EP0585527A1 - Vorrichtung zum vorübergehenden Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine - Google Patents

Vorrichtung zum vorübergehenden Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine Download PDF

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EP0585527A1
EP0585527A1 EP93107112A EP93107112A EP0585527A1 EP 0585527 A1 EP0585527 A1 EP 0585527A1 EP 93107112 A EP93107112 A EP 93107112A EP 93107112 A EP93107112 A EP 93107112A EP 0585527 A1 EP0585527 A1 EP 0585527A1
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EP
European Patent Office
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section
opening cross
valve
nozzle
valve seat
Prior art date
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EP93107112A
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French (fr)
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EP0585527B1 (de
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Andreas Sausner
Sebastian Zabeck
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Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F02M25/0809—Judging failure of purge control system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/08—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture adding fuel vapours drawn from engine fuel reservoir
    • F02M25/0836—Arrangement of valves controlling the admission of fuel vapour to an engine, e.g. valve being disposed between fuel tank or absorption canister and intake manifold

Definitions

  • the invention relates to a device for the temporary storage and metered feeding of volatile fuel components located in the free space of a tank system into the intake pipe of an internal combustion engine, comprising a vent line connecting the free space with the atmosphere, in which a storage chamber with an absorption element is arranged, as well as at least one the storage chamber with the intake pipe connecting line, which can be closed by an electromagnetically actuated valve, the valve having at least one inlet and at least one outlet opening and a valve seat being provided between the inlet and the outlet opening, which can be closed if necessary by a closing member .
  • Such a device is known from DE-PS 38 02 664.
  • An auxiliary valve with a control chamber which can be closed by a vacuum adjuster, is additionally arranged between the electromagnetically actuated valve and the intake pipe.
  • the auxiliary valve is immediately connected in series to the shut-off valve.
  • the auxiliary valve includes a vacuum adjuster, which is composed of a rubber-elastic actuating diaphragm and a compression spring, the auxiliary valve having a separate closing element, which rests on the one hand with a support collar on the actuating membrane and on the other hand on the compression spring.
  • a vacuum adjuster which is composed of a rubber-elastic actuating diaphragm and a compression spring, the auxiliary valve having a separate closing element, which rests on the one hand with a support collar on the actuating membrane and on the other hand on the compression spring.
  • the invention has for its object to develop a device of the type mentioned in such a way that there is a significantly simplified structure, that the device is cheaper to manufacture in terms of production technology and economy and that reliable and good performance characteristics result over a long period of use.
  • the line is closed exclusively by the electromagnetically actuated valve, that the valve seat forms the axial boundary of a tubular nozzle, that the nozzle has a first opening cross section in the region of the valve seat , which tapers in the flow direction immediately behind the valve seat to a second opening cross-section and that the second opening cross-section on the side facing away from the valve seat is widened in the region of the axial termination of the nozzle to a third opening cross-section which is larger than the first opening cross-section.
  • the nozzle which can have the shape of a Laval nozzle, on the one hand enables good disposal, ie regeneration of the absorption element, at high speeds in the partial and full load range.
  • a high mass flow of the volatile fuel components is fed to the fuel-air mixture of the mixture preparation and is conveyed together with this into the combustion chambers of the internal combustion engine.
  • the shape of the nozzle requires a comparatively high flow rate, so that there is only little flow resistance to the throughput. Due to the favorable design of the nozzle in terms of flow technology, the valve seat can have a comparatively small opening cross section, which requires low actuation forces of the valve.
  • this configuration benefits the regeneration of the absorption element in the area close to idling. Due to the comparatively small opening cross-section of the valve seat and the resulting comparatively low actuation forces of the valve, this can be kept in the closed position for a longer period of time when actuated, so that over-greasing of the fuel / air mixture can be reliably avoided despite regeneration of the absorption element in the idling range.
  • the connections for actuating the valve can be connected to a diagnostic block.
  • the diagnostic block which can form part of a map of an engine control, for example, controls the actuation of the valve and thus the volumetric flow of volatile fuel components into the intake pipe of the internal combustion engine depending on the respective load condition, depending on various input variables.
  • the electromagnetically actuated valve can, for example, be controlled in a clocked manner and, depending on the pulse duty factor, releases different dosing quantities.
  • the duty cycle is understood to mean the relationship between the period of the open valve and the total period, that is to say the period of the open and the closed valve.
  • the diagnostic block can be connected to a control instrument, for example. If one is exceeded arbitrarily
  • the defined threshold value which describes the difference between the setpoint value and the actual value of the mass flow that is being passed through, can be used by visual and / or acoustic signals to alert the operator of the internal combustion engine to functional errors.
  • the input signals of the diagnostic block can be formed, for example, by the position of the throttle valve, the speed of the internal combustion engine, various temperatures and pressures inside and outside the internal combustion engine and the exhaust gas composition. Additional input and output variables are also conceivable.
  • first and the second opening cross-section are of the same size, the properties of use deteriorate from a fluidic point of view.
  • the first opening cross section and the inlet opening can be arranged in a first plane and / or the third opening cross section can be arranged with the outlet opening in a second plane.
  • the differential pressure due to the almost fully open throttle valve is comparatively low, low flow losses are required in order to ensure good disposal of the absorption element.
  • the first opening cross section preferably has a diameter that is 2 to 8 times, preferably 4 times larger than the stroke of the closing member. A good passage of the volatile fuel constituents through the device is effected at the same time with the smallest possible travel, so that the dynamic range of the electromagnetically adjustable valve is particularly broadband.
  • FIG. 1 An overall overview is shown in FIG. 1, in which the individual parts used are shown in a schematic representation.
  • FIG. 2 shows the electromagnetically actuated valve from FIG. 1.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the flow of the volatile fuel components through the device is plotted against the differential pressure which corresponds to the different load ranges of the internal combustion engine.
  • the device shown in FIG. 1 comprises an internal combustion engine 4 with an intake pipe 3, a throttle valve 20, shown enlarged, being arranged within the intake pipe 3.
  • the air filter of the internal combustion engine 4 is provided with the reference number 19.
  • the mixture preparation system is not shown in this figure to simplify the structure. It can consist, for example, of a carburetor or an injection system, which can be controlled via the diagnostic block 21, which can form part of an engine control.
  • the electromagnetically actuated valve 10 is shown only schematically in FIG. 1 and in its outer contours. It has an outlet opening 12 and an inlet opening 11, which is connected via a line 9 to the absorption element 8 of the storage chamber 7.
  • the volatile fuel components from the free space 1 of the tank system 2 reach the storage chamber 7 via a ventilation line 6 and are absorbed by the absorption element 8, which is designed as an activated carbon filter.
  • the line is closed exclusively by the electromagnetically actuated valve 10, which means that a simple construction is required.
  • the volatile fuel components flow through the valve 10, which is dependent on the respective load state of the internal combustion engine is driven differently clocked.
  • the fuel components are drawn in by the negative pressure in the intake pipe 3 of the internal combustion engine 4.
  • the volatile fuel components are fed in in the flow direction 16 behind the throttle valve 20.
  • the diagnostic block 21 and the display instrument 22 serve to monitor and control the device according to the invention.
  • the passage of volatile fuel components into the internal combustion engine 4 is regulated depending on input variables, such as the position of the throttle valve 20, the speed of the internal combustion engine 4 and / or the exhaust gas composition.
  • a sensor can be provided to determine the volatile fuel constituents that have penetrated into the intake pipe, and is arranged in the area of the entry point behind the throttle valve 20.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the valve 10 from the device according to FIG. 1 as an individual part, enlarged in a section.
  • the valve 10 has an electric drive 23, which is connected in a signal-conducting manner to a diagnostic block, not shown here.
  • the drive 23 regulates the flow, depending on parameters entered in the diagnostic block.
  • the device can only be closed by the valve 10, a nozzle 14 being arranged within the housing 24 of the valve 10, which nozzle, starting from the valve seat 13, which forms a first opening cross section 15, flows in the flow direction 16 directly behind the valve seat 13 Opening cross section 17 tapers, the second opening cross section increasing conically in the direction of flow in the direction of the third opening cross section 18.
  • the cone angle, which the boundary wall of the nozzle 14 encloses with the axis of the nozzle 10, is 4 ° in this exemplary embodiment.
  • the second opening cross section 17 is in the axial direction from the valve seat 13 preferably arranged within the first third of the axial extent of the nozzle.
  • FIG. 3 shows a diagram in which the mass flow ⁇ is plotted on the ordinate and the pressure difference ⁇ p is plotted on the abscissa. At the intersection of the two axes, the flow ⁇ is zero, as is the differential pressure ⁇ p. Starting from the zero point of the abscissa to the right, the differential pressures of the negative pressure are shown during the intended use of the internal combustion engine 4.
  • the illustration is a schematic sketch to make the relationships between the respective configurations of the valves clear. Numerical values cannot be derived from the representations.
  • the abscissa to the right of the intersection of the two axes is divided into three areas 29, 30, 31, which symbolize the operating states of the internal combustion engine 4.
  • Area 29 is the no-load area
  • area 30 is the partial load area
  • area 31 is the full load area.
  • the characteristic curves of a valve which is designed similarly to the valve from FIG. 2, but has a nozzle with a cylindrical cross section, are designated by the reference numerals 24 and 25.
  • the characteristic curves of the valve 10 according to the invention shown in FIG. 2 have the reference numbers 26 and 27.
  • characteristic curve 28 The operating behavior of the prior art according to DE-PS 32 02 664 and DE-PS 41 00 659, which has an additional secondary valve seat in addition to the main valve seat, is described by characteristic curve 28.
  • a valve with a cylindrical nozzle has the disadvantages that it is only with a view to maximum disposal of the Absorption element can be operated in full load operation without idle regeneration, since with large opening cross-sections and fully open valve, as shown by characteristic curve 24, the fuel / air mixture would be over-rich in idle operation.
  • Characteristic curve 25 shows the smallest possible dosing quantity when the valve is actuated in cycles. It can be seen that the mass flow rate ⁇ in the idling range 29 is significantly larger in comparison to the characteristic curves 27 and 28, which indicates an undesirable over-greasing in idling.
  • the valve known from the prior art which consists of an auxiliary valve seat and a main valve seat, has a characteristic curve which is provided with reference number 28.
  • the valve can be almost closed by the vacuum adjuster in order to limit the mass flow ⁇ of volatile fuel components in the area between throttle valve 20 and internal combustion engine 4.
  • the comparatively complicated structure ensures, on the one hand, a sensitive metering of the volatile fuel components into the internal combustion engine in the area 29 close to idling, and on the other hand a comparatively high mass throughput ⁇ at part-load operation 30 and full load 31.
  • the valve 10 according to the invention has a mass flow rate in the fully open state (characteristic curve 26), which is only slightly below the mass flow rate of a cylindrical nozzle with a large opening cross section. Due to the reduced flow losses, the high mass throughput is maintained well into the full load range. With clocked activation of the valve for sensitive metering of the volatile fuel components in operation 29 near idling, the characteristic curve shown with reference number 27 is reached.
  • valve according to FIG. 2 which has a very simple construction and is economical to produce economically, achieves excellent usage properties both with regard to the maximum throughput when the valve is fully open and with sensitive metering in the region 29 close to idling can be.

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Abstract

Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen von im Freiraum (1) einer Tankanlage (2) befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr (3) einer Verbrennungskraftmaschine (4), umfassend eine den Freiraum (1) mit der Atmosphäre (5) verbindende Entlüftungsleitung (6), in der eine Speicherkammer (7) mit einem Absorptionselement (8) angeordnet ist, sowie zumindest eine die Speicherkammer (7) mit dem Ansaugrohr (3) verbindende Leitung (9), die durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil (10) verschließbar ist, wobei das Ventil (10) zumindest eine Einlaß- (11) und zumindest eine Auslaßöffnung (12) aufweist und wobei zwischen der Einlaß- (11) und der Auslaßöffnug (12) zumindest ein Ventilsitz (13) vorgesehen ist, der durch ein Schließglied bedarfsweise verschließbar ist. Die Leitung (9) ist ausschließlich durch das elektromagnetisch betätigbare Ventil (10) verschließbar, wobei der Ventilsitz (13) die axiale Begrenzung einer rohrförmigen Düse (14) bildet. Die Düse (14) weist im Bereich des Ventilsitzes (13) einen ersten Öffnungsquerschnitt (15) auf, der sich in Strömungsrichtung (16) unmittelbar hinter dem Ventilsitz (13) auf einen zweiten Öffnungsquerschnitt (17) verjüngt. Der zweite Öffnungsquerschnitt (17) ist auf der dem Ventilsitz (13) abgewandten Seite im Bereich des axialen Abschlusses der Düse (14) auf einen dritten Öffnungsquerschnitt (18) erweitert, der größer ist, als der erste Öffnungsquerschnitt (15). <IMAGE>

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine, den Freiraum mit der Atmosphäre verbindende Entlüftungsleitung, in der eine Speicherkammer mit einem Absorptionselement angeordnet ist, so wie zumindest eine die Speicherkammer mit dem Ansaugrohr verbindende Leitung, die durch eine elektromagnetisch betätigbares Ventil verschließbar ist, wobei das Ventil zumindest eine Einlaß- und zumindest eine Auslaßöffnung aufweist und wobei zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnung ein Ventilsitz vorgesehen ist, der durch ein Schließglied bedarfsweise verschließbar ist.
  • Eine solche Vorrichtung ist aus der DE-PS 38 02 664 bekannt. Zwischen dem elektromagnetisch betätigbaren Ventil und dem Ansaugrohr ist zusätzlich ein durch einen Unterdruckversteller verschließbares Hilfsventil mit einer Steuerkammer angeordnet. Um zu verhindern, daß bei niedrigen Betriebsdrehzahlen der Verbrennungskraftmaschine und/oder bei einem besonders hohen Sättigungsgrad des Absorptionselements, das bevorzugt als Aktivkohlefilter ausgebildet ist, eine Überfettung des von der Verbrennungskraftmaschine angesogenen Kraftstoff- Luftgemisches erfolgt, ist dem Sperrventil das Hilfsventil in Serie unmittelbar vorgeschaltet. Das Hilfsventil umfaßt einen Unterdruckversteller, der aus einer gummielastischen Stellmembran und einer Druckfeder zusammengesetzt ist, wobei das Hilfsventil ein separates Schließglied aufweist, das einerseits mit einem Stützbund an der Stellmembran und andererseits an der Druckfeder anliegt. Durch diese Ausgestaltung wird erreicht, daß bei niedriger Betriebsdrehzahl im leerlaufnahen Bereich die Durchlässigkeit flüchtiger Kraftstoffbestandteile durch die Vorrichtung vermindert wird, um eine Überfettung des Gemischs zu verhindern und daß bei hohen Betriebsdrehzahlen der Brennkraftmaschine und verringertem Differenzdruck eine große Gesamtdurchlässigkeit durch das Sperrventil gegeben ist. Dabei ist allerdings zu beachten, daß die vorbekannte Vorrichtung aus einer Vielzahl von Einzelteilen besteht, was in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht wenig befriedigen ist. Durch die Vielzahl der relativ zueinander beweglichen Einzelteile können außerdem während einer langen Gebrauchsdauer Betriebsstörungen auftreten, die zu einer Beeinträchtigung des Betriebsverhaltens der angeschlossenen Verbrennungskraftmaschine führen könnten.
  • Aus der DE-PS 41 00 659 geht die eben beschriebene Vorrichtung hervor, die zur Überwachung der Funktionsfähigkeit mit Sensoren versehen ist, die Istwerte an einen Diagnoseblock übermitteln, wobei der Diagnoseblock die Istwerte mit vorgegebenen Sollwerten vergleicht.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art derart weiterzuentwickeln, daß sich ein wesentlich vereinfachter Aufbau ergibt, daß die Vorrichtung in fertigungstechnischer und wirtschaftlicher Hinsicht günstiger herstellbar ist und daß sich zuverlässige und gute Gebrauchseigenschaften während einer langen Gebrauchsdauer ergeben.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Auf vorteilhafte Ausgestaltungen nehmen die Unteransprüche Bezug.
  • Zur Erzielung guter Gebrauchseigenschaften in Verbindung mit einem einfachen Aufbau der Vorrichtung ist es vorgesehen, daß die Leitung ausschließlich durch das elektromagnetisch betätigbare Ventil verschlossen ist, daß der Ventilsitz die axiale Begrenzung einer rohrförmigen Düse bildet, daß die Düse im Bereich des Ventilsitzes einen ersten Öffnungsquerschnitt aufweist, der sich in Strömungsrichtung unmittelbar hinter dem Ventilsitz auf einen zweiten Öffnungsquerschnitt verjüngt und daß der zweite Öffnungsquerschnitt auf der dem Ventilsitz abgewandten Seite im Bereich des axialen Abschlusses der Düse auf einen dritten Öffnungsquerschnitt erweitert ist, der größer ist als der erste Öffnungsquerschnitt. Die Düse, die die Form einer Laval-Düse haben kann, ermöglicht einerseits bei hohen Drehzahlen im Teil- und Vollastbereich eine gute Entsorgung, d. h. Regeneration des Absorptionselements. Ein hoher Massenstrom der flüchtigen Kraftstoffbestandteile wird dem Kraftstoff-Luftgemisch der Gemischaufbereitung zugeführt und gemeinsam mit diesem in die Brennräume der Verbrennungskraftmaschine gefördert. Die Form der Düse bedingt eine vergleichsweise große Strömungsgeschwindigkeit, so daß dem Durchsatz nur geringe Strömungswiderstände entgegenstehen. Durch die in strömungstechnischer Hinsicht günstige Ausgestaltung der Düse kann der Ventilsitz einen vergleichsweise geringen Öffnungsquerschnitt aufweisen, der geringe Betätigungskräfte des Ventils bedingt.
  • Diese Ausgestaltung kommt andererseits der Regeneration des Absorptionselements im leerlaufnahen Bereich zugute. Durch den vergleichsweise geringen Öffnungsquerschnitt des Ventilsitzes und die daraus resultierenden vergleichsweise geringen Betätigungskräfte des Ventils kann dieses bei getakteter Ansteuerung über eine längere Zeitdauer in Geschlossenstellung gehalten werden, so daß eine Überfettung des Kraftstoffluftgemischs trotz Regeneration des Absorptionselements im Bereich des Leerlaufs zuverlässig vermieden werden kann.
  • Demnach ergibt sich eine sehr gute Feindosierung der flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr bei großem Differenzdruck und niedriger Betriebsdrehzahl und ein hoher Durchfluß flüchtiger Kraftstoffbestandteile im Teil- und Vollastbereich.
  • Ähnlich wie im Stand der Technik nach der DE-PS 41 00 659 können die Anschlüsse zur Betätigung des Ventils mit einem Diagnoseblock verbunden sein. 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 Abhängigkelt von verschiedenen Eingangsgrößen die Betätigung des Ventils und damit den Volumenstrom flüchtiger Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr der Verbrennungskraftmaschine in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastzustand. Das elektromagnetisch betätigbare Ventil kann beispielsweise getaktet angesteuert werden und gibt, abhängig vom Tastverhältnis, unterschiedliche Dosiermengen frei. Unter dem Tastverhältnis wird der Zusammenhang zwischen der Periodendauer des geöffneten Ventils zur 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 Überschreitung eines willkürlich festgelegten Schwellwerts, der die Differenz aus Sollwert und Istwert des durchgesetzten Massenstroms beschreibt, können visuelle und/oder akustische Signale den Betreiber der Verbrennungskraftmaschine auf Funktionsfehler aufmerksam machen. Die Eingangssignale des Diagnoseblocks können beispielsweise durch die Stellung der Drosselklappe, die Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine, verschiedene Temperaturen und Drücke innerhalb und außerhalb der Verbrennungskraftmaschine und die Abgaszusammensetzung gebildet sein. Zusätzliche Ein- und Ausgangsgrößen sind ebenfalls denkbar.
  • Besonders vorteilhafte Gebrauchseigenschaften hinsichtlich einer guten Feindosierung bei Entsorgung der flüchtigen Kraftstoffbestandteile aus dem Absorptionselement im leerlaufnahen Bereich bei gleichzeitig hohem Durchsatz an flüchtigen Kraftstoffbestandteilen im Teil- und Vollastbetrieb stellen sich ein, wenn die Fläche des ersten Öffnungsquerschnitts 1,01 bis 2,5 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts, und wenn die Fläche des dritten Öffnungsquerschnitts 1,05 bis 4 mal größer ist als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts. Da es sich bei dem zweiten Öffnungsquerschnitt um die relativ engste Stelle des Düsenquerschnittes handelt, ist dieses Maß für die weiteren Abmessungen der Düse von entscheidender Bedeutung. Die Begrenzungswandung des Öffnungsquerschnitts, der sich in Strömungsrichtung kegelförmig erweitert, schließt mit der Symmetrieachse der Düse einen Winkel von 2 bis 8°, bevorzugt einen Winkel von 4° ein.
  • Sind der erste und der zweite Öffnungsquerschnitt gleich groß, stellen sich in strömungstechnischer Hinsicht verschlechterte Gebrauchseigenschaften ein.
  • Zur Verbesserung des Massenstroms flüchtiger Kraftstoffbestandteile im Teillast- und Vollastbereich der Verbrennungskraftmaschine können der erste Öffnungsquerschnitt und die Einlaßöffnung in einer ersten Ebene angeordnet sein und/oder der dritte Öffnungsquerschnitt kann mit der Auslaßöffnung in einer zweiten Ebene angeordnet sein. Insbesondere bei hohen Drehzahlen, wenn der Differenzdruck durch die annährend voll geöffnete Drosselklappe vergleichsweise gering ist, sind geringe Strömungsverluste gefordert, um eine gute Entsorgung des Absorptionselements zu gewährleisten.
  • Dieser Forderung trägt auch die Ausgestaltung Rechnung, wonach der erste Öffnungsquerschnitt, der zweite Öffnungsquerschnitt und der dritte Öffnungsquerschnitt ohne sprunghafte Querschnittsveränderungen der Düse kontinuierlich ineinander übergehend ausgebildet sind.
  • Der erste Öffnungsquerschnitt weist bevorzugt einen Durchmesser auf, der 2 bis 8 mal, bevorzugt 4 mal größer ist, als der Hub des Schließgliedes. Ein guter Durchtritt der flüchtigen Kraftstoffbestandteile durch die Vorrichtung wird bei gleichzeitig möglichst geringem Stellweg bewirkt, so daß der Dynamikbereich des elektromagnetisch verstellbaren Ventils besonders breitbandig ausfällt.
  • Ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird nachfolgend anhand der als Anlage beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
  • In Figur 1 ist eine Gesamtübersicht dargestellt, in der die zur Anwendung gelangenden Einzelteile in schematischer Darstellung gezeigt sind.
  • In Figur 2 ist das elektromagnetisch betätigbare Ventils aus Figur 1 gezeigt.
  • In Figur 3 ist ein Diagramm dargestellt, bei dem der Durchfluß der flüchtigen Kraftstoffbestandteile durch die Vorrichtung über dem Differenzdruck aufgetragen ist, der den verschiedenen Lastbereichen der Verbrennungskraftmaschine entspricht.
  • Die in Figur 1 dargestellte Vorrichtung umfaßt eine Verbrennungskraftmaschine 4 mit einem Ansaugrohr 3, wobei innerhalb des Ansaugrohrs 3 eine vergrößert dargestellte Drosselklappe 20 angeordnet ist. Der Luftfilter der Verbrennungskraftmaschine 4 ist mit der Bezugsziffer 19 versehen. Die Gemischaufbereitungsanlage ist zur Vereinfachung des Aufbaus in dieser Figur nicht dargestellt. Sie kann beispielsweise aus einem Vergaser oder einer Einspritzanlage bestehen, die über den Diagnoseblock 21, der einen Bestandteil einer Motorsteuerung bilden kann, ansteuerbar sind. Das elektromagnetisch betätigbare Ventil 10 ist in Figur 1 nur schematisch und in seinen äußeren Umrissen dargestellt. Es weist eine Auslaßöffnung 12 und eine Einlaßöffnung 11 auf, die über eine Leitung 9 mit dem Absorptionselement 8 der Speicherkammer 7 verbunden ist. Die flüchtigen Kraftstoffbestandteile aus dem Freiraum 1 der Tankanlage 2 gelangen über eine Entlüftungsleitung 6 in die Speicherkammer 7 und werden von dem Absorptionselement 8, das als Aktivkohlefilter ausgebildet ist, aufgenommen.
  • Die Leitung ist ausschließlich durch das elektromagnetisch betätigbare Ventil 10 verschlossen, wodurch ein einfacher Aufbau bedingt ist. Während der bestimmunsgemäßen Verwendung der Verbrennungskraftmaschine 4 durchströmen die flüchtigen Kraftstoffbestandteile das Ventil 10, das in Abhängigkeit vom jeweiligen Lastzustand der Verbrennungskraftmaschine unterschiedlich getaktet angesteuert wird. Die Kraftstoffbestandteile werden vom Unterdruck im Ansaugrohr 3 der Verbrennungskraftmaschine 4 angesaugt. Die Einspeisung der flüchtigen Kraftstoffbestandteile erfolgt in Strömungsrichtung 16 hinter der Drosselklappe 20. Der Diagnoseblock 21 und das Anzeigeinstrument 22 dienen der Überwachung und Kontrolle der erfindungsgemäßen Vorrichtung. In Abhängigkeit von Eingangsgrößen, wie beispielsweise der Stellung der Drosselklappe 20, der Drehzahl der Verbrennungskraftmaschine 4 und/oder der Abgaszusammensetzung, wird der Durchtritt flüchtiger Kraftstoffbestandteile in die Verbrennungskraftmaschine 4 geregelt. Zur Ermittlung der durchgesetzten flüchtigen Kraftstoffbestandteile in das Ansaugrohr kann ein Sensor vorgesehen sein, der im Bereich der Eintrittsstelle hinter der Drosselklappe 20 angeordnet ist.
  • In Figur 2 ist ein Ausführungsbeispiel des Ventils 10 aus der Vorrichtung gemäß Figur 1 als Einzelteil in einem Schnitt vergrößert dargestellt. Das Ventil 10 weist einen elektrischen Antrieb 23 auf, der signalleitend mit einem hier nicht dargestellten Diagnoseblock verbunden ist. Der Antrieb 23 regelt den Durchfluß, abhängig von in den Diagnoseblock eingegangenen Parametern. Die Vorrichtung ist ausschließlich durch das Ventil 10 verschließbar, wobei innerhalb des Gehäuses 24 des Ventils 10 eine Düse 14 angeordnet ist, die sich, ausgehend vom Ventilsitz 13, der einen ersten Öffnungsquerschnitt 15 bildet, in Strömungsrichtung 16 unmittelbar hinter dem Ventilsitz 13 auf einen zweiten Öffnungsquerschnitt 17 verjüngt, wobei der zweite Öffnungsquerschnitt in Strömungsrichtung kegelförmig in Richtung des dritten Öffnungsquerschnitts 18 zunimmt. Der Kegelwinkel, den die Begrenzungswandung der Düse 14 mit der Achse der Düse 10 einschließt, beträgt in diesem Ausführungsbeispiel 4°. Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung ist der zweite Öffnungsquerschnitt 17 in axialer Richtung vom Ventilsitz 13 ausgehend bevorzugt innerhalb des ersten Drittels der axialen Erstreckung der Düse angeordnet.
  • In Figur 3 ist ein Diagramm gezeigt, bei dem auf der Ordinate der Massendurchfluß ṁ und auf der Abszisse die Druckdiffe renz Δp aufgetragen ist. Im Schnittpunkt der beiden Achsen ist der Durchfluß ṁ ebenso wie der Differenzdruck Δp Null. Vom Null Punkt der Abszisse ausgehend nach rechts sind die Differenzdrücke des Unterdrucks währen der bestimmungsgemäßen Verwendung der Verbrennungskraftmaschine 4 dargestellt. Bei der Darstellung handelt es sich um eine schematische Skizze, um die Zusammenhänge zwischen den jeweiligen Ausgestaltungen der Ventile deutlich zu machen. Zahlenwerte lassen sich aus den Darstellungen nicht ableiten.
  • Die Abszisse rechts vom Schnittpunkt der beiden Achsen ist in drei Bereiche 29, 30, 31 unterteilt, die die Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine 4 symbolisieren. Bei Bereich 29 handelt es sich um den Leerlaufbereich, bei Bereich 30 um den Teillastbereich und bei Bereich 31 um den Vollastbereich. Die Kennlinien eines Ventils, das ähnlich wie das Ventil aus Figur 2 gestaltet ist, jedoch eine Düse mit zylindrischem Querschnitt aufweist sind mit den Bezugsziffern 24 und 25 bezeichnet. Die Kennlinien des in Figur 2 dargestellten, erfindungsgemäßen Ventils 10 weisen die Bezugsziffern 26 und 27 auf. Das Betriebsverhalten der aus dem Stand der Technik gemäß der DE-PS 32 02 664 und DE-PS 41 00 659, das neben dem Hauptventilsitz einen zusätzlichen Nebenventilsitz aufweist, ist durch die Kennlinie 28 beschrieben.
  • Ein Ventil mit zylindrischer Düse weist die Nachteile auf, daß es entweder nur im Hinblick auf eine maximale Entsorgung des Absorptionselements im Vollastbetrieb ohne Leerlaufregenerierung betrieben werden kann, da bei großen Öffnungsquerschnitten und voll geöffnetem Ventil, wie durch Kennlinie 24 dargestellt, im Leerlaufbetrieb eine Überfettung des Kraftstoffluftgemischs erfolgen würde. Durch Kennlinie 25 ist die geringstmögliche Dosiermenge bei getakteter Ansteuerung des Ventils dargestellt. Es ist zu erkennen, daß der Massendurchfluß ṁ im Leerlaufbereich 29 im Vergleich zu den Kennlinien 27 und 28 wesentlich größer ist, was eine unerwünschte Überfettung im Leerlauf anzeigt.
  • Hier nicht dargestellt besteht andererseits die Möglichkeit, die Öffnungsquerschnitte des Ventilsitzes bei zylindrischer Düse entsprechend kleiner auszulegen, so daß eine Leerlaufregenerierung erfolgen kann und der Massendurchfluß dann über der Druckdifferenz etwa entsprechend der Linie 27 verlaufen würde. Dies hat allerdings zum Nachteil, daß im Teillast und im Vollastbereich ein viel zu geringer Massendurchsatz durch die Vorrichtung erfolgen würde und das Absorptionselement in diesen Betriebszuständen 30, 31 nicht optimal regeneriert wird. Beide Ausgestaltungen des Ventils sind hinsichtlich ihrer Gebrauchseigenschaften wenig befriedigend.
  • Das aus dem Stand der Technik bekannte Ventil, das aus einem Hilfsventilsitz und einem Hauptventilsitz besteht, weist eine Kennlinie auf, die mit Bezugsziffer 28 versehen ist. Durch den Unterdruckversteller kann das Ventil nahezu verschlossen werden, um den Massendurchfluß ṁ flüchtiger Kraftstoffbestandteile in dem Bereich zwischen Drosselklappe 20 und Verbrennungskraftmaschine 4 zu begrenzen. Der vergleichsweise komplizierte Aufbau gewährt einerseits eine feinfühlige Dosierung der flüchtigen Kraftstoffbestandteile in die Verbrennungskraftmaschine im leerlaufnahen Bereich 29 und andererseits einen vergleichsweise hohen Massendurchsatz ṁ bei Teillastbetrieb 30 und Vollast 31.
  • Das erfindungsgemäße Ventil 10 weist aufgrund der vorteilhaft ausgestalteten Düse im voll geöffneten Zustand (Kennlinie 26) einen Massendurchsatz auf, der nur geringfügig unterhalb des Massendurchsatzes einer zylindrischen Düse mit großem Öffnungsquerschnitt liegt. Durch die verringerten Strömungsverluste bleibt der hohe Massendurchsatz bis weit in den Bereich des Vollastbetriebs erhalten. Bei getakteter Ansteuerung des Ventils zur feinfühligen Dosierung der flüchtigen Kraftstoffbestandteile im leerlaufnahen Betrieb 29 wird die mit Bezugsziffer 27 dargestellte Kennlinie erreicht.
  • Es ist zu erkennen, daß durch das Ventil gemäß Figur 2, das einen sehr einfachen Aufbau aufweist und in wirtschaftlicher Hinsicht kostengünstig herstellbar ist, ausgezeichnete Gebrauchseigenschaften sowohl im Hinblick auf den maximalen Durchsatz bei voll geöffnetem Ventil als auch bei feinfühliger Dosierung im leerlaufnahen Bereich 29 erzielt werden können.

Claims (9)

  1. Vorrichtung zum vorübergehenden Speichern und dosierten Einspeisen von im Freiraum einer Tankanlage befindlichen flüchtigen Kraftstoffbestandteilen in das Ansaugrohr einer Verbrennungskraftmaschine, umfassend eine den Freiraum mit der Atmosphäre verbindende Entlüftungsleitung, in der eine Speicherkammer mit einem Absorptionselement angeordnet ist, sowie zumindest eine die Speicherkammer mit dem Ansaugrohr verbindende Leitung, die durch ein elektromagnetisch betätigbares Ventil verschließbar ist, wobei das Ventil zumindest eine Einlaß- und zumindest eine Auslaßöffnung aufweist und wobei zwischen der Einlaß- und der Auslaßöffnug ein Ventilsitz vorgesehen ist, der durch ein Schließglied bedarfsweise verschließbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Leitung (9) ausschließlich durch das elektromagnetisch betätigbare (10) Ventil verschließbar ist, daß der Ventilsitz (13) eine axiale
    Begrenzung einer rohrförmigen Düse (14) bildet, daß die Düse (14) im Bereich des Ventilsitzes (13) einen ersten Öffnungsquerschnitt (15) aufweist, der sich in Strömungsrichtung (16) unmittelbar hinter dem Ventilsitz (13) auf einen zweiten Öffnungsquerschnitt (17) verjüngt und daß der zweite Öffnungsquerschnitt (17) auf der dem Ventilsitz (13) abgewandten Seite im Bereich des axialen Abschlusses der Düse (14) auf einen dritten Öffnungsquerschnitt (18) erweitert ist, der größer ist als der erste Öffnungsquerschnitt (15).
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Düse (14) einen im wesentlichen kreisförmigen Öffnungsquerschnitt aufweist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des ersten Öffnungsquerschnitts (15) 1,01 bis 2,5 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts (17).
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Fläche des dritten Öffnungsquerschnitts (18) 1,05 bis 4 mal größer ist, als die Fläche des zweiten Öffnungsquerschnitts (17).
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Länge der Düse (14) 4 bis 12 mal größer ist, als der Durchmesser des zweiten Öffnungsquerschnitts (17).
  6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Öffnungsquerschnitt (15) und die Einlaßöffnung (11) in einer ersten Ebene angeordnet sind.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der dritte Öffnungsquerschnitt (18) und die Auslaßöffnung (12) in einer zweiten Ebene angeordnet sind.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Öffnungsquerschnitt (15), der zweite Öffnungsquerschnitt (17) und der dritte Öffnungsquerschnitt (18) ohne sprunghafte Querschnittsveränderungen der Düse (14) kontinuierlich ineinander übergehend ausgebildet sind.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Öffnungsquerschnitt (15) einen Durchmesser aufweist, der 2 bis 8 mal größer ist, als der Hub des Ventils (10).
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