DE19850662A1 - Dampf-Steuerventileinrichtung für einen Fahrzeug-Kraftstofftank - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Fahrzeug-Kraftstofftank und insbe­ sondere eine Dampf-Steuerventileinrichtung für eine Anlage zum Verhindern des Entweichens von Kraftstoffdampf in die Atmosphäre.

Da der Schutz der Umwelt immer mehr an Bedeutung gewinnt, werden in den verschiedenen Staaten Bestimmungen zum Verhindern des Entweichens von flüchtigen Kohlenwasserstoffen in die Atmosphäre erlassen. Eine Quelle derartiger Kohlenwasserstoffdämpfe bildet der Kraftstofftank von Fahrzeugen, die Benzin oder andere Kohlenwasserstoffe enthaltende Kraftstoffe hoher Flüchtigkeit verwen­ den. Bei der derzeitig verwendeten Konstruktion von Kraftstofftanks können Kraft­ stoffdämpfe während des Befüllens des Tanks und üblicherweise selbst nach dem Befüllen des Tanks entweichen. Außerdem kann es zu einem "Überfüllen" des Tanks kommen, was noch bedeutend mehr Kraftstoffdampf entweichen läßt.

Die Kraftstoff-Abgabedüse einer typischen Tankstellenpumpe besitzt eine automatische Abschaltung, die durch den flüssigen Kraftstoff betätigt wird, wenn er in dem Füllrohr des Kraftstofftanks ausreichend nach oben steigt, um zumindest kurzzeitig eine Steueröffnung unmittelbar benachbart zu dem Auslaßende der Ab­ gabedüse zu bedecken und zu verschließen. Dies hat zur Folge, daß eine unter­ druckbetätigte Membran automatisch die Abgabe flüssigen Kraftstoffs aus der Ab­ gabedüse unterbindet. Bei einem typischen vorbekannten Fahrzeug-Kraftstofftank erfolgt diese automatische Abschaltung, wenn der Tank bis zu einem Soll-Niveau gefüllt wurde, bei dem sich ein "Dampfdom" eines vorgegebenen gewünschten Mindestvolumens im Tank oberhalb des flüssigen Kraftstoffes bildet. Wenn jedoch die Kraftstoffabgabedüse erneut manuell betätigt wird, kann so viel flüssiger Kraft­ stoff in den Tank getrieben werden, daß sich ein Überfüllungszustand ergibt, der den Dampfdom im Tank unerwünschterweise verringert oder sogar eliminiert, flüs­ sigen Kraftstoff im Tankfüllrohr beläßt, ein Rückschwappen flüssigen Kraftstoffs hervorruft und manchmal überschüssigen Kraftstoff sowie Kraftstoffdämpfe durch das offene Tankfüllrohr und/oder eine Tankentlüftung an die Atmosphäre abgibt.

Durch die vorliegende Erfindung sollen diese Nachteile behoben werden. Insbesondere soll eine Dampf-Steuerventileinrichtung für einen Fahrzeug-Kraft­ stofftank geschaffen werden, bei dem ein Rückschwappen von Kraftstoff und ein Überfüllen des Fahrzeug-Kraftstofftanks vermieden wird. Außerdem soll die Spei­ cherung und Rückgewinnung der Kohlenwasserstoffdämpfe beim Befüllen des Tanks und beim anschließenden Betrieb des Fahrzeuges beeinflußt werden.

Die Erfindung sowie vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Ansprüchen definiert.

Üblicherweise empfängt ein Kohlenstoffkanister Kraftstoffdämpfe durch die Dampf-Steuerventileinrichtung, die an der Oberseite des Kraftstofftanks angebracht ist. Der Speicherkanister steht mit dem Saugrohr der Brennkraftmaschine in Ver­ bindung, um Kraftstoffdampf aus dem Speicherkanister bei laufender Brennkraft­ maschine abzuziehen. Die Steuerventileinrichtung besitzt ein Ventil mit veränderli­ cher Ventilöffnung und einem Durchsatz, der von dem Kraftstoffniveau im Tank abhängig ist, um bei einem ausreichend niedrigen Kraftstoffniveau ganz zu öffnen, so daß die Kraftstoffdämpfe vom Tank ungehindert in den Speicherkanister strömen können. Ein Rückschlagventil am unteren Ende der Steuerventileinrichtung verhin­ dert, daß Kraftstoff in die Steuerventileinrichtung eintritt, bis das Kraftstoffniveau im Tank soweit ansteigt, daß Kraftstoff durch Öffnungen in der Seitenwand der Steuerventileinrichtung einströmen kann. Wenn das Kraftstoffniveau in der Steuer­ ventileinrichtung ansteigt, bewegt sich das Ventil allmählich und kontinuierlich in seine voll geschlossene Stellung, in der die Dampfströmung gedrosselt und dadurch die automatische Abschaltung der Abgabedüse der Kraftstoffpumpe betätigt wird. Bei dem Versuch einer weiteren Füllung nimmt das Ventil seine ganz geschlossene Stellung ein, in der die automatische Abschaltung der Abgabedüse der Kraftstoff­ pumpe betätigt wird. Dies verhindert eine "Überfüllung" des Tanks und hält somit das erwünschte Mindestvolumen des Dampfdomes oder Dampfraumes im oberen Bereich des "gefüllten" Kraftstofftanks aufrecht.

Vorzugsweise besitzt das Ventil einen Ventilsitz und ein schwenkbar gela­ gertes Verschlußglied, das von einem Schwimmer betätigt wird und eine veränderli­ che Durchflußöffnung bildet. Vorzugsweise öffnet der Schwimmer das Ventil über eine schwenkbar gelagerte Abstreifplatte, die eine Kraft hauptsächlich nur auf einen Abschnitt eines flexiblen Ventilverschlußgliedes ausübt, um die Kraft zu verringern, die erforderlich ist, um das Ventil anfangs zu öffnen, wodurch die Empfindlichkeit und das Ansprechverhalten des Ventils verbessert werden. Vorzugsweise ist das Ventil unabhängig vom Kraftstoffniveau auch im Falle eines Rollover-Unfalls ganz geschlossen, um zu verhindern, daß flüssiger Kraftstoff und Dampf aus dem Tank austreten.

Um ferner sicherzustellen, daß bei normalem Betrieb des Fahrzeuges prak­ tisch kein flüssiger Kraftstoff durch das offene Ventil in den Speicherkanister ge­ langt, sind die Öffnungen, durch die Kraftstoff in die Steuerventileinrichtung ein­ tritt, relativ klein und soweit unterhalb des Ventils angeordnet, daß spritzender oder schwappender Kraftstoff das Ventil nicht erreicht. Vorzugsweise ist ein getrennter Dampfkanal mit dem Ventil durch einen gewundenen Dampfströmungskanal ver­ bunden, der sich allgemein vertikal oberhalb des Ventils erstreckt und vorzugsweise oberhalb der Oberseite des Tanks angeordnet und mit dem Tankinneren an einer Stelle unterhalb des Ventils und oberhalb des Bodens der Steuerventileinrichtung verbunden ist.

Durch die Erfindung wird somit eine Dampf-Steuerventileinrichtung für einen Kraftstofftank sowie eine Dampfverarbeitungsanlage geschaffen, die beim Tanken entstehende Kraftstoffdämpfe sammelt, Kraftstoffdampf einem Speicher­ kanister zuführt, das Entweichen von Kraftstoffdampf beim Befüllen des Tanks verhindert, durch das Kraftstoffniveau im Tank betätigt wird, für eine rechtzeitige Betätigung der automatischen Abschaltung einer Kraftstoffabgabedüse sorgt, wenn der Tank sein erwünschtes maximales Kraftstoffniveau erreicht, ein Rückschwap­ pen des Kraftstoffs beim Befüllen verhindert, verhindert, daß flüssiger Kraftstoff in den Speicherkanister gelangt, bei einem Überschlagen des Fahrzeuges geschlossen bleibt, einen Dampfdom im Kraftstofftank auch bei Überfüllen des Kraftstofftanks aufrechterhält, auf Änderungen des Kraftstoffniveaus anspricht sowie robust, dauer­ haft, zuverlässig, einfach im Aufbau, wirtschaftlich in der Herstellung und in der Montage ist sowie eine große Lebensdauer hat.

Anhand der Zeichnungen wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine halbschematische Ansicht einer Fahrzeug-Kraftstoffanlage mit einem Kraftstofftank mit Füllrohr, einem Kraftstoffpumpenmodul, einem Dampfrückgewinnungskanister und einer Steuerventileinrichtung gemäß der Erfin­ dung;

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Steuerventileinrichtung der Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 2, bei der sich das Ventil in seiner vollständig geschlossenen Stellung befindet;

Fig. 4 eine Schnittansicht längs der Linie 4-4 in Fig. 3;

Fig. 5 eine Schnittansicht entsprechend Fig. 3, in der sich das Ventil in seiner vollständig geöffneten Stellung befindet;

Fig. 6 eine Explosionsdarstellung einiger Bestandteile des Ventils.

Fig. 1 zeigt in schematischer Weise eine Kraftstoffanlage 10 für ein Kraft­ fahrzeug mit einer bordeigenen Dampfrückgewinnungsanlage 12, die eine als Bau­ einheit ausgebildete Steuerventileinrichtung 14 gemäß der Erfindung aufweist. Die Steuerventileinrichtung 14 ist an der Oberseite eines Kraftstofftanks 16 angebracht und mit einem Kraftstoffdampf-Speicherkanister 18 verbunden, der mit dem Saug­ rohr 20 einer Brennkraftmaschine 22 in Verbindung steht. Typischerweise wird flüssiger Kraftstoff einem Kraftstoffverteiler 24 und Einspritzdüsen 26 der Brenn­ kraftmaschine von einem Kraftstoffzuführmodul 28 im Tank zugeführt, welcher eine Kraftstoffpumpe 30 mit einem Kraftstoffeinlaß 32 am Boden des Tanks und einem von außerhalb des Tanks zugänglichen Kraftstoffauslaß 34 aufweist. Die Kraftstoffpumpe 30 wird von einem elektrischen Motor 35 angetrieben. Der Tank 16 wird mit flüssigem Kraftstoff durch ein Füllrohr 36 mit einem Einlaß 38 gefüllt, das vertikal über der Oberseite des Tanks angeordnet ist und von einer Tasche 40 des Fahrzeugs aufgenommen wird. Der Einlaß 38 wird durch einen entfernbaren Deckel 42 verschlossen und abgedichtet. Um ein Rückströmen von Kraftstoff aus dem Tank durch das Füllrohr zu verhindern, ist vorzugsweise ein Rückschlagventil 44 am unteren Ende des Füllrohres angeordnet. Vorzugsweise bildet ein erhabener Bereich in der Deckwand des Tanks einen genau definierten "Dampfdom" 46.

Das Rückschlagventil 44 kann ein Kugelventil, Klappenventil, Scheiben­ ventil oder irgendein geeignetes Einwegventil sein, das eine ungehinderte Strömung des Kraftstoffs durch das Füllrohr in den Tank zuläßt und eine Rückströmung von Kraftstoff aus dem Tank durch das Füllrohr unterbindet. Ein derzeit bevorzugtes flexibles scheibenartiges Rückschlagventil ist in der US-Patentanmeldung Ser. No. 08/428,340 offenbart.

Typischerweise ist der Kanister 18 mit Aktivkohle (vorzugsweise vom Grad 15) gefüllt, um die von der Steuerventileinrichtung 14 durch eine Einlaßöffnung 48 empfangenen Kohlenwasserstoffdämpfe zu absorbieren und dann durch eine Aus­ laßöffnung 50 an das Saugrohr 20 der Brennkraftmaschine abzugeben. Das Innere des Kanisters ist zur Atmosphäre hin durch eine Öffnung 52 in der Oberseite des Kanisters entlüftet. Bei einigen Anwendungen verhindert ein Rückschlagventil ein Rückströmen des Kraftstoffdampfes durch die Öffnung 52 zur Atmosphäre. Der Kanister ist im Fahrzeug angebracht und mit der Steuerventileinrichtung sowie dem Saugrohr 20 durch geeignete flexible Schläuche 54 und 56 verbunden.

Die in den Fig. 2 bis 5 dargestellte Steuerventileinrichtung 14 besitzt ein Gehäuse 60 mit einem Ventil 62, das die Strömung von Kraftstoffdampf aus dem Tank 16 in den Kanister 18 steuert. Wenn das Ventil 62 geöffnet ist, kann Kraft­ stoffdampf durch einen Auslaßkanal 64 im Gehäuse und einen Krümmer 66 zum Kanister 18 strömen. Ferner kann ein Rezirkulationsauslaß 63 vorgesehen werden, der den Auslaßkanal 64 mit einem anderen Bestandteil der Dampfrückgewinnungs­ anlage wie z. B. einem weiteren Dampfkanister zu verbinden. Ein Druckentlastungs­ ventil 65 verbindet das Innere der Steuerventileinrichtung 14 mit der Atmosphäre durch einen dritten Auslaß 67, wenn ein vorgegebener maximaler Druck im Kraft­ stofftank, typischerweise 1524 mm (60 inch) Wassersäule. Das Ventil 62 besitzt einen Schwimmer 68, der von einem Rohrkörper 70 umgeben ist, dessen oberes Ende durch einen Preßsitz oder in anderer Weise in einer nach unten ragenden inte­ gralen Schürze 72 des Gehäuses 60 befestigt ist. Das Gehäuse 60 ist mit einem Schnappsitz auf dem Rohrkörper 70 befestigt, und ein Auslaßkörper 69, der den Auslaßkanal 63 und den Krümmer 66 enthält, ist durch einen Schnappsitz auf dem Gehäuse 60 angebracht. Das Gehäuse 60 besitzt einen Flansch 80, das durch eine Wärmesiegelung oder in anderer Weise mit dem Auslaßkörper 69 abgedichtet ver­ bunden ist und im zusammengebauten Zustand an der Oberseite des Kraftstofftan­ kes abgedichtet angebracht ist. Statt dessen kann der Flansch auch einstückig mit dem Auslaßkörper 69 ausgebildet werden.

Das untere Ende des Rohrkörpers 70 wird von einem Rückschlagventil 71 verschlossen, das vorzugsweise von einer Endkappe 73 getragen wird. Die End­ kappe 73 ist teleskopartig über den Rohrkörper 70 geschoben und wird von Fingern 75 des Rohrkörpers 70 gehalten, die mit Schnappsitz in in Umfangsrichtung beab­ standete Schlitze 77 greifen. Das Rückschlagventil 71 verhindert, daß Flüssigkeit in die Steuerventileinrichtung 14 eintritt, erlaubt jedoch eine Kraftstoffströmung aus der Steuerventileinrichtung 14 in den Kraftstofftank 16. Das Rückschlagventil 71 besitzt eine Scheibe 91, die vorzugsweise aus einem flexiblen Material wie z. B. Neoprengummi besteht und über einer zentralen Durchgangsöffnung 93 angeordnet ist, welche normalerweise auf mehreren in Umfangsrichtung beabstandeten Rippen 95 angeordnet ist. Die Rippen 95 verlaufen allgemein radial von der Öffnung 93 aus, um Kanäle zu bilden, durch die Kraftstoff vom Umfang der Scheibe 91 zwi­ schen ihrer Unterseite und der Endkappe 73 strömen kann, um durch die zentrale Öffnung 93 abgegeben zu werden. Die Bodenwand 97 des Rohrkörpers 70 weist ferner mehrere in Umfangsrichtung beabstandete Löcher 99 auf, die die zentrale Öffnung 93 der Kappe 73 überlappen und ein Abfließen von Kraftstoff vom unteren Ende des Rohrkörpers 70 aus ermöglichen, wenn das Rückschlagventil 71 geöffnet ist. Das Rückschlagventil 71 ist vorzugsweise normalerweise geöffnet, und sowohl hochschwappender Kraftstoff wie auch der Anstieg von Kraftstoff über den Boden des Rohrkörpers 70 treibt die Scheibe 91 nach oben in Dichtanlage mit den Löchern 99 in der Bodenwand 97 des Rohrkörpers 70.

Kraftstoffeinlaßöffnungen 78 in der Seitenwand des Rohrkörpers 70 erlauben es, daß Kraftstoff in die Steuerventileinrichtung 14 einströmt und den Schwimmer 68 betätigt, der auf das Kraftstoffniveau in der Steuerventileinrichtung 14 anspricht. Kraftstoff fließt durch die Öffnungen 78 erst ein, wenn das Rückschlagventil 71 geschlossen wurde und das Kraftstoffniveau um die Außenseite des Rohrkörpers 70 herum soweit angestiegen ist, daß der Kraftstoff durch die Öffnungen 78 strömt. Die Öffnungen 78 sind relativ klein und ausreichend weit unterhalb des Ventils 62 an­ geordnet, um zu verhindern, daß hochspritzender oder überschwappender Kraftstoff im Kraftstofftank 16 in das Ventil 62 bzw. den Auslaßkanal 64 gelangt. Die axiale Positionierung bzw. Höhe der Öffnungen 78 kann geändert werden, um das Niveau zu ändern, auf dem Kraftstoff in die Steuerventileinrichtung 14 eintritt und an­ schließend das Ventil 62 in seine Schließstellung bewegt, um die automatische Ab­ schaltung der Fülldüsen zu betätigen und dadurch das maximale Kraftstoffniveau im Tank 16 zu steuern.

Wie in den Fig. 3 bis 5 zu sehen ist, umgibt eine integrale schüsselför­ mige Wand 76 das Ventil 62 innerhalb der Schürze 72. Ein Dampfeinlaß oder meh­ rere Dampfeinlässe 79 sind dem Ventil 62 durch einen gewundenen bzw. labyrinth­ artigen Strömungskanal 81 verbunden (wie durch die Pfeile in den Fig. 3 und 4 angedeutet ist) welcher von dem Gehäuse 60 und der Wand 76 gebildet wird. Auf­ grund des Zusammenwirkens des Schwimmers 68 mit dem Rohrkörper 70 und der Konstruktion und Anordnung des Strömungskanals 81 wird praktisch verhindert, daß flüssiger Kraftstoff durch das offene Ventil 62 strömen kann. Selbst wenn flüs­ siger Kraftstoff rasch und heftig innerhalb des Kraftstofftanks 16 herumschwappt, kann das Ventil 62 aufgrund des Schwimmers 68, des Rohrkörpers 70 und des Strömungskanals 81 rasch schließen, ehe eine nennenswerte Menge an flüssigen Kraftstoffs durch es hindurchströmt. Irgendwelche Flüssigkeit, die in die schüssel­ förmige Wand 76 eintritt, fließt durch eine Öffnung in der Wand 76 ab.

Wie in den Fig. 3 bis 5 dargestellt, besitzt das Ventil 62 einen nach unten ragenden Ventilsitz 82, der den Auslaßkanal 64 umgibt, ein damit zusammenwir­ kendes elastomeres Verschlußglied 84, das auf einer Träger 86 angeordnet ist, wel­ che durch eine Abstreifplatte 88 schwenkbar gelagert ist. Die Abstreifplatte 88 wird von dem Schwimmer 68 betätigt und von einer Feder 90 in ihre Schließstellung ge­ drückt. Die Abstreifplatte 88 besitzt eine Spielöffnung 94, die im zusammengebau­ ten Zustand den erhabenen Ventilsitz 82 umgibt, sowie zwei einstückig angeformte und coaxiale Schwenkachsen 96 und 98, die an Laschen 100 befestigt sind. Im zu­ sammengebauten Zustand sind die äußeren Enden der Schwenkachsen 96 und 98 in sackartigen Schlitzen 102 am oberen Ende der Wand 76 drehbar gelagert. Dies la­ gert die Abstreifplatte 88 so, daß sie zwischen der in Fig. 3 gezeigten vollständig geschlossenen Stellung und der in Fig. 5 gezeigten vollständig geöffneten Stellung verschwenkt werden kann.

Im zusammengebauten Zustand wird die Trägerplatte 86 von zwei beabstan­ deten integralen Fingern 104 und 106 mit zurückgebogenen Abschnitten 108 schwenkbar gelagert, die zwischen den Laschen 100 der Abstreifplatte 88 sitzen und auf Achsen 96 und 98 drehbar gelagert sind. Im zusammengebauten Zustand ist das elastomere Verschlußglied 84 zwischen der Abstreifplatte 88 und der Trägerplatte 86 angeordnet und wird auf der Trägerplatte 86 von zwei einstückig angeformten Stiften 110 positioniert, die durch komplementäre Löcher 112 des Verschlußgliedes 84 in überdimensionierte Spiellöcher 114 der Abstreifplatte 88 ragen. Die Dicke der Abstreifplatte 88 ist geringer als der vertikale Vorsprung des Ventilsitzes 82, so daß im vollständig geschlossenen Zustand des Ventils (Fig. 3) die Stirnfläche des Ven­ tilsitzes 82 durch die Abstreifplatte 88 hindurch in Dichtanlage mit dem elastomeren Verschlußglied 84 ragt. Vorzugsweise besteht das Verschlußglied 84 aus einem re­ lativ weichen und flexiblen elastomeren Material, das hochresistent gegen Kohlen­ wasserstoff-Kraftstoffe und Kraftstoffdämpfe ist; beispielsweise handelt es sich um Fluorsilicongummi mit einer Härte in einem Bereich von 15 bis 70, vorzugsweise ungefähr 20 bis 65 mit insbesondere ungefähr 40 bis 60 Grad auf der Shore-A- Skala.

Die von dem Ventilsitz 82 gebildete Öffnung ist vorzugsweise relativ groß, um einen hohen Dampfdurchsatz bei sehr geringem Strömungswiderstand zu er­ möglichen, wenn das Ventil 62 geöffnet ist. Dieser hohe Strömungsdurchsatz ist insbesondere beim Tanken notwendig, wenn flüssiger Kraftstoff mit einem Durch­ satz von ungefähr 40 bis 50 l/min in den Tank 16 gefüllt wird, was ein entsprechen­ des Volumen an Kraftstoffdampf bei gleichem Durchsatz aus dem Tank 16 ver­ drängt. Vorzugsweise ist der Ventilsitz 82 ungefähr kreisförmig, wie in den Fig. 4 und 6 gezeigt, und hat einen Durchmesser von näherungsweise 12,7 mm (0,5 inch). Es sind auch andere Konfigurationen des Ventilsitzes 82 außer der kreisförmigen denkbar, sofern nur der erwähnte hohe Strömungsdurchsatz ermöglicht wird. Unab­ hängig von der Konfiguration des Ventilsitzes 82 liegt das Verschlußglied 84 dich­ tend am Ventilsitz 82 an, wenn das Ventil 62 geschlossen ist, um eine Strömung durch ihn hindurch zu verhindern.

Der Schwimmer 68 ist gleitend an dem unteren Abschnitt eines starren Drahtes 120 angeordnet und wird dort durch einen rechtwinklig abgebogenen Ab­ schnitt 122 an seinem unteren Ende gehalten. Das andere Ende des Drahtes 120 ist mit dem freien Ende der Abstreifplatte 88 durch einen rechtwinklig abgebogenen Abschnitt 124 schwenkbar verbunden, der in einer Bohrung 126 einer Schleife 128 am freien Ende der Abstreifplatte 88 schwenkbar angeordnet ist. Der Draht 120 er­ streckt sich durch eine vorzugsweise längliche Öffnung (nicht gezeigt) der schüssel­ förmigen Wand 76. Um den Schwimmer 68 im Rohrkörper 70 auszurichten und ein Spiel für den Draht 120 zu bilden, ist er mit einem abgesetzten Zwischenabschnitt 134 versehen, der von Biegungen 136 gebildet wird.

Wie in den Fig. 3 und 5 gezeigt ist, ist der Schwimmer 68 in dem Rohr­ körper 70 gleitend gelagert und spricht auf das Kraftstoffniveau in der Steuerventil­ einrichtung 14 an, um das Ventil 62 in seine Schließstellung zu bewegen, wenn flüssiger Kraftstoff auf sie einwirkt. Mehrere ringförmige Sacklöcher 138 sind in dem Schwimmer 68 gebildet und mit Luft und/oder Kraftstoffdampf innerhalb der Steuerventileinrichtung 14 gefüllt. Die Luft und der Kraftstoffdampf sind in den Sacklöchern 138 gefangen, wenn das Flüssigkeitsniveau in der Steuerventileinrich­ tung 14 den Boden des Schwimmers 68 erreicht. Die in den Sacklöchern 138 einge­ schlossenen Gase verleihen dem Schwimmer 68 einen Auftrieb in dem flüssigen Kraftstoff, so daß der Schwimmer 68 mit dem nach oben steigenden Kraftstoffni­ veau in der Steuerventileinrichtung 14 nach oben steigt. Typischerweise hat der Schwimmer 68 ein spezifisches Gewicht, das größer als das des flüssigen Kraftstof­ fes ist, und besteht vorzugsweise aus einem nicht porösen Kunststoff, der hochresi­ stent gegen Kohlenwasserstoff-Kraftstoff ist und beispielsweise aus einem hoch­ dichten Acetatpolypropylenpolymer einer Dichte von ungefähr 1,0 g/cm³ besteht. Üblicherweise hat der Kraftstoff ein spezifisches Gewicht von 0,6 bis 0,8 und der Schwimmer 68 hat ein spezifisches Gewicht von 0,9 bis 1,4 und vorzugsweise 1,0.

Wenn es zu einem Überschlagen des Fahrzeuges kommt, bei dem die Steuer­ ventileinrichtung 14 umgedreht wird, bleibt das Ventil 62 in seiner voll geschlosse­ nen Stellung, und zwar aufgrund der von der Feder 90 erzeugten Kräfte, der auf den Schwimmer 68 wirkenden Schwerkraft und dem Druck flüssigen Kraftstoffs, der sich über dem Ventil 62 befindet und auf die Trägerplatte 86 und somit auf das Ver­ schlußglied 84 wirkt, um es in feste Dichtanlage mit dem Ventilsitz 82 zu drücken. Im Rollover-Zustand muß die Summe dieser Kräfte größer sein als die entgegen­ wirkende Kraft, die von dem maximalen Auftrieb des Schwimmers erzeugt wird, wenn er in flüssigen Kraftstoff bis auf ein Niveau gerade unterhalb seines offenen Endes untergetaucht ist.

Wenn die Steuerventileinrichtung 14 sich in ihrer normalen aufrechten Stel­ lung befindet, wie in Fig. 3 gezeigt, muß natürlich die von der Feder 90 erzeugte Kraft kleiner als die Schwerkraft sein, die auf den Schwimmer 68 und das Ventil 62 wirkt, wenn sie nicht in Kraftstoff eingetaucht sind, so daß das Ventil 62 sich in sei­ ner voll geöffneten Stellung befindet, wie in Fig. 5 gezeigt ist. Wenn die Steuer­ ventileinrichtung 14 ihre normale aufrechte Stellung annimmt, muß die von der Fe­ der 90 erzeugte Kraft ebenfalls so groß sein, daß die Feder, wenn der Schwimmer in flüssigen Kraftstoff getaucht ist, das Ventil 62 in seine voll geschlossene Stellung bewegt, wie in Fig. 3 gezeigt ist.

Um die Kraft zu verringern, die erforderlich ist, um das vollständig geschlos­ sene Ventil 62 anfangs ein wenig zu öffnen, ist die Abstreifplatte 88 mit einem Vor­ sprung 140 versehen (Fig. 4 und 6), der bei voll geschlossenem Ventil an dem da­ runter liegenden Verschlußglied 84 außerhalb und unmittelbar benachbart zum Ventilsitz 82 anliegt. Wenn anfangs eine Ventilöffnungskraft von dem Schwimmer 68 ausgeübt wird, der auf die Abstreifplatte 88 wirkt, übt der Vorsprung 140 in er­ ster Linie nur auf den Bereich des elastischen Verschlußgliedes 84 unmittelbar an­ grenzend am Vorsprung 140 aus, was zur Folge hat, daß dieser Bereich der erste Abschnitt des Verschlußgliedes 84 ist, der sich von dem Ventilsitz 82 löst, wodurch zunächst das Ventil 62 ein kleinwenig geöffnet wird. Diese anfängliche geringfü­ gige Öffnung des Ventilsitzes 62 entlastet den Differenzdruck, der aufgrund des überatmosphärischen Dampfdrucks innerhalb des Tanks auf das gesamte Ventil 62 wirkt, und verringert dadurch die Größe der Kraft, die zum Öffnen des Ventils 62 erforderlich ist. Die Wirkung der Kraft, die von dem Vorsprung 140 auf das Ver­ schlußglied 84 ausgeübt wird, wird ferner durch den Hebelarm vergrößert, der durch die schwenkbar gelagerte Abstreifplatte 88 gegeben ist.

Es wird nun die Betriebsweise beschrieben:

Um einen zumindest teilweise leeren Tank 16 mit flüssigem Kraftstoff wie z. B. Benzin oder Diesel zu füllen, wird der Tankdeckel 42 entfernt, wird eine Abga­ bedüse mit einer automatischen Abschaltung einer Tankstellenpumpe in den Einlaß 38 des Füllrohres eingeführt und das Düsenventil manuell geöffnet, um flüssigen Kraftstoff durch das Füllrohr 36 und das Rückschlagventil 44 in den Tank 16 abzu­ geben, üblicherweise mit einem Durchsatz mit 40 bis 50 l/min. Der in den Tank fließende Kraftstoff erzeugt einen überatmosphärischen Druck im Tank, welcher Kraftstoffdampf durch die Steuerventileinrichtung 14 (und ihr offenes Ventil 62, den Auslaßkanal 64 und den Krümmer 66) in den Kanister 18 treibt. Solange sich der Schwimmer 68 nicht in flüssigem Kraftstoff befindet, überwindet sein Gewicht die Kraft der Feder 90, und das Ventil 62 bleibt vollständig geöffnet, wie in Fig. 5 gezeigt ist.

Wenn während des Füllvorganges das ansteigende Kraftstoffniveau im Tank den Boden des Rohrkörpers 70 erreicht, schließt das Rückschlagventil 71, und wenn das Kraftstoffniveau weiter ansteigt und die Öffnungen 78 erreicht, tritt flüssiger Kraftstoff in den Rohrkörper 70 ein. Der Schwimmer 68 wird dann zumindest teil­ weise in Kraftstoff getaucht und beginnt sich nach oben zu bewegen, während die Feder 90 das Ventil 62 in Richtung auf seine Schließstellung zu bewegen beginnt. Während das Kraftstoffniveau weiter ansteigt, setzt das Ventil 62 seine Bewegung in Richtung auf die voll geschlossene Stellung fort, bis es vollständig geschlossen ist. In seiner voll geschlossenen Stellung ist das elastische Verschlußglied 84, wie in Fig. 3 gezeigt, in Dichtanlage an dem Ventilsitz 82. Dies beendet den Strom von Kraftstoffdampf durch den Auslaßkanal 64.

Wenn das Ventil 62 teilweise geschlossen wird, drosselt es den Kraftstoff­ dampfstrom genügend, um den Druck im Tank zu erhöhen, wodurch der flüssige Kraftstoff im Füllrohr 36 nach oben steigt und die automatische Abschaltung der Abgabedüse der Tankstellenpumpe betätigt. Der automatische Abschaltmechanis­ mus der Abgabedüse besitzt neben dem Düsenauslaß eine kleine Steueröffnung, die, wenn sie durch flüssigen Kraftstoff im Füllrohr geschlossen wird, bewirkt, daß ein Membranmechanismus "automatisch" die Abgabe von Kraftstoff aus der Abgabe­ düse abschaltet.

Diese starke Drosselung der Strömung ohne abrupte Beendigung der Strö­ mung dürfte für einen etwas "weicheren" bzw. etwas langsameren Anstieg des Kraftstoffs im Füllrohr sorgen, um die automatische Abschaltung der Abgabedüse ohne "Rückschwappen" bzw. Ausstoßen flüssigen Kraftstoffs aus dem Einlaß des Füllrohrs in die Atmosphäre zu betätigen. Unabhängig von irgendwelchen theoreti­ schen Erklärungsversuchen jedoch hat sich gezeigt, daß die Steuerventileinrichtung 14 ohne jegliches Rückschwappen des Kraftstoffs die automatische Abschaltung der Abgabedüse rechtzeitig betätigt.

Wenn die Abgabedüse erneut manuell betätigt oder geöffnet wird, um den Tank zu "überfüllen", kommt es aufgrund des zusätzlichen Kraftstoffes zu einem fortgesetzten Schließen des Ventils 62 und zu einem schnelleren Anstieg des Kraft­ stoffniveaus im Füllrohr 36, wodurch erneut die automatische Abschaltung der Ab­ gabedüse betätigt und dadurch eine Überfüllung des Tanks vermieden wird, was andernfalls das Volumen des Dampfdomes 46 unter ein vorgegebenes erwünschtes Mindestvolumen absenken würde. Dies wiederum wirkt weiteren Bemühungen, den Tank durch wiederholtes Betätigen der Abgabedüse zu überfüllen, dadurch entge­ gen, daß kurzfristig flüssiger Kraftstoff im Füllrohr zurückgehalten wird, was die automatische Abschaltung der Abgabedüse betätigt. Bei ausreichend häufig wieder­ holten Versuchen, den Tank zu "überfüllen", wird das Ventil 62 vollständig ge­ schlossen. Nachdem die Befüllung des Tanks beendet ist, wird die Abgabedüse entfernt, und der Deckel 42 wird wieder angebracht, um den Einlaß 38 des Füllroh­ res zu schließen.

Wenn und während der Schwimmer 68 das Ventil 62 geschlossen hält, ver­ hindert das geschlossene Ventil 62, daß flüssiger Kraftstoff aus dem Tank durch den Auslaßkanal 64 in den Kanister 18 getrieben wird, wodurch der Kanister 18 gegen eine Sättigung mit flüssigem Kraftstoff geschützt wird, der andernfalls an die Atmo­ sphäre ausgestoßen würde.

Wenn der Tank gefüllt ist und das Fahrzeug betrieben wird, wird irgendwann ausreichend Kraftstoff vom Tank 16 verbraucht, so daß das Kraftstoffniveau im Rohrkörper 70 soweit absinkt, daß das Gewicht des Schwimmers 68, der auf den Draht 120 wirkt, eine Kraft erzeugt, die ausreicht, um das Ventil 62 zu öffnen. Die von dem Schwimmer 68 erzeugte Kraft wirkt über den Draht 120 auf die Abstreif­ platte 88, welche über den Vorsprung 140 zunächst eine Kraft auf das Verschluß­ glied 84 praktisch nur in dem Bereich benachbart zu dem Vorsprung 140 ausübt, so daß das Verschlußglied 84 sich anfangs nur in dem Bereich angrenzend an dem von dem Vorsprung 140 berührten Abschnitt von dem Ventilsitz 82 löst. Dies verhindert die Kraft, die erforderlich ist, um das Verschlußglied 84 in seine Öffnungsstellung zu bewegen, und zwar dadurch, daß nur ein Teil des Verschlußgliedes 84 anfangs vom Ventilsitz 82 "abgeschält" wird. Wenn unmittelbar vor dem anfänglichen Öff­ nen des Ventilsitzes 62 der Druck im Tank überatmosphärisch ist, was die auf das Verschlußglied 84 wirkenden Schließkräfte erhöht, wird durch diesen "Abschälvorgang" der überatmosphärische Druck entlastet und somit die Öffnungs­ kraft, die erforderlich ist, um die vom überatmosphärischen Druck herrührende Schließkraft zu verringern, und zwar dadurch, daß der Bereich des Verschlußgliedes 84, der anfangs geöffnet wird, stark reduziert wird. Dies bricht ferner jegliche hy­ drostatische Abdichtung am Ventilsitz 82 auf und löst ohne weiteres das Ver­ schlußglied 84, wenn die Abstreifplatte 88 bei absinkendem Schwimmer 68 von dem Ventilsitz 82 weggeschwenkt wird.

Wenn das Ventil 62 geöffnet ist und die Brennkraftmaschine arbeitet, wird Dampf aus dem Kanister 18 durch die Öffnung 50 und die Leitung 56 in das Saug­ rohr 20 der Brennkraftmaschine abgezogen, wo der Kraftstoffdampf mit der ange­ saugten Luft gemischt und den Zylindern der Brennkraftmaschine zugeführt wird. Dies kann auch zu einem ausreichenden Unterdruck im Kanister 18 führen, derart, daß Kraftstoffdampf im Kraftstofftank durch den offenen Auslaßkanal 64 der Ven­ tilsteuereinrichtung 14 in den Kanister 18 strömt, insbesondere, wenn die atmo­ sphärische Entlüftung des Kanisters 18 ein Rückschlagventil oder Magnetventil ent­ hält, das ein Rückströmen atmosphärischer Luft durch den Entlüftungskanal 52 in den Kanister 18 verhindert oder drosselt.

Wenn die Brennkraftmaschine abgeschaltet und das Ventil 62 vollständig geöffnet ist, strömt Kraftstoffdampf vom Tank durch die Steuerventileinrichtung 14 in den Kanister 18, wenn der Druck im Tank beispielsweise nur um ungefähr 0,0028 bis 0,0069 bar (0,04 bis 0,1 psi) größer als Atmosphärendruck ist. Der Kanister 18 und die Steuerventileinrichtung 14 haben somit einen vernachlässigbaren Wider­ stand gegen einen Kraftstoffdampfstrom aus dem Tank, wenn das Ventil 62 der Steuerventileinrichtung 14 geöffnet ist.

Claims (11)

1. Dampf-Steuerventileinrichtung für einen Fahrzeug-Kraftstofftank, der flüchtige Kohlenwasserstoffe enthaltenden flüssigen Kraftstoff aufnimmt, mit einem Gehäuse (60), das von dem Tank (16) angrenzend an der Oberseite des Tanks auf­ genommen wird, einem vom Gehäuse (60) getragenen Auslaßkanal (64), der mit dem Bereich außerhalb des Tanks (16) in Verbindung steht, einem Ventilsitz (82), der von dem Gehäuse (60) unmittelbar angrenzend an der Oberseite des Tanks (16) getragen wird und einen kontinuierlichen Umfang aufweist, welcher eine Ventilöff­ nung begrenzt, die mit dem Auslaßkanal (64) verbunden ist, um dem Auslaßkanal (64) Kraftstoffdampf aus dem Tank (16) zuzuführen, einem Ventilkopf, der von dem Gehäuse (60) schwenkbar getragen wird und in eine Schließstellung, in der er an dem Ventilsitz (82) anliegt, um die Ventilöffnung zu verschließen, sowie in eine zu der Schließstellung beabstandete Öffnungsstellung bewegbar ist, einem Rück­ schlagventil (71), das am Boden des Gehäuses (60) angeordnet ist, um den Eintritt von Kraftstoff in das Gehäuse (60) zu verhindern und das Abfließen von Kraftstoff aus dem Gehäuse (60) zu ermöglichen, wenn das Kraftstoffniveau im Tank (16) niedriger als das Kraftstoffniveau im Gehäuse (60) ist, mindestens einer Kraftstoff­ einlaßöffnung (78), die in dem Gehäuse (60) oberhalb des Rückschlagventils (71) angeordnet ist und durch die Kraftstoff aus dem Tank (16) in das Gehäuse (60) ein­ dringt, und einem Schwimmer (68), der mit dem Ventilkopf verbunden ist und in Abhängigkeit von dem Niveau des flüssigen Kraftstoffs im Gehäuse (60) den Ven­ tilkopf in die Öffnungsstellung bewegt, wenn das Kraftstoffniveau im Tank (16) unter einem festen vorgegebenen Wert liegt, und den Ventilkopf in seine Schließ­ stellung bewegt, wenn sich das Kraftstoffniveau im Tank (16) auf einem zweiten Wert oberhalb des ersten Wertes befindet.

2. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine schüsselförmige Wand (76), die von dem Gehäuse (60) getragen wird und sich um den Ventilsitz (82) herum erstreckt, um den Durchtritt von flüssigem Kraftstoff durch den Auslaßkanal (64) zu verhindern, wenn der Ventilkopf seine Öffnungsstel­ lung einnimmt.

3. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß Gehäuse (60) einen Rohrkörper (70) aufweist, der von dem Gehäuse (60) nach unten ragt und den Schwimmer (68) aufnimmt.

4. Dampf-Steuerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, gekennzeichnet durch ein von dem Ventilkopf getragenes flexibles Ver­ schlußglied (84), das mit dem Ventilsitz (82) zusammenwirkt und aus einem ela­ stomeren Material besteht, das eine Härte im Bereich von ungefähr 15 bis 75 auf der Shore-A-Härteskala hat.

5. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Abstreifplatte (88), die von dem Gehäuse (60) schwenkbar getragen wird und mindestens einen Vorsprung (140) aufweist, der an dem Verschlußglied (84) an einer Stelle anliegt, die sich unmittelbar neben dem Ventilsitz (82) befindet und zu der Schwenkachse der Abstreifplatte (88) beabstandet ist, um eine Kraft auf das Verschlußglied (84) zum anfänglichen Öffnen des Ventils auszuüben.

6. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstreifplatte (88) mindestens einen Vorsprung (140) aufweist, der an einem Abschnitt des Verschlußgliedes (84) an einer Stelle unmittelbar benachbart zu dem Ventilsitz (82) sowie beabstandet zu der Schwenkachse der Abstreifplatte (88) anliegt, um nur auf einen Bereich des Verschlußgliedes (84) angrenzend an dem Vorsprung (140) eine Kraft auszuüben, um anfangs zumindest einen Teil des Verschlußgliedes benachbart zu dem Vorsprung (140) zu öffnen, ehe ein Abschnitt des Verschlußgliedes (84) benachbart zur Schwenkachse der Abstreifplatte (88) geöffnet wird.

7. Dampf-Steuerventileinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß vom Gehäuse (60) ein Rohrkörper (70) nach un­ ten ragt, der sich um den Ventilsitz (82) um den Ventilkopf herum erstreckt, daß das untere Ende des Rohrkörpers (70) von dem Rückschlagventil (71) verschlossen wird und daß der Schwimmer (68) in dem Rohrkörper (70) gleitend gelagert ist und mit seinem Umfang einen relativ engen Sitz innerhalb der Wand des Rohrkörpers (70) hat, um zu verhindern, daß eine größere Menge flüssigen Kraftstoffs am Schwim­ mer (68) vorbei in die Ventilöffnung gelangt, wenn der Ventilkopf seine Öffnungs­ stellung einnimmt.

8. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine vom Gehäuse (60) getragene Schürze (72), die zum Teil einen Dampfströ­ mungskanal (81) bildet, der mit der Ventilöffnung in Verbindung steht, wenn sich der Ventilkopf in der Öffnungsstellung befindet, und der einen mit dem Tankinne­ ren verbundenen Einlaß (79) aufweist, der sich vertikal unterhalb des Ventilsitzes (82) und oberhalb des unteren Endes des Rohrkörpers (70) befindet.

9. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch einen vom Gehäuse (60) getragenen Dampfströmungskanal (81), der mit der Ventil­ öffnung verbunden ist, wenn sich der Ventilkopf in seiner Öffnungsstellung befin­ det, und der einen Einlaß (79) aufweist, der mit dem Tankinneren an einer Stelle verbunden ist, die sich vertikal unterhalb des Ventilsitzes (82) und oberhalb des un­ teren Endes des Rohrkörpers (70) befindet.

10. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß das Gehäuse (60) einen den Auslaßkanal (64) tragenden Auslaßkörper (69) und ein Strömungskanalgehäuse mit axial verlaufenden und radial beabstandeten Wänden aufweist, die einen gewundenen Dampfströmungskanal (81) bilden, der das Tankinnere mit der Ventilöffnung verbindet, wobei der Auslaßkörper (69) durch einen Schnappsitz mit dem Strömungskanalgehäuse verbunden ist, das seinerseits durch einen Schnappsitz im Rohrkörper (70) festgelegt ist.

11. Dampf-Steuerventileinrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine Endkappe (73), die das Rückschlagventil (71) trägt und mit Schnappsitz auf dem Rohrkörper (70) angeordnet ist.