DE112012006527T5

DE112012006527T5 - Gehäuseentlüftungsventil mit integriertem Vakuumerzeuger und Rückschlagventilen

Info

Publication number: DE112012006527T5
Application number: DE112012006527.1T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Dominick Manton Williams
Original assignee: Continental Automotive Systems Inc
Current assignee: Continental Automotive Systems Inc
Priority date: 2012-06-15
Filing date: 2012-06-15
Publication date: 2015-03-19
Also published as: EP2861861B1; EP2861861A1; WO2013187912A1; CN103732903B; CN103732903A

Abstract

Ein integriertes Behälterentlüftungsventil für einen turboaufgeladenen Fahrzeugmotor umfasst ein Ventilelement mit einem Gehäuse, wobei das Ventil derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, einen Dampfentlüftungsstrom von einem Kraftstofftank und einer Behälterstruktur zu einem LufteinlassKrümmer zu steuern. Ein Aufbau ist mit dem Gehäuse gekoppelt. Der Aufbau definiert einen Innenraum. Die Struktur unterteilt den Innenraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer, welche von der ersten Kammer getrennt ist. Die erste Kammer weist einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss auf. Ein Vakuumerzeuger ist in der ersten Kammer bereitgestellt und befindet sich fluider Kommunikation mit den Einlass- und Auslass-Anschlüssen. Ein erstes Rückschlagventil befindet sich in der ersten Kammer zwischen dem Vakuumerzeuger und dem Ventilelement, und ein zweites Rückschlagventil befindet sich in der zweiten Kammer zwischen dem Ventilelement und einem Krümmer-Auslassanschluss.

Description

Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft ein Fahrzeug-Gehäuseentlüftungssystem für turboaufgeladene Motoren und insbesondere ein Gehäuseentlüftungsventil mit integriertem Vakuum-(Unterdruck-)Erzeuger und Rückschlagventilen.
Hintergrund der Erfindung
Bei Saugmotoren werden Kraftstoffdämpfe aus einem Gehäuse entlüftet, und zwar durch Verwenden des Vakuumdruckes des Einlasskrümmers (bzw. -Verteilers), um Luft durch das Gehäuse zu saugen. Bei mit Turboladern aufgeladenen Motoren besteht oftmals ein positiver Krümmerdruck, welcher während eines Aufladens erzeugt wird, weshalb kein Vakuum entsteht, um Luft durch das Gehäuse zu saugen. Daher ist es notwendig, Mittel bereitzustellen, um einen Luftbewegungsdruckunterschied zum Atmosphärendruck zu erzeugen, so dass Luft aus dem Gehäuse zum Einlasskrümmer gesaugt und zur Verbrennungskammer gelenkt werden kann, wodurch die Kraftstoffdämpfe durch Verbrennen „entlüftet” werden.
Zur Erzeugung eines Vakuums bei einem turboaufgeladenen Fahrzeugmotor wird ein Venturi-Rohr bzw. eine Venturi-Düse verwendet, und zwar durch „Spülen” vom Druckunterschied am Turbolader (14 psi oder mehr), um Luft durch die eine Venturi-Düse von dem Turbolader-Auslass und zurück in den Turbolader-Einlass zu „treiben”. Der Hochgeschwindigkeitsluftstrom und Schalldruckwellen in der Venturi-Düse erzeugen einen geringeren Druck als den Atmosphärendruck (Vakuum), welcher verwendet wird, um einen Belüftungsluftstrom in die „gespülte” Turboschleife zu saugen.
Typischerweise ist diese herkömmliche Venturi- und „Spül”-Schleife eine von den Rohrverbindungen getrennte Schleife, welche ein Rohr von dem Vakuumanschluss an der Venturi-Düse zu einem Anschluss an dem Entlüftungsventil erfordert. Das Entlüftungs- bzw. Belüftungs-Ventil wird vor einem Druckverlust während normaler Saugbedingungen und vor Turbo-Drücken mittels eines zwischen der Venturi-Düse und dem Entlüftungsventil angeordneten Rückschlagventil geschützt, sowie jeweils einem weiteren zwischen dem Einlasskrümmer und dem Belüftungsventil angeordneten Rückschlagventil. Somit erfordert eine solche Anordnung mehrere Rohrverbindungen und bestimmte Komponenten, welche die Kosten in die Höhe treiben.
Es besteht somit ein Bedarf zur Bereitstellung eines turboaufgeladenen Motors, wobei das Gehäuse-Belüftungsventil einen integrierten Vakuumerzeuger und Rückschlagventile umfasst.
Zusammenfassung der Erfindung
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, die oben erwähnten Bedürfnisse zu erfüllen. In Übereinstimmung mit den Prinzipien der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe durch Bereitstellen eines integrierten Gehäuseentlüftungsventiles für einen turboaufgeladenen Fahrzeugmotor erzielt. Das Ventil umfasst ein Ventilelement, welches derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, um einen Dampf-(Gas-)Entlüftungsstrom von einem Kraftstofftank und einer Gehäusestruktur zu einem Lufteinlasskrümmer zu steuern. Ein Aufbau ist mit dem Gehäuse gekoppelt. Der Aufbau definiert einen internen Raum. Die Struktur unterteilt den Innenraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer. Die erste Kammer weist einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss auf. Ein Vakuumerzeuger ist in der ersten Kammer bereitgestellt und befindet sich in fluider Kommunikation mit den Einlass- und Auslass-Anschlüssen. Der Vakuumerzeuger ist derart konstruiert und dazu ausgebildet, um Luft von einem Turbolader-Auslass zu empfangen, und zwar über den Einlassanschluss, um ein erstes Vakuum zu erzeugen, wenn die Luft durch den Vakuumerzeuger strömt, und um Luft zu einem Einlass des Turboladers zu leiten, und zwar über den Auslassanschluss, um eine „Spül”-Luftstromschleife zu definieren. Ein erstes Rückschlagventil ist in der ersten Kammer zwischen dem Vakuumerzeuger und dem Ventilelement bereitgestellt, wobei ein zweites Rückschlagventil in der zweiten Kammer zwischen dem Ventilelement und einem Krümmer-Auslassanschluss bereitgestellt ist. Der Krümmer-Auslassanschluss ist derart konstruiert und dazu ausgebildet, um mit einem Einlasskrümmer gekoppelt zu werden. Die ersten und zweiten Rückschlagventile sind derart konstruiert und dazu ausgebildet, so dass 1) bei Betrieb des Turboladers und wenn sich der Einlass-Krümmer unter positivem Druck befindet, das zweite Rückschlagventil schließt, während das erste Rückschlagventil bei einem Erzeugen des ersten Vakuums durch den Vakuumerzeuger öffnet, um den Belüftungsstrom in die „Spül”-Luftstromschleife in saugender Weise zuzulassen und 2) bei einem herkömmlichen Saugmotorzustand das Krümmervakuum das erste Rückschlagventil schließt und das zweite Rückschlagventil öffnet, um den gesamten Entlüftungsstrom durch den Krümmer-Auslassanschluss und zu dem Einlass-Krümmer zu leiten.
In Übereinstimmung mit einem noch weiteren Aspekt der Erfindung stellt ein Verfahren zur Steuerung eines Dampfentlüftungsstromes in einem turboaufgeladenen Fahrzeug ein Behälterentlüftungsventil bereit, und zwar mit einem Ventilelement, welches derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, um einen Dampfentlüftungsstrom von einem Kraftstofftank und einer Behälterstruktur zu einem Lufteinlass-Krümmer zu steuern. Das Entlüftungsventil weist einen integralen Vakuumerzeuger auf und erste und zweite Rückschlagventile, welche in integraler Weise mit dem Behälterentlüftungsventil ausgebildet sind. Das erste Rückschlagventil ist zwischen dem Vakuumerzeuger und dem Ventilelement angeordnet, und das zweite Rückschlagventil ist zwischen dem Ventilelement und einem Krümmer-Auslassanschluss angeordnet, wobei der Krümmer-Auslassanschluss mit dem Einlass-Krümmer gekoppelt ist. Das Verfahren definiert eine „Spül”-Luftstromschleife von einem Turboladerauslass durch den Vakuumerzeuger und zu einem Einlass des Turboladers, wobei der Vakuumerzeuger ein erstes Vakuum aufgrund des da hindurchströmenden Luftstromes erzeugt. Bei Betrieb des Turboladers und wenn sich der Einlass-Krümmer unter positivem Druck befindet, stellt das Verfahren sicher, dass das zweite Rückschlagventil schließt, während das erste Rückschlagventil bei Erzeugen des ersten Vakuums durch den Vakuumerzeuger öffnet, um einen Dampfentlüftungsstrom durch das Ventilelement in saugender Weise in die „Spül”-Luftstromschleife zuzulassen. Während eines herkömmlichen Saugmotorzustandes stellt das Verfahren sicher, dass ein durch den Einlass-Krümmer erzeugtes Vakuum das erste Rückschlagventil schließt und das zweite Rückschlagventil öffnet, um den gesamten Belüftungsstrom durch den Krümmer-Auslassanschluss und zu dem Einlass-Krümmer zu leiten.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Eigenschaften der vorliegenden Erfindung, als auch der Verfahren des Betreibens und die Funktionen der entsprechenden Elemente der Struktur, die Kombination von Teilen und Wirtschaftlichkeit der Herstellung werden bei Durchsicht der folgenden detaillierten Beschreibung und der angefügten Ansprüche mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen, welche alle einen Teil dieser Spezifikation bilden, besser ersichtlich.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung wird aus der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen davon in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, wobei gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen, besser verständlich, wobei:
1 eine Teil-Abschnitts-Ansicht eines integrierten Gehäuseentlüftungsventiles in einem Gehäuseentlüftungssystem eines turboaufgeladenen Fahrzeugmotors in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der Erfindung ist.
2 eine Seitenansicht des Gehäuseentlüftungsventiles aus 1 ist.
3 eine Seitenansicht eines Rückschlagventils gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist.
Detaillierte Beschreibung der beispielhaften Ausführungsformen
Mit Bezug auf 1 wird ein integriertes Behälterbelüftungsventil für einen turboaufgeladenen Fahrzeugmotor dargestellt, im Allgemeinen mit Bezugszeichen 10 bezeichnet, und in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform. Das integrierte Behälterbelüftungsventil 10 umfasst sowohl einen Vakuumerzeuger 12 als auch zwei Rückschlagventile 36, 38 in einer kleinen Bauweise, was die Anzahl an Rohrverbindungen in dem System von einer möglichen Anzahl von zwölf Verbindungen auf lediglich vier Verbindungen reduziert. Die Integration wird durch eine Venturi-Düse 12 (als der Vakuumerzeuger) in dem unteren Aufbau 14 des Behälterbelüftungsventiles 10 erzielt. Der untere Aufbau 14 definiert einen Innenraum 15. Eine Struktur, wie zum Beispiel eine Wand 16 und ein gespeistes mittleres Abdeckungselement 18 unterteilen den Innenraum 15 des unteren Aufbaues 14 in zwei Kammern 20, 22. Die erste Kammer 20 weist einen Einlassanschluss 21 auf und einen Auslassanschluss 23.
Der Vakuumerzeuger bzw. die Venturi-Düse 12 befindet sich in der ersten Kammer 20 und steht in fluider Verbindung mit dem Einlassanschluss 21 und dem Auslassanschluss 23. Der Vakuumerzeuger ist derart konstruiert und dazu ausgebildet, um Luft von dem Auslass 25 des Turboladers 26 aufzunehmen, und zwar über den Einlassanschluss 21, um ein erstes Vakuum zu erzeugen, wenn die Luft durch die Venturi-Düse 12 hindurchtritt, und um Luft zu einem Einlass 27 des Turboladers 26 zu leiten, und zwar über den Auslassanschluss 23, um eine „Spül”-Stromschleife A zu definieren, so dass ein Venturi-angetriebener Belüftungsstrom B in die „Spül”-Stromschleife A gesaugt werden kann, wie detaillierter unten erläutert wird. Ein Haupt-Einlassluftstrom wird durch einen Pfeil C dargestellt.
Die Kammer 22 weist einen Krümmer-Auslassanschluss 28 auf (siehe 2), welcher in Kommunikation mit einem Einlassanschluss 30 eines einem Motor (nicht dargestellt) zugeordneten Einlass-Krümmer 32 steht. Somit ist der Kammer 20 ein durch die Venturi-Düse 12 erzeugtes Vakuum zugeordnet, und der Kammer 22 ist ein durch den Einlass-Krümmer 32 erzeugtes Vakuum zugeordnet. Diese beiden Vakuumzustände sind absichtlich getrennt voneinander, und jeweils durch die ersten und zweiten Rückschlagventile 36, 38 isoliert, welche integral mit dem Ventil 10 ausgebildet sind und in dem unteren Aufbau 14 angeordnet sind. Insbesondere ist das erste Rückschlagventil 36 zwischen Ventilelement 34 des Behälterentlüftungsventiles 10 und der Venturi-Düse 12 bereitgestellt, und das zweite Rückschlagventil 38 ist zwischen dem Ventilelement 34 und dem Einlass-Krümmer 32 bereitgestellt. Das Ventilelement 34 ist zwischen dem Kraftstofftank und der Behälterstruktur 35 sowie dem Einlass-Krümmer 32 angeordnet. Das Ventilelement 34 kann in einer beliebigen herkömmlichen Art und Weise aufgebaut sein, wie zum Beispiel der in der US-Patentschrift 20080000456 A1 offenbarte Typ, deren Inhalt hiermit durch Bezugnahme in diese Beschreibung mit aufgenommen ist. Wie am Besten in 2 dargestellt ist, sind der untere Aufbau 14 und ein Gehäuse 33 des Ventilelementes 34 vorzugsweise auf eine entfernbare Art und Weise mittels einer Schnappverbindung und Anordnung 37 mit einem O-Ring dazwischen verbunden. Alternativ können der untere Aufbau 14 und das Gehäuse 33 durch eine Schweißverbindung verbunden werden, wodurch der O-Ring wegfällt.
Bei Betrieb des Turboladers 26 steht der Kummer 32 unter positivem Druck und das dem Krümmeranschluß 30 zugeordnete Rückschlagventil 38 schließt. Das in der „Spül”-Stromschleife A erzeugte Vakuum „zieht” das Rückschlagventil 36 in eine Offen-Stellung, so dass ein Strom durch die „Spül”-Stromschleife A zugelassen wird, welcher einen Dampfentlüftungsstrom durch die „Spül”-Stromschleife A zulässt, welche einen Dampfbelüftungsstrom B durch das Ventilelement 34 zieht. Der Entlüftungsstrom wird dann zum Krümmer 32 gelenkt und somit für eine Verbrennung zum Motor.
In dem herkömmlichen Saugzustand (Stromfluss durch Pfeil D angedeutet) „zieht” das am Krümmer 32 erzeugte Vakuum das Rückschlagventil 38 in die Offen-Stellung, so dass ein Strom vom Ventilelement 34 zum Krümmer 32 strömen kann. Zusätzlich schließt das Rückschlagventil 36, so dass der gesamte Belüftungsstrom direkt zum Krümmer 32 zur Verbrennung im Motor gelenkt wird.
Mit Bezug auf 3 weist jedes Einweg-Rückschlagventil 36, 38 ein Ventilelement 40 auf, welches in einer frei beweglichen Art und Weise an einer Öffnung 41 des Gehäuses 42 befestigt ist. In der Ausführungsform sind zwei Öffnungen 44 in dem Gehäuse 42 unter dem Ventilelement 40 bereitgestellt. Es wird bevorzugt, dass die Öffnungen 44 nicht bereitgestellt werden müssen, falls die Öffnung 41 ausreicht, um einen geeigneten Strom durch das Ventil bereitzustellen. Das Ventilelement 40 ist aufgrund von darauf wirkenden Druckunterschieden beweglich. Das Ventilelement 40 ist in 3 in einer geschlossenen Position dargestellt, und zwar gegen das Gehäuse 42 abgedichtet und somit einen Luftstrom vorbei an den Öffnungen 41 und 44 vermeidend. Ein wie oben erwähnter Vakuumdruck kann das Ventilelement 40 in eine Offen-Stellung „ziehen” (in die Richtung des Pfeiles D), wodurch ein Luftstrom durch die Öffnungen zugelassen wird.
Es ist ersichtlich, dass das integrierte Gehäuseentlüftungsventil 10 so genannte „Inline” Verbindungen in einer kompakten Einrichtung bereitstellt. Da die Venturi-Düse und die Rückschlagventile in das Entlüftungsventil integriert sind, sind weniger Rohrverbindungen erforderlich, was auch die Montage vereinfacht.
Die vorangegangenen bevorzugten Ausführungsformen wurden zum Zwecke der Darstellung der strukturellen und funktionellen Prinzipien der vorliegenden Erfindung gezeigt und beschrieben, als auch zur Darstellung der Verfahren zur Verwendung der bevorzugten Ausführungsformen, wobei Änderungen möglich sind, ohne diese Prinzipien zu verlassen. Daher umfasst diese Erfindung alle vom Grundgedanken der folgenden Ansprüche beinhalteten Modifikationen.

Claims

Integriertes Gehäuseentlüftungsventil für einen turboaufgeladenen Fahrzeugmotor, wobei das Ventil umfasst: Ein Ventilelement mit einem Gehäuse, welches derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, um einen Dampfbelüftungsstrom von einem Kraftstofftank und einer Gehäusestruktur zu einem Lufteinlass-Krümmer zu steuern, einen mit dem Gehäuse gekoppelten Aufbau, wobei der Aufbau einen Innenraum definiert, wobei die Struktur den Innenraum in eine erste Kammer und eine zweite Kammer, welche von der ersten Kammer getrennt ist, unterteilt, wobei die erste Kammer einen Einlassanschluss und einen Auslassanschluss aufweist, einen Vakuumerzeuger in der ersten Kammer, welcher in fluider Verbindung mit den Einlass- und Auslass-Anschlüssen ist, wobei der Vakuumerzeuger derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, Luft von einem Turboladerauslass zu empfangen, und zwar über den Einlassanschluss, um ein erstes Vakuum zu erzeugen, wenn die Luft durch den Vakuumerzeuger hindurchströmt, und um Luft zu einem Einlass des Turboladers zu lenken, und zwar über den Auslassanschluss, um eine „Spül”-Luftstromschleife zu definieren, ein erstes Rückschlagventil in der ersten Kammer zwischen dem Vakuumerzeuger und dem Ventilelement, und ein zweites Rückschlagventil in der zweiten Kammer zwischen dem Ventilelement und einem Krümmer-Auslassanschluss, wobei der Krümmer-Auslassanschluss derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, mit einem Einlass-Krümmer gekoppelt zu werden, wobei die ersten und zweiten Rückschlagventile derart konstruiert und dazu ausgebildet sind, dass 1) bei Betrieb des Turboladers und wenn der Einlass-Krümmer unter positivem Druck steht, das zweite Rückschlagventil schließt, während das erste Rückschlagventil bei Erzeugung des ersten Vakuums durch den Vakuumerzeuger öffnet, um einen Belüftungsstrom zuzulassen, welcher in die „Spül”-Luftstromschleife gesaugt wird, und 2) bei einem Saugmotorzustand das Krümmervakuum das erste Rückschlagventil schließt und das zweite Rückschlagventil öffnet, um den gesamten Belüftungsstrom durch den Krümmer-Auslassanschluss und den Einlass des Krümmers zu leiten.
Ventil nach Anspruch 1, wobei der Vakuumerzeuger eine Venturi-Düse ist.
Ventil nach Anspruch 1, wobei eine Kombination aus dem Kraftstofftank und der Behälterstruktur, dem Turbolader und dem Einlass-Krümmer besteht.
Ventil nach Anspruch 1, wobei die den Innenraum trennende Struktur eine Wand und ein Abdeckelement umfasst.
Ventil nach Anspruch 1, wobei jedes Rückschlagventil ein Einweg-Ventil ist, und zwar mit einem Elastomer-Ventilelement, welches derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, sich auf Basis von Druckunterschieden zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu verlagern.
Ventil nach Anspruch 1, wobei das Gehäuse und der Aufbau auf eine entfernbare Art und Weise zusammengekoppelt sind.
Verfahren zur Steuerung eines Dampfspülstromes in einem turboaufgeladenen Fahrzeug, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen eines Behälterbelüftungsventiles mit einem Ventilelement, welches derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, um einen Dampfentlüftungsstrom von einem Kraftstofftank und einer Behälterstruktur zu einem Lufteinlass-Krümmer zu steuern, wobei das Belüftungsventil in integraler Weise einen Vakuumerzeuger und erste und zweite Rückschlagventile aufweist, welche in das Behälterentlüftungsventil integriert sind, wobei das erste Rückschlagventil zwischen dem Vakuumerzeuger und dem Ventilelement angeordnet ist, und wobei das zweite Rückschlagventil zwischen dem Ventilelement und einem Krümmer-Auslassanschluss angeordnet ist, wobei der Krümmer-Auslassanschluss mit dem Einlass-Krümmer gekoppelt ist. Definieren einer „Spül”-Luftstromschleife von einem Turboladerauslass durch den Vakuumerzeuger und zu einem Einlass des Turboladers, wobei der Vakuumerzeuger aufgrund des dort hindurch strömenden Luftstromes ein erstes Vakuum erzeugt, bei Betrieb des Turboladers und wenn sich der Einlass-Krümmer unter positivem Druck befindet, Sicherstellen, dass das zweite Rückschlagventil schließt, während das erste Rückschlagventil bei Erzeugen des ersten Vakuums durch den Vakuumerzeuger öffnet, um einen Dampfentlüftungsstrom durch das Ventilelement in die „Spül”-Luftstromschleife in saugender Weise zuzulassen, und während eines Saugmotorzustandes, Sicherstellen, dass ein durch den Einlass-Krümmer erzeugtes Vakuum das erste Rückschlagventil schließt und das zweite Rückschlagventil öffnet, um den gesamten Entlüftungsstrom durch den Krümmer-Auslassanschluss und zum Einlass-Krümmer zu leiten.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Vakuumerzeuger eine Venturi-Düse ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Bereitstellens des Behälterentlüftungsventiles ein Bereitstellen des Behälterentlüftungsventiles mit einem Aufbau umfasst, wobei der Aufbau in zwei Kammern unterteilt ist, wobei das erste Rückschlagventil und ein Vakuumerzeuger sich in der ersten Kammer befinden und das zweite Rückschlagventil sich in der zweiten Kammer befindet.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt des Bereitstellens des Behälterentlüftungsventiles ein Koppeln des Aufbaues mit einem Gehäuse des Ventilelementes auf eine entfernbare Art und Weise umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei jedes Rückschlagventil ein Einweg-Ventil mit einem Elastomer-Ventilelement ist, welches derart konstruiert und dazu ausgebildet ist, um sich auf Basis von Druckunterschieden zwischen offenen und geschlossenen Positionen zu verlagern.