DE69804322T2

DE69804322T2 - Kraftfahrzeugemissionsteuerventil mit gegenkraftmechanismus

Info

Publication number: DE69804322T2
Application number: DE69804322T
Authority: DE
Inventors: W. Balsdon; Gerry Bruneel; F. Busato; E. Cook; Robert Faulkner; Derek Hime; Rick Van Wetten
Original assignee: Siemens VDO Automotive Inc
Current assignee: Continental Tire Canada Inc
Priority date: 1997-08-25
Filing date: 1998-07-13
Publication date: 2002-10-10
Anticipated expiration: 2018-07-14
Also published as: DE69804322D1; WO1999010646A1; JP3302353B2; US6000677A; EP1007837B1; JP2001514365A; AU8328898A; EP1007837A1

Description

Gebiet der Erfindung

Diese Erfindung betrifft allgemein bordeigene Emissionssteueranlagen für von einem Verbrennungsmotor betriebene Kraftfahrzeuge, Dampfemissions-Steueranlagen beispielsweise, und insbesondere ein neues und neuartiges Emissionssteuerventil wie z. B. ein Kanisterspülmagnetventil (CPS-Ventil) für eine Dampfemissions- Steueranlage.

Hintergrund der Erfindung

Eine typische bordeigene Dampfemissions-Steueranlage umfasst einen Dampfsammelkanister, der Kraftstoffdampf aus einem Tank sammelt, welcher flüchtigen flüssigen Kraftstoff für den Verbrennungsmotor enthält, und ein CPS-Ventil zum periodischen Austreiben des gesammelten Kraftstoffdampfs zu einem Saugrohr des Verbrennungsmotors. Bei einer bekannten Dampfemissions-Steueranlage weist das CPS-Ventil einen Elektromagneten auf, der unter der Steuerung eines Spülsteuersignals steht, welches von einer mikroprozessorbasierten Motorsteueranlage erzeugt wird. Ein typisches Spülsteuersignal ist ein moduliertes Impulssignal einer relativ niedrigen Betriebsfrequenz, beispielsweise im 5 Hz bis 20 Hz Bereich. Die Modulation kann zwischen 0% und 100% liegen. Dies bedeutet, dass für jeden Zyklus der Betriebsfrequenz der Elektromagnet während eines bestimmten Prozentsatzes der Zeitdauer des Zyklus erregt wird. Wenn dieser Prozentsatz größer wird, wird auch die Zeit, während der der Elektromagnet erregt wird, größer, und dies gilt auch für den Spülstrom durch das Ventil. Umgekehrt wird der Spülstrom kleiner, wenn der Prozentsatz abnimmt.
Das Ansprechverhalten bestimmter bekannter magnetbetätigter Spülventile ist ausreichend schnell, um das Anker-/Ventil-Element zumindest bis zu einem gewissen Grad dem modulierten Impulssignal folgen zu lassen, das an den Elektromagneten angelegt wird. Dieser pulsierende Vorgang kann bewirken, dass der Spülstrom ähnliche Pulsationen erfährt, die manchmal im Hinblick auf Emissionssteuerziele schädlich sind, da ein derartiger pulsierender Dampfstrom zum Saugrohr schädliche Kohlenwasserstoffspitzen im Abgas erzeugen kann. Außerdem kann das pulsierende Anker- /Ventil-Element auf innere stationäre Ventilteile auftreffen und hierbei ein hörbares Geräusch erzeugen, das als unangenehm empfunden werden kann.
Änderungen des Saugrohrunterdrucks, die bei normalem Betrieb eines Fahrzeuges auftreten, können ebenfalls unmittelbar auf ein CPS-Ventil so einwirken, dass die angestrebte Steuerstrategie gestört wird, sofern nicht Maßnahmen wie z. B. ein Unterdruckregelventil vorgesehen werden, um ihren Einfluss zu berücksichtigen. Wenn das CPS-Ventil geschlossen ist, wird der Saugrohrunterdruck am Ventilauslass an demjenigen Teil des Ventilelementes angelegt, der die von dem Ventilsitz begrenzte Öffnung schließt. Änderungen des Saugrohrunterdrucks beeinträchtigen bestimmte Betriebseigenschaften eines derartigen Ventils, was möglicherweise unvorhersehbare Strömungseigenschaften hervorruft.
Die spezielle Konstruktion eines magnetbetätigten Ventils und bestimmte äußere Einflüsse können bestimmte Betriebseigenschaften wie den Strömungsstartpunkt und die inkrementalen "low flow"-Eigenschaften beeinträchtigen.
Aus dem US-Patent Nr. 5 413 082 des Patentinhabers ist es bekannt, eine Schalldüsenfunktion in ein CPS-Ventil zu integrieren, um das Ausmaß, mit dem ein veränderlicher Saugrohrunterdruck die Strömung durch das Ventil bei der Kanisterspülung beeinflusst, zu verringern. Aus dem US-Patent Nr. 5 373 822 ist es bekannt, einen Druck- oder Kraft-Ausgleich des Anker/Ventil-Elementes vorzusehen.
Aus anderen Patenten wie z. B. dem US-Patent Nr. 4 901 974 des Patentinhabers (das am 20.02.1990 erteilt wurde) ist es bekannt, geräuschdämpfende Stoßfänger vorzusehen, um Aufprallkräfte zu absorbieren, die durch Anschlagen des Ankers bei seinen Hin- und Herbewegungen an Anschlägen erzeugt werden.
Die US-5 509 395 offenbart einen Spülkanister zum Regeln der Spülung eines Kraftstoffdampf Sammelkanisters eines Verbrennungsmotors. Der Spülstromregler hat einen Spülweg mit zwei parallelen Zweigen, denen jeweils ein Ventil zugeordnet ist. Wenn die Ventile geschlossen sind, ist der an einer beweglichen Membran anliegende Druck ausgeglichen, wodurch die Auswirkungen von Änderungen des Saugrohrunterdrucks eliminiert werden. Ein Betätigungsmechanismus betätigt die beiden Ventile gemeinsam in Abhängigkeit von einem elektrischen Signal und detektiert einen Differenzdruckabfall an einer Öffnung in dem Spülweg, um die Ventile automatisch zu verstellen und dadurch den Spülstrom auf einem Wert entsprechend dem elektrischen Signal zu halten.
Die US-A-3 4441 246 offenbart ein Magnetventil, bei dem eine Dämpfung durch einen Kanal mit einer Drosselstelle oder Steueröffnung erfolgt, durch welche von dem Ventil gesteuertes Fluid in eine Kammer eintreten kann, die teilweise von einer mit einem Ventilschaft verbundenen flexiblen Wand gebildet wird. Druckänderungen in der Kammer haben ein Einströmen oder Ausströmen des Fluids in die bzw. aus der Kammer zur Folge, was durch die Steueröffnung gedrosselt wird, um einen glatten und gesteuerten Betrieb des Ventilschaftes und der zugehörigen Ventilscheibe ohne Rattern zu ermöglichen.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen: eine Ventilanordnung mit einem Gehäuse, das einen inneren Hauptströmungskanal zwischen einer ersten Anschlussöffnung und einer zweiten Anschlussöffnung hat; einem ringförmigen Ventilsitz, der den Kanal umgibt; einem elektrischen Aktuator mit einem Anker; einem Ventil, das von dem Anker betätigt wird, um den Kanal wahlweise zu öffnen und zu schließen, und auf das eine Kraft aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Anschlussöffnung ausgeübt wird, wenn das Ventil den Kanal schließt; und einem Mechanismus zum Ausüben einer Gegenkraft auf das Ventil entgegen der Kraft aufgrund der Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Anschlussöffnung, wobei der Mechanismus einen Kammerraum umfasst, der sich innerhalb des Gehäuses befindet und von einer fluidundurchlässigen bewegbaren Wand begrenzt wird, welche zwischen dem Gehäuse und dem Ventil verläuft und gegenüber beiden abgedichtet ist, und einem Verbindungskanal, der eine der Anschlussöffnungen mit dem Kammerraum verbindet, wenn das Ventil den Kanal schließt; sie ist dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Fingern aufweist, die radial nach innen in ein Durchgangsloch gerichtet sind, welches einen Teil des Verbindungskanals bildet.
Innerhalb der obigen allgemeinen Aspekte beziehen sich weitere Nebenaspekte der vorliegenden Erfindung auf verschiedene Ausführungsbeispiele von Kissenmedien, welche den Aufprall bei seitlichen Verschiebungen des Ankers dämpfen, auf eine Gussummantelung, die innere Bauteile umschließt, welche in das Ventilgehäuse eingesetzt sind, auf bestimmte Einzelheiten eines elektromagnetischen Aktuators zum Betätigen des Ventils und auf eine Schalldüsenkonstruktion für die Spülströmung. Das fertige Ventil hat eine verbesserte Geräuschdämpfung, Haltbarkeit und ein verbessertes Betriebsverhalten.
Das vorstehende sowie weitere Merkmale zusammen mit verschiedenen Vorteilen und vorteilhaften Auswirkungen der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und den Ansprüchen, denen Zeichnungen beigefügt sind. Die Zeichnungen, die Teil dieser Anmeldungsunterlagen bilden, zeigen ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß der zur Zeit für am besten gehaltenen praktischen Umsetzung der Erfindung.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist ein schematisches Diagramm einer Dampfemissions-Steueranlage mit einem Emissionssteuerventil gemäß der Erfindung.
Fig. 2 ist eine Längsschnittansicht durch das Emissionssteuerventil der Fig. 1.
Fig. 3 ist eine vergrößerte Teilansicht eines Abschnittes der Fig. 2.
Fig. 4 ist ein fragmentarische Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3.
Fig. 5 ist eine fragmentarische Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile 5-5 in Fig. 3.
Fig. 6 ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die jedoch ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt.
Fig. 7 ist eine vergrößerte fragmentarische Ansicht eines Abschnittes der Fig. 6.
Fig. 8 ist eine der Fig. 2 entsprechende Ansicht, die jedoch ein anderes Ausführungsbeispiel zeigt.

Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels

Fig. 1 zeigt eine Dampfemissions-Steueranlage 10 eines Kraftfahrzeuges mit einem Dampfsammelkanister 12 und einem Emissionssteuerventil 14 gemäß der Erfindung, die in herkömmlicher Weise zwischen einem Kraftstofftank 16 und einem Saugrohr 18 eines Verbrennungsmotors 20 in Reihe geschaltet sind. Ein Motorbetriebssteuercomputer 22, der verschiedene Eingangssignale empfängt, liefert ein Spülsteuerausgangssignal zum Betätigen des Ventils 14.
Einzelheiten des Ventils 14 sind in den Fig. 2 bis 5 dargestellt. Das Ventil 14 hat ein Gehäuseteil 24 mit einer Einlassöffnung 25 und eine Auslassöffnung 26, von denen die letztere eine Schalldüsenkonstruktion 28 umfasst. Das Gehäuseteil 24 wird aus einem geeigneten kraftstoffverträglichen Material, beispielsweise durch Spritzgießen, hergestellt und umfasst die beiden Anschlussöffnungen wie auch entsprechende Anschlussnippel. Am inneren Ende des die Auslassöffnung 26 bildenden Nippels umgibt eine ringförmige Sitzfläche 29 einen inneren Hauptströmungskanal, der zwischen den beiden Anschlussöffnungen verläuft.
Das Ventil 14 weist ferner eine Elektromagnetanordnung 30 auf, die sich innerhalb eine Gussummantelung 32 befindet. Eine Verbindung 34 verbindet die Gussummantelung 32 mit dem Gehäuseteil 24 so, dass die beiden gewissermaßen das Gehäuse des Ventils 14 bilden. Die Gussummantelung 32 umfaßt einen Formabschnitt 36, der für die Befestigung des Ventils an einer geeigneten Befestigungsstelle an einem Kraftfahrzeug sorgt.
Die Elektromagnetanordnung 30 weist einen polymeren Spulenträger 38 auf, um dessen zentralen rohrförmigen Kern 40 eine Magnetspule 42 angeordnet ist. Das Bezugszeichen 44 bezeichnet eine gedachte Längsachse des Ventils 14, zu der der Kern 40 und die Auslassöffnung 26 koaxial sind. Der Kern 40 weist ein kreiszylindrisches Durchgangsloch 46 auf, das an entgegengesetzten axialen Enden durch entsprechende radial gerichtete ringförmige Endwände 48, 50 des Spulenträgers 38 offen ist. Enden des die Spule 42 bildenden magnetischen Drahtes sind mit entsprechenden elektrischen Anschlüssen 52, 54 verbunden, deren innere Enden an der Wand 48 angebracht sind. Die äußeren Enden dieser Anschlüsse stehen radial vor und verlaufen durch die Gussummantelung 32, wo sie seitlich von einer Umhüllung 56 begrenzt werden, welche ein integraler Formabschnitt der Gussummantelung ist, so dass das Ventil mit einem elektrischer Verbinder zwecks Anschluss an einem zu dem Betriebssteuercomputer führenden komplementären Verbinder (nicht gezeigt) versehen ist.
Die Elektromagnetanordnung 30 hat ferner eine Magnetkreiskonstruktion zum Konzentrieren des Magnetflusses, der von der Spule 40 erzeugt wird, wenn elektrischer Strom an die Spule über die Anschlüsse 52, 54 angelegt wird. Die Magnetkreiskonstruktion besteht aus einem Anker 58 und einer mehrteiligen Statorkonstruktion, welche Statorteile 60, 62 und 64 aufweist.
Das Statorteil 60 ist ein allgemein zylindrisches Polstück, das an einem Ende der Elektromagnetanordnung koaxial zu der Achse 44 angeordnet ist. Das Statorteil 62 ist ein weiteres Polstück, das an dem entgegengesetzten Ende der Elektromagnetanordnung koaxial zu der Achse 44 angeordnet ist. Das Statorteil 64 ist ein Teil, das den Magnetkreis zwischen den beiden Polstück-Statorteilen 60, 62 außerhalb der Spule und des Spulenträgers vervollständigt. Der Magnetkreis umfasst einen Luftspalt 65 zwischen dem Statorteil 60 und dem Anker 58; er umfasst ferner einen Spalt zwischen dem Anker 58 und dem Statorteil 62, der von dem Material des Spulenträgers 38 besetzt ist.
Ein Abschnitt des Statorteils 64 weist eine zylindrische Wand 66 auf, die koaxial zu der Achse 44 angeordnet ist und mit der ein Kopf 67 des Statorteils 60 in Gewindeeingriff steht. Die Gussummantelung 32 endet kurz vor der Wand 66 und weist einen zylindrischen umgebenden ringförmig Ringbund 32A auf, um einen Zugang zu dem Statorteil 60 von außen zu ermöglichen. Der Kopf 67 hat eine Werkzeugeingriffsfläche 68, die durch den Ringbund 32A zugänglich ist, um von einem komplementär ausgebildeten Werkzeug (nicht gezeigt) erfasst und hierdurch gedreht zu werden, um die axiale Position des Teils 60 auf der Achse 44 einzustellen. Ein Abschnitt eines Schaftes des Statorteils 60 verläuft enganliegend durch ein axiales Ende des Durchgangsloche 46. Ein äußerer Endabschnitt dieses Schaftes hat eine Schulter 70, die zu einem durchmesserverringerten Abschnitt 71 führt, welcher in einer abgeschrägten Spitze 72 endet.
Der Anker 58 hat eine zylindrische Form, die für eine Axialbewegung innerhalb des Durchgangsloches 46 geeignet ist. Ein axiales Ende des Ankers 58 befindet sich neben der Spitze 72 des Statorteils 60 und weist eine ebene Endfläche auf, in deren zentralem Bereich eine abgeschrägte Vertiefung 74 gebildet ist. Die Vertiefung hat eine Form, die zu der der Spitze 72 komplementär ist. Am Boden der Vertiefung 74 befindet sich ein stoßabsorbierendes Kissen 76 wie z. B. ein Elastomerteil. Stattdessen könnte das Kissen an der Spitze 72 angebracht sein. Das entgegengesetzte axiale Ende des Ankers 58 hat eine ebene Endfläche, deren zentraler Bereich ein zu der Achse 44 koaxiles kreisförmiges Sackloch 78 enthält. Ein radialer Spalt ist zwischen dem Anker 58 und der Wand des Durchgangslochs 46 vorgesehen, um Axialbewegungen des Ankers zu ermöglichen.
Wenn auf den Anker 58 eine Magnetkraft wirkt, die von dem Magnetfluss in dem Magnetkreis herrührt, bewegt sich der Anker 58 nicht notwendigerweise nur mit einer axialen Bewegungskomponente. Die Bewegung kann vielmehr von einer radialen bzw. seitlichen Komponente begleitet sein. Um unerwünschte Folgen einer derartigen seitlichen Bewegung wie z. B. Geräusch zu dämpfen, ist ein stoßabsorbierendes Kissen 80 außerhalb des Durchgangsloches 46 vorgesehen. Das dargestellte Kissen 80 besteht aus einem elastomeren Ring, der den Anker umgibt, ohne jedoch einen nennenswerten Einfluss auf die axiale Sollbewegung des Ankers auszuüben. Das Kissen 80 ist an dem inneren Rand eines ringförmigen Befestigungsteils 82 angeordnet, dessen Außenumfang an der Wand einer Gegenbohrung 84 in der Endwand 50 des Spulenträgers anliegt, um die Kissen-Halteanordnung in ihrer Lage zu halten. Stattdessen können das Kissen 80 und das Befestigungsteil 82 getrennte Teile sein, die so angeordnet sind, dass das letztere das erstere in seiner Lage hält.
Eine mehrteilige Ventilanordnung 86 ist an dem Anker 58 angebracht. Die Anordnung 86 weist ein Ventilkopfteil 88 und ein Dichtungsteil 90 auf. Ein kraftausgleichender Mechanismus 92 ist der Ventilanordnung 86 zugeordnet. Der Mechanismus 92 weist eine ringförmige gewundene Membran 94 und einen Halter 96 auf Die Ventilanordnung und der kraftausgleichende Mechanismus werden in ihrem zusammengebauten Zustand relativ zu dem Anker 58 von einem Befestigungselement 98 gehalten.
Der Kopf 88 ist allgemein zylindrisch ausgebildet, hat jedoch einen radial vorstehenden kreisförmigen Rand 100 in der Mitte zwischen seinen axialen Enden.
Die Dichtung 90 hat ein kreisringförmiges Gehäuse 102 mit einer Nut 104 an ihrem Innendurchmesser, damit das Gehäuse 102 auf den Außendurchmesser des Kopfes 88 passt, wobei der Rand 100 in der Nut 104 angeordnet ist. Eine kegelstumpfförmige Dichtungslippe 106 verläuft von dem der Sitzfläche 29 zugewandten Ende des Gehäuses 102 radial nach außen, um für eine Abdichtung an der Sitzfläche zu sorgen, wenn sich das Ventil 14 in der Schließstellung befindet, wie in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist.
Der Kopf 88 hat ferner eine äußere Schulter 108 an seinem axialen Ende, das zu der Dichtungslippe 106 entgegengesetzt ist. Der Kopf 88 hat ferner ein zentrales axial verlaufendes Durchgangsloch 110. Das Ende des Kopfes 88, das der Dichtungslippe 106 benachbart ist, weist eine Reihe von in Umfangsrichtung beabstandeten Fingern 111 auf, die radial nach innen in das Durchgangsloch gerichtet sind.
Der Halter 96 hat ebenfalls eine allgemein zylindrische Form und weist ein zentrales Durchgangsloch 112 auf. Die Wand dieses Durchgangsloches ist genutet, und zwar mit in Umfangsrichtung beabstandeten, axial verlaufenden Nuten. Der Kopf 88 und der Halter 96 sind axial "zusammengestapelt", und der Stapel ist an dem Anker 58 durch ein Befestigungselement 98 befestigt, das mit Presssitz am Anker 58 angeordnet ist. Das Befestigungselement 98 ist ein hohles Rohr, das einen Kopf 113 und einen Schaft 114 hat. Der Kopf 113 liegt an radial inneren Enden der Finger 111 an, versperrt jedoch nicht den Durchgang durch das Durchgangsloch 110. Der Schaft 114 verläuft mit Spiel durch den Kopf 88 und den Halter 96 und bildet mit dem Ankerloch 78 einen Presssitz, was bewirkt, dass der Halter 96 am Ende an dem Ankerloch 78 anliegt. Hierdurch wird die Ventilanordnung 86 am Anker 58 befestigt, so dass die beiden sich axial als Einheit bewegen.
Der Halter 96 hat ferner einen Flansch 116, der die Schulter 108 des Kopfes 88 radial überlappt. Im zusammengebauten Zustand erfassen der Flansch 116 und die Schulter 108 einen Wulst 118 am inneren Rand der Membran 94, um den Innendurchmesser der Membran gegen den Außendurchmesser der Ventilanordnung 86 abzudichten. Der äußere Rand der Membran 94 hat einen Wulst 120, der zwischen gegenüberliegenden Flächen der Endwand 50 des Spulenträgers und einer inneren Schulter 127 des Gehäuseteils 24 gehalten ist. Die Gegenbohrung 84 und das Teil 94 bilden gemeinsam einen inneren Kammerraum 126 als Teil des kraftausgleichenden Mechanismus 92.
Eine Vorspannfeder 130 in Form einer Schraubenfeder ist um das äußere Ende des Teils 50 herum angeordnet, wobei ihr eines axiale Ende an einer Schulter des Teils 50 anliegt und ihr anderes Ende an der ebenen Endfläche des Ankers 58 anliegt, die die Vertiefung 74 umgibt. Wenn kein elektrischer Strom in der Spule 42 fließt, drückt die Feder 130 die Lippe 106 gegen die Sitzfläche 29. Dies verschließt den Hauptströmungskanal durch das Ventil zwischen der Einlassöffnung 25 und der Auslassöffnung 26. Der Druck in der Auslassöffnung 26 wird jedoch auf den Kammerraum 126 durch einen Verbindungskanal übertragen, der über die Durchgangslöcher im Kopf 88 und im Halter 96 verläuft. Wenn der Hauptströmungskanal verschlossen ist, steht die Spitze 72, wie ersichtlich, geringfügig in die Vertiefung 74 vor, wodurch eine geringfügige axiale Überlappung zwischen dem Stator-Polstück 60 und dem Anker 58 gebildet wird, wobei jedoch die Spitze 72 zu dem Kissen 76 beabstandet ist.
Die Abgabe eines Spülsteuerventils an das Ventil 14 erzeugt einen elektrischen Stromfluss in der Spule 42, und dieser Stromfluss erzeugt einen Magnetfluss, der in dem oben beschriebenen Magnetkreis konzentriert ist. Wenn der Strom anwächst, wird eine größer werdende Kraft auf den Anker 58 in Richtung der zunehmend verschobenen Ventilanordnung 88 weg von der Sitzfläche 29 ausgeübt. Dieser Kraft wirkt die größer werdende Kompression der Feder 130 entgegen. Das Maß, um das die Ventilanordnung 88 von der Sitzfläche 29 wegbewegt wird, steht mit dem Stromfluss unmittelbar in Verbindung, und wegen des Kraftausgleichs und der Schallströmung ist die Ventilfunktionsweise im wesentlichen unempfindlich gegenüber Schwankungen des Saugrohrunterdrucks. Die maximale Verstellung des Ankers 55 und der Ventilanordnung 86 weg von der Sitzfläche 29 wird durch den Anschlag des abgeschrägten Endes des Ankers am Kissen 76 definiert.
Bei Betrieb der Emissionssteueranlage 10 wird der Saugrohrunterdruck durch die Auslassöffnung 26 abgegeben, und er wirkt auf den Bereich, der von der Anlage der Lippe 106 an der Sitzfläche 29 umschrieben wird. Bei fehlendem Kraftausgleich verändert ein veränderlicher Saugrohrunterdruck die Kraft, die zum Öffnen des Ventils 14 erforderlich ist, und dies hat zur Folge, dass der zum Öffnen des Ventils erforderliche Stromfluss in der Spule 42 sich ändert. Der Kraftausgleich macht die Ventilbetätigung, insbesondere den Ventilöffnungsbeginn, gegenüber Schwankungen des Saugrohrunterdrucks unempfindlich. Bei dem erfindungsgemäß ausgebildeten Ventil 14 wird der Kraftausgleich durch den oben erwähnten Verbindungskanal durch den Ventilanordnung 86 zu dem Kammerraum 126 erzielt. Dadurch, dass die wirksame Fläche des beweglichen Wandabschnittes des Kammerraumes, der von der Membran 94 und der Ventilanordnung 86 gebildet wird, gleich der Fläche, die durch die Anlage der Lippe 106 an der Sitzfläche 129 umschrieben wird, gemacht wird, wird die Kraft, die einem Abheben der geschlossenen Ventilanordnung 88 entgegenwirkt, durch eine gleiche Kraft aufgehoben, die in der entgegengesetzten axialen Richtung wirkt. Das Ventil 14 ist somit mit einer genau definierten und vorhersehbaren Öffnungscharakteristik ausgestattet, was zum Erreichen einer erwünschten Steuerstrategie für die Kanisterspülung wichtig ist. Wenn die Ventilanordnung 86 einmal von der Sitzfläche 29 abgehoben ist, wird auf sie weiterhin von dem Kraftausgleichsmechanismus eine Gegenkraft ausgeübt. Allgemein gesprochen, wird diese Kraft längs eines Gradienten fortschreitend weniger.
Wenn das Ventil einmal über eine Anfangsöffnungsstellung hinaus geöffnet worden ist, wird die Schalldüsenkonstruktion 28 als echte Schalldüse wirksam (unter der Annahme einer ausreichenden Druckdifferenz zwischen der Einlass- und Auslassöffnung), die eine Schallströmung erzeugt und gegenüber Änderungen des Saugrohrunterdrucks im wesentlichen unempfindlich ist. Unter der Annahme, dass die Eigenschaften des ausgetriebenen Dampfes wie spezifische Wärme, Gaskonstante und Temperatur konstant sind, hängt der Massenstrom durch das Ventil im wesentlichen nur von dem Druck stromauf der Schalldüse ab. Die Drosselung zwischen dem Ventilelement und dem Ventilsitz beim anfänglichen Abheben des Ventilelementes und Aufsetzen des Ventilelementes gegen Ende erzeugt einen Druckabfall, der einen vollen Schalldüsenbetrieb verhindert; da jedoch diese Übergangszustände genau definiert sind und eine relativ kurze Dauer haben, ist die aktuelle Ventilbetätigung sehr gut mit dem aktuellen Spülsteuersignal korreliert. Das erfindungsgemäß ausgebildete Ventil ist sehr gut geeignet für eine Betätigung durch ein pulsweiterunoduliertes (PWM) Spülsteuersignal aus dem Motorbetriebssteuercomputer 22, das aus rechteckigen Spannungsimpulsen konstanter Amplitude und ausgewählter Frequenz zusammengesetzt ist.
Die Konstruktionen der Ventilanordnung 86 und des kraftausgleichenden Mechanismus 92 sind vorteilhaft. Wenngleich die Materialien des Ventilkopfes 88, der Membran 94 und der Dichtung 90 aus Polymeren bestehen, können sie dennoch gewisse spezielle Eigenschaften haben. Die Dichtung 90 kann die Eigenschaft haben, dass sie unmittelbar auf den Ventilkopf 88 aufgegossen werden kann. Eine derartige Kompatibilität besteht möglicherweise zwischen dem Material der Membran 94 und dem Ventilkopf 88 nicht. Somit bilden der Halter 96, seine stabartige Zuordnung zu dem Ventilkopf 88 und die Verwendung des Befestigungselementes 98, wie es hier offenbart ist, eine Konstruktion, die die erforderliche Abdichtung sowohl der Membran wie auch des Dichtungselementes gegenüber dem Ventilkopf leistet.
Wenn alle inneren Teile des Ventils 14 in das Gehäuseteil 24 eingebaut sind, wird die Gussummantelung 32 hergestellt, um die Umhüllung zu vervollständigen. Die Gussummantelung wird durch bekannte Spitzgießtechniken erzeugt. An der Verbindung 34 ist das Gussummantelungsmaterial am Gehäuseteil 24 abgedichtet. Eine ähnliche Abdichtung erfolgt um die Anschlüsse 52, 54 herum. Das Gussummantelungsmaterial umschließt die gesamte Seite des Elektromagneten 30. An der Basis der Wand 32A bildet das Gussummantelungsmaterial ebenfalls eine Dichtung; es erlaubt jedoch einen Zugang zu dem Statorteil 60. Das Statorteil 60 sorgt für eine zutreffende Kalibrierung des Ventils durch Einstellen des Öffnungsstartpunktes in Relation zu einem bestimmten Stromfluss in der Spule 42.
Durch die Kombination der verschiedenen Merkmale entsteht ein Ventil, das eine verbesserte Geräuschdämpfung, Dauerfestigkeit und Funktionalität hat. Die Schrägungswinkel der Spitze 72 und der Vertiefung 74 haben, wie es sich gezeigt hat, einen Einfluss auf die Kraft/Strom-Kurve des Elektromagneten 30. Es wurde festgestellt, dass Schrägungswinkel von näherungsweise 30º relativ zu der Achse 44 den Niederspannungsbetrieb des Ventils 14 verbessern, indem sie das "Spannungsziehen" verringern und die Öffnungsstarteigenschaften des Ventils bei niedrigem Durchfluss verbessern. Beispielsweise wurde der Anfangsdurchfluss beim Öffnen des Ventils von ungefähr 2 SLPM auf ungefähr 1,5 SLPM durch Verwendung der Abschrägung verringert.
Ein anderes Ausführungsbeispiel des Ventils ist mit dem Bezugszeichen 14' in den Fig. 6, 7 bezeichnet, und gleiche Teile beider Ventile 14, 14' werden durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet. Das Ventil 14' entspricht dem Ventil 14, abgesehen davon, dass die Dämpfung der seitlichen Komponenten der Ankerbewegung durch eine andere Konstruktion erreicht wird. Anstelle des Kissens 80 und des Teils 82 ist die Kombination einer kreiszylindrischen Hülse 140 und eines Einsatzes 142 vorgesehen. Die Hülse 140 ist vorzugsweise ein unmagnetisches dünnwandiges Metall, innerhalb dem der Anker 58 einen engen, jedoch reibarmen Gleitsitz hat. Der Einsatz 142 besteht vorzugsweise aus einem viskoelastischen Material, das zwischen der Hülse 140 und der Wand des Durchgangsloches 46 des Spulenträgers angeordnet ist. Die Hülse und der Einsatz sind innerhalb des Durchgangsloches 46 angeordnet, vorzugsweise zumindest über der Länge des Ankers 58, der sich innerhalb des Durchgangsloches befindet. Es kann wünschenswert sein, den Einsatz 142 mit der Hülse 140 zu bondern, so dass die beiden ein einziges Teil bilden, das bei der Fertigung des Ventils in das Ventil eingebaut werden kann. Wenngleich nicht durch eine getrennte Figur besonders dargestellt, könnte beide Ausführungsformen der seitlichen Ankerdämpfung in einem Ventil vorgesehen werden, wenn dies für einen speziellen Anwendungszweck geeignet ist.
Das Ausführungsbeispiel des Ventils 14" in Fig. 8 ist wie das erste Ausführungsbeispiel, abgesehen davon, dass die Zwischenfläche zwischen dem Statorteil 60 und dem Anker 58 anders ist. Bei dem Ventil 14" hat das Statorteil 60 ein ebenes äußeres Ende statt eines abgeschrägten Endes. Das angrenzende Ende des Ankers 58 hat ein Loch 148, das zu dem Loch 78 verläuft, jedoch einen geringfügig kleineren Durchmesser hat. Ein Kissen 150 ist an diesem Ende des Ankers angebracht, und es hat einen Schaft 152, der in das Loch 148 passt, und einen pilzförmigen Kopf 154, der dem ebenen äußeren Ende des Statorteils 60 gegenüberliegt. Dieses Ventil zeigt den Einbau beider Arten der seitlichen Stoßdämpfung, und zwar den Ring 84 sowie die Hülse 140 mit dem Einsatz 142.
Wenngleich ein derzeit bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt und beschrieben wurde, versteht es sich jedoch, dass die Prinzipien auch auf andere Ausführungsbeispiele anwendbar sind, die im Schutzbereich der folgenden Ansprüche liegen. Außerdem ist die Annahme, dass bestimmte allgemeine Aspekte der offenbarten Ventile einen neuen und nicht naheliegenden Gegenstand definieren, nicht so zu verstehen, dass diese Aspekte notwendigerweise bei anderen allgemeinen Aspekten vorhanden sein müssen. Die Annahme, dass der offenbarte allgemeine Aspekt der Zuordnung des inneren Randes der kraftausgleichenden Membran zu dem Ventil für sich genommen neu und nicht nahegelegt ist, hat keine entsprechende Beschränkung anderer allgemeiner Aspekte zur Folge, von denen angenommen wird, dass sie für sich genommen neu und nicht naheliegend sind, wie z. B. der allgemeine Aspekt der Zuordnung des äußeren Randes der kraftausgleichenden Membran zu der Endwand des Spulenträgers, und umgekehrt.

Claims

1. Ventilanordnung (14; 14'; 14") mit:

einem Gehäuse (24), das einen inneren Hauptströmungskanal zwischen einer ersten Anschlussöffnung (25) und einer zweiten Anschlussöffnung (26) hat;

einem ringförmigen Ventilsitz (29), der den Kanal umgibt;

einem elektrischen Aktuator (30, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 58, 60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) mit einem Anker (58);

einem Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111), das von dem Anker (58) betätigt wird, um den Kanal wahlweise zu öffnen und zu schließen, und auf das eine Kraft aufgrund einer Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Anschlussöffnung (25, 26) ausgeübt wird, wenn das Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) den Kanal schließt; und

einem Mechanismus (92, 94, 96, 112, 116, 118, 120, 126) zum Ausüben einer Gegenkraft auf das Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) entgegen der Kraft aufgrund der Druckdifferenz zwischen der ersten und zweiten Anschlussöffnung (25, 26), wobei der Mechanismus einen Kammerraum (126) umfasst, der sich innerhalb des Gehäuses (24) befindet und von einer fluidundurchlässigen bewegbaren Wand (94) begrenzt wird, welche zwischen dem Gehäuse (24) und dem Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) verläuft und gegenüber beiden abgedichtet ist, und einem Verbindungskanal (110, 112), der eine der Anschlussöffnungen (25, 26) mit dem Kammerraum (126) verbindet, wenn das Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) den Kanal schließt;

dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) einen Ventilkopf (88) hat, welcher ein einen Teil des Verbindungskanals (110, 112) bildendes Durchgangsloch (110) und eine Reihe in Umfangsrichtung beabstandeter Finger (111) aufweist, die radial nach innen in das Durchgangsloch (110) gerichtet sind.

2. Anordnung nach Anspruch 1, bei der das Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) einen Ventilkopf (88) und einen Halter (96) aufweist, die zusammenwirken, um die bewegbare Wand (94) abgedichtet am Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) zu halten.

3. Anordnung nach Anspruch 2, bei der der Verbindungskanal (110, 112) durch sowohl den Ventilkopf (88) wie auch den Halter (96) verläuft.

4. Anordnung nach Anspruch 3, bei der der Verbindungskanal (110, 112) das in dem Ventilkopf (88) gebildete Durchgangsloch (110) und ein im Halter (96) gebildetes Durchgangsloch (112) aufweist.

5. Anordnung nach Anspruch 4, die ferner ein Befestigungselement (98) aufweist, das durch sowohl den Ventilkopf (88) wie auch den Halter (96) verläuft, um das Ventil (86, 88, 90, 102, 104, 106, 108, 111) im mit dem Anker (58) zusammengebauten Zustand zu halten.

6. Anordnung nach Anspruch 5, bei der das Befestigungselement (98) einen Kopf (113) aufweist, der an dem Ventilkopf (88) angreift, ohne die Strömung durch den Verbindungskanal (110, 112) zu behindern.

7. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der elektrische Aktuator (30, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 58, 60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) eine Wand (50) aufweist, die mit dem Ventilgehäuse (24) zusammenwirkt, um die bewegbare Wand (94) abgedichtet am Ventilgehäuse (24) zu halten.

8. Anordnung nach Anspruch 7, bei der die Wand (50) des Aktuators (30, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 58, 60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) eine Endwand eines Spulenträgers (38) aufweist, an der eine Magnetspule (42) angeordnet ist.

9. Anordnung nach Anspruch 8, die eine Gussummantelung (32, 32A) aufweist, welche die Spule (42) umgibt und den Spulenträger (38) an dem Ventilgehäuse (24) befestigt.

10. Anordnung nach Anspruch 9, bei der der Aktuator (30, 38, 40, 42, 44, 46, 48, 50, 52, 54, 58, 60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) ferner eine Statorkonstruktion (60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) aufweist, die Teil eines Magnetkreises bildet, welcher den Anker (58) einschließt, um den von dem elektrischen Strom in der Spule (42) erzeugten Magnetfluss zu leiten, wobei die Statorkonstruktion (60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) ein positionierbares Statorteil (60, 67) umfasst, welches relativ zu dem Anker (58) wahlweise positionierbar ist, um dazwischen einen Luftspalt (85) einzustellen, wobei die Gussummantelung (32, 32A) eine Öffnung (32A) aufweist, die einen externen Zugang zu dem Statorteil (60, 67) ermöglicht.

11. Anordnung nach Anspruch 10, bei der die Statorkonstruktion (60, 62, 64, 66, 67, 68, 70, 71, 72, 74) ein am Spulenträger angebrachtes Statorteil (64) aufweist und das positionierbare Statorteil (60, 67) mit dem am Spulenträger angebrachten Statorteil (64) in Gewindeeingriff steht, um dieses zu positionieren.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, bei der das positionierbare Statorteil (60, 67) und der Anker (58) komplementäre abgeschrägte Flächen (72, 74) an dem Luftspalt (85) aufweisen.

13. Anordnung nach Anspruch 12, bei der die abgeschrägten Flächen (72, 74) unter näherungsweise einem Winkel von 30º bezüglich einer Achse (44) angeordnet sind, die koaxial zu dem Statorteil (60, 67) und dem Anker (58) verläuft.

14. Anordnung nach Anspruch 12 oder 13, die ferner ein Kissen (76) umfasst, das Stöße zwischen den abgeschrägten Flächen (72, 74) dämpft.

15. Anordnung nach Anspruch 14, bei der eine der abgeschrägten Flächen (72, 74) eine Vertiefung (74) in dem Anker (58) aufweist und das Kissen (76) an der Basis der Vertiefung (74) angeordnet ist.

16. Anordnung nach Anspruch 14, bei der eine der abgeschrägten Flächen (72, 74) eine Spitze (72) aufweist und das Kissen von diesem getragen wird.

17. Anordnung nach einem der Ansprüche 8 bis 16, die ferner ein Kissen (80; 140) aufweist, die seitliche Komponenten der Ankerbewegung dämpft, wenn der Anker (58) axial positioniert wird, und bei der der Spulenträger (38) ein Wandloch (46) aufweist, innerhalb welchem der Anker (58) zur axialen Positionierung angeordnet ist.

18. Anordnung nach Anspruch 17, die ferner eine unmagnetische Hülse (142) umfasst, innerhalb welcher der Anker (58) axial positioniert ist, und bei der das Kissen (140) zwischen der Hülse (142) und dem Wandloch (46) angeordnet ist.

19. Anordnung nach Anspruch 17, bei der das Kissen (80) einen Ring aufweist, der um den Anker (58) herum außerhalb des Wandloches (46) angeordnet ist.

20. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der eine der beiden Anschlussöffnungen (25, 26) eine Schalldüsenkonstruktion (28) aufweist.

21. Anordnung nach Anspruch 20, bei der die Ventilanordnung (14; 14', 14" ein Kanisterspülventil zum Ausspülen und Abgeben von Kraftstoffdampf an einen Verbrennungsmotor (18, 20) aufweist.