DE4400450C2 - Drucksteuervorrichtung für einen Kraftstofftank - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Drucksteuer­ vorrichtung für den Kraftstofftank eines Kraftfahrzeuges und insbesondere eine Drucksteuervorrichtung für den Druck der Gase im Kraftstofftank während des Motorbetriebs.

Emissionsbegrenzungsvorschriften sind in den letzten Jahren bereits in Kraft gewesen und ein Kraftfahrzeug aus herkömmlicher Produktion weist derzeit ein Steuerungssystem für dampfförmige Emissionen auf, das einen Dampfspeicher­ behälter enthält. Der Dampfspeicherbehälter speichert die im Kraftstofftank erzeugten Kraftstoffdämpfe und gibt die Kraftstoffdämpfe an das Ansaugsystem des Motors ab, so daß diese Dämpfe zusammen mit den Gemischgasen im Verbrennungs­ raum des Motors verbrannt werden. In naher Zukunft werden die Emissionsbegrenzungsvorschriften in der Form verschärft werden, daß dampfförmige Emissionen in einem breiteren Bereich von Betriebszuständen einschließlich des Normal­ betriebs eingeschränkt werden. Insbesondere enthalten die verschärften Emissionsbegrenzungsvorschriften eine Auflage, daß der Druck im Kraftstofftank während eines größeren Teils von Fahrzeugbetriebszuständen über eine Drucksteuerung unter einen spezifizierten Wert beschränkt werden soll.

Um diese Anforderungen der Auflage zu erfüllen, sind einige Gegenmaßnahmen zur Reduzierung des Drucks innerhalb des Kraftstofftanks während des Fahrzeugbetriebs erfor­ derlich. Es wurden bisher mehrere Techniken zur Druck­ steuerung innerhalb des Kraftstofftanks vorgeschlagen.

Beispielsweise offenbart die JP-A-1991-222855 eine Technik zur Drucksteuerung innerhalb des Kraftstofftanks insbesondere nach einem Motorstop. Bei dieser herkömmlichen Technik verläuft eine Entlüftungsleitung zur Ableiten von Kraftstoffdämpfen vom Kraftstofftank zu dem Behälter und parallel zur Entlüftungsleitung ist eine Neben­ schlußleitung im Verlauf der Entlüftungsleitung angeordnet. In der Entlüftungsleitung ist ein Rückschlagventil angeordnet und andererseits ist in der Nebenschlußleitung ein Magnet­ ventil vorgesehen. Das Magnetventil ist so ausgelegt, daß es von einem Zeitgeber geöffnet oder geschlossen wird. Während eines Motorstillstands wird das Magnetventil für eine vorgegebene Zeit geöffnet, um den Druck in dem Raum über dem Kraftstoffpegel abzubauen.

Bei dieser herkömmlichen Technik wird jedoch der Druck während des Motorbetriebs durch das Rückschlagventil begrenzt, so daß der Druck bei Motorbetrieb in dem Kraft­ stofftank nicht unter den von dem Rückschlagventil bestimmten Druck reduziert wird.

Die DE 40 12 368 A1 betrifft eine Entlüftungseinrichtung für den Kraftstoffbehälter eines Kraftfahrzeuges, wobei zum Entlüften durch zwei Öffnungen ein Schwimmerventil und ein Magnetventil vorgesehen sind. Diese beiden Ventile werden entweder durch den Kraftstoffpegel innerhalb des Behälters (Schwimmerventil) oder durch eine elektromagnetische Kraft (Magnetventil) betätigt bzw. geöffnet oder geschlossen.

Die DE 41 21 324 A1 betrifft einen Kraftstoffbehälter für ein Kraftfahrzeug, bei dem eine Befüllung des Ausdehnungsvolumens während des Tankvorganges verhindert, nach Abschluß des Tankvorganges jedoch ermöglicht werden soll, indem ein Schwimmerventil vorgesehen ist, das mit einem Auslaufschutzventil in einem Gehäuse kombiniert untergebracht ist.

Hinsichtlich des Vorstehenden ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Drucksteuervorrichtung für Kraft­ stofftanks bereitzustellen, die bei allen Betriebszuständen, einschließlich bei einem fahrenden Fahrzeug, in der Lage ist, permanent Kraftstoffdämpfe abzugeben und den Druck innerhalb des Kraftstofftanks zu verringern.

Die vorstehende Aufgabe wird mit einer Drucksteuervorrichtung mit den Merkmalen der Patentansprüche gelöst.

Als nächstes wird anhand des Aufbaus der vorstehend erwähnten Einrichtung kurz erläutert, wie die erfindungs­ gemäße Drucksteuervorrichtung für den Kraftstofftank arbeitet:

Während der Motor in Betrieb ist, wird der Kraftstoff im Kraftstofftank durch den in der Kraftstoffpumpe erzeugten Druck an den Motor geliefert und im Motor verbraucht. Ein Teil des Kraftstoffs fließt jedoch über den Druckregler in den Kraftstofftank zurück. Die in der Kraftstoffrück­ laufleitung angeordnete Öffnungs/Schließ-Einrichtung öffnet durch den Druck des rücklaufenden Kraftstoffs das Druckreduzierventil und schließt gleichzeitig das Kraft­ stoffsperrventil. Auf diese Weise werden die Kraftstoffdämpfe vom Kraftstoff getrennt und fließen dann aus dem Kraft­ stofftank über das Druckreduzierventil in den Behälter, wodurch der Druck innerhalb des Kraftstofftanks auf einen im wesentlichen niedrigen Wert reduziert wird.

Andererseits arbeitet die Kraftstoffpumpe während eines Motorstillstands nicht, so daß es keinen Kraftstoffrücklauf zum Bewegen der Öffnungs/Schließ-Einrichtung gibt. Folglich schließt die Öffnungs/Schließ-Einrichtung im Gegenzug das Druckreduzierventil und öffnet das Kraftstoffsperrventil, wodurch die Kraftstoffdämpfe langsam über eine kleine im Ventilkörper des Druckreduzierventils angeordnete Lecköffnung entweichen.

Von den beigefügten Zeichnungen stellen dar:

Fig. 1 eine schematische Ansicht, welche die erfindungs­ gemäße Drucksteuervorrichtung zeigt;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht des Druckre­ duzierventils, um dessen erfindungsgemäße Lecköffnung zu zeigen; und

Fig. 3 eine schematische Ansicht, welche die Arbeitsweise der erfindungsgemäßen Öffnungs/Schließ-Einrichtung während eines Motorbetriebs zeigt.

Fig. 1 ist eine Übersichtsdarstellung eines Kraftstoff­ systems für einen Motor mit Kraftstoffeinspritzung, bei der das Bezugszeichen 1 ein Kraftstoffsystem gemäß der vor­ liegenden Erfindung bezeichnet. In Fig. 1 ist ein Kraftstoff­ tank 2 zur Speicherung von Kraftstoff A in einem (nicht dargestellten) Motorfahrzeug montiert und ein Füllstutzen 2a ist mit dem Kraftstofftank 2 zu dessen Auffüllung mit Kraftstoff A verbunden. Eine Kraftstoffpumpe 3 mit hohem Fördervolumen ist am Boden des Kraftstofftanks 2 eingebaut. In einer Vertiefung unterhalb der oberen Wandung des Kraftstofftanks 2 ist eine Drucksteuervorrichtung 20 angeordnet. Die Kraftstoffpumpe 3 wird nach dem Start des Motors von einem (nicht dargestellten) elektrischen Motor angetrieben und pumpt den im Kraftstofftank 2 gespeicherten Kraftstoff A ab. Eine Zuführungsleitung 4 verläuft vom Kraftstofftank 2 zu einem Motor 5. Der Kraftstoff A wird durch die Zuführungsleitung 4 an einen Druckregler 7 geliefert, wo der Kraftstoffdruck so geregelt wird, daß der Druckunterschied zwischen dem Kraftstoffsystem und dem Ansaugsystem konstant ist. Ein aus dem Regler 7 überlaufender Rücklaufkraftstoff B weist noch einen ausreichenden Druck­ pegel auf, der für die Drucksteuerung in dem Kraftstofftank 2 verwendet werden kann. Eine Kraftstoffrücklaufleitung 8 ist mit einer Drucksteuervorrichtung 20 verbunden. Andererseits ist in der oberen Wandung des Kraftstofftanks 2 ein Dom 2b ausgebildet und die Drucksteuervorrichtung 20 ist an der Unterseite der oberen Wandung des Doms 2b befestigt. Eine Entlüftungsleitung 9 verläuft vom Oberteil der Drucksteuer­ vorrichtung 20 zu einem Eingangsanschluß eines Behälters 10, um auf diese Weise die im Kraftstofftank 2 enthaltenen Kraftstoffdämpfe C in den Behälter 10 zu leiten. Desweiteren verbindet eine Entleerungsleitung 12 einen Abgabeanschluß des Behälters 10 über ein Magnetventil 11 mit dem Ansaugsystem des Motors 5.

In die Drucksteuervorrichtung 20 sind ein Druckreduzier­ ventil 21, ein Kraftstoffsperrventil 22, eine Öffnungs/­ Schließ-Einrichtung 23 und eine Stange 23c integriert, welche das Druckreduzierventil 21, das Kraftstoffsperrventil 22 und die Öffnungs/Schließ-Einrichtung 23 in dieser Reihenfolge koaxial miteinander verbindet. Die Entlüftungsleitung 9 ist mit dem Druckreduzierventil 21 verbunden.

Das Druckreduzierventil 21 weist ein Ventilgehäuse 21a auf, in dem ein kugelförmiger Ventilkörper so eingesetzt ist, daß er einen im unteren Bereich des Ventilgehäuses 21a in konischer Form ausgebildeten Ventileinlaß 21b öffnet oder verschließt. Ferner weist der Ventilkörper 21c eine Entlüftungsöffnung 24 mit einem kleinem Durchmesser nahe am Mittelpunkt des Ventilkörpers 21c auf. Die Entlüftungsöffnung 24 dient als Entlüftungsverbindung zwischen dem Kraftstoff­ tank 2 und der Entlüftungsleitung 9, wenn der Ventilkörper 21c den Ventileinlaß 21b verschließt.

Des Kraftstoffsperrventil 22 ist direkt unterhalb des Ventileinlasses 21b des Druckreduzierventils 21 angeordnet, wobei sein Ventilgehäuse 22a mit dem Ventileinlaß 21b des Druckreduzierventils 21 in Verbindung steht und ein Ventileinlaß 22b mit einem großen Durchmesser am Boden des Ventilgehäuses 22a ausgebildet ist, so daß es von einem Ventilkörper 22c mit großem Durchmesser geöffnet und verschlossen wird. Ferner ist, wie in Fig. 3 dargestellt, eine Entlüftungsöffnung 22d mit dem Ventilgehäuse 22a ausgebildet, so daß der Kraftstofftank 2 mit der Ent­ lüftungsleitung 9 auch dann in Verbindung steht, wenn sich das Kraftstoffsperrventil 22 in einer geschlossenen Stellung befindet.

Die Öffnungs/Schließ-Einrichtung 23 weist eine Schwimmer­ kammer 23a auf, in der ein Schwimmkörper 23b so angeordnet ist, daß er durch den Druck des Rücklaufkraftstoffs B aus dem Druckregler 7 aufschwimmt. Der Schwimmkörper 23b ist mit beiden Ventilkörpern 21c und 22c des Druckreduzierventils 21 bzw. des Kraftstoffsperrventils 22 über eine Stange 23c verbunden. Aufgrund dieses Aufbaus wird bei einem Auf­ schwimmen des Schwimmkörpers 23b durch die Stange 23c das Druckreduzierventil 21 geöffnet und das Kraftstoffsperrventil 22 geschlossen. Andererseits wird bei einem Absinken des Schwimmers 23b das Druckreduzierventil 21 geschlossen und das Kraftstoffsperrventil 22 geöffnet.

Als nächstes wird erläutert, wie diese bevorzugte Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung arbeitet.

Wenn der Motor in Betrieb ist, wird die Kraftstoffpumpe angetrieben, um eine große Menge an Kraftstoff A aus dem Kraftstofftank 2 zu entnehmen. Der Kraftstoff A wird über die Zuführungsleitung 4 dem Druckregler 7 zugeführt, und nach seiner Druckanpassung durch den Druckregler 7 an den Motor 5 geliefert. Der Überschuß des druckgeregelten Kraftstoffs, nämlich der Rücklaufkraftstoff B, wird von dem Druckregler 7 mit einem bestimmten Druck zum Kraftstofftank 2 hin abgegeben und dann über die Kraftstoffrücklaufleitung 8 in die Schwim­ merkammer 23a der Öffnungs/Schließ-Einrichtung 23 im Kraft­ stofftank 2 eingeleitet. Dann wird der Schwimmer 23b, wie in Fig. 3 dargestellt, durch den Druck des Rücklaufkraftstoffs B in der Schwimmerkammer 23a angehoben, wodurch der Ventil­ körper 21c des Druckreduzierventil 21 nach oben geht, um den Ventileinlaß 21b für das Entweichen der Kraftstoffdämpfe C aus dem Kraftstofftank 2 zu öffnen, und gleichzeitig der Ventilkörper 22c des Kraftstoffsperrventils 22 nach oben geht, um den Ventileinlaß 22b zu schließen, um ein Austreten des Kraftstoffs A aus dem Kraftstofftank 2 bei laufendem Motor zu verhindern.

Demzufolge werden bei laufendem Motor die Kraft­ stoffdämpfe C im Kraftstofftank 2 abgeführt und der Druck im Kraftstofftank 2 immer niedrig (normalerweise auf Atmos­ phärendruckpegel) gehalten. Die Kraftstoffdämpfe C strömen über die Entlüftungsleitung 9 in den Behälter 10 und werden darin gespeichert, Danach werden sie daraus durch das Ansaugvakuum des Motors über die Entleerungsleitung 12 in den Motor 5 abgesaugt, wenn das Magnetventil 11 unter spezi­ fischen Betriebsbedingungen des Motors geöffnet ist.

Wenn sich andererseits der Motor im Stillstand befindet, hört der Rücklaufkraftstoff B auf, den Schwimmkörper 23b anzuheben, da die Kraftstoffpumpe 3 abgestellt ist. Demzufolge wird das Druckreduzierventil 21 geschlossen und das Kraftstoffsperrventil 21 geöffnet, wie es in Fig. 1 dargestellt ist. Die während des Motorstillstands erzeugten Kraftstoffdämpfe strömen über die Entlüftungsöffnung 24 in dem Ventilkörper 21 langsam aus dem Kraftstofftank 2.

Es sollte selbstverständlich sein, daß die bevorzugte erfindungsgemäße Ausführungsform keine Einschränkung auf die vorstehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform darstellen soll.

Beispielsweise kann das Kraftstoffsperrventil 22 durch einen Kraftstoffabscheider, der kein derartiges Öffnungs- oder Schließventil wie in der bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsform aufweist, ersetzt werden. In diesem Falle kann der Kraftstoffabscheider ein beliebiger üblicherweise im Gebrauch befindlicher Kraftstoffabscheider sein, wobei es aber erforderlich ist, daß der Kraftstoffabscheider mit dem Druckreduzierventil 21 verbunden ist. Das typische Merkmal dieses Aufbaus besteht darin, daß der Ventilkörper 22c und der Ventileinlaß 22b entfernt sind und der Boden des Ventilgehäuses 22a mittels einer Wandung mit einer Durchgangsbohrung für die Stange 23c geschlossen ist.

Ebenso kann die Öffnungs/Schließ-Einrichtung 23, die den Druck des Rücklaufkraftstoffs nutzt, durch eine magnetische Betätigungseinrichtung ersetzt werden, die die Stange 23c bei Einschalten der Kraftstoffpumpe 3 betätigt.

Ferner kann die vorliegende Erfindung, obwohl sie die Drucksteuervorrichtung für den Kraftstofftank eines Automobils betrifft, auch für das Kraftstoffsystem von anderen Fahrzeugen als Automobilen verwendet werden.

Da nun die derzeit bevorzugte Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, sollte es selbstverständlich sein, daß diese Darstellung nur dem Zweck der Darstellung dient und daß verschiedene Veränderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen.

Claims (12)

1. Drucksteuervorrichtung für einen Kraftstofftank, mit einem Kraftstofftank (2) zum Speichern von Kraftstoff (A), einer Kraftstoffpumpe (3) einer Kraftstoffdampfspeichereinrich­ tung (10) zum Speichern von Kraftstoffdämpfen, einer Ent­ lüftungsleitung (9) zum Weiterleiten der Kraftstoffdämpfe, einem Druckregler (7) zum Steuern bzw. Regeln eines Kraft­ stoffdrucks, einer Kraftstoffrücklaufleitung (8) zum Zu­ rückleiten eines Rücklaufkraftstoffs (B) aus dem Druckreg­ ler (7) zu dem Kraftstofftank (2), einem ersten Ventil (21) und einem zweiten Ventil (22), dadurch gekennzeichnet, daß
das erste Ventil (21) bei Kraftstoffrücklauf geöffnet und bei fehlendem Kraftstoffrücklauf geschlossen wird, um den Kraftstoffdämpfen ein Entweichen aus dem Kraftstofftank (2) zu ermöglichen und um den Druck innerhalb des Kraftstofftanks (2) zu steuern;
das zweite Ventil (22) bei Kraftstoffrücklauf geschlossen und bei fehlendem Kraftstoffrücklauf geöffnet wird, um die Kraftstoffdämpfe von dem Kraftstoff zu trennen; und daß
eine Öffnungs/Schließ-Einrichtung (23) vorgesehen ist, die bei Kraftstoffrücklauf das erste Ventil (21) öffnet und das zweite Ventil (22) schließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das erste Ventil (21) zusammen mit dem zweiten Ventil (22) und mit der Öffnungs/Schließ-Einrichtung (23) einteilig bzw. einstückig ausgebildet und auf oder unter der oberen Wandung einer bzw. eines auf dem Kraftstofftank (2) angeordneten Vertiefung bzw. Doms (2b) angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Öffnungs/Schließ-Einrichtung (23) auf der Kraftstoffrück­ laufleitung (8) innerhalb des Kraftstofftanks (2) angeord­ net ist und eine Schwimmerkammer (23a), einen darin befind­ lichen Schwimmkörper (23b) und eine auf dem Schwimmkörper (23b) befestigte Stange (23c) aufweist, um das erste Ventil (21) zu öffnen und das zweite Ventil (22) mittels der Stange (23c) zu schließen, wenn der Schwimmkörper (23b) durch den Druck des Rücklaufkraftstoffs (B) angehoben wird.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei sich die Stange (23c) bis zu einem Ventilkörper (21c) des ersten Ventils (21) und einem Ventilkörper (22c) des zweiten Ventils (22) erstreckt und beide miteinander verbindet.

5. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das erste Ventil (21) einen Ventilkörper (21c) mit mindestens einer Öffnung (24) aufweist, um dadurch die Kraftstoffdämpfe entweichen zu lassen.

6. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zweite Ventil (22) ein Ventilgehäuse (22a) mit mindestens einer Öffnung aufweist, um dadurch die Kraftstoffdämpfe entweichen zu lassen.

7. Drucksteuervorrichtung für einen Kraftstofftank mit einem Kraftstofftank (2) zum Speichern von Kraftstoff (A), einer Kraftstoffpumpe (3), einer Dampfabscheideeinrichtung zum Abscheiden von Kraftstoffdämpfen vom Kraftstoff, einer Kraftstoffdampfspeichereinrichtung (10) zum Speichern von Kraftstoffdampf, einer Entlüftungsleitung (9) zum Weiterleiten der Kraftstoffdämpfe, einem Druckregler (7) zum Steuern bzw. Regeln eines Kraftstoffdrucks und einer Krafstoffrücklaufleitung (8) zum Zurückleiten eines Rücklaufkraftstoffs aus dem Druckregler (7) zu dem Kraftstofftank (2), wobei die Vorrichtung aufweist:
ein erstes Ventil (21), das als Antwort auf ein Vorliegen des Rücklaufkraftstoffs geöffnet und als Antwort auf ein Nicht-Vorliegen des Rücklaufkraftstoffs geschlossen wird, um den Kraftstoffdämpfen ein Entweichen aus dem Kraftstofftank (2) zu ermöglichen und um den Druck innerhalb des Kraftstofftanks (2) zu steuern; und
eine Öffnungs/Schließ-Einrichtung (23) die als Antwort auf ein Vorliegen des Rücklaufkraftstoffs reagiert, um das erste Ventil (21) so zu betätigen, daß das erste Ventil (21) geöffnet wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei das erste Ventil (21) mit dem Dampfabscheider einteilig bzw. einstückig ausgebildet ist und auf oder unter der oberen Wandung einer bzw. eines auf dem Kraftstofftank (2) angeordneten Vertiefung bzw. Doms (2b) angeordnet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Öffnungs/Schließ-Einrichtung (23) auf der Krafstoffrücklaufleitung innerhalb des Kraftstofftanks (2) angeordnet ist und eine Schwimmerkammer, einen darin befindlichen Schwimmkörper und eine auf dem Schwimmkörper befestigte Stange aufweist, um das erste Ventil (21) mittels der Stange zu öffnen, wenn der Schwimmkörper durch den Druck des Rücklaufkraftstoffs angehoben wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei sich die Stange bis zu einem Ventilkörper des ersten Ventils (21) erstreckt und mit diesem verbunden ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das erste Ventil (21) einen Ventilkörper mit mindestens einer Öffnung aufweist, um dadurch die Kraftstoffdämpfe entweichen zu lassen.

12. Vorrichtung nach Anspruch 1 und/oder Anspruch 7, wobei die Öffnungs/Schließ-Einrichtung (23) eine magnetisch wirkende Betätigungseinrichtung ist, die auf ein Einschalten der Kraftstoffpumpe (3) reagiert.