DE4311314C1 - Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen der im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen der im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine den Freiraum mit der Atmosphäre verbindende Entlüftungs­ leitung, in der eine Speicherkammer mit einem Absorptionsele­ ment angeordnet ist, sowie zumindest eine die Speicherkammer mit dem Ansaugrohr verbindende Leitung, die durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil verschließbar ist, wobei das Ventil von einem Ventilgehäuse mit zumindest einer Einlaßöffnung und zumindest einer Auslaßöffnung umschlossen ist.

Eine solche Vorrichtung ist aus der DE 39 09 887 A1 bekannt. Darin wird ein Verfahren für die Überprüfung der Ansteuerbar­ keit eines Tankentlüftungsventils beschrieben, über das eine mit Kraftstoffdämpfen beladene Zusatzluftmenge dem Ansaugbe­ reich einer Brennkraftmaschine zuführbar ist. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die Vorrichtung und insbesondere das Ventil bei aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen nicht zur Anwendung gelangen können. Durch die in Abhängigkeit von den jeweiligen Betriebszuständen der aufgeladenen Verbren­ nungskraftmaschine unterschiedlichen Drücke innerhalb des Ansaugrohres, sind befriedigende Gebrauchseigenschaften über den gesamten Lastbereich nicht erreichbar. Außerdem ist die vorbekannte Vorrichtung durch ihre vergleichsweise kompli­ zierte Ausgestaltung in wirtschaftlicher Hinsicht wenig befriedigend.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern flüchtiger Kraftstoffbestandteile derart weiterzuentwickeln, daß die Vorrichtung in Verbindung mit aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen zur Anwendung gelangen kann, dabei einfach und kostengünstig herstellbar ist und durch kompakte Abmessungen sowie gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer gekennzeichnet ist.

Diese Aufgabe wird bei einer gattungsgemäßen Einrichtung mit dem kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.

Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.

Im Rahmen der vorliegenden Erfindung ist es vorgesehen, daß die Verbrennungskraftmaschine durch einen Lader aufladbar ist, daß die Auslaßöffnung in Richtung des Ansaugrohres mit einem Rückschlagventil verbunden ist, umfassend ein Rückschlag­ ventil-Gehäuse mit einem Strömungseinlaß und zwei Strömungs­ auslässen, daß ein Strömungsauslaß mit dem Niederdruckbereich des Laders und der andere Strömungsauslaß mit dem Ansaugrohr verbunden ist, daß beiden Strömungsauslässen ein gemeinsamer, durch Differenzdruck getrennt betätigbarer Dichtkörper aus elastomerem Werkstoff zugeordnet ist und daß der eine Teilbe­ reich des Dichtkörpers, der dem Strömungsauslaß zugeordnet ist, nur in Richtung des Laders und der andere Teilbereich, der dem anderen Strömungsauslaß zugeordnet ist, nur in Richtung des Ansaugrohrs durchströmbar ist. Unter einem Lader ist in diesem Zusammenhang ein Verdichter zu verstehen, der beispielsweise durch einen Abgas-Turbolader, einen mechanisch angetriebenen Spirallader oder ein Roots-Gebläse gebildet sein kann. Der Aufbau der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist teilearm und sehr einfach. Ein aufwendiges Umschalten der Vorrichtung zwischen Saugbetrieb und Ladebetrieb ist entbehr­ lich, wodurch ein zuverlässiger Betrieb während einer langen Gebrauchsdauer der Vorrichtung bedingt ist. Die Umschaltung von Saug- auf Ladebetrieb erfolgt durch die innerhalb der Vorrichtung herrschenden Druckverhältnisse automatisch. Die Ansteuerung des elektromagnetisch betätigbaren Ventils erfolgt über eine elektronische Motorsteuerung, die bei­ spielsweise zur Steuerung der Einspritz- und/oder Zündanlage ohnehin zur Anwendung gelangt. Eine derartige Motorsteuerung kann eine Vielzahl von Informationen zur Verfügung stellen, die zur Steuerung des Ventils herangezogen werden können. Das Rückschlagventil ist dem elektromagnetisch betätigbaren Ventil in Strömungsrichtung nachgeschaltet. Hierbei ist von Vorteil, daß nach dem Abschalten der Verbrennungskraftma­ schine Kraftstoffdämpfe durch das in Geschlossenstellung befindliche elektromagnetisch betätigbare Ventil an einem Zurückströmen in den Lader und weiter in Richtung des Kraft­ stofftanks gehindert werden. Durch diese Ausgestaltung sind nur vergleichsweise geringe Schließkräfte der Dichtkörper im Rückschlagventil erforderlich, wodurch zum Einspeisen der Kraftstoffbestandteile lediglich geringe Differenzdrücke zum Öffnen des Ventils erforderlich sind. Durch die Ausgestaltung des elektromagnetisch betätigbaren Ventils und des Rückschlag­ ventils jeweils als separates Bauteil können bestehende Ventile zur Einspeisung flüchtiger Kraftstoffbestandteile sowohl in Verbrennungskraftmaschinen mit als auch ohne Lader eingesetzt werden. Eine kostenintensive Entwicklung für ein elektromagnetisch betätigbares Ventil, das in Verbindung mit aufgeladenen Verbrennungskraftmaschinen zur Anwendung gelan­ gen kann, ist dadurch entbehrlich. Das Rückschlagventil ist in fertigungs- und montagetechnischer Hinsicht besonders einfach, da es nur aus drei Einzelteilen besteht.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Rückschlag­ ventil-Gehäuse aus polymerem Werkstoff bestehen und zweitei­ lig ausgebildet sein, wobei in axialer Richtung zwischen dem ersten und dem zweiten Gehäuseteil der Dichtkörper unter axialer Vorspannung relativ unverdrehbar festgelegt ist. Die beiden Gehäuseteile können beispielsweise adhäsiv miteinander verbunden werden. Durch die geringe Masse des gesamten Rückschlagventils bedarf es in den meisten Fällen keiner separaten Abstützung im Motorraum. Auch eine freischwebende Festlegung innerhalb der Leitung, die vom Ventil in Richtung des Ansaugrohres führt, bedingt eine sichere Befestigung während der gesamten Gebrauchsdauer.

Das dem elektromagnetisch betätigbaren Ventil zugewandte erste Gehäuseteil kann rohrförmig ausgebildet sein, wobei der Strömungseinlaß mit einem einstückig ausgebildeten Anschluß­ flansch versehen ist. Das dem Ventil abgewandte zweite Gehäuseteil ist bevorzugt gabelförmig ausgebildet, wobei die beiden Strömungsauslässe während der bestimmungsgemäßen Verwendung gasdicht voneinander getrennt und jeweils mit einem einstückig angeformten Anschlußflansch versehen sind. Die beiden Gehäuseteile sind fertigungstechnisch einfach herstellbar, da sie keinerlei Hinterschneidungen aufweisen. Hinsichtlich eines teilearmen Aufbaus mit wenigen, aneinander festzulegenden Einzelteilen sind die Anschlußflansche mit den Gehäuseteilen einstückig ineinander übergehend ausgebildet. Durch die einstückige Ausgestaltung werden Undichtigkeiten in diesem Bereich vermieden.

Der Dichtkörper kann scheibenförmig ausgebildet und mit zwei nierenförmigen Klappen versehen sein, die im nicht-differenz­ druckbeaufschlagten Zustand unter elastischer Vorspannung selbsttätig mit entsprechend gestalteten Ventilsitzen des ersten Gehäuseteils in Eingriff bringbar sind. Die beiden nierenförmigen Klappen verschließen bedarfsweise den in Strömungsrichtung jeweils angrenzenden Strömungsauslaß. Bei Verwendung eines Dichtkörpers aus elastomerem Werkstoff ist von Vorteil, daß es sekundären Dichthilfsmittel zwischen dem Dichtkörper und den Ventilsitzen nicht bedarf. Zur besseren Anpassung der Öffnungs- und Schließcharakteristik können die Klappen beispielsweise eine Armierung aus einem elastisch nachgiebigen, nicht kriechenden Werkstoff aufweisen, um eine gute Formbeständigkeit während der gesamten Gebrauchsdauer zu behalten.

Der Dichtkörper kann mit zumindest einer Positionierungsein­ richtung versehen sein, die mit zumindest einem der in axialer Richtung angrenzenden Gehäuseteile in Eingriff bringbar ist. Die Positionierungseinrichtung kann beispiels­ weise durch einen in axialer Richtung vorspringenden und zentral am Dichtungskörper angeordneten Noppen gebildet sein, der im montierten Zustand des Rückschlagventils in eine entsprechend geformte Ausnehmung von einem der beiden Gehäu­ seteile eingreift. Generell besteht auch die Möglichkeit, einen noppenförmigen Vorsprung an einem der Gehäuseteile vorzusehen, der in eine Vertiefung des Dichtkörpers ein­ greift.

Durch die Positionierungseinrichtung wird die Montage des Rückschlagventils wesentlich erleichtert, da eine exakte räumliche Zuordnung des Dichtkörpers innerhalb des Rück­ schlagventil-Gehäuses sichergestellt ist. Durch eine derartige Minimierung von Montagefehlern ist eine größere Funktionssicherheit der Rückschlagventile gegeben.

Das elektromagnetisch betätigbare Ventil ist mit elektrischen Anschlüssen versehen, wobei die Anschlüsse vorteilhafterweise mit einem Diagnoseblock verbunden sind. Hierbei ist von Vorteil, daß eine zuverlässige Überwachung der Vorrichtung erfolgen kann. Der Diagnoseblock, der beispielsweise einen Bestandteil eines Kennfeldes einer Motorsteuerung bilden kann, steuert in Abhängigkeit unterschiedlicher Eingangs­ größen die Betätigung des Ventils und damit den Volumenstrom flüchtiger Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine, in Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand. Die Eingangssignale des Diagnoseblocks können beispielsweise durch die Stellung der Drosselklappe, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, Temperaturen und Drücke innerhalb und außerhalb der Verbrennungskraftmaschine und die Abgaszusammensetzung gebildet sein. Darüber hinausge­ hende Ein- und Ausgangsgrößen sind ebenfalls denkbar. Außer­ dem kann das elektromagnetisch betätigbare Ventil beispiels­ weise getaktet angesteuert werden und gibt in Abhängigkeit vom Tastverhältnis unterschiedliche Dosiermengen flüchtiger Kraftstoffbestandteile frei. Unter dem Tastverhältnis wird der Zusammenhang zwischen der Periodendauer des geöffneten Ventils und der Gesamtperiodendauer, also der Periodendauer des geöffneten und des geschlossenen Ventils, verstanden. Zur Überwachung der Anlage kann der Diagnoseblock beispielsweise mit einem Kontrollinstrument verbunden sein. Bei Überschrei­ tung eines willkürlich festgelegten Schwellwertes, der die Differenz aus Sollwert und Istwert des durchgesetzten Massen­ stroms beschreibt, können visuelle und/oder akustische Signale den Betreiber der Verbrennungskraftmaschine auf vorliegende Fehler aufmerksam machen.

Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 eine Gesamtübersicht, in der die zur Anwendung gelangenden Einzelteile in schematischer Darstellung aufgezeigt sind,

Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel des in Fig. 1 darge­ stellten Rückschlagventils und

Fig. 3 einen Dichtkörper aus dem Rückschlagventil.

Das in Fig. 1 dargestellte Ausführungsbeispiel umfaßt eine Verbrennungskraftmaschine 5, die durch einen Lader 15 auflad­ bar ist. Innerhalb des Ansaugrohres 4 ist eine vergrößert dargestellte Drosselklappe 32 angeordnet. Der Luftfilter der Verbrennungskraftmaschine 5 ist mit der Bezugsziffer 33 versehen. Das elektromagnetisch betätigbare Ventil 11 ist vom Ventilgehäuse 12 umgeben, wobei das Ventilgehäuse 12 jeweils nur eine Einlaßöffnung 13 und eine Auslaßöffnung 14 aufweist. Die Einlaßöffnung 13 ist über eine Leitung 10 mit dem Ab­ sorptionselement 9, das in der Speicherkammer 8 angeordnet ist, verbunden. Die flüchtigen Kraftstoffbestandteile 3 aus dem Freiraum 1 der Tankanlage 2 gelangen über eine Entlüf­ tungsleitung 7 in die Speicherkammer 8 und werden von dem Ab­ sorptionselement 9, das aus Aktivkohle bestehen kann, aufgenommen. In Abhängigkeit von Saug- oder Ladebetrieb der Verbrennungskraftmaschine 5 gelangen die flüchtigen Kraft­ stoffbestandteile aus dem Freiraum 1 und dem Absorptions­ element 9 durch die Leitung 10 in das Ventil 11. Im Saugbetrieb durchströmen die flüchtigen Kraftstoffbestand­ teile 3 das Ventil 11 und gelangen durch den Strömungseinlaß 18 des Rückschlagventil-Gehäuses 17 in das Rückschlagventil 16. Die flüchtigen Kraftstoffbestandteile 3 durchströmen aufgrund des im System anliegenden Unterdrucks nur den ersten Strömungsauslaß 19 und gelangen in Strömungsrichtung hinter der Drosselklappe 32 in das Ansaugrohr 4 der Verbrennungs­ kraftmaschine 5. Im Ladebetrieb, wenn innerhalb des Ansaug­ rohres 4 eine relativer Überdruck herrscht, wird der erste Strömungsauslaß 19 differenzdruckbedingt, verschlossen und die flüchtigen Kraftstoffbestandteile 3 durchströmen den zweiten Strömungsauslaß 20 in Richtung des Laders 15. Die flüchtigen Kraftstoffbestandteile 3 werden ebenso, wie das Kraftstoff-Luftgemisch mit Überdruck in die Verbrennungs­ kraftmaschine 5 gefördert.

Der Diagnoseblock 34 und das Anzeigeinstrument 35 dienen der Überwachung und Kontrolle der Vorrichtung. In Abhängigkeit von Eingangsgrößen, wie beispielsweise der Stellung der Drosselklappe 32, der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 5 und/oder der Abgaszusammensetzung wird der Durchtritt der flüchtigen Kraftstoffbestandteile 3 in die Verbrennungskraft­ maschine 5 geregelt. Die Tankanlage 2 ist durch einen Ver­ schlußdeckel 36 hermetisch verschlossen. Das elektromagne­ tisch betätigbare Ventil 11 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Hauptventilsitz und einem Hilfsventilsitz ver­ sehen, wobei der Hilfsventilsitz dem Hauptventilsitz in einer Reihenschaltung nachgeschaltet ist. Der Hilfsventilsitz ist durch einen Unterdruckversteller verschließbar, wobei der Unterdruckversteller ebenso wie der Dichtkörper 21 des Rückschlagventils 16 durch Differenzdruck betätigbar ist. Der Hilfsventilsitz ist in diesem Ausführungsbeispiel konisch ausgeführt und bedarfsweise mit einem konisch ausgebildeten Verschlußglied aus polymerem Werkstoff in Eingriff bringbar. Einzelheiten über die Funktionsweise des elektromagnetisch betätigbaren Ventils 11 können der DE 38 02 664 C1 entnommen werden und sind nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung.

In Fig. 2 ist das Rückschlagventil 16 aus Fig. 1 als Einzel­ teil in vergrößertem Maßstab längsgeschnitten dargestellt. Das Gehäuse 17 des Rückschlagventils 16 umfaßt ein erstes Gehäuseteil 22 und ein zweites Gehäuseteil 23, die im Bereich ihrer Anschlußflansche gasdicht miteinander verbunden sind. Die beiden Gehäuseteile 22, 23 bestehen aus polymerem Werk­ stoff und sind mit einstückig angeformten Anschlußflanschen 24, 25, 26 versehen. Das erste Gehäuseteil 22 weist zwei nierenförmige Ventilsitze 29, 30 auf. Die Ventilsitze 29, 30 werden durch einen stegförmigen Einsatz gebildet, der ein­ stückig mit dem ersten Gehäuseteil 22 ausgebildet ist. Der zweite Gehäuseteil 23 ist gabelförmig gestaltet und mit zwei Strömungsauslässen 19, 20 versehen, wobei der erste Strömungs­ auslaß 19 mit dem Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine verbunden ist, während der zweite Strömungsauslaß 20 einen relativ vergrößerten Querschnitt aufweist und an den Nieder­ druckbereich des Laders angeschlossen ist. Der Dichtkörper 21 besteht aus elastomerem Werkstoff und ist scheibenförmig ausgebildet. Als Schließglieder gelangen nierenförmige Klappen 27, 28 zur Anwendung, die druckabhängig mit Ventil­ sitzen 29, 30 in Eingriff bringbar sind. Da ein Kurzschluß zwischen den beiden Strömungsauslässen 19, 20 zuverlässig vermieden werden muß, ist das zweite Gehäuseteil 23 mit einem Haltefinger 37 versehen, der den Dichtkörper 21 unter axialer elastischer Vorspannung dichtend berührt. Zur Erleichterung der Montage des Rückschlagventil 16 ist der Dichtkörper 21 mit einer als Vorsprung ausgebildeten Positionierungsein­ richtung 31 versehen, die in eine Ausnehmung des ersten Gehäuseteils 22 gasdicht eingreift.

In Fig. 3 ist der Dichtkörper 21 als Einzelteil in einer Ansicht dargestellt. Die beiden nierenförmigen Klappen 27, 28 sind spiegelbildlich zueinander angeordnet und in radialer Richtung innenseitig filmscharnierartig am Dichtkörper 21 angelenkt. Der im Zentrum angeordnete Positionierungsvor­ sprung, der einen Teil der Positionierungseinrichtung 31 bildet, ist gestrichelt gezeigt.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen der im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine den Freiraum mit der Atmosphäre verbindende Entlüftungsleitung, in der eine Speicherkammer mit einem Absorptionselement angeord­ net ist, sowie zumindest eine die Speicherkammer mit dem Ansaugrohr verbindende Leitung, die durch ein elektromag­ netisch betätigbares Ventil verschließbar ist und wobei das Ventil von einem Ventilgehäuse mit zumindest einer Einlaßöffnung und zumindest einer Auslaßöffnung umschlos­ sen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungs­ kraftmaschine (5) durch einen Lader (15) betätigbar ist, daß die Auslaßöffnung (14) in Richtung des Ansaugrohrs (4) mit einem Rückschlagventil (16) verbunden ist, umfassend ein Rückschlagventil-Gehäuse (17) mit einem Strömungseinlaß (18) und zwei Strömungsauslässen (19, 20) daß ein Strömungsauslaß (20) mit dem Niederdruck­ bereich des Laders (15) und der andere Strömungsauslaß (19) mit dem Ansaugrohr (4) verbunden ist, daß beiden Strömungsauslässen (19, 20) ein gemeinsamer, durch Differenzdruck getrennt betätigbarer Dichtkörper (21) aus elastomerem Werkstoff zugeordnet ist und daß der eine Teilbereich des Dichtkörpers (21), der dem einen Strö­ mungsauslaß (20) zugeordnet ist, nur in Richtung des Laders (15) und der andere Teilbereich, der dem anderen Strömungsauslaß (19) zugeordnet ist, nur in Richtung des Ansaugrohrs (4) durchströmbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückschlagventil-Gehäuse (17) aus polymerem Werkstoff besteht und zweiteilig ausgebildet ist und daß in axialer Richtung zwischen dem ersten und den zweiten Gehäuseteil (22, 23) der Dichtkörper (21) unter axialer Vorspannung relativ unverdrehbar festgelegt ist.

3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das dem Ventil (11) zugewandte erste Gehäuseteil (22) rohrförmig ausgebildet ist und daß der Strömungs­ einlaß (18) mit einem einstückig ausgebildeten Anschluß­ flansch (24) versehen ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß das dem Ventil (11) abgewandte zweite Gehäuse­ teil (23) gabelförmig ausgebildet ist und daß die beiden Strömungsauslässe (19, 20) während der bestimmungsgemäßen Verwendung gasdicht voneinander getrennt und jeweils mit einem einstückig angeformten Anschlußflansch (25, 26) versehen sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß der Dichtkörper (21) scheibenförmig ausgebildet und mit zwei nierenförmigen Klappen (27, 28) versehen ist, die im nicht-differenzdruckbeaufschlagten Zustand unter elastischer Vorspannung selbsttätig mit entspre­ chend gestalteten Ventilsitzen (29, 30) des ersten Gehäuseteils (22) in Eingriff bringbar sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Dichtkörper (21) mit zumindest einer Positionierungseinrichtung (31) versehen ist, die mit zumindest einem der in axialer Richtung angrenzenden Gehäuseteile (22, 23) in Eingriff bringbar ist.