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Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage. Kraftstoffversorgungsanlagen als solche sind bekannt. Solche Anlagen verfügen über einen Kraftstoffbehälter, der in der Regel hinter bzw. unter der Rücksitzbank des Kraftfahrzeuges angeordnet ist. Die Brennkraftmaschine ist i.d.R. im Vorderwagen angeordnet. Im Kraftstoffbehälter entstehende Kraftstoffdämpfe werden über eine Kraftstoffdampfleitung dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine zugeführt. Das Zudosieren von verdampften Kraftstoff aus der Kraftstoffdampfleitung in den Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine erfolgt über ein Tankentlüftungsventil. Bei solchen bekannten Systemen kann es zu unerwünschten Nebengeräuschen aufgrund von vibrierenden/pulsierenden Bauteilen kommen.
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Es ist eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, zumindest einen Nachteil von einer vorbekannten Lösung zu verringern oder zu beheben oder eine alternative Lösung vorzuschlagen. Es ist insbesondere eine bevorzugte Aufgabe der hier offenbarten Technologie, durch eine Kraftstoffversorgungsanlage verursachte Geräusche bzw. Vibrationen zu verringern, wobei bevorzugt keine oder nur geringe Nachteile bzgl. Bauraum, Gewicht und/oder Kosten der Kraftstoffversorgungsanlage entstehen. Weitere bevorzugte Aufgaben können sich aus den vorteilhaften Effekten der hier offenbarten Technologie ergeben. Die Aufgabe(n) wird/werden gelöst durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1. Die abhängigen Ansprüche stellen bevorzugte Ausgestaltungen dar.
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Der hier offenbarten Technologie liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Geräusche und Vibrationen durch das Schaltverhalten des Tankentlüftungsventils und den vergleichsweise langen Kraftstoffdampfleitungen verursacht werden. Die Kraftstoffdämpfe werden (z.B. durch die Kolbenbewegung der Brennkraftmaschine) bei geöffnetem Tankentlüftungsventil aus der Kraftstoffdampfleitung gesaugt. Während dieser Phase wird in der Kraftstoffdampfleitung ein Unterdruck erzeugt. Somit sinkt der Druck auf einen Wert unterhalb eines statischen Drucks, der sich einstellen würde, falls das Tankentlüftungsventil dauerhaft geschlossen wäre. Wird das Tankentlüftungsventil nun schlagartig geschlossen, so steigt der Druck in der Kraftstoffdampfleitung rasch wieder an. Aufgrund der vergleichsweise langen Kraftstoffdampfleitung steigt der Druck jedoch nicht nur bis zum statischen Druck pstat an, sondern es kommt zum Überschwingen und es tritt ein maximaler Druck pStand der Technik,max auf, der den statischen Druck pstat deutlich übersteigt (vgl. strichpunktierte Linie in 1). Es kommt also zu einem dynamischen Schwingverhalten der Fluide in der Kraftstoffdampfleitung, das Druckpulsationen erzeugt. Diese Druckpulsationen bewirken die Geräuschen und Vibrationen in der Kraftstoffversorgungsanlage.
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Gemäß der hier offenbarten Technologie wird ein Tankentlüftungsventil vorgeschlagen, welches nicht schlagartig schließt, sondern welches abgestuft schließt. Somit wird das beim Stand der Technik auftretende Überschwingen gedämpft (vgl. gestrichelte Linie in 1). Es kommt somit nicht oder nur im geringeren Maße zum Überschwingen und die Druckpulsationen nehmen ab. Folglich nehmen auch die durch die Kraftstoffversorgungsanlage verursachten Geräusche und Vibrationen ab. Das Tankentlüftungsventil wirkt hier also als Drosselelement, welches die kinetische Energie der Kraftstoffdämpfe reduziert. Gleichsam ändert sich durch die hier offenbarte Technologie der hydraulische Durchmesser im Tankentlüftungsventil langsamer als bei vorbekannten Tankentlüftungsventilen.
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Die hier offenbarte Technologie betrifft eine Kraftstoffversorgungsanlage für ein Kraftfahrzeug mit einer Brennkraftmaschine, wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen oder ein Motorrad.
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Die Kraftstoffversorgungsanlage umfasst ein Tankentlüftungsventil. Das Tankentlüftungsventil ist zwischen mindestens einem Kraftstoffbehälter und der Brennkraftmaschine angeordnet. Der Kraftstoffbehälter dient zur Speicherung von unter Umgebungsbedingungen flüssigen Kraftstoff. Ein Teil des Kraftstoffs kann allerdings im Kraftstoffbehälter verdampfen. Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise ein Ottomotor. Der mindestens eine Kraftstoffbehälter ist über eine Kraftstoffdampfleitung mit dem Ansaugtrakt der Brennkraftmaschine fluidverbunden. Insbesondere mündet die Kraftstoffdampfleitung in einem Strömungskanal, durch den der Brennkraftmaschine die Luft für die Verbrennung zugeführt wird. Das Luftsystem der Brennkraftmaschine kann dabei jede geeignete Form aufweisen. Das Tankentlüftungsventil ist eingerichtet, die Zufuhr von Kraftstoffdämpfen aus mindestens einem Kraftstoffbehälter zu einer Brennkraftmaschine zu ermöglichen bzw. zu unterbinden.
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Gemäß der hier offenbarten Technologie umfasst das Tankentlüftungsventil mindestens einen Bypasskanal und mindestens einen verschiebbaren Ventilkolben bzw. Ventilteller (nachstehend wird vereinfachend der Begriff „Ventilkolben“ verwendet, wobei der Ausdruck „Ventilteller“ gleichsam mitoffenbart sein soll). Der Ventilkolben ist entlang der Längsachse des Tankentlüftungsventils verschiebbar ausgebildet und kann aus einer geschlossenen Position in eine maximal geöffnete Position überführt werden. In der geschlossenen Position ist das Tankentlüftungsventil zu und die Fluidverbindung zwischen dem mindestens einen Kraftstoffbehälter und der Brennkraftmaschine ist unterbunden. Der Ventilkolben liegt in der geschlossenen Position zumindest bereichsweise und bevorzugt vollständig auf dem Ventilsitz des Tankentlüftungsventils auf. In der maximal geöffneten Position sind sowohl der mindestens eine Bypasskanal als auch der hier offenbarte Hauptströmungsquerschnitt komplett freigegeben (100% in 2).
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In einer ersten Position des Ventilkolbens ist der Bypasskanal zumindest teilweise geöffnet und der Hauptströmungsquerschnitt vom Ventilkolben ist verschlossen. In einer zweiten Position des Ventilkolbens sind der Bypasskanal und der Hauptströmungsquerschnitt zumindest teilweise geöffnet. In der zweiten Position des Ventilkolbens ist der Ventilkolben weiter vom Ventilsitz beabstandet als in der ersten Position des Ventilkolbens.
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Der mindestens eine Bypasskanal kann im Ventilkolben und/oder im Ventilsitz vorgesehen sein. Der Bypasskanal kann in einer Ausgestaltung in einer Oberfläche des Ventilsitzes oder des Ventilkolbens als ausgesparter Kanal vorgesehen sein. Alternativ kann der Bypasskanal als allseitig umschlossener Kanal (z.B. Bohrung) vorgesehen sein, der in einer dieser Oberflächen mündet.
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Der Bypasskanal weist eine vom Kraftstoffdampf während der Öffnungsphase des Tankentlüftungsventils durchströmbare maximale Strömungsquerschnittsfläche (=Strömungsquerschnitt) auf, die so bemessen ist, dass es nicht zum Druckschlag kommt. Der mindestens eine Bypasskanal weist einen geringeren maximalen Strömungsquerschnitt auf als der maximale Hauptströmungsquerschnitt. Bevorzugt ist der maximale Strömungsquerschnitt eines Bypasskanals mindestens um den Faktor 2 oder 5 oder 10 kleiner als der maximale Hauptströmungsquerschnitt. Der Hauptströmungsquerschnitt ist dabei der während der Öffnungsphase (und insbesondere bei maximal geöffneten Tankentlüftungsventil) von Kraftstoffdampf durchströmte Querschnitt des Tankentlüftungsventils, der nicht zum mindestens einen Bypasskanal gehört. In einer bevorzugten Ausgestaltung ist der Hauptströmungsquerschnitt eine Querschnittsfläche eines Ringkanals.
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In einer Ausgestaltung können mehrere Bypasskanäle vorgesehen sein, deren Öffnungsquerschnitte an unterschiedlichen Positionen des Ventilkolbens freigegeben werden. Je nach Abstand des Ventilkolbens vom Ventilsitz kann somit also eine unterschiedliche Anzahl an Bypasskanälen durchströmbar sein.
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Besonders bevorzugt ist das Tankentlüftungsventil als elektromagnetisch aktuierbares Ventil ausgebildet. Bevorzugt kann das Tankentlüftungsventil durch eine Pulsweisen-Anpassung (engl. PWM control) geregelt bzw. gesteuert werden
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Mit anderen Worten betrifft die hier offenbarte Technologie ein Kraftstoffdampf-Rückgewinnungssystem (engl. petrol vapour management system) mit einem elektromagnetisch aktuierten Ventil zwischen dem Einlass der Brennkraftmaschine und dem Kraftstoffbehälter. Insbesondere kann der hier offenbarte Bypass am Ventilsitz und/oder am Ventilkolben vorgesehen sein. Der Ventilkolben kann flach oder konisch ausgebildet sein. Ferner kann der Ventilkolben derart ausgebildet sein, dass die sich bewegende Masse reduziert ist. Sobald der Ventilkolben sich erhebt, kann in einer Ausgestaltung die Öffnung des mindestens einen Bypasskanals freigegeben werden, wodurch eine Fluidverbindung zwischen dem stromabwärtigen Bereich und den stromaufwärtigen Bereich des Tankentlüftungsventils hergestellt wird, so dass der Kraftstoffdampf zur Brennkraftmaschine strömen kann. Weitere konische Schließflächen können zur Umsetzung der erfindungsgemäßen Idee eine Variation des hydraulischen Querschnitts erlauben. Vorteilhaft können mehrere Öffnungen bzw. Bypasskanäle radial über den Ventilsitz bzw. über den Ventilteller verteilt angeordnet sein.
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Alternativ oder zusätzlich können die Eintrittsöffnungen von verschiedenen Bypasskanälen in unterschiedlichen Ebenen angeordnet sein, wobei die Ebenen senkrecht zur Längsachse/Hubrichtung des Ventilkolbens verlaufen und voneinander beabstandet sind. Mit anderen Worten können die Eintrittsöffnungen der Bypasskanäle unterschiedlich tief angeordnet sein. Mithin ist das Tankentlüftungsventil also eingerichtet, dass bei unterschiedlichen Hubpositionen des Ventilkolbens eine unterschiedliche Anzahl an Bypasskanälen durchströmbar ist.
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Alternativ oder zusätzlich kann der Strömungsquerschnitt von unterschiedlichen Bypasskanäle unterschiedlich groß sein.
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Ferner kann vorgesehen sein, dass im Ventilkolben eine zentrische Bohrung vorgesehen ist, die in der Schließlage von einem Verschluss verschlossen ist. In der ersten Position des Ventilkolbens ist der im Tankentlüftungsventil raumfest angeordnete Verschluss von der Bohrung beabstandet, so dass die Bohrung einen Bypasskanal ausbildet. In dieser ersten Position ist der Ventilkolben zwar vom Ventilsitz beabstandet, gleichsam ist der Hauptströmungsquerschnitt noch nicht freigegeben.
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Mit den vorgenannten Maßnahmen sowie durch die Geometrie der Kraftstoffdampfleitung lässt sich das Druckänderungsverhalten in der Kraftstoffdampfleitung beeinflussen.
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Die hier offenbarte Technologie wird nun anhand der Figuren erläutert. Es zeigen:
- 1 schematisch die Ventilkurven gemäß dem Stand der Technik und der hier offenbarten Technologie,
- 2 schematisch den Druckverlauf und die Öffnungsintervalle gemäß dem Stand der Technik und der hier offenbarten Technologie,
- 3 - 7 schematische Detailansichten der hier offenbarten Technologie, und
- 8 eine vergrößerte Detailansicht des Führungselementes 23.
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Die 1 zeigt schematisch die Ventilkurve gemäß dem Stand der Technik als strichpunktierte Linie. In der Schließposition des Ventils (= „Ventil zu“) ist das Tankentlüftungsventil geschlossen. Lediglich etwaige Leckagen können durch einen vernachlässigbar kleinen Öffnungsquerschnitt strömen. Wird nun der Ventilkolben in einem vorbekannten Tankentlüftungsventil angehoben, so ist der Ventilkolben hier weiterhin dichtend geführt bis der Ventilkolben um den Betrag h0 angehoben wurde. Wird der Ventilkolben nun weiter angehoben, so wird schlagartig der gesamte Hauptströmungsquerschnitt freigegeben.
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Gestrichelt gezeigt in der 1 ist ein Tankentlüftungsventil gemäß der hier offenbarten Technologie. Wird der Ventilkolben angehoben, so wird schon bei einem geringen Ventilhub der mindestens eine Bypasskanal geöffnet. Beispielsweise ist in einer ersten Position h1 des Ventilkolbens lediglich der mindestens eine Bypasskanal geöffnet. In dieser ersten Position h1 kann der Kraftstoffdampf lediglich durch diesen mindestens einen Bypasskanal in den Ansaugtrakt gesaugt werden. Wird nun der Ventilkolben weiter angehoben, so gibt das Tankentlüftungsventil ab dem Ventilhub h0 ebenfalls den Hauptströmungsquerschnitt frei. Der durchströmte Gesamtströmungsquerschnitt vom Tankentlüftungsventil nimmt weiter zu bis der maximale Strömungsquerschnitt (d.h. 100%) erreicht wird.
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Die 2 zeigt den zeitlichen Verlauf vom Druck in der Kraftstoffdampfleitung und den korrespondierenden Schaltzustand vom Tankentlüftungsventil. Der Schaltzustand vom Tankentlüftungsventil ist hier idealisiert dargestellt. Zunächst ist das Tankentlüftungsventil geöffnet und es stellt sich in der Kraftstoffdampfleitung ein Unterdruck ein. Wird mit dem Ventilschließvorgang begonnen, so steigt aufgrund der schlagartigen Änderung des Strömungsquerschnittes der Druck in der Kraftstoffdampfleitung schlagartig an. Der Druck klettert dabei auf einen Wert, der größer ist als der statische Druck. Gemäß der hier offenbarten Technologie wird das Tankentlüftungsventil sanfter geschlossen und geöffnet. Somit kommt es nur zu einem geringeren Überschwingen und der maximale Druckwert in der Kraftstoffdampfleitung ist geringer als bei vorbekannten Lösungen. Somit verringern sich die Schwingungen und Geräuschemissionen.
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Die 3 zeigt einen teilweisen Querschnitt durch ein Tankentlüftungsventil 100. Das Tankentlüftungsventil 100 umfasst einen Ventilsitz 10, in dem der Bypasskanal 12 vorgesehen ist. Der Ventilkolben 20 ist hier rund und nicht schräg verlaufend ausgebildet. Der Ventilkolben 20 ist hier in der geschlossenen Position gezeigt. Wird nun der Ventilkolben 20 um den Betrag h1 angehoben, so kann der Kraftstoffdampf durch den Bypasskanal 12 angesaugt werden. Gleichzeitig ist in dieser ersten Position des Ventilkolbens 20 der ringförmige Hauptströmungsquerschnitt des Tankentlüftungsventils 100 geschlossen. Es kommt zu einer allmählichen Druckänderung wie sie im Zusammenhang mit der 2 erläutert wurde.
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Die 4 zeigt ein Tankentlüftungsventil 100 wie es im Zusammenhang mit der 3 erläutert worden ist. Abweichend sind hier der Ventilkolben 20 und der Ventilsitz 10 schräg ausgebildet.
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Die 5 zeigt einen Tankentlüftungsventil 100 wie es im Zusammenhang mit der 4 erläutert worden ist. Abweichend ist hier der Bypasskanal 22 im Ventilkolben 20 vorgesehen. Wird nun der Ventilkolben 20 um den Betrag h1 angehoben, so kann der Kraftstoff durch den Bypasskanal 22 strömen, ohne dass gleichzeitig der ringförmige Hauptströmungsquerschnitt geöffnet wird.
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Die 6 zeigt eine Ventilsitz 10 mit mehreren Bypasskanälen 12, die in der Ventilsitzauflagefläche beginnen und seitlich verteilt münden.
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Die 7 zeigt eine weitere Ausgestaltung der hier offenbarten Technologie, bei der ein Bypasskanal 22 im Ventilkolben 20 vorgesehen ist. Der Bypasskanal 22 verläuft hier konzentrisch mit der Längsachse des Tankentlüftungsventils 100. Im Bypasskanal 22 ist hier ein kreuzförmiges Führungselement 23 vorgesehen, das als 8 noch einmal vergrößert gezeigt ist. In der Schließposition des Ventilkolbens 20 wird die Eintrittsöffnung vom Bypasskanal 22 durch den Verschluss 13 verschlossen. Der Verschluss 13 ist mit dem Ventilsitz 10 hier über Stege verbunden. Der Verschluss 13 ist zweckmäßig ebenfalls koaxial zur Längsachse ausgebildet und kann bevorzugt zum Bypasskanal 22 hin leicht konisch verjüngend ausgebildet sein. Dies erleichtert den Dichtsitz. Wird nun der Ventilkolben 20 leicht angehoben, so kann in der ersten Position des Ventilkolbens 20 Kraftstoffdampf durch den Bypasskanal 22 entweichen, ohne dass gleichzeitig der Hauptströmungskanal freigegeben wird. Wird das Tankentlüftungsventil 100 weiter geöffnet indem der Ventilkolben 20 weiter angehoben wird, so sind in einer zweiten Position des Ventilkolbens 20 der Hauptströmungsquerschnitt und der Bypasskanal zumindest teilweise geöffnet.
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Die vorhergehende Beschreibung der vorliegenden Erfindung dient nur zu illustrativen Zwecken und nicht zum Zwecke der Beschränkung der Erfindung. Im Rahmen der Erfindung sind verschiedene Änderungen und Modifikationen möglich, ohne den Umfang der Erfindung sowie ihrer Äquivalente zu verlassen.
