DE69206131T2

DE69206131T2 - Magnetventilgesteuerte und regulierte Tankentlüftungsvorrichtung mit einer Verbesserung für langsame Motordrehzahl.

Info

Publication number: DE69206131T2
Application number: DE69206131T
Authority: DE
Inventors: John Cook
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1992-02-11
Publication date: 1996-05-09
Anticipated expiration: 2012-02-12
Also published as: WO1992014921A1; JP3402605B2; EP0571418A1; CA2104115A1; US5069188A; JPH06505078A; DE69206131D1; EP0571418B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein geregeltes Tankreinigungsmagnetventil, das in einem Dampfemissionssteuersystem der Brennkraftmaschine eines Kraftfahrzeuges verwendet wird, um die Entlüftung von Kraftstoffdämpfen zu steuern, die sich in einem Tank des Ansaugkrümmers der Brennkraftmaschine angesammelt haben, um mit dem Verbrennungsgasstrom in den Brennkammerraum der Brennkraftmaschine mitgeführt zu werden.
Ein Reinigungs- bzw. Entlüftungsventil für an Bord befindliche Kraftstoffdampfwiedergewinnungssysteme ist in der US-PS 4 944 276 beschrieben. Dieses Reinigungsventil umfaßt ein durch einen Elektromagneten gesteuertes Ventil und ein Reglerventil, die zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung des Reinigungsventils in Reihe angeordnet sind. Das Reglerventil macht das Ansprechverhalten des Reinigungsventils gegenüber elektrischen Signalen, die auf das durch den Elektromagneten gesteuerte Ventil einwirken, relativ unempfindlich gegenüber Änderungen in der Intensität des Ansaugkrümmerunterdrucks an der Auslaßöffnung über einen bestimmten Bereich der Größe des Unterdrucks. Selbst wenn das Reinigungsventil diese Regelfunktion besitzt, treten Schwierigkeiten auf, um ein gesteuertes Reinigen des Tanks im Leerlauf der Brennkraftmaschine zu erreichen, wenn der Ansaugkrümmerunterdruck hoch und der Strom des Verbrennungsgemisches in die Zylinder der Brennkraftmaschine relativ gering ist. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lösung dieses Problems und stellt ein neuartiges und verbessertes geregeltes Tankreinigungsmagnetventil zur Verfügung, mit dem eine verbesserte Reinigungssteuerung im Leerlauf der Brennkraftmaschine erreicht werden kann. Die US-PS 4 944 276 beschreibt ein Reinigungsventil mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.
Das verbesserte Reinigungsventil der vorliegenden Erfindung erzielt dieses Ergebnis ohne die Notwendigkeit von größeren Modifikationen an dem bekannten Reinigungsventil und bietet daher einen äußerst signifikanten Funktionsvorteil auf ziemlich kostengünstige Weise. Es wird davon ausgegangen, daß das erfindungsgemaß ausgebildete Ventil Dampfemissionssteuersysteme von zukünftigen Kraftfahrzeugen dabei unterstützen kann, strengeren von der Regierung verbreiteten Dampfemissionsnormen gerecht zu werden.
Weitere Vorteile der Erfindung gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den Patentansprüchen und der beigefügten Zeichnung hervor. Die Zeichnung zeigt eine gegenwärtig bevorzugte Ausführungsform der Erfindung gemäß der gegenwärtig vorgeschlagenen besten Art und Weise zur Durchführung der Erfindung.
Es zeigen:
Figur 1 einen Längsschnitt, teilweise im Querschnitt, eines geregelten Tankreinigungsmagnetventils, das die Prinzipien der Erfindung verkörpert, wobei Figur 1 eine schematische Darstellung darüber enthält, wie das Ventil in einem Dampfemissionssteuersystem eines Kraftfahrzeuges, das durch eine Brennkraftmaschine angetrieben wird, angeordnet ist;
Figur 2 eine vergrößerte Teilansicht eines unteren Abschnittes der Figur 1;
Figur 3 eine Teilansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Figur 2; und
Figur 4 ein Diagramm, das zur Einschätzung der durch das Ventil erreichten Verbesserung geeignet ist.
Figur 1 zeigt ein Dampfemissionssteuersystem (EECS) 10 in Verbindung mit einer Brennkraftmaschine 12 eines Kraftfahrzeugs und einem Kraftstofftank 14 des Fahrzeuges, der eine Quelle an flüchtigem flüssigen Kraftstoff zum Betreiben der Brennkraftmaschine und zum Antreiben des Fahrzeuges aufweist. Das EECS 10 umfaßt einen herkömmlichen Tank 16, der über eine Leitung 18 mit dem Kopfraum des Tanks 14 verbunden ist, um Kraftstoffdampf aus dem Tank zu sammeln. Der Tank wird durch ein herkömmliches Entlüftungsventil (nicht gezeigt) im wesentlichen auf atmosphärischem Druck gehalten, und/oder der Tank 16 kann ebenfalls ein Entlüftungsventil besitzen (auch nicht gezeigt). Der Tank 14 ist wiederum über eine Leitung 20 an eine Einlaßöffnung 22 eines geregelten Tankreinigungsmagnetventils (RCPS-Ventil) 24 angeschlossen, das die erfindungsgemäßen Prinzipien verkörpert. Eine Auslaßöffnung 26 des RCPS-Ventils 24 ist über eine Leitung 27 an den Ansaugkrümmer 28 der Brennkraftmaschine 12 angeschlossen. Das RCPS-Ventil 24 besitzt ferner einen elektrischen Anschluß 30, der ein Solenoid 32 des RCPS-Ventils 24 an einen Computer 34 anschließt, der dem Betrieb der Brennkraftmaschine 12 zugeordnet ist, beispielsweise einen Computer für das Management der Brennkraftmaschine.
Das RCPS-Ventil 24 umfaßt ein Gehäuse, das das Solenoid 32 aufnimmt und sicher hält. Das Solenoid 32 besitzt eine Spule 36 mit Klemmen an entsprechenden Klemmen 38, 40 des Anschlusses 30, so daß Signale vom Computer 34 an die Spule 36 gelegt werden können. Das Solenoid besitzt ferner einen Stator 42 und einen federvorgespannten Anker 44. Das Ende des Ankers 44, das außerhalb der Spule 36 liegt, enthält ein Ventilelement 46, das in Figur 1 gezeigt ist und auf einem Innenventilsitz 48 innerhalb der Gehäusestruktur des RCPS-Ventils 24 sitzt. Hierbei ist der Zustand dargestellt, der existiert, wenn die Spule 36 vom Computer 34 nicht erregt worden ist. Wenn die Spule 36 erregt wird, wird der Anker 44 vom Ventilsitz 48 weggezogen, so daß das Ventilelement 46 den Ventilsitz 48 freigibt.
Die Gehäusestruktur umfaßt: einen Radialkanal 50, der sich von der Einlaßöffnung 22 bis zu einer Schnitt stelle mit einem Ende eines kurzen Axialkanales 52 erstreckt, der den Ventilsitz 48 an seinem gegenüberliegenden Ende enthält; einen Radialkanal 54, der sich von der Auslaßöffnung 26 bis zu einer Schnittstelle mit einem Ende eines kurzen Axialkanales 56 erstreckt; eine K&mmer 58 am Ende des Kanales 52 gegenüber dessen Schnittstelle mit dem Kanal 50; und eine Kammer 60 am Ende des Kanales 56 gegenüber von dessen Schnittstelle mit dem Kanal 54. Eine bewegliche Wand 62 unterteilt die Kammer 60 in einen Kammerraum 64, zu dem der Axialkanal 56 hin offen ist, und einen Kammerraum 66, der über einen Kanal 68 mit der Einlaßöffnung 22 in Verbindung steht.
Die bewegliche Wand 62 umfaßt eine allgemein kreisförmige Membran 70 aus geeignetem Material, deren äußerer Umfangsrand in herkömmlicher Weise am Gehäuse eingefangen und abgedichtet ist, beispielsweise durch die Verwendung einer Kappe 72, die eine Schnappbefestigung 74 an einem kreisförmigen Flansch 76 besitzt, der den Umfang des Kammerraumes 64 begrenzt. Ein Einsatz 78, der allgemein kreisförmig ausgebildet und steifer ist als das Material der Membran 70, ist mittig in der beweglichen Wand 62 angeordnet. Eine Schraubenfeder 80 befindet sich im Kammerraum 64 und wirkt zwischen dem Gehäuse und dem Einsatz 78, um die bewegliche Wand 62 elastisch vom Kanal 56 wegzudrücken. Wenn auf den gegenüberliegenden Seiten der Wand 62 gleiche Gasdrücke vorherrschen, wird der mittlere Bereich der Wand durch die Vorspannkraft der Feder gegen die Innenseite der Kappe 72 gedrückt. Dieser Zustand wird durch die Figuren 1 und 2 wiedergegeben.
Die bewegliche Wand 62 ist vorzugsweise durch Einsatzformen der Membran 70 auf einen Einsatz 78 in einem Formhohlraum hergestellt. Der Hohlraum ist so ausgebildet, daß er eine ringförmige Windung 82 in der Membran und ein kreisförmiges Dichtungskissen 84 an der Mitte der Membran erzeugt, das zum Ende des Kanales 56 hin weist. Der Einsatz 78 enthält vorzugsweise diverse Löcher 86, die ermöglichen, daß das Dichtungskissen 84 einstückig mit dem Membranmaterial auf der gegenüberliegenden Seite des Einsatzes während des Formprozesses ausgebildet wird. Hierdurch wird die aus Einsatz und Membran bestehende Einheit verstärkt. Der Einsatz enthält ferner eine kreisförmige Öffnung 88, die mit radialem Abstand vom Dichtungskissen 84 angeordnet ist und kein Membranmaterial enthält. Die Grenzen des Einsatzes 78, die die Öffnung 88 auf gegenüberliegenden Seiten des Einsatzes umgeben, sind ebenfalls frei von Membranmaterial. Unmittelbar jenseits des freien Randes auf der Seite des Einsatzes, die zur Innenseite der Kappe 72 weist, befindet sich jedoch eine Ringzone 90 aus Membranmaterial einer im wesentlichen gleichen Dicke. Diese Zone ist in der größeren kreisförmigen Zone 92 aus Membranmaterial gleicher Dicke auf der Seite des Einsatzes 78, die zur Innenseite der Kappe 72 weist, eingeschlossen. Die Innenseite der Kappe 72 enthält drei runde Vorsprünge 94, die in einem kreisförmigen Muster angeordnet sind, das zum Dichtungskissen 84 konzentrisch ist. In der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Position ist die Zone 92 gegen die ebenen Endflächen der Vorsprünge 94 angeordnet, während die eingeschlossene Zone 90 gegen die Endfläche von einem der drei Vorsprünge angeordnet ist.
Der in den Figuren 1 und 2 gezeigte Zustand ist dann vorhanden, wenn der Motor nicht läuft, da die Gasdrücke auf gegenüberliegenden Seiten der beweglichen Wand 62 nahezu ausgeglichen sind und im wesentlichen atmosphärischem Druck entsprechen. Die Solenoidspule 36 wird ebenfalls nicht erregt, wenn der Motor nicht läuft, so daß das RCPS- Ventil 24 keine Reinigung des Tanks 16 bewirkt.
Wenn der Motor läuft, ist Ansaugkrümmerunterdruck vorhanden und wird über die Kanäle 54 und 56 dem Kammerraum 60 zugeführt. Der Kammerraum 66 befindet sich im wesentlichen auf oder sehr nahe bei Atmosphärendruck, da ein Weg zur Atmosphäre über den Kanal 68, die Leitung 20 und den Tank 16 vorhanden ist. Folglich verschiebt die Gasdruckdifferenz, die auf die bewegliche Wand 62 einwirkt, die bewegliche Wand aus der Position der Figuren 1 und 2 weg in Richtung auf das Ende des Kanales 56. Wenn die Wand 62 den Anschlag mit den Vorsprüngen 94 verlassen hat, tritt ein Durchfluß durch die Öffnung 88 auf.
Die Größe der Öffnung 88 steht jedoch zur Fähigkeit des Motors zur Erzeugung und Aufrechterhaltung eines Ansaugkrümmerunterdrucks in einer solchen Relation, daß der Durchfluß durch die bewegliche Wand 62 über die Öffnung 88 im wesentlichen keine Auswirkung auf die Position besitzt, die von der beweglichen Wand in Relation zum Ende des Kanales 56 für eine beliebige Intensität des Ansaugkrümmerunterdrucks in dem Unterdruckbereich, für den das RCPS- Ventil 24 konzipiert ist, eingenommen wird. Das Ende des Kanales 56 bildet einen Ventilsitz 96, der zum Zusammenwirken mit dem Dichtungskissen 84 angeordnet ist. Das Dichtungskissen 84 bildet ein Ventilelement, das mit dem Ventilsitz 96 zusammenwirkt, um die Regelfunktion für das RCPS-Ventil 24 durchzuführen. Je größer der Ansaugkrümmerunterdruck ist, desto größer ist die Drosselung des Reinigungsstromes durch die Zusammenwirkung des Dichtungskissens 84 und des Ventilsitzes 96. Je kleiner die Größe des Ansaugkrümmerunterdrucks ist, desto geringer ist die Drosselung. Auf diese Weise wird der Reinigungsstrom, der durch die Computersteuerung des Solenoides 32 bewirkt wird, relativ unempfindlich in bezug auf die Größe des Ansaugkrümmerunterdrucks über einen bestimmten Unterdruckbereich. Das Solenoid 32 wird in typischer Weise vom Computer 34 pulsbreitenmoduliert, um eine Drosselung in der Reinigungsstrombahn vorzusehen, die in Korrelation zu den pulsbreitenmodulierten Signalen steht, die der Solenoidspule zugeführt werden. Durch den Einschluß dieser Regelfunktion verändern Änderungen im Ansaugkrümmerunterdruck das Ansprechverhalten des RCPS-Ventils 24 auf die pulsbreitenmodulierten Signale, die seiner Solenoidspule 36 zugeführt werden, nicht wesentlich. Die Reinigungsstrombahn von der Einlaßöffnung 22 durch das RCPS-Ventil 24 bis zur Auslaßöffnung 26 umfaßt: den Kanal 50, den Kanal 52, die Kammer 58, ein Loch 98, das die Kammer 58 kontinuierlich mit dem Kammerraum 64 verbindet, den Kammerraum 64, den Kanal 56 und den Kanal 54. Die Leitung 68, der Kammerraum 66 und die Öffnung 88 bilden eine parallele Strömungsbahn, die sich zwischen der Einlaßöffnung 22 und dem Kammerraum 64 erstreckt. Im Prozeß umgeht diese Bahn das solenoidgesteuerte Ventil, das zum Teil durch den Ventilkopf 46 und den Ventilsitz 48 gebildet wird.
Durch das Vorhandensein der Öffnung 88 im Zusammenhang mit der Verbindung des Kammerraumes 66 zur Atmosphäre über den Tank 16 wird ein bestimmter Reinigungsgrad im Leerlauf des Motors erreicht, bei dem der Ansaugkrümmerunterdruck hoch ist, der tatsächliche in den Motor angesaugte Strom jedoch relativ gering ist. Wenn die Öffnung 88 weggelassen und der Kammerraum 66 direkt zur Atmosphäre hin entlüftet würde, wie beim Gegenstand der US 4 944 276, würde ein geeigneter Reinigungseffekt im Leerlauf schwierig zu erzielen sein. Durch die Erfindung wird die Reinigung im Leerlauf durch die geeigneten Druck-Strämungseigenschaften der Öffnung 88 gesteuert, so daß anstelle eines pulsierenden Reinigungsvorganges, der üblicherweise beim Leerlauf des Motors durch das Modulieren des Solenoids 32 erwartet würde, eine glatte geregelte Reinigung im Leerlauf eintritt, während das Solenoid 32 aberregt und der Reinigungsstrom genau durch die Größe der Öffnung eingestellt ist. Eine in geeigneter Weise dimensionierte Öffnung 88 sorgt für eine geeignete Reinigung im Leerlauf ohne wesentliche Beeinflussung des gesteuerten Reinigungsvorganges, der außerhalb des Motorleerlaufs durchgeführt wird, wenn die bewegliche Wand 62 im Abstand von der Position der Figuren 1 und 2 angeordnet ist. Wenn der Motor abgestellt ist, kann die Feder 80 durch den Ausgleich des Gasdrucks über die bewegliche Wand 62 die Zone 90 zurück in Anschlag mit ihrem Vorsprung 94 bewegen, so daß die Öffnung 88 gegenüber einem Durchfluß geschlossen wird und keine mögliche Leckbahn durch den Reglerabschnitt des RCPS-Ventils 24 vom Tank 16 zum Ansaugkrümmer 28 vorhanden ist. Somit kann man davon ausgehen, daß die Öffnung 88, die Ringzone 90 und der Vorsprung 94, gegen den die ringförmige Zone 90 stößt, wenn der Motor abgestellt ist, zusammen eine Öffnungsventileinrichtung bilden, die offen ist, wenn der Motor läuft, und die geschlossen ist, wenn der Motor abgestellt ist. Das Abdichten dieser Öffnung im abgestellten Zustand des Motors ist wichtig, da der Tank unter einem geringfügig positiven Druck stehen kann und es unerläßlich ist, daß der unter Druck stehende Dampf nur über den Tank zur Atmosphäre abgegeben wird.
Ein geregeltes Reinigungsventil und System, die die Prinzipien der Erfindung verkörpern, können durch die Verwirklichung von zweckmäßigen konstruktiven Prinzipien für einen speziellen Einsatzzweck ausgebildet werden. Materialien, die für diesen Einsatzzweck geeignet sind, können Verwendung finden. Obwohl die Zeichnung die Verwendung eines Nippels 100 in einer Endkappe 72 und eines Nippels 102 im Kanal 50 zeigt, um für die Anschlüsse der Leitung 68 zu sorgen, kann auch ein Ventil vorgesehen sein, in das die Leitung 68 als Innenkanal im Gehäuse eingearbeitet ist.
Figur 4 zeigt ein Diagramm von beispielhaften Strömungscharakteristika 108 für das RCPS-Ventil 24 in Abhängigkeit vom Motorbetrieb und dem Tastzyklus der dem Solenoid 32 zugeführten Signale. Wenn der Motor ausgeschaltet ist, wird jeglicher Durchfluß zwischen den Öffnungen 22 und 24 verhindert. Wenn der Motor eingeschaltet ist, arbeitet das Ventil gemäß den repräsentativen Durchflußeigenschaften 108. Das horizontale Segment von 108 zwischen einem Tastzyklus von 0 und 10 % gibt den Effekt des Ventiles in bezug auf eine verbesserte Reinigung beim Leerlauf des Motors wieder.

Claims

1. Geregeltes Tankentlüftungsmagnetventil (24) zum Entlüften von Kraftstoffdämpfen, die sich in einem Sammeltank (16) angesammelt haben, zu einem Ansaugkrümmer (28) einer Brennkraftmaschine (12), so daß die gesammelten Dämpfe zusammen mit dem Strom der Verbrennungsgase in den Brennkammerraum der Brennkraftmaschine geführt werden können, mit einem Gehäuse einschließlich einer Einlaßöffnung (22) zum Anschluß an einen derartigen Tank, einer Auslaßöffnung (26) zum Anschluß an einen derartigen Ansaugkrümmer und einer Strömungsbahn zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung, die über eine solenoidbetätigte Ventileinrichtung (32, 46) in Abhängigkeit von einem empf angenen elektrischen Steuersignal gesteuert wird, wobei das Ventil ferner Reglereinrichtungen aufweist, die eine bewegliche Wand (62) besitzen, welche eine Kammer des Gehäuses in zwei Kammerräume (64, 66) auf gegenüberliegenden Seiten der Wand unterteilt, wobei einer der Kammerräume (64) einen Abschnitt der Strömungsbahn bildet, der zwischen der solenoidbetätigten Ventileinrichtung und der Auslaßöffnung angeordnet ist und einen Einlaß für in den Kammerraum eindringende Dämpfe sowie einen Auslaß für den einen Kammerraum verlassende Dämpfe aufweist, wobei die Reglereinrichtungen des weiteren eine Regelventileinrichtung (84) umfassen, die durch die bewegliche Wand gesteuert wird und an dem Einlaß des einen Kammerraumes angeordnet ist, um den Strom der Dämpfe durch die Strömungsbahm gegenüber der Größe des Ansaugkrümmerunterdrucks an der Auslaßöffnung im wesentlichen unempfindlich zu machen, und wobei Federeinrichtungen (80) die bewegliche Wand in eine Position vorspannen, die die Regelventileinrichtung maximal öffnet, dadurch gekennzeichnet, daß Durchgangseinrichtungen (68) den anderen der Kammerräume (66) in Verbindung mit der Einlaßöffnung bringen und Öffnungsventileinrichtungen (88, 90, 94) eine wahlweise Verbindung zwischen dem einen Kammerraum und dem anderen Kammerraum in Abhängigkeit von der Position der beweglichen Wand vorsehen, wobei diese Öffnungsventileinrichtungen Öffnungseinrichtungen (88) zwischen dem einen und dem anderen Kammerraum aufweisen, die zwischen dem einen und dem anderen Kammerraum für sämtliche anderen Positionen der beweglichen Wand als der Position, in der sie die Regelventileinrichtung maximal öffnet, spezielle Druck- Durchfluß-Eigenschaften in Relation zum Strom der Dämpfe durch die Strömungsbahn zwischen der Einlaßöffnung und der Auslaßöffnung vorsehen, und wobei die Öffnungsventileinrichtungen die Öffnungseinrichtungen schließen, wenn sich die bewegliche Wand in einer Position befindet, die die Reglereinrichtung maximal öffnet

2. Geregeltes Tankentlüftungsmagnetventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungseinrichtungen in der beweglichen Wand angeordnet sind.

3. Geregeltes Tankentlüftungsmagnetventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Wand eine Membran und einen Einsatz (78) umfaßt, der mittig in bezug auf die Membran angeordnet ist und aus einem Material besteht, das steifer ist als das Material der Membran, wobei sich die Öffnungseinrichtungen durch den Einsatz erstrecken und nicht vom Material der Membran abgedeckt sind.

4. Geregeltes Tankentlüftungsmagnetventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen runden Vorsprung (94) enthält, der sich im anderen Kammerraum befindet und gegen den eine Ringzone des Materiales der Membran, die die Öffnungseinrichtungen begrenzt, stößt, um die Öffnungseinrichtungen zu schließen, wenn sich die bewegliche Wand in einer Position befindet, in der die Reglereinrichtung maximal geöffnet ist.