DE3844057A1 - Ventil zum dosierten zumischen von verfluechtigtem kraftstoff zum kraftstoffluftgemisch einer brennkraftmaschine - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft ein Ventil zum dosierten Zumischen von aus dem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem Kraftstoff zu einem der Brennkraftmaschine über ein Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffluftgemisch der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Aufgrund gesetzlicher Vorschriften zum Schutze der Umwelt darf in einigen Ländern der im Kraftstofftank sich verflüchtigende Kraftstoff, der sog. Benzindampf, nicht ins Freie entlüftet, sondern muß durch Einleiten in die Brennkraftmaschine verbrannt werden. Hierzu ist im allgemeinen der Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks an einem mit Aktivkohle gefüllten Speicher angeschlossen, der den verflüchtigten Kraftstoff bei stehender Brennkraftmaschine aufnimmt und bei laufender Brennkraftmaschine wieder abgibt. Der Speicher ist über eine Ansaugleitung mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verbunden, wo der verflüchtigte Kraftstoff dem Kraftstoffluftgemisch beigegeben wird. Die hierdurch mögliche Erhöhung der Abgasemission erfordert eine Zumischung nur in bestimmten Betriebszuständen der Brennkraftmaschine und in bestimmter Dosierung. Dies wird mit dem sog. Tankentlüftungsventil bewirkt, das in der Verbindungsleitung zwischen Aktivkohlespeicher und Ansaugrohr eingeschaltet ist und von einer Steuerelektronik vorzugsweise getaktet in Abhängigkeit von dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und der Abgasemission (λ-Sonde) geöffnet bzw. geschlossen wird.

Bei einem bekannten Tankentlüftungsventil der eingangs genannten Art (DE 35 19 292 A1) ist zwischen Zu- und Abströmöffnung im Ventilgehäuse ein Sitzventil angeordnet, dessen mit einem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied mit dem Anker des Elektromagneten verbunden ist. Zugleich wird der Abstand zwischen Ventilglied und Ventilsitz, der sog. Ventilgliedhub, in Abhängigkeit vom Druckunterschied stromaufwärts und stromabwärts des Ventilsitzes derart verändert, daß bei Leerlauf der Brennkraftmaschine dieser Abstand sehr klein ist und sich mit zunehmender Last der Brennkraftmaschine ständig vergrößert. Bei Vollast ist der Abstand maximal. Dies hat den Vorteil, daß durch den kleinen Ventilgliedhub und den damit kleineren Durchflußquerschnitt des Sitzventils sich bei der Steuerung kleiner Durchsatzmengen und der dann herrschenden großen Druckdifferenz am Ventilsitz eine größere Genauigkeit erzielen läßt. Die extrem kleinen Schaltzeiten, die sich beim elektromagnetisch betätigten Ventilglied nur mit großem Aufwand realisieren lassen, und welche ohne die druckabhängige Durchflußquerschnittssteuerung notwendig wären, um die geforderte Genauigkeit der Durchsatzmengen zu erzielen, können damit entfallen.

Bei einem solchen Ventil treten allerdings durch Strömungsumlenkung innerhalb des Ventilraums zwischen Zu- und Abströmöffnung im mittleren Lastbereich der Brennkraftmaschine erhebliche Durchflußmengeneinbußen auf.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Tankentlüftungsventil mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß durch die unmittelbare Steuerung des Öffnungsquerschnitts der Abströmöffnung im Ventilgehäuse mittels eines Ventilschiebers eine direkte Strömung zwischen Zu- und Abströmöffnung ohne jegliche Umlenkung stattfindet. Durchflußmengeneinbußen, wie sie bei dem bekannten Tankentlüftungsventil auftreten, werden dadurch vermieden.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Tankentlüftungsventils möglich.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist zwischen dem gegen eine Rückstellfeder axial verschieblichen Anker des Elektromagneten und einem mit dem Ventilschieber gekoppelten Betätigungsstift eine Barometerdose angeordnet, die in einer mit dem Saugdruck im Ansaugrohr beaufschlagten Kammer untergebracht ist. Durch die Barometerdose wird der Ankerhub, und damit der vom Ventilschieber freigegebene Querschnitt der Abströmöffnung, entsprechend dem Druckniveau in der Kammer eingestellt. Bei hohem Druckniveau in der Kammer öffnet der Ventilschieber die Abströmöffnung ganz. Bei niedrigem Druckniveau öffnet der Ventilschieber die Abströmöffnung wenig, da die Barometerdose sich ausdehnt und dadurch den Ankerhub verkleinert. Damit werden im Leerlauf und/oder großen Höhenlagen kleinere Querschnitte der Abströmöffnung freigegeben, hingegen bei Vollast und/oder geringer Höhenlage sehr große Querschnitte. Bei dieser Ausführungsform der Erfindung wird der Tatsache Rechnung getragen, daß die Brennkraftmaschine bei Vollast und Normalhöhe die Zumischung einer größeren Menge verflüchtigten Kraftstoff verträgt als bei Leerlauf und in größerer Höhenlage. Die Dosierung ist damit nicht nur dem Betriebszustand, sondern zusätzlich der Höhenlage der Brennkraftmaschine angepaßt.

Eine besonders zweckmäßige Realisierung des erfindungsgemäßen Ventils wird dadurch erreicht, daß der Schieber flügelartig ausgebildet und um eine Drehachse in der die Zu- und Abströmöffnung enthaltenden Kammer schwenkbar gehalten ist. Der Flügelschieber weist eine der Zuströmöffnung entsprechende Öffnung auf, die durch Verschwenken des Flügelschiebers mehr oder weniger über die Zuströmöffnung bis zur vollständigen Deckung beider Öffnungen geschoben werden kann.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Dabei zeigt die Zeichnung einen Längsschnitt eines Tankentlüftungsventils in schematischer Darstellung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Das schematisch im Längsschnitt dargestellte Ventil zum dosierten Zumischen von aus dem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verflüchtigtem Kraftstoff zu dem der Brennkraftmaschine über ein Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffluftgemisch, im nachfolgenden Tankentlüftungsventil genannt, weist ein Gehäuse 10 auf, das durch eine Trennwand 11 in zwei druckdicht voneinander getrennte Kammern 12, 13 unterteilt ist. In der ersten Kammer 12 ist in der Kammerwand eine Abströmöffnung 14 und in einer gegenüberliegenden Kammerwand eine hier nicht zu sehende Zuströmöffnung angeordnet. Die Zuströmöffnung steht mit einem Anschlußstutzen in Verbindung, der über eine Verbindungsleitung mit dem Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks oder in an sich bekannter Weise mit einem mit Aktivkohle gefüllten Speicher verbunden ist. Dieser Speicher ist - wie beispielsweise in der DE 35 19 292 A1 beschrieben ist - an dem Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks angeschlossen. Die Abströmöffnung 14 steht über eine Bohrung mit einem nicht zu sehenden Anschlußstutzen in Verbindung, der über eine Verbindungsleitung an das Ansaugrohr der Brennkraftmaschine angeschlossen ist, vorzugsweise stromabwärts einer Drossel­ klappe. In der ersten Kammer 12 ist ein Flügelschieber (15) (Flachschieber) um eine Drehachse 16 schwenkbar gehalten, die parallel zur Achse der Abströmöffnung 14 angeordnet ist. Der Flügelschieber 15 überdeckt mit einem Flügel die Abströmöffnung 14 weitgehend druckdicht und trägt in diesem Bereich eine kreisrunde Öffnung 17 mit etwa gleichem Durchmesser wie die Abströmöffnung 14. Die Öffnung 17 ist dabei so angeordnet, daß sie sich bei Schwenken des Flügelschiebers 15 um die Drehachse 16 über die Abströmöffnung 14 hinwegschiebt und dabei einen mehr oder minder großen Querschnitt der Öffnung 17 zur Durchströmung freigibt. In der maximalen Schwenkstellung des Flügelschiebers 15 ist die Öffnung 17 mit der Abströmöffnung 14 deckungsgleich und der maximale Querschnitt der Abströmöffnung 14 ist freigegeben.

Die Schwenkung des Flügelschiebers 15 erfolgt mittels eines Elektromagneten 18, der in der zweiten Kammer 13 angeordnet ist. Die Kammer 13 ist über eine im Gehäuse 10 verlaufende Bohrung mit dem mit der Abströmöffnung 14 in Verbindung stehenden Anschlußstutzen verbunden, so daß die Kammer 13 von dem im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine herrschenden Saugdruck beaufschlagt ist. Die Bohrungsmündung in der Kammer 13 ist in der Zeichnung strichliniert mit 19 angedeutet. Der Elektromagnet 18 besteht in bekannter Weise aus dem Magnetgehäuse oder Magnettopf 20, von dessen Topfgrund ein koaxialer hohlzylindrischer Topfkern 21 axial vorspringt, einer im Magnettopf 20 einliegenden, den Topfkern 21 umschließenden Erregerspule 22 und einer Ankerplatte 23, die auf der offenen Stirnseite des Magnettopfes 20 unter Belassung eines Luftspaltes vor den ringförmigen Stirnflächen von Magnettopf 20 und Topfkern 21 liegt. Durch den hohlzylindrischen Topfkern 21 ist eine Haltestange 24 hindurchgesteckt, die an dem der Trennwand 11 zugekehrten Ende einen Außengewindeabschnitt 25 trägt. Mit diesem Außengewindeabschnitt 25 ist die Haltestange 24 in eine Innengewindebohrung in einer Gewindeplatte 26 eingeschraubt. An der Gewindeplatte 26 ist eine Barometerdose 27 mit ihrer einen Stirnseite befestigt. Das andere, aus dem Topfkern 21 vorstehende Ende der Haltestange 24 trägt ebenfalls ein Außengewinde 40, auf dem eine Einstellmutter 28 verschraubt ist. Die Einstellmutter 28 stützt sich über eine Unterlegscheibe 29 am Topfboden 201 des Magnettopfes 20 ab. Auf der Haltestange 24 ist die Ankerplatte 23 axial verschieblich angeordnet. Eine als Zylinderdruckfeder ausgebildete Rückstellfeder 30 stützt sich einerseits an der Ankerplatte 23 und andererseits an einer Radialschulter 31 im Innern des Topfkerns 21 ab und drückt die Ankerplatte 23 kraftschlüssig an die Gewindeplatte 26 und damit an die Stirnseite der Barometerdose 27 an. Durch Verschrauben der Einstellmutter 28 kann die Haltestange 24 axial verschoben und damit der Abstand zwischen Topfrand 202 bzw. Stirnseite des Topfkerns 21 und Ankerplatte 23, der sog. Ankerhub, justiert werden. Damit die Einstellmutter 28 von außen bedient werden kann, ist im Gehäuse 10 ein Durchbruch 32 vorgesehen, in den die Haltestange 24 mit Einstellmutter 28 hineinragt. Nach Justierung der Haltestange 24 wird der Durchbruch 32 mittels einer Ringdichtung 33 und einer Abdeckkappe 34 abgeschlossen.

Auf der von der Gewindeplatte 26 abgekehrten Seite trägt die Barometerdose 27 einen Betätigungsstift 35, der druckdicht durch die Trennwand 11 hindurchgeführt ist und in der ersten Kammer 12 seitlich an dem Flügelschieber 15 unter der Wirkung der Rückstellfeder 30 kraftschlüssig anliegt. Der Anlagepunkt hat dabei einen gewissen Abstand von der Drehachse 16 des Flügelschiebers 15. Auf der dem Angriffspunkt des Betätigungsstiftes 35 gegenüberliegenden Seite des Flügelschiebers 15 stützt sich eine Druckfeder 36 ab, deren Widerlager 37 an der Innenwand der Kammer 12 angeordnet ist. Die Kammerwand wird hier von einer Kappe 38 gebildet, welche die Stirnseite des topfförmigen Gehäuses 10 abschließt.

Die Wirkungsweise des beschriebenen Tankentlüftungsventils ist wie folgt:

Bei stehender Brennkraftmaschine in Normniveau (Meereshöhe) wird die Barometerdose 27 vom Atmosphärendruck zusammengedrückt. Dadurch ist der Hubabstand der Ankerplatte 23 vom Topfrand 202 des Magnettopfes 20 bzw. Topfkern 21 maximal. Dieser Hubabstand kann mittels der Einstellmutter 28 noch justiert werden. Der Betätigungsstift 35 hält den Flügelschieber 15 gegen die Federkraft der Druckfeder 36 in der in der Zeichnung dargestellten Stellung, in welcher die Abströmöffnung 14 vollständig abgedichtet ist.

Bei laufender Brennkraftmaschine wird der Elektromagnet 18 durch ein hier nicht dargestelltes elektronisches Steuergerät angesteuert, wodurch die Abströmöffnung 14 wechselweise geöffnet bzw. geschlossen wird. Das Verhältnis zwischen der Dauer der Offenstellung und der Schließstellung der Abströmöffnung 14 bestimmt die Menge der Zumischung des verflüchtigten Kraftstoff im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine. Bei jedem Hub der Ankerplatte 23 verschiebt sich der Betätigungsstift 35 in der Zeichnung nach links und unter der Wirkung der Druckfeder 36 wird der Flügelschieber 15 nach links geschwenkt, wodurch die Öffnung 17 im Flügelschieber 15 über die Abströmöffnung 14 gelangt und diese freigibt.

Überlagert wird diese elektromagnetische Ansteuerung des Flügelschiebers 15 durch die selbstständige Regelung des Hubabstands zwischen Ankerplatte 23 und Magnettopf 20 bzw. Topfkern 21 mittels der Barometerdose 27. In Meereshöhe und bei Vollast ist das Druckniveau in der Kammer 13 relativ hoch. Die Barometerdose 27 ist weitgehend zusammengedrückt und der Hubabstand maximal. Bei Erregung des Elektromagneten 18 führt der Flügelschieber 15 seine maximale Schwenkbewegung aus, und die Abströmöffnung 15 wird von dem Flügelschieber 15 vollständig freigegeben. Ändert sich der Betriebszustand der Brennkraftmaschine in Richtung Leerlauf, so nimmt das Druckniveau der Kammer 13 infolge des ansteigenden Saugdrucks im Ansaugrohr der Brennkraftmaschine ständig ab. Die Barometerdose 27 dehnt sich aus und verschiebt die Ankerplatte 23 in der Zeichnung nach links, so daß ihr Hubabstand vom Magnettopf 20 verkleinert wird. Wird nunmehr der Elektromagnet 18 erregt, so führt die Ankerplatte 23 und damit der Betätigungsstift 35 einen geringeren Hub aus, wodurch der Flügelschieber 15 über die Druckfeder 36 um einen kleineren Schwenkwinkel geschwenkt wird. Die Öffnung 17 des Flügelschiebers 15 überdeckt nur teilweise die Abströmöffnung 14, so daß ein kleinerer Durchflußquerschnitt freigegeben wird. Im Leerlauf der Brennkraftmaschine ist dieser freigegebene Durchlaßquerschnitt der Abströmöffnung 14 minimal.

Gelangt die Brennkraftmaschine in größere Höhenlagen, so nimmt der Atmosphärendruck ab. Auch dies hat eine Ausdehnung der Barometerdose 27 zur Folge, so daß der Hubabstand der Ankerplatte 23 vom Magnettopf 20 und entsprechend der Schwenkweg des Flügelschiebers 15 und damit der bei Magneterregung freigegebene Durchlaßquerschnitt der Abströmöffnung 14 abnimmt. Die Zumischung von verflüchtigtem Kraftstoff wird somit in Abhängigkeit von der Höhenlage korrigiert. Insgesamt wird also durch die Barometerdose bei niedrigem Druckniveau in der Kammer 13, also im Leerlauf der Brennkraftmaschine und/oder in großen Höhenlagen bei jeder Erregung des Elektromagneten 18 ein minimaler Durchlaßquerschnitt der Abströmöffnung 14 freigegeben und bei Vollast der Brennkraftmaschine und/oder Normalhöhe bei jeder Erregung des Elektromagneten 18 der volle Querschnitt der Abströmöffnung 14 geöffnet.

Claims (7)

1. Ventil zum dosierten Zumischen von aus dem Kraftstofftank einer Brennkraftmaschine verfIüchtigtem Kraftstoff zu einem der Brennkraftmaschine über ein Ansaugrohr zugeführten Kraftstoffluftgemisch, mit einem Gehäuse, das eine Zuströmöffnung zum Verbinden mit einem Entlüftungsstutzen des Kraftstofftanks oder mit einem diesem nachgeschalteten Aktivkohlespeicher und eine Abströmöffnung zum Verbinden mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine aufweist, und mit einem von einem Elektromagneten angetriebenen Ventilglied zum Steuern des Verbindungsquerschnittes zwischen Zu- und Abströmöffnung, dadurch gekennzeichnet, daß die Zu- und Abströmöffnung (14) in Kammerwänden einer vom Gehäuse (10) umschlossenen Kammer (12) liegen und daß das Ventilglied als mit der Abströmöffnung (14) zusammenwirkender Schieber (15) ausgebildet ist, der je nach Hub des Elektromagneten (18) die Abströmöffnung (14) ganz oder teilweise abdeckt bzw. freigibt.

2. Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der EIektromagnet (18) ein Magnetgehäuse (20) mit Erregerspule (22) und einen gegen eine Rückstellfeder (30) axial verschieblichen Anker (23) aufweist, der über einen Betätigungsstift (35) an dem Schieber (15) angreift, und daß zwischen Anker (23) und Betätigungsstift (35) eine Barometerdose (27) angeordnet ist, die in einer von der ersten Kammer (12) getrennten weiteren Kammer (13) untergebracht ist, die eine mit dem Ansaugrohr der Brennkraftmaschine verbindbare Öffnung (19) aufweist.

3. Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektromagnet (18) in der weiteren Kammer (13) angeordnet ist und daß der Anker (23) unter der Wirkung der Rückstellfeder (30) kraftschlüssig an der einen Seite der Barometerdose (27) anliegt, deren andere Seite den druckdicht durch eine Trennwand (11) zwischen erster und weiterer Kammer (12, 13) hindurchgeführten Betätigungsstift (35) trägt.

4. Ventil nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß der Schieber (15) flügelartig ausgebildet und um eine Drehachse (16) in der ersten Kammer (12) schwenkbar gehalten ist und daß der Flügelschieber (15) eine der Abströmöffnung (14) in der ersten Kammer (12) entsprechende Öffnung (17) trägt, die durch Verschwenken des Flügelschiebers (15) in Deckung mit der Abströmöffnung (14) bringbar ist.

5. Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Betätigungsstift (35) mit Abstand von der Drehachse (16) und quer zu dieser seitlich an dem Flügelschieber (15) kraftschIüssig anliegt und daß auf der gegenüberliegenden Seite des Flügelschiebers (15) eine Druckfeder (36) mit zum Betätigungsstift (35) entgegengerichteter Federkraft angreift.

6. Ventil nach einem der Ansprüche 2-5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetgehäuse als Magnettopf (20) mit einem vom Topfboden (201) axial vorstehenden hohlzylindrischen Topfkern (21) ausgebildet ist, daß der Anker als Ankerplatte (23) die offene Stirnseite des Magnettopfes (20) überdeckt und mit Abstand vor dem Topfrand (202) liegt und daß die als Zylinderdruckfeder ausgebildete Rückstellfeder (30) sich an einer radialen Schulter (31) im Innern des Topfkerns (21) und an der dem Magnettopf (20) zugekehrten Seite der Ankerplatte (23) abstützt.

7. Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der der Ankerplatte (23) zugekehrten Seite der Barometerdose (27) eine Gewindeplatte (26) mit einer Innengewindebohrung (39) befestigt ist, in welche eine durch das Innere des Topfkerns (21) hindurchgeführte Haltestange (24) eingeschraubt ist, daß die Ankerplatte (23) auf der Haltestange (24) axial verschieblich sitzt, daß der aus dem Topfkern (21) nach außen vorstehende Endabschnitt der Haltestange (24) ein Außengewinde (40) trägt und daß auf dem Außengewinde (40) eine Einstellmutter (28) verschraubbar ist, die sich über eine Unterlegscheibe (29) am Topfboden (201) des Magnettopfes (20) abstützt.