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Dokumentenidentifikation DE19911489B4 06.12.2007
Titel Vorrichtung zum Steuern von Fluidströmen beim Betanken
Anmelder Tesma Motoren- und Getriebetechnik Ges.m.b.H., Preding-Krottendorf, AT
Erfinder Schaar, Rudolf, Mitterdorf an der Raab, AT
Vertreter v. Füner Ebbinghaus Finck Hano, 81541 München
DE-Anmeldedatum 15.03.1999
DE-Aktenzeichen 19911489
Offenlegungstag 07.10.1999
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 06.12.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 06.12.2007
IPC-Hauptklasse B60K 15/035(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilvorrichtung zum Steuern der Fluidströme beim Betanken eines mit einem Einfüllstutzen versehenen Kraftstofftankes, mit: einem Gehäuse, in dem eine erste Öffnung zum Anschluß einer von der Oberseite des Kraftstofftankes ausgehenden Betriebsentlüftungsleitung und eine zweite Öffnung zum Anschluß einer von einem Ausgleichs- und/oder Auffangbehälter ausgehenden Kraftstoffdampf-Rezyklierungsleitung ausgebildet sind, einem Ventilglied, welches im Gehäuse zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglich gelagert ist und zumindest eine Dichtfläche aufweist, einem Ventilsitz, der im Gehäuse zwischen den Öffnungen angeordnet ist und mit der/den Dichtfläche(n) des Ventilgliedes zusammenwirkt, um in der ersten Stellung eine erste Fluidverbindung zwischen der ersten Öffnung und der zweiten Öffnung zu errichten und in der zweiten Stellung die erste Fluidverbindung zu unterbrechen, und Betätigungsmitteln für das Ventilglied, um dieses von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu versetzen.

Eine derartige Ventilvorrichtung ist aus der DE 43 43 498 A1 bekannt.

Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit einer solchen Ventilvorrichtung, die für einen Einsatz in einem Betankungssystem bestimmt ist, das die folgenden Komponenten aufweist:

  • – einen Kraftstofftank mit einem Einfüllstutzen,
  • – einen Ausgleichsbehälter, welcher über ein Steigrohr an den Kraftstofftank angeschlossen ist,
  • – einen Auffangbehälter für Kraftstoffdämpfe, der seinerseits an eine Entlüftungsleitung des Ausgleichsbehälter angeschlossen ist, und
  • – eine Betriebsentlüftungsleitung, welche von der Oberseite des Tankes ausgeht und im Betrieb geöffnet, während des Betankens jedoch geschlossen ist, um den Aufbau eines Luftvorrates im oberen Bereich des Kraftstofftankes zu ermöglichen, welcher nach dem Tanken beim Öffnen der Betriebslüftungsleitung durch den aus dem Einfüllstutzen nachrinnenden Kraftstoff angefüllt wird und somit die in der Technik bekannte Überfüll-Verhinderungsfunktion für den Einfüllstutzen bereitstellt.

Die Erfindung setzt sich zum Ziel, ein Ventil zu schaffen, das alle zum Betrieb eines derartigen Systems erforderlichen Fluidsteuerungsfunktionen verkörpert.

Dieses Ziel wird mit einer Ventilvorrichtung der einleitend genannten Art erreicht, die sich erfindungsgemäß auszeichnet durch: eine dritte Öffnung, die im Gehäuse zum Anschluß an den oberen Endabschnitt des Einfüllstutzens ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz mit der/den Dichtfläche(n) des Ventilgliedes zusammenwirkt, um in der ersten Stellung auch eine zweite Fluidverbindung zwischen der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung zu errichten und in der zweiten Stellung auch die zweite Fluidverbindung zu unterbrechen, und eine dritte Fluidverbindung, die im Gehäuse zwischen der zweiten Öffnung und der dritten Öffnung ausgebildet ist und einen höheren Durchströmwiderstand hat als die zweite Fluidverbindung.

Auf diese Weise wird eine Vorrichtung geschaffen, welche alle erforderlichen Steuerungsfunktionen in sich vereint. Die genannte dritte Fluidverbindung schafft einen kleindurchmeßrigen Nebenschlußweg (Bypass) zu der in der Tankstellung gesperrten zweiten Fluidverbindung, sodaß Kraftstoffdampf aus dem Ausgleichsbehälter in den in den Einfüllstutzen eintretenden Kraftstoffstrom rezykliert werden kann, was den Auffangbehälter entlastet. Darüberhinaus verhindert die dritte Fluidverbindung auch den als "spill over" bekannten Effekt eines Druckaufbaues im Einfüllstutzen nach dem Abschalten und vor dem Abziehen der Zapfpistole, welcher sonst zu einem stoßartigen Ausspritzen von Kraftstoff ("spill over") führt.

Zweckmäßigerweise wird der Durchströmwiderstand der dritten Fluidverbindung so groß gewählt, daß ein übermäßiger Eintritt von rezykliertem Kraftstoffdampf in den einströmenden Kraftstoff verhindert wird, welch letzteres die Abdichtung des Einfüllstutzens gegenüber austretenden Kraftstoffdämpfen durch die im Einfüllstutzen herrschende Flüssigkeitssäule selbst ("liquid seal effect") unterlaufen könnte.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß die Dichtfläche des Ventilgliedes eine Kerbe aufweist, welche die dritte Fluidverbindung bildet. Alternativ kann vorgesehen werden, daß der Ventilsitz eine Kerbe aufweist, welche die dritte Fluidverbindung bildet. Beide Varianten stellen eine fertigungstechnisch besonders einfache Möglichkeit dar, einen Bypass-Weg zu der zweiten Fluidverbindung zu schaffen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung das Ventilglied eine kegelstumpfförmige erste Dichtfläche aufweist, die mit einem ringkantenförmigen ersten Ventilsitz einen die erste Fluidverbindung steuernden ersten Ventilspalt bildet, und eine zylindermantelförmige zweite Dichtfläche aufweist, welche mit einem rohrförmigen zweiten Ventilsitz einen die zweite Fluidverbindung steuernden zweiten Ventilspalt bildet. Diese Konstruktion ist besonders unempfindlich gegenüber Fertigungstoleranzen, da der zweite Ventilspalt aufgrund seiner zylindrischen Ausbildung einen axialen Versatz im geschlossenen Zustand erlaubt. Der Umschaltpunkt der Ventilvorrichtung kann daher auf den ersten Ventilspalt hin ausgelegt werden, und es kann nicht passieren, daß aufgrund von Toleranzproblemen ein Ventilspalt nicht ordentlich geschlossen werden kann.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Kerbe am Innenumfang des rohrförmigen zweiten Ventilsitzes ausgebildet ist.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen 1 ein schematisches Blockschaltbild eines Betankungssystems, in dem die erfindungsgemäß Ventilvorrichtung zum Einsatz kommt, die 2 und 3 die Ventilvorrichtung von 1 im Schnitt am oberen Ende eines Einfüllstutzens in der Betriebsstellung (2) und der Tankstellung (3), 4 die Ventilverschlußvorrichtung in der Tankstellung von 3 nochmals im Schnitt, und 5 einen Schnitt durch die 4 entlang A-A.

Gemäß 1 umfaßt ein Betankungssystem einen Tank 1, der über einen Einfüllstutzen 2 betankt werden kann, welcher über eine Einfülleitung 3 mit dem Tank 1 verbunden ist.

An den Tank 1 ist über ein Steigrohr 4 ein Ausgleichsbehälter 5 angeschlossen. Der Ausgleichsbehälter 5 ist im wesentlichen ein Hohlraum, in dem Kraftstoff bei einem allfälligen Überdruck im Tank 1 (z.B. bei Erwärmung) aufgefangen werden kann, und der dem Kraftstoff auch eine Möglichkeit zum "Ausperlen" bietet, d.h. ein Lösen allfälliger im Kraftstoff enthaltener Gasbläschen, z.B. Luftblasen, erlaubt, die beim Tanken eingebracht wurden.

An die Oberseite des Auffangbehälters 5 ist eine zu einem Kraftstoffdampf-Auffangbehälter 6 führende Abzugleitung 7 angeschlossen. Der Auffangbehälter 6, auch als ORVR-Behälter ("onboard refuelling vapor recovery"-Behälter) bekannt, enthält ein Kraftstoffdämpfe speicherndes Element, z.B. Aktivkohle, und wird während des Betriebes des Fahrzeuges, in dem das Betankungssystem eingesetzt ist, von der der Verbrennung zugeführten Luft durchspült, um den gespeicherten Kraftstoff der Verbrennung zuzuführen.

Von der Oberseite des Tankes 1 geht ferner eine Betriebsentlüftungsleitung 8 aus, die über eine allgemein mit 10 bezeichnete Ventileinrichtung und eine noch ausführlich erläuterte Kraftstoffdampf-Rezyklierungsleitung 11 mit dem Ausgleichsbehälter 5 schaltbar in Verbindung steht. Alternativ könnte die Rezyklierungsleitung 11 direkt zum Auffangbehälter 6 führen.

Die Ventilvorrichtung 10 ist ausführlicher in den 2 und 3 dargestellt und ist in einem Gehäuse 12 beherbergt, welches seitlich am oberen Endabschnitt des Einfüllstutzens 2 befestigt ist, im vorliegenden Fall in einen Flansch 13 mit Hilfe eines auf den Außenumfang des Gehäuses 12 aufgezogenen Dichtringes 14 dicht eingesetzt.

Die Ventilvorrichtung 10 bzw. das Gehäuse 12 ist mit drei Öffnungen ausgestattet, und zwar einer ersten Öffnung 15 für den Anschluß der Betriebsentlüftungsleitung 8, einer zweiten Öffnung 16 für den Anschluß der Rezyklierungsleitung 11, und einer (bzw. mehreren) dritten Öffnungen 17, die direkt in das Innere des oberen Abschnittes des Einfüllstutzens 2 münden.

Im Inneren des Gehäuses 12 ist eine Ventilglied 18 beweglich gelagert, und zwar zwischen einer ersten, in 2 dargestellten "Betriebsstellung" und einer zweiten, in 3 dargestellten "Tankstellung". Das Ventilglied 18 wird mit Hilfe von Betätigungsmitteln in Form eines axial verschieblichen Steuerstiftes 19 von der ersten in die zweite Stellung versetzt, welcher Steuerstift 19 einen scheibenförmigen Einsatzboden 20 des Gehäuses 12 zentral durchsetzt und in das Innere des Einfüllstutzens 2 ragt. Der Boden 20 enthält auch die dritten Öffnungen 17.

Mit Hilfe einer Druckfeder 21 ist das Ventilglied 18 in die in 2 gezeigte Betriebsstellung vorgespannt.

Die Betätigung des Steuerstiftes 19 erfolgt durch das Einführen eines Füllrohres 22 (3) einer nicht näher dargestellten Zapfpistole in das obere Ende des Einfüllstutzens 2. Das Füllrohr 22 könnte den Steuerstift 19 direkt betätigen, oder es ist, wie im dargestellten Fall, im Eingangsbereich des Einfüllstutzens 2 eine federbelastete Verschlußklappe 23 nach unten wegschwenkbar angeordnet, welche beim Verschwenken den Betätigungsstift 19 in das Gehäuse 12 drückt.

Das Ventilglied 18 ist mit einer ersten, kegelstumpfförmigen Dichtfläche 24 ausgestattet, welche mit einem ersten, ringkantenförmigen Ventilsitz 25 zur Bildung eines ersten Ventilspaltes 26 zusammenwirkt. Der Ventilspalt 26 befindet sich im Strömungsweg zwischen der ersten Öffnung 15 und der zweiten Öffnung 16 und errichtet bzw. unterbricht eine erste Fluidverbindung zwischen diesen beiden Öffnungen.

Die beiden Öffnungen 15 und 16 münden jeweils radial und diametral einander gegenüberliegend am Umfang des Gehäuses 12 in dieses ein, u.zw. die erste Öffnung 15 zur einen Seite des Ventilspaltes 26 und die zweite Öffnung 16 zur anderen Seite des Ventilspaltes 26.

Im Anschluß an die kegelstumpfförmige erste Dichtfläche 24 ist das Ventilglied 18 mit einer zylindermantelförmigen zweiten Dichtfläche 27 versehen, die mit einem zweiten, rohrförmigen Ventilsitz 28 zur Bildung eines zweiten Ventilspaltes 29 zusammenwirkt. Der zweite Ventilspalt 29 liegt im Strömungsweg zwischen der dritten Öffnung 17 und der zweiten Öffnung 16, und damit auch in Serienschaltung zum ersten Ventilspalt 26 in bezug auf den Strömungsweg von der dritten Öffnung 17 zur ersten Öffnung 15.

Um die Rezyklierungsleitung 11 auch in der Tankstellung mit dem Einfüllstutzeninneren zu verbinden, ist ein kleindurchmeßriger Nebenschluß-Strömungsweg von der zweiten Öffnung 16 zur dritten Öffnung 17 vorgesehen. Der Nebenschlußweg stellt eine dritte, permanent geöffnete Fluidverbindung zwischen der zweiten und der dritten Öffnung 16 bzw. 17 dar.

Als dritte Fluidverbindung könnte beispielsweise ein Kanal durch die Wand des Gehäuses 12 zwischen zweiter Öffnung 16 und dritter Öffnung 17 ausgebildet werden, od.dgl. Bevorzugt wird jedoch, wie im dargestellten Fall, der zweite Ventilsitz 28 mit einer Kerbe 30 (5) versehen, sodaß der Ventilspalt 29 in der Schließstellung (3) von der durch die Kerbe 30 gebildeten dritten Fluidverbindung überbrückt ist.

Die Kerbe 30 könnte alternativ auch in der zweiten Dichtfläche 27 des Ventilgliedes 18 vorgesehen werden. Anstelle einer Kerbe 30 können Nuten, Rillen, Oberflächenrauhigkeiten oder auch nur ein entsprechend großes Spiel zwischen der Dichtfläche 27 des Ventilgliedes 18 und der Dichtfläche des zweiten Ventilsitzes 28 vorgesehen werden.

Die Funktionsweise des Ventiles ist wie folgt.

In der Betriebsstellung (2) sind die Ventilspalte 26 und 29 geöffnet, sodaß der Tank 1, die Betriebsentlüftungsleitung 8, die Rezyklierungsleitung 11, der Einfüllstutzen 2, der Ausgleichsbehälter 5 und der Auffangbehälter 6 untereinander verbunden sind und den gleichen Druck aufweisen.

Der ungehinderte Druckausgleich zwischen den Komponenten des Betankungssystems in der Betriebsstellung, insbesondere auch über die Rezyklierungsleitung 11 hin zum oberen Abschnitt des Einfüllstutzens 2, ermöglicht den Einsatz von Fahrzeugdiagnosesystemen (onboard diagnosis systems), welche mit lediglich einem einzigen, z.B. im Einfüllstutzen 2 angeordneten Drucksensor einen allfälligen Überdruckzustand im Tanksystem erfassen.

In der Betankungsstellung (35) ist die Betriebsentlüftungsleitung 8 geschlossen und verhindert ein Entweichen des an oberster Stelle im Tank 1 enthaltenen Luft/Kraftstoffdampf-Reservoirs. Der Tank 1 wird während des Füllens über das Steigrohr 4 in den Auffangbehälter 6 hin entlüftet, und sobald der Füllstand im Tank die Öffnung des Steigrohres 4 verschließt, ist das Füllen des Tankes beendet. Ein weiteres Anfüllen erhöht nur mehr den Füllstand in der Einfülleitung 3 und im Einfüllstutzen 2, bis die Automatik der Zapfpistole die Kraftstoffzufuhr beendet.

Während des Anfüllens des Kraftstoffbehälters 1 wird ein Teil des im Ausgleichbehälter 5 anfallenden Kraftstoffdampfstromes über die Rezyklierungsleitung 11, die erste Öffnung 16, die dritte Fluidverbindung 30 und die dritte Öffnung 17 dem eintretenden Kraftstoffstrom zugeführt bzw. von dessen Sog erfaßt und wieder in den Tank 1 rezykliert.

Wenn die Zapfpistole abschaltet, weil der Füllstand in der Einfülleitung 3 bzw. im Einfüllstutzen 2 zu hoch wird, endet auch der Zustrom von Rezyklierungskraftstoffdampf über die Leitung 11, und die dritte Fluidverbindung 30 bewirkt nun einen Abbau des Druckes im Einfüllstutzen 2 in umgekehrter Richtung über die Rezyklierungsleitung 11 zum Ausgleichsbehälter 5 bzw. Auffangbehälter 6. Die dritte Fluidverbindung verhindert damit das als "spill over" bekannte Phänomen des Austretens von Kraftstoff aus dem Stutzenende nach dem Abschalten der Zapfpistole bzw. wenn diese abgezogen wird.

Nach dem Abziehen der Zapfpistole kehrt die Ventilvorrichtung 10 in die Betriebsstellung (2) zurück und öffnet die Betriebsentlüftungsleitung 8, sodaß das im oberen Teil des Tankes 1 verbliebene Gasreservoir über die Leitung 11 entlüftet wird. Dadurch kann der in der Einfülleitung 3 und im Einfüllstutzen 2 stehengebliebene Kraftstoff in den Tank 1 nachrinnen (Überfüllverhinderungsfunktion).


Anspruch[de]
Ventilvorrichtung (10) zum Steuern der Fluidströme beim Betanken eines mit einem Einfüllstutzen (2) versehenen Kraftstofftankes (1), mit: einem Gehäuse (12), in dem eine erste Öffnung (15) zum Anschluß einer von der Oberseite des Kraftstofftankes (1) ausgehenden Betriebsentlüftungsleitung (8) und eine zweite Öffnung (16) zum Anschluß einer von einem Ausgleichs- (5) und/oder Auffangbehälter (6) ausgehenden Kraftstoffdampf-Rezyklierungsleitung (11) ausgebildet sind, einem Ventilglied (18), welches im Gehäuse (12) zwischen einer ersten und einer zweiten Stellung beweglich gelagert ist und zumindest eine Dichtfläche (24, 27) aufweist, einem Ventilsitz (25, 28), der im Gehäuse (12) zwischen den Öffnungen (1517) angeordnet ist und mit der/den Dichtfläche(n) (24, 27) des Ventilgliedes (18) zusammenwirkt, um in der ersten Stellung eine erste Fluidverbindung zwischen der ersten Öffnung (15) und der zweiten Öffnung (16) zu errichten und in der zweiten Stellung die erste Fluidverbindung zu unterbrechen, und Betätigungsmitteln (19) für das Ventilglied (18), um dieses von der ersten Stellung in die zweite Stellung zu versetzen, gekennzeichnet durch eine dritte Öffnung (17), die im Gehäuse (12) zum Anschluß an den oberen Endabschnitt des Einfüllstutzens (2) ausgebildet ist, wobei der Ventilsitz (25, 28) mit der/den Dichtfläche(n) (24, 27) des Ventilgliedes (18) zusammenwirkt, um in der ersten Stellung auch eine zweite Fluidverbindung zwischen der zweiten Öffnung (16) und der dritten Öffnung (17) zu errichten und in der zweiten Stellung auch die zweite Fluidverbindung zu unterbrechen, und eine dritte Fluidverbindung (30), die im Gehäuse (12) zwischen der zweiten Öffnung (16) und der dritten Öffnung (17) ausgebildet ist und einen höheren Durchströmwiderstand hat als die zweite Fluidverbindung. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtfläche (27) des Ventilgliedes (18) eine Kerbe (30) aufweist, welche die dritte Fluidverbindung bildet. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilsitz (28) eine Kerbe (30) aufweist, welche die dritte Fluidverbindung bildet. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ventilglied (18) eine kegelstumpfförmige erste Dichtfläche (24), die mit einem ringkantenförmigen ersten Ventilsitz (25) einen die erste Fluidverbindung steuernden ersten Ventilspalt (26) bildet, und eine zylindermantelförmige zweite Dichtfläche (27) aufweist, welche mit einem rohrförmigen zweiten Ventilsitz (28) einen die zweite Fluidverbindung steuernden zweiten Ventilspalt (29) bildet. Vorrichtung nach den Ansprüchen 3 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kerbe (30) am Innenumfang des rohrförmigen zweiten Ventilsitzes (28) ausgebildet ist.






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