DE112005002477T5

DE112005002477T5 - Für ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem verwendbares Absperrventil

Info

Publication number: DE112005002477T5
Application number: DE112005002477T
Authority: DE
Inventors: Kenneth M. Jerome Spink; Andrew W. Ann Arbour McIntosh; Robert P. Dexter Benjey; Charles J. Ann Arbour Martin
Original assignee: Eaton Corp
Current assignee: Eaton Corp
Priority date: 2004-10-15
Filing date: 2005-10-14
Publication date: 2007-09-06
Also published as: JP2008517201A; WO2006040667A1; US7107971B2; US20060081224A1; JP4803461B2; CN101039814A; CN100542845C; KR20070055589A; KR101302414B1

Abstract

Mechanisch betätigtes Absperrventil (20), das aufweist: Einen ersten Anschluss (44) in Fluidverbindung mit einer ersten Komponente (24);
einen zweiten Anschluss (46) in Fluidverbindung mit einer zweiten Komponente (22);
einen dritten Anschluss (49) in Fluidverbindung mit einer dritten Komponente (38);
eine in dem Ventil (20) angeordnete Membran (52) zum Verschließen eines normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweges zum Absperren der Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss (44) und dem zweiten Anschluss (46) und zur Ermöglichung eines Fluiddurchflusses von der zweiten Komponente (22) zu der dritten Komponente (38), in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz an der Membran (52) und
eine durchflussempfindliche Druckvorrichtung (65) zur Steuerung der Druckdifferenz an der Membran (52).

Description

Hintergrund
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Absperrventil, das u. A. für Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesysteme verwendbar ist.
Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesysteme werden in zunehmendem Maße komplex und zwar hauptsächlich um den Umwelt- und Sicherheitsbestimmungen zu entsprechen, die den Herstellern von benzinbetriebenen Kraftfahrzeugen, insbesondere leichten, gewerblichen Passagierfahrzeugen (Kombis) und PKWs auferlegt sind. Zusammen mit der sich daraus ergebenden Gesamtsystemkomplexität hat auch die Komplexität der darin enthaltenen Einzelkomponenten zugenommen.
Bestimmte, die Hersteller benzinbetriebener Kraftfahrzeuge betreffende Vorschriften fordern, dass die Kraftstoffdampfemissionen aus dem Belüftungssystem eines Kraftstofftanks während bestimmter Perioden des Motorbetriebs gespeichert werden. Um dem ganzen Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem eine zweckentsprechende dauernde Funktion zu ermöglichen, ist während des Fahrzeugbetriebs eine periodische Ausspülung der gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfe erforderlich.
Während der Spülvorgänge sind alle Dampfwege zu dem Behälter offen, in dem Kohlenwasserstoffdämpfe gespeichert sind. Druck- oder Strämungsschwankungen können, abhängig von dem Einfluss, den diese Strömungswege auf den Spülvorgang haben, den Wirkungsgrad, die ordnungsgemäße Funktion und die Abgasemissionen eines Motors während des Betriebes beeinträchtigen. Um solche Einwirkungen, von denen einige unerwünscht sind, die von einem offenen Dampfweg zu einem Kraftstofftank während der Spülung eines benachbarten Behälters herrühren auszuschließen, werden Kraftstofftank-Absperrventile eingesetzt.
Gewisse mechanische (z. B. in Abhängigkeit von einem pneumatischen Druck) betätigte Ventile sind an sich bekannt. Vergleiche z.B. US-Patent Nr. 4,714,172. Der gegenwärtige Trend bei Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen für Kraftstofftanks geht aber zu elektronisch betätigten Ventilen hin. Die US-Patentschrift Nr. 6,669,807 beschreibt ein Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, das ein Kraftstofftank-Absperrventil beschreibt. Das Kraftstofftank-Absperrventil ist elektronisch betätigt. Elektrisch betätigte Ventile wurden entwickelt, um Nachteile zu beheben, von denen bekannt ist, dass sie mit gebräuchlichen membranbetätigten Ventilen einhergehen. Demgemäß stützen sich die heutigen Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesysteme in großem Maße auf elektrisch betätigte Ventile. Vergleiche bspw. die Diskussion elektrisch betätigter Ventile in der US-Patentschrift Nr. 6,553,975. Die US-Patentschrift 6,637,261 erörtert weitere elektrisch betätigte Ventile, die bei Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen von Kraftstofftanks eingesetzt werden.
Eine große Vielfalt von Komponenten können zusammengefügt werden, um ein brauchbares Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem für einen Kraftstofftank zu ergeben. Das Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem eines Kraftstofftanks beinhaltet einen Kohlenwasserstoffspeicherbehälter (d.h. einen „Kanister") 1, der so angeschlossen ist, dass er Kohlenwasserstoff-Kraftstoffdämpfe unmittelbar aus dem Kraftstofftank 2 über einen unbehinderten Weg zugeführt erhält, wobei der Behälter 1 ein atmosphärisches Spülventil 3 aufweist, das durch ein an eine elektronische Steuereinheit (ECU) 5 angeschlossenes Steuerventil 4 geöffnet oder geschlossen werden kann. Der Kraftstofftank 2 weist einen Tankdrucksensor 6 auf, der so angeschlossen ist, dass er den Innendruck in dem Tank 2 erfasst und eine darauf beruhende elektrische Eingangsgröße für die ECU 5 liefert.
Der Behälter 1 weist eine Dampfauslassleitung 7 auf, die so angeschlossen ist, dass sie einen Kohlenwasserstoffdampfstrom zur Verbrennung in einem strömungsabwärtigen Motor liefert. Der Kohlenwasserstoffdampf strömt über die Dampfauslassleitung 7 von dem Behälter 1 durch eine Steuerdrosselöffnung 8, wobei die strömungsabwärtige Seite der Öffnung 8 mit dem Einlass eines Regenerierventils 9 verbunden ist, dessen Auslass mit dem Verbrennungslufteinlass oder dem Saugrohr eines Motors 10 verbunden ist. Das Regenerier- oder Motorspülungssteuerventil 9 ist ein von der ECU 5 gesteuertes Elektroventil.
Ein elektronisch betätigtes, normalerweise offenes Ventil 11 ist als Bypass zu der Drosselöffnung 8 geschaltet und ebenfalls von der ECU 5 gesteuert. Ein Differenzdrucksensor ist so angeschlossen, dass er den Druckabfall über die Steuerdrosselöffnung 8 misst und der ECU 5 ein entsprechendes elektrisches Eingangssignal liefert.
Jüngere Neuerungen bei Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen für Kraftstofftanks, die die Umstellung von darin enthaltenen Ventilen von mechanischer auf elektrische Betätigung beinhalten, haben nicht immer zu Vorteilen für das Gesamtsystem geführt. Beispielsweise werden, wenn immer mehr Komponenten in dem Kraftfahrzeug für elektronische Steuerung ausgelegt sind, die Gesamtkosten des Kraftfahrzeuges erhöht. Außerdem hängt die auf die Verwendung elektrischer Komponenten zur Ausführung individueller Funktionen gelegte Zuverlässigkeitserwartung von einer ordnungsgemäßen Funktion elektrischer Systeme ab. Eine kleine Unterbrechung in einem elektrischen System kann somit eine große Auswirkung in dem gesamten Betriebssystem eines Kraftfahrzeugs haben. Wenn die Unterbrechung das ordnungsgemäße Öffnen und Schließen von Kraftstofftank-Absperrventilen beeinträchtigt, kann sich der Fehler sogar so ausbreiten, dass er eine unerwünschte oder sogar unzulässige Freisetzung von Schadstoffen in die Umgebung zur Folge hat oder dass er zu einer mechanischen Schädigung eines zugeordneten Motors führt. Es sind deshalb verbesserte Tankabsperrventile erforderlich.
Zusammenfassung
Erfindungsgemäße Absperrventile bieten nicht nur bei Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen für Kraftstofftanks Vorteile, sondern auch bei anderen Systemen, bei denen entsprechend wirkende Ventile zweckmäßig sind. Da die Absperrventile gemäß der Erfindung vorteilhafterweise mechanisch betätigt sind, sind sie nicht von der zuverlässigen Funktion darin enthaltener elektronischer Komponenten abhängig.
Außerdem bieten Auslegung und Konstruktion von erfindungsgemäße Absperrventilen beträchtliche Kostenvorteile und eine Gewichtsreduktion, was beim Einsatz für viele Anwendungsfälle günstige Eigenschaften sind. Bei einer beispielhaften Ausführungsform können Absperr- oder Isolationsventile gemäß der Erfindung eine im Wesentlichen gleiche Funktion ausüben und zwar unabhängig davon, ob sie in einer größeren Anordnung aufrecht stehend oder liegend angeordnet sind. Demgemäß wird bei der Verwendung solcher Absperrventile der Konstruktionsfreiraum vergrößert.
In der Regel weisen erfindungsgemäße Absperrventile auf: Einen ersten Anschluss in Fluidverbindung mit einer ersten Komponente (z.B. einem Kraftstofftank); einen zweiten Anschluss in Fluidverbindung mit einer zweiten Komponente (z.B. einem Behälter zur Speicherung von Kohlenwasserstoffdampf); einen dritten Anschluss in Fluidverbindung mit einer dritten Komponente (z.B. einem Regenerierventil); eine Membran, die in dem Ventil zum Verschließen eines normalerweise offenen Innenströmungsweges zum Absperren einer Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss in Abhängigkeit von einer an der Membran liegenden Druckdifferenz angeordnet ist; und eine strömungsempfindliche Druckvorrichtung (z.B. ein Kopfventil) zur Steuerung der Druckdifferenz an der Membran. Bei dieser Anordnung strömt Fluid von der zweiten Komponente zu der dritten Komponente, wenn der normalerweise offene innen liegende Strömungsweg verschlossen wird. Bei speziellen Ausführungsformen wird im Wesentlichen das gleiche Druckdifferential an der Membran, unabhängig von dem Fluidvolumenstrom von der zweiten Komponente zu der dritten Komponente, aufrechterhalten. Bei einer spezielleren Ausführungsform wird beim Verschließen des normalerweise offenen innen liegenden Strömungswegs der Fluidstrom zwischen der ersten Komponente und der dritten Komponente so lange verhindert als der Druck in der ersten Komponente kleiner ist als der Differenzdruck an der Membran.
Abhängig von der Gesamtsystemauslegung kann die Größe der Bewegung der Membran bei solchen Absperrventilen sich ändern. Bei einer beispielhaften Ausführungsform verschließt die Membran während des Betriebs aber den normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweg dadurch, dass sie sich um etwa 3/16 inch longitudinal in einer ersten Richtung bewegt.
Bei einer Ausführungsform ist der Differenzdruck an der Membran auf einen verhältnismäßig konstanten Wert von etwa 2 bis etwa 4 inches atmosphärischer Wasserdruck, bei zunehmendem Fluidstrom von der zweiten Komponente zu der dritten Komponente, nach dem Verschließen des normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweges eingeregelt. Beispielsweise kann ein Fluidstrom von der zweiten Komponente zu der dritten Komponente mit einem Durchsatz von bis zu etwa 100 lpm erfolgen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weisen erfindungsgemäße Absperr- oder Abtrennventile sowohl einen Überdruck-Entlastungsring als auch eine zugeordnete Überdruckentlastungsfeder auf. Diese Komponenten erleichtern ein zweckentsprechendes Ablassen von Überdruck von der ersten Komponente, wenn der innen liegende Strömungsweg geöffnet o der verschlossen wird. Bei bestimmten abgewandelten Ausführungsformen wird der Druck in der ersten Komponente auf einem Pegel von etwa 10 inches atmosphärischer Wasserdruck oder weniger gehalten. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist bei einer Fluidströmung von der zweiten Komponente zu der dritten Komponente beim Verschließen des normalerweise offenen innen liegenden Strömungsweges der der ersten Komponente zugeordnete Entlastungsdruck im Wesentlichen gleich, und zwar unabhängig von dem Fluidstromdurchsatz von der zweiten Komponente zu der dritten Komponente.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind Absperr- oder Abtrennventile gemäß der Erfindung zur Verwendung bei Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen von Kraftstofftanks geeignet, wo der von den Absperrventilen gesteuerte Fluidstrom in der Regel Kraftstoff enthält. Solche Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesysteme für Kraftstofftanks werden vorteilhafterweise bspw. bei benzinbetriebenen Kraftfahrzeugen, wie PKWs und leichten Passagierfahrzeugen (Kombis), verwendet. Bei dieser Ausführungsform ist ein Absperr- oder Trennventil fluidmäßig zwischen einem Kraftstofftank, einem Kraftstoffdampfbehälter (Kanister) und einem Regulierventil angeordnet. Im Betrieb kann das Kraftstofftank-Absperrventil einen Kohlenwasserstoffbehälter in einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem des Kraftstofftank spülen, während es gleichzeitig einen diesen fluidmäßig angekuppelten Kraftstofftank, ohne Rückgriff auf die zuverlässige Funktion darin enthaltener elektronischer Komponenten, isoliert oder abtrennt. Auf diese Weise werden von dem Behälter darin enthaltene brennbare Kohlenwasserstoffdämpfe mit einer schnelleren und besser kontrollierten Rate abgezogen, weil nicht gleichzeitig Kraftstoffdampf aus dem Kraftstofftank abgesaugt wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
1 ist eine schematische bildliche Darstellung eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems gemäß dem Stand der Technik
2 ist eine schematische bildliche Darstellung eines Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems unter Verwendung eines Kraftstofftankabsperr- oder Abtrennventils gemäß der Erfindung:
3A ist eine Draufsicht auf ein Kraftstofftank-Absperrventil gemäß der Erfindung;
3B ist eine Seitenansicht des Kraftstofftank-Absperrventils der 3A, betrachtet von einer zu der Schnittlinie A-A parallelen Seite aus;
3C ist eine Seitenansicht des Kraftstofftank-Absperrventils nach 3A, betrachtet von einer zu der Schnittlinie A-A rechtwinkligen Seite aus;
3D ist eine Seitenansicht des Kraftstofftank-Absperrventils der 3A, B, in einer Teilschnittdarstellung;
3E ist eine Seitenansicht längs der Schnittlinie A-A des Kraftstofftank-Absperrventils nach 3A in einer Teilschnittdarstellung und im geschlossenen Zustand.
3F ist eine Seitenansicht längs der Schnittlinie A-A des Kraftstofftank-Absperrventils nach 3A, in einer Teilschnittdarstellung und in der geöffneten Stellung;
3G ist eine Schnittansicht längs der Schnittlinie B-B des Kraftstofftank-Absperrventils nach 3A in einer Teilschnittdarstellung und in der geöffneten Stellung;
3H ist eine perspektivische Explosionsdarstellung des Kraftstofftank-Absperrventils nach 3A; und
4 ist eine graphische Darstellung des Spülstroms in Abhängigkeit von dem Membrandruck eines Kraftstofftank-Absperrventils bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
Detaillierte Beschreibung
Die Erfindung schafft ein leistungsfähiges und wirkungsvolles mechanisch betätigtes Absperr- oder Abtrennventil. Absperrventile gemäß der Erfindung sind bei Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen für Kraftstofftanks besonders zweckmäßig. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung können erfindungsgemäße membranbetätigte Absperrventile in Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen (in denen sie als „Kraftstofftank- Absperrventile" bezeichnet sind), zum Spülen eines Kohlenwasserstoffbehälters bei einem Motor verwendet werden, während sie gleichzeitig einen fluidmäßig mit diesem gekuppelten Kraftstofftank abtrennen oder isolieren.
Zu bemerken ist, dass die Verwendung der Ausdrücke „fluidmäßig", „Fluid" und ähnlicher Abwandlungen sich auf eine Gasphase, eine Flüssigkeitsphase oder eine Mischung von Gas- und Flüssigkeitsphasen beziehen kann. Bei manchen Ausführungsformen beziehen sich die Ausdrücke auf die Gasphase eines flüchtigen, flüssigen Kraftstoffs (z.B. auf Kohlenwasserstoff-Kraftstoffdämpfe).
Das Absperren oder Isolieren eines Kraftstofftanks von einem Kraftstoffdampfbehälter oder -kanister (und damit von einem zugeordneten Motor) bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung gestattet eine leistungsfähige und wirkungsvolle Spülung des Behälters in dem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem des Kraftstofftanks. Bei einer derartigen Absperrung während der Spülvorgänge werden von dem Behälter darin enthaltene brennbare Kohlenwasserstoffdämpfe schneller und mit einem besser kontrollierten Durchsatz abgezogen, weil nicht gleichzeitig Dampf aus dem Kraftstofftank abgesaugt wird. Außerdem schafft die Erfindung, im Vergleich zum Einsatz typischerweise teuerer, elektrisch betätigter Ventile an sich bekannter Bauart, nicht nur beträchtliche Kostenersparnisse, sondern auch ein System, das sich auf Ventile stützt, die nicht von der zuverlässigen Funktion darin enthaltener elektronischer Komponenten abhängen. Auf diese Weise arbeiten erfindungsgemäße mechanische betätigte Absperr- oder Abtrennventile zuverlässig ohne negative Effek te, die oft von elektrischen Unterbrechungen oder Störungen herrühren.
Bezugnehmend auf 2 ist dort bei einer Ausführungsform eines Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems gemäß der Erfindung ein erfindungsgemäßes Kraftstofftank-Absperrventil 20 fluidmäßig zwischen einem Behälter 22, einem Kraftstofftank 24 und einem atmosphärischen Spülventil 26 eingefügt. Das Kraftstofftank-Absperrventil 20 wirkt in der Weise, das es den Dampfströmungsweg zwischen dem Behälter 22 und dem Kraftstofftank 24 während der Spülung des Behälters 22 und der Überführung von darin gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfen mittels des Unterdrucks in einem Motorsaugrohr 28 zu einem (nicht dargestellten Motor) zur inneren Verbrennung öffnet und verschließt. In dem Gesamtsystem können auch weitere gebräuchliche Komponenten eines Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems enthalten sein, wie etwa eine Motorsteuereinheit (EKU) 30, ein Tankdrucksensor 32 und eine Dampfauslassleitung 34, die so angeschlossen ist, dass sie einen Dampfstrom von dem Behälter 22 durch eine Steuerdrosselöffnung 36 zu einem Regenerierventil (Motorspülungssteuerventil) 38 herstellt. Eine Ausführungsform wie sie in 2 dargestellt ist, hat demgemäß gewissen Übereinstimmungen mit dem in 1 dargestellten, an sich bekannten Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem. Bei der in 2 veranschaulichten Ausführungsform überbrückt außerdem ein normalerweise offenes Ventil 40 die Steuerdrosselöffnung 36. Das normalerweise geöffnete Ventil 40 arbeitet in Abhängigkeit von elektrischen Signalen, die an dem Ausgang eines Differenzdrucksensors 42 auftreten. Der Differenzdrucksensor 42 ist so angeschlossen, dass er den Druckabfall über die Steuerdrosselöffnung 36 misst, und ein entsprechendes elektrisches Eingangssignal in die EKU 30 liefert.
Erfindungsgemäße Tankabsperrventile sprechen auf Differenzdrücke an und arbeiten in Abhängigkeit von diesen Drücken, die im Zusammenhang mit einem Spülstrom während Spülvorgängen auftreten, die mit der Überleitung gespeicherter Kohlenwasserstoffdämpfe in einen zugeordneten Verbrennungsmotor zusammen hängen. Die Natur und die zeitliche Abhängigkeit der Spülströmung ist, wie an sich bekannt, in der Regel auf der Grundlage des Zusammenwirkens verschiedener gebräuchlicher Komponenten gesteuert. Bei einer typischen Ausführungsform sind die Art und die zeitliche Abstimmung des Spülstroms abhängig von den jeweiligen Gegebenheiten des Motors und der Art und der Menge der in dem Behälter 22 gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfe gesteuert. Zum Spülen des Behälters 22 können irgendwelche geeignete Komponenten benutzt werden. Wenngleich die erfindungsgemäßen Tankabsperrventile ihrer Natur nach mechanisch sind, können andere Komponenten in dem System irgendeiner jeweils geeigneten Art sein, bspw. elektrisch, mechanisch oder sonst wie. Zum Beispiel können diese Komponenten ein elektronisch betätigtes (z.B. Magnet-) Ventil umfassen, wie etwa als Regenerierventil 38 der 2.
Bei einer in 2 veranschaulichten Ausführungsform arbeitet das Regenerierventil 38 im Zusammenwirken mit dem erfindungsgemäßen Kraftstofftank-Absperrventil in einem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem. Das Regenerier-Magnetventil 38 arbeitet in dem Sinne, dass es die Spülung von in dem Behälter 22 aus dem Kraftstofftank 24 gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfen veranlasst. Die so ausgespülten Kohlenwasserstoffdämpfe werden dann zur inneren Verbrennung einem (nicht dargestellten) betriebsmäßig angekoppelten Motor zugeleitet.
Zu diesem Zwecke ist eine große Vielfalt von Magnetventilen brauchbar. Ein geeignetes Regenerier-Magnetventil kann bspw. ein Gehäuse mit einem Einlassanschluss und einem Auslassanschluss aufweisen. Der Einlassanschluss steht über einen Strömungsweg mit einem Spülanschluss des Behälters 22 in der in 2 veranschaulichten Weise in Fluidverbindung. Der Auslassanschluss steht über einen Strömungsweg mit dem Motorsaugrohrunterdruck 28 und dem Motor in Fluidverbindung.
In dem Gehäuse des beispielhaft angegebene Regeneriermagnetventils 38 ist ein Betätigungsmechanismus zum Öffnen und Verschließen eines innen liegenden Strömungsweges angeordnet, der eine Fluidverbindung zwischen den Einlassanschluss und dem Auslassanschluss herstellt. Der Mechanismus enthält eine Feder, die ein Ventilglied in eine normalerweise geschlossene Stellung vorspannt (d.h. so, dass der innen liegende Durchlass zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss abgesperrt ist). Wenn der Betätigungsmechanismus (z.B. ein Solenoid) von einem Regenerierventilsignal von der EKU 30 angesteuert wird wirkt ein Anker der Feder entgegen, um den innen liegenden Durchlass zu öffnen, so dass zwischen dem Einlassanschluss und dem Auslassanschluss ein Durchfluss erfolgen kann.
Zu bemerken ist, dass in allen Systemen und Komponenten der Erfindung angesprochene Strömungswege an sich bekannte, optionale Komponenten enthalten können, so weit diese nicht mit der beabsichtigten Funktion des Systems oder der jeweiligen Komponente kollidieren. So können bspw. in derartigen Strömungswegen die verschiedenartigsten Drucksensoren, Ventile und Drosseln angeordnet sein.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist es vorteilhaft, im Vergleich zu einer Anzahl Ventile in dem Strömungspfad zwischen dem Einlassanschluss des Regenerierventils und einem Behälter des Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems, gemäß der Erfindung lediglich ein zusätzliches Ventil in dem Strömungsweg zwischen dem Einlassanschluss des Regenerierventils und einem Kraftstofftank vorzusehen. Dies schafft einen einfachen Gesamtaufbau und minimiert die Notwendigkeit der Installation der Wartung zusätzlicher Komponenten.
Unter weiterer Bezugnahme auf 2 ist das Kraftstofftank-Absperrventil 20 über eine Reihe von Ventilanschlüssen in Reihe zwischen dem Kraftstofftank 24 (in der Regel von dem Gasdampfdom oder Kopfraumteil des Kraftstofftanks aus) und dem Behälter 22 geschaltet. Wenngleich erfindungsgemäße Absperrventile auch in anderen Systemen als Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen eingesetzt werden können (d.h. erfindungsgemäße Absperrventile können überall dort verwendet werden, wo ein entsprechend wirkendes Ventil zweckmäßig ist) werden zur Erleichterung des Verständnisses erfindungsgemäße Absperrventile nun anhand einer beispielhaften Ausführungsform als Kraftstofftank-Absperrventil unter Bezugnahme auf dessen Einsatz in einem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem beschrieben. Es wird deshalb im Zusammenhang mit den im Nachstehenden erörterten 3A bis 3H auch auf Komponenten Bezug genommen, die in dem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach 2 veranschaulicht sind.
Wie insbesondere in den 3A bis 3C dargestellt, weist ein erfindungsgemäßes Kraftstofftank-Absperrventil 20 einen ersten Anschluss 44 zur Verbindung eines Strömungsweges von einer ersten Komponente, z.B. dem Kraftstofftank 24 zu dem Kraftstofftank-Absperrventil 20, auf. Außerdem ist ein zweiter Anschluss 46 zur Verbindung mit einem Strömungsweg von einer zweiten Komponente, z.B. dem Behälter 22 zur Speicherung von Kohlenwasserstoffdämpfen zu dem Kraftstofftank-Absperrventil 20 vorgesehen. Schließlich ist noch ein dritter Anschluss 48 zur Verbindung mit einem (in 2 dargestellten) Strömungsweg 50 von einer dritten Komponente z.B. dem Regenerierventil 38, zu dem Kraftstofftank-Absperrventil 20 vorhanden.
Weitere Einzelheiten des Inneren des Kraftstofftank-Absperrventils 20 der 3A bis 3C sind in den 3D bis 3H veranschaulicht. Darin enthalten ist eine Membran 52 zum Verschließen eines normalerweise offenen innen liegenden Strömungswegs, um so in Abhängigkeit von einem Spülvorgang die Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss 44 und dem zweiten Anschluss 46 abzusperren und außerdem eine Fluidströmung zwischen dem ersten Anschluss 44 und dem dritten Anschluss 48 unter den im nachfolgenden beschriebenen Umständen zu verhindern. Am Anfang von und zwischen einzelnen Spülvorgängen von Kohlenwasserstoffdämpfen aus einem zugeordneten Behälter 22 ist die Membran 52, im Zusammenwirken mit einer Membranfeder 54, derart positioniert, dass die Membran 52 einen Dampfströmungsweg 56 zwischen dem Behälter 22 und dem Kraftstofftank 24 über den ersten und den zweiten An schluss 44 bzw. 46 und über entsprechende, in den 3D, 3F und 3G dargestellte Leitungen 62, 60 nicht absperrt. Die Membran 52 ist bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung so ausgelegt, dass sie sich aus dieser normalerweise offenen Position nicht heraus bewegt (eine solche Bewegung könnte eine physikalische Veränderung und möglicherweise Absperrung des innen liegenden Dampfströmungsweges hervorrufen) bevor ein jeweils ausgewählter Grenzdruckwert erreicht ist.
Bezugnehmend insbesondere auf 3D entwickelt sich zu Beginn einer Spülung des Behälters 22 wegen der Spülströmung eine Druckdifferenz an der Membran 52. Sobald dieser Differenzdruck den Grenzdifferenzdruck erreicht, bewegt sich die Membran 52, um den Tank 24 von dem Behälter 22 fluidmäßig dadurch abzutrennen, dass sie auf einem Sitz 63 mit einer Dichtung 64 in dem Absperrventil zur Auflage kommt. Damit steigt der zu Beginn der Spülung des Behälters 22 erzeugte Differenzdruck rasch an und bewirkt, dass die Membran 52, bei Erreichen eines Grenzdifferenzdrucks, eine solche Stellung einnimmt, dass der normalerweise offene Dampfströmungsweg 56 (der in den 3D und 3F bis 3G im offenen Zustand dargestellt ist), der in dem Absperrventil zwischen dem Behälter 22 und dem Kraftstofftank 24 angeordnet ist, verschlossen ist, wie dies in 3E dargestellt ist.
Die so gestaltete Bewegung der Membran 52 bewirkt das Absperren des ersten Anschlusses 44 zu dem Kraftstofftank 24. Sobald der Anschluss 44 zu dem Kraftstofftank 24 auf diese Weise verschlossen ist, bewirkt der erhöhte Spülstrom von dem Behälter 22 zu dem Regenerierventil 38 einen größeren Druckabfall an dem Behälter 22 und dem Regenerierventil 38. Dadurch wird eine effiziente und wirkungsvolle Spülung des Behälters 22 ermöglicht. Da der erste Anschluss 44 zu dem Kraftstofftank 24 vorher geschlossen worden ist, ist der Kraftstofftank 24, sobald die Membran 52 wegen der Bewegung der Dichtung 64 gegen den Sitz 63 schließt, nicht mehr mit dem größeren Differenzdruck in der Kammer 56 beaufschlagt. Deshalb führt die Spülung des Behälters 22 nicht dazu, dass unnötigerweise Kohlenwasserstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank 24 abgesaugt werden.
Um die angestrebte Bewegung der Membran 52 zu erleichtern, ist die Membranfeder 54 oberhalb der Membran 52 angeordnet, wobei sie sich in den Anschluss 44 hinein erstreckt, der zu dem Kraftstofftank 24 führt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Membranfeder 54 eine Druckfeder.
Wie im Vorstehenden erwähnt, wird nach Erreichen des Grenzdifferenzdrucks zu Beginn eines Spülvorgangs der normalerweise offene Dampfströmungsweg 56 in dem Absperrventil 20 zwischen dem Behälter 22 und dem Kraftstofftank 24 zufolge der Bewegung der Membran 52 in einer ersten Längsrichtung (z.B. aufwärts zu der dem Kraftstofftank 24 zugewandten Seite der Membran 52 hin, bei der Positionierung in einer betriebsmäßigen Ventilanordnung) um einen in der Regel festen Betrag in eine „geschlossene" Position versperrt. Die Membran 52 bleibt so lange in dieser Position bis der Differenzdruck an der Membran 52 unter das Niveau des Grenzdifferenzdrucks abfällt (z.B. in Abhängigkeit davon, dass das Regenerierventil 38 die weitere Spülung des Behälters 22 unterbricht), zu welchem Zeitpunkt die Membran 52 dann in ihre vorherige Position dadurch zurückkehrt, dass sie sich in einer zweiten Längsrichtung (z.B. nach unten, zu der dem Behäl ter 22 zugewandten Seite der Membran 52 hin, bei der Positionierung in einer betriebsmäßigen Ventilanordnung) in eine „geöffnete" Position, in einer der ersten Richtung entgegen gesetzten zweiten Richtung, um den gleichen allgemein festgelegten Betrag bewegt. Bei dem Motor eines leichten Passagierfahrzeugs (Kombi) oder eines PKWs, der typischerweise irgendetwas zwischen einem Vierzylinder- und einem Achtzylinder-Motor ist, beträgt dieser feste Betrag etwa 3/16 inch. Zu bemerken ist allerdings, dass dieser feste Betrag sich abhängig von der Gesamtsystemsauslegung und der jeweils beabsichtigten Anwendung ändern kann.
Zur Erzeugung und Steuerung des Differenzdrucks an der Membran 52 während eines Spülvorganges trägt eine durchflussabhängige Druckvorrichtung, wie z.B. ein Kopfventil oder Druckventil 65 bei, das eine bevorzugte Teilkomponente von erfindungsgemäßen Kraftstofftank-Absperrventilen ist. Sobald sich ein Grenzdifferenzdruckniveau an der Membrane 52 ausbildet, liefert diese bevorzugte Art einer durchsatzabhängigen Druckvorrichtung (d.h. das Kopfventil 65) eine Entlastung von einer weiteren beträchtlichen Differenzdruckzunahme an der Membran 52 indem es entsprechend öffnet.
Bezugnehmend auf 3D wirkt das Kopfventil 65 in der Weise, dass es die Druckdifferenz zwischen den Kammern 66, 68 auf gegenüberliegenden Seiten (d.h. der Seite des Behälters 22 bzw. des Tanks 24) der Membran 52 in dem Kraftstofftank-Absperrventil 20 erzeugt und steuert. Wenn die Membran 52 sich nach Erreichen einer Grenzdruckdifferenz zwischen den Kammern 66, 68 und an der Membran 52 in eine Schließstellung bewegt, wird der Kraftstofftank 24 fluidmäßig von dem Behälter 22 isoliert. Die Kraft, die bewirkt, dass die Membran 52 sich nach oben bewegt, ist die Nettokraft, die sich aus den Drücken auf gegenüberliegenden Seiten der Membran 52 ergibt. Bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Größe des nach oben zu die Membran 52 beaufschlagenden Drucks durch den Spülstrom bedingt und die Geschwindigkeit seiner Zunahme bei Einleitung eines Spülvorgangs ist durch das Kopfventil 65 gesteuert.
4 veranschaulicht graphisch wie der nach oben zu die Membran 52 in der Kammer 66 beaufschlagende Druck bei einer solchen Ausführungsform von der Größe des Spülstroms durch das Kopfventil 65 abhängt. Bei zunehmendem anfänglichem Spülstrom ist die diesen Zusammenhang wiedergebende Linie 70 im Wesentlichen linear, wobei der Druck mit einer verhältnismäßig großen und konstanten Geschwindigkeit zunimmt. Während dieser Phase ist das Kopfventil 65 geschlossen. Die rasche Druckzunahme gestattet eine Aufwärtsbewegung der Membran 52, um den Kraftstofftank 24 während des Spülvorganges von dem Behälter 22 fluidmäßig abzutrennen oder abzusperren. Eine solche Aufwärtsbewegung ist selbst bei geringen Spülstromdurchsätzen möglich. Sobald der Grenzdifferenzdruck erreicht ist, öffnet das Kopfventil 65, um die nach oben gerichtete Druckbeaufschlagung der Membran 52 zu entlasten. Nachdem der Grenzdifferenzdruck erreicht ist und das Kopfventil 65 deshalb öffnet, ist eine weitere Druckzunahme minimiert. Auf diese Weise wird an der Membran 52 ein Differenzdruck aufrechterhalten, der näherungsweise dem Grenzdifferenzdruck entspricht. Diesem Differenzdruck ist eine im Wesentlichen konstante, aufwärts gerichtete Kraft gegen die Membran 52 zugeordnet. Die Aufrechterhaltung dieser verhältnismäßig konstanten, aufwärts gerichteten Kraft während der Dauer einer Spülung erlaubt eine wirkungsvolle und effiziente Spülung des Behälters 22 und das ordnungsgemäße Wirksamwerden von Überdruck-Entlastungskomponenten des Kraftstofftanks 24, die im Weiteren noch erörtert werden.
Der in 4 veranschaulichte Grenzdruck 72 verändert sich abhängig von dem Gesamtsystem, in dem das Absperrventil jeweils eingesetzt ist. Außerdem sind Absperrventile in der Regel so ausgelegt, das der Grenzdruck 72 von der jeweils beabsichtigten Anwendung des Ventils abhängt. Bei einer besonders zweckmäßigen Ausführungsform der Erfindung, d.h. bei der das Absperrventil ein Kraftstofftank-Absperrventil bei leichten Passagierfahrzeugen (Kombis) oder PKWs ist, beträgt der Grenzdruck 72 ca. 2 bis ca. 4 inches atmosphärische Wassersäule im Zusammenhang mit einem typischen Spülstromdurchsatz von etwa 2 Liter pro Minute (lpm). Das Kraftstofftank-Absperrventil kann aber auch im Zusammenhang mit einem weiten Bereich von Spülstromdurchsätzen (z.B. bis zu ca. 70 lpm oder sogar bis zu ca. 100 lpm) ordnungsgemäß arbeiten, wobei der Grenzdruck 72 während des Betriebs im Wesentlichen konstant bleibt, und zwar unabhängig davon mit welchem Spülstromdurchsatz das Kraftstofftank-Absperrventil beaufschlagt ist.
Bei einer beispielhaften Ausführungsform wie sie in den 3D bis 3H dargestellt ist, weist das Kopfventil 65 einen federbeaufschlagten Stift 74 auf, der mit einer Öffnung 76 zusammenwirkt, die bspw. in einen unteren Teil sich verjüngender oder konischer Gestalt ausläuft. Bei einer beispielhaften Ausführungsform ist die Feder 78 für den Stift 74 eine Druckfeder. Wenn sich der Stift 74 in dem unteren Abschnitt der Öffnung 76 nach oben bewegt, verändert sich der wirksame Durchmesser der Öffnung 76 wegen der nicht ebenen Gestalt der unteren Oberfläche der Öffnung. Bei der veranschaulichten Ausführungsform, bei der Seiten der kegelförmigen unteren Oberfläche der Öffnung 76 eine im Wesentlichen konstante Steigung aufweisen, verändert sich der wirksame Durchmesser der Öffnung 76 im Wesentlichen linear, wenn sich der Stift 74 durch den unteren Abschnitt der Öffnung 76 nach oben bewegt. Die auf diese Weise erfolgte Aufwärtsbewegung des Stiftes 74 liefert einen Bypass für einen weiteren Spülstrom während eines Spülvorgangs. Diese Wirkungsweise des Kopfventils 65 minimiert die Einwirkung einer zusätzlichen, nach oben gerichteten Kraft gegen die Membran 52 sobald der Grenzdifferenzdruck erreicht ist. Selbstverständlich ändern sich die Abmessungen der druckempfindlichen Strömungsvorrichtung, wie etwa des Kopfventils 65 und dessen Teilkomponenten, in Abhängigkeit von dem Durchsatz mit dem die Vorrichtung beaufschlagt ist und von den so eingeregelten Differenzdrücken, die jeweils zulässig oder angestrebt sind.
Wenn der Kraftstofftank 24 erfindungsgemäß isoliert oder abgesperrt ist, liegt die Dichtung 64 auf der oberen Stirnseite 80 der geschlossenen Membran 52, die bei einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung mit einem Flansch versehen ist, fest an dem Sitz 63 an dem oberen Ventilgehäuse 82 an, so dass eine abgedichtete Schnittstelle ausgebildet ist. Die abgedichtete Schnittstelle ist bei einer Ausführungsform beispielsweise eine Kunststoff/Kunststoffabdichtung. Bei einer beispielhaften Ausführungsform, die für Anwendungen im Zusammenhang mit Kraftstoff gut geeignet ist, beinhaltet die abgedichtete Schnittstelle eine Kautschukdichtung. Bei der hier insgesamt und insbesondere unter Bezugnahem auf 3H veranschaulichten beispielhaften Ausführungsform ist das obere Ventilgehäuse 82 fest mit einem an liegenden Deckel 84 oder einer ähnlichen Komponenten verbunden, so dass die darin enthaltenen Komponenten in einer gebrauchsfertigen Anordnung eingeschlossen sind.
Wie in 2 dargestellt, wird zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Drucks in dem Kraftstofftank 24 oft ein Tankdrucksensor verwendet, um damit Drücke zu erfassen, die einen vorbestimmten Druck in dem Kraftstofftank 24 übersteigen. Wenngleich zusätzliche Tankdrucksensoren verwendet werden können, so sind diese bei weiteren Ausführungsformen der Erfindung aber nicht notwendig. Der in dem Kraftstofftank 24 gewünschte Druck hängt von der Gesamtkonstruktion des Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystems und dessen Einsatz ab. Bei vielen beispielhaften Ausführungsformen wird der Druck in dem Dampfdom auf einem Niveau von etwa 10 inches atmosphärischer Wassersäule oder weniger gehalten. Die Aufrechterhaltung dieses Dampfdomdruckes ist bei bestimmten Anwendungen der Erfindung sogar erforderlich.
Der Dampfdomdruck steigt während eines Betankungsvorgangs in der Regel beträchtlich an. Demgemäß wird bei eine weiteren Ausführungsform ein Drucksensor in dem Kraftstofftank 24 dazu verwendet, ein Signal an eine betriebsmäßig angeschlossene EKU 30 auszusenden, wenn ein Betankungsvorgang festgestellt wird (d.h. basierend auf einem zugeordneten schnellen Anstieg des Kraftstofftankdrucks). Dieses Signal veranlasst die EKU 30 ein Signal an andere Komponenten in dem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem auszusenden, um den Abbruch eines etwaigen Spülvorgangs anzuordnen, damit keine kohlenwasserstoffreichen Dämpfe von dem Betankungsvorgang in einem unerwünschten Volumenstrom zu dem Motor strömen.
Außerdem kann der Dampfdomsdruck zufolge von Temperaturschwankungen und Hin- und Herschwappen von Kraftstoff in dem Kraftstofftank 24 auf unerwünschte Niveaus ansteigen. Allgemein gesehen, geschieht ein Anstieg des Dampfdomdrucks aus einem dieser Gründe mit deutlich geringerer Geschwindigkeit als sie bei einem Betankungsvorgang auftritt. Demgemäß erzeugt der Drucksensor in der Regel in diesen Fällen kein Stoppsignal für den Spülvorgang, wie er es tun würde, wenn ein schneller Anstieg des Dampfdomdruckes während eines Betankungsvorganges festgestellt wird.
Wenn eine Absenkung des Drucks in dem Kraftstofftank 24 erwünscht ist (z.B. Entlastung von in dem Kraftstofftank 24 entwickeltem Überdruck) gestatten beispielhafte Kraftstofftank-Absperrventile gemäß der Erfindung eine solche Absenkung. Vorteilhafterweise wird der Überdruck in dem Kraftstofftank 24, im Wesentlichen ohne dass Kohlenwasserstoffdämpfe in die Atmosphäre abgeblasen werden, entlastet. Beispielsweise kann Überdruck in dem Kraftstofftank 24 (z.B. erzeugt zufolge von Temperaturschwankungen und/oder Hin- und Herschwappen) ordnungsgemäß und wirkungsvoll dadurch entlastet werden, dass eine Überdruck-Entlastungsfeder 86 und ein entsprechender Überdruck-Entlastungsring 88 bei einem in den 3D bis 3H veranschaulichten beispielhaften Kraftstofftank-Absperrventil vorgesehen sind.
Bei dieser Ausführungsform ist ein innen liegender Fluidströmungsweg von dem Kraftstofftank 24 zu dem Behälter 22 und von dem Behälter 22 zu dem Regenerierventil 38 normalerweise durch eine Abdichtung abgesperrt, die durch den Überdruck-Entlastungsring 88 gebildet ist. Wenn der Druck in dem Kraftstofftank 24 auf einem zweckentsprechenden Niveau gehalten ist, ist dieser Fluidströmungsweg unabhängig davon geschlossen, ob sich die Membran 52 so bewegt hat, dass sie den normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweg 56 in dem Absperrventil versperrt. Die von dem Überdruck-Entlastungsring 88 gebildete Abdichtung ist minimal. Die Abdichtung wird typischerweise durchbrochen, wenn sie mit einem Differenzdruck von weniger als etwa 1 inch atmosphärische Wassersäule bei einer beispielhaften Ausführungsform beaufschlagt wird. Die Druckdifferenz, bei der die Abdichtung durchbrochen wird und der Überdruck-Entlastungsring 88 „öffnet", wird als Überdruck-Entlastungspunkt bezeichnet.
Der Überdruck-Entlastungsring 88 kann sich zwischen Spülvorgängen nach unten zu (in eine „offene" Stellung) bewegen, wenn die Membran 52 ansonsten so positioniert ist, dass sie eine Fluidverbindung zwischen dem Kraftstofftank 24 und dem Behälter 22 gestattet, etwa wenn z.B. das Ablassen von Überdruck aus dem Kraftstofftank 24 in den Behälter 22 gewünscht ist. Das heißt, dass zwischen Spülvorgängen Überdruck in dem Tank 24 durch die Öffnung des Überdruck-Entlastungsrings 88 so weit abgebaut wird, wie dies erforderlich ist, um eine Fluidverbindung zwischen dem Kraftstofftank 24 und dem Behälter 22 herzustellen. Auf diese Weise kann der Kraftstofftank 24 eine in der Regel verhältnismäßig kleine Menge überschüssiger Kohlenwasserstoffdämpfe in den Behälter 22 ablassen, wenn jeweils gewünschte Kraftstofftankdrücke zwischen Spülvorgängen überschritten werden. Diese Kohlenwasserstoffdämpfe werden dann in dem Behälter 22 bis zu einem Spülvorgang gespeichert, der bewirkt, dass die gespeicherten Kohlenwasserstoffdämpfe über das Regenerierventil 38 zu dem Motor 10 gefördert werden.
Trotz der normalen Schließstellung der Membran 52 während eines Spülvorgangs kann bei dieser Ausführungsform der Erfindung dennoch eine wirksame Überdruckentlastung während eines Spülvorgangs stattfinden. Während eines Spülvorgangs wird eine nach oben gegen die Membran 52 gerichtete Kraft durch eine auf diese ausgeübte, nach unten gerichtete Kraft überwunden, die sich aus einer erhöhten Druckdifferenz zwischen dem Kraftstofftank und dem Spülraum beim Aufbau eines Überdrucks in dem Kraftstofftank ergibt. Zu bemerken ist, dass während eines Spülvorgangs, wie in 4 veranschaulicht, der Differenzdruck an der Membran 52 sobald ein Grenzdruck 72 erreicht ist, mit unehmendem Spülstromdurchsatz lediglich leicht ansteigt – um einen Betrag, der gerade ausreicht, um die erhöhte, nach unten gerichtete Kraft auf die Membran 52 auszugleichen, die durch die Druckdifferenz zwischen dem Tank und dem Spülraum erzeugt wird. Demgemäß wird während eines Spülvorgangs der im Wesentlichen gleiche Öffnungsdruck in dem Kraftstofftank (d.h. Entlastungsdruck) aufrechterhalten. Der im Wesentlichen gleiche Entlastungsdruck wird während eines Spülvorgangs unabhängig von dem Spülstromdurchsatz aufrechterhalten. Auf diese Weise kann der Kraftstofftank 24, falls jeweils gewünschte Kraftstofftankdrücke während eines Spülvorganges überschritten werden, die normalerweise verhältnismäßig kleine Menge überschüssiger Kohlenwasserstoffdämpfe zu dem Regenerierventil 38 abblasen. Wenn eine schnellere Entlastung eines Überdrucks in dem Kraftstofftank 24 gewünscht ist (d.h. schneller als durch Abblasen von Überdruck zu dem Regulierventil 38 allein erreichbar ist), öffnet der Überdruck-Entlastungsventil 88 um ebenfalls ein Abblasen von Überdruck in den Behälter 22 zu ermöglichen. Von dem Behälter 22 werden Kohlenwasserstoffdämpfe dann über das Regenerierventil 38 zu dem Motor 10 gefördert.
Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist in dem erfindungsgemäßen Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem eine Druckabfall-Leckage-Überprüfung vorgesehen. Erfindungsgemäße Kraftstofftank-Absperrventile können mit gebräuchlichen Druckabfall-Leckage-Überprüfungsmechanismen genauso zweckentsprechend wirken wie mit vielen anderen gewünschten Komponenten in Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystemen von Kraftstofftanks und in größeren Anordnungen. Beispielsweise können während eines Druckabfall-Leckagechecks erfindungsgemäße Tankabsperrventile den Druck zwischen Kammern auf einander gegenüber liegenden Seiten der Membran mit einer zweckentsprechenden Geschwindigkeit ausgleichen, derart dass der Druckabfall-Leckage-Überprüfungstest nicht beeinträchtigt ist.
Erfindungsgemäße Absperrventile werden aus irgendwelchen geeigneten Materialien und Komponenten hergestellt. Idealerweise werden Materialien gewählt, die gegen äußere Betriebsbedingungen widerstandsfähig sind, zu denen verschiedene Flüssigkeiten, wie Kraftstoff, Kühlmittel, Schmiermittel (z.B. Getriebeöl) und Wasser gehören können. Bei einer beispielhaften Ausführungsform werden Absperrventile aus Materialien und Komponenten hergestellt, die es den Ventilen erlauben, unabhängig von ihrer jeweiligen Orientierung in dem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, ordnungsgemäß zu arbeiten. Bei einer beispielhaften Ausführungsform kann ein erfindungsgemäßes Absperrventil so aufgebaut sein, dass es, unabhängig davon, ob es in einer größeren Anordnung aufrecht stehend oder liegend angeordnet ist, im Wesentlichen gleich funktioniert. Beispielsweise ist die Verwendung einer Feder in Wirkverbindung mit der vorgesehenen druckempfindlichen Durchströmungsvorrichtungen im Gegensatz zur Benutzung von Schwerkraftkräften ein Weg, um diese gewünschte Eigenschaft zu erzielen.
Erfindungsgemäße Kraftstofftank-Absperrventile erlauben, im Vergleich zu Ventilen, die auf einer elektrischen Betätigbarkeit beruhen, eine Kosten- und Gewichtsreduzierung. Kosten und Gewicht können bspw. um jeweils mehr als ca. 75% verringert werden. Demgemäß ergeben solche Ventile nicht nur eine ordnungsgemäße und wirkungsvolle Spülung von Kohlenwasserstoffdämpfen aus Behältern während des Betriebs zugeordneter Motoren, sondern sie ergeben, ungeachtet der mit ihrem Betrieb verbundenen funktionellen Verbesserungen, auch physikalische Verbesserungen.
Für den Fachmann ergeben sich zahlreiche Abwandlungen und Änderungen der Erfindung ohne den Schutzbereich der Erfindung zu verlassen, wie er durch die beigefügten Patentansprüche definiert ist. Zu bemerken ist, dass in irgendwelchen, im Weiteren angegeben Verfahrensprüchen aufgeführte Schritte nicht notwendigerweise in der Reihenfolge ausgeführt werden müssen, in der sie aufgeführt sind. Der Fachmann weiß, dass bei der Ausführung der Schritte Abweichungen von der Reihenfolge, in der sie angegeben sind, möglich sind.
Zusammenfassung
Es ist ein mechanisch betätigtes Absperr- oder Abtrennventil (20) geoffenbart. Derartige Ventile (20) und diesen zugeordnete Verfahren beinhalten einen ersten Anschluss (44) in Fluidverbindung mit einer ersten Komponente (24), einen zweiten Anschluss (46) in Fluidverbindung mit einer zweiten Komponente (22); einen dritten Anschluss (48) in Fluidverbindung mit einer dritten Komponente (38); eine in dem Ventil (20) angeordnete Membran (52) zum Verschließen eines normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweges, um die Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss (44) und den zweiten Anschluss (46) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz an der Membran (52) abzusperren; und eine durchflussempfindliche Druckvorrichtung (65) zur Steuerung der Druckdifferenz an der Membran (52). Fluid strömt von der zweiten Komponente (22) zu der dritten Komponente (38) bei Verschließen des normalerweise offenen innen liegenden Strömungsweges. Bei einer beispielhaften Ausführungsform sind erfindungsgemäße Ventile (20) und Verfahren zum Einsatz in einem Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem für einen Kraftstofftank geeignet.

Claims

Mechanisch betätigtes Absperrventil (20), das aufweist: Einen ersten Anschluss (44) in Fluidverbindung mit einer ersten Komponente (24); einen zweiten Anschluss (46) in Fluidverbindung mit einer zweiten Komponente (22); einen dritten Anschluss (49) in Fluidverbindung mit einer dritten Komponente (38); eine in dem Ventil (20) angeordnete Membran (52) zum Verschließen eines normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweges zum Absperren der Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss (44) und dem zweiten Anschluss (46) und zur Ermöglichung eines Fluiddurchflusses von der zweiten Komponente (22) zu der dritten Komponente (38), in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz an der Membran (52) und eine durchflussempfindliche Druckvorrichtung (65) zur Steuerung der Druckdifferenz an der Membran (52).
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem das Fluid Kraftstoff umfasst und das Ventil ein Kraftstofftank-Absperrventil (20) beinhaltet.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem unabhängig von dem Fluidvolumenstrom von der zweiten Komponente (22) zu der dritten Komponenten (38), die Druckdifferenz an der Membran (52) aufrecht erhalten ist und bei dem ein Fluiddurchstrom zwischen der ersten Komponen te (24) und der dritten Komponente (38) beim Verschließen des normalerweise offen innen liegenden Strömungsweges so lange unterbunden ist als ein Druck in der ersten Komponente (24) kleiner ist als die Druckdifferenz an der Membran (52).
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die Druckdifferenz an der Membran (52) mit zunehmendem Fluidstrom von der zweiten Komponente (22) zu der dritten Komponente (38) nach dem Verschließen des normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweges auf ein verhältnismäßig konstantes Niveau von etwa zwei bis etwa vier inches atmosphärischer Wasserdruck eingeregelt ist.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem das Ventil (20) dazu eingerichtet ist einen Kohlenwasserstoffbehälter (22) in einem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem zu spülen während es gleichzeitig einen fluidmäßig angekuppelten Kraftstofftank (24) ohne Verlass auf den zuverlässigen Betrieb von darin enthaltenen elektronischen Komponenten isoliert.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die erste Komponente einen Kraftstofftank (24) aufweist.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die zweite Komponente einen Behälter (22) zur Speicherung von Kohlenwasserstoffdampf aufweist.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die dritte Komponente ein Regenerierventil (Spülungssteuerventil für einen Motor) aufweist.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, bei dem die Membran (52) den normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweg in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz von etwa 2 bis etwa 4 inches atmosphärischer Wasserdruck verschließt.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 1, das außerdem einen Überdruck-Entlastungsring (88) und eine zugeordnete Überdruck-Entlastungsfeder (86) aufweist.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 10, bei dem das Absperrventil so wirkt, dass es den Druck in der ersten Komponente (24) auf etwa 10 inches atmosphärischem Wasserdruck oder weniger hält.
Mechanisch betätigtes Absperrventil (20) nach Anspruch 10, bei dem, wenn Fluid von der zweiter Komponente (22) zu der dritten Komponente (38) beim Verschließen des normalerweise offenen innen liegenden Strömungsweges strömt, ein der ersten Komponente (24) zugeordneter Entlastungsdruck, unabhängig von dem Fluidströmungsdurchsatz vor. der zweiten Komponente (22) zu der dritten Komponente (38), im Wesentlichen gleich ist.
Absperrventil (20) zur Verwendung in einem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, bei dem das Ventil (20) aufweist: einen ersten Anschluss (44) zur Fluidverbindung mit einem Kraftstofftank (24); einen zweiten Anschluss (46) zur Fluidverbindung mit einem Behälter (22) zum Speichern von von dem Kraftstofftank (24) empfangenem Kohlenwasserstoffdampf; einen dritten Anschluss (48) zur Fluidverbindung mit einem Regenerierventil (38) zur Zufuhr von aus dem Behälter (22) ausgespülten Kohlenwasserstoffdämpfen zu einem Motor (10) zum Zwecke der inneren Verbrennung in diesem; eine in dem Ventil (20) angeordnete Membran (52) zum Verschließen eines normalerweise offenen, innen liegenden Strömungswegs zum Absperren der Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss (44) und dem zweiten Anschluss (46) und zur Ermöglichung eines Durchstroms von Kohlenwasserstoffdampf von dem zweiten Anschluss (46) zu dem dritten Anschluss (48), in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz an der Membran (52); und eine durchflussempfindliche Druckvorrichtung (65) zur Steuerung der Druckdifferenz an der Membran (52); wobei unabhängig von dem Spülstromdurchsatz von dem Behälter (22) zu dem Regenerierventil (38) die im Wesentlichen gleiche Druckdifferenz an der Membran (52) aufrecht erhalten ist und wobei ein Fluidstrom zwischen dem Kraftstofftank (24) und dem Regenerierventil (38) beim Verschließen des normalerweise offenen, innen liegenden Strömungswegs so lange verhindert ist, als der Druck in dem Kraftstofftank (24) kleiner ist als die Druckdifferenz an der Membran (52).
Absperrventil (20) nach Anspruch 13, bei dem die Druckdifferenz an der Membran (52) mit zunehmendem Kohlenwasserstoffdampfstrom von dem Behälter (22) zu dem Regenerierventil (38) nach dem Verschließen des normalerweise offenen, innen liegenden Strömungswegs auf ein verhältnismäßig konstantes Niveau von etwa 3 bis etwa 4 inches atmosphärischer Wasserdruck eingeregelt ist.
Absperrventil (20) nach Anspruch 13, bei dem das Ventil (20) dazu eingerichtet ist, Kohlenwasserstoffdampf aus dem Behälter (22) auszuspülen während es gleichzeitig den Kraftstofftank (24) ohne Verlass auf eine zuverlässige Funktion von darin enthaltenen elektronischen Komponenten, isoliert.
Absperrventil (20) nach Anspruch 13, bei dem die Membran (52) den normalerweise offenen innen liegenden Strömungsweg in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz von etwa 2 bis etwa 4 inches atmosphärischen Wasserdrucks verschließt.
Absperrventil (20) nach Anspruch 13, das außerdem einen Überdruck-Entlastungsring (88) und eine zugeordnete Überdruck-Entlastungsfeder (86) aufweist.
Absperrventil (20) nach Anspruch 17, bei dem während eines Spülvorgangs ein dem Kraftstofftank (24) zugeordneter Entlastungsdruck, unabhängig von dem Spülstromdurchsatz von dem Behälter (22) zu dem Regenerierventil 38, im Wesentlichen gleich ist.
Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, das das Absperrventil (20) nach Anspruch 13 enthält, das zwischen dem Kraftstofftank (24) dem Behälter (22) und dem Regenerierventil (38) fluidmäßig eingekoppelt ist.
Benzinbetriebenes Kraftfahrzeug, das das Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem nach Anspruch 19 enthält.
Verfahren zum Isolieren eines Kraftstofftanks (24) von einem Behälter (22) in einem Kraftstofftank-Kraftstoffverdunstungs-Rückhaltesystem, wobei das Verfahren beinhaltet: Vorsehen eines mechanisch betätigten Absperrventils (20) in Fluidverbindung mit dem Kraftstofftank (24) und dem Behälter (22); und Auslösen der Spülung des Behälters (22), wobei der Kraftstofftank (24) von dem Behälter (22) fluidmäßig durch Betätigung des mechanisch betätigten Absperrventils (20) isoliert wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das mechanisch betätigte Absperrventil (20) aufweist: einen ersten Anschluss (44) zur Fluidverbindung mit dem Kraftstofftank (24); einen zweiten Anschluss (46) zur Fluidverbindung mit dem Behälter (22) zur Speicherung von aus dem Kraftstofftank (24) empfangenem hohlen Wasserstoffdampf: einen dritten Anschluss (48) zur Fluidverbindung mit einem Regenerierventil (38) zur Zuleitung von ausgespülten Kohlenwasserstoffdämpfen aus dem Behälter (22) zu einem Motor (10) zum Zwecke der inneren Verbrennung in diesem; eine in dem Ventil (20) angeordnete Membran (52) zum Verschließen eines normalerweise offenen, innen liegenden Strömungswegs zum Absperren der Fluidverbindung zwischen dem ersten Anschluss (44) und dem zweiten Anschluss (46) und zur Ermöglichung des Durchstroms von Kohlenwasserstoffdampf von dem zweiten Anschluss (46) zu dem dritten Anschluss (48) in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz an der Membran (52); und ein Kopfventil (65) zur Steuerung der Druckdifferenz an der Membran (52), wobei unabhängig von dem Spülstromdurchsatz von dem Behälter (22) zu dem Regenerierventil (38) eine im Wesentlichen gleiche Druckdifferenz an der Membran (52) aufrechterhalten ist und wobei ein Fluidstrom zwischen dem Kraftstofftank (24) und dem Regenerierventil (38) beim Verschließen des normalerweise offenen, innen liegenden Strömungsweges so lange verhindert wird, als der Druck in dem Kraftstofftank (24) niedriger ist als der Differenzdruck an der Membran (52).
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das mechanisch betätigte Absperrventil (20) eine Membran (54) und eine strömungsempfindliche Druckvorrichtung (65) aufweist.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem eine im Wesentlichen konstante Druckdifferenz an der Membran (52) während des Spülvorgangs aufrechterhalten wird.
Verfahren nach Anspruch 21, bei dem das mechanisch betätigte Absperrventil (20) einen Überdruck-Entlastungsring (88) und eine zugeordnete Überdruck-Entlastungsfeder (86) aufweist.