NO153798B - Returtank. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører en returtank for i motorkjøretøyer anordnede forbrenningsmotorer med brennstoffmålere, innbefattende en beholder med et innløp oventil for retur-strømmen og et utløp nedentil samt en lufteåpning, et organ anordnet ved innløpet for nedledning av den innkommende returstrøm slik at den inngående strøm vil kunne befris for gassbobler, og med en i beholderen anordnet flottør som er forsynt med en styrepinne, hvorved flottøren styrer en ved beholderens utløp anordnet ventil som innbefatter en myk og elastisk membran forbundet med flottøren. Returtanken er i første rekke beregnet for mottagelse av returbrennstoff ved forbrenningsmotorer med brennstoffmåler, eksempelvis i motorkjøretøyer. Brenselpumpe for forbrennings-motorene i motorkjøretøyer leverer under visse driftsforhold vesentlig mer brennstoff til motoren enn motoren forbruker. Overskuddet kan gå opp til 90%. Dette overskudd må returneres til brennstoffpumpens sugeside i form av en returstrøm. Når det er anordnet brennstoffmålere er disse vanligvis koplet inn mellom kjøretøyets brennstofftank og brennstoffpumpen. Føres returstrømm-en fra motoren tilbake til brennstofftanken vil brennstoffmålingen bli feilaktig. Det er derfor vanlig å sette en returtank inn i returledningen fra motoren for oppsamling av returstrømmen og for tilbakemating av returstrømmen til pumpens sugeside etter brennstoff måleren , slik at returstrømmen ikke påvirker brennstoffmålingen.

Ved brennstoffmålingen er det ofte ønskelig også å måle det momentane brennstoff-forbruk og å angi dette i liter/time eller liter/mil. Herigjennom kan kjøretøyets hastighet tilpasses, slik at man oppnår best mulig driftsøkonomi. For at dette skal være mulig må imidlertid returtanken ihvertfall til-nærmet kunne oppfylle følgende vilkår: 1. Returtanken skal alltid inneholde et konstant brennstoffvolum. 2. Returtanken skal kunne ta i mot all retur mellom et minimum og et maksimum, uten at det i returtanken inneholdte volum endres. 3. Returtanken skal kunne gi i fra seg en mengde som varierer mellom minimum og maksimum, uten at det i returtanken inneholdte volum endres. 4. Returtanken skal kunne skille ut gass- og luftbobler fra brennstoffet før dette føres tilbske til brennstoffpumpen.

Dessuten er det ønskelig at returtanken har

en enkel og driftssikker konstruksjon og et lite volum, slik at den lett kan plasseres på kjøretøyet.

Ventilen i returtanken skal således kunne arbeide innenfor et stort strømningsområde, etter som hele returstrømmen skal kunne passere gjennom ventilen. Den skal uten nevneverdig struping kunne slippe igjennom maksimal strømningsmengde, og den skal kunne stenge helt når det ikke forefinnes noen returstrøm. Mellom disse to ytterligheter skal den kunne reguleres kontinuerlig. Flottøren skal altså kunne styre ventilen dels til full åpning, dels til full stengning. Dette er en vanskelig oppgave, fordi trykkforskjellen mellom ventilens overside og underside kan bli stor ved en kraftig sugende brennstoffpumpe, i spesielle tilfeller nesten like stor som atmosfæretrykket. Med hensyn til at en stor returstrøm skal kunne passere gjennom ventilen, må ventilens flate være relativt stor, eksempelvis i størrelsesordenen 50 mm<2> hvilket krever en stor flottør for tilveiebringelse av en tilstrekkelig løftekraft, eksempelvis en flottør med volum størrelsesordenen 1 liter.

I tidligere kjente konstruksjoner er dette problem løst ved anvendelse av en relativt liten flottør og en hevarm, hvilket har resultert i at man i disse konstruksjoner har fått en relativt stor flottørbevegelse opp og ned og også

en stor væskeflate som ifølge av plassbehovet for kombinasjonen av flottør og hevarm. Dette har i sin tur medført en meget stor volumendring mellom helt stengt ventil og helt åpnen ventil. Disse kjente konstruksjoner har derfor ikke kunnet oppfylle

de ovenfor under punktene 1-3 angitte vilkår på en tilfreds-stillende måte. Vilkåret under punkt 4 ovenfor har man imidlertid lett kunnet oppfylle, fordi returtanken har inneholdt så meget brennstoff at boblene har fått tid på seg til å stige opp til overflaten og forsvinne.

Fra SE-utlegningsskrift nr. 370631 er det kjent en flottørstyrt ventil hvor et utløp nedentil i en beholder styr-es av en membran som står i forbindelse med en flottør. Fra US-PS 3.741.234 er det kjent en ventil med en flottør som påvirker membraner som stenger for åpninger i ventilhuset. Fra US-PS 3.750. 463 er det kjent et brenseltilmålingssystem hvor det forefinnes et organ for nedledning av en væskestrøm slik at kan befris for gassbobler.

Hovedhensikten med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe en returtank som oppfyller de ovenfor nevnte vilkår og samtidig har en enkel og driftssikker konstruksjon og et lite volum. Dette oppnås ifølge oppfinnelsen ved at returtanken gis de kjennetegn som er angitt i etterfølgende patent-krav.

Ved at ventilen innbefatter en myk og elastisk membran, som er forbundet med flottøren og som ved flottørens løfting ved oppbøying gradvis frilegger utløpet, kreves bare en relativt liten kraft for ventilens åpning, hvilken kraft kan tilveiebringes av en liten flottør uten hevarmsanordninger. Væskeflaten kan derigjennom holdes liten, og som følge herav blir volumendringen mellom helt åpen og helt stengt ventil også liten, slik at de ovenfor under punktene 1-3 angitte vilkår oppfylles, spesielt dersom mellomrommet mellom flottørveggen og beholderens innervegg gjøres så lite som mulig. Det ovenfor under punkt 4 angitte vilkår kan oppnås ved at et egnet organ anordnes på en slik måte ved beholderens innløp at den inn-strømmende væske ledes ned langs organet i beholderen, hvorved eventuelle gass- eller luftbobler fjernes.

En utførelsesform av returtanken ifølge oppfinnelsen skal beskrives nærmere nedenfor under henvisning til tegningene hvor

fig. 1 skjematisk viser hvordan en returtank kan innkoples i et brennstoffmatesystem med brennstoffmåler i et motorkjøretøy,

fig. 2 viser returtanken med flottør i

større målestokk og i snitt,

fig. 3 viser den i ventilen anvendte

membran i umontert tilstand og

fig. 4-6 viser ventilfunksjonen ved ulike flottørstillinger.

Det i fig. 1 viste brennstoffmatesystem innbefatter en brennstofftank 10, en brennstoffmåler 11,

en brennstoffpumpe 12 og en returtank 13. Brennstoffmåleren er koplet inn i en rørledning 14 mellom brennstofftanken og pumpen, og returtanken er tilknyttet en returledning 15 fra pumpen 12. Returtanken er videre forbundet med brennstofftankens øvre del ved hjelp av en lufteledning 16. I returtanken er det anordnet

en flottør 17 som styrer en ventil 18 ved et utløp 19 fra returtanken til rørledningen 14 mellom brennstoffmåleren og brennstoffpumpen. Den del av rørledningen 14 som strekker seg mellom returtanken og pumpen, er betegnet 14a. Returtanken har til oppgave å ta vare på den returstrøm som kommer fra brenn-stof f pumpen gjennom ledningen 15 og føre denne returstrøm tilbake til mateledningen 14 i et punkt etter brennstoffmåleren, sett i strømningsretningen, slik at brennstoffmålingen ikke på^ virkes av returstrømmen. Lufteledningen 16 munner i brennstofftanken slik at returstrømmen kan føres tilbake til brennstofftanken i tilfelle ventilen i returtanken henger seg fast i stengt stilling. Brennstoffmålingen blir i så tilfelle ikke korrekt.

Ved brennstoffpumpen gjelder:

<$>14a <=><$>M <+><$>15 .... d)

Ved returtanken bør gjelde:

<$>14a <=><$>15 <+><$>14 .... (<2>)

eliminerer man $]_4a i ligningene (1) og (2) så får man:

<J$>M <+><$>15 <=><$>15 <+><$>14' dvs- $14<=><$>15

Brennstoffmåleren måler således forbruksstrømmen. Dette gjelder dersom brennstoffinnholdet er konstant i returtanken. Er ikke så tilfelle vil man av og til få feilmåling. Tillates nivået å stige så vil under denne stigning mer brennstoff tas fra tanken enn hva motoren bruker. Man vil under denne tid måle en større spesifikk brenselmengde (l/time eller l/mil) enn den virkelige. Når brennstoffnivået i returtanken synker igjen, så tas intet eller lite brennstoff fra tanken. Forbruksstrømmen tas fra overskuddet i returtanken. Man vil under denne tid måle en lavere spesifikk brenselmengde enn den virkelige.

Fig. 2 viser returtanken med flottør i snitt. Returtanken består av en beholder som er sammensatt av et sylindrisk rør 20 med en underdel 21 og en overdel 22,. I over-delen er det et innløp 23 for returstrømmen, hvilket innløp er knyttet til ledningen 15 i fig. 1. Videre er det en lufteåpning 24 som er knyttet til lufteledningen 16 i fig. 1. I underdelen er det et utløp 25 som er knyttet til ledningen 14 i fig. 1. Dette utløp består av en utløpsåpning som er dekket av en med hull forsynt plate 26. Platen er sammen med en mellomliggende tetningsring 27 festet til underdelen. Hullplaten 26 har et lite, sentral hull 28 og et antall omliggende, større hull 29. De ytre hull er anordnet symmetrisk om det sentrale hull, på en sirkellinje. Hullene er dimensjonert slik at de mulig-gjør gjennomstrømning av den maksimale returmengde som returtanken skal kunne motta.

I returtanken er det anordnet en flottør

i form av et hullegeme 30. Denne flottør har en nedad og oppad ragende styrepinne 31, henholdsvis 32. Disse ligger i flottør-ens vertikale akse og tjener til å styre flottøren under dennes bevegelse opp og ned i returtanken. Den nedre styrepinne 31 løper i det sentrale hull 28 i hullplaten, hvilket hull har en diameter som er litt større enn styrepinnens diameter. Den øvre styrepinne 32 har styring i et motsvarende hull 33 i et over flottøren innsatt lokk 34. Dette lokk er innsatt i en slik avstand fra returtankens underdel at flottøren kan bevege seg tilstrekkelig i høyden for å regulere utmatingen av retur-strømmen fra returtanken mellom minimum og maksimum. Lokket er også forsynt med et antall store hull 35 for gjennomstrøm-ning av returmengden.

For at flottøren 30 skal kunne regulere gjennomstrømningen av returstrømmen mellom minimum og maksimum, er den nedentil forsynt med en ventilanordning. Denne ventilanordning innbefatter en myk, elastisk membran 36 av gummi, eller lignende materiale og et ventillegeme 31a i form av et konisk legeme som er anordnet på styrepinnen 31. Membranen 36 er bøyet til en i hovedsaken oval form og er festet på flottørens underside på en slik måte at membranen omslutter ventillegemet. Membranen har en midtdel som er anordnet til å kunne dekke gjennomstrømningshullenei hullplaten, selv om flottøren dreies om sin vertikale senterakse.

Membranen er utformet som et bånd med den form som er vist i fig. 3. Båndet består av tre seksjoner 37, 38 og 39, idet de to ytre seksjoner 37, 39 er forbundene med midtseksjonen 38 ved hjelp av tynne tunger eller liv 40. Disse er beregnet til å lette båndets bøying, slik at midtseksjonen har en i hovedsaken plan form selv etter at båndet er bøyet og fastspent. Hver seksjon er forsynt med et gjennom-gående hull 41, 42, 4 3 for styrepinnen, slik at membranbåndet kan anbringes på styrepinnen på den måten som er vist i fig. 2. I det minste hullet 42 i midtseksjonen 38 har en diameter som er litt større enn styrepinnens diameter, slik at membranbåndets midtseksjon kan bevege seg fritt på styrepinnen og forskyves langs denne.

Returtanken er forsynt med et rør 44 av finmasket vevnad eller et finmasket nett, hvilket i returtankens nedre del ligger an mot sylinderveggen og i returtankens øvre del smalner av oppover, slik at det i returtankens øvre del ligger innenfor innløpsmunningen for returstrømmen. Returstrømmen vil derfor falle fritt en kort strekning og så treffe vednadsrøret og deretter renne langs dette rør, over en stor flate av røret og ned mot væskenivået i tanken. Returstrømmen flyter i en tynn film langs rørets ytterflate uten noe ytterligere fritt fall. Under denne nedflytning, ved hvilken brennstoffet også passerer gjennom vevnaden, vil even-tuelt i brennstoffet forekommene gass- eller luftbobler fjernes. Vevnadsrøret virker også som et filter for gass- og luftbobler.

Returtankens virkemåte skal nå beskrives under henvisning til fig. 2, 4, 5 og 6, som viser den flottør-styrte ventilanordningen med flottøren i endel ulike stillinger. Når flottøren befinner seg i den i fig. 2 viste stilling er ventilen helt stengt, fordi ventilmembranen av flottørens tyngde presses mot hulplaten og derved lukker hullene i denne. Det sentrale hull for styrepinnen gjennom hullplaten og membranens midtseksjon lukkes ved hjelp av den på styrepinnen anordnede koniske del. Væskeoverflaten i returtanken har sitt laveste nivå og tanken mottar ingen returstrøm. Når retur-strømmen begynner å gå inn i tanken befris væsken fra bobler ved strømningen langs vevnadsrøret som beskrevet ovenfor og væskenivået til tanken øker, hvorved flottøren begynner å bevege seg oppover. Da flottøren har en tverrsnittsflate som i hovedsaken er slike stor som tverrsnittsflaten i returtanken, blir spalten mellom flottøren og tankens innervegg meget liten, og det er derfor bare nødvendig med en liten overskuddsmengde

for at flottøren skal begynne å heve seg. Ved denne begynnende løfting åpnes først hullet ved styrepinnen, ettersom det koniske ventilegemet sitter fast på styrepinnen og følger med denne ved flottørens bevegelse. Herved reduseres trykkforskjellen

over membranen litt, men trykkforskjellen er fremdeles tilstrekkelig stor til at membranen suges fast ved hulplaten, slik at de øvrige hull i hullplaten fortsatt er stengt. Når flottøren fortsetter å stige vil membranen gradvis løftes opp fra hullplaten, hvorved hullene gradvis frilegges fra ytterkanten av hullplaten og mot platens sentrum, som vist i fig. 5. Når flottøren løftes ytterligere oppover, åpnes hullene i hullplaten gradvis mer og mer helt til hullene er frilagte og ventilmenbranen har mistet kontakten med hullplaten, som vist i fig. 6. Gennom spenningen i membranen som følge av membranens bøyning, får menbranen når flottøren er løftet slik at membranen ikke har anlegg mot hullplaten, en i hovedsaken oval form, med den store akse vinkelrett på styrepinnen og den lille akse liggende i styrepinnens akse. Den lille akse er større enn den koniske ventiltopp's høyde, slik at membranens midtseksjon ligger et stykke under det koniske legemets spiss. Ved at ventilmenbranen er myk og elastisk, slik at den kan bøyes ved flottørens løfting, og ved at ventillegemet først frilegger det lille sentrums-

hull ved styrepinnen uten at membranen løftes fra hullplaten, kreves bare meget liten løftekraft av flottøren. Flottøren kan derfor gis små dimensjoner og et lite volum, eksempelvis størrelseordenen 0,2 1. Når hullene i hullplaten helt eller delvis frilegges gjennom flottørens løfting kan brennstoff suges fra returtanken. Ved returstrømmens redusering senkes flottøren til den igjen inntar sin laveste stilling, og returtankens utløp er da igjen stengt.

Selv om bare en utførelsesform er beskrevet og vist er det åpenbart at det er mulig med et stort antall variasjoner og modifikasjoner innenfor rammen av oppfinnelsestanken. Ventilmembranen kan eksempelvis utgjøres av et ball-lignende organ under forutsetning av at dette er tilstrekkelig mykt og elastisk for å muliggjøre den gradvise åpning av hullene i hullplaten ved bøying av membranen. Anvendes et bånd som membran så kan dette utformes med konstant bredde eller med innskjæringer, tunger eller liv av annen formgiving enn den som er vist i fig. 3. Hullene i hullplaten kan også utformes på mange ulike måter. Istedet for flere små hull kan man også anvende et stort hull og dekke dette til med et nett eller lignende for å hindre at membranen suger seg fast i hullet, hvilket ville medføre en større løftekraft fra flottørens side. Hullet eller hullene kan alternativt anbringes direkte til returtankens bunn eller underdel. Ettersom membranens bøylig-het resulterer i lavere krav med hensyn til løftekraften er det ikke absolutt nødvendig å ha et særskilt ventillegeme som tilveiebringer åpning av et lite hull før den egentlige løfting av membranen begynner, men dette er ofte fordelaktig. Organet for å befri innkommene returbrennstoff for gassbobler kan også utformes på mange ulike måter og kan eksempelvis bestå av plater med store flater eller dannes av beholderens sidevegger. Returtanken kan også anvendes for andre formål enn oppsamling av returstrøm fra forbrenningsmotorer i kjøretøy med brennstoffmålere.

Membranen 36 er i den utførelsesform som ligger til grunn for prototypen for oppfinnelsesgjenstand fremstilt av fluorsilikongummi. Membranen kan fremstilles av et hvilket som helst annet materiale som egner seg, eksempelvis bladfjærstål, idet kriteriet er at materialet skal oppfylle de krav som stilles til membranens funksjon med hensyn på fjæringen innenfor rammen av oppfinnelsestanken.

Likeledes kan man ifølge oppfinnelsestanken forsyne det sylindriske rør 20 med kjøleflen.ser til å kjøle det innstrømmende returbrennstoff.

Claims (9)

1. Returtank for i motorkjøretøyer anordnede forbrenningsmotorer med brennstoffmålere, innbefattende en beholder (20,21, 22) med et innløp (23) oventil for returstrømmen og et utløp (25) nedentil samt en lufteåpning (24), et organ (44) anordnet ved inn-løpet for nedledning av den innkommende returstrøm slik at den inngående strøm vil kunne befris for gassbobler, og med en i beholderen anordnet flottør (30) som er forsynt med en styrepinne (31), hvorved flottøren styrer en ved beholderens utløp anordnet ventil (26,36,31a) som innbefatter en myk og elastisk membran (36) forbundet med flottøren (30), karakterisert ved at membranen (36) innbefatter en midtdel (38) som er anordnet til å dekke utløpet (25), og to bueformede bøyede deler (37,39) som er anordnet på motsatte sider av midtdelen og er for-bundne med flottøren (30), og at membranen ved flottørens løfting ved oppbøying av de bueformede deler (37,39) gradvis frilegger utløpet (25), idet styrepinnen (31) går gjennom membranen (36) og går ut gjennom denne i et hull (42) som har en diameter som er litt større enn styrepinnens diameter.

2. Returtank ifølge krav 1, karakterisert ved at membranen (36) består av et ombøyet bånd hvis to ender er festet til flottøren (30).

3. Returtank ifølge krav 2, karakterisert ved at membranbåndet innbefatter tre etter hverandre anordnede seksjoner (37,38,39), idet hver endeseksjon er forbundet med midtseksjonen ved hjelp av en smal tunge (40).

4. Returtank ifølge krav 2 eller 3, karakterisert ved at membranbåndet (36) danner en i hovedsaken ovalformet sløyfe som har sin store akse vinkelrett på flottørens (30) be-vegelsesretning.

5. Returtank ifølge krav 4, karakterisert ved at et konisk ventillegeme (31a) er anordnet med spissen nedover på den delen av styrepinnen (31) som går gjennom den av membran-bånet dannede sløyfe, idet det koniske ventillegemes (31a) høyde er mindre enn den ovalformede membransløyfes lille akse når membranbåndet (36) er i sin frie stilling.

6. Returtank ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at utløpet (25) innbefatter en plan skive (26) som oppviser minst et gjennomstrømningshull (29) for væsken og hvorimot membranen (36) ligger plant an når flottøren (30) befinner seg i sin nederste stilling, hvilken plane skive er forsynt med et hull (28) for styrepinnen (31).

7. Returtank ifølge krav 6, karakterisert ved at den plane skive (26) er forsynt med et sentrumshull (28) og et antall kranshull (29) som er anordnet rundt sentrumshullet på en slik måte at flottøren (30) og membranen (36) kan dreie seg rundt flottørens akse uten at ventilfunksjonen påvirkes.

8. Returtank ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at flottøren (30) har en mot sin bevegelsesret-ning vinkelrett tverrsnittsflate som er nesten like stor som beholderens (20,21,22) tverrsnittsflate, slik at spalten mellom beholderens innervegg og flottøren blir så liten som mulig.

9. Returtank ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at det strømningsnedledende organ utgjøres av et rør (44) av et finmasket nett, hvilket i returtankens nedre del slutter seg til beholderens vegg (20) og i returtankens øvre del er avsmalnende, slik at rørveggen ligger nær innunder innløpets (23) munning.