DE102019220441A1

DE102019220441A1 - Brennkraftmaschine mit Drosselventil und Tankentlüftungsventil in Form einer kombinierten Ventilvorrichtung

Info

Publication number: DE102019220441A1
Application number: DE102019220441.4A
Authority: DE
Inventors: Björn Fröhlich; Jens Wodausch
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-12-20
Filing date: 2019-12-20
Publication date: 2021-06-24

Abstract

Es ist eine Brennkraftmaschine 10 vorgesehen, die einen Verbrennungsmotor 12, einen Frischgasstrang 20 zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor 12 und ein Kraftstofftanksystem umfasst. In den Frischgasstrang 20 ist ein Drosselventil zur Einstellung des über dieses geführten Massenstroms des Frischgases integriert. Das Kraftstofftanksystem weist zumindest einen Kraftstofftank 30, einen Kraftstoffdampffilter 32, der in fluidleitender Verbindung mit der Umgebung steht, eine von dem Kraftstofftank 30 zu dem Kraftstoffdampffilter 32 führende Entlüftungsleitung 34 und eine von dem Kraftstoffdampffilter 32 zu dem Frischgasstrang 20 führende Spülgasleitung 36 auf. Weiterhin ist ein Tankentlüftungsventil zur Einstellung des Massenstroms des aus der Spülgasleitung 36 in den Frischgasstrang 20 eingeleiteten Spülgases vorgesehen. Das Drosselventil und das Tankentlüftungsventil sind dabei in Form einer integrierten Ventilvorrichtung 24 ausgebildet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Kraftstofftanksystem, das entlüftet werden kann. Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Brennkraftmaschine.
Ein Kraftstofftanksystem für eine Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeugs weist regelmäßig eine Entlüftungsleitung auf, die es ermöglicht, einen ansteigenden Druck in dem Kraftstofftank des Kraftstofftanksystem infolge von beispielsweise bei hohen Umgebungstemperaturen verdampfendem Kraftstoff an die Umgebung zu entlasten (vgl. beispielsweise DE 10 2016 106 863 A1 ). Dabei dürfen, auch aufgrund von Emissionsvorschriften, möglichst keine Kraftstoffdämpfe in die Umgebung gelangen. Dies wird verhindert, indem in die Entlüftungsleitung ein Kraftstoffdampffilter integriert ist, der die Kraftstoffdämpfe absorbiert. Ein solcher Kraftstoffdampffilter ist üblicherweise in Form eines Aktivkohlefilters ausgebildet.
Zur Regeneration eines solchen Kraftstoffdampffilters ist das dazugehörige Kraftstofftanksystem zusätzlich mit einer Spülgasleitung versehen, die einerseits mit dem Kraftstoffdampffilter und andererseits mit dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine verbunden ist. Im Betrieb der Brennkraftmaschine kann zeitweise mittels Unterdrucks, der im Bereich der Mündung der Spülgasleitung in den Frischgasstrang im Vergleich zu dem Umgebungsdruck herrscht, Umgebungsluft über eine Verbindung des Kraftstoffdampffilters zur Umgebung angesaugt werden. Diese Umgebungsluft durchströmt den Kraftstoffdampffilter in Gegenrichtung zu derjenigen Strömungsrichtung, in der die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank in den Kraftstoffdampffilter strömen, und spült diesen dadurch. Die Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstoffdampffilter werden so über den Frischgasstrang den Brennräumen des Verbrennungsmotors der Brennkraftmaschine zugeführt.
Der konstruktive Aufwand, der mit einer spülbaren Ausgestaltung des Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine einhergeht, ist erheblich. Weiterhin kann das Einbringen der Kraftstoffdämpfe in die Brennräume des Verbrennungsmotors Schwierigkeiten bereiten, weil dies bei der Dosierung der Kraftstoffmengen, die über die eigentlich für die Kraftstoffzuführung zu den Brennräumen vorgesehenen Kraftstoffinjektoren eingebracht werden, berücksichtigt werden muss, um den Verbrennungsmotor weiterhin mit einem definierten Kraftstoff-Frischgas-Mengenverhältnis betreiben zu können. Dabei stellt insbesondere die möglichst genaue Bestimmung des über die Spülgasleitung in den Frischgasstrang und von diesem in die Brennräume eingebrachten Kraftstoffmassenstroms ein Problem dar. Die Applikation einer entsprechenden Brennkraftmaschine für einen Betrieb während des Spülens des Kraftstoffdampffilters wird weiterhin dadurch erschwert, dass üblicherweise der Mengenstrom des in den Frischgasstrang einbringbaren Spülgases zunächst mittels eines sogenannten Tankentlüftungsventils einstellbar ist, während zusätzlich der Massenstrom des bei einem Spülen des Kraftstoffdampffilters auch Kraftstoffdämpfe umfassenden Frischgases im Rahmen der üblichen Leistungsregelung des Verbrennungsmotors mittels eines in den Frischgasstrang integrierten Drosselventils, das üblicherweise in Form einer Drosselklappe ausgebildet ist, eingestellt wird. Dadurch gibt sich eine doppelte Beeinflussung des schlussendlich den Brennräumen zugeführten, aus der Spülgasleitung stammenden Kraftstoffs, was erheblich erschwert, für jeden möglichen Betriebspunkt im Betrieb der Brennkraftmaschine bei aktivierter Spülung des Kraftstoffdampffilters ein definiertes Kraftstoff-Frischgas-Mengenverhältnis möglichst exakt einzuhalten.
Die EP 0 829 627 A2 offenbart einen Gasmotor mit einer Mengensteuereinrichtung zur Einstellung des den Brennräumen des Gasmotors zuzuführenden Frischgases oder Frischgas-Kraftstoff-Gemischs, wobei die Mengensteuereinrichtung in Form eines Walzen-Drehschiebers ausgebildet ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den konstruktiven Aufwand, der mit der Entlüftbarkeit eines Kraftstofftanksystems einer Brennkraftmaschine einhergeht, möglichst gering zu halten. Weiterhin soll der Aufwand für die Applikation einer Brennkraftmaschine hinsichtlich eines Betriebs bei aktiver Spülung eines Kraftstoffdampffilters eines solchen Kraftstofftanksystems möglichst gering gehalten werden.
Diese Aufgabe werden mittels einer Brennkraftmaschine gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die zumindest einen Verbrennungsmotor (insbesondere einen Ottomotor oder einen sonstigen, zumindest zeitweise fremdgezündeten Verbrennungsmotor), einen Frischgasstrang zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor und ein Kraftstofftanksystem umfasst. In den Frischgasstrang ist ein Drosselventil zur Einstellung des über dieses geführten Massenstroms des Frischgases integriert. Das Kraftstofftanksystem weist zumindest einen Kraftstofftank, einen Kraftstoffdampffilter, der in fluidleitender Verbindung mit der Umgebung steht, eine von dem Kraftstofftank zu dem Kraftstoffdampffilter führende Entlüftungsleitung und eine von dem Kraftstoffdampffilter zu dem Frischgasstrang der Brennkraftmaschine führende Spülgasleitung auf. Weiterhin ist ein Tankentlüftungsventil zur Einstellung des Massenstroms des aus der Spülgasleitung in den Frischgasstrang eingeleiteten Spülgases vorgesehen. Erfindungsgemäß sind das Drosselventil und das Tankentlüftungsventil in Form einer integrierten Ventilvorrichtung ausgebildet. Als „integrierten Ventilvorrichtung“ wird dabei verstanden, dass sowohl die Funktion des Drosselventils als auch die des Tankentlüftungsventils von einer Ventilvorrichtung erfüllt wird, die konstruktiv und funktional eine Einheit darstellt und die insbesondere sämtliche Funktionskomponenten innerhalb eines und/oder an einem einzelnen Ventilgehäuse (das auch mehrteilig, dabei jedoch zusammenhängend ausgebildet sein kann) gruppiert. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Ventilvorrichtung einen und besonders bevorzugt einen einzigen Ventilkörper aufweist, bei dessen Verstellung sowohl der Massenstrom des Frischgases als auch der Massenstrom des Spülgases einstellbar ist beziehungsweise eingestellt wird.
Eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine zeichnet sich einerseits durch einen in konstruktiver Hinsicht relativ einfachen Aufbau aus, weil anstelle von zwei separaten Ventilvorrichtungen, nämlich einerseits des Drosselventils und andererseits des Tankentlüftungsventils, lediglich eine integrierte Ventilvorrichtung bereitgestellt werden muss. Vor diesem Hintergrund kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass die Brennkraftmaschine kein zusätzliches Drosselventil und/oder kein zusätzliches Tankentlüftungsventil aufweist beziehungsweise ohne zusätzliches Drosselventil und/oder ohne zusätzliches Tankentlüftungsventil ausgestaltet ist.
Weiterhin ermöglicht eine erfindungsgemäße Ausgestaltung einer Brennkraftmaschine eine relativ einfache Applikation der Brennkraftmaschine hinsichtlich eines Betriebs bei aktiver Spülung des Kraftstoffdampffilters, weil mittels der integrierten Ventilvorrichtung der aus der Spülgasleitung stammende und über den Frischgasstrang dem Verbrennungsmotor zuzuführende Kraftstoff unmittelbar und abschließend beeinflussbar ist.
Gemäß einer in konstruktiver und funktionaler Hinsicht vorteilhaften Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine kann vorgesehen sein, dass die Ventilvorrichtung ein Ventilgehäuse mit einer oder mehreren Ventilgehäuseöffnungen sowie mindestens einen relativ zu dem Ventilgehäuse drehbaren und/oder verschiebbaren Ventilkörper, in den eine oder mehrere Ventilkörperöffnungen integriert sind, umfasst, wobei durch ein Drehen und/oder Verschieben des Ventilkörpers relativ zu dem Ventilgehäuse die Ventilkörperöffnung(en) in eine variable Überdeckung mit der/den Ventilgehäuseöffnung(en) bringbar ist/sind. Dadurch kann ein Überströmen von Frischgas und/oder Spülgas zwischen jeweils einer Ventilgehäuseöffnung und einer dieser Ventilgehäuseöffnung dann zugeordneten, mehr oder weniger in Überdeckung mit dieser Ventilgehäuseöffnung liegenden Ventilkörperöffnung beeinflussen werden (bis hin zu einem Unterbinden eines solchen Überströmens). Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass der Ventilkörper hohl und insbesondere rohrförmig (mit beliebigem, vorzugsweise jedoch kreisringförmigem Querschnitt) ausgebildet ist und das Innenvolumen des Ventilkörpers als Strömungsführung ausgebildet ist, über das Frischgas und/oder Spülgas führbar ist. Vorzugsweise kann dann noch vorgesehen sein, dass zumindest der Ventilkörper und, bei einer rohrförmigen Ausgestaltung des Ventilkörpers, insbesondere ein längsaxiales Ende davon eine Durchlassöffnung aufweist, über die beispielsweise Sekundär-Frischgas, das ein Gemisch aus Primär-Frischgas (d.h. Frischgas vor einer Zumischung des Spülgases) und dem in den Frischgasstrang eingebrachten Spülgas ist, aus der Ventilvorrichtung abführbar ist. Alternativ kann dem Innenvolumen des Ventilkörpers über eine solche Durchlassöffnung auch Primär-Frischgas und/oder Spülgas zuführbar sein.
Sofern bei einer solchen erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine eine Drehbarkeit und Verschiebbarkeit des Ventilkörpers relativ zu dem Ventilgehäuse realisiert sein soll, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass beide Bewegungen mittels eines einzelnen Antriebs realisiert werden. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass ein rotierender Antrieb des Ventilkörpers oder des Ventilgehäuses durch eine geeignete Kinematik gleichzeitig zu einem Verschieben des Ventilkörpers oder des Ventilgehäuses führt. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass der Ventilkörper über eine Spiralführung in dem Gehäuse geführt ist.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine mit Ventilgehäuse und mit einem relativ zu dem Ventilgehäuse drehbar und/oder verschiebbar gelagerten Ventilkörper kann vorgesehen sein, dass mehrere Ventilgehäuseöffnungen und/oder mehrere Ventilkörperöffnungen vorgesehen sind, wobei diese oder zumindest einige dieser mehreren Ventilgehäuseöffnungen und/oder Ventilkörperöffnungen in Längsrichtung des Ventilgehäuses beziehungsweise des Ventilkörpers beabstandet voneinander angeordnet sind. Als Längsrichtung des Ventilgehäuses ebenso wie des Ventilkörpers wird diejenige Richtung verstanden, in der sich die Achse erstreckt, entlang der oder um die der Ventilkörper relativ zu dem Ventilgehäuse verschiebbar und/oder drehbar ist. Mehrere Ventilgehäuse- und/oder Ventilkörperöffnungen weisen den Vorteil einer relativ guten Einstellbarkeit der durch diese strömenden Gasströmungen bei einer Verstellung des Ventilkörpers relativ zu dem Ventilgehäuse auf. Durch die Anordnung der mehreren Ventilgehäuse- und/oder Ventilkörperöffnungen in Längsrichtung des Ventilgehäuses beziehungsweise des Ventilkörpers beabstandet voneinander kann insbesondere der Vorteil realisiert werden, dass auf relativ einfache Weise an einer oder mehreren Ventilgehäuseöffnungen oder Ventilkörperöffnungen, die stromab (bezüglich der Strömungsrichtung der durch die Ventilvorrichtung geführten Gasströmung insgesamt) von zumindest einer weiteren Ventilgehäuseöffnung oder Ventilkörperöffnung angeordnet ist/sind, ein lokaler Unterdruck bereitgestellt werden kann, durch den ein Ansaugen des durch die jeweilige Ventilgehäuseöffnung oder Ventilkörperöffnung geführten Gasströmung ermöglicht wird. Hierzu kann insbesondere vorgesehen sein, dass das Innenvolumen des Ventilkörpers im Bereich zumindest einer Ventilkörperöffnung eine Strömungsverengung, die sich beispielsweise aus einer Verengung des Querschnitts des Innenvolumens und/oder aus einem in das Innenvolumen des Ventilkörpers ragenden, in fluidleitender Verbindung mit der Ventilkörperöffnung stehenden Auslassrohr resultieren kann, ergeben kann. Für den Ventilkörper kann dadurch die Funktion mindestens einer Venturidüse realisiert werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei der die integrierte Ventilvorrichtung vorzugsweise ein Ventilgehäuse mit mehreren Ventilgehäuseöffnungen sowie mindestens einen relativ zu dem Ventilgehäuse drehbar und/oder verschiebbar gelagerten Ventilkörper mit mehreren Ventilkörperöffnungen umfasst, kann eine Auslegung der Ventilvorrichtung hinsichtlich der Einstellbarkeit der Gasströmungen vorzugsweise dadurch erfolgen, dass die mehreren Ventilgehäuseöffnungen im Vergleich zueinander und/oder die mehreren Ventilkörperöffnungen im Vergleich zueinander

- gleiche oder unterschiedliche Öffnungsflächen (hinsichtlich der Größe und/oder der Form) aufweisen und/oder
- in den gleichen oder unterschiedlichen Abschnitten, insbesondere Umfangsabschnitten, des Ventilgehäuses oder des Ventilkörpers angeordnet sind und/oder
- (bei mindestens drei Ventilgehäuse- und/oder Ventilkörperöffnungen) gleiche oder unterschiedliche Abstände in Längsrichtung des Ventilgehäuses oder des Ventilkörpers aufweisen.

Für den gleichen Zweck kann bei einer solchen Brennkraftmaschine auch vorgesehen sein, dass die eine Ventilgehäuseöffnung oder die mehreren Ventilgehäuseöffnungen im Vergleich zu der einen Ventilkörperöffnung oder den mehreren Ventilkörperöffnungen

- gleiche oder unterschiedliche Öffnungsflächen (hinsichtlich der Größe und/oder der Form) aufweisen und/oder
- (bei mindestens zwei Ventilgehäuse- und Ventilkörperöffnungen) unterschiedliche Abstände in Längsrichtung des Ventilgehäuse oder des Ventilkörpers aufweisen.

Bei einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine, bei der die integrierte Ventilvorrichtung vorzugsweise ein Ventilgehäuse mit mehreren Ventilgehäuseöffnungen sowie mindestens einen relativ zu dem Ventilgehäuse drehbar und/oder verschiebbar gelagerten Ventilkörper mit mehreren Ventilkörperöffnungen umfasst, kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Ventilgehäuseöffnung(en) und/oder die Ventilkörperöffnung(en) einen spiralförmigen Öffnungsverlauf aufweisen. Dadurch kann den aus diesen Öffnungen austretenden Gasströmungen einen Drall aufgeprägt werden. Demselben Zweck kann dienen, wenn in der/den Ventilgehäuseöffnung(en) und/oder in der/den Ventilkörperöffnung(en) entsprechende Strömungsleitelemente angeordnet sind. Solche Strömungsleitelemente können auch vorgesehen sein, um die Gasströmungen hinsichtlich einer andersartigen Wirkung zu beeinflussen. Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Ventilgehäuseöffnung(en) und/oder die Ventilkörperöffnung(en) einen sich hinsichtlich der Öffnungsgröße verändernden, beispielsweise konischen Öffnungsverlauf aufweisen, wodurch die Strömungsgeschwindigkeit der jeweils dadurch strömenden Gasströmung lokal beeinflusst werden kann.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine. Dabei kann der Verbrennungsmotor der Brennkraftmaschine insbesondere zur direkten oder indirekten Bereitstellung der Antriebsleistung für das Kraftfahrzeug vorgesehen sein. Bei einem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug kann es sich insbesondere um ein radbasiertes und nicht schienengebundenen Kraftfahrzeug (vorzugsweise ein PKW oder ein LKW) handeln.
Die Bezeichnung „Kraftstoffdampffilter“ bedingt erfindungsgemäß nicht, dass dieser den flüchtigen Kraftstoff in gasförmiger Form filtern muss. Vielmehr kann der Kraftstoff bei der Filterung auch schon wieder (teilweise) auskondensiert sein.
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

1: ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug;
2: eine erfindungsgemäße Brennkraftmaschine; und
3: eine zur Verwendung in beispielsweise der Brennkraftmaschine gemäß der 2 geeignete Ventilvorrichtung.

Die 1 zeigt in vereinfachter Darstellung ein Kraftfahrzeug mit einer erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine 10.
Die Brennkraftmaschine 10 weist gemäß der 2 einen Verbrennungsmotor 12 auf, in dem eine Mehrzahl von Brennräumen 14 ausgebildet sind. Im Betrieb der Brennkraftmaschine 10 wird in bekannter Weise in definierter Reihenfolge in den Brennräumen 14, die teilweise von Zylindern 16 des Verbrennungsmotors 12 sowie von darin beweglich geführten Kolben 18 begrenzt sind, Gemischmengen verbrannt, wobei die so erzeugten Druckerhöhungen in den Brennräumen 14 dazu genutzt werden, die Kolben 18 zu bewegen. Diese Bewegungen der Kolben 18 werden unter Zwischenschaltung von Pleueln (nicht dargestellt) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle (nicht dargestellt) gewandelt, wobei die Führung der Kolben 18 über die Pleuel mittels der Kurbelwelle gleichzeitig zu einer zyklischen Hin-und-herBewegung der Kolben 18 führt.
Die zur Verbrennung in den Brennräumen 14 vorgesehenen Gemischmengen umfassen einerseits Frischgas, das vollständig oder hauptsächlich aus Umgebungsluft besteht, die aus der Umgebung angesaugt wird, und das dem Verbrennungsmotor 12 über einen Frischgasstrang 20 zugeführt wird. Das Frischgas wird dabei über einen in den Frischgasstrang 20 integrierten Frischgasverdichter 22 eines Abgasturboladers geführt, mittels dessen eine Verdichtung des Frischgases bewirkt werden kann. Die Gemischmengen umfassen weiterhin Kraftstoff, der beispielsweise direkt mittels nicht dargestellten Einspritzventilen in die Brennräume 14 eingebracht werden kann. Eine Leistungssteuerung des Verbrennungsmotors 12 erfolgt einerseits durch eine entsprechende Dosierung der Kraftstoffmengen, die je Verbrennungsvorgang den einzelnen Brennräumen 14 zugeführt werden. Gleichzeitig werden die Mengen an zugeführtem Frischgas entsprechend angepasst, um innerhalb der Brennräume 14 ein definiertes, insbesondere im Wesentlichen stöchiometrisches Kraftstoff-Frischgas-Mischungsverhältnis einzustellen. Eine Anpassung der Frischgasmengen erfolgt auch durch eine entsprechende Einstellung eines stromab des Frischgasverdichters 22 in den Frischgasstrang 20 integrierten Drosselventils, das erfindungsgemäß Teil einer integrierten Ventilvorrichtung 24 ist.
Das bei der Verbrennung der Frischgas-Kraftstoff-Gemischmengen in den Brennräumen 14 entstandene Abgas wird über einen Abgasstrang 26 abgeführt und durchströmt dabei eine Abgasturbine 28 des Abgasturboladers.
Der mittels der Kraftstoffinjektoren in die Brennräume 14 einzubringende Kraftstoff stammt aus einem Kraftstofftank 30 eines Kraftstofftanksystems der Brennkraftmaschine 10. Dieses Kraftstofftanksystem umfasst neben dem Kraftstofftank 30 einen Kraftstoffdampffilter 32, der insbesondere in Form eines Aktivkohlefilters ausgebildet sein oder zumindest einen solchen umfassen kann und der über eine Entlüftungsleitung 34 mit dem Kraftstofftank 30 verbunden ist. Der Kraftstoffdampffilter 32 ist weiterhin über eine Spülgasleitung 36 mit dem Frischgasstrang 20 der Brennkraftmaschine 10 verbunden, wobei die Spülgasleitung 36 stromab (bezüglich der Strömungsrichtung von Frischgas in dem Frischgasstrang 20 in Richtung des Verbrennungsmotor 12) des Frischgasverdichter 22 in den Frischgasstrang 20 und konkret in die Ventilvorrichtung 24 mündet. Der Kraftstoffdampffilter 32 steht zudem mit seiner bezüglich der Entlüftungsleitung 34 und der Spülgasleitung 36 abgewandten Seite (bezogen auf dessen Filterwirkung für Kraftstoffdämpfe) über eine Umgebungsluftleitung 40 mit der Umgebung in gasleitender Verbindung.
Der Kraftstofftank 30 ist teilweise mit Kraftstoff gefüllt, wobei ein Teil dieses eigentlich flüssigen Kraftstoffs in der Regel verdampft ist, so dass in dem Kraftstofftank 30 auch Kraftstoff in gasförmigem Aggregatzustand vorliegt. Ein solches Verdampfen von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 30 tritt insbesondere bei relativ hohen Umgebungstemperaturen sowie bei einem relativ geringen Umgebungsdruck, beispielsweise infolge einer Bergfahrt eines die Brennkraftmaschine umfassenden Kraftfahrzeugs, auf. Um einen durch ein solches Verdampfen bedingten, unzulässig hohen Überdruck in dem Kraftstofftank 30 zu vermeiden, ist die Möglichkeit eines Druckausgleichs mit dem Umgebungsdruck über die Entlüftungsleitung 34, den Kraftstoffdampffilter 32 und die Umgebungsluftleitung 40 gegeben, wobei durch den Kraftstoffdampffilter 32 vermieden wird, dass ein solcher Druckausgleich zu einem Entweichen von Kraftstoffdämpfen in die Umgebung führt.
Ein solches Entlüften des Kraftstofftanks 30 führt zu einer zunehmenden Sättigung des Kraftstoffdampffilters 32, was wiederum bedingt, diesen zeitweise zu regenerieren. Hierzu ist ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 32 vorgesehen, indem Umgebungsluft über die Umgebungsluftleitung 40 angesaugt wird. Diese Umgebungsluft durchströmt den Kraftstoffdampffilter 32 in im Vergleich zu der Durchströmung bei der Entlüftung des Kraftstofftanks 30 entgegengesetzter Richtung, wodurch in dem Kraftstoffdampffilter 32 absorbierte Kraftstoffmoleküle durch die Umgebungsluft mitgenommen und über die Spülgasleitung 36 in den Frischgasstrang 20 eingetragen werden. Dadurch wird dieser Kraftstoff den Brennräumen 14 des Verbrennungsmotors 12 zur Verbrennung zugeführt. Ein solches Spülen des Kraftstoffdampffilters 32 ist lediglich temporär, dabei jedoch stets während des Betriebs des Verbrennungsmotors 12 vorgesehen, weil nur dann der durch das Spülen des Kraftstoffdampffilters 32 in den Frischgasstrang 20 eingebrachte Kraftstoff auch sicher den Brennräumen 14 zur Verbrennung zugeführt werden kann.
Für ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 32 ist ein ausreichendes Druckgefälle in der Spülgasleitung 36 in Richtung des Frischgasstrangs 20 erforderlich. Ein solches Druckgefälle liegt während eines verdichtenden Betriebs des Frischgasverdichters 22 häufig nicht vor. Um auch dann ein Spülen des Kraftstoffdampffilters 32 zu ermöglichen, so dass sicher eine vollständige Sättigung desselben verhindert werden kann, umfasst das Kraftstofftanksystem der Brennkraftmaschine 10 auch eine in die Spülgasleitung 36 integrierte Spülgasfördervorrichtung 44, die regelmäßig auch als „Spülluftpumpe“ bezeichnet wird. Durch einen Betrieb dieser Spülgasfördervorrichtung 44 kann aktiv Umgebungsluft über die Umgebungsluftleitung 40 angesaugt werden, die dann den Kraftstoffdampffilter 32 zu dessen Spülung durchströmt und über die Spülgasfördervorrichtung 44 zu der Ventilvorrichtung 24 gefördert werden kann.
In die Spülgasleitung 36 ist weiterhin noch einen Absperrventil 54 integriert, mittels dessen bedarfsweise eine Durchströmung der Spülgasleitung 36 verhindert werden kann.
Die 3 zeigt eine mögliche Ausgestaltung einer Ventilvorrichtung 24 für eine Brennkraftmaschine gemäß beispielsweise der 2. Diese Ventilvorrichtung 24 umfasst ein rohrförmiges Ventilgehäuse 46 mit einem über der Längserstreckung gleichförmigen, kreisförmigen Öffnungsquerschnitt. Innerhalb des Ventilgehäuses 46 ist ein rohrförmiger Ventilkörper 48 angeordnet, der eine zylindrische Außenfläche aufweist, wobei der Innendurchmesser des von dem Ventilgehäuse 46 ausgebildeten Innenraums geringfügig größer als der Außendurchmesser des Ventilkörpers 48 ist. Für den Ventilkörper 48 ergibt sich so eine Drehbarkeit innerhalb des Ventilgehäuses 46, wobei eine solche Drehung bedarfsweise mittels eines Stellmotors 50 bewirkt werden kann, der über eine Welle 52 mit einem der längsaxialen Enden des Ventilkörpers 48 antriebsverbunden ist. An diesem längsaxialen Ende ist der Ventilkörper 48 verschlossen ausgebildet. An dem anderen längsaxialen Ende ist der Ventilkörper 48 dagegen offen. Die entsprechende Öffnung stellt einen Auslass der Ventilvorrichtung 24 dar.
In dem Ventilgehäuse 46 sind eine Mehrzahl von Ventilgehäuseöffnungen 56 in Form von Durchgangsöffnungen ausgebildet, wobei diese in Längsrichtung des Ventilgehäuses 46 beabstandet voneinander angeordnet sind. Eine entsprechende Anzahl an Durchgangsbeziehungsweise Ventilkörperöffnungen 58 sind auch in dem Ventilkörper 48 vorgesehen, wobei deren Anordnung in Längsrichtung des Ventilkörpers 48 der Anordnung der Ventilgehäuseöffnungen 56 in dem Ventilgehäuse 46 entspricht. Dadurch existiert jeweils eine Drehausrichtung des Ventilkörpers 48 in Relation zu dem Ventilgehäuse 46, in der jeweils eine Ventilgehäuseöffnung 56 und eine Ventilkörperöffnung 58 in koaxialer Überdeckung angeordnet sind. Bei dem dargestellten Ausgestaltungsbeispiel weisen sämtliche Ventilgehäuseöffnungen 56 dieselbe Anordnung bezüglich der Umfangsrichtung des Ventilgehäuses 46 auf; deren Öffnungslängsachsen kreuzen folglich eine Gerade, die parallel zu der Längsachse 60 des Ventilgehäuses 46 verläuft. Dasselbe gilt für sämtliche Ventilkörperöffnungen 58 bezüglich der Umfangsrichtung des Ventilkörpers 48. Folglich existiert genau eine Drehausrichtung des Ventilkörpers 48 relativ zu dem Ventilgehäuse 46, in der die Ventilgehäuseöffnung 56 und die dazugehörige Ventilkörperöffnung 58 sämtlicher Paarungen in koaxialer Ausrichtung angeordnet sind. Gemäß einer alternativen Ausgestaltungsform kann jedoch auch vorgesehen sein, dass zumindest einzelne der Ventilgehäuseöffnungen 56 und/oder der Ventilkörperöffnungen 58 unterschiedliche Anordnungen bezüglich der Umfangsrichtung des Ventilgehäuses 46 beziehungsweise des Ventilkörpers 48 aufweisen. Ebenso kann vorgesehen sein, dass mehrere in Umfangsrichtung versetzt angeordnete Ventilkörperöffnungen 58 separat in Überdeckung mit derselben Ventilgehäuseöffnung 46 bringbar sind.
In jede der Ventilgehäuseöffnungen 46 mündet eine Zuführleitung 62, über die entweder Spülgas aus der Spülgasleitung 36 oder (Primär-)Frischgas aus dem stromauf der Ventilvorrichtung 24 liegenden Abschnitt des Frischgasstrangs 20 zuführbar ist. Diese Zuführleitungen 62 können dabei beispielsweise in das Ventilgehäuse 46 der Ventilvorrichtung 24 integriert sein, als separate Leitungen und insbesondere als Rohre an das Ventilgehäuse 46 der Ventilvorrichtung 24 angeschlossen oder ein Abschnitt der an das Ventilgehäuse 46 anzuschließenden Spülgasleitung beziehungsweise der an das Ventilgehäuse 46 anzuschließenden Leitung des Frischgasstrangs, die den stromauf der Ventilvorrichtung 24 liegenden Abschnitt ausbildet, sein. In dem gezeigten Ausgestaltungsbeispiel ist vorgesehen, dass die zwei Zuführleitungen 62, die näher an dem verschlossenen Ende des Ventilkörpers 48 gelegen sind, der Zuführung von Spülgas dienen, während über die zwei weiteren Zuführleitungen 62 (Primär-)Frischgas zugeführt wird. Gemäß einem alternativen Ausgestaltungsbeispiel kann vorgesehen sein, dass lediglich die dem verschlossenen Ende des Ventilkörpers 48 nächstgelegene Zuführleitung 62 der Zuführung von Spülgas dient, während über die weiteren Zuführleitungen 62 (Primär-)Frischgas zugeführt wird.
In Abhängigkeit von der eingestellten Drehstellung des Ventilkörpers 48 können diejenigen Gasströmungen, die über die Zuführleitungen 62 zu den Ventilgehäuseöffnungen 56 strömen, durch die sich zumindest in teilweiser Überdeckung mit den Ventilgehäuseöffnungen 58 befindlichen Ventilkörperöffnungen 58 in das Innenvolumen 38 des Ventilkörpers 48 strömen, in der sich diese Gasströmungen dann vermischen. Die Gemischströmung strömt anschließend über das offene Ende des Ventilkörpers 48 ab und wird dann als Sekundär-Frischgasströmung dem Verbrennungsmotor 12 zugeführt. Durch das Einstellen einer definierten Drehstellung des Ventilkörpers 48 wird somit gleichzeitig sowohl die Zufuhr von (Primär-)Frischgas als auch von Spülgas zu dem Verbrennungsmotor 12 eingestellt, wobei auch möglich ist, eine Drehstellung des Ventilkörpers 48 einzustellen, in der keine Überdeckung auch nur einer der Ventilkörperöffnungen 58 mit einer der Ventilgehäuseöffnungen 56 vorliegt.
In der 3 ist noch dargestellt, dass das Innenvolumen 38 des Ventilkörpers 48 in den Bereichen derjenigen Ventilkörperöffnungen 58, die stromabwärts mindestens einer weiteren Ventilkörperöffnung 58 gelegen sind, d h. konkret in den Bereichen der drei dem offenen Ende des Ventilkörpers 48 nächstgelegenen Ventilkörperöffnungen 58, jeweils eine Strömungsverengung 42 in Form einer Querschnittsverengung ausbildet. In dem Abschnitt, in dem der Ventilkörper 48 diese drei Ventilkörperöffnungen 58 umfasst, bildet dieser dadurch prinzipiell drei Venturidüsen aus, in denen jeweils eine im Bereich der dazugehörigen Ventilkörperöffnung 58 stattfindende, lokale Beschleunigung der durch das Innenvolumen 38 strömenden Gasströmung erreicht wird. Dadurch wird in den Bereichen dieser Ventilkörperöffnungen 58 ein relativ geringer statischer Druck realisiert, der ausgenutzt werden kann, um bei einer zumindest teilweisen Überdeckung dieser Ventilkörperöffnungen 58 mit den dazugehörigen Ventilgehäuseöffnungen 56 ein Überströmen von Gasströmungen aus den dazugehörigen Zuführleitungen 62 in das Innenvolumen 38 des Ventilkörpers 48 zu unterstützen.
Bezugszeichenliste

10: Brennkraftmaschine
12: Verbrennungsmotor
14: Brennraum des Verbrennungsmotors
16: Zylinder des Verbrennungsmotors
18: Kolben des Verbrennungsmotors
20: Frischgasstrang
22: Frischgasverdichter
24: integrierte Ventilvorrichtung
26: Abgasstrang
28: Abgasturbine
30: Kraftstofftank
32: Kraftstoffdampffilter
34: Entlüftungsleitung
36: Spülgasleitung
38: Innenvolumen des Ventilkörpers
40: Umgebungsluftleitung
42: Strömungsverengung
44: Spülgasfördervorrichtung
46: Ventilgehäuse
48: Ventilkörper
50: Stellmotor
52: Welle
54: Absperrventil
56: Ventilgehäuseöffnung
58: Ventilkörperöffnung
60: Längsachse des Ventilgehäuses / Ventilkörpers
62: Zuführleitung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102016106863 A1 [0002]
EP 0829627 A2 [0005]

Claims

Brennkraftmaschine (10) mit - einem Verbrennungsmotor (12), - einem Frischgasstrang (20) zum Zuführen von Frischgas zu dem Verbrennungsmotor (12), wobei in den Frischgasstrang (20) ein Drosselventil zur Einstellung des darüber geführten Massenstroms des Frischgases integriert ist, - einem Kraftstofftanksystem, das - einen Kraftstofftank (30), - einen Kraftstoffdampffilter (32), der in fluidleitender Verbindung mit der Umgebung steht, - eine von dem Kraftstofftank (30) zu dem Kraftstoffdampffilter (32) führende Entlüftungsleitung (34), - eine von dem Kraftstoffdampffilter (32) zu dem Frischgasstrang (20) führende Spülgasleitung (36), und - ein Tankentlüftungsventil zur Einstellung des Massenstroms des aus der Spülgasleitung (36) in den Frischgasstrang (20) eingeleiteten Spülgases umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass das Drosselventil und das Tankentlüftungsventil in Form einer integrierten Ventilvorrichtung (24) ausgebildet sind.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (24) einen Ventilkörper (48) aufweist, bei dessen Verstellung sowohl der Massenstrom des Frischgases als auch der Massenstrom des Spülgases einstellbar ist.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilvorrichtung (24) ein Ventilgehäuse (26) mit einer oder mehreren Ventilgehäuseöffnungen (56) sowie mindestens einen relativ zu dem Ventilgehäuse (46) drehbaren und/oder verschiebbaren Ventilkörper (48), in den eine oder mehrere Ventilkörperöffnungen (58) integriert sind, umfasst, wobei durch ein Drehen und/oder Verschieben des Ventilkörpers (48) relativ zu dem Ventilgehäuse (46) die Ventilkörperöffnung(en) (58) in eine variable Überdeckung mit der/den Ventilgehäuseöffnung(en) (56) bringbar ist/sind.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (48) hohl und das Innenvolumen (38) des Ventilkörpers (48) als Strömungsführung ausgebildet ist.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Ventilgehäuseöffnungen (56) in Längsrichtung des Ventilgehäuses (46) beabstandet voneinander angeordnet sind und/oder die mehreren Ventilkörperöffnungen (58) in Längsrichtung des Ventilkörpers (48) beabstandet voneinander angeordnet sind.
Brennkraftmaschine (10) gemäß Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Innenvolumen (38) des Ventilkörpers (48) im Bereich zumindest einer Ventilkörperöffnung (58) eine Strömungsverengung (42) ausbildet.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Ventilgehäuseöffnungen (56) im Vergleich zueinander und/oder die mehreren Ventilkörperöffnungen (58) im Vergleich zueinander - gleiche oder unterschiedliche Öffnungsflächen aufweisen und/oder - in den gleichen oder in unterschiedlichen Umfangsabschnitten des Ventilgehäuses (46) oder des Ventilkörpers (48) angeordnet sind und/oder - gleiche oder unterschiedliche Abstände in Längsrichtung des Ventilgehäuses (46) oder des Ventilkörpers (48) aufweisen.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Ventilgehäuseöffnungen (56) im Vergleich zu den mehreren Ventilkörperöffnungen (58) - gleiche oder unterschiedliche Öffnungsflächen aufweisen und/oder - gleiche oder unterschiedliche Abstände in Längsrichtung des Ventilgehäuse (46) und des Ventilkörpers (48) aufweisen.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilgehäuseöffnung(en) (56) und/oder die Ventilkörperöffnung(en) (58) einen spiralförmigen oder sich hinsichtlich der Öffnungsgröße verändernden Öffnungsverlauf aufweisen und/oder dass in der/den Ventilgehäuseöffnung(en) (56) und/oder in der/den Ventilkörperöffnung(en) (58) Strömungsleitelemente angeordnet sind.
Brennkraftmaschine (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Ausgestaltung ohne zusätzliches Drosselventil und/oder ohne zusätzliches Tankentl üftungsventi I.