WO2021223890A1 - Fuel vapour switch valve and ventilation valve for an internal combustion engine - Google Patents

Fuel vapour switch valve and ventilation valve for an internal combustion engine Download PDF

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WO2021223890A1
WO2021223890A1 PCT/EP2020/062933 EP2020062933W WO2021223890A1 WO 2021223890 A1 WO2021223890 A1 WO 2021223890A1 EP 2020062933 W EP2020062933 W EP 2020062933W WO 2021223890 A1 WO2021223890 A1 WO 2021223890A1
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valve
valve body
internal combustion
combustion engine
fuel vapor
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PCT/EP2020/062933
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Juri Wagner
Christoph MONDORF
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Pierburg Gmbh
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    • F16K2200/101Means for compensation of misalignment between seat and closure member closure member self-aligning to seat

Definitions

  • the invention relates to a fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine with an actuator, a first connection and a second connection, a valve body which is coupled via a valve rod to an axially movable actuating member of the actuator and has a first bearing surface with which the valve body can be lowered onto a first valve seat and lifted from the first valve seat, which is arranged between the first connection and the second connection, and has a second bearing surface with which the valve body can be moved against a second valve seat, which is axially displaceable and via a spring in Direction to the valve body is loaded.
  • Fuel vapor switching and ventilation valves serve as shut-off and relief valves and are fluidly arranged between the fuel tank of a vehicle and an activated carbon filter, which is used to absorb fuel vapors, to compensate for pressure fluctuations in the fuel tank.
  • an activated carbon filter which is used to absorb fuel vapors, to compensate for pressure fluctuations in the fuel tank.
  • the pressure should be reduced by a mechanical bypass function in the case of overpressure by venting to the activated carbon filter and in the case of underpressure the underpressure in the tank should be limited or compensated for by venting.
  • the fuel vapor switching and ventilation valve must be opened immediately before and during the refueling process, on the one hand to ensure that no fuel vapors reach the user due to overpressure when the tank cap is opened and, on the other hand, that there is no increased pressure build-up in the tank during refueling.
  • DE 10 2010 044 336 A1 describes a valve arrangement in which a switching valve can be actuated by means of an electromagnet in order to establish a connection between the tank and the activated carbon filter.
  • the valve body of this valve has a second contact surface with which the valve body rests against the control body of a pressure relief valve, which rests spring-loaded against the valve body and thus closes a central passage in the valve body as long as there is no excess pressure in the tank.
  • the valve body can be moved away from the valve seat against a second spring element, so that the tank is ventilated.
  • an active connection and disconnection of a fluidic connection between the tank and the activated carbon filter can be established with just one valve and, in addition, ventilation can be established at defined switching points in the event of excessively high or negative pressures.
  • ventilation can be established at defined switching points in the event of excessively high or negative pressures.
  • the task is therefore to provide a fuel vapor switching and ventilation valve which ensures a tight seal on both valve seats so that leakages are avoided.
  • the valve should be able to be manufactured inexpensively with little manufacturing effort and larger tolerances. This object is achieved by a fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine with the features of main claim 1.
  • the fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention has an actuator which is usually designed as an electromagnet, but could also be designed, for example, as a pneumatic actuator.
  • the valve has a first connection and a second connection, which serve as inlet and outlet, whereby this can change depending on the direction of flow, since air is fed into the fuel tank for ventilation, while the fuel vapor flows in the opposite direction to the activated carbon filter.
  • a valve body, which is coupled to an axially movable actuating element of the actuator, is located between the connections. In the case of the electromagnetic actuator, this actuating element is the armature.
  • the valve body has a first support surface with which the valve body can be lowered onto a first valve seat and lifted from the first valve seat, and which is arranged between the first connection and the second connection and is usually designed or fastened directly to the flow housing. Furthermore, the valve body has a second bearing surface with which the valve body can be moved against a second valve seat which is axially displaceable and is loaded in the direction of the valve body via a spring. As soon as the valve body is lifted from one of the valve seats, there is a flow from one connection to the other connection.
  • valve body is gimbal-mounted on the valve rod at an end of the valve rod remote from the actuating element, the valve body can be tilted slightly towards the armature and thus have an angle to the direction of movement, whereby a circumferential and thus tight support of the valve body on the first valve seat is also possible in the case of small deviations in coaxiality of the central axis of the valve seat to the axis of movement of the valve body or imprecise perpendicularity of the valve seat to the axis of movement or unevenness due to a form deviation.
  • This can result in inaccurate Tolerances can be manufactured more cheaply and assembly inaccuracies or unevenness are compensated for by small deposits.
  • a tight seal is ensured by the valve body on both valve seats.
  • a fastening head is preferably formed which is arranged in an interior space of the valve body which is arranged between two contact surfaces of the valve body.
  • the valve body is accordingly movable, in particular rotatable, about the fastening head, which is usually designed to be rotationally symmetrical.
  • the valve body has a first contact surface which can be moved against a first stop surface of the fastening head and a second contact surface which can be moved against a second stop surface of the fastening head.
  • the axial extent of the fastening head is smaller than the distance between the two contact surfaces of the valve body. This ensures that the valve body can be shifted slightly axially to the fastening head, which enables the valve body to tilt relative to the fastening head, as a result of which a coaxial offset and a perpendicular deviation or irregularities can be compensated for.
  • the first stop surface facing the actuating member is flat and the second stop surface facing away from the actuating member is spherically shaped.
  • valve body In the normal state, the valve body thus remains with its first contact surface on the first stop surface of the fastening head, at least until the valve body rests on the first valve seat.
  • the valve body When resting on the valve seat, the valve body can be tilted along the spherical stop surface.
  • a spring is used to press the armature with the actuator onto the valve seat is, there is a substantially central contact of the valve body via the second contact surface with the fastening head, so that a contact pressure that is uniform over the circumference is achieved on the valve seat, even if the valve body is tilted slightly.
  • an opening in the valve body through which the valve rod protrudes has a larger diameter than the valve rod in the section protruding through the opening and a smaller diameter than the fastening head.
  • the second bearing surface of the valve body is preferably arranged radially inside the first bearing surface of the valve body and is arranged axially closer to the actuator than the first bearing surface. In this way, the bearing surfaces can be formed on a component and the axial installation space can be reduced, since the second valve seat can dip into the valve body. This also enables the pressure loss to be reduced, since the component having the second valve seat is arranged at least for the most part outside the area through which the flow is flowing when the first valve seat is open.
  • valve body has a carrier element to which a sealing element is attached, on which the first bearing surface and the second bearing surface are formed.
  • a mountable valve body is particularly inexpensive to manufacture and can be constructed in such a way that, on the one hand, there is high stability of the valve body and, on the other hand, there is sufficient flexibility in the area of the bearing surfaces for a high degree of tightness.
  • the two contact surfaces between which the fastening head is arranged are preferably formed on the carrier element. By unintentional additional displacement is prevented by these hard contact surfaces, so that a long-lasting fastening is achieved.
  • the sealing element is made of an elastomer and the carrier element is made of a thermosetting plastic, a thermoplastic or a metal and accordingly has a high degree of rigidity, while the sealing element is deformable.
  • the two bearing surfaces of the sealing element are preferably designed as sealing lips which extend from the sealing element at least axially in the direction of the respective valve seat.
  • Such thin sealing lips have an even greater flexibility, as a result of which the sealing effect is additionally improved.
  • the existing flexibility of the sealing lips can even better compensate for the coaxiality error. Even individual deposits on the valve seat do not lead to a deteriorated sealing effect.
  • the sealing lips have an extension component in the axial direction and an extension component in the radially inward direction, because this allows an even better sealing effect to be achieved through greater flexibility in the axial direction.
  • the first valve seat is preferably formed on a flow housing and the second valve seat is formed on a valve seat plate of a valve seat body that extends perpendicular to the central axis.
  • the valve seat plate has a correspondingly small axial extent, so that the axial overall height of the valve is low and the plate is not arranged in the flow as long as the second valve seat is closed.
  • a passage opening is formed on the valve body which opens radially inside the second bearing surface and which, viewed axially in the direction of the actuating member, is at least partially delimited by a wall on which the second bearing surface of the valve body is formed. Through this passage opening, the pressure from the tank to open the second valve seat can act directly on the valve plate in the event of an increased internal tank pressure.
  • the passage opening extends radially inward from a lateral opening in a radially delimiting wall of the carrier element, the opening in the radially delimiting wall having a cross section which corresponds to at least a cross section of the fastening head.
  • the opening is used to mount the valve body on the fastening head and at the same time forms the inflow opening in order to direct pressure via the passage opening to the second valve seat.
  • a spring element preferably rests on the carrier element and loads the valve body in the direction of the first valve seat and the carrier element with its first contact surface against the first stop surface. A fixed positioning of the valve body in relation to the valve rod is thus achieved during the adjustment.
  • the spring element acts with the valve body as a safety valve for passive pressure equalization in the event of a negative pressure in the tank.
  • a fuel vapor switching and ventilation valve is thus created with which a connection between an activated carbon filter and a tank can be actively established or closed, with certain operating points, namely an excessively high pressure compared to the atmosphere in the tank or an excessively high negative pressure compared to the atmosphere in the tank Tank a connection is established through the existing pressure differences.
  • fuel vapor will escape too quickly from the tank and to the activated carbon filter prevents the activated carbon filter from being overloaded.
  • a high level of tightness is ensured when the valve body rests on the two valve seats, so that specific switching points can be provided for opening the valve and no undesired leakage occurs.
  • FIG. 1 shows a side view of a fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention with connected components shown schematically.
  • FIG. 2 shows a side view of the fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention from FIG. 1 in a sectional illustration.
  • the fuel vapor switching and ventilation valve 10 has a first connection 12 which protrudes laterally from a housing 14 of the fuel vapor switching and ventilation valve 10 and a second axial connection 16.
  • the first, lateral connection 12 is connected to a fuel tank 18, while the second axial connection 16 is connected to an activated carbon filter 20.
  • a line leads from the activated carbon filter 20 via a fuel vapor outlet valve 22 to the atmosphere or via a second line in which a flushing valve 24 is arranged to an internal combustion engine 26, where the fuel vapors can be fed to the combustion.
  • the structure of the fuel vapor switching and ventilation valve 10 can be seen in FIG.
  • an actuator 28 which is designed as an electromagnet and a coil 32 wound on a coil carrier 30, an inner core 34, an axially displaceable armature which serves as an actuating member 36, as well as a yoke 38 radially surrounding the coil 32 and one in each case has at the axial ends of the coil support 30 arranged return plate 40, which form an electromagnetic circuit.
  • This actuator 28 and in particular the yoke 38 is overmolded with a plastic to form an actuator housing part 42 of the housing 14, which also forms a plug 44 and fastening eyes 46 and has an axial opening 48 at the end opposite the core, into which a sliding bush 50 is inserted , which the actuator 36 leads.
  • This sliding bush 50 is made of a non-magnetizable material and is pot-shaped, with the bottom 52 resting against the core 34.
  • the main guide area of the sliding bush 50 is surrounded by a soft magnetic bush 54 which is pressed into the return plate 40 and the coil carrier 30.
  • the sliding bush 50 has a radial extension 55, from which an enlarged area 56 extends at its open end, which is arranged opposite the wall surfaces of the actuator housing part 42 delimiting the opening 48, with the sliding bush 50 and the sliding bushing 50 and the the wall surface delimiting the opening 48 is provided with a sealing ring 58, by means of which the penetration of fuel vapor in the direction of the coil 32 is prevented.
  • a first flow housing part 60 is attached to the actuator housing part 42, which forms the first connection 12 and in which a valve body 62 can be moved, which is coupled to the armature serving as an actuating element 36, in that a valve rod 64 is attached to the armature, to which the valve body 62 is gimbaled according to the invention.
  • the valve rod 64 is fastened to the actuating member 36 by pushing the valve rod 64 through a through hole 66 in the actuating member 36 is until the valve rod 64 rests axially with an extension 68 against the end of the actuating member 36 facing the valve body 62.
  • valve rod 64 protrudes from the actuating member 36 at the opposite end and can be reshaped there so that a type of rivet head 70 rests in an annular recess 72 on the side of the armature facing the core 34.
  • the valve rod 64 has a fastening head 74 according to the invention, which protrudes into an interior 75 of the valve body 62 and has a straight stop surface 77 pointing towards the armature and a spherical stop surface 79 pointing away from the armature.
  • the valve body 62 rests accordingly on the armature side with a first contact surface 81 against the straight stop surface 77 of the fastening head 74, for which purpose an opening 76 is formed on the valve body 62, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the valve rod 64 in the section that passes through the opening 76 protrudes.
  • the spherical stop surface 79 of the fastening head 74 is arranged opposite a second contact surface 83, which is formed on a wall 78 projecting radially into the interior of the valve body 62. Since the axial extension of the fastening head 74 is selected to be somewhat smaller than the distance between the two contact surfaces 81, 83, the valve body 62 can be moved or tilted slightly axially relative to the valve rod 64.
  • the valve body 62 has a radial opening 71 in a wall 73 which radially delimits the valve body 62, via which the valve body 62 can be pushed onto the fastening head 74 so that it comes to rest between the two contact surfaces 81, 83, with Pushing in the fastening head 74 is pushed behind an undercut, so that a form-locking-like connection is created.
  • This insertion is simplified by the spherical shape of the fastening head 74.
  • valve body 62 rests with a first, radially outer bearing surface 84, which is designed as a sealing lip 85 of a sealing element 86, against the first valve seat 82, which surrounds a throughflow opening 87.
  • a first, radially outer bearing surface 84 which is designed as a sealing lip 85 of a sealing element 86, against the first valve seat 82, which surrounds a throughflow opening 87.
  • the sealing element 86 consists of an elastic material, in particular an elastomer, and is attached to a carrier element 88, via which the connection to the valve rod 64 also exists, and on which the first contact surface 81, the wall 78 with the second contact surface 83, the radially delimiting Wall 73 with the opening 71, through which the valve rod 64 is inserted into the valve body 62, the opening 76 through which the valve rod 64 protrudes in the assembled state are formed.
  • the carrier element 88 largely covers the sealing element 86 in the direction of the armature and also surrounds it at least partially radially.
  • the sealing element 86 has a further second bearing surface 90 which is placed radially inside the first bearing surface 84 and which is also designed as a sealing lip 93 and is arranged axially closer to the armature than the first bearing surface 84 and with which the sealing element 86 can be lowered onto a second valve seat 92.
  • the Sealing lips 85, 93 extend axially and have a
  • Extension component radially inward, so that an undercut is created.
  • they rest on the valve seats 82, 92 they are further deformed radially inward, so that on the one hand the elasticity due to the material and on the other hand due to the shape with the undercut can be used to obtain a tight seal and to compensate for unevenness or lack of coaxiality can.
  • the angular offsets due to the valve body 62 tilting can also be compensated for by the sealing lips 85, 93
  • the second valve seat 92 is axially movable and is formed on a flow-limiting element 94 which, when resting on the second bearing surface 90, closes a passage opening 96 formed radially inside the second bearing surface 90 on the sealing element 86 and on the valve body 62.
  • the flow limiting element 94 is designed in two parts and consists of a valve seat body 98, on which the second valve seat 92 is formed, and a control body 100 the side facing the valve body 62, the second valve seat 92 is formed, and from which a fastening pin 101 extends, which is fastened in a blind hole 103 of the control body 100.
  • a transition area 105 between the valve seat plate 99 and the fastening pin 101 is concave.
  • the valve seat plate 99 has an axial extent, at least in the area of the valve seat 92, which is less than the axial offset of the two bearing surfaces 84, 90 on the valve body 62.
  • valve seat plate 99 is arranged completely axially between the two bearing surfaces is as long as the valve body 62 is not lifted from the second valve seat 92.
  • the control body 100 has a spherically shaped flow surface 102 which corresponds to a nozzle 104 which is formed on an inner surface 106 of a second flow housing part 108 which is attached to the first flow housing part 60 and forms the second, axial connection 16.
  • the flow restriction element 94 has webs 110 which extend radially outward from the regulating body 100 and connect the flow area 102 to a radially outer ring 112. Correspondingly, a plurality of passage openings 114 are formed between the webs 110 and between the flow area 102 and the ring 112.
  • the second flow housing part 108 has a radially inner, annular projection 116, on the inside of which the nozzle 104 is formed and the axial end of which serves as a stop 118 for the movement of the flow limiting element 94, which only forms a narrow gap when the ring 112 rests against the stop 118 120 between the flow area 102 and the nozzle 104 releases. That
  • Flow limiting element 94 is loaded in the direction of valve body 62 and away from stop 118 by means of a spring 122, which is clamped between an axial groove 124 of ring 112 and a bearing surface 126 on second flow housing part 108, so that spring 122 pushes second valve seat 92 against The valve body 62 presses and loads the control body 100 from the smallest cross section of the nozzle 104.
  • valve body 62 rests with its radially inwardly deformed sealing lips 85, 93 on the first valve seat 82 and the second valve seat 92 and thus there is no flow between the connections 12, 16.
  • the spring 80 presses the valve body 62 onto the first valve seat 82 and against the second valve seat 92, which in turn is loaded by the spring 122 against the valve body 62.
  • Any existing coaxiality errors or unevenness on the valve seats 82, 92 achieves a good sealing effect, since the valve body 62 can be tilted in accordance with the axis of movement of the actuating member 36.
  • the second valve seat 92 is lifted off the second bearing surface 90 of the valve body 62 by the pressure acting on the valve seat plate 99, because at this pressure the forces acting on the flow limiting element 94 due to the pressure difference are greater than the spring force of the spring 122. Accordingly, fuel vapor flows from the first connection 12 via the passage opening 96 on the valve body 62 and the flow opening 87 inside the first valve seat 82 and through the passage openings 114 between the webs 110 and the gap 120 to the second connection 16 and thus in the direction of the activated carbon filter 20, so that the pressure in the fuel tank 18 is reduced.
  • the valve body 62 is lifted from the first valve seat 82, since at this pressure the The forces acting on the valve body 62 due to the pressure difference are greater than the spring force of the spring element 80. Accordingly, air flows from the second connection 16 through the gap 120 between the control body 100 and the nozzle 104 and through the flow opening 87 and radially between the valve body 62 and the first valve seat 82 to the first connection 12, so that a pressure equalization takes place in the tank.
  • valve seat plate 99 continues to bear against the second bearing surface 90 of the valve body 62, that is to say is moved by the spring 122 in the direction of the electromagnet.
  • the valve seat plate 99 is located completely outside the cross section through which the flow passes, so that no pressure loss occurs through the valve seat plate 99 either.
  • the electromagnet By energizing the electromagnet, it is possible to actively actuate the fuel vapor switching and ventilation valve 10. This takes place, for example, before the refueling process is initiated, in order to ensure that there are no overpressures or underpressures in the tank 18 at this point in time.
  • the valve 10 By lifting it off, the valve 10 is in the same state as in the case of a high negative pressure in the tank 18.
  • a flow of air from the second connection 16 to the first connection 12 is also possible, as is a flow of fuel vapor in the opposite direction Function of the flow limiting element 94 is retained. The flow resistance remains low, however, since the valve seat plate 99 is still arranged outside the flow cross-section.
  • a fuel vapor switching and ventilation valve 10 which can reliably reduce both negative and positive pressures in the tank 18 and additionally limits the flow of fuel vapor to a maximum permissible value. Also an active circuit is possible. All these functions are implemented in a small valve, which can compensate for an angular offset of the central axis of the valve seat to the axis of movement of the actuator through the cardanic suspension of the valve body, so that a very high level of tightness is always achieved and leakage flows are avoided. Nevertheless, the valve can be manufactured and assembled with relatively imprecise tolerances and can thus be manufactured inexpensively.
  • the flow-limiting element or the actuator can also be designed differently.
  • the switching points can be individually adjusted with the existing springs depending on the application. The same applies to the maximum permissible flow rate, which can be adapted by changing the design of the nozzle and / or the flow-limiting element or the valve members and flow cross-sections in the valve.
  • the spring loading the valve body in the closing direction can also be arranged differently, in particular between the armature and the core of the electromagnet.

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Abstract

Fuel vapour switch valves and ventilation valves (10) for internal combustion engines (26) are known, comprising an actuator (28), a first connection (12) and a second connection (16), a valve body (62), which is coupled to an axially moveable actuation element (36) of the actuator (28) via a valve rod (64) and which has a contact surface (84) with which the valve body (62) can be lowered onto a first valve seat (82) and raised up from the first valve seat (82), which is arranged between the first connection (12) and the second connection (16), and a second contact surface (90) with which the valve body (62) can be moved against a second valve seat (92), which can be shifted in an axial direction and is spring (122)-loaded in the direction of the valve body (62). In order to be able to guarantee a tight seal in the closed state of the valve, according to the invention, the valve body (62) is universal-mounted on the valve rod (64) at an end of the valve rod (64) at a distance from the actuation element (36).

Description

B E S C H R E I B U N G DESCRIPTION
Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine Verbrennungskraftmaschine Fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine
Die Erfindung betrifft ein Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit einem Aktor, einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss, einem Ventilkörper, der über eine Ventilstange mit einem axial bewegbaren Betätigungsglied des Aktors gekoppelt ist und eine erste Auflagefläche aufweist, mit der der Ventilkörper auf einen ersten Ventilsitz absenkbar und vom ersten Ventilsitz abhebbar ist, der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist, und eine zweite Auflagefläche aufweist, mit der der Ventilkörper gegen einen zweiten Ventilsitz bewegbar ist, der axial verschiebbar ist und über eine Feder in Richtung zum Ventilkörper belastet ist. The invention relates to a fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine with an actuator, a first connection and a second connection, a valve body which is coupled via a valve rod to an axially movable actuating member of the actuator and has a first bearing surface with which the valve body can be lowered onto a first valve seat and lifted from the first valve seat, which is arranged between the first connection and the second connection, and has a second bearing surface with which the valve body can be moved against a second valve seat, which is axially displaceable and via a spring in Direction to the valve body is loaded.
Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventile dienen als Abschalt- und Entlastungsventile und werden fluidtechnisch zwischen dem Kraftstofftank eines Fahrzeugs und einem Aktivkohlefilter, der zur Absorption von Kraftstoffdämpfen dient, angeordnet, durch die Druckschwankungen im Kraftstofftank ausgeglichen werden sollen. Bei einem entstehenden Überdruck oder Unterdrück im Tank soll der Druck durch eine mechanische Bypassfunktion im Fall des Überdrucks durch Entlüftung zum Aktivkohlefilter abgebaut und im Fall des Unterdrucks durch Belüftung der Unterdrück im Tank begrenzt beziehungsweise ausgeglichen werden. Fuel vapor switching and ventilation valves serve as shut-off and relief valves and are fluidly arranged between the fuel tank of a vehicle and an activated carbon filter, which is used to absorb fuel vapors, to compensate for pressure fluctuations in the fuel tank. In the event of an overpressure or underpressure in the tank, the pressure should be reduced by a mechanical bypass function in the case of overpressure by venting to the activated carbon filter and in the case of underpressure the underpressure in the tank should be limited or compensated for by venting.
Zusätzlich muss es aus Sicherheitsgründen ermöglicht werden, das Ventil aktiv zu betätigen, um bei Fehlern im Bereich der Tankdruckregelung, den Pfad zwischen Kraftstofftank und Aktivkohlebehälter öffnen zu können, um ein Implodieren oder Explodieren zu vermeiden. So muss das Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil beispielsweise unmittelbar vor und während des Tankvorgangs geöffnet werden, um einerseits sicherzustellen, dass beim Öffnen des Tankdeckels keine Kraftstoffdämpfe durch Überdruck zum Nutzer gelangen und anderseits kein erhöhter Druckaufbau während des Tankens im Tank erfolgt. In addition, for safety reasons, it must be made possible to actively operate the valve in order to be able to open the path between the fuel tank and the activated charcoal canister in the event of errors in the area of the tank pressure control, in order to avoid imploding or exploding. For example, the fuel vapor switching and ventilation valve must be opened immediately before and during the refueling process, on the one hand to ensure that no fuel vapors reach the user due to overpressure when the tank cap is opened and, on the other hand, that there is no increased pressure build-up in the tank during refueling.
Es sind verschiedene Ventile bekannt geworden, die eine oder mehrere dieser Funktionen vereinen. So wird in der DE 10 2010 044 336 Al eine Ventilanordnung beschrieben, bei der ein Schaltventil mittels eines Elektromagneten betätigt werden kann, um eine Verbindung zwischen dem Tank und dem Aktivkohlefilter herzustellen. Der Ventilkörper dieses Ventils weist eine zweite Auflagefläche auf, mit der der Ventilkörper gegen den Regelkörper eines Überdruckventils anliegt, welches federbelastet gegen den Ventilkörper anliegt und so einen zentralen Durchlass im Ventilkörper verschließt, solange kein Überdruck im Tank herrscht. Des Weiteren kann bei einem Unterdrück im Tank der Ventilkörper gegen ein zweites Federelement vom Ventilsitz wegbewegt werden, so dass eine Belüftung des Tanks erfolgt. Entsprechend kann mit nur einem Ventil eine aktive Zu- und Abschaltung einer fluidischen Verbindung zwischen dem Tank und dem Aktivkohlefilter hergestellt werden und zusätzlich bei definierten Schaltpunkten eine Be- oder Entlüftung bei zu hohen Über- oder Unterdrücken hergestellt werden. Neben einer fehlenden möglichen Reduzierung des Gesamtdurchflusses, besteht auch die Gefahr, dass in der geschlossenen Position des Ventils keine ausreichende Dichtigkeit besteht, da der Fierstell- und Montageaufwand zum Erreichen einer genauen Koaxialität und exakten Rechtwinkligkeit beider Ventilsitze zum Ventilkörper sehr hoch ist. Various valves have become known which combine one or more of these functions. For example, DE 10 2010 044 336 A1 describes a valve arrangement in which a switching valve can be actuated by means of an electromagnet in order to establish a connection between the tank and the activated carbon filter. The valve body of this valve has a second contact surface with which the valve body rests against the control body of a pressure relief valve, which rests spring-loaded against the valve body and thus closes a central passage in the valve body as long as there is no excess pressure in the tank. Furthermore, in the event of a negative pressure in the tank, the valve body can be moved away from the valve seat against a second spring element, so that the tank is ventilated. Accordingly, an active connection and disconnection of a fluidic connection between the tank and the activated carbon filter can be established with just one valve and, in addition, ventilation can be established at defined switching points in the event of excessively high or negative pressures. In addition to the lack of a possible reduction in the total flow, there is also the risk that there is insufficient tightness when the valve is in the closed position, since the effort required for positioning and assembly to achieve precise coaxiality and exact perpendicularity of both valve seats to the valve body is very high.
Es stellt sich daher die Aufgabe, ein Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil bereit zu stellen, welches einen dichten Verschluss an beiden Ventilsitzen sicherstellt, so dass Leckagen vermieden werden. Gleichzeitig soll das Ventil kostengünstig mit geringem Herstellaufwand und größeren Toleranzen hergestellt werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst. The task is therefore to provide a fuel vapor switching and ventilation valve which ensures a tight seal on both valve seats so that leakages are avoided. At the same time, the valve should be able to be manufactured inexpensively with little manufacturing effort and larger tolerances. This object is achieved by a fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine with the features of main claim 1.
Das erfindungsgemäße Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil weist einen Aktor auf, welcher üblicherweise als Elektromagnet ausgebildet ist, aber auch beispielsweise als pneumatischer Aktor ausgeführt sein könnte. Das Ventil weist einen ersten Anschluss und einen zweiten Anschluss auf, die als Einlass und Auslass dienen, wobei dies je nach Strömungsrichtung wechseln kann, da zur Belüftung Luft in den Kraftstofftank geleitet wird, während der Kraftstoffdampf in umgekehrter Richtung zum Aktivkohlefilter strömt. Zwischen den Anschlüssen befindet sich ein Ventilkörper, der mit einem axial bewegbaren Betätigungsglied des Aktors gekoppelt ist. Dieses Betätigungsglied ist im Falle des elektromagnetischen Aktors der Anker. Der Ventilkörper weist eine erste Auflagefläche auf, mit der der Ventilkörper auf einen ersten Ventilsitz absenkbar und vom ersten Ventilsitz abhebbar ist, und der zwischen dem ersten Anschluss und dem zweiten Anschluss angeordnet ist und üblicherweise direkt am Strömungsgehäuse ausgeführt oder befestigt ist. Des Weiteren weist der Ventilkörper eine zweite Auflagefläche auf, mit der der Ventilkörper gegen einen zweiten Ventilsitz bewegbar ist, der axial verschiebbar ist und über eine Feder in Richtung zum Ventilkörper belastet ist. Sobald der Ventilkörper von einem der Ventilsitze abgehoben ist, erfolgt eine Strömung von einem Anschluss zum anderen Anschluss. Dadurch, dass der Ventilkörper kardanisch an einem vom Betätigungsglied entfernten Ende der Ventilstange an der Ventilstange befestigt ist, kann der Ventilkörper geringfügig zum Anker gekippt werden und damit zur Bewegungsrichtung einen Winkel aufweisen, wodurch eine umfängliche und damit dichte Auflage des Ventilkörpers auf dem ersten Ventilsitz auch bei geringen Koaxialitätsabweichungen der Mittelachse des Ventilsitzes zur Bewegungsachse des Ventilkörpers oder ungenauen Rechtwinkligkeiten des Ventilsitzes zur Bewegungsachse oder Unebenheiten aufgrund einer Formabweichung vorliegt. Hierdurch kann mit ungenaueren Toleranzen kostengünstiger gefertigt werden und Montageungenauigkeiten oder Unebenheiten durch geringe Ablagerungen ausgeglichen werden. Entsprechend wird ein dichter Verschluss durch den Ventilkörper an beiden Ventilsitzen sichergestellt. The fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention has an actuator which is usually designed as an electromagnet, but could also be designed, for example, as a pneumatic actuator. The valve has a first connection and a second connection, which serve as inlet and outlet, whereby this can change depending on the direction of flow, since air is fed into the fuel tank for ventilation, while the fuel vapor flows in the opposite direction to the activated carbon filter. A valve body, which is coupled to an axially movable actuating element of the actuator, is located between the connections. In the case of the electromagnetic actuator, this actuating element is the armature. The valve body has a first support surface with which the valve body can be lowered onto a first valve seat and lifted from the first valve seat, and which is arranged between the first connection and the second connection and is usually designed or fastened directly to the flow housing. Furthermore, the valve body has a second bearing surface with which the valve body can be moved against a second valve seat which is axially displaceable and is loaded in the direction of the valve body via a spring. As soon as the valve body is lifted from one of the valve seats, there is a flow from one connection to the other connection. Because the valve body is gimbal-mounted on the valve rod at an end of the valve rod remote from the actuating element, the valve body can be tilted slightly towards the armature and thus have an angle to the direction of movement, whereby a circumferential and thus tight support of the valve body on the first valve seat is also possible in the case of small deviations in coaxiality of the central axis of the valve seat to the axis of movement of the valve body or imprecise perpendicularity of the valve seat to the axis of movement or unevenness due to a form deviation. This can result in inaccurate Tolerances can be manufactured more cheaply and assembly inaccuracies or unevenness are compensated for by small deposits. Correspondingly, a tight seal is ensured by the valve body on both valve seats.
Vorzugsweise ist am vom Betätigungsglied entfernten Ende der Ventilstange ein Befestigungskopf ausgebildet, der in einem Innenraum des Ventilkörpers angeordnet ist, der zwischen zwei Anlageflächen des Ventilkörpers angeordnet ist. Der Ventilkörper ist entsprechend um den Befestigungskopf, der üblicherweise rotationssymmetrisch ausgebildet ist, beweglich, insbesondere drehbeweglich. At the end of the valve rod remote from the actuating member, a fastening head is preferably formed which is arranged in an interior space of the valve body which is arranged between two contact surfaces of the valve body. The valve body is accordingly movable, in particular rotatable, about the fastening head, which is usually designed to be rotationally symmetrical.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der Ventilkörper eine erste Anlagefläche auf, die gegen eine erste Anschlagfläche des Befestigungskopfes bewegbar ist und eine zweite Anlagefläche auf, die gegen eine zweite Anschlagfläche des Befestigungskopfes bewegbar ist. Hierzu ist die axiale Ausdehnung des Befestigungskopfes kleiner als der Abstand der beiden Anlageflächen des Ventilkörpers zueinander. Hierdurch wird sichergestellt, dass der Ventilkörper geringfügig axial zum Befestigungskopf verschoben werden kann, was ein Kippen des Ventilkörpers zum Befestigungskopf ermöglicht, wodurch ein Koaxialversatz und eine Rechtwinkligkeitsabweichung oder Formunebenheiten ausgeglichen werden kann. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die erste, zum Betätigungsglied weisende Anschlagfläche eben geformt ist und die zweite, vom Betätigungsglied wegweisende Anschlagfläche sphärisch geformt ist. Im Normalzustand bleibt der Ventilkörper somit mit seiner ersten Anlagefläche auf der ersten Anschlagfläche des Befestigungskopfes liegen, zumindest solange bis der Ventilkörper auf dem ersten Ventilsitz aufliegt. Im auf dem Ventilsitz aufliegenden Zustand kann der Ventilkörper entlang der sphärischen Anschlagfläche gekippt werden. Wird eine Feder verwendet, über die der Anker mit dem Betätigungsglied auf den Ventilsitz gedrückt wird, entsteht eine im Wesentlichen zentrale Anlage des Ventilkörpers über die zweite Anlagefläche zum Befestigungskopf, so dass ein über den Umfang gleichmäßiger Anpressdruck am Ventilsitz erreicht wird, auch wenn der Ventilkörper geringfügig gekippt wird. In a preferred embodiment, the valve body has a first contact surface which can be moved against a first stop surface of the fastening head and a second contact surface which can be moved against a second stop surface of the fastening head. For this purpose, the axial extent of the fastening head is smaller than the distance between the two contact surfaces of the valve body. This ensures that the valve body can be shifted slightly axially to the fastening head, which enables the valve body to tilt relative to the fastening head, as a result of which a coaxial offset and a perpendicular deviation or irregularities can be compensated for. In particular, it is advantageous if the first stop surface facing the actuating member is flat and the second stop surface facing away from the actuating member is spherically shaped. In the normal state, the valve body thus remains with its first contact surface on the first stop surface of the fastening head, at least until the valve body rests on the first valve seat. When resting on the valve seat, the valve body can be tilted along the spherical stop surface. A spring is used to press the armature with the actuator onto the valve seat is, there is a substantially central contact of the valve body via the second contact surface with the fastening head, so that a contact pressure that is uniform over the circumference is achieved on the valve seat, even if the valve body is tilted slightly.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine Öffnung des Ventilkörpers, durch die die Ventilstange ragt, einen größeren Durchmesser auf als die Ventilstange in dem durch die Öffnung ragenden Abschnitt und einen kleineren Durchmesser auf als der Befestigungskopf. Eine solche etwas vergrößerte Ausbildung des Durchmessers ermöglicht erneut das Kippen des Ventilkörpers zur Ventilstange und andererseits wird durch den größeren Befestigungskopf ein Herausfallen des Ventilkörpers von der Ventilstange verhindert. Vorzugsweise ist die zweite Auflagefläche des Ventilkörpers radial innerhalb der ersten Auflagefläche des Ventilkörpers angeordnet und axial näher zum Aktor angeordnet als die erste Auflagefläche. So können die Auflageflächen an einem Bauteil ausgebildet werden und der axiale Bauraum verringert werden, da der zweite Ventilsitz in den Ventilkörper eintauchen kann. Dies ermöglicht auch eine Verringerung des Druckverlustes, da das den zweiten Ventilsitz aufweisende Bauteil bei geöffnetem ersten Ventilsitz zumindest größtenteils außerhalb des durchströmten Bereiches angeordnet ist. In an advantageous development of the invention, an opening in the valve body through which the valve rod protrudes has a larger diameter than the valve rod in the section protruding through the opening and a smaller diameter than the fastening head. Such a somewhat enlarged design of the diameter again enables the valve body to tilt towards the valve rod and, on the other hand, the larger fastening head prevents the valve body from falling out of the valve rod. The second bearing surface of the valve body is preferably arranged radially inside the first bearing surface of the valve body and is arranged axially closer to the actuator than the first bearing surface. In this way, the bearing surfaces can be formed on a component and the axial installation space can be reduced, since the second valve seat can dip into the valve body. This also enables the pressure loss to be reduced, since the component having the second valve seat is arranged at least for the most part outside the area through which the flow is flowing when the first valve seat is open.
In einer weiterführenden Ausführungsform weist der Ventilkörper ein Trägerelement auf, an dem ein Dichtelement befestigt ist, an dem die erste Auflagefläche und die zweite Auflagefläche ausgebildet sind. Ein solcher montierbarer Ventilkörper ist besonders kostengünstig herzustellen und kann so aufgebaut werden, dass einerseits eine hohe Stabilität des Ventilkörpers vorliegt und andererseits im Bereich der Auflageflächen eine ausreichende Flexibilität für eine hohe Dichtigkeit vorliegt. In a further embodiment, the valve body has a carrier element to which a sealing element is attached, on which the first bearing surface and the second bearing surface are formed. Such a mountable valve body is particularly inexpensive to manufacture and can be constructed in such a way that, on the one hand, there is high stability of the valve body and, on the other hand, there is sufficient flexibility in the area of the bearing surfaces for a high degree of tightness.
Dabei sind vorzugsweise am Trägerelement die beiden Anlageflächen ausgebildet, zwischen denen der Befestigungskopf angeordnet ist. Durch diese harten Anlageflächen wird ein ungewolltes zusätzliches Verschieben verhindert, so dass eine langlebige Befestigung erreicht wird. The two contact surfaces between which the fastening head is arranged are preferably formed on the carrier element. By unintentional additional displacement is prevented by these hard contact surfaces, so that a long-lasting fastening is achieved.
In einer hierzu weiterführenden Ausführungsform ist das Dichtelement aus einem Elastomer, und das Trägerelement ist aus einem Duroplast, einem Thermoplast oder einem Metall und weist entsprechend eine hohe Steifigkeit auf, während das Dichtelement verformbar ist. So wird eine hohe Festigkeit bei guter Dichtwirkung erreicht. Vorzugsweise sind die beiden Auflageflächen des Dichtelementes als Dichtlippen ausgebildet, die sich vom Dichtelement zumindest axial in Richtung des jeweiligen Ventilsitzes erstrecken. Solche dünne Dichtlippen weisen eine noch größere Flexibilität auf, wodurch die Dichtwirkung zusätzlich verbessert wird. Insbesondere kann durch die vorhandene Flexibilität der Dichtlippen auch der Koaxialitätsfehler noch besser ausgeglichen werden. Auch einzelne Ablagerungen am Ventilsitz führen so nicht zu einer verschlechterten Dichtwirkung. Des Weiteren ist es vorteilhaft, wenn die Dichtlippen eine Erstreckungskomponente in axialer Richtung und eine Erstreckungskomponente nach radial innen aufweisen, denn hierdurch kann eine noch bessere Dichtwirkung durch eine in Axialrichtung größere Flexibilität erzielt werden. In a further embodiment, the sealing element is made of an elastomer and the carrier element is made of a thermosetting plastic, a thermoplastic or a metal and accordingly has a high degree of rigidity, while the sealing element is deformable. This achieves a high level of strength with a good sealing effect. The two bearing surfaces of the sealing element are preferably designed as sealing lips which extend from the sealing element at least axially in the direction of the respective valve seat. Such thin sealing lips have an even greater flexibility, as a result of which the sealing effect is additionally improved. In particular, the existing flexibility of the sealing lips can even better compensate for the coaxiality error. Even individual deposits on the valve seat do not lead to a deteriorated sealing effect. Furthermore, it is advantageous if the sealing lips have an extension component in the axial direction and an extension component in the radially inward direction, because this allows an even better sealing effect to be achieved through greater flexibility in the axial direction.
Vorzugsweise ist der erste Ventilsitz an einem Strömungsgehäuse ausgebildet und der zweite Ventilsitz an einer sich senkrecht zur Mittelachse erstreckenden Ventilsitzplatte eines Ventilsitzkörpers ausgebildet. So werden zwei ebene Flächen zur Auflage der beiden Auflageflächen und somit zum Verschluss der beiden Durchströmungsquerschnitte zur Verfügung gestellt. Des Weiteren weist die Ventilsitzplatte eine entsprechend geringe axiale Ausdehnung auf, so dass die axiale Bauhöhe des Ventils gering ist und die Platte nicht in der Strömung angeordnet ist, solange der zweite Ventilsitz geschlossen ist. Auch ist es vorteilhaft, wenn am Ventilkörper eine Durchlassöffnung ausgebildet ist, die radial innerhalb der zweiten Auflagefläche mündet und welche axial in Richtung des Betätigungsgliedes betrachtet zumindest teilweise durch eine Wand, an der die zweite Anlagefläche des Ventilkörpers ausgebildet ist, begrenzt ist. Durch diese Durchlassöffnung kann der Druck aus dem Tank zur Öffnung des zweiten Ventilsitzes im Fall eines erhöhten Tankinnendruckes direkt auf die Ventilplatte wirken. The first valve seat is preferably formed on a flow housing and the second valve seat is formed on a valve seat plate of a valve seat body that extends perpendicular to the central axis. In this way, two flat surfaces are made available to support the two contact surfaces and thus to close the two flow cross-sections. Furthermore, the valve seat plate has a correspondingly small axial extent, so that the axial overall height of the valve is low and the plate is not arranged in the flow as long as the second valve seat is closed. It is also advantageous if a passage opening is formed on the valve body which opens radially inside the second bearing surface and which, viewed axially in the direction of the actuating member, is at least partially delimited by a wall on which the second bearing surface of the valve body is formed. Through this passage opening, the pressure from the tank to open the second valve seat can act directly on the valve plate in the event of an increased internal tank pressure.
In einer hierzu weiterführenden Ausbildung erstreckt sich die Durchlassöffnung von einer seitlichen Öffnung in einer radial begrenzenden Wand des Trägerelementes nach radial innen, wobei die Öffnung in der radial begrenzenden Wand einen Querschnitt aufweist, der zumindest einem Querschnitt des Befestigungskopfes entspricht. Die Öffnung dient zur Montage des Ventilkörpers am Befestigungskopf und bildet gleichzeitig die Einströmöffnung, um einen Druck über die Durchlassöffnung an den zweiten Ventilsitz zu leiten. In a further development, the passage opening extends radially inward from a lateral opening in a radially delimiting wall of the carrier element, the opening in the radially delimiting wall having a cross section which corresponds to at least a cross section of the fastening head. The opening is used to mount the valve body on the fastening head and at the same time forms the inflow opening in order to direct pressure via the passage opening to the second valve seat.
Vorzugswiese liegt ein Federelement am Trägerelement an und belastet den Ventilkörper in Richtung des ersten Ventilsitzes und das Trägerelement mit seiner ersten Anlagefläche gegen die erste Anschlagfläche. Somit wird eine feste Positionierung des Ventilkörpers zur Ventilstange während der Verstellung erreicht. Zusätzlich wirkt das Federelement mit dem Ventilkörper als Sicherheitsventil zum passiven Druckausgleich bei einem Unterdrück im Tank. A spring element preferably rests on the carrier element and loads the valve body in the direction of the first valve seat and the carrier element with its first contact surface against the first stop surface. A fixed positioning of the valve body in relation to the valve rod is thus achieved during the adjustment. In addition, the spring element acts with the valve body as a safety valve for passive pressure equalization in the event of a negative pressure in the tank.
Es wird somit ein Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil geschaffen, mit dem aktiv eine Verbindung zwischen einem Aktivkohlefilter und einem Tank hergestellt oder geschlossen werden kann, wobei bei bestimmten Betriebspunkten, nämlich einem zu hohen Überdruck gegenüber Atmosphäre im Tank oder einem zu hohen Unterdrück gegenüber Atmosphäre im Tank eine Verbindung durch die vorhandenen Druckunterschiede hergestellt wird. Zusätzlich wird ein zu schnelles Abströmen von Kraftstoffdampf aus dem Tank und zum Aktivkohlefilter verhindert, so dass eine Überlastung des Aktivkohlefilters verhindert wird. Vor allem wird eine hohe Dichtigkeit bei Auflage des Ventilkörpers auf den beiden Ventilsitzen sichergestellt, so dass konkrete Schaltpunkte zum Öffnen des Ventils vorgesehen werden können und keine ungewollten Leckagen auftreten. Ein solches Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil kann kostengünstig hergestellt werden, da keine hohen Anforderungen an die Fertigungs- und Montagetoleranzen vorliegen, um diese Dichtigkeit zu erreichen. Ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventils für eine Verbrennungskraftmaschine, insbesondere zur Verwendung bei einem Hybridantrieb, ist in den Figuren dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Figur 1 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventils mit schematisch dargestellten angeschlossenen Komponenten. A fuel vapor switching and ventilation valve is thus created with which a connection between an activated carbon filter and a tank can be actively established or closed, with certain operating points, namely an excessively high pressure compared to the atmosphere in the tank or an excessively high negative pressure compared to the atmosphere in the tank Tank a connection is established through the existing pressure differences. In addition, fuel vapor will escape too quickly from the tank and to the activated carbon filter prevents the activated carbon filter from being overloaded. Above all, a high level of tightness is ensured when the valve body rests on the two valve seats, so that specific switching points can be provided for opening the valve and no undesired leakage occurs. Such a fuel vapor switching and ventilation valve can be manufactured inexpensively, since there are no high demands on the manufacturing and assembly tolerances in order to achieve this tightness. An exemplary embodiment of a fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention for an internal combustion engine, in particular for use in a hybrid drive, is shown in the figures and is described below. FIG. 1 shows a side view of a fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention with connected components shown schematically.
Figur 2 zeigt eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventils aus Figur 1 in geschnittener Darstellung. FIG. 2 shows a side view of the fuel vapor switching and ventilation valve according to the invention from FIG. 1 in a sectional illustration.
Wie in Figur 1 dargestellt ist, weist das erfindungsgemäße Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil 10 einen ersten Anschluss 12 auf, der seitlich aus einem Gehäuse 14 des Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventils 10 ragt und einen zweiten axialen Anschluss 16 auf. Der erste, seitliche Anschluss 12 ist mit einem Kraftstofftank 18 verbunden, während der zweite axiale Anschluss 16 mit einem Aktivkohlefilter 20 verbunden ist. Vom Aktivkohlefilter 20 führt eine Leitung über ein Kraftstoffdampfauslassventil 22 zur Atmosphäre oder über eine zweite Leitung, in der ein Spülventil 24 angeordnet ist zu einer Verbrennungskraftmaschine 26, wo die Kraftstoffdämpfe der Verbrennung zugeführt werden können. Der Aufbau des Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventils 10 ist in Figur 2 zu erkennen. Es besteht aus einem Aktor 28, der als Elektromagnet ausgeführt ist und eine auf einen Spulenträger 30 gewickelte Spule 32, einen innenliegenden Kern 34, einen axial verschiebbaren Anker, der als Betätigungsglied 36 dient, sowie ein die Spule 32 radial umgebendes Joch 38 und jeweils ein an den axialen Enden des Spulenträgers 30 angeordnetes Rückschlussblech 40 aufweist, welche einen elektromagnetischen Kreis bilden. Dieser Aktor 28 und insbesondere das Joch 38 ist zur Bildung eines Aktorgehäuseteils 42 des Gehäuses 14 mit einem Kunststoff umspritzt, welches auch einen Stecker 44 und Befestigungsaugen 46 ausbildet und am zum Kern entgegengesetzten Ende eine axiale Öffnung 48 aufweist, in die eine Gleitbuchse 50 eingeschoben ist, welche den das Betätigungsglied 36 führt. Diese Gleitbuchse 50 ist aus einem nicht magnetisierbaren Material und topfförmig ausgebildet, wobei der Boden 52 gegen den Kern 34 anliegt. Der Hauptführungsbereich der Gleitbuchse 50 ist von einer weichmagnetischen Buchse 54 umgeben, welche in das Rückschlussblech 40 und den Spulenträger 30 eingepresst ist. Die Gleitbuchse 50 weist eine radiale Erweiterung 55 auf, von der aus sich an ihrem offenen Ende ein erweiterter Bereich 56 erstreckt, der gegenüberliegend zu den die Öffnung 48 begrenzenden Wandflächen des Aktorgehäuseteils 42 angeordnet ist, wobei zwischen dem erweiterten Bereich 56 der Gleitbuchse 50 und der die Öffnung 48 begrenzende Wandfläche ein Dichtring 58 angeordnet ist, durch den ein Eindringen von Kraftstoffdampf in Richtung der Spule 32 verhindert wird. As shown in FIG. 1, the fuel vapor switching and ventilation valve 10 according to the invention has a first connection 12 which protrudes laterally from a housing 14 of the fuel vapor switching and ventilation valve 10 and a second axial connection 16. The first, lateral connection 12 is connected to a fuel tank 18, while the second axial connection 16 is connected to an activated carbon filter 20. A line leads from the activated carbon filter 20 via a fuel vapor outlet valve 22 to the atmosphere or via a second line in which a flushing valve 24 is arranged to an internal combustion engine 26, where the fuel vapors can be fed to the combustion. The structure of the fuel vapor switching and ventilation valve 10 can be seen in FIG. It consists of an actuator 28, which is designed as an electromagnet and a coil 32 wound on a coil carrier 30, an inner core 34, an axially displaceable armature which serves as an actuating member 36, as well as a yoke 38 radially surrounding the coil 32 and one in each case has at the axial ends of the coil support 30 arranged return plate 40, which form an electromagnetic circuit. This actuator 28 and in particular the yoke 38 is overmolded with a plastic to form an actuator housing part 42 of the housing 14, which also forms a plug 44 and fastening eyes 46 and has an axial opening 48 at the end opposite the core, into which a sliding bush 50 is inserted , which the actuator 36 leads. This sliding bush 50 is made of a non-magnetizable material and is pot-shaped, with the bottom 52 resting against the core 34. The main guide area of the sliding bush 50 is surrounded by a soft magnetic bush 54 which is pressed into the return plate 40 and the coil carrier 30. The sliding bush 50 has a radial extension 55, from which an enlarged area 56 extends at its open end, which is arranged opposite the wall surfaces of the actuator housing part 42 delimiting the opening 48, with the sliding bush 50 and the sliding bushing 50 and the the wall surface delimiting the opening 48 is provided with a sealing ring 58, by means of which the penetration of fuel vapor in the direction of the coil 32 is prevented.
Am Aktorgehäuseteil 42 ist ein erstes Strömungsgehäuseteil 60 befestigt, welches den ersten Anschluss 12 ausbildet und in dem ein Ventilkörper 62 bewegbar ist, welcher mit dem als Betätigungsglied 36 dienenden Anker gekoppelt ist, indem am Anker eine Ventilstange 64 befestigt ist, an der der Ventilkörper 62 erfindungsgemäß kardanisch befestigt ist. Die Befestigung der Ventilstange 64 am Betätigungsglied 36 erfolgt, indem die Ventilstange 64 durch eine Durchgangsbohrung 66 im Betätigungsglied 36 geschoben wird bis die Ventilstange 64 mit einer Erweiterung 68 axial gegen das zum Ventilkörper 62 weisende Ende des Betätigungsgliedes 36 anliegt. A first flow housing part 60 is attached to the actuator housing part 42, which forms the first connection 12 and in which a valve body 62 can be moved, which is coupled to the armature serving as an actuating element 36, in that a valve rod 64 is attached to the armature, to which the valve body 62 is gimbaled according to the invention. The valve rod 64 is fastened to the actuating member 36 by pushing the valve rod 64 through a through hole 66 in the actuating member 36 is until the valve rod 64 rests axially with an extension 68 against the end of the actuating member 36 facing the valve body 62.
In diesem Zustand ragt die Ventilstange 64 am entgegengesetzten Ende aus dem Betätigungsglied 36 heraus und kann dort umgeformt werden, so dass eine Art Nietkopf 70 in einer kreisringförmigen Ausnehmung 72 an der zum Kern 34 weisenden Seite des Ankers anliegt. In this state, the valve rod 64 protrudes from the actuating member 36 at the opposite end and can be reshaped there so that a type of rivet head 70 rests in an annular recess 72 on the side of the armature facing the core 34.
An der entgegengesetzten Seite weist die Ventilstange 64 erfindungsgemäß einen Befestigungskopf 74 auf, der in einen Innenraum 75 des Ventilkörpers 62 ragt und eine zum Anker weisende gerade Anschlagfläche 77 und eine vom Anker wegweisende sphärische Anschlagfläche 79 aufweist. Der Ventilkörper 62 liegt entsprechend ankerseitig mit einer ersten Anlagefläche 81 gegen die gerade Anschlagfläche 77 des Befestigungskopfes 74 an, wozu am Ventilkörper 62 eine Öffnung 76 ausgebildet ist, deren Durchmesser geringfügig kleiner ist als der Durchmesser der Ventilstange 64 in dem Abschnitt, der durch die Öffnung 76 ragt. Die sphärische Anschlagfläche 79 des Befestigungskopfes 74 ist gegenüberliegend zu einer zweiten Anlagefläche 83 angeordnet, die an einer radial in das Innere des Ventilkörpers 62 ragenden Wand 78 ausgebildet ist. Da die axiale Ausdehnung des Befestigungskopfes 74 etwas geringer gewählt wird als der Abstand der beiden Anlageflächen 81, 83 zueinander, ist der Ventilkörper 62 geringfügig axial relativ zur Ventilstange 64 beweglich beziehungsweise kippbar. On the opposite side, the valve rod 64 has a fastening head 74 according to the invention, which protrudes into an interior 75 of the valve body 62 and has a straight stop surface 77 pointing towards the armature and a spherical stop surface 79 pointing away from the armature. The valve body 62 rests accordingly on the armature side with a first contact surface 81 against the straight stop surface 77 of the fastening head 74, for which purpose an opening 76 is formed on the valve body 62, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the valve rod 64 in the section that passes through the opening 76 protrudes. The spherical stop surface 79 of the fastening head 74 is arranged opposite a second contact surface 83, which is formed on a wall 78 projecting radially into the interior of the valve body 62. Since the axial extension of the fastening head 74 is selected to be somewhat smaller than the distance between the two contact surfaces 81, 83, the valve body 62 can be moved or tilted slightly axially relative to the valve rod 64.
Der Ventilkörper 62 weist zur Befestigung eine radiale Öffnung 71 in einer den Ventilkörper 62 radial begrenzenden Wand 73 auf, über die der Ventilkörper 62 auf den Befestigungskopf 74 geschoben werden kann, so dass dieser zwischen den beiden Anlagefläche 81, 83 zu liegen kommt, wobei beim Einschieben der Befestigungskopf 74 hinter einen Hinterschnitt geschoben wird, so dass eine formschlussähnliche Verbindung geschaffen wird. Dieses Einschieben wird durch die sphärische Form des Befestigungskopfes 74 vereinfacht. Ein Federelement 80 spannt einerseits den Ventilkörper 62 gegen die gerade Anschlagfläche 77 des Befestigungskopfes 74 vor und andererseits den Ventilkörper 62 mit dem Anker in Richtung eines ersten Ventilsitzes 82 vor, der am ersten Strömungsgehäuseteil 60 ausgebildet ist, indem das Federelement 80 zwischen den Ventilkörper 62 und die Erweiterung 55 der Gleitbuchse 50 eingespannt wird. For fastening, the valve body 62 has a radial opening 71 in a wall 73 which radially delimits the valve body 62, via which the valve body 62 can be pushed onto the fastening head 74 so that it comes to rest between the two contact surfaces 81, 83, with Pushing in the fastening head 74 is pushed behind an undercut, so that a form-locking-like connection is created. This insertion is simplified by the spherical shape of the fastening head 74. A spring element 80 on the one hand biases the valve body 62 against the straight stop surface 77 of the fastening head 74 and on the other hand biases the valve body 62 with the armature in the direction of a first valve seat 82 which is formed on the first flow housing part 60 by placing the spring element 80 between the valve body 62 and the extension 55 of the sliding bush 50 is clamped.
Im geschlossenen Zustand liegt der Ventilkörper 62 mit einer ersten, radial äußeren Auflagefläche 84, die als Dichtlippe 85 eines Dichtelementes 86 ausgebildet ist, gegen den ersten Ventilsitz 82 an, der eine Durchströmungsöffnung 87 umgibt. Dabei werden geringe Fehler bezüglich der Koaxialität des Ankers zum ersten Ventilsitz 82 ausgeglichen, da der Ventilkörper 62 geringfügig zum Anker gekippt werden kann. Dies wird einerseits dadurch erreicht, dass eine Kippbewegung über den Durchmesser der Ventilstange 64 möglich ist und anderseits dadurch, dass der Abstand der Anlageflächen 81, 83 beziehungsweise die sphärische Form des Befestigungskopfes 74 ein solches Kippen ermöglicht. Das Dichtelement 86 besteht aus einem elastischen Material, insbesondere einem Elastomer und ist an einem Trägerelement 88 befestigt, über welches auch die Verbindung zur Ventilstange 64 besteht, und an dem die erste Anlagefläche 81, die Wand 78 mit der zweiten Anlagefläche 83, die radial begrenzende Wand 73 mit der Öffnung 71, über die die Ventilstange 64 in den Ventilkörper 62 eingeführt wird, die Öffnung 76, durch die die Ventilstange 64 im montierten Zustand ragt, ausgebildet sind. Das Trägerelement 88 deckt das Dichtelement 86 in Richtung des Ankers weitestgehend ab und umgibt dieses auch zumindest teilweise radial. Das Dichtelement 86 weist zusätzlich zur ersten Auflagefläche 84 noch eine weitere radial innerhalb der ersten Auflagefläche 84 platzierte, zweite Auflagefläche 90 auf, die ebenfalls als Dichtlippe 93 ausgeführt ist und axial näher zum Anker angeordnet ist als die erste Auflagefläche 84 und mit der das Dichtelement 86 auf einen zweiten Ventilsitz 92 absenkbar ist. Die Dichtlippen 85, 93 erstrecken sich axial und weisen eineIn the closed state, the valve body 62 rests with a first, radially outer bearing surface 84, which is designed as a sealing lip 85 of a sealing element 86, against the first valve seat 82, which surrounds a throughflow opening 87. Small errors with regard to the coaxiality of the armature with the first valve seat 82 are compensated for, since the valve body 62 can be tilted slightly towards the armature. This is achieved on the one hand by the fact that a tilting movement over the diameter of the valve rod 64 is possible and on the other hand by the fact that the distance between the contact surfaces 81, 83 or the spherical shape of the fastening head 74 enables such tilting. The sealing element 86 consists of an elastic material, in particular an elastomer, and is attached to a carrier element 88, via which the connection to the valve rod 64 also exists, and on which the first contact surface 81, the wall 78 with the second contact surface 83, the radially delimiting Wall 73 with the opening 71, through which the valve rod 64 is inserted into the valve body 62, the opening 76 through which the valve rod 64 protrudes in the assembled state are formed. The carrier element 88 largely covers the sealing element 86 in the direction of the armature and also surrounds it at least partially radially. In addition to the first bearing surface 84, the sealing element 86 has a further second bearing surface 90 which is placed radially inside the first bearing surface 84 and which is also designed as a sealing lip 93 and is arranged axially closer to the armature than the first bearing surface 84 and with which the sealing element 86 can be lowered onto a second valve seat 92. the Sealing lips 85, 93 extend axially and have a
Erstreckungskomponente nach radial innen auf, so dass ein Hinterschnitt entsteht. Entsprechend werden sie bei Auflage auf den Ventilsitzen 82, 92 nach radial innen weiter verformt, so dass einerseits die Elastizität aufgrund des Materials und anderseits aufgrund der Form mit dem Hinterschnitt genutzt werden kann, um einen dichten Verschluss zu erhalten und Unebenheiten oder mangelnde Koaxialitäten ausgleichen zu können. Auch können die Winkelversätze aufgrund eines Kippens des Ventilkörpers 62 durch die Dichtlippen 85, 93 ausgeglichen werden Extension component radially inward, so that an undercut is created. Correspondingly, when they rest on the valve seats 82, 92, they are further deformed radially inward, so that on the one hand the elasticity due to the material and on the other hand due to the shape with the undercut can be used to obtain a tight seal and to compensate for unevenness or lack of coaxiality can. The angular offsets due to the valve body 62 tilting can also be compensated for by the sealing lips 85, 93
Der zweite Ventilsitz 92 ist axial bewegbar und an einem Durchflussbegrenzungselement 94 ausgebildet, welches bei Auflage auf der zweiten Auflagefläche 90 eine radial innerhalb der zweiten Auflagefläche 90 ausgebildete Durchlassöffnung 96 am Dichtelement 86 und am Ventilkörper 62 verschließt. The second valve seat 92 is axially movable and is formed on a flow-limiting element 94 which, when resting on the second bearing surface 90, closes a passage opening 96 formed radially inside the second bearing surface 90 on the sealing element 86 and on the valve body 62.
Das Durchflussbegrenzungselement 94 ist zweiteilig ausgeführt und besteht aus einem Ventilsitzkörper 98, an dem der zweite Ventilsitz 92 ausgebildet ist, und einem Regelkörper 100. Der Ventilsitzkörper 98 weist eine Ventilsitzplatte 99 auf, die sich senkrecht zur Bewegungsachse beziehungsweise Mittelachse des Ventils 10 erstreckt und an deren zum Ventilkörper 62 weisenden Seite der zweite Ventilsitz 92 ausgebildet ist, und von der aus sich ein Befestigungsstift 101 erstreckt, der in einem Sackloch 103 des Regelkörpers 100 befestigt ist. Ein Übergangsbereich 105 zwischen der Ventilsitzplatte 99 und dem Befestigungsstift 101 ist konkav geformt. Des Weiteren weist die Ventilsitzplatte 99 zumindest im Bereich des Ventilsitzes 92 eine axiale Ausdehnung auf, die geringer ist als der axiale Versatz der beiden Auflageflächen 84, 90 am Ventilkörper 62. Dies hat zur Folge, dass die Ventilsitzplatte 99 vollständig axial zwischen den beiden Auflageflächen angeordnet ist, solange der Ventilkörper 62 nicht vom zweiten Ventilsitz 92 abgehoben wird. Der Regelkörper 100 weist eine sphärisch geformte Umströmungsfläche 102 auf, welche mit einer Düse 104 korrespondiert, die an einer Innenfläche 106 eines zweiten Strömungsgehäuseteils 108 ausgebildet ist, welches am ersten Strömungsgehäuseteil 60 befestigt ist und den zweiten, axialen Anschluss 16 bildet. The flow limiting element 94 is designed in two parts and consists of a valve seat body 98, on which the second valve seat 92 is formed, and a control body 100 the side facing the valve body 62, the second valve seat 92 is formed, and from which a fastening pin 101 extends, which is fastened in a blind hole 103 of the control body 100. A transition area 105 between the valve seat plate 99 and the fastening pin 101 is concave. Furthermore, the valve seat plate 99 has an axial extent, at least in the area of the valve seat 92, which is less than the axial offset of the two bearing surfaces 84, 90 on the valve body 62. This means that the valve seat plate 99 is arranged completely axially between the two bearing surfaces is as long as the valve body 62 is not lifted from the second valve seat 92. The control body 100 has a spherically shaped flow surface 102 which corresponds to a nozzle 104 which is formed on an inner surface 106 of a second flow housing part 108 which is attached to the first flow housing part 60 and forms the second, axial connection 16.
Das Durchflussbegrenzungselement 94 weist Stege 110 auf, die sich vom Regelkörper 100 nach radial außen erstrecken und die Umströmungsfläche 102 mit einem radial äußeren Ring 112 verbinden. Entsprechend werden zwischen den Stegen 110 sowie zwischen der Umströmungsfläche 102 und dem Ring 112 mehrere Durchlassöffnungen 114 gebildet. The flow restriction element 94 has webs 110 which extend radially outward from the regulating body 100 and connect the flow area 102 to a radially outer ring 112. Correspondingly, a plurality of passage openings 114 are formed between the webs 110 and between the flow area 102 and the ring 112.
Das zweite Strömungsgehäuseteil 108 weist einen radial inneren, ringförmigen Vorsprung 116 auf, an dessen Innenseite die Düse 104 ausgebildet ist und dessen axiales Ende als Anschlag 118 für die Bewegung des Durchflussbegrenzungselementes 94 dient, welches bei Anliegen des Rings 112 am Anschlag 118 lediglich einen engen Spalt 120 zwischen der Umströmungsfläche 102 und der Düse 104 freigibt. DasThe second flow housing part 108 has a radially inner, annular projection 116, on the inside of which the nozzle 104 is formed and the axial end of which serves as a stop 118 for the movement of the flow limiting element 94, which only forms a narrow gap when the ring 112 rests against the stop 118 120 between the flow area 102 and the nozzle 104 releases. That
Durchflussbegrenzungselement 94 wird mittels einer Feder 122, die zwischen einer Axialnut 124 des Ringes 112 und einer Auflagefläche 126 am zweiten Strömungsgehäuseteil 108 eingespannt ist, in Richtung des Ventilkörpers 62 und vom Anschlag 118 wegweisend belastet, so dass die Feder 122 den zweiten Ventilsitz 92 gegen den Ventilkörper 62 drückt und den Regelkörper 100 aus dem kleinsten Querschnitt der Düse 104 heraus belastet. Flow limiting element 94 is loaded in the direction of valve body 62 and away from stop 118 by means of a spring 122, which is clamped between an axial groove 124 of ring 112 and a bearing surface 126 on second flow housing part 108, so that spring 122 pushes second valve seat 92 against The valve body 62 presses and loads the control body 100 from the smallest cross section of the nozzle 104.
Die Funktion des Ventils ist nun so, dass im Normalzustand der Ventilkörper 62 mit seinen nach radial innen verformten Dichtlippen 85, 93 auf dem ersten Ventilsitz 82 und dem zweiten Ventilsitz 92 aufliegt und somit keine Durchströmung zwischen den Anschlüssen 12, 16 vorliegt. In diesem Zustand drückt die Feder 80 den Ventilkörper 62 auf den ersten Ventilsitz 82 und gegen den zweiten Ventilsitz 92, der seinerseits durch die Feder 122 gegen den Ventilkörper 62 belastet wird. In diesem Zustand wird auch bei vorhandenen Koaxialitätsfehlern oder Unebenheiten an den Ventilsitzen 82, 92 eine gute Dichtwirkung erreicht, da der Ventilkörper 62 entsprechend zur Bewegungsachse des Betätigungsgliedes 36 gekippt werden kann. Steigt nun beispielsweise aufgrund von Erwärmung der Druck im Kraftstofftank 18 und damit am ersten Anschluss 12 auf beispielsweise über 0,3 bar Überdruck gegenüber Atmosphäre wird der zweite Ventilsitz 92 durch den auf die Ventilsitzplatte 99 wirkenden Druck von der zweiten Auflagefläche 90 des Ventilkörpers 62 abgehoben, da bei diesem Druck die am Durchflussbegrenzungselement 94 aufgrund der Druckdifferenz wirkenden Kräfte größer sind als die Federkraft der Feder 122. Entsprechend strömt Kraftstoffdampf vom ersten Anschluss 12 über die Durchlassöffnung 96 am Ventilkörper 62 und die Durchströmungsöffnung 87 im Inneren des ersten Ventilsitzes 82 sowie durch die Durchlassöffnungen 114 zwischen den Stegen 110 und dem Spalt 120 zum zweiten Anschluss 16 und damit in Richtung des Aktivkohlefilters 20, so dass der Druck im Kraftstofftank 18 abgebaut wird. Bei sehr großen Drücken, die zu Volumenströmen führen würden, die nicht mehr vom Aktivkohlefilter 20 absorbiert werden können, tritt die Funktion des Durchflussbegrenzungselementes 94 in Kraft. Dieses wird bei sehr hohen Druckunterschieden bis gegen den Anschlag 118 verschoben. In dieser Position wird lediglich ein minimaler Spalt 120 zwischen dem Regelkörper 100 und der Düse 104 freigegeben, der einen maximalen Durchfluss zulässt, der dem maximal zulässigen Durchfluss des Aktivkohlefilters 20 von beispielsweise etwa 220 l/min entspricht. In den anderen Zuständen wird der Durchfluss durch den Spalt in Abhängigkeit der anliegenden Druckdifferenz geändert, also mit fallendem Druck ein größerer Durchströmungsquerschnitt zur Verfügung gestellt. Fällt nun beispielweise aufgrund der Tankentleerung der Druck im Kraftstofftank 18 und damit am ersten Anschluss 12 auf beispielsweise unter -0,1 bar Unterdrück gegenüber Atmosphäre wird der Ventilkörper 62 vom ersten Ventilsitz 82 abgehoben, da bei diesem Druck die am Ventilkörper 62 aufgrund der Druckdifferenz wirkenden Kräfte größer sind als die Federkraft des Federelementes 80. Entsprechend strömt Luft vom zweiten Anschluss 16 durch den Spalt 120 zwischen dem Regelkörper 100 und der Düse 104 sowie durch die Durchströmungsöffnung 87 und radial zwischen dem Ventilkörper 62 und dem ersten Ventilsitz 82 zum ersten Anschluss 12, so dass ein Druckausgleich im Tank erfolgt. Der dabei auftretende Strömungswiderstand ist sehr gering, da die Strömung entlang des konkaven Übergangsbereiches 105 allmählich umgelenkt wird und auch die Dichtlippe 85 eine Erstreckung aufweist, die im Wesentlichen der entstehenden Strömungsrichtung entspricht. Die Ventilsitzplatte 99 liegt in diesem Zustand weiter an der zweiten Auflagefläche 90 des Ventilkörpers 62 an, wird also durch die Feder 122 mit in Richtung des Elektromagneten bewegt. Entsprechend befindet sich die Ventilsitzplatte 99 vollständig außerhalb des durchströmten Querschnitts, so dass auch durch die Ventilsitzplatte 99 kein Druckverlust entsteht. The function of the valve is now such that in the normal state the valve body 62 rests with its radially inwardly deformed sealing lips 85, 93 on the first valve seat 82 and the second valve seat 92 and thus there is no flow between the connections 12, 16. In this state, the spring 80 presses the valve body 62 onto the first valve seat 82 and against the second valve seat 92, which in turn is loaded by the spring 122 against the valve body 62. In this state it is also used Any existing coaxiality errors or unevenness on the valve seats 82, 92 achieves a good sealing effect, since the valve body 62 can be tilted in accordance with the axis of movement of the actuating member 36. If the pressure in the fuel tank 18 and thus at the first connection 12 increases to, for example, over 0.3 bar overpressure compared to the atmosphere, for example due to heating, the second valve seat 92 is lifted off the second bearing surface 90 of the valve body 62 by the pressure acting on the valve seat plate 99, because at this pressure the forces acting on the flow limiting element 94 due to the pressure difference are greater than the spring force of the spring 122. Accordingly, fuel vapor flows from the first connection 12 via the passage opening 96 on the valve body 62 and the flow opening 87 inside the first valve seat 82 and through the passage openings 114 between the webs 110 and the gap 120 to the second connection 16 and thus in the direction of the activated carbon filter 20, so that the pressure in the fuel tank 18 is reduced. At very high pressures, which would lead to volume flows that can no longer be absorbed by the activated carbon filter 20, the function of the flow-limiting element 94 comes into effect. In the event of very high pressure differences, this is shifted up to the stop 118. In this position, only a minimal gap 120 is released between the regulating body 100 and the nozzle 104, which allows a maximum flow rate that corresponds to the maximum flow rate of the activated carbon filter 20 of, for example, about 220 l / min. In the other states, the flow through the gap is changed as a function of the applied pressure difference, i.e. a larger flow cross-section is made available as the pressure falls. If, for example, due to the tank emptying, the pressure in the fuel tank 18 and thus at the first connection 12 drops to below -0.1 bar negative pressure compared to the atmosphere, the valve body 62 is lifted from the first valve seat 82, since at this pressure the The forces acting on the valve body 62 due to the pressure difference are greater than the spring force of the spring element 80. Accordingly, air flows from the second connection 16 through the gap 120 between the control body 100 and the nozzle 104 and through the flow opening 87 and radially between the valve body 62 and the first valve seat 82 to the first connection 12, so that a pressure equalization takes place in the tank. The flow resistance occurring in this case is very low, since the flow is gradually deflected along the concave transition area 105 and the sealing lip 85 also has an extension which essentially corresponds to the flow direction being created. In this state, the valve seat plate 99 continues to bear against the second bearing surface 90 of the valve body 62, that is to say is moved by the spring 122 in the direction of the electromagnet. Correspondingly, the valve seat plate 99 is located completely outside the cross section through which the flow passes, so that no pressure loss occurs through the valve seat plate 99 either.
Des Weiteren ist es durch Bestromung des Elektromagneten möglich, das Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil 10 aktiv zu betätigen. Dies erfolgt beispielsweise vor dem Einleiten des Tankvorgangs, um sicherzugehen, dass zu diesem Zeitpunkt keine Über- oder Unterdrücke im Tank 18 vorhanden sind. Dabei wird durch Abheben ein gleicher Zustand des Ventils 10 hergestellt, wie im Fall eines hohen Unterdrucks im Tank 18. Eine Strömung von Luft vom zweiten Anschluss 16 zum ersten Anschluss 12 ist ebenso möglich, wie eine Strömung von Kraftstoffdampf in umgekehrter Richtung, wobei hierbei die Funktion des Durchflussbegrenzungselementes 94 erhalten bleibt. Der Strömungswiderstand bleibt jedoch gering, da die Ventilsitzplatte 99 weiterhin außerhalb des Durchströmungsquerschnitts angeordnet ist. Es wird entsprechend ein Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil 10 geschaffen, welches zuverlässig sowohl Unter- als auch Überdrücke im Tank 18 abbauen kann und zusätzlich den Durchfluss des Kraftstoffdampfes auf einen maximal zulässigen Wert begrenzt. Auch eine aktive Schaltung ist möglich. Alle diese Funktionen werden in einem kleinbauenden Ventil verwirklicht, welches durch die kardanische Aufhängung des Ventilkörpers einen Winkelversatz der Mittelachse des Ventilsitzes zur Bewegungsachse des Betätigungsgliedes ausgleichen kann, so dass immer eine sehr hohe Dichtigkeit erzielt wird und Leckageströme vermieden werden. Dennoch kann das Ventil mit relativ ungenauen Toleranzen gefertigt und montiert werden und somit kostengünstig hergestellt werden. Furthermore, by energizing the electromagnet, it is possible to actively actuate the fuel vapor switching and ventilation valve 10. This takes place, for example, before the refueling process is initiated, in order to ensure that there are no overpressures or underpressures in the tank 18 at this point in time. By lifting it off, the valve 10 is in the same state as in the case of a high negative pressure in the tank 18. A flow of air from the second connection 16 to the first connection 12 is also possible, as is a flow of fuel vapor in the opposite direction Function of the flow limiting element 94 is retained. The flow resistance remains low, however, since the valve seat plate 99 is still arranged outside the flow cross-section. Accordingly, a fuel vapor switching and ventilation valve 10 is created which can reliably reduce both negative and positive pressures in the tank 18 and additionally limits the flow of fuel vapor to a maximum permissible value. Also an active circuit is possible. All these functions are implemented in a small valve, which can compensate for an angular offset of the central axis of the valve seat to the axis of movement of the actuator through the cardanic suspension of the valve body, so that a very high level of tightness is always achieved and leakage flows are avoided. Nevertheless, the valve can be manufactured and assembled with relatively imprecise tolerances and can thus be manufactured inexpensively.
Es sollte deutlich sein, dass verschiedene Änderungen im Vergleich zum Ausführungsbeispiel möglich sind, ohne den Schutzbereich des Hauptanspruchs zu verlassen. Neben einer unterschiedlichen Ausführung der Gehäusetrennungen kann auch das Durchflussbegrenzungselement oder der Aktor anders ausgeführt werden. Die Schaltpunkte können mit den vorhandenen Federn je nach Anwendung individuell angepasst werden. Gleiches gilt für den maximal zulässigen Durchfluss, der durch konstruktive Änderung der Düse und/oder des Durchflussbegrenzungselementes oder der Ventilglieder und Durchströmungsquerschnitte im Ventil angepasst werden kann. Auch kann die den Ventilkörper in Schließrichtung belastende Feder anders angeordnet werden, insbesondere zwischen dem Anker und dem Kern des Elektromagneten. It should be clear that various changes compared to the exemplary embodiment are possible without departing from the scope of protection of the main claim. In addition to a different design of the housing separations, the flow-limiting element or the actuator can also be designed differently. The switching points can be individually adjusted with the existing springs depending on the application. The same applies to the maximum permissible flow rate, which can be adapted by changing the design of the nozzle and / or the flow-limiting element or the valve members and flow cross-sections in the valve. The spring loading the valve body in the closing direction can also be arranged differently, in particular between the armature and the core of the electromagnet.

Claims

Pierburg GmbH, 41460 Neuss Pierburg GmbH, 41460 Neuss
P A T E N T A N S P R Ü C H E 1. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil (10) für eine Verbrennungskraftmaschine (26) mit einem Aktor (28), einem ersten Anschluss (12) und einem zweiten Anschluss (16), einem Ventilkörper (62), der über eine Ventilstange (64) mit einem axial bewegbaren Betätigungsglied (36) des Aktors (28) gekoppelt ist und eine erste Auflagefläche (84) aufweist, mit der der Ventilkörper (62) auf einen ersten Ventilsitz (82) absenkbar und vom ersten Ventilsitz (82) abhebbar ist, der zwischen dem ersten Anschluss (12) und dem zweiten Anschluss (16) angeordnet ist, und eine zweite Auflagefläche (90) aufweist, mit der der Ventilkörper (62) gegen einen zweiten Ventilsitz (92) bewegbar ist, der axial verschiebbar ist und über eine Feder (122) in Richtung zum Ventilkörper (62) belastet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (62) kardanisch an einem vom Betätigungsglied (36) entfernten Ende der Ventilstange (64) an der Ventilstange (64) befestigt ist. PATENT CLAIMS 1. Fuel vapor switching and ventilation valve (10) for an internal combustion engine (26) with an actuator (28), a first connection (12) and a second connection (16), a valve body (62), which via a valve rod (64) is coupled to an axially movable actuating member (36) of the actuator (28) and has a first bearing surface (84) with which the valve body (62) can be lowered onto a first valve seat (82) and raised from the first valve seat (82) which is arranged between the first connection (12) and the second connection (16) and has a second bearing surface (90) with which the valve body (62) can be moved against a second valve seat (92) which is axially displaceable and is loaded via a spring (122) in the direction of the valve body (62), characterized in that the valve body (62) is gimbaled to the valve rod (64) at an end of the valve rod (64) remote from the actuating member (36).
2. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine2. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass am vom Betätigungsglied (36) entfernten Ende der Ventilstange (64) ein Befestigungskopf (74) ausgebildet ist, der in einem Innenraum (75) des Ventilkörpers (62) angeordnet ist, der zwischen zwei Anlageflächen (81, 83) des Ventilkörpers (62) angeordnet ist. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that at the end of the valve rod (64) remote from the actuating member (36) a fastening head (74) is formed which is arranged in an interior (75) of the valve body (62) which is located between two contact surfaces ( 81, 83) of the valve body (62) is arranged.
3. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine3. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (62) eine erste Anlagefläche (81) aufweist, die gegen eine erste Anschlagfläche (77) des Befestigungskopfes (74) bewegbar ist und eine zweite Anlagefläche (83) aufweist, die gegen eine zweite Anschlagfläche (79) des Befestigungskopfes (74) bewegbar ist. Internal combustion engine according to claim 2, characterized in that the valve body (62) has a first contact surface (81) which can be moved against a first stop surface (77) of the fastening head (74) and has a second contact surface (83) which is against a second stop surface (79) of the fastening head (74) is movable.
4. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine4. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Ausdehnung des Befestigungskopfes (74) kleiner ist als der Abstand der beiden Anlageflächen (81, 83) des Ventilkörpers (62) zueinander. Internal combustion engine according to claim 2 or 3, characterized in that the axial extent of the fastening head (74) is smaller than the distance between the two contact surfaces (81, 83) of the valve body (62) from one another.
5. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine5. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die erste, zum Betätigungsglied (36) weisende Anschlagfläche (77) eben geformt ist und die zweite, vom Betätigungsglied (36) wegweisende Anschlagfläche (79) sphärisch geformt ist. 6. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eineInternal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the first stop surface (77) facing the actuating member (36) is flat and the second stop surface (79) facing away from the actuating member (36) is spherically shaped. 6. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung (76) des Ventilkörpers (62), durch die die Ventilstange (64) ragt, einen größeren Durchmesser aufweist als die VentilstangeInternal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that an opening (76) in the valve body (62) through which the valve rod (64) protrudes has a larger diameter than the valve rod
(64) in dem durch die Öffnung (76) ragenden Abschnitt und einen kleineren Durchmesser aufweist als der Befestigungskopf (74). (64) in the section protruding through the opening (76) and having a smaller diameter than the fastening head (74).
7. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Auflagefläche (90) des Ventilkörpers (62) radial innerhalb der ersten Auflagefläche (84) des Ventilkörpers (62) angeordnet ist und axial näher zum Aktor (28) angeordnet ist als die erste Auflagefläche (84). 7. Fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the second bearing surface (90) of the valve body (62) is arranged radially inside the first bearing surface (84) of the valve body (62) and is arranged axially closer to the actuator (28) than the first bearing surface (84).
8. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine8. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (62) ein Trägerelement (88) aufweist, an dem ein Dichtelement (86) befestigt ist, an dem die erste Auflagefläche (84) und die zweite Auflagefläche (90) ausgebildet sind. Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the valve body (62) has a carrier element (88) to which a sealing element (86) is attached, on which the first bearing surface (84) and the second bearing surface (90) are formed.
9. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine9. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass am Trägerelement (88) die beiden Anlageflächen (81, 83) ausgebildet sind, zwischen denen der Befestigungskopf (74) angeordnet ist. Internal combustion engine according to Claim 2, characterized in that the two contact surfaces (81, 83), between which the fastening head (74) is arranged, are formed on the carrier element (88).
10. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (86) aus einem Elastomer ist und das Trägerelement (88) aus einem Duroplast, einem Thermoplast oder Metall ist. 11. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine10. Fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the sealing element (86) is made of an elastomer and the carrier element (88) is made of a thermoset, a thermoplastic or metal. 11. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Auflageflächen (84, 90) des Dichtelementes (86) als Dichtlippen (85, 93) ausgebildet sind, die sich vom Dichtelement (86) zumindest axial in Richtung des jeweiligen Ventilsitzes (82, 92) erstrecken. Internal combustion engine according to one of claims 2 to 4, characterized in that the two bearing surfaces (84, 90) of the sealing element (86) are designed as sealing lips (85, 93) which extend from the sealing element (86) at least axially in the direction of the respective valve seat (82, 92) extend.
12. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine12. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ventilsitz (82) an einem Strömungsgehäuseteil (60) ausgebildet ist und der zweite Ventilsitz (92) an einer sich senkrecht zur Mittelachse erstreckenden Ventilsitzplatte (99) eines Ventilsitzkörpers (98) ausgebildet ist. 13. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eineInternal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the first valve seat (82) is formed on a flow housing part (60) and the second valve seat (92) is formed on a valve seat plate (99) of a valve seat body (98) extending perpendicular to the central axis . 13. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am Ventilkörper (62) eine Durchlassöffnung (96) ausgebildet ist, die radial innerhalb der zweiten Auflagefläche (90) mündet und welche axial in Richtung des Betätigungsgliedes (36) betrachtet zumindest teilweise durch eine Wand (78), an der die zweite Anlagefläche (83) des Ventilkörpers (62) ausgebildet ist, begrenzt ist. Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a passage opening (96) is formed on the valve body (62) which opens radially inside the second bearing surface (90) and which viewed axially in the direction of the actuating member (36) at least partially through a wall (78), on which the second contact surface (83) of the valve body (62) is formed, is limited.
14. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine Verbrennungskraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchlassöffnung (96) sich von einer seitlichen Öffnung (71) in einer radial begrenzenden Wand (73) des Trägerelementes (88) nach radial innen erstreckt, wobei die Öffnung (71) in der radial begrenzenden Wand (73) einen Querschnitt aufweist, der zumindest einem Querschnitt des Befestigungskopfes (74) entspricht. 14. Fuel vapor switching and ventilation valve for an internal combustion engine according to claim 13, characterized in that the passage opening (96) extends radially inward from a lateral opening (71) in a radially delimiting wall (73) of the carrier element (88), wherein the opening (71) in the radially delimiting wall (73) has a cross section which corresponds at least to a cross section of the fastening head (74).
15. Kraftstoffdampfschalt- und -lüftungsventil für eine15. Fuel vapor switching and ventilation valve for a
Verbrennungskraftmaschine nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (80) am Trägerelement (88) anliegt und den Ventilkörper (62) in Richtung des ersten Ventilsitzes (82) belastet und das Trägerelement (88) mit seiner ersten Anlagefläche (81) gegen die erste Anschlagfläche (77) belastet. Internal combustion engine according to one of claims 8 to 14, characterized in that a spring element (80) rests on the carrier element (88) and loads and loads the valve body (62) in the direction of the first valve seat (82) the carrier element (88) is loaded with its first contact surface (81) against the first stop surface (77).
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