DE69417207T2

DE69417207T2 - Brennstoffdampf-Entlüftungseinheit mit Flüssigkeitsfalle

Info

Publication number: DE69417207T2
Application number: DE69417207T
Authority: DE
Inventors: David R. Livionia Michigan 48150 Gimby
Original assignee: Borg Warner Automotive Inc
Current assignee: Plastic Omnium Advanced Innovation and Research SA
Priority date: 1994-02-14
Filing date: 1994-12-05
Publication date: 1999-07-08
Anticipated expiration: 2014-12-06
Also published as: US5413137A; DE69417207D1; EP0667253A1; CA2135954A1; EP0667253B1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Kraftstoffdampfablässe und insbesondere Kraftstoffdampfablässe mit Flüssigkeitsabscheidung wie sie im Oberbegriff des Anspruchs 1 definiert und aus GB-A-2 238 041 bekannt sind zum Einsatz in Kraftstofftanks für Kraftfahrzeuge.
Bei üblichen Kraftstoffdampf-Ablaßventilen für Kraftstofftanks von Kraftfahrzeugen, die Austreten von Kraftstoff bei Schütteln, Schräglage oder Überschlag des Fahrzeugs verhindern sollen, öffnet das Ventil den Kraftstofftank zu einem Durchlaß, der über einen Dampfauslaßkanal im Ventilgehäuse mit einem Dampf schlauch verbunden ist, der zu einer Speichereinrichtung für dampfförmigen Kraftstoff führt. Das Ventilgehäuse besteht üblicherweise aus einem spritzgegossenen, einstückigen Kunststoffteil, das zur Vereinfachung der Konstruktion eine einfache, direkte Verbindung zwischen dem Durchlaß und dem Dampfaustrittskanal hat. Bei dieser Verbindung besteht jedoch die Möglichkeit, daß flüssiger Kraftstoff gesammelt und weitergeleitet wird, und so der Dampfspeicherbehälter vom Durchlaß unter Druck mit flüssigem Kraftstoff aus dem Kraftstofftank beaufschlagt wird. Dieser enthält jedoch ein Kraftstoffdampfadsorbens, wie z. B. Kohlenstoff, und jeglicher daran abgegebener flüssiger Kraftstoff verringert dessen Dampfabsorptionsfähigkeit stark. Das Oberteil eines gegossenen Gehäuses mit einer Dampfauslaßkanalverbindung so auszubilden, daß diese Flüssigkeit, nachdem sie durch den Durchlaß gelangte, abgeschieden wird, und diese abgeschiedene Flüssigkeit an den Tank zurückzuleiten, ist schwierig. Dies gilt auch dann, wenn das Ventil weggelassen wird und nur ein Ablassen durch einen Durchlaß in einem Ventilgehäuse, das am Kraftstofftank befestigt ist, vorgenommen wird.
Für eine Ventilvorrichtung mit einem Ventil, das im Falle von Überbefüllung, Fahrzeugerschütterungen, Schräglage und/oder Fahrzeugüberschlag den Durchlaß sperren kann, muß bei einem eventuellen Kraftstoffrückfluß zum Tank beachtet werden, daß ein Konflikt mit dem normalen Ablaßbetrieb des Ventils in einer aufrechten Position zu vermeiden ist, jedoch unter diesen verschiedenen Umständen das Ventil schließen muß, um den Austritt von Kraftstoff aus dem Tank zu sperren. Eine solche Rückflußstrecke für flüssigen Kraftstoff, der stromab des Durchlasses abgeschieden wurde, kann nicht dazu dienen, dampfförmigen Kraftstoff in normaler Lage des Tanks um das Ventil herumzuführen oder es kann flüssiger Kraftstoff aus dem Tank austreten, wenn dieser umgekippt oder umgedreht wird.
US-A-4,512,499 beschreibt allgemein eine Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung, die im oberen Bereich eines Kraftstofftankes für ein Kraftfahrzeug befestigbar ist und ein Gehäuse mit einem Einlaßkanal, welcher für flüssigen und dampfförmigen Kraftstoff öffenbar ist und einen im Gehäuse befestigten Einsatz mit einem normalerweise im wesentlichen senkrecht ausgerichteten Durchlaß aufweist, der einen Eintritt und einen darübergelegenen Austritt aufweist, welcher Einsatz weiter einen sich um den Austritt des Durchlasses erstreckenden Napf, und welches Gehäuse einen mit dem Napfzusammenwirkenden Hohlraum aufweist, wodurch eine Expansionskammer über dem Auslaß gebildet wird, welche geeignet ist, flüssigen Kraftstoff aus dem unter Druck durch den Durchlaß strömenden Kraftstoffdampf abzuscheiden. Diese bekannte Konstruktion hat den Nachteil, daß sie mehrere eigenständige Teile aufweist, von denen einige in der Herstellung kostenaufwendig sind, was zu einem sehr komplizierten Aufbau führt.
Entsprechend der beanspruchten, vorliegenden Erfindung ist die vorstehend allgemein offenbarte Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse einen Dampfauslaßkanal hat, der an eine Speichereinrichtung für dampfförmigen Kraftstoff anschließbar ist, der Hohlraum des Gehäuses mit dem Dampfauslaßkanal verbunden ist und der Einsatz einen nach oben vorstehenden, zylindrischen Kragen hat, der den Napf enthält und in den Hohlraum unterhalb des Dampfauslaßkanals eingepreßt ist.
Die Ablaßvorrichtung der vorliegenden Erfindung hat den Vorteil, daß sie eine sehr einfache Konstruktion schafft, die einfach herzustellen und zusammenzubauen ist, und die angepaßt werden kann, wenn nur ein Durchlaß für einen Kraft stofftankablaß erforderlich ist oder wenn in Verbindung damit ein schwimmer- oder schwerkraftbetätigtes Ventil erforderlich ist.
Zum besseren Verständnis der Erfindung wird nun eine beispielhafte Ausführungsform unter Bezug auf die beiliegende Zeichnung beschrieben, in der:
Fig. 1 eine Schnittdarstellung einer Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung für einen Kraftstofftank eines Kraftfahrzeugs mit einer Sperre für flüssigen Kraftstoff nach der vorliegenden Erfindung ist,
Fig. 2 eine Ansicht wie Fig. 1 der Ablaßvorrichtung, jedoch mit geschlossenem Ventil, ist,
Fig. 3 eine Ansicht (Draufsicht) des Einsatzes, der den Ablaßdurchlaß und eine Flüssigkeitssperre festlegt, entlang der Linie 2-2 der Fig. 1 in Richtung des Pfeils ist und
Fig. 4 eine perspektivische Ansicht des Einsatzes der Fig. 1, der den Ablaßdurchlaß und die Sperre für flüssigen Kraftstoff festlegt, ist.
In Fig. 1 ist eine Kraftstoffdampf-Ablaßventileinrichtung 10 gezeigt, die einen Kraftstofftank 10 eines Kraftfahrzeugs an einen Kraftstoffdampfspeicherbehälter, der einen Kraftstoffabsorber, wie z. B. Kohlenstoff enthält, entlüftet. Der Kraftstofftank 10 ist aus hochdichtem Polyethylen (HDPE) hergestellt, ebenso wie das Gehäuse 16 der Ventileinrichtung. Dieses Material wurde ausgewählt, da es hohe Stabilität und Beständigkeit gegenüber Benzinkraftstoff aufweist.
Das Gehäuse 16 hat einen im wesentlichen zylindrischen, das Ventil enthaltenden Abschnitt 18, der in einer Öffnung 20 in der Oberseite des Kraftstofftanks aufgenommen ist und eine geschlossene Stirn- oder Oberseite 22 mit einem sich radial nach außen erstreckenden Ringflansch 24, der am Tank um die Öffnung 20 herum anliegt. Der Flansch 24 ist an seinem Umfang mit dem Tank verschweißt, um die Kraftstoffdampf-Ablaßventileinrichtung in einer normalerweise vertikal ausgerichteten oder - wie dargestellt - aufrechten Position sicher und abdichtend zu befestigen. In der Oberseite 22 des Ventilgehäuses ist ein Schlauchanschluß 26 integral ausgebildet, durch den die Kraftstoffdampf-Ablaßventileinrichtung über einen Schlauch an den Kraftstoffdampfspeicherbehälter 14 anschließbar ist. Im Ventilge häuse sind ein Federsitz 30, eine Feder 32, ein Schwimmer 34, ein Ventilglied 36 und ein Einsatz 38 mit einem mittigen Ablaßdurchlaß 39 befestigt, durch den Kraftstoffdampf vom Tank an den Behälter 14 abgelassen wird.
Der Federsitz 30 hat ein ringförmiges Profil mit nach außen ragenden Haken 40, die in Öffnungen 42 im unteren Ende des Ventilgehäuses einrasten, um den Sitz zu befestigen und dadurch die Ventilvorrichtung zusammenzuhalten. Der Sitz 30 hat mittig einen nach oben stehenden Ringkragen 43, um den herum die Feder 32 auf genommen ist und durch den Kraftstoffdampf vom Tank in das Ventilgehäuse unterhalb des Schwimmers 34 eintreten kann. Die Feder 32 ruht auf dem Sitz 30 und ist an ihrem oberen Ende in einem zentral angeordneten, sich nach unten erstreckenden Kragen 44 an der Unterseite des Schwimmers 34 aufgenommen. Der Schwimmer 34 sitzt auf der Feder 32 und weist eine zylindrische Außenfläche 46 auf, die in vertikaler Richtung entlang einer zylindrischen Innenwand 48 des Ventilgehäuses verschieblich ist. Dabei ist ausreichendes Spiel zwischen Schwimmer 34 und der zylindrischen Wand 48 vorgesehen, damit Kraftstoffdampf von der Unterseite des Schwimmers dazwischen hindurchlaufen kann. Kraftstoffdampf vom Tank kann in den Abschnitt 18 des Ventilgehäuses auch durch vertikale Schlitze 49 im Ventilgehäuse seitlich des Schwimmers 34 eintreten, wobei Kraftstoffdampf durch diese Schlitze auch dann in den Raum oberhalb des Schwimmers eintreten kann, wenn dieser unten am Sitz 30 anliegt.
Der Schwimmer 34 hat einen mittig nach oben verlaufenden, hohlen Schaft 50, auf dem das Ventilglied 36 befestigt ist, welches vom Schwimmer bewegt wird, um den Durchlaß 39 zu schließen. Dazu weist das Ventilglied 36 hutförmiges Profil mit einer flachen, kreisförmigen Ventilfläche 51 an der Oberseite auf, die einen ebenen, ringförmigen Sitz 52 am Einsatz 36 kontaktiert, der unterhalb und um den Durchlaß 39 herum angeordnet ist. Um einen dichten Sitz des Ventilgliedes sicherzustellen, wenn der Schwimmer gekippt wird, ist das Ventilglied 36 mit dem Schaft SO durch radial nach außen ragende Haken 54 am Schaft verbunden, die lose in Schlitze 51 in einem mittig nach unten ragenden Kragen 58 des Ventilgliedes einrasten. Durch die lose Verbindung 54, 56 kann das Ventilglied 36 axial zum Ventil sitz 56 ausgerichtet werden, wenn der Schwimmer beliebig gekippt wird, was eine Dejustierung des Schwimmers 34 verursacht, wenn dieser das Ventilglied schließt.
Der Einsatz 38 ist vorzugsweise aus Acetalkopolymer hergestellt, das hochpermeationsbeständig gegenüber Kraftstoff ist. Der Einsatz 38 hat ringförmiges Profil mit einem außen nach unten verlaufenden Ringflansch 60, der im Festsitz in einer stufenförmigen, zylindrischen Bohrung 34 an der oberen Innenseite der Oberseite 22 des Ventilgehäuses sitzt. Der Einsatz 36 hat weiter einen zentral angeordneten, nach oben verlaufenden zylindrischen Abschnitt oder Nacken 66, der im Preßsitz in der unteren Hälfte einer zylindrischen Blindbohrung bzw. eines Hohlraums 68 sitzt, welcher ebenfalls in der oberen Innenseite der Oberseite 22 des Ventilgehäuses gebildet ist und benachbart der Stufenbohrung 64 liegt. In der Oberseite des zylindrischen Abschnittes 66 des Einsatzes ist weiter ein Hohlraum oder Napf 70 gebildet, der in seinem Boden 72 vom Durchlaß 39 mittig durchstoßen wird und als Abscheider zum Abscheiden flüssigen Kraftstoffes dient, wie später genauer beschrieben werden wird.
Der Napf 70 im Einsatz bildet zusammen mit dem oberen Abschnitt 73 des Hohlraums 68 im Ventilgehäuse eine Expansionskammer 74 zur Aufnahme von Kraftstoffdampf, deren Decke 76 direkt oberhalb und gegenüber des Durchlasses 39 liegt. Der Napf hat eine im wesentlichen zylindrische Seitenwand 77 und bildet ungefähr die Hälfte des Volumens der Kammer 74. Ein horizontaler Dampfauslaßkanal 78 in der Oberseite des Ventilgehäuses verbindet die Kammer 74 von einem Punkt oberhalb des Napfes 70 mit dem Schlauchanschluß 26.
Das Gewicht des Schwimmers 34 mit dem Ventilglied 36 ist so, daß die Feder 32 bis zu dem Punkt verformt wird, an dem der Schwimmer auf dem Sitz 38 ruht, wenn der Pegel des Kraftstoffes, wie in Fig. 1 gezeigt, unterhalb des Schwimmers liegt. Der Auftrieb des Schwimmers 34 in der normalen, aufrechten Stellung ist etwas größer als sein Gewicht, so daß ein den Schwimmer erreichender Kraftstoffpegel den Schwimmer anhebt und möglicherweise den Durchlaß 39 mit dem Ventilglied 36 schließt, wie in Fig. 2 veranschaulicht ist, um zu verhindern, daß bei Überbefüllung Kraftstoff den kohlenstoffenthaltenden Behälter erreicht. Die Feder 32 übt dann eine zusätzliche Verschlußkraft auf. Die Feder 32 bewirkt ebenso eine Kraft auf das Ventilglied, um den Durchlaß 39 zu schließen, wenn der Schwimmer um einen merklichen Betrag, wie z. B. 90º, aus der aufrechten Stellung gekippt ist, was bei ernsthafter Schräglage oder Teilüberschlag des Fahrzeugs auftreten kann. Werden Schwimmer und Ventil umgedreht, was z. B. bei einem Fahrzeugüberschlag auftreten kann, ist der Auftrieb des Schwimmers sehr viel geringer als sein Gewicht, so daß das Ventil mit hoher Verschlußkraft geschlossen wird, um zu verhindern, daß flüssiger Kraftstoff aus dem Tank austreten kann.
Nachdem nun die Arbeitsweise des schwimmerbetätigten Ventilgliedes 36 beschrieben wurde, das Austreten von Kraftstoff aus dem Tank verhindert, wird nun die Ablaßfunktion erläutert, die verhindert, daß flüssiger Kraftstoff zum kohlenstoffenthaltenden Behälter gelangt. Immer wenn das Ventilglied 36 vom Schwimmer so bewegt wird, daß der Durchlaß 39 geöffnet wird, strömt über dem Flüssigkeitsspiegel im Tank entstehender Kraftstoffdampf aus dem Tank unter Druck durch die Öffnung. Der Kraftstoffdampf tritt in die Kammer 39 ein und etwaige mitgeführte Flüssigkeit muß auf die Decke 76 treffen und fließt zurück in den Napf 70, anstatt zusammen mit dem Dampf aus dem Dampfauslaßkanal 78 ausgeführt zu werden. Der Kanal 78 liegt rechtwinklig zur Kammer des Durchlasses 39, was es der Flüssigkeit weiter erschwert, in den Kanal einzutreten und zum kohlenstoffenthaltenden Behälter geführt zu werden. Der Napf ist entsprechend der relativ geringen Menge an Flüssigkeit, die durch den Durchlaß in einer typischen Ablaßzeitspanne gelangen kann, bemessen, und der unter Druck stehende Dampf kann durch die relativ kleine abgeschiedene Menge an Flüssigkeit im Napf treten, ohne die Flüssigkeit in den Dampfauslaßkanal 78 zu drücken. Ist der Druck im Tank abgebaut, fließt die im Napf 70 abgeschiedene Flüssigkeit zurück durch den Durchlaß 39 und vorbei am Ventilglied 36 in den Tank. Um diesen Rückfluß zu erleichtern, ist der Boden 70 des Napfes kegelförmig und mündet in den mittig angeordneten Durchlaß 39. Da der Dampfauslaßkanal 78 beim Aufbau der Flüssigkeitsabscheidekammer 78 keine Rolle spielt, kann er darüber hinaus wie gezeigt eine einfache zy lindrische Bohrung sein, wodurch er durch einen einfachen Stiftkern beim Guß des Ventilgehäuses 18 gebildet werden kann.
Die Erfindung wurde zur Veranschaulichung anhand einer Ausführungsform beschrieben, und die dabei verwendete Begriffswahl zielt natürlich auf den beschreibenden Gehalt der Wörter, nicht jedoch auf einen beschränkenden. Selbstverständlich können viele Abwandlungen und Ausbildungen der vorliegenden Erfindung vor dem Hintergrund obiger Lehre vorgenommen werden. Beispielsweise wurde die Erfindung in Form einer Ablaßventilvorrichtung gezeigt, bei der das Ventil von einem Schwimmer betätigt wird, das Ventil könnte aber auch schwerkraftbetätigt sein und auf ein Kippen des Tankes reagieren, um den Durchlaß zu schließen. Auch könnte das Ventil bei einer speziellen Kraftstofftankausbildung eines Motorfahrzeugs vollständig weggelassen werden. Deshalb kann im Rahmen der Ansprüche die Erfindung auch anders als gezeigt und beschrieben ausgeführt werden.

Claims

1. Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung, die im oberen Bereich eines Kraftstofftankes (10) für ein Kraftfahrzeug befestigbar ist und ein Gehäuse (16) mit einem Einlaßkanal (43, 49), welcher für flüssigen und dampfförmigen Kraftstoff öffenbar ist und einen im Gehäuse (16) befestigten Einsatz (38) mit einem normalerweise im wesentlichen senkrecht ausgerichteten Durchlaß (39) aufweist der einen Eintritt und einen darübergelegenen Austritt aufweist, welcher Einsatz (39) weiter einen sich um den Austritt des Durchlasses (39) erstreckenden Napf (70), und welches Gehäuse (16) einen mit dem Napf (70) zusammenwirkenden Hohlraum (68) aufweist, wodurch eine Expansionskammer (74) über dem Auslaß gebildet wird, welche geeignet ist, flüssigen Kraftstoff aus dem unter Druck durch den Durchlaß (39) strömenden Kraftstoffdampf abzuscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß

das Gehäuse (16) einen Dampfauslaßkanal (78) hat, der an eine Speichereinrichtung (14) für dampfförmigen Kraftstoff anschließbar ist,

der Hohlraum (68) des Gehäuses (16) mit dem Dampfauslaßkanal (78) verbunden ist und

der Einsatz (38) einen nach oben vorstehenden, zylindrischen Kragen (66) hat, der den Napf (70) enthält und in den Hohlraum (68) unterhalb des Dampfauslaßkanals (78) eingepreßt ist.

2. Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß

der den Napf (70) enthaltende, zylindrische Kragen (66) in einen unteren Abschnitt des Hohlraums (68) eingepreßt ist und

der Einsatz (38) einen nach unten verlaufenden, äußeren Ringflansch (60) aufweist, der im Festsitz in einer zylindrischen Stufenbohrung (64) im Gehäuse (16) unterhalb des Hohlraums (68) aufgenommen ist.

3. Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Dampfauslaßkanal (78) quer zum Durchlaß (39) verläuft und an einem Punkt oberhalb des Napfes (70) mit einer Seitenwand der Expansionskammer (74) verbunden ist.

4. Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Expansionskammer (74) über dem Napf (70) eine Öffnungslose Decke (76) hat, und daß der Napf (70) einen trichterförmigen Boden (72) hat.

5. Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung (10) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Napf (70) ungefähr die Hälfte der Expansionskammer (74) ausmacht.

6. Kraftstoffdampf-Ablaßvorrichtung (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchlaß (39) zum Napf (70) mittig ist.