DE69202589T2

DE69202589T2 - Zweistufiges Entlüftungsventil für grossen Durchfluss.

Info

Publication number: DE69202589T2
Application number: DE69202589T
Authority: DE
Inventors: Charles A Detweiler; Peter J Henning; Richard A Schultz
Original assignee: Lectron Products Inc
Current assignee: Lectron Products Inc
Priority date: 1991-02-19
Filing date: 1992-02-07
Publication date: 1995-09-28
Anticipated expiration: 2012-02-08
Also published as: DE69202589D1; US5083546A; EP0499900A1; CA2055571A1; EP0499900B1; CA2055571C

Description

Die gegenwärtige Erfindung bezieht sich auf Kontrollsysteme für die Dampffreisetzung bei Fahrzeugen, und insbesondere auf ein Entleerventil, das zur Steuerung durch das Motormanagement- Steuersystem geeignet ist, um die Zufuhr von Kraftstoffdämpfen aus dem Dampfrückgewinnungssystem des Kraftstofftanks zu steuern.
Um die heutigen Emissionsvorschriften zu erfüllen, weisen heutige Fahrzeuge Kontrollsysteine für die Freisetzung von Dämpfen auf, die die Menge von Kraftstoffdämpfen reduzieren, die aus dem Kraftstofftank des Fahrzeugs freigesetzt werden. Im allgemeinen umfassen diese Systeme einen Kohlebehälter, der die Dämpfe aus dem Kraftstofftank einfängt, und ein Entleerungssystem, das die Dämpfe aus dem Behälter zieht und sie dem Einlaßsystem des Motors zuführt, wenn der Motor läuft. Die Kraftstoffdämpfe werden zusammen mit aus dem Behälter angesaugter atmosphärischer Luft in den Motoreinlaßkrümmer angesaugt.
Die Fähigkeit des Behälters, Dämpfe aus dem Kraftstofftank aufzufangen, hängt im starken Maße davon ab, wie konsequent die Dämpfe aus dem Behälter entleert wurden, als das Fahrzeug zuletzt betrieben wurde. Demnach ist es erwünscht, den Behälter soweit wie möglich zu entleeren, während der Motor läuft. Jedoch ist die Menge von Dampf, die in den Motor zu irgend einer Zeit angesaugt werden kann, durch den gesamten Luftfluß in den Motor begrenzt und durch die Genauigkeit, mit der der Entleerungsfluß gesteuert werden kann. Bei hohen Geschwindigkeiten oder unter hohen Motorlastzuständen können hohe Entleerungsflußraten leicht gehandhabt werden. Jedoch ist unter solchen Bedingungen der Unterdruck am Ansaugkrümmer niedrig, was die Menge von Kraftstoffdämpfen und von Luft, die aus dem Behälter in den Ansaugkrüinmer angesaugt werden kann, tendenziell begrenzt. Des weiteren ist der Luftfluß in den Motor gering, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet. Deshalb muß eine Entleerung im Leerlauf präzise gesteuert werden, um einen unrunden Leerlauf zu vermeiden. Darüber hinaus kann infolge des sich verändernden Verhältnisses von Luft zu Kraftstoffdämpfen in dem Entleerungssystem eine Entleerung während des Leerlaufes das sich ergebende Luft/Kraftstoff-Verhältnis der dem Motor zugeführten Kraftstoffmischung deutlich beeinflussen. Folglich kann eine Entleerung bei Leerlauf zu einem zu fetten oder zu mageren Kraftstoffgemisch führen, was zu übermäßigen Auspuffemissionen führt, sofern eine Entleerung bei Leerlauf nicht auf niedrige Flußraten begrenzt wird. Deshalb entleeren gegenwärtige Emissionssysteme den Behälter im Leerlauf nicht auf merkliche Weise.
Jedoch wird die Einführung von engeren Emissionsstandards und von Veränderungen bei den Testverfahren größere Behälter erfordern und deshalb größere Entleerungssysteme. Des weiteren wird die Aussicht auf Systeme am Fahrzeug zur Wiedergewinnung von Fülldämpfen diese Systemnotwendigkeiten nur verstärken. Demnach wird es unvermeidlich, daß solche Systeme nicht nur beim Leerlauf entleeren, sondern auch, daß die maximalen Flußraten vergrößert werden. Dies bedeutet natürlich Zielkonflikte für Entleerungssysteme. Insbesondere muß zur Entleerung bei Leerlauf die Entleerungsflußrate ziemlich niedrig sein und genau von dem Motorsteuercomputer gesteuert werden, der den sich ergebenden Sauerstoffgehalt der Abgase des Motors erfaßt. Wenn ein Behälter mit Kraftstoff gesättigt ist und Dampf zu Anfang entleert wird, ist der Kraftstoffdampfanteil im Entleerungsfluß sehr hoch. Nachdem der größte Anteil der Kraftstoffdämpfe aus der Kohle abgesaugt ist, ist der Entleerungsfluß praktisch reine Luft. Deshalb muß das Entleerungssteuerventil es dem Motorsteuercomputer erlauben, kleine Flußraten präzise bei Leerlauf zu steuern, während das Kraftstoff/Luft-Verhältnis korrigiert wird, um die Auspuff-Emissionen nicht nachteilig zu beeinflussen. Diese Art von präziser Flußsteuerung wird am besten mittels eines kleinen Ventils erreicht.
Andererseits ist es erwünscht, bei hohen Flußraten zu entleeren, wenn der Motor mit hoher Geschwindigkeit oder schweren Lastzuständen arbeitet, wenn er signifikante Mengen von Kraftstoffdämpfen und Luft wirkungsvoll verarbeiten kann, mit einer minimalen Auswirkung auf die Kraftstoff/Luft-Verhältnisse. Um hohe Flußraten zu erreichen, müssen die Entleerungsventile einen relativ großen Flußdurchlaß ermöglichen. Dieses Erfordernis befindet sich natürlich im direkten Konflikt mit dem Erfordernis einer präzisen Kontrolle bei niederigen Flußraten. Insbesondere wird davon ausgegangen, daß es nicht praktikabel ist, ein ausreichend großes Ventil zur Verfügung zu stellen, um die Erfordernisse bei hohen Flußraten zu erfüllen, das zur gleichen Zeit in der Lage ist, die Öffnung des Ventils präzise zu modulieren, um die Erfordernisse bei niedrigem Fluß zu erfüllen.
Aus der WO-A-91 17 353, die nach dem Prioritätstag der gegenwärtigen Anmeldung veröffentlicht wurde, die jedoch in Bezug auf die in dem Prioritätsdokument US-517,285 offenbarten Teile eine frühere Priorität als die gegenwärtige Anmeldung genießt (Art. 54 (3) und (4), 88 (3) und 89 EPÜ) ist ein zweistufiges Ventil für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor bekannt, umfassend:
- Einen Ventilkörper, der einen Einlaßanschluß zur Verbindung mit einer Fluidquelle und einen Auslaßanschluß zur Verbindung mit einer Vakuumquelle definiert;
- eine Hochflußöffnung, die einen ersten Flußweg durch den Ventilkörper von dem Einlaßanschluß zu dem Auslaßanschluß definiert;
- eine Niederflußöffnung, die einen zweiten Flußweg durch den Ventilkörper von dem Einlaßanschluß zu dem Auslaßanschluß parallel zu dem ersten Flußweg definiert;
- ein erstes Ventilmittel zur Steuerung des Fluidflusses durch die Hochflußöffnung und
- ein zweites Ventilmittel, das ein Magnetventil zur Steuerung des Fluidflusses durch die Niederflußöffnung als Reaktion auf ein dem Magnetventil zugeführtes elektrisches Signal umfaßt.
Ferner offenbart das Dokument DE-C-40 03 036 ein zweistufiges Ventil gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
Die Hauptaufgabe der gegenwärtigen Erfindung besteht darin, ein zweistufiges Entleerungssteuerventil zu schaffen, das sowohl eine präzise Steuerung bei niedrigen Flußraten als auch eine hohe Flußkapazität bei niedrigen Unterdrücken am Ansaugkrümmer ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein zweistufiges Ventil gemäß Anspruch 1 ermöglicht.
Das erfindungsgemäße Ventil umfaßt eine einzige Einheit mit zwei Ventilen, die unabhängige parallele Flußwege regeln. Eine Steuerung bei niedrigem Fluß wird durch ein kleines Magnetventil erreicht, das mittels eines pulsbreitenmodulierten Signals (PWN) aus dem Motorsteuercomputer gesteuert wird. Eine hohe Fluß kapazität wird durch ein unterdruckgesteuertes Ventil erreicht, das bei niedrigen Unterdrücken am Krümmer öffnet. Da der Entleerungsfluß einen relativ kleinen Prozentsatz des gesamten Luftflusses in den Motor unter den Bedingungen ausmacht, bei denen hohe Flußraten auftreten, ist eine präzise Steuerung der Hochflußmöglichkeit des Ventils durch den Motorsteuercomputer nicht notwendig.
Demnach ermöglicht das erfindungsgemäße Entleerungsventil, den vollen Bereich von 10 bis 90 Prozent des Arbeitszyklus zu verwenden, um niedrige Flußraten zu steuern und öffnet das Hochflußventil nur dann, wenn der Entleerungsfluß einen kleinen Teil des gesamten Luftflusses in den Motoreinlaß darstellt. Des weiteren erlaubt das Hochflußventil eine kontinuierliche Öffnung, während der Unterdruck am Motorkrümmer abnimmt, wodurch der Entleerungsfluß im Verhältnis zu dem gesamten Motoreinlaßfluß abgestimmt wird. Ferner kann der Motorsteuercomputer dennoch die Hochflußrate zum Teil beeinflussen, indem der parallele Fluß durch das PWM-Magnetventil gesteuert wird.
In der bevorzugten Ausführung der gegenwärtigen Erfindung können die Reaktionsfähigkeit und die Flußkapazität sowohl des Niederflußsteuerventils als auch des Hochflußsteuerventils kalibriert werden, um die Erfordernisse einer speziellen Motorenfamilie oder eines speziellen Entleerungssytems zu erfüllen.
Weitere Ziele und Vorteile der gegenwärtigen Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung, in der:
Fig. 1 eine Schnittansicht eines zweistufigen Entleerungsventils gemäß der gegenwärtigen Erfindung ist, wobei sich die Ventile in der geschlossenen Position befinden, was einem abgeschalteten Motor entspricht;
Fig. 2 eine Schnittansicht des zweistufigen Entleerungsventils gemäß Fig. 1 ist, bei der sich die Ventile in der geschlossenen Position bei hohem Unterdruck am Motorkrümmer befinden;
Fig. 3 eine Schnittansicht des zweistufigen in Fig. 1 dargestellten Entleerungsventils ist, wobei sich die Ventile in der Stellung mit maximalem Fluß befinden, was einem niedrigen Unterdruck am Motorkrümmer entspricht;
Fig. 4 eine Graphik der Charakteristiken des Flusses in Abhängigkeit vom Unterdruck des in Fig. 1 dargestellten Entleerungsventils ist;
Fig. 5 eine Graphik der Charakteristiken des Flusses in Abhängigkeit von dem prozentualen Arbeitszyklus des zweistufigen in Fig. 1 dargestellten Entleerungsventils ist; und
Fig. 6 eine Schnittansicht einer alternativen Ausführung des zweistufigen Entleer-Ventils gemäß der gegenwärtigen Erfindung ist.
Es sei nun auf Fig. 1 Bezug genommen, in der eine Schnittansicht eines zweistufigen Hochluß-Entleer-Ventils 10 gemäß der gegenwärtigen Erfindung dargestellt ist. Das Entleer-Ventil 10 ist zur Verbindung zwischen dem Einlaßsystem des Motors des Fahrzeugs und dem Kohlebehälter, der Kraftstoffdämpfe aus dem Kraftstofftank des Fahrzeugs auffängt, vorgesehen. Das Entleer-Ventil 10 spricht auf Unterdrücke am Motorkribnmer an und ist gleichfalls zur Steuerung durch den Motorsteuercomputer geeignet, um die Rate zu steuern, mit der Kraftstoffdämpfe aus dem Kohlebehälter in den Motoreinlaßkrümmer angesaugt werden.
Das Entleer-Ventil 10 umfaßt einen Ventilkörper 12 mit einem Einlaßanschluß 14, der zur Verbindung mit dem Kohlebehälter vorgesehen ist, und mit einem Auslaßanschluß 16, der zur Verbindung mit dem Motoransaugkrümmer vorgesehen ist. Somit liegt ein negativer Druck oder ein Unterdruck an dem Auslaßanschluß 16 an, wenn der Fahrzeugmotor arbeitet, wodurch Kraftstoffdämpfe aus dem Kohlebehälter angesaugt werden, soweit es das Entleer-Ventil 10 erlaubt.
Das Entleer-Ventil 10 steuert den Fluß von Dämpfen aus dem Behälter zum Motoreinlaß über zwei Ventilstrukturen, die separate parallele Flußwege durch den Ventilkörper 12 steuern. Insbesondere umfaßt das gegenwärtige zweistufige Entleer-Ventil 10 ein kleines Magnetventil 18, um eine präzise Niederflußsteuerung zu ermöglichen, und ein vakuum-gesteuertes Ventil 20 um eine Hochflußkapazität zur Verfügung zu stellen. Das Magnetventil 18 steuert den Entleerungsfluß von dem Einlaßanschluß 14 zu dem Auslaßanschluß 16 über eine erste Niederflußöffnung 26 in dem Ventilkörper 12. Das vakuum-gesteuerte Ventil 20 steuert den Entleerungsfluß von dem Einlaßanschluß 14 zu dem Auslaßanschluß 16 durch eine zweite Hochflußöffnung 24 in dein Ventilkörper 12.
Das Magnetventil 18 umfaßt eine Magnetspule 28, die um einen Spulenkörper 30 mit einer zentralen Bohrung gewickelt ist, der ein Polstück 32 und einen beweglichen Anker 34 umfaßt. Die Enden der Spulenwicklungen 28 des Magneten 18 enden an einem elektrischen Verbinder 22, der zur elektrischen Verbindung mit dem Motorsteuercomputer des Fahrzeugs geeignet ist. Der Rückflußweg für den Magneten wird durch ein C-Rahmenelement ermöglicht, das an einem Ende 37 an dem Polstück befestigt ist und eine Öffnung 35 an seinem anderen Ende aufweist, durch die sich der Anker 34 erstreckt, um somit eine axiale Bewegung des Ankers 34 zu ermöglichen. An dem freiliegenden Ende des Ankers 34 ist ein elastisches Element 38 befestigt, um den Ventilsitz 25 abzudichten, der den Fluß durch die Niederflußöffnung 26 in dem Ventilkörper 12 steuert. Eine kleine Druckfeder 40 ist innerhalb einer Bohrung 41 vorgesehen, die in dem gegenüberliegenden Ende des Ankers 34 zwischen dem Polstück 32 und dem Anker 34 vorgesehen ist, um den Anker 34 in die in Fig. 1 dargestellte normalerweise geschlossene Position vorzuspannen. An dem Ende des Polstückes 32 gegenüber dem Anker 34 ist ein Polster 42 vorgesehen, um das Auftreffen des Ankers 34 zu absorbieren und um das Geräusch des Magneten zu dämpfen, wenn der Anker zu dem Polstück 32 hingezogen wird, wenn der Magnet 18 aktiviert wird.
Das Magnetventil 18 kann mit Hilfe eines pulsbreitenmodulierten Signals (PWM), das von dem Motorsteuercomputer erhalten wird, betrieben werden. Insbesondere wird der Arbeitszyklus des von dein Motorsteuercomputer erhaltenen PWM-Signals die Größe des Entleerungsflusses durch die Öffnung 26 in dem Ventilkörper 12 bestimmen. Infolge des relativ kurzen Hubes des Ankers 34 des Magnetventils 18 ist die mögliche Größe des Entleerungsflusses durch die Öffnung 26 in dem Ventilkörper 12 relativ begrenzt. Andererseits ermöglicht es die schnelle Ansprechcharakteristik des Magnetventils, daß der Motorsteuercomputer den Entleerungsfluß durch die Öffnung 26 präzise steuert.
Das auf Unterdruck ansprechende Hochflußventil 20 umfaßt ein Tellerventil 48, das einen sich verjüngenden Zapfenabschnitt 49 umfaßt, der sich in die Öffnung 24 des Ventilkörpers hinein erstreckt. Der Zapfen 49 stellt somit sicher, daß das Tellerventil 48 mit der Öffnung 24 sauber ausgerichtet bleibt. Die Position des Tellerventils 48 wird von einer Membran 50 über ein Membranführungselement 52 gesteuert, das an der Membran 50 befestigt ist und mit dem Tellerventil 48 verschraubt ist. Die Membran 50 ist an ihrem Umfang mit dem Ventilkörper 12 über eine Abdeckung 60 verbunden, die an dem Ventilkörper befestigt ist. Zwischen dem Ventilkörper 12 und dem Membranfüurungselement 52 ist eine Druckfeder 54 angeordnet, um das Tellerventil 48 in seine normalerweise offene Stellung vorzuspannen. Auf dem Tellerventil ist ein O-Ring 56 vorgesehen, der geeignet ist, mit dem sich verjüngenden Sitz 58 der Öffnung 24 in dem Ventilkörper abzudichten.
Im Betrieb herrscht ein hoher Unterdruck am Auslaßanschluß 16, wenn sich der Motor im Leerlauf befindet, wodurch die Membran 50 nach unten gezogen wird, wodurch der O-Ring 56 mit dem Sitz 58 abdichtet und das Hochflußventil 20 abdichtet, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Wie zuvor erwähnt, nimmt der Unterdruck ab, wenn die Motorgeschwindigkeit oder die Motorlast zunimmt. Somit wird mit zunehmender Motorgeschwindigkeit gegenüber dein Leerlauf ein Punkt erreicht, bei dem der Unterdruck am Auslaßanschluß 16 nicht länger ausreicht, um das Tellerventil 48 in seiner geschlossenen Position gegen die Kraft der Druckfeder 54 zu halten, und das Tellerventil 48 beginnt zu öffnen. In der bevorzugten Ausführung entspricht dieser Punkt einem Unterdruck von ungefähr 0,34 bar (10 Inch Quecksilbersäule). Bei weiter abnehinendem Unterdruck öffnet das Tellerventil 48 weiter, wodurch ein vergrößerter Entleerungsfluß durch die Öffnung 24 in dem Ventilkörper 12 erlaubt wird. Bei hohen Motorlastzuständen, wenn der Ansaugunterdruck am niedrigsten ist (z.B. 0,07 - 0,1 bar, was 2 - 3 Inch Quecksilbersäule entspricht), kann der Unterdruck am Auslaßanschluß 16 die Feder 54 nur leicht zusammendrücken, wie in Fig. 3 gezeigt ist, wodurch der Entleerungsfluß durch die Öffnung 24 maximiert wird. Zusammenfassend befindet sich somit das Tellerventil 48 in der in Fig. 2 gezeigten geschlossenen Position, wenn der Unterdruck sich bei Leerlauf oder in der Nähe des Leerlaufs am höchsten ist, und das Tellerventil findet sich in seiner völlig geöffneten Position gemäß Fig. 3, wenn der Unterdruck bei hohen Motorlasten am niedrigsten ist.
Vorzugsweise ist der Zapfenabschnitt 49 des Tellerventils 48 mit einem sich verjüngenden Schulterbereich 51 versehen, so daß der Entleerungsfluß durch die Öffnung 24 mit abnehmendem Unterdruck allmählich zunimmt. Auf diese Weise wird eine gewisse Proportionalsteuerung des Entleerungsflusses durch die Hochflußöffnung 20 in Abhängigkeit von dem Unterdruck ermöglicht. Es versteht sich jedoch, daß andere Beziehungen zwischen dem Unterdruck und dem Entleerungsfluß erreicht werden können, indem die Konfiguration des Zapfens 49 verändert wird.
Des weiteren umfaßt die bevorzugte Ausführung ein zusätzliches Ventilelement, das eine Ventilscheibe 64 umfaßt, die auf dem Zapfenende 49 des Tellerventils 48 durch eine Druckfeder 66 positioniert wird. Das Ventilelement 64 bewirkt eine Verschließung des Entleerungsflußdurchlasses durch die Öffnung 24, wenn der Motor abgestellt wird und der Unterdruck am Auslaßanschluß 16 null ist. Der Zweck dieses zusätzlichen Ventils 64 besteht darin, das Entweichen von Kraftstoffdämpfen aus dem Behälter durch das Entleerungsventil 10, den Ansaugkrümmer und den Abgasreiniger in die Atmosphäre zu verhindern, wenn der Motor des Fahrzeugs abgestellt ist. Um sicherzustellen, daß dieses zusätzliche Ventil 64 nicht auf andere Weise den Entleerungsfluß nachteilig beeinflußt, ist das Ventil 64 derart ausgebildet, daß es geöffnet ist, wenn der Unterdruck am Krümmer sich aufirgend einem Pegel oberhalb von ungefähr 0,03 bar (ein Inch Quecksilbersäule) befindet. Demnach erlaubt dies einen vollen Fluß durch das Entleerungssystem bei Unterdrücken am Krüinmer von 0,07 -0,1 bar (2 - 3 Inch Quecksilbersäule).
Um es zu ermöglichen, daß das Magnetventil 18 präzise kalibriert wird, um so einen vorbestimmten Entleerungsfluß bei einem bestimmten Arbeitszyklus-Steuersignal einzustellen, ist das Ende des Polstückes 32 gegenüber dem Anker 34 bei 44 mit dem Ventilkörper 12 verschraubt, um eine axiale Einstellung der Position des Polstückes 32 zu erlauben, was seinerseits den Hub des Ankers 34 und somit den Grad bestimmt, mit dem der Durchlaßweg 26 geöffnet wird. Wenn das Magnetventil 18 einmal kalibriert ist, wird die Zugangsöffnung zu dem Polstück durch einen Kappenverschluß 46 verschlossen. Des weiteren ist auch eine Möglichkeit vorgesehen, um das Hochfluß-unterdruckgesteuerte Ventil 20 zu kalibrieren. Insbesondere ist das Tellerventil 48, wie mit 62 bezeichnet, mit dem Membranführungselement 52 verschraubt, wodurch eine Einstellung der axialen Position des Tellerventils 48 in Bezug auf die Membran 50 und das Führungselement 52 ermöglicht wird. Folglich kann der Grad, mit dem das Tellerventil 48 geöffnet ist, und somit die Menge des Entleerungsflusses durch den Hochflußdurchlaß 24 bei einem bestimmten Unterdruckpegel, kalibriert werden. Ein Zugang zur Kalibrierung der Position des Tellerventils 48 wird durch eine Öffnung 37 in der Ventilabdeckung 60 erlaubt, die dann durch einen Stopfen (nicht dargestellt) verschlossen wird, wenn der Kalibrierungsvorgang abgeschlossen ist.
Es sein nun auf Fig. 4 Bezug genommen, in der eine Folge von beispielhaften Verläufen des Flusses in Abhängigkeit vom Unterdruck bei verschiedenen Belastungszyklen für die bevorzugte Ausführung des gegenwärtigen zweistufigen Entleer-Ventils 10 dargestellt ist. Die in Fig. 4 gezeigten Kurven stellen den gesamten kombinierten Entleerungsfluß durch die beiden Ventile 18 und 20 in dem Ventilkörper 12 dar. Bei einer Durchsicht der Flußkurven werden die Arbeitscharakteristika des gegenwärtigen Entleer-Ventils 10 sofort deutlich. Zunächst ist zu sehen, daß bei Unterdrücken oberhalb von ungefähr 0,34 bar (10 Inch Quecksilbersäule) das unterdruckgesteuerte Hochflußventil 20 geschlossen ist und der Entleerungsfluß durch den Ventilkörper 12 ausschließlich durch das PWM-Magnetventil 18 gesteuert wird.
Zweitens ist zu sehen, daß sogar unter Hochflußzuständen mit niedrigem Unterdruck, wenn das vakuumgesteuerte Ventil 20 vollständig geöffnet ist, dem Motorsteuercomputer ein wesentlicher Bereich der Kontrolle über den gesamten Entleerungsfluß über die Steuerung des PWM-Magnetventils 18 verbleibt. Dieser minimale Steuerbereich, der dem Motorsteuercomputer zur Verfügung steht, ist als "ΔF" in dem Diagrainm bezeichnet. Drittens zeigen die Kurven deutlich eine weitgehend lineare Abhängigkeit zwischen dem Vakuumdruck und dem Entleerungsfluß unterhalb von ungefähr 0,27 bar (8 Inch Quecksilbersäule), indem der verjüngte Schulterbereich 51 des Zapfens 49 die Größe der Öffnung durch die Ventilöffnung 24 festlegt. Demnach ist zu erkennen, daß das unterdruckgesteuerte Ventil 20 den Entleerungsfluß progressiv mit Veränderungen des Unterdruckes verändert. Jedoch können, wie zuvor erwähnt, andere Abhängigkeiten in diesem Bereich erreicht werden, indem die Form des Zapfens 49 verändert wird.
Es sei nun ferner auf Fig. 5 Bezug genommen, in der eine Folge von Kurven die Beziehung zwischen dem gesamten Entleerungsfluß und dem prozentualen Lastzyklus bei verschiedenen Unterdruckpegeln dargestellt ist. Diese Kurven zeigen gleichfalls deutlich, daß oberhalb von Unterdrücken von ungefähr 0,34 bar (10 Inch Quecksilbersäule) der gesamte Fluß durch den Ventilkörper 12 ausschließlich vom dem PWM-Magnetventil 18 bestimmt wird. Des weiteren zeigen die zwei oberen Kurven, welcher Bereich der Flußsteuerung ("ΔF") dem Motorsteuercomputer über die Steuerung des PWM-Magnetventils 18 bei Unterdrücken von 0,1 und 0,17 bar (3 Inch und 5 Inch Quecksilbersäule) zur Verfügung steht, wenn ein deutlicher Fluß durch das unterdruckgesteuerte Ventil 20 besteht.
Es sei nun auf Fig. 6 Bezug genommen, in der eine alternative Ausführung des zweistufigen Hochfluß-Entleerventils 110 gemäß der gegenwärtigen Erfindung dargestellt ist. Bei dieser Ausführung sind das membrangesteuerte Ventil 120 und das Magnetventil 118 entlang derselben Achse angeordnet. Komponenten in der in Fig. 6 dargestellten Ausführung, die funktionell den zuvor an Hand der Figuren 1 - 3 beschriebenen Komponenten entsprechen, sind ähnlich numeriert, derart, daß z.B. der Einlaßanschluß 14 und der Auslaßanschluß 16 in den Figuren 1 - 3 dem Einlaßanschluß 114 bzw. dem Aus1aßanschluß 116 in Fig. 6 entsprechen. Der Ventilkörper 112 und die Abdeckung 160 in der in Fig. 6 dargestellten Ausführung definieren eine obere Kammer 176, die mit dem Auslaßanschluß 116 in Verbindung steht, und eine untere Kammer 178, die mit dem Einlaßanschluß 114 in Verbindung steht. In dem Ventilkörper ist ein ringförmiger Druchlaßweg 170 gebildet, um eine Verbindung zwischen der oberen Kammer 176 und der unteren Kammer 178 zu erlauben. Der Ventilkörper 112 umfaßt bei dieser Ausführung einen einstückig damit gebildeten, zentralen Stielbereich 172, der sich nach oben in die obere Kammer 176 erstreckt und von einer Bohrung 126 durchsetzt ist, die den Niederfluß-Durchlaßweg darstellt.
Ferner ist zu erkennen, daß das unterdruckgesteuerte Ventil 120 modifiziert wurde, um ein festes Ventilelement 148 und eine bewegliche Öffnung 124 zu bilden. Insbesondere weist das Ventilelement 148 bei dieser Ausführung eine zentrale, darin gebildete Bohrung 175 auf, die geeignet ist, mit der Bohrung 126 und dem Stielbereich 172 des Ventilkörpers 112 zu kommunizieren. Des weiteren hat das Ventilelement 148 eine vergrößerte Gegenbohrung 174, die es ermöglicht, das Ventilelement 148 auf dem Stiel 172 zu befestigen. An der Basis der Gegenbohrung 174 ist eine Dichtung 180 vorgesehen, um einen Luftdurchlaß zwischen dem Ventilelement 148 und dem Stiel 172 des Ventilkörpers zu verhindern. Das stationäre Ventilelement 178 wirkt mit der beweglichen Öffnung 124, die an dem Membranstützelement 152 gebildet ist, das an der Membran 150 befestigt ist, zusammen. Demnach wird das Stützelement 152 dann, wenn ein hoher Krümmerunterdruck am Auslaßanschluß 116 herrscht, durch die Membran 150 nach oben gegen die Vorspannung der Druckfeder 154 bewegt, bis der O-Ring 156 auf dem Ventilelement 148 mit dem abgeschrägten Sitz 158 abdichtet, der die Öffnung 124 umgibt.
Es ist gleichfalls zu erkennen, daß die Membran 150 bei dieser Ausführung eine ringförmig ausgebildete hervorstehende Rippe 164 umfaßt, die zur Abdichtung gegen die Wand 171 des Ventilkörpers 112 geeignet ist, die die obere Kammer 176 von der unteren Kammer 178 trennt, um somit das Hochflußventil 120 zu schließen, wenn der Motor ausgeschaltet ist und der Krümmerunterdruck null ist. Mit anderen Worten dient die ringförmig ausgebildete Rippe 164 auf der Membran der gleichen Funktion wie das Ventilelement 64 bei der in den Figuren 1 - 3 dargestellten Ausführung.
Ferner ist durch Anordnung des Magnetventils 118 in der unteren Kammer 178 des Ventilkörpers 112 und somit innerhalb des Entleerungsflußweges ein Mittel zur Kühlung des Magnetventils 118 gebildet. Wahlweise können die Einlaß- und Auslaßanschlüsse 114 und 116 auf den Seiten des Ventilgehäuses 112 vorgesehen sein, falls die räumlichen Einschränkungen einer bestimmten Anwendung eine solche Konfiguration erfordern.

Claims

1. Zweistufiges Ventil für ein Fahrzeug mit einem Verbrennungsmotor, umfassend:

- einen Ventilkörper (12, 112), der einen Einlaßanschluß (14, 114) zur Verbindung mit einer Fluidguelle und einen Auslaßanschluß (16, 116) zur Verbindung mit einer Vakuumquelle definiert;

- eine Hochflußöffnung (24, 124), die einen ersten Flußweg durch den Ventilkörper (12, 112) vom Einlaßanschluß (14, 114) zum Auslaßanschluß (16, 116) definiert;

- eine Niederflußöffnung (26, 126), die einen zweiten Flußweg durch den Ventilkörper (12, 112) vom Einlaßanschluß (14, 114) zum Auslaßanschluß (16, 116) parallel zu dem ersten Flußweg festlegt;

- ein erstes Ventilmittel (20) zur Steuerung des Fluidflusses durch die Hochflußöffnung (24, 124) und

- ein zweites Ventilmittel, das ein Magnetventil (18, 118) zur Steuerung des Fluidflusses durch die Niederflußöffnung (26, 126) als Reaktion auf ein dem Magnetventil (18, 118) zugeführtes elektrisches Signal umfaßt,

dadurch gekennzeichnet, daß

- das erste Ventilmittel (20) eine Membran (50, 150) umfaßt, die kontinuierlich und direkt auf den Pegel des Unterdruckes an dem Auslaßanschluß (16, 116) anspricht und mit abnehinendem Unterdruck an dem Auslaßanschluß (16, 116) öffnet.

2. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilmittel (20) geeignet ist, die Hochflußöffnung (24, 124) bei Unterdrücken oberhalb eines vorbestimmten Pegels zu schließen und die Hochflußöffnung (24, 124) bei Unterdrücken unterhalb des vorbestimmten Pegels zu öffnen.

3. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilmittel (20) geeignet ist, die Hochflußöffnung (24, 124) progressiv zu öffnen, wenn der Unterdruck unter den vorbestimmten Pegel abfällt, derart, daß die Fluidflußrate durch die Hochflußöffnung (24, 124) proportional zu Veränderungen des Unterdruckes verändert wird.

4. Zweistufiges Ventil nach irgend einem der Ansprüche 1 - 3, ferner gekennzeichnet durch ein drittes Ventilmittel (64, 164) zur Blockierung des ersten Flußweges, wenn der Motor nicht läuft.

5. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Ventilmittel (64, 164) arbeitsmäßig mit dem ersten Ventilmittel (20) zusammenhängt, um den ersten Flußweg zu blockieren, wenn der Unterdruck an dem Auslaßanschluß (16, 116) im wesentlichen gleich null ist.

6. Zweistufiges Ventil nach irgend einem der Ansprüche 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetventil (18) ein schnell ansprechendes Ein/Aus-Magnetventil umfaßt, das zur Steuerung durch ein pulsbreitenmoduliertes elektrisches Signal geeignet ist, um den Fluidfluß durch die Niederflußöffnung (26, 126) präzise zu steuern.

7. Zweistufiges Ventil nach irgend einem der Ansprüche 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilmittel (20) ein Ventilelement (48, 148) mit einem Zapfenbereich (49) umfaßt, der sich in die Hochflußöffnung (24, 124) erstreckt, um die Größe der Hochflußöffnung (24, 124) zu steuern.

8. Zweistufiges Ventil nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das dritte Ventilmittel (64, 164) durch den Zapfenbereich (49) des Ventilelementes (48, 148) aktiviert wird.

9. Zweistufiges Ventil nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Ventilmittel (20) ferner die Membran (50, 150) umfaßt, die mit dem Ventilelement (48, 148) und mit einem Vorspannelement (54, 154) verbunden ist, das auf die Membran (50, 150) gegen die Kraft des Unterdruckes an dem Auslaßanschluß (16, 116) wirkt, um das Ventilelement (48, 148) zu aktivieren, um die Größe der Hochflußöffnung (24, 124) in Abhängigkeit von dem Unterdruck an dem Auslaßanschluß (16, 116) zu verändern.

10. Zweistufiges Ventil nach irgend einem der Ansprüche 7 - 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfenbereich (49) einen sich verjüngenden Schulterbereich (51, 151) umfaßt, um die Größe der Hochflußöffnung (24, 124) progressiv zu verändern, wenn das Ventilelement (48, 148) aktiviert wird.