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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung für ein Kraftfahrzeug, welche ein Spülventil mit einem Gehäuse und einer Drosselstelle umfasst, mittels welcher ein Fluidstrom eines Mediums einstellbar ist.
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Eine Ventilanordnung sowie ein Verfahren zur Durchflussregelung und Geräuschdämpfung mittels einer Ventilanordnung ist beispielsweise bereits der
US 6739573 B1 als bekannt zu entnehmen. Die dortige Ventilanordnung umfasst einen Hauptkörper mit einem sich zwischen einer ersten und einer zweiten Durchtrittsöffnung erstreckenden Durchgang, einem Ventilsitz, welcher einen Durchgangsbereich definiert, einem relativ zum Ventilsitz bewegbaren Element, einem Betätigungselement mittels welchem das Element relativ zum Ventilsitz von einer ersten in eine zweite Stellung bewegbar ist und ein Dämpfungselement, welches entsprechend in Abhängigkeit von dem Betätigungselement bewegbar ist und an einem radialen Spalt zwischen dem Element und dem Betätigungselement angeordnet ist. Das Element bewegt sich im Allgemeinen entlang einer Achse zwischen der ersten Stellung, die den Durchfluss eines Mediums entlang des Ventilsitz unterbindet, und der zweiten Stellung, die den Durchfluss durch den Ventilsitz ermöglicht. Das Element umfasst einen ersten Abschnitt, welcher an den Ventilsitz angepasst ist und zum Abdichten gegenüber einem Fluidaustritt in der ersten Stellung dient. Das Element umfasst des Weiteren einen zweiten Abschnitt, welcher sich entlang einer Achse zwischen einer ersten Zone, welche von dem ersten Bereich beabstandet ist und einer zweiten Zone, welche mit dem ersten Bereich verbunden ist, erstreckt. Das Betätigungselement weist eine Öffnung auf, die sich entlang der Achse erstreckt und in welcher der zweite Abschnitt aufgenommen ist. Die Öffnung umfasst ein erstes Segment, mittels welchem der erste Abschnitt geführt bewegt werden kann, und ein zweites Segment, mittels welchem der zweite Abschnitt geführt bewegt werden kann. Die Ventilanordnung umfasst eine Solenoid-Anordnung die in dem Hauptkörper untergebracht ist. Die Solenoid-Anordnung umfasst einen Polymerspulenkörper, um dessen zentralen röhrenförmigen Kern eine elektromagnetische Spule angeordnet ist. Die Solenoid-Anordnung umfasst des Weiteren eine magnetische Schaltkreisstruktur, um einen induzierten, magnetischen Fluss zu konzentrieren, der von der Spule erzeugt wird, sobald elektrischer Strom über jeweilige Anschlüsse der Spule zugeführt wird. Die magnetische Schaltkreisstruktur umfasst einen Anker, einen Stator und eine magnetische Scheibe (flux return washer). Jeweilige elastische Elemente, welche als den Anker zumindest bereichsweise umgebendes Band ausgebildet sein können, dienen dazu, einen Aufprall zwischen dem Anker und jeweiligen Seiten des Kerns des Polymerspulenkörpers zu dämpfen. Mittels dieser elastischen Elemente können Aufprallgeräusche auf besonders effiziente Weise gedämpft werden. Jedoch geht die Dämpfung der Aufprallgeräusche mit einer mechanischen Beanspruchung der elastischen Elemente aufgrund der Verformung der elastischen Elemente einher.
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Ventilanordnung für ein Kraftfahrzeug der eingangs genannten Art bereitzustellen, mittels welcher Geräusche unter besonders geringer mechanischer Beanspruchung gedämpft werden können.
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Diese Aufgabe wird durch eine Anordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Um eine Ventilanordnung bereitzustellen, die besonders zur Dämpfung von Geräuschen bei geringer mechanischer Beanspruchung geeignet ist, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Gehäuse eine reflexionsfreie Kammer umfasst, mittels welcher der Fluidstrom dämpfbar ist.
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Mittels dieser reflexionsfreien Kammer sind Geräusche, welche beispielsweise durch Fluidströme mit hoher Geschwindigkeit (große Mach-Zahl) erzeugt werden, effizient dämpfbar. Mit anderen Worten sind dadurch vibroakustische Geräusche, die durch einen konstanten oder einen pulsartigen Fluidstrom durch ein Spülventil während verschiedener Arbeitszyklen des Spülventils erzeugt werden, mittels der reflexionsfreien Kammer dämpfbar. Das Gehäuse des Spülventils kann beispielsweise mit einem geräuschabsorbierenden Material auf seiner dem Fluidstrom zugewandten Innenseite überzogen sein. Alternativ oder zusätzlich kann die reflexionsfreie Kammer beispielsweise einige geräuschdämpfende, beispielsweise in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandete Elemente umfassen. Mittels dieser Dämpfungselemente nimmt der Grad der Dämpfungseffizienz zu, was zu einer Abnahme des insgesamt abgegebenen Geräusches führt. Zusätzlich kann die Geräuschemission infolge plötzlicher Kontraktionen im Fließverhalten innerhalb des Spülventils durch Einstellung des Fluidstroms durch das Spülventil beispielsweise mittels Membranen, mittels welcher die reflexionsfreie Kammer im Wesentlichen lotrecht zur Richtung des Durchflusses unterteilt sein kann, vermindert werden. Die Ventilanordnung kann beispielsweise zum Entleeren eines Aktivkohlekanisters einer Tankentlüftung in einem Kraftfahrzeug verwendet werden. Zu diesem Zweck kann der Aktivkohlekanister mit einem Einlass des Spülventils mittels einer Spülleitung fluidisch gekoppelt sein. Ein Auslass des Spülventils ist in diesem Fall über eine weitere Spülleitung mit einem Ansaugtrakt einer Verbrennungskraftmaschine des Kraftfahrzeugs fluidisch gekoppelt. Sobald der Aktivkohlekanister entleert werden soll, wird das Spülventil, bzw. eine Drosselstelle des Spülventils geöffnet und Umgebungsluft strömt durch den Aktivkohlekanister in den Ansaugtrakt wobei vorhandener Flüssigkeitsdampf (Kraftstoffdampf) aus dem Aktivkohlekanister entfernt wird und in den Ansaugtrakt einströmt. Aufgrund des intermittierenden Ansaugens der Verbrennungskraftmaschine pulsiert der Fluidstrom (Gemisch aus Umgebungsluft und Kraftstoffdampf) durch das Spülventil in Abhängigkeit von der Motordrehzahl. Ist die reflexionsfreie Kammer zwischen dem Einlass des Spülventils und der Drosselstelle (welche beispielsweise ein Solenoid, also einen Elektromagneten umfasst) angeordnet, so werden durch den Fluidstrom während des Spülens des Aktivkohlekanisters entstehende Geräusche, bzw. Pulsationen deutlich verringert. Des Weiteren lässt sich die reflexionsfreie Kammer leicht herstellen und einbauen, vor allem da die reflexionsfreie Kammer nur Strömungskräften des Fluidstroms ausgesetzt ist und keiner mechanischen Beanspruchung. Die reflexionsfreie Kammer sowie das Gehäuse des Spülventils sind auch besonders einfach zu optimieren, z. B. in ihrer Länge variabel und akustisch aufeinander abstimmbar, wenn z. B. mehrere Spülventile verwendet werden. Zudem ist die Gestalt der reflexionsfreien Kammer nicht auf das Design eines Spülventils eines bestimmten Lieferanten beschränkt. Zusätzlich ist im Gegensatz zu aus dem Stand der Technik bekannten, separat von dem Spülventil ausgeführten Geräuschdämpfern eine Kostenreduktion aufgrund besonders einfacher Herstellung möglich, zumal diese konventionellen Geräuschdämpfer in der Spülleitung angeordnet sind und somit Raum beanspruchen und zusätzliche, mit erhöhten Kosten verbundene Befestigungen erfordern.
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Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnungen.
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Diese zeigen in:
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1 eine isometrische Ansicht einer Kraftstoffversorgungseinrichtung eines Kraftfahrzeuges, wobei ein Spülventil mittels einer Spülleitung mit einem einen Aktivkohlefilter enthaltenden Behälter verbunden ist;
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2a eine Schnittansicht einer Ventilanordnung, welche ein Spülventil mit einem Gehäuse umfasst, wobei das Gehäuse eine reflexionsfreie Kammer umfasst, welche durch mehrere Membrane unterteilt ist;
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2b eine Detailansicht eines Bereichs D der in 2a gezeigten reflexionsfreien Kammer, wobei mehrere Dämpfungselemente in regelmäßigen Abständen voneinander beabstandet sind; und
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2c eine schematische Schnittansicht eines der Membrane gemäß einer Schnittlinie A-A in 2a.
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1 zeigt eine isometrische Ansicht einer Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 eines Kraftfahrzeugs (nicht dargestellt). Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 umfasst einen Einfüllstutzen 60, mittels welchem ein Kraftstofftank 70 der Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 mit Kraftstoff gefüllt werden kann. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 umfasst auch eine Rückführungsleitung 66, mittels welcher der Einfüllstutzen 60 mit dem Kraftstofftank 70 verbunden ist. Um ein Auslaufen des Kraftstoffes zu verhindern, beispielsweise im Falle eines Überschlags des Kraftfahrzeugs, umfasst die Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 auch einen Auslaufschutz 64. Die Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 umfasst auch einen Behälter 62, welcher einen Aktivkohlefilter beinhaltet, um ein Ausströmen von Kraftstoffdampf an die Umgebung zu verhindern. Mittels eines Kraftstofffördermoduls 68 (fuel delivery module) der Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 kann eine Verbrennungskraftmaschine (hier nicht dargestellt) des Kraftfahrzeugs mit Kraftstoff aus dem Kraftstofftank 70 versorgt werden. Zu diesem Zweck ist das Kraftstofffördermodul 68 mittels einer Kraftstoffleitung 72 mit der Verbrennungskraftmaschine verbunden.
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Um Kraftstoffdämpfe abzusaugen, die in dem Aktivkohlefilter also in dem Behälter 62 gespeichert sind, umfasst die Kraftstoffversorgungseinrichtung 80 auch eine Ventilanordnung 10 mit einem Spülventil 20, das mit dem Behälter 62 mittels einer Spülleitung 74 verbunden ist. Die Spülleitung 74 ist mit einem Einlass 24 des Spülventils 20 verbunden und ein Auslass 26 des Spülventils 20 ist mit einem Ansaugtrakt (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine mittels einer anderen Spülleitung 76 verbunden. Sowohl der Einlass 24, als auch der Auslass 26 des Spülventils 20 sind in 2a dargestellt.
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Die Ventilanordnung 10 umfasst neben dem Spülventil 20 auch ein Gehäuse 30 des Spülventils 20 mit einer reflexionsfreien Kammer 40. Um in dem Aktivkohlefilter gespeicherten Kraftstoffdampf zu entfernen, wird das Spülventil 20 geöffnet. Dadurch strömt Umgebungsluft durch den Behälter 62, wobei sich ein Gemisch, also ein Medium bestehend aus Luft und Kraftstoffdampf bildet, welches durch die Spülleitung 74 in den Einlass 24 der Ventilanordnung, durch den reflexionsfreien Raum 40, das Spülventil 20 und aus dem Auslass 26 der Ventilanordnung 10 durch die andere Spülleitung 76 in den Ansaugtrakt der Verbrennungskraftmaschine strömt. Dort angekommen, wird das Gemisch (Medium) verbrannt. Ein Fluidstrom 22 dieses Gemisches ist durch jeweilige Pfeile verdeutlicht. Das Spülventil 20 umfasst auch eine Drosselstelle 32 mit einem im Folgenden als Solenoid 34 bezeichneten Elektromagneten. Ein Strömungsquerschnitt der Drosselstelle 32 kann durch Betätigung des Solenoids 32 geöffnet, teilweise geöffnet, bzw. geschlossen werden, so dass dementsprechend der Fluidstrom 22 einstellbar ist. Es ist klar, dass der Fluidstrom 22 des Gemisches (die Mischung aus Luft und Kraftstoffdampf) erst dann ermöglicht wird, wenn der Solenoid 34 der Drosselstelle 32 betätigt, die Drosselstelle 32 dadurch zumindest teilweise entdrosselt wird und damit das Medium von dem Einlass 24 durch die reflexionsfreie Kammer 40, durch die Drosselstelle 32 und über den Auslass 26 aus dem Spülventil 20 strömt, wobei das Medium durch eine Lavaldüse 36 des Auslasses 26 strömt. Mittels der reflexionsfreien Kammer 40 des Gehäuses 30 wird der Fluidstrom 22 des Mediums besonders effizient gedämpft. Somit werden vibroakustische Geräusche, die in dem Spülventil 20 aufgrund des Öffnens und Verschließens der Drosselstelle 32 durch Betätigung des Solenoids 34 oder durch verschiedene Arbeitszyklen der Verbrennungskraftmaschine (intermittierendes Ansaugen des Gemisches aus dem Behälter 62) entstehen, zumindest teilweise mittels der reflexionsfreien Kammer 40 unterbunden. Jeweilige Membrane 28 vermindern, bzw. dämpfen die Geräuschentwicklung aufgrund plötzlicher Kontraktion, bzw. Expansion infolge der Einstellung des Fluidstroms 22 durch den Solenoid 34. Die Membrane 28 unterteilen die reflexionsfreie Kammer 40 in mehrere Bereiche. Mit anderen Worten wird die reflexionsfreie Kammer 40 mittels der Membrane 28 in mehrere Teile unterteilt, wobei diese mehreren Teile durch die Membrane 28 voneinander schwingungsentkoppelt werden. 2c zeigt eine Schnittansicht einer der Membrane 28 gemäß einer Schnittlinie A-A in 2a.
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2b zeigt eine Detailansicht eines Bereichs D der reflexionsfreien Kammer 40, welcher in 2a markiert ist. In 2a und 2b ist zu erkennen, dass die reflexionsfreie Kammer 40 mehrere Dämpfungselemente 42 umfasst, welche in regelmäßigen Abständen zueinander angeordnet sind. Eine Teilmenge an Dämpfungselementen 42 ist in mehreren Teilmengenreihen 50 angeordnet, welche parallel zueinander ausgerichtet sind. Eine weitere Teilmenge an Dämpfungselementen 42 ist in weiteren parallel zueinander ausgerichteten Reihen von Teilmengen 52 angeordnet. Die Teilmengenreihen 50 und die weiteren Teilmengenreihen 52 überschneiden sich vorliegend etwa im rechten Winkel. Mit anderen Worten durchdringen sich die Teilmengenreihen 50 und die weiteren Teilmengenreihen 52 gegenseitig und somit sind die entsprechenden angrenzenden Dämpfungselemente 42 der verschiedenen Reihen 50, 52 vorliegend rechtwinklig zueinander ausgerichtet. Um die Geräuschdämpfungseffizienz zu steigern, umfassen die Dämpfungselemente 42 jeweils einen abgeschrägten Bereich 44, wobei der abgeschrägten Bereich 44 an der Spitze der Dämpfungselemente 42 angeordnet ist. Mittels des abgeschrägten Bereichs 44 werden eintreffende Schallwellen (Geräusche) kaum reflektiert, sondern besonders wirksam gestreut.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Ventilanordnung
- 20
- Spülventil
- 22
- Fluidstrom
- 24
- Einlass
- 26
- Auslass
- 28
- Membran
- 30
- Gehäuse
- 32
- Drosselstelle
- 34
- Solenoid
- 36
- Lavaldüse
- 40
- reflexionsfreie Kammer
- 42
- Dämpfungselement
- 44
- abgeschrägter Bereich
- 50
- Teilmengenreihe
- 52
- weitere Teilmengenreihe
- 60
- Einfüllstutzen
- 62
- Behälter
- 64
- Auslaufschutz
- 66
- Rückführleitung
- 68
- Kraftstofffördermodul
- 70
- Kraftstofftank
- 72
- Kraftstoffleitung
- 74
- Spülleitung
- 76
- Spülleitung
- 80
- Kraftstoffversorgungseinrichtung
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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