將內燃機燃料箱揮發的燃料蒸汽計量導送的閥門的製作方法

2023-06-01 21:01:31

專利名稱：將內燃機燃料箱揮發的燃料蒸汽計量導送的閥門的製作方法
現有技術本發明涉及一個計量閥，其將一內燃機油箱揮發的油蒸汽導入到一個內燃機進氣管內、屬於權利要求1前序部分限定的技術領域。
這種閥門已在EP-PS0528849中公開，在此閥門中通過一流入接頭輸入燃料蒸汽，以便將這些蒸汽以計量的方式通過一個在閥門上設置的流出接頭送到進氣管內。該閥門的流入接頭例如通過一個軟管與一個吸附過濾器相連接。該過濾器用於中間貯存由油箱揮發的燃料蒸汽。該閥門是電磁可操作的結構並為此具有一個磁性的銜鐵，它被電磁鐵的磁力作用可克服閥彈簧的力而軸向移動。在電磁鐵的無電流狀態，一個作為閥閉合件結構的銜鐵之端部區域藉助閥彈簧而被擠壓在一閥座上，以便中斷從流入接頭到流出接頭的流通連接。在通電流的狀態時銜鐵克服閥彈簧的力而運動並以其作為閥閉合件結構的端部區域從閥座上離起，因此，在流入接頭上的計量孔被打開，所以一個確定的燃料蒸汽體積就可以從流入接頭通過流出接頭流入進氣管內。
閥門電磁體的控制是藉助一個所謂的脈衝-寬度模製的信號實現的，該信號由一個電流脈衝序列組成，它以穩定的頻率流過電磁體的激勵線圈。為了控制的目的，該單個的電流脈衝的脈衝延續可藉助一個控制電子器件放大或縮小，以便獲得一個可連續改變的電磁拉力作用於銜鐵上。同時，依據單個脈衝的脈衝延續可調節銜鐵在軸向上的確定位置，依此，銜鐵就可決定，通過一個和銜鐵閥閉合件之軸向位置有依賴關係的在計量孔上的節流作用輸送一個確定的燃料蒸汽體積通過計量孔進入流出接頭。同時，該電磁鐵的磁力取決於單個電流脈衝的脈衝延續並通過所謂的脈衝因數來確定。由於摩擦作用和彈簧力，只有從一個確定的脈衝因數開始才發生銜鐵從它的閥座上離起。這個脈衝因數又稱為開啟脈衝因數。因此，滯後效應導致的結果是，該開啟脈衝因數在每次重新控制時可能發生變化，因此，用現今的這種閥門是不可能實現一個精確的最小的燃料蒸汽計量的。另外，電磁鐵激勵線圈的繞組電阻是和溫度有關的，所以開啟脈衝因數還取決於溫度。依此，必需的是，藉助一個可電流調節的終端級來控制電磁鐵，而該終端級製備一個脈衝寬度調製的電流信號。但是，這種電流可調的終端級在一個通常備有直流電源的機動車情況下，要實現它是公認的相當昂貴的。
這種描述的連續工作的閥門隨著增大的脈衝因數提供一個基本線性增長的燃料蒸汽流。但是所述閥門的線性特性使得在相對較小的脈衝因數時計量最小的燃料蒸汽體積很困難。由此，在這種現有技術中試圖藉助一個第二負壓可操作的閥門以補償上述缺陷。該第二負壓操作閥是與第一電磁操作閥平行安置的，該第二閥在進氣管內的負壓到達一個確定值時被打開，以便導入到進氣管內更多的燃料蒸汽。因而這種系統由兩個閥門組成導致很昂貴。此外，這樣設置的閥門組合需要一個長的關斷時間，才可關斷燃料輸入，所以在內燃機不同的運行狀態下要想在任何單位時間內使提供給進氣管的燃料蒸汽體積精確地適應需求是根本不可能的。
發明簡述本發明閥具有權利要求1特徵部分的技術方案相對於現有技術的優點是，一個特別優秀的小計量特性以及一個簡單的結構。
通過從屬權利要求中記載的措施就可對權利要求1確定的閥門做出優選的變型方案。特別的優點是一個在閥門中構置的壓力平衡連接結構，這樣就可實現，被閥門釋放的燃料蒸汽流可與進氣管內存在的負壓無關地被加以計量。另外的優點是，一個設定的對電磁鐵激勵線圈之溫度相關性的補償，這樣就可實現，放棄一個昂貴的調節電流的終端級，而是通過一個控制來代替它，其中，電壓脈衝以最好相對高的頻率輸送給激勵線圈，以便實現一個特別精確的燃料蒸汽體積之計量。此外，特別的優點是，閥門中的計量孔具有特別的結構，它使閥門具有一個指數的開啟特性，以使在小計量區域中的絕對誤差降至最小。另外，這種指數的開啟特性與由於滯後效應導致的誤差作用相反，所以就可以實現一個進一步的對閥門小計量特性的改善。
附圖描述本發明實施例在附圖中作了簡化描述並在以後的說明書中作詳細說明。


圖1是本發明結構閥的縱剖圖；圖2是在圖1的本發明第一實施例中通過截面線II-II的第一截面圖；圖3是圖1的本發明第二實施例中通過截面線III-III的第二截面圖；圖4是一個曲線圖，它表明了本發明結構閥(曲線B)的開口特性與公知閥(曲線A)的比較；在圖1的縱剖圖中描述的閥1用於從一個沒有詳細描述的特別是混合壓縮的外點火內燃機的油箱3將揮發的燃料蒸汽按劑量要求導入到內燃機的抽吸管4中。該閥1是內燃機燃料汽化-維持系統的構件，它的功能方式例如可從印刷文件Bosch技術資料，發動機管理，Motronic，第二次出版物，93年8月，48和49頁上獲得。
該閥1具有一個例如由三個構件組成的閥殼體，它由一個圓柱形的基殼6，一個可在基殼6上安裝的殼蓋7和一個下邊的殼件8組裝而成。該圓柱形的基殼6，殼蓋7和下邊的殼件8由塑料例如用塑料注射工藝製造。該下邊的殼件8具有一個流入接頭10和一個流出接頭11。該流入接頭10用於連接該閥1，例如通過一個第一軟管14連接到油箱3上，或者如圖1所描述，連接到一個與油箱3相連的吸附過濾器15上。該吸附過濾器15填充一種貯存介質，特別是活性碳用於燃料蒸汽並用於中間貯存從油箱3揮發的燃料蒸汽。該流出接頭11例如在軸向上從下邊的殼件8沿閥1的線17延伸並為連接一個第二軟管18而設置。該第二軟管18例如在一個可轉動地置於進氣管4中的節流閥19的下遊通入該抽吸管4中。該流入接頭10例如與閥1的軸線成橫向地延伸並在徑向上從下邊的殼件8伸出。
在基殼6的內部並在磁殼26中安置一個電磁鐵22，它具有一個圓柱形的激磁線圈23和一個磁芯37。該磁殼26是套筒形結構並在其內部置有激勵線圈23，其繞制在一個例如由塑料製成的線圈架27上。該激磁線圈23包圍一個可被磁力牽拉的、最好是金屬制的閥門1銜鐵，為的是在該激磁線圈23的通電流狀態使銜鐵克服閥彈簧50的力而運動。為此該銜鐵25在一個置於基殼6的導引套筒24中可軸向移動地安置。該線圈架27以與直徑較小的導引套筒24的外表39有徑向間距地安置在基殼6內部並徑向上延伸至磁殼26的內壁29。同時，該線圈架27相對導引套筒24的外表面39的徑向間距可防止銜鐵25由於熱膨脹例如激勵線圈23的熱膨脹而被夾住。該線圈架27在軸向上靠置在導引套筒24的一個環形凸肩28上。該導引套筒24的凸肩28徑向上同樣延伸至磁殼26的內壁29。在導引套筒24的凸肩28和基殼6的徑向環肋30之間還安置一個例如限位盤31，它相對銜鐵25的外表面33以徑向間距安置。
為了限制銜鐵25的最大偏移，它(25)在其對著殼蓋7的端部32上具有一個凹槽36，其例如是一圓筒形結構並至少部分地它包圍住該套筒形結構的磁芯37。在銜鐵25的最大偏移時，它(25)在凹槽36中以其環形的底面48限位到磁芯37的環表面49上。為了能夠調節銜鐵25的最大行程，該磁芯37可以是軸向上可移動的結構。該磁芯37為此具有一個例如外螺紋部分38，它嚙合在一個內螺紋40中，該內螺紋40設置在一個覆蓋該套形磁殼26的磁底35中，為的是通過轉動該磁芯37就可相應地軸向上移動該磁芯37，這樣，就可實現一個可調節的銜鐵限位以用於該銜鐵25。
銜鐵25是空柱形的結構並有一個通口42，它在軸向上從在圖1中上邊描述的銜鐵25之端部32上的凹槽36延伸至其在下邊殼件8中安置的端部34。在通口42中構成一個徑向上擴大的並包圍該通孔42的凸肩45，為的是在凸肩45和一個置於套形磁芯37中的凹槽46之間安裝閥彈簧50。為此，該閥彈簧50一方面支承在磁芯37的凹槽45中，另一方面支承在銜鐵25之通孔中的凸肩45上。藉助該彈簧50，該銜鐵25在激勵線圈23的無電流狀態以其端部34被密封地擠壓到一個由環形密封環53覆蓋的環形閥座54上，因此，在流入接頭10和流出接頭11之間的流通連接74被關閉。該閥座54設置在流出接頭11之一個位於下邊殼件8內部的端部55上，如在縱軸線17左邊的閥1半拉部分描述的那樣，所以閥座54可被銜鐵25密封地封閉住同時該密封環53由一種彈性材料製成，例如橡膠。
在激勵線圈23的通電狀態時，該磁性的銜鐵25就被電磁鐵22的磁力朝著磁芯37以不同的方式吸拉，並可佔據每個軸向上的中間位置；而作為終端位置，如在縱軸線17右邊的閥1半拉部分描述的那樣，佔據它的最大開啟位置，，此時，銜鐵25之凹槽36的環形底面48靠置在磁芯37的環表面49上。在銜鐵25朝磁芯37去的向上運動時，銜鐵25以其外表面33在圓周上打開一個計量口56，它與軸線17平行延伸地設置在流入接頭10之位於基殼6中的端部51上。因此，如在圖1用箭頭57表明的那樣，燃料蒸汽從流入接頭10通過計量口56就可到達一個位於閥座54和銜鐵25之端表面73之間限定的空間79中、接著，通過閥座54進一步流入該流出接頭11中。
如通過圖1中箭頭59標誌的那樣，同時一個較小部分的燃料油蒸汽到達銜鐵25的通孔42，為的是，從這裡到達磁芯37的凹槽46中並從這個凹槽46通過一個在磁芯37中繼續導引的開口60到達一個空間62，該空間62被殼蓋7的內壁64，磁芯37和磁殼26的磁底部35相對外界密封地封閉而成。通過一個在殼蓋7中設置的開口66，然後該燃料蒸汽從空間62到達一個壓力平衡連接結構70，其設置在基殼6和下邊的殼件8中例如為一個通孔的形式並在閥座54的下遊通入流出接頭11中。在圖1中通過箭頭58，59和61標註的部分燃料蒸汽流依此環繞該閥座54流動。沿箭頭57方向從流入接頭10朝流出接頭11流動的主要燃料蒸汽流與按箭頭58，59和61方向流動的部分流就在閥座54的下遊相混合，此後，從流出接頭11例如通過第二軟管18到達進氣管4中。
按照銜鐵25的行程及其端面73相對於閥座54的間距、該計量口56就它的外表面33有時多或有時少地釋放，因此，從流入接頭10流到流出接頭11去的燃料蒸汽流就相應地被計量出來。同時克服閥彈簧50而工作的銜鐵25之行程通過電磁鐵22之磁場的強度來決定。為了控制電磁鐵22，設置一個電子控制裝置80，它通過一個電氣導線81和通過一個在殼蓋7上一體製成的插接接頭82而與電磁鐵22成為電連接。
該電子控制裝置80向電磁鐵22發送一個電壓控制脈衝序列並具有一個相對高的頻率，例如100赫茲。同時該控制脈衝序列被電子控制裝置80用一個由一個由該控制裝置80可改變的脈衝因數(Tastverhaltnis)方式發送。該脈衝因數例如按百分比方式確定該脈衝延續時間相對於這些依次發生的脈衝之脈衝間隔(周期延續時間)的商數。這種控制作為脈衝-寬度-調製是普通技術人員公知的。該激勵線圈23最好具有一個這樣的激磁繞組，它具有一個與閥1的溫度影響無關的並幾乎不變的電阻值。一個這樣的可溫度補償的激磁繞組可以例如由兩個繞組構成，它們由不同的材料製成，其電阻值可如此選擇，即，兩個繞組的電阻值達到一個依賴溫度的平衡補償。為此，例如激磁線圈23的一個繞組可以由一個具有正的溫度因數(PTC-冷導體)的材料製成，另一個繞組則由一種具有負的溫度因數(NTC-熱導體)的材料製成。然後用這種可溫度補償的激勵線圈23就可以實現，放棄一個所謂的可電流調節的終端級。同時，代替該可電流調節的終端級還可以應用一個這樣的終端級，它向電磁體22輸送一個最好具有相對高頻率的電壓脈衝序列。這種電壓脈衝序列在技術上可以特別簡單的方式實現，例如為電晶體電路的結構，它利用機動車的直流電源例如一個啟動電池的電源，就可在兩個規定值例如12伏和0伏之間相應地來迴轉換。這種電壓脈衝序列在激勵線圈23可實現一個中間的電流，以便使銜鐵25克服閥彈簧50的力從閥座54上作離開運動和置於一個確定的軸向位置上。為此，銜鐵25的軸向終端位置取決於該電壓脈衝序列設置的脈衝因數。如果在激勵線圈23上設有施加電壓，例如在激勵線圈23中沒有電流，那麼銜鐵25就被閥彈簧50擠壓到閥座54上。同時，銜鐵25以其外表面33靠置在密封環53上並將流入接頭10的計量孔56蓋住，因此，從流入接頭10到流出接頭11的流通連接被中斷了。
按照發明要求，計量孔56設置為一個孔板的結構形式，它的開口橫截面如此設置，即閥門1被賦於一個指數的開口特性。如在圖2中沿本發明第一實施例的圖1剖示線II-II的截面圖描述的那樣，該計量孔56具有一個V形橫截面，它被兩個凹曲形的朝閥座54去相互漸近的橫截面邊界75，76和一個圓形的弧線部分77限定而成。同樣如圖2所描述的那樣，在橫截面邊界75，76之間在其最小的間距區域中還可以相互保留一個小的隙縫。通過計量孔56之橫截面邊界75，76的漏鬥形結構就可實現，隨著銜鐵25之逐漸增大的移動行程H釋放出一個逐漸變大的被橫截面邊界75 76和銜鐵25的端面限定的計量孔56橫截面，因此，通過計量孔56流動的燃料蒸汽體積可以相應地增加。
如在圖4中表明的本發明閥1的開口特性曲線B那樣，通過橫截面邊界75，76的結構設置，可以獲得一個閥門1，它隨著增大的脈衝因數T而排放一個例如指數上升的體積流。因為，銜鐵25的行程H以線性方式取決於控制脈衝序列的脈衝因數T，所以就可實現，為了減少一個相對高的體積流僅僅需要使銜鐵25相對少的行程運行就行了。依此，就可特別地實現明顯短的關斷時間例如幾個毫秒，以使得閥1的體積流例如下降到零。在小的脈衝因數(例如T小於50％)區域內，一個較小的脈衝因數T變化僅實現一個小的體積流變化，但是，這種變化正是所希望的，為的是相對於一個具有線性開口特性的閥門(圖4中的曲線A)來說可獲得一個特別優秀的小計量性能。而在較大的脈衝因數區域內(例如T大於50％)，一個較小的脈衝因數T變化可獲得一個相對於具有線性開口特性的閥門(曲線A)而言相對大的體積流變化，為的是，能實現一個迅速的大體積流調節。
如在圖3中描述的沿圖1剖示線III-III之截面圖表明的本發明第二實施例那樣，該計量孔56還可以如此結構，即橫截面邊界75，76具有一個凹入的曲線，它(曲線)相對於圖3中標註的坐標系X，Y(X軸與縱軸線17相平行)是一個指數函數，特別是一個自然指數函數，是一個可描述的自然函數(Natur)。因此，該橫截面邊界75，76在對著閥座54的地方具有其最小的間距，或者說甚至具有其接觸點。同時，隨著離開閥座54越來越大的距離，該橫截面邊界75，76相互的間距也增大。通過這種橫截面邊界75，76的指數曲線，就可以對閥門1的小計量特性作進一步改善。而且，銜鐵25的最大行程H可以如此調節，即，銜鐵25以其端表面73在最大行程時最高到達橫截面邊界75及76的端點85，86，因此，銜鐵25僅僅可以釋放一個具有指數曲線形橫截面邊界75，76的計量孔56橫截面。
在閥殼6，7，8中設置的壓力平衡連接結構70另外還可實現，在銜鐵25之上舉的狀態中，進氣管4的負壓不僅作用在銜鐵25的端面73上而且施加在銜鐵25之凹槽36的對置底面48上。最好是該銜鐵25的端面73和底面48具有大約相同大小的作用面，依此，在銜鐵25上的壓力平衡或力平衡在不同的進氣管負壓下都可以實現，因此，燃料蒸汽體積的計量就可以與進氣管4內的負壓無關。為此當然必需的是，在閥1中燃料蒸汽的流動路程10，11，42，63，66，70相對於外界，特別是相對於大氣壓作用的電磁體22之內腔89進行密封。如在圖1描述的那樣，上述密封例如藉助一個密封件88實現，它例如是一個密封圈的形式，其例如在下蓋件8內部密封地靠置在銜鐵25的外表面33上和徑向上在外邊緣被夾緊在基殼6和下蓋件8之間。
權利要求
1.將從內燃料機的燃料箱揮發的燃料蒸汽計量地導入到內燃機進氣管內的閥門具有一個閥殼，它具有一個流入接頭用於連接到一個燃料箱的排氣接頭上或者一個在其後連接的吸附過濾器上以用於揮發的燃料蒸汽和具有一個流出接頭以連接到進氣管上，還具有一個在閥殼內部設置的並被一電磁鐵可移動的銜鐵，它在電磁體不通電流的狀態時被一個閥彈簧擠壓到一個閥座上以將從流入接頭到流出接頭的流動連接關斷而在電磁體的通電流狀態將上述流動連接打開，其特徵在於在流入接頭(10)和閥座(54)之間設置一個通過銜鐵(25)可控制的計量孔(56)。
2.按權利要求1所述的閥門，其特徵在於該計量孔(56)具有一個V形的橫截面。
3.按權利要求1或2所述的閥門，2其特徵在於該計量孔(56)具有如此結構設置的橫截面邊界(75，76)，即，隨著銜鐵(25)離開閥座(54)的距離增大，被銜鐵(25)釋放一個逐漸變大的計量孔(56)之橫截面。
4.按權利要求3所述的閥門，其特徵在於該橫截面邊界(75，76)是漏鬥形朝閥座(54)相互漸近的結構。
5.按權利要求4所述的閥門，其特徵在於該橫截面邊界(75，76)在閥座(54)的區域內具有一個相互較小的間距。
6.按權利要求3或4所述的閥門，其特徵在於銜鐵(25)具有一個最大的行程(H)，它是如此確定的，即，在最大的行程(H)時最高到達橫截面邊界(75，76)的終端點(85，86)。
7.按權利要求3所述的閥門，其特徵在於該橫截面邊界(75，76)具有一凹入曲線，它是一個指數函數，特別是一個自然的指數函數，一個可描述的自然函數(Natur)。
8.按權利要求1所述的閥門，其特徵在於銜鐵(25)是中空的結構。
9.按權利要求8所述的閥門，其特徵在於閥殼(6，7，8)具有一個壓力平衡連接結構(70)，它在閥門(1)中繞過閥座(54)導引一部分燃料蒸汽流，因此，在銜鐵(25)上舉的狀態中在它的兩個端部(32，34)上佔據著一個基本相同於流出接頭(11)中的壓力。
10.按權利要求9所述的閥門，其特徵在於銜鐵(25)的端部(32，34)之端表面(48，73)具有大致相同的尺寸。
11.按權利要求1所述的閥門，其特徵在於為了支承銜鐵(25)在閥殼(6)中安置一導引套(24)，它的外表面(39)以與電磁體(22)之激勵線圈(23)的線圈架(27)有徑向間距的方式安置。
12.按權利要求9的閥門，其特徵在於在銜鐵(25)上設置一個密封件(88)，它使閥(1)的兩個殼件(6，8)相互密封。
13.按權利要求1所述的閥門，其特徵在於電磁體(22)具有一個磁芯(37)，它是軸向上可移動的結構並用於作為銜鐵(25)限位件。
14.按權利要求1所述的閥門，其特徵在於電磁體(22)具有一個激勵線圈(23)，它的電阻值幾乎與溫度無關。
全文摘要
公知的油箱排放閥連續地計量燃料蒸汽並且有一個線性的開口特性，它不能精確地計量最小的燃料蒸汽量。此處建議一個閥門(1)，它用於將從內燃機燃料箱(3)揮發的燃料蒸汽定量地導入到內燃機進氣管(4)內，並具一個閥殼(6)，其具有一個流入接頭(10)以便連接到一個燃料箱的排氣頭上或者一個在其後連接的吸附過濾器(15)上以用於揮發的燃料蒸汽和具有一個流出接頭(11)以連接到進氣管(4)上，還具有一個閥殼(6)內部設置的被一電磁鐵(22)可移動的銜鐵(25)，它在電磁鐵(22)無電流狀態時被一彈簧(50)擠壓到閥座(54)上以將一個從流入接頭(10)到流出接頭(11)形成流通連接(74)的計量孔(56)關閉而在電磁鐵(22)通電狀態時將上述計量孔(56)打開，同時，計量孔(56)為了改進計量作用具有一個V形的橫截面。本發明閥適合於將一混合壓縮式外點火內燃機的油箱揮發的燃料蒸汽導入到一內燃機進氣管內。
文檔編號F02M25/08GK1166195SQ96191281
公開日1997年11月26日 申請日期1996年6月26日 優先權日1995年10月27日
發明者沃爾夫岡·舒爾茨, 格奧爾格·馬勒布萊恩 申請人:羅伯特·博施有限公司