten
Material und Bauteile eingespart werden können. Im Falle
eines elektromagnetischen Aktors ist zur Betätigung der
beiden mit je einem Ventilglied der beiden Dosierventile gekoppelten
Magnetanker nur eine einzige Magnetspule und ein gemeinsamer Magnetkreis
erforderlich. Zur Ansteuerung der Magnetspule wird eine einzige
Endstufe und ein einziger Stecker sowie eine einzige Kabelverbindung
benötigt. Die Montage vereinfacht sich und die Montagezeit
wird verkürzt, da nur noch eine einzige Komponente, anstelle
von zwei getrennten Dosierventilen integriert werden muss. Dies
bedeutete eine weitere Kostenersparnis bei der Montage.
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Durch
die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch
1 angegebenen Ventilvorrichtung möglich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ablauf
des ersten Dosierventils über einen Strömungskanal
an dem Zulauf des zweiten Dosierventils angeschlossen und der Strömungskanal
mit einer Einlassöffnung mit vorgeordneter oder integrierter
Strömungsdrossel versehen. Die Strömungsdrossel
ist so ausgebildet, dass der dem strömenden Medium von
der Strömungsdrossel entgegengesetzte Strömungswiderstand
deutlich größer ist als der dem strömenden
Medium von dem Strömungskanal entgegengesetzte Strömungswiderstand.
Durch diese konstruktive Maßnahme können bestimmte
Strömungswege von beiden getrennt dosierten strömenden
Medien genutzt werden. Für das Abführen der getrennt
dosierten Medien zu dem Verbraucher ist nur noch eine einzige Schlauchleitung erforderlich.
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Gemäß einer
vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die beiden
Dosierventile, der Strömungskanal und der Aktor in einem
gemeinsamen Gehäuse angeordnet. Das Gehäuse ist
mit einem mit dem Zulauf des ersten Dosierventils in Verbindung stehenden
ersten Anschlussstutzen, mit einem mit dem Ablauf des zweiten Dosierventils
in Verbindung stehenden zweiten Anschlussstutzen und mit einen mit
der Einlassöffnung im Strömungskanal in Verbindung
stehenden dritten Anschlussstutzen versehen, in dem die Strömungsdrossel
integriert ist. Durch diese Maßnahme wird eine die beiden
Dosierventile umfassende, kompakte Baueinheit geschaffen, die nur noch
drei Anschlussstutzen aufweist, die bei der Montage entsprechend
anzuschließen sind.
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Gemäß einer
bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das erste
Dosierventil als Tankentlüftungsventil zur dosierten Zuführung
von aus einem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigten
Kraftstoff in ein Luftansaugrohr einer Brennkraftmaschine und das
zweite Drosselventil als Luftsteller zur Leerlaufregelung der Brennkraftmaschine
eingesetzt. Von den am Gehäuse vorhandenen Anschlussstutzen
ist der erste Anschlussstutzen an einem mit einem Lufteinlass versehenen
und mit einer Entlüftungsleitung des Kraftstofftanks verbundenen
Aktivkohlefilter, der zweite Anschlussstutzen an dem Luftansaugrohr
stromabwärts einer Drosselklappe und der dritte Anschlussstutzen
an dem Luftansaugrohr stromaufwärts der Drosselklappe angeschlossen.
Durch die erfindungsgemäße Dosiervorrichtung spart
man Herstellungs- und Montagekosten im Vergleich zu zwei getrennten
Bauteile für Leerlaufregelung bei geschlossener Drosselklappe
und zur Erfüllung der gesetzlichen Auflagen bezüglich
Verdunstungsemissionen des Kraftstoffes.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung ist anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels
in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen in schematischer Darstellung:
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1 einen
Längsschnitt einer Vorrichtung zum dosierten Zumessen strömender
Medien,
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2 die
Dosiervorrichtung gemäß 1 im Einsatz
in einem Kraftfahrzeug zur Leerlaufregelung und zur Reduzierung
von Verdunstungsemissionen des Kraftstoffs,
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3 und 4 jeweils
eine gleiche Darstellung wie in 2 mit zwei
verschiedenen Betriebszuständen der Dosiervorrichtung.
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Die
in 1 im Längsschnitt schematisiert dargestellte
Vorrichtung zum dosierten Zumessen strömender Medien weist
ein Gehäuse 10 auf, in dem ein erstes Dosierventil 11 für
ein erstes strömendes Medium, ein zweites Dosierventil 12 für
ein zweites strömendes Medium und ein beiden Dosierventilen 11, 12 gemeinsamer
Aktor 13 zur Steuerung der beiden Dosierventile 11, 12 angeordnet
sind. Das in 1 durch eine strichpunktierte
Umrandung symbolisierte Gehäuse 10 weist einen
ersten Anschlussstutzen 14 einen zweiten Anschlussstutzen 15 und einen
dritten Anschlussstutzen 16 auf. Jedes Dosierventil 11, 12 besitzt
eine Ventilöffnung 17 bzw. 21, die zwischen
einem Zulauf 18 bzw. 22 und einem Ablauf 19 bzw. 23 angeordnet
ist, sowie ein Ventilglied 20 bzw. 24. Die beiden
Ventilgliede 20, 24 werden zur Einstellung eines
gewünschten Öffnungsquerschnitts der Ventilöffnung 17 bzw. 21 unabhängig
voneinander von dem Aktor 13 gesteuert. Der Zulauf 18 des ersten
Dosierventils 11 steht mit dem ersten Anschlussstutzen 14 in
Verbindung. Der Ablauf 19 des ersten Dosierventils 11 ist über
einen Strömungskanal 25 mit dem Zulauf 22 des
zweiten Dosierventils 12 verbunden. Der Ablauf 23 des
zweiten Dosierventils 12 steht mit dem zweiten Anschlussstutzen 15 des
Gehäuses 10 in Verbindung. Der Strömungskanal 25 weist
eine Einlassöffnung 26 auf, der eine Strömungsdrossel 27 vorgeordnet
ist. Die Einlassöffhung 26 kann selbst als Strömungsdrossel 27 ausgebildet
sein, somit die Strömungsdrossel in die Einlassöffnung
unmittelbar integriert sein. Die Einlassöffnung 26 steht über
die Strömungsdrossel 27 mit dem dritten Anschlussstutzen 16 des
Gehäuses 10 in Verbindung, wobei die Strömungsdrossel 27 auch
in den dritten Anschlussstutzen 16 integriert werden kann. Die
Strömungsdrossel 27 ist so ausgebildet, dass sie einem über
den dritten Anschlussstutzen 16 strömenden Medium
einen Strömungswiderstand entgegensetzt, der deutlich größer
ist als der Strömungswiderstand im Strömungskanal 25,
sodass bei geöffneten Dosierventilen 14, 15 ein
Nebenmediumstrom über den dritten Anschlussstutzen 16 unterbunden bzw.
ausreichend gering gehalten ist.
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Im
dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Aktor 13 für
die beiden Dosierventile 11, 12 ein elektromagnetischer
Aktor, der einen Elektromagneten 30 mit zwei in seinem
Magnetkreis angeordneten Magnetankern 31, 32,
aufweist. Dabei ist der erste Magnetanker 31 mit dem Ventilglied 20 des
ersten Dosierventils 11 und der zweite Magnetanker 32 mit
dem Ventilglied 24 des zweiten Dosierventils 12 jeweils fest
verbunden. Der Elektromagnet 30 weist einen Magnettopf 33 auf,
in den eine hohlzylindrische Magnetspule 35 mit einer auf
einem Spulenträger 36 aus isolierendem Material
aufgewickelten Magnetwicklung 37 eingesetzt ist, wobei
der Spulenträger auf dem Topfboden 331 des Magnettopfes 33 aufsitzt und
in der Topföffnung 332 des Magnettopfes 33 bündig
mit der kreisringförmigen Stirnfläche des Magnettopfes 33 abschließt.
Im hohlzylindrischen Inneren des Spulenträgers 36 sind
zwei in Axialabstand voneinander angeordnete, hohlzylindrische Magnetkerne 38, 39 eingesetzt,
von denen der untere Magnetkern 38 auf dem Topfboden 331 aufsitzt
und der obere Magnetkern 39 bündig mit dem Spulenträger 36 und
der Topföffnung 332 des Magnettopfes 33 abschließt.
Der lichte Innendurchmesser der hohlzylindrischen Magnetkerne 38 ist
gleich dem lichten Durchmesser einer zentralen Öffnung 34 im
Topfboden 331 des Magnettopfes 33. Der erste Magnetanker 31 ist
im unteren Magnetkern 38 axial verschieblich geführt
und durch eine erste Ventilschließfeder 28 an
einer im Inneren des oberen Magnetkerns 39 ausgebildeten
Ringschulter 391 abgestützt. Unter der Wirkung
der Ventilschließfeder 28 wird das Ventilglied 20 des
ersten Dosierventils 11 in seiner die Ventilöffnung 17 schließenden
Schließstellung gehalten. Der zweite Magnetanker 32 überdeckt
die Topföffnung 332 des Magnettopfes 33 und
liegt unter Belassung eines Arbeitsluftspaltes der kreisringförmigen
Stirnfläche des Magnettopfes 33 und der kreisringförmigen
Stirnfläche des oberen Magnetkerns 39 gegenüber.
Zwischen dem zweiten Magnetanker 32 und einer im oberen
Magnetkern 39 ausgebildeten zweiten Ringschulter 392 stützt
sich eine zweite Ventilschließfeder 29 ab, die
das zweite Dosierventil 12 in Schließstellung
hält, in der das Ventilglied 24 des zweiten Dosierventils 12 die
Ventilöffnung 21 verschließt.
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Im
schwach bestromten Zustand der Magnetspule 35 wird der
zweite Magnetanker 32 von Magnettopf 33 und oberem
Magnetkern 39 unter Verkleinerung des Arbeitsluftspaltes
gegen die Rückstellkraft der zweiten Ventilschließfeder 29 angezogen und
hebt je nach Stärke der Bestromung der Magnetspule 35 das
Ventilglied 24 des zweiten Dosierventils 12 mehr
oder weniger stark von der Ventilöffnung 21 ab.
Das zweite Medium kann nunmehr von dem dritten Anschlussstutzen 16 über
das geöffnete zweite Dosierventil 12 zum zweiten
Anschlussstutzen 15 strömen. Die bei dieser Bestromung
der Magnetspule 35 erzeugten Magnetkräfte reichen
nicht aus, um den ersten Magnetanker 31 gegen die Schließkraft der
ersten Ventilschließfeder 28 zu verschieben. Das erste
Dosierventil 11 bleibt daher geschlossen.
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Wird
die Magnetspule 35 stark bestromt, so reicht jetzt die
Magnetkraft aus, den ersten Magnetanker 31 gegen die Kraft
der ersten Ventilschließfeder 28 in den oberen
hohlen Magnetkern 39 hineinzuverschieben. Das Ventilglied 20 des
ersten Dosierventils 11 hebt von der Ventilöffnung 17 ab,
und das erste Dosierventil 11 ist geöffnet. Das
erste Medium kann nunmehr über das geöffnete erste
Dosierventil 11 und das nach wie vor geöffnete
zweite Dosierventil 12 vom ersten Anschlussstutzen 14 zum
zweiten Anschlussstutzen 15 strömen. Durch die
Drosselwirkung der Strömungsdrossel 37 ist ein
Nebenmediumstrom über den dritten Anschlussstutzen 16 vernachlässigbar
klein.
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In 2 bis 4 ist
der Einsatz der vorstehend beschrieben Dosiervorrichtung in einem
Kraftfahrzeug dargestellt, um einerseits gesetzliche Auflagen bezüglich
Verdunstungsemissionen des Kraftstoffs zu erfüllen und
andererseits eine Leerlaufregelung bei geschlossener Drosselklappe
im Luftansaugstutzen der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zu
ermöglichen. Dabei ist dem ersten Dosierventil 11 die
Funktion eines an sich bekannten Tankentlüftungsventils
und dem zweiten Dosierventil 12 die Funktion eines separaten
Luftstellers für die Leerlaufregelung zugeordnet. Der erste
Anschlussstutzen 14 am Gehäuse 10 der
Dosiervorrichtung ist mit einem Aktivkohlefilter 40 verbunden.
Der Aktivkohlefilter 40 ist einerseits über eine
Entlüftungsleitung 41 an einem Entlüftungsstutzen 42 eines
Kraftstoffstanks 43 des Kraftfahrzeugs angeschlossen, der über
einen Kraftstoffeinfüllstutzen 44 mit Kraftstoff 45 befüllbar
ist, und weist andererseits einen Lufteinlass 46 auf. Im
Aktivkohlefilter 40 wird aus dem Kraftstofftank 43 ausgasender
Kraftstoff gespeichert. Mittels über den Lufteinlass 46 durch
den Aktivkohlefilter 40 hindurchgesaugter Luft, wird der
gespeicherte, vergaste Kraftstoff wieder aus dem Aktivkohlefilter 40 entfernt.
Der zweite Anschlussstutzen 15 des Gehäuses 10 ist
an einem Luftansaugrohr 47 der Brennkraftmaschine angeschlossen,
in dem eine mechanisch betätigte Drosselklappe 48 zur
Steuerung des für die Luftströmung zur Verfügung
stehenden Rohrquerschnitts angeordnet ist. Die Anschlussstelle des zweiten
Anschlussstutzen 15 an dem Luftansaugrohr 47 liegt
stromabwärts der Drosselklappe 48. Der dritte
Anschlussstutzen 16 ist ebenfalls an dem Luftansaugrohr 47 angeschlossen,
und zwar stromaufwärts der Drosselklappe 48.
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In
dem in 2 dargestellten Zustand der Dosiervorrichtung
ist die Magnetspule 35 nicht bestromt und die beiden Dosierventile 11, 12 geschlossen. 3 zeigt
den Zustand der Dosiervorrichtung, in welchem die Magnetspule 35 schwach
bestromt ist. Der zweite Magnetanker 32 ist angezogen und damit
das zweite Dosierventil 12 geöffnet, während das
erste Dosierventil 11 noch geschlossen ist. In diesem Zustand
ist die Leerlaufregelung aktiv, und der bei geschlossener Drosselklappe 48 für
einen einwandfreien Leerlauf der Brennkraftmaschine erforderliche
Luftstrom wird durch das zweite Dosierventil 12 dosiert.
Der um die Drosselklappe 48 herum über das zweite
Dosierventil 12 geführte Luftstrom, der das eingangs
angesprochene zweite strömende Medium darstellt, ist in 3 punktiert
angedeutet. In 4 ist die Dosiervorrichtung
im stark bestromten Zustand der Magnetspule 35 dargestellt.
Der zweite Magnetanker 32 bleibt angezogen und damit das zweite
Dosierventil 12 geöffnet, und der erste Magnetanker 31 ist
hin zum oberen Magnetkern 39 verschoben und das damit angehobene
Ventilglied 20 gibt die Ventilöffnung 21 frei.
Entsprechend der Stärke der Bestromung der Magnetspule 35 ist
das erste Dosierventil 11 mehr oder weniger weit geöffnet
und ein vom Unterdruck im Luftansaugrohr 47 über
die geöffneten Dosierventile 11, 12 und
dem Lufteinlass 46 durch den Aktivkohlefilter 40 hindurch
angesaugter, mit verflüchtigtem Kraftstoff beladener Luftstrom wird
entsprechend dosiert. Der über den Aktivkohlefilter 40 angesaugte
und dem Luftansaugstutzen 47 zugeführte Luftstrom,
der das eingangs angesprochene erste strömende Medium darstellt,
ist in 4 punktiert angedeutet. Da der Ansaugwiderstand durch
das Aktivkohlefilter 40 gering ist, genügt die Drosselwirkung
der Strömungsdrossel 27 im dritten Anschlussstutzen 16,
um einen möglichen Nebenluftstrom aus dem Luftansaugrohr 47 zu
unterdrücken oder zumindest ausreichend gering zu halten.
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Die
Steuerung des Elektromagneten 30 erfolgt mit stromgeregelter
Endstufe oder unterschiedlichen Spannungen oder unterschiedlichen
pulsweiten Signalen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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