EP2082126A1 - Ventileinrichtung zum dosierten zumessen eines strömenden mediums - Google Patents

Ventileinrichtung zum dosierten zumessen eines strömenden mediums

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EP2082126A1
EP2082126A1 EP07803490A EP07803490A EP2082126A1 EP 2082126 A1 EP2082126 A1 EP 2082126A1 EP 07803490 A EP07803490 A EP 07803490A EP 07803490 A EP07803490 A EP 07803490A EP 2082126 A1 EP2082126 A1 EP 2082126A1
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EP
European Patent Office
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valve
housing
pot
valve device
opening
Prior art date
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EP07803490A
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English (en)
French (fr)
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EP2082126B1 (de
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Wolfgang Schulz
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Application granted granted Critical
Publication of EP2082126B1 publication Critical patent/EP2082126B1/de
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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
    • F02M25/0836—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
    • 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
    • F02M2025/0845—Electromagnetic valves

Definitions

  • Valve device for the metered metering of a flowing medium
  • the invention is based on a valve device for the metered metering of a flowing medium, in particular of a tank venting valve for an internal combustion engine, according to the preamble of claim 1.
  • a known valve device for tank ventilation in motor vehicles (DE 198 10 212 A1) has a housing with an inflow and an outflow.
  • an electromagnet is arranged with an armature engaging on a closing body.
  • the closing body closes when energized electromagnet a valve disposed between the inflow and outflow, surrounded by a valve seat valve and releases it with energized electromagnet continuously free by pushing through the stroke of the armature formed in the closing body fürgangsöffhung continuously over the valve opening.
  • a more or less large cross section of the fürgangsöffhung is pushed over the valve opening and so set the size of the flowing into the outlet, with volatilized fuel laden air flow.
  • the closing force for the closing body is applied by a leaf spring which is fastened on the one hand to the armature of the electromagnet and on the other hand to the closing body.
  • the valve seat is formed on the projecting into the interior of the housing outflow.
  • a likewise known tank venting valve with an electromagnet (US Pat. No. 5,727,532) has a housing with a valve inlet and a valve outlet. At the valve outlet, a valve seat body is arranged, in which a valve opening and a valve seat surrounding the valve seat are formed.
  • the magnet armature of the electromagnet carries a valve member cooperating with the valve seat and is acted upon by a valve closing spring which presses the valve member onto the valve seat when the electromagnet is de-energized.
  • the valve member lifts off from the valve seat, wherein the stroke of the valve member can be adjusted by the magnitude of the energization of the electromagnet.
  • the valve member is formed as a shaped body which rests with an annular flange on the valve seat and protrudes with a rounded member tip through the valve opening.
  • the limb tip has a tapering towards the free end, conical and an adjoining, cylindrical area, which rests in the valve opening when the valve is closed. If the solenoid is energized, the annular flange is lifted from the valve seat and medium can flow through the present between the cylindrical portion of the member tip and the edge of the valve opening annular gap. If the electromagnet is charged with an even larger exciting current, then the stroke of the
  • Valve member the cylindrical portion of the limb tip emerges from the valve opening and through the valve opening passing through the conical portion of the limb tip, the width of the annular gap is continuously increased until the limb tip is completely out of the valve opening and the maximum cross section of the valve opening the flowing medium to Available.
  • valve device with the features of claim 1 has the advantage that - unlike the known valve devices - the metering of the medium no longer takes place simultaneously on the sealing seat, but sealing seat and metering are spatially separated from each other and controlled by the common valve member. This allows a much more accurate and finely metered metering of the effluent via the valve outlet medium are made; because of the separate formation of valve opening and orifice a much larger stroke can be exploited to open the Zumessqueritess.
  • the small amounts of purge air laden with volatilized fuel fed to the combustion process can be metered in much more accurately, which has an advantageous effect on the exhaust gas values of the internal combustion engine.
  • Ventilhubver optimized characterized in that the metering orifice has a contour corresponding to the longitudinal section of a hopper, so that the metering orifice itself from an upper Rectangular area, a continuously adjoining, middle, isosceles trapezoidal area with pointing to the valve seat smaller baseline and a continuously adjoining lower rectangular area whose width is determined by the smaller baseline of the trapezoidal area.
  • the contour of the orifice can be varied for different applications, so that an optimization of the metering of the flowing medium is possible without any problems.
  • valve seat with enclosed valve opening and the orifice is formed in a separate, hollow cylindrical valve body, which is inserted into a housing having the valve inlet and outlet.
  • the cylinder portion located downstream of the valve seat and containing the metering opening is preferably designed as a guide for the valve member.
  • a coil carrier of the valve member actuating electromagnet is integrally formed on the valve body. This reduces the number of components that must be joined during assembly.
  • the housing of the valve device is formed in two parts and the valve body inserted into the valve body is axially clamped during joining of the two housing parts.
  • the valve seat with enclosed valve opening and the orifice and a valve member guide in the valve housing itself is formed.
  • the housing made of plastic is made in two parts with a housing pot and a housing cover. To achieve a cost-effective construction of the housing pot is made in the thin-wall spraying process, wherein a thin-walled guide sleeve for the magnet armature is molded with.
  • FIG. 1 shows a longitudinal section of a valve device for the metered metering of a flowing
  • FIG. 3 is a plan view of a screen on the valve body in Fig. 2,
  • FIG. 4 is a similar view as in Fig. 2 of a modified valve body
  • FIG. 5 shows a longitudinal section of a valve device according to a further embodiment
  • the valve device shown in FIG. 1 for the metered metering of a flowing medium is used by way of example in a tank ventilation system for motor vehicles in which volatilized fuel from the fuel tank is stored in an activated charcoal filter and the activated carbon filter is rinsed by sucked fresh air, the laden with volatilized fuel Purge air is supplied via the valve device in metered quantities to the combustion process of the internal combustion engine of the motor vehicle.
  • a tank ventilation system is described, for example, in US Pat. No. 5,727,532.
  • the valve device also called a tank venting valve when used in the mentioned tank venting system, has a two-part housing 11 which has a housing base body 12 and a housing base 12 placed on the housing base body 12 and clipped or welded thereto.
  • a valve inlet 14 and a valve outlet 15 is formed, the valve inlet 14 upstream of an inlet nozzle 16 and the outlet 15 is arranged downstream of an outlet 17.
  • Inlet and outlet pipe 16, 17 are integrally formed on the housing base body 12.
  • a hollow cylindrical valve body 18 is inserted so that its body axis is aligned with the axes of valve inlet 14 and inlet port 16.
  • the valve body 18 is inserted in a form-fitting manner with an end section 181 facing the valve inlet 14 into a recess 19 which is formed in the bottom of the housing base body 12 and coaxial with the valve inlet 14.
  • an electromagnet 20 is received, which when closed Housing 11, so locked together or welded housing base body 12 and housing cap 13, between the housing cap 13 and the housing base body 12 is axially clamped.
  • the electromagnet 20 has a magnet pot 21, a hollow magnet core 22 immersed centrally in the magnet pot 21 with a magnetic yoke 221 integrally formed thereon, closing the pot opening of the magnet pot 21, a coil carrier 23 concentrically surrounding the magnet core 22 with magnet or exciter coil 24 wound thereon and a magnet armature 25.
  • the armature 25, which passes through a passage opening 45 in the bottom of the cup of the magnet pot 21, performs the function of a valve member 26 and is acted upon by a valve closing spring 27, which is received in the hollow magnet core 22.
  • the valve member 26 may be a rigidly connected to the armature 25 separate component. In this case, the armature 25 has the function of the valve member drive.
  • the magnet armature 25 can partially submerge in the hollow magnetic core 22.
  • an annular ridge 28 is formed on the outer surface facing the bottom of the housing base body 12, which forms a positive receptacle for the end of the valve body 18 facing the electromagnet 20.
  • valve seat 29 is formed which encloses a valve opening 14 coaxial with the valve opening 30.
  • Valve seat 29 and valve member 26 cooperate to close and release the valve opening 30 and form a sealing seat when energized electromagnet 20.
  • a sealing ring 31 is attached to the valve seat 29 facing the front edge of the valve member 26.
  • the sealing ring 31 is pressed by the spring force of the valve closing spring 27 on the valve seat 29.
  • the valve closing spring 27 is supported on the one hand on the side facing away from the sealing ring 31 back of the valve member 26 and on the other hand on an adjusting element 32, which is screwed in the hollow magnetic core 22.
  • the closing force of the valve closing spring 27 can be adjusted by more or less strong screwing of the adjusting element 32 into the magnetic core 22.
  • an orifice 33 is further formed downstream of the valve seat 29, in the direction to the valve outlet 15 facing cylinder wall of the valve body 18, so that the axis of the orifice 33 is aligned perpendicular to the axis of the valve opening 30.
  • the metering orifice 33 is closed by the valve member 26 and the valve seat 29 when the electromagnet 20 is de-energized and the sealing seat 27 produced by the valve closing spring 27 is released when the electromagnet 20 is energized in a circumference dependent on the stroke of the valve member 26.
  • the metering opening 33 containing, downstream of the valve seat 29th lying cylinder portion 182 of the valve body 18 at the same time forms a guide for the valve member 26th
  • the metering 33 has a contour 34 adapted to the application, which ensures that the volume of the medium flowing through the metering opening 33 per unit of time follows a desired function of the stroke of the valve member 26.
  • An example of a contour 34 is shown in FIGS. 2 and 4. However, this contour 34 can be varied as desired to obtain a desired over the stroke of the valve member 26 changing the Zumessquerrough the orifice. In the exemplary embodiment of FIGS.
  • the metering opening 33 has a contour 34 similar to the circumferential edge of the longitudinal section of a hopper, so that the metering opening 33 has an upper rectangular area 35, a central, isosceles trapezoidal area 36 which adjoins it steplessly and whose smaller base line is the valve seat 29 is facing, and has a continuously adjoining the trapezoidal region 36, lower rectangular area 37, wherein the lower rectangular area 37 is the valve seat 29 closest.
  • the width of the upper rectangle area 35 is determined by the larger baseline of the trapezoidal area 36 and the width of the lower rectangle area 37 by the size of the smaller baseline of the trapezoidal area 36.
  • the electromagnet 20 is energized only slightly, for example, with a duty cycle of the excitation current of 10%, so despite a settling at the valve seat 29 large flow cross section in the Zumessöffhung 33 only a small passage cross-section in the lower rectangular area 37 released and thereby strongly throttled the medium flow, so that the smallest amount of medium flowing through the metering opening 33 can be metered very finely, independently of the opening cross section on the valve seat 29.
  • the passage cross-section released by the orifice 33 is increasingly increased, depending on the stroke of the valve member 26, until e.g. at a duty cycle of 50% of the excitation current at the electromagnet 20, the metering opening 33 is completely released from the valve member 26.
  • a screen 38 which functions as a dirt particle filter is arranged, which is fixedly connected to the valve body 18.
  • Fig. 3 is the
  • the screen 38 may be welded, for example, to the front end of the valve body 18 immersed in the recess 19 in the housing base body 12.
  • the modified valve body 18 'shown in FIG. 4 differs from the valve body 18 described with reference to FIG. 2 only in that the coil carrier 23 of the electromagnet 20 is integrally formed integrally with the valve body 18'.
  • the molded-on magnetic cup 28 annular ridge 28 in Fig. 1 so that on the one hand cheaper the production of the magnetic pot 21 and on the other hand, the assembly of the valve device by eliminating the separate coil carrier 23 is simplified.
  • valve device differs from the embodiment described above only in that has been dispensed with a separate, to be used in the housing 39 valve body 18 and valve seat 29 with enclosed valve opening 30 and orifice 33 in the housing 39 itself are formed.
  • a guide for the armature 25 is provided with valve member 26 in the housing 39, which extends in the form of a very thin-walled guide sleeve 40 in the hollow magnetic core 22 in part.
  • the wall thickness of the guide sleeve 40 is dimensioned between 0.2 to 0.3 mm in order to keep the required magnetic force for the armature actuation and thus the size of the electromagnet 20 small.
  • the housing 39 made of plastic is in turn designed in two parts and has a housing pot 41 and the opening of the housing pot 41 final housing cover 42.
  • the housing pot 41 has two graduated in diameter pot sections 411, 412. In the larger diameter pot portion 411 of the solenoid 20 is received and formed in the smaller diameter pot portion 412 of the valve seat 29 with valve opening 30 and the metering orifice 33 in the manner described above. At the smaller diameter pot portion 412 coaxial with the valve seat 29 of the inlet nozzle 16 and coaxially with the orifice 33 of the outlet 17 is formed.
  • the pot wall of the smaller diameter pot portion 412 forms a lower part of the guide for the armature 25, which in turn acts as a valve member 26 which is pressed in the closed state of the valve means under the action of the valve closing spring 27 with the sealing ring 31 on the valve seat 29.
  • the guide sleeve 40 which forms the upper part of the magnetic armature guide, is formed in one piece on the transition shoulder between the larger diameter and smaller diameter pot portion 411, 412 in alignment with the cylinder wall of the smaller diameter pot portion 412.
  • the housing pot 41 is manufactured by means of thin-wall spraying. The thin wall spraying is used to make the thin-walled guide sleeve 40 with the housing pot 41 in one piece.
  • the thin-walledness of the guide sleeve 40 is required so that a relatively small magnetic force is sufficient for actuating the armature and thus the electromagnet 20 can be kept small in size.
  • the holder for the adjusting element 32 for adjusting the spring force of the valve closing spring 27 is an integrally formed on the housing cover 42, hollow pin 43 which projects into the central magnetic core 22. In the end wall of the hollow pin 43, a screw thread 44 is introduced, in which the adjusting element 32 can be screwed with an external thread.

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Description

Beschreibung
Titel
Ventileinrichtung zum dosierten Zumessen eines strömenden Mediums
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einer Ventileinrichtung zum dosierten Zumessen eines strömenden Mediums, insbesondere von einem Tankentlüftungsventil für eine Brennkraftmaschine, nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Eine bekannte Ventileinrichtung zur Tankentlüftung in Kraftfahrzeugen (DE 198 10 212 A1) weist ein Gehäuse mit einem Zustrom- und einem Abstromstutzen auf. Im Gehäuse ist ein Elektromagnet mit einem an einem Schließkörper angreifenden Magnetanker angeordnet. Der Schließkörper schließt bei unbestromtem Elektromagneten eine zwischen den Zustrom- und Abstromstutzen angeordnete, von einem Ventilsitz umgebene Ventilöffhung und gibt diese bei bestromtem Elektromagneten kontinuierlich frei, indem sich durch den Hub des Magnetankers eine im Schließkörper ausgebildete Durchgangsöffhung kontinuierlich über die Ventilöffnung schiebt. Je nach Größe der Bestromung des Elektromagneten wird ein mehr oder weniger großer Querschnitt der Durchgangsöffhung über die Ventilöffhung geschoben und so die Größe des in den Auslassstutzen strömenden, mit verflüchtigtem Kraftstoff beladenen Luftstroms eingestellt. Die Schließkraft für den Schließkörper wird von einer Blattfeder aufgebracht, die einerseits am Anker des Elektromagneten und andererseits am Schließkörper befestigt ist. Der Ventilsitz ist an dem in das Innere des Gehäuses hineinragenden Ausströmstutzen ausgebildet.
Ein ebenfalls bekanntes Tankentlüftungsventil mit einem Elektromagneten (US 5 727 532) weist ein Gehäuse mit einem Ventilein- und einem Ventilauslass auf. Am Ventilauslass ist ein Ventilsitzkörper angeordnet, in dem eine Ventilöffnung und ein die Ventilöffhung umgebender Ventilsitz ausgebildet sind. Der Magnetanker des Elektromagneten trägt ein mit dem Ventilsitz zusammenwirkendes Ventilglied und ist von einer Ventilschließfeder beaufschlagt, die bei unbestromtem Elektromagneten das Ventilglied auf den Ventilsitz aufpresst. Bei Bestromung des Elektromagneten hebt das Ventilglied vom Ventilsitz ab, wobei der Hub des Ventilglieds durch die Größe der Bestromung des Elektromagneten eingestellt werden kann. Das Ventilglied ist als Formkörper ausgebildet, der mit einem Ringflansch auf dem Ventilsitz aufliegt und mit einer abgerundeten Gliedspitze durch die Ventilöffhung hindurchragt. Die Gliedspitze hat einen zum freien Ende hin sich verjüngenden, konischen und einen sich daran anschließenden, zylindrischen Bereich, der bei geschlossenem Ventil in der Ventilöffhung einliegt. Wird der Elektromagnet bestromt, so wird der Ringflansch vom Ventilsitz abgehoben und Medium kann durch den zwischen dem zylindrischen Bereich der Gliedspitze und dem Rand der Ventilöffhung vorhandenen Ringspalt hindurchströmen. Wird der Elektromagnet mit einem noch größeren Erregerstrom beaufschlagt, so wächst der Hub des
Ventilglieds, der zylindrische Bereich der Gliedspitze taucht aus der Ventilöffnung aus und durch den durch die Ventilöffhung hindurchtretenden konische Bereich der Gliedspitze wird die Breite des Ringspalts stetig vergrößert, bis die Gliedspitze ganz aus der Ventilöffhung ausgetaucht ist und der maximale Querschnitt der Ventilöffhung dem strömenden Medium zur Verfügung steht.
Offenbarung der Erfindung
Die erfindungsgemäße Ventileinrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, dass - anders als bei den bekannten Ventileinrichtungen - die Zumessung des Mediums nicht mehr zugleich über den Dichtsitz erfolgt, sondern Dichtsitz und Zumessung voneinander räumlich getrennt sind und von dem gemeinsamen Ventilglied gesteuert werden. Dadurch kann eine sehr viel exaktere und feiner dosierte Zumessung des über den Ventilauslass abströmenden Mediums vorgenommen werden; denn wegen der getrennten Ausbildung von Ventilöffhung und Zumessöffnung kann ein sehr viel größerer Hubweg zum Öffnen des Zumessquerschnitts ausgenutzt werden. Somit können im Leerlauf einer Brennkraftmaschine, die dem Verbrennungsprozess zugeführten Kleinstmengen an mit verflüchtigtem Kraftstoff beladener Spülluft sehr viel genauer dosiert werden, was sich auf die Abgaswerte der Brennkraftmaschine vorteilhaft auswirkt. Während bei den bekannten Ventileinrichtungen beispielsweise durch einen Hub des Ventilglieds um 0,1mm vom Ventilsitz sofort ein großer Strömungsquerschnitt freigegeben wird, was eine schlechte Kleinstmengenzumessung zur Folge hat, wird mit der erfindungsgemäßen Ventileinrichtung bei gleichem Hub der Mediumstrom über die Zumessöffnung abgedrosselt. Die Kleinstmengen sind somit sehr viel genauer dosierbar. Dieser Effekt kann noch verstärkt werden, wenn gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Zumessöffnung eine entsprechende Kontur erhält, durch welche über den Hubweg des Ventilglieds ein linear oder expotentiell anwachsender Querschnitt der Zumessöffnung als Durchströmquerschnitt freigegeben wird.
Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Anspruch 1 angegebenen Ventileinrichtung möglich.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung wird die angestrebte
Ventilhubvergrößerung dadurch optimiert, dass die Zumessöffnung eine dem Längsschnitt eines Einfülltrichters entsprechende Kontur aufweist, so dass die Zumessöffnung sich aus einem oberen Rechteckbereich, einem sich daran stufenlos anschließenden, mittleren, gleichschenkligen Trapezbereich mit zum Ventilsitz weisender kleinerer Grundlinie und einem sich daran stufenlos anschließenden unteren Rechteckbereich zusammensetzt, dessen Breite durch die kleinere Grundlinie des Trapezbereichs festgelegt ist. Die Kontur der Zumessöffnung ist für unterschiedliche Anwendungsfälle variierbar, so dass problemlos eine Optimierung der Zumessung des strömenden Mediums möglich ist.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilsitz mit umschlossener Ventilöffnung und die Zumessöffnung in einem separaten, hohlzylindrischen Ventilkörper ausgebildet, der in ein den Ventilein- und Ventilauslass aufweisendes Gehäuse eingesetzt ist. Der stromabwärts des Ventilsitzes liegende, die Zumessöffnung enthaltene Zylinderabschnitt ist vorzugsweise als Führung für das Ventilglied ausgebildet. Dies hat einen fertigungstechnischen Vorteil, da Ventilsitz und Zumessöffnung in ihrer räumlichen Relation sehr präzise hergestellt werden können und der so vorgefertigte Ventilsitzkörper einfach in das Gehäuse montiert werden kann.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Spulenträger des das Ventilglied betätigenden Elektromagneten einstückig an dem Ventilkörper angeformt. Dadurch verringert sich die Zahl der Baukomponenten, die bei der Montage gefügt werden müssen.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Gehäuse der Ventileinrichtung zweiteilig ausgebildet und der in das Ventilgehäuse eingesetzte Ventilkörper wird beim Fügen der beiden Gehäuseteile axial eingespannt. Dadurch wird die Montage der Ventileinrichtung sehr einfach und kostengünstig gestaltet.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist der Ventilsitz mit eingeschlossener Ventilöffnung und die Zumessöffnung sowie eine Ventilgliedführung im Ventilgehäuse selbst ausgebildet. Dies hat den Vorteil, dass sich die Montage der Ventileinrichtung nur noch auf das Einsetzen des Elektromagneten mit dem das Ventilglied bildenden Magnetanker vereinfacht. Das aus Kunststoff hergestellte Gehäuse ist zweiteilig mit einem Gehäusetopf und einem Gehäusedeckel ausgeführt. Zur Erzielung einer kostengünstigen Konstruktion ist der Gehäusetopf im Dünnwand- Spritzverfahren hergestellt, wobei eine dünnwandige Führungshülse für den Magnetanker mit angespritzt wird. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausfuhrungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 einen Längsschnitt einer Ventileinrichtung zum dosierten Zumessen eines strömenden
Mediums, Fig. 2 einen Längsschnitt eines Ventilkörpers in der Ventileinrichtung in Fig. 1, gegenüber der
Darstellung in Fig. 1 um 90° um die Ventilkörperachse gedreht und vergrößert dargestellt, Fig. 3 eine Draufsicht eines Siebs am Ventilkörper in Fig. 2,
Fig. 4 eine gleiche Darstellung wie in Fig. 2 eines modifizierten Ventilkörpers,
Fig. 5 einen Längsschnitt einer Ventileinrichtung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel
Die in Fig. 1 im Längsschnitt dargestellte Ventileinrichtung zum dosierten Zumessen eines strömenden Mediums wird beispielhaft in einem Tankentlüftungssystem für Kraftfahrzeuge eingesetzt, bei dem aus dem Kraftstofftank verflüchtigter Kraftstoff in einem Aktivkohlefilter gespeichert und der Aktivkohlefilter mittels durchgesaugter Frischluft gespült wird, wobei die mit verflüchtigtem Kraftstoff beladene Spülluft über die Ventileinrichtung in dosierten Mengen dem Verbrennungsprozess der Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs zugeführt wird. Ein solches Tankentlüftungssystem ist beispielsweise in der US 5 727 532 beschrieben. Die Ventileinrichtung, bei ihrem Einsatz in dem angesprochenen Tankentlüftungssystem auch Tankentlüftungsventil genannt, weist ein zweiteiliges Gehäuses 11 auf, das aus einem Gehäusegrundkörper 12 und einer auf den Gehäusegrundkörper 12 aufgesetzten und mit diesem verklippsten oder verschweißten Gehäusekappe 13 aufweist. Im Gehäusegrundkörper 12 ist ein Ventileinlass 14 und ein Ventilauslass 15 ausgebildet, wobei dem Ventileinlass 14 ein Einlassstutzen 16 vorgeordnet und dem Ventilauslass 15 ein Auslassstutzen 17 nachgeordnet ist. Ein- und Auslassstutzen 16, 17 sind einstückig an dem Gehäusegrundkörper 12 angeformt. Beim Einsatz der Ventileinrichtung in einem Tankentlüftungssystem ist auf den Einlassstutzen 16 eine vom Aktivkohlefilter kommende Anschlussleitung und auf den Auslassstutzen 17 eine zum Ansaugsystem der Brennkraftmaschine führende Anschlussleitung aufgeschoben. Gehäusegrundkörper 12 und Gehäusekappe 13 sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
In den Gehäusegrundkörper 12 ist ein hohlzylindrischer Ventilkörper 18 so eingesetzt, dass seine Körperachse mit den Achsen von Ventileinlass 14 und Einlassstutzen 16 fluchtet. Dabei ist der Ventilkörper 18 mit einem zum Ventileinlass 14 weisenden Endabschnitt 181 in eine im Boden des Gehäusegrundkörpers 12 ausgebildete, zum Ventileinlass 14 koaxiale Ausnehmung 19 formschlüssig eingesteckt. In der Gehäusekappe 13 ist ein Elektromagnet 20 aufgenommen, der bei geschlossenem Gehäuse 11, also miteinander verrasteten oder verschweißten Gehäusegrundkörper 12 und Gehäusekappe 13, zwischen der Gehäusekappe 13 und dem Gehäusegrundkörper 12 axial eingespannt ist. Der Elektromagnet 20 weist einen Magnettopf 21, einen in dem Magnettopf 21 zentral eintauchenden, hohlen Magnetkern 22 mit einem daran einstückig angeformten, die Topföffnung des Magnettopfes 21 verschließenden Magnetjoch 221, einen den Magnetkern 22 konzentrisch umgebenden Spulenträger 23 mit darauf aufgewickelter Magnet- oder Erregerspule 24 und einen Magnetanker 25 auf. Der durch eine Durchgangsöffnung 45 im Topfboden des Magnettopfes 21 hindurchtretende Magnetanker 25 übernimmt die Funktion eines Ventilglieds 26 und ist von einer Ventilschließfeder 27 beaufschlagt, die im hohlen Magnetkern 22 aufgenommen ist. Alternativ kann das Ventilglied 26 auch ein mit dem Magnetanker 25 starr verbundenes separates Bauteil sein. In diesem Fall hat der Magnetanker 25 die Funktion des Ventilgliedantriebs. Bei bestromtem Elektromagneten 20 vermag der Magnetanker 25 teilweise in den hohlen Magnetkern 22 einzutauchen. Am Magnettopf 21 ist auf dessen zum Boden des Gehäusegrundkörpers 12 weisender Außenfläche ein Ringsteg 28 ausgebildet, der eine formschlüssige Aufnahme für das dem Elektromagneten 20 zugekehrte Ende des Ventilkörpers 18 bildet. Bei zusammengesetztem Gehäuse 11 ist somit der Ventilkörper 18 über den Magnettopf 21 zwischen Gehäusegrundkörper 12 und Gehäusekappe 13 axial und radial unverschieblich gehalten.
Am Ventilkörper 18 ist ein Ventilsitz 29 ausgebildet, der eine mit den Ventileinlass 14 koaxiale Ventilöffnung 30 umschließt. Ventilsitz 29 und Ventilglied 26 wirken zum Schließen und Freigeben der Ventilöffnung 30 zusammen und bilden bei unbestromtem Elektromagneten 20 einen Dichtsitz. Für eine verbesserte Abdichtung ist an der dem Ventilsitz 29 zugekehrten Vorderflanke des Ventilglieds 26 noch ein Dichtring 31 befestigt. Bei unbestromtem Elektromagneten 20 wird der Dichtring 31 von der Federkraft der Ventilschließfeder 27 auf den Ventilsitz 29 aufgepresst. Die Ventilschließfeder 27 stützt sich einerseits auf der vom Dichtring 31 abgekehrten Rückseite des Ventilglieds 26 und andererseits an einem Justierelement 32 ab, das im hohlen Magnetkern 22 verschraubbar ist. Die Schließkraft der Ventilschließfeder 27 lässt sich durch mehr oder weniger starkes Eindrehen des Justierelements 32 in den Magnetkern 22 hinein einstellen.
Im Ventilkörper 18 ist weiterhin stromabwärts des Ventilsitzes 29 eine Zumessöffnung 33 ausgeformt, und zwar in der zum Ventilauslass 15 weisenden Zylinderwand des Ventilköpers 18, so dass die Achse der Zumessöffnung 33 rechtwinklig zur Achse der Ventilöffnung 30 ausgerichtet ist. Die Zumessöffnung 33 ist bei unbestromtem Elektromagneten 20 und dem dadurch von der Ventilschließfeder 27 hergestellten Dichtsitz vom Ventilglied 26 und Ventilsitz 29 geschlossen und wird bei Bestromung des Elektromagneten 20 in einem vom Hub des Ventilglieds 26 abhängigen Umfang freigegeben. Der die Zumessöffnung 33 enthaltende, stromabwärts des Ventilsitzes 29 liegende Zylinderabschnitt 182 des Ventilkörpers 18 bildet dabei gleichzeitig eine Führung für das Ventilglied 26.
Die Zumessung 33 weist eine an den Anwendungsfall angepasste Kontur 34 auf, durch die erreicht wird, dass das pro Zeiteinheit durch die Zumessöffhung 33 strömende Volumen des Mediums einer gewünschten Funktion des Hubs des Ventilglieds 26 folgt. Ein Beispiel für eine Kontur 34 ist in Fig. 2 und 4 dargestellt. Diese Kontur 34 kann jedoch beliebig verändert werden, um einen über den Hub des Ventilglieds 26 wie gewünscht sich verändernden Zumessquerschnitt der Zumessöffnung zu erhalten. Im Ausführungsbeispiel der Fig. 1 bis 4 weist die Zumessöffhung 33 eine dem Umlaufrand des Längsschnitts eines Einfülltrichters ähnliche Kontur 34 auf, so dass die Zumessöffhung 33 einen oberen Rechteckbereich 35, einen sich daran stufenlos anschließenden mittleren, gleichschenkligen Trapezbereich 36, dessen kleinere Grundlinie dem Ventilsitz 29 zugekehrt ist, und einen sich an den Trapezbereich 36 stufenlos anschließenden, unteren Rechteckbereich 37 aufweist, wobei der untere Rechteckbereich 37 dem Ventilsitz 29 am nächsten liegt. Die Breite des oberen Rechteckbereichs 35 ist durch die größere Grundlinie des Trapezbereichs 36 und die Breite des unteren Rechteckbereichs 37 durch die Größe der kleineren Grundlinie des Trapezbereichs 36 festgelegt. Wird der Elektromagnet 20 nur wenig bestromt, beispielsweise mit einem Tastverhältnis des Erregerstroms von 10%, so wird trotz eines am Ventilsitz 29 sich einstellenden großen Strömungsquerschnitts in der Zumessöffhung 33 ein nur sehr kleiner Durchlassquerschnitt im unteren Rechteckbereich 37 freigegeben und dadurch der Mediumstrom stark abgedrosselt, so dass die durch die Zumessöffhung 33 strömende Kleinstmenge an Medium unabhängig vom Öffnungsquerschnitt am Ventilsitz 29 sehr fein dosiert werden kann. Im Leerlauf einer Brennkraftmaschine können damit sehr kleine und optimal dosierte kraftstoffbeladene Luftmengen dem Verbrennungsprozess zugeführt werden. Bei zunehmender Bestromung des Elektromagneten 20 wird der von der Zumessöffnung 33 freigegebene Durchtrittsquerschnitt abhängig von dem Hub des Ventilglieds 26 zunehmend vergrößert, bis z.B. bei einem Tastverhältnis von 50% des Erregerstroms am Elektromagneten 20 die Zumessöffnung 33 von dem Ventilglied 26vollständig freigegeben ist.
Wie Fig. 1 und 2 zeigen, ist stromaufwärts des Ventilsitzes 29 noch ein als Schmutzpartikelfilter fungierendes Sieb 38 angeordnet, das fest mit dem Ventilkörper 18 verbunden ist. in Fig. 3 ist das
Sieb 38 in Draufsicht dargestellt. Das Sieb 38 kann beispielsweise an dem in die Ausnehmung 19 im Gehäusegrundkörper 12 eintauchenden Stirnende des Ventilkörpers 18 verschweißt sein.
Der in Fig. 4 dargestellte modifizierte Ventilkörper 18' unterscheidet sich von dem zu Fig. 2 beschriebenen Ventilkörper 18 nur dadurch, dass der Spulenträger 23 des Elektromagneten 20 einstückig an den Ventilkörper 18' angeformt ist. In diesem Fall entfällt der am Magnettopf 28 angeformte Ringsteg 28 in Fig. 1, so dass einerseits die Fertigung des Magnettopfs 21 verbilligt und andererseits die Montage der Ventileinrichtung durch Wegfall des separaten Spulenträgers 23 vereinfacht wird.
Das in Fig. 5 im Längsschnitt skizzierte Ausführungsbeispiel der Ventileinrichtung unterscheidet sich von dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel lediglich dadurch, dass auf einen separaten, in das Gehäuse 39 einzusetzenden Ventilkörper 18 verzichtet worden ist und Ventilsitz 29 mit eingeschlossener Ventilöffnung 30 und Zumessöffnung 33 im Gehäuse 39 selbst ausgebildet sind. Zugleich wird im Gehäuse 39 eine Führung für den Magnetanker 25 mit Ventilglied 26 vorgesehen, die sich zum Teil in Form einer sehr dünnwandigen Führungshülse 40 in den hohlen Magnetkern 22 hinein erstreckt. Die Wanddicke der Führungshülse 40 wird zwischen 0,2 bis 0,3mm bemessen, um die erforderliche Magnetkraft für die Ankerbetätigung und damit die Baugröße des Elektromagneten 20 klein zu halten. Das aus Kunststoff hergestellte Gehäuse 39 ist wiederum zweiteilig ausgeführt und weist einen Gehäusetopf 41 und einen die Öffnung des Gehäusetopfs 41 abschließenden Gehäusedeckel 42 auf. Der Gehäusetopf 41 besitzt zwei im Durchmesser abgestufte Topfabschnitte 411, 412. Im durchmessergrößeren Topfabschnitt 411 ist der Elektromagnet 20 aufgenommen und im durchmesserkleineren Topfabschnitt 412 der Ventilsitz 29 mit Ventilöffnung 30 und die Zumessöffnung 33 in der vorstehend beschriebenen Weise ausgebildet. Am durchmesserkleineren Topfabschnitt 412 ist koaxial mit dem Ventilsitz 29 der Einlassstutzen 16 und koaxial mit der Zumessöffnung 33 der Auslassstutzen 17 angeformt. Gleichzeitig bildet die Topfwand des durchmesserkleineren Topfabschnitts 412 einen unteren Teil der Führung für den Magnetanker 25, der wiederum als Ventilglied 26 fungiert, das im Schließzustand der Ventileinrichtung unter der Wirkung der Ventilschließfeder 27 mit dem Dichtring 31 auf den Ventilsitz 29 aufgepresst wird. Die den oberen Teil der Magnetankerführung bildende Führungshülse 40 ist einstückig an der Übergangsschulter zwischen durchmessergrößerem und durchmesserkleinerem Topfabschnitt 411, 412 fluchtend mit der Zylinderwand des durchmesserkleineren Topfabschnitts 412 angeformt. Der Gehäusetopf 41 ist mittels Dünnwandspritzen hergestellt. Das Dünnwandspritzen wird angewandt, um die dünnwandige Führungshülse 40 mit dem Gehäusetopf 41 in einem Stück herstellen zu können. Die Dünnwandigkeit der Führungshülse 40 ist erforderlich, damit zur Ankerbetätigung eine relativ kleine Magnetkraft ausreicht und damit der Elektromagnet 20 bauklein gehalten werden kann. Die Halterung für das Justierelement 32 zum Einstellen der Federkraft der Ventilschließfeder 27 ist ein an dem Gehäusedeckel 42 einstückig angeformter, hohler Zapfen 43, der in den zentralen Magnetkern 22 hineinragt. In die Stirnwand des hohlen Zapfens 43 ist ein Schraubgewinde 44 eingebracht, in der das Justierelement 32 mit einem Außengewinde verschraubbar ist. Im Übrigen sind Aufbau und Wirkungsweise der Ventileinrichtung identisch mit der zu Fig. 1 beschriebenen Ventileinrichtung, so das gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Claims

Ansprüche
1. Ventileinrichtung zum dosierten Zumessen eines strömenden Mediums, insbesondere Tankentlüftungsventil für eine Brennkraftmaschine, mit einem Ventileinlass (14) und einem Ventilauslass (15), mit einer zwischen Ventilein- und -auslass (14, 15) angeordneten Ventilöffnung (30), die von einem Ventilsitz (29) umgeben ist, und mit einem mit dem Ventilsitz (29) zum Schließen und Freigeben der Ventilöffhung (30) zusammenwirkenden, hubgesteuerten Ventilglied (26), dadurch gekennzeichnet, dass stromabwärts des Ventilsitzes (29) eine Zumessöffhung (33) angeordnet ist, deren Öffhungsquerschnitt mittels des hubgesteuerten Ventilglieds (26) einstellbar ist.
2. Ventileinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vom Ventilsitz (29) umschlossene Ventilöffhung (30) und die Zumessöffhung (33) so angeordnet sind, dass ihre Öffhungsachsen einen Winkel von 90° miteinander einschließen.
3. Ventileinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zumessöffhung (33) eine solche geometrische Kontur (34) aufweist, dass das pro Zeiteinheit durch die Zumessöffhung (33) strömende Volumen des Mediums einer gewünschten Funktion des Hubs des Ventilglieds (26) folgt.
4. Ventileinrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontur (34) ähnlich der Umrandung des Längsschnitts eines Einfülltrichters verläuft, so dass die Zumessöffhung (33) einen oberen Rechteckbereich (35), einen sich daran anschließenden mittleren, gleichschenkligen Trapezbereich (36), dessen kleinere Grundlinie dem Ventilsitz (29) zugekehrt ist, und einen unteren Rechteckbereich (37) aufweist.
5. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine das Ventilglied (26) auf dem Ventilsitz (29) aufpressende Ventilschließfeder (27) und ein das Ventilglied (26) gegen die Kraft der Ventilschließfeder (27) betätigender Elektromagnet (20) vorgesehen sind.
6. Ventileinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (20) einen Magnettopf (21), einen in den Magnettopf (21) eintauchenden, hohlen Magnetkern (22), einen den Magnetkern (22) umgebenden Spulenträger (23) mit aufgewickelter Erregerspule (24) und einen das Ventilglied (26) bildenden Magnetanker (25) aufweist, der durch eine Durchtrittsöffhung (45) im Magnettopf (21) hindurchtritt, und dass die Ventilschließfeder (27) im Magnetkern (22) aufgenommen ist und sich am Magnetanker (25) und einem im Magnetkern (22) angeordneten, vorzugsweise axial verschiebbaren, Justierelement (32), abstützt.
7. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (29) mit eingeschlossener Ventilöffhung (30) und die Zumessöffnung (33) in einem hohlzylindrischen Ventilkörper (18) ausgebildet sind.
8. Ventileinrichtung nach Anspruch7, dadurch gekennzeichnet, dass der stromabwärts des Ventilsitzes (29) liegende, die Zumessöffnung (33) enthaltende Zylinderwandabschnitt (182) des Ventilkörpers (18) als Ventilgliedführung ausgebildet ist.
9. Ventileinrichtung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18; 18') in ein zweiteiliges Gehäuse (11) eingesetzt ist und zwischen den beiden zusammengesetzten Gehäuseteilen axial eingespannt ist.
10. Ventileinrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (11) einen Gehäusegrundkörper (12) mit daran ausgebildeten Ventilein- und -auslass (14, 15) und eine auf dem Gehäusegrundkörper (12) aufgesetzte Gehäusekappe (13) aufweist, in der der Elektromagnet (20) aufgenommen ist.
11. Ventileinrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäusegrundkörper (12) einerseits und am Topfboden des Magnettopfes (21) andererseits zwei miteinander fluchtende, konzentrisch zur Achse des Ventileinlasses (14) angeordnete Aufnahmen (19, 28) ausgebildet sind, in die jeweils ein Ende des zylindrischen Ventilkörpers (18) formschlüssig eintaucht.
12. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Spulenträger (23) einstückig an dem Ventilkörper (18') angeformt ist.
13. Ventileinrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass im Gehäusegrundkörper (12) eine zur Achse des Ventileinlasses (14) konzentrische Ausnehmung (19) ausgebildet ist, in die das vom Spulenträger (23) abgekehrte Ende des Ventilkörpers (18') formschlüssig eintaucht.
14. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilkörper (18; 18') stromaufwärts des Ventilsitzes (29) ein Sieb (38) befestigt ist.
15. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (18; 18') aus Kunststoff hergestellt ist.
16. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilsitz (29) mit eingeschlossener Ventilöffhung (30) und die Zumessöffhung (33) sowie eine Ventilgliedführung in einem Ventilgehäuse (39) ausgebildet sind.
17. Ventileinrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (39) zweiteilig ist und einen Gehäusetopf (41) mit zwei im Durchmesser abgestuften Topfabschnitten (411, 412) sowie einen die Topföffnung am durchmessergrößeren Topfabschnitt (411) abdeckenden Gehäusedeckel (42) aufweist, dass im durchmessergrößeren Topfabschnitt (411) der Elektromagnet (20) aufgenommen ist und im durchmesserkleineren Topfabschnitt (412) Ventilein- und -auslass (14, 15), Ventilsitz (29) mit eingeschlossener Ventilöffnung (30) und Zumessöffnung (33) ausgebildet sind und dass eine Ventilgliedführung in beiden Topfabschnitten (411, 412) vorhanden ist.
18. Ventileinrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der im durchmesserkleineren Topfabschnitt (412) vorhandene Teil der Ventilgliedführung von der Topfwand und der im durchmessergrößeren Topfabschnitt (411) vorhandene Teil der Ventilgliedführung von einer dünnwandigen Führungshülse (40) gebildet ist, die an der Übergangsschulter zwischen den beiden Topfabschnitten (411, 412) einstückig so angeformt ist, dass sie in den hohlen Magnetkern (22) hineinragt.
19. Ventileinrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusedeckel (42) einen in den hohlen Magnetkern (22) eintauchenden Zapfen (43) trägt, an dem das Justierelement (32) für die Ventilschließfeder (27), vorzugsweise axial verschieblich, gehalten ist.
20. Ventileinrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das
Gehäuse (39) aus Kunststoff und der Gehäusetopf (41) des Gehäuses (39) mittels Dünnwandspritzen hergestellt ist.
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