JP5991991B2 - フロート弁一体型高圧用遮断弁 - Google Patents

Description

本発明は、高圧燃料タンクに対し流入、流出する流体を制御するためのバルブアセンブリに関し、特に、一体化されたフロート弁を備えるバルブアセンブリに関するものである。

高圧燃料タンク等の高圧流体リザーブタンクは、燃料タンクと浄化キャニスターとの間の燃料蒸気流路の開閉に遮断弁を用いている。典型的な燃料蒸気排気系統では、燃料系統から放出された燃料蒸気が、燃料蒸気を吸着する活性炭を含む浄化キャニスターに送られる。エンジンの特定の動作モード中に、専用設計された制御弁の支援により、燃料蒸気がキャニスター内に吸着される。続いて、エンジンの別の動作モード中に、付加的な制御弁の更なる支援により、新鮮な空気がキャニスターを介して取り込まれ、燃料蒸気がエンジン内に引き込まれて燃焼される。

高圧燃料タンクシステムに対して、燃料タンクの排気を遮断し、キャニスターと燃料蒸気ラインとの過負荷を防ぐために、遮断弁が用いられる。遮断弁自体は、常閉ソレノイド制御弁であってもよく、これは、減圧や燃料蒸気の制御解放を必要とする他のあらゆる事象のために、燃料蒸気がタンクの外に流れることができるように開かれる。

更に、排気系統は、タンクが必要量に満たされるまでの燃料補給中に、燃料タンクを通気する、燃料制限通気弁（fuel limit vent valve）（ＦＬＶＶ）を含んでいる。タンクが満たされたとき、燃料管内の圧力を下げ、燃料ノズルが遮断されるように、ＦＬＶＶが閉じられる。遮断弁は、ＦＬＶＶが処理可能な最大流量以下のレベルに、燃料蒸気の流量を制限することで、ＦＬＶＶと協働する。これにより、勢いよく流れる燃料蒸気が、ＦＬＶＶを閉鎖位置にする「閉塞（corking）」を防いでいる。更に、遮断弁によりなされる制御は、排気系統内の他の通気弁（例えば、過圧防止リリーフ弁、かつ／又は、負圧調整弁）の閉塞も防ぐことができる。

遮断弁とＦＬＶＶとは、他の通気弁と共に、互いに直列に配置できる。しかしながら、バルブアセンブリには、遮断弁の機能に通気機能を兼ね備えた、より効果的でコンパクトなアセンブリの提供が望まれている。

（発明の態様）
本発明に係る高圧流体リザーブタンク用のバルブアセンブリは、選択的に印加可能なコイルと、コイルが印加されたときの第１の位置及びコイルが印加されていないときの第２の位置の間を移動可能な電機子と、電機子に連結された遮断弁シールとを有する遮断弁を含んでいる。更に、このアセンブリは、底部に流路を、頂部に孔を備えたフロートを有するフロート弁を含んでおり、遮断弁シールが流路を開閉するように整列配置され、高圧状態中にコイルが印加された場合に、燃料蒸気が流路及び孔を通って流れる。ハウジングが、遮断弁とフロート弁との双方を格納しており、フロート弁により開閉されるポートを有している。

本発明の実施の形態に係るバルブアセンブリであって、高圧制御下で、遮断弁を開くようにソレノイド弁のコイルが印加されると共にフロート弁が閉じられた状態を示すものである。 図１に示したバルブアセンブリの断面図であって、高圧制御下で、コイルが印加されて遮断弁とフロート弁との双方が開いた状態を示すものである。 図１に示したバルブアセンブリの断面図であって、燃料補給時の、コイルが印加されておらず、遮断弁とフロート弁とが開放位置と閉鎖位置との間を移動可能な状態を示すものである。 本発明の別の実施の形態に係るバルブアセンブリを示している。 過圧防止リリーフ弁を一体化した、本発明の更に別の実施の形態に係るバルブアセンブリを示している。 過圧防止リリーフ弁を一体化した、本発明の更に別の実施の形態に係るバルブアセンブリを示している。

図１は、燃料タンク１１等の高圧流体リザーブタンク用の、本発明の実施の形態に係る一体型バルブアセンブリ１０の、高圧制御状態における断面図である。このバルブアセンブリ１０は、遮断弁１２と、燃料蒸気制限弁（fuel limit vapor valve）（ＦＬＶＶ）のようなフロート式逃し弁１４とを含んでいる。説明の便宜上、図１〜図６にはフロート弁１４としてＦＬＶＶを示しているが、当業者であれば、本発明の範囲から外れることなく、フロート弁１４が、他の型の弁であってもよく、かつ／又は、異なる機能を有していてもよいことは、理解されるであろう。この形態では、遮断弁１２がＦＬＶＶ１４の下方に配置されている。しかしながら、図４、図６（Figure 5）に示すように、遮断弁１２がＦＬＶＶ１４の上方に配置されていてもよい。遮断弁１２とＦＬＶＶ１４とは、共にハウジング１６内に配置され、一体型ユニットを形成する。

遮断弁１２は、コイル１８と、コイル１８の印加状態又は非印加状態に応じて作動する電機子２０とを有するソレノイド弁であってもよい。電気端子２２は、コイル１８を、コイル１８に送信する電気信号を制御する制御部（図示省略）に接続するものである。電機子２０は、より細径のピストン部２４を含んでいる。遮断弁シール２６は、ピストン部２４に取り付けられており、電機子スプリング２８により、流路３０を閉じるように閉鎖位置へと付勢されている。

電機子２０の一部として一体的に形成することで、遮断弁シール２６を電機子２０に付随させることもできるが、遮断弁シール２６を別の構成品として形成してもよい。図１〜図６に示す本発明例では、遮断弁シール２６は、電機子２０から分離して独立しており、ピストン部２４の対応した突起等の連結構造２４ａに係合する、フックや爪等の連結構造２６ａにより、ピストン部２４に取り付けられている。

本発明の１つの形態において、電機子スプリング２８は、遮断弁シール２６のフランジに係合した状態で遮断弁シール２６を付勢する。この形態の電機子スプリング２８は、電機子２０やピストン部２４に接触しない点に注目して頂きたい。これにより、遮断弁シール２６は、電機子２０から分断され、そして、反応遅延やヒステリシスを引き起こす、電機子２０と遮断弁１２内の他の構成品（例えば、ピストン部２４）との間の、摩擦の影響を受けなくなる。更に、遮断弁シール２６が単独で付勢されることで、電機子２０自体が完全な密閉状態ではない場合においても、流路３０の確実な閉鎖が保証される。換言すれば、分断された遮断弁シール２６は、遮断弁１２を確実に開閉するような、電機子２０の完璧な動作に依存しなくなる。

フロート弁１４は、フロートスプリング３４により閉鎖位置へと付勢されるフロート３２を含んでいる。フロート３２は、それ自体がシール３６を有しており、これは、バルブアセンブリ１０と排気系統内のキャニスター（図示省略）等の別のコンポーネントとを接続する、ポート４０への燃料蒸気流出を制限するように、弁座３８に接触するものである。ハウジング１６は、フロート弁１４への燃料の流入を可能にし、一旦燃料が窓４１の端部に達するとフロート３２が迅速に持ち上がることとなる、１つ以上の流入窓４１を含んでいる。更に、遮断弁１２の動作中、燃料蒸気が、タンク１１から窓４１を通って、バルブアセンブリ１０（valve assembly 20）内へ流れるが、これについてより詳しくは後述する。

本発明の１つの形態において、フロート３２は中空であり、フロート３２の底部に遮断弁１２が配置されることで、流路３０が開閉される。このフロートの中空構造により、遮断弁１２が開いている場合、燃料蒸気をフロート３２の周りだけでなく中を通して流すことができる。フロート３２の頂部にあるフロート孔４２は、流量制限機構として機能することができ、排気系統内の他の弁の閉塞を防ぐために、バルブアセンブリ１０からポート４０への燃料蒸気の流れを制御する。ある形態では、タンク１１内の燃料レベルが所定のレベルに達した場合や、バルブアセンブリ１０内の蒸気圧が、フロートスプリング３４の付勢力と組み合わせて、フロート３２の重さを圧倒するほど十分高い場合に、フロートシール３６に対抗してフロート３２を押し上げ、フロート弁１４がポート４０を閉じることができる。フロート３２が閉鎖位置にある場合でも、燃料蒸気がフロート孔４２を通ってなお流れることができ、燃料タンク１１内の圧力が解放される点に、注目して頂きたい。

ある形態では、更に、フロート弁１４が、フロート孔４２を閉じる付加的な液体／気体の判別機構４４を含んでいてもよい。この判別機構４４は、液状の燃料がポート４０に浸入するのを防ぐものである。

ここで、バルブアセンブリ１０の動作について説明する。図１は、タンク圧力の制御放出が望まれるような、タンク圧力が高い状態のバルブアセンブリ１０を示している。制御部（図示省略）は、コイル１８に印加するために、端子２２を介して電気信号を送信する。結果として生じる磁界は、電機子スプリング２８の付勢力に反して、電機子２０を遮断弁１２に引き寄せ（図１中下方向）、ピストン部２４及びそこに取り付けられた遮断弁シール２６を引き下ろして流路３０から離間させ、燃料蒸気がフロート３２を通って流れるようにする。

この段階で、タンク１１内の加圧燃料蒸気が、流入窓４１を通ってバルブアセンブリ１０内へ流れることができる。この段階で、フロートスプリング３４とバルブアセンブリ１０内の蒸気圧とを組み合わせた力が、フロート３２を上方向へ押し上げるほど十分高くなるため、フロートシール３６がポート弁座３８へ圧迫される。この時点で、流量が制御された燃料蒸気は、タンク１１から出てフロート孔４２を介してポート４０内へ流れることができタンク１１を減圧することができると同時に、排気系統内の他の弁の閉塞を防いで流れ続けることができるように、燃料蒸気の流量が最大流量以下に維持される。

図２は、タンクが減圧された後の、図１に示したバルブアセンブリ１０の断面図である。例えば、閉塞を引き起こさずに燃料蒸気が適切に流れることができる程度に、タンクの圧力が低くなった後、或いは、燃料補給作業に先立って、この状態となる。この段階で、コイル１８はまだ印加されており、電機子２０が遮断弁１２に引き込まれ、ピストン部２４が開放位置となる状態が維持されている。しかしながら、タンク１１内の蒸気圧が低く、故にバルブアセンブリ１０内の蒸気圧も低いため、フロート３２の保持には不十分な圧力である。フロート３２の重量は、アセンブリ１０内の低い蒸気圧に加えて、フロートスプリング３４の付勢力に勝っており、図２に示されるように、フロート３２を開放位置まで下げ、ポート４０を完全に開いている。結果として、燃料蒸気は、流入窓４１からポート４０に直接流れ込むことができ、バルブアセンブリ１０の他のコンポーネントを迂回する。

バルブアセンブリ１０の統合された構造により、アセンブリ１０は、タンク圧力の制御中と同じく燃料補給作業中にも、流出の統制をすることができる。図３は、燃料補給後の、図１に示したバルブアセンブリの断面図である。この段階では、コイル１８がまだ印加されており、電機子２０が引き込まれた位置にある。更に、遮断弁シール２６は、フロート３２の底部において流路３０に対して付勢されており、又、フロート３２の重量とフロートシール３６を通る圧力の低下とが、フロートスプリング３４の付勢力に勝っているため、フロート弁１４が開放位置にある。更に、タンク内の燃料レベルは、フロート弁１４を満たしてフロート３２を持ち上げるほど、十分に高くない。結果として、燃料蒸気がポート４２を通って自由に流れることとなる。

燃料補給中、燃料蒸気は、ポート４２を通って自由に流れる続ける。タンク１１内の燃料レベルが、流入窓４１の端部に達するほど高くまで上昇した場合、液状の燃料は、窓４１を介してフロート弁１４内へ流れ込む。この結果、フロート３２は、フロートシール３６がポート弁座３８に達するまで、迅速に上昇し、ポート４０を完全密閉する。結果として生じる、排気系統停止中の蒸気圧の低下は、燃料補給ノズル（図示省略）の遮断を促すこととなる。バルブアセンブリが液体／気体の判別機構４４を有している場合、燃料レベルの上昇により、判別機構４４がフロート孔４２を閉じることとなり、ポート４０が密閉される。液状の燃料が不用意にポート４０を経て排気系統に浸入するといった懸念は、タンクが満たされている場合に高まるため、判別機構４４は、フロート孔４２を塞ぐことで、少量の液状燃料でさえも、ポート４０に浸入するのを防ぐ。しかしながら、判別機構４４には、ノズル遮断の誘発に必要な程の、ポート４０の圧力低下を引き起こすことまでは要求されていない。

図４に示すような本発明の他の形態では、遮断弁１２を、フロート弁１４の下側の代わりに、フロート弁１４の上側に配置してもよい点に注目して頂きたい。同等の機能性を保持している、この新しい配置に適応するように、ピストン部２４と遮断弁シール２６とが、フロート３２内部に吊るされて配置されている。コイル１８が印加されていない場合、遮断弁１２は、電機子スプリング２８により閉鎖位置に付勢される。この形態では、電機子スプリング２８が、遮断弁シール２６の代わりにピストン部２４に係合しているが、遮断弁シール２６は、上述と同様に、ピストン部２４から独立して動くことができる。コイル１８が印加された場合、電機子２０とピストン部２４とが下方向に移動し、遮断弁シール２６を下方向の開放位置へと押し下げる。

図５及び図６は、本発明の付加的な形態を示している。図５は、図１のバルブアセンブリ１０に、一体化された過圧防止リリーフ（ＯＰＲ）弁５０を付加した例を示しており、図６は、図４のバルブアセンブリに、一体化されたＯＰＲ弁５０を付加した例を示している。双方の形態において、ＯＰＲ弁５０は、ＯＰＲ孔５６を覆う、バルブプレート５２とシール５４とを有している。バルブプレート５２は、ばね等の弾性部材５８により、閉じるように付勢されている。燃料タンク１１内の蒸気圧が設定レベル以上に達した場合にＯＰＲ弁５０が開かれ、それによって、過剰なタンク圧力が解放されるように、弾性部材５８の付勢力が選択される。

上述した実施例では、燃料タンク用の遮断弁に焦点を当ててきたが、本バルブアセンブリが、圧力の制御解放及び弁の遮断が望まれる、あらゆる用途で使用できることは、当業者であれば理解するであろう。従って、上述した説明は、燃料排気系統に限定して解釈しないようにするべきである。

上述した教示が単に模範的なものに過ぎず、本発明や、これらの適用及び使用の制限を意図するものではないことは、認識されるであろう。具体例について、本明細書で説明し、図面に示してきたが、クレームで規定された本発明の範囲から外れることなく、様々な変更が可能であり、それらの要素が同等品と置き換え可能であることは、当分野における通常の技術を有する者によって理解されるであろう。更に、様々な実施例間における、特徴、要素、かつ／又は、機能の、結合と適用とが、ここで明白に企図されているため、当分野における通常の技術を有する者が、ある実施例の特徴、要素、かつ／又は、機能を、他や上記に記載がないとしても、別の実施例に適切に組み込めることは、この開示から理解するであろう。その上、特別な状況や要素に適応するように、その本質的な範囲から外れずに、本発明の教示に多くの修正を加えてもよい。従って、本発明の教示を実行するために目下熟考された最良の形態として、図面により示され、明細書に記載された各実施例に、本発明を限定するのではなく、本発明の範囲が、先の記載や添付のクレーム内に収まるどんな実施形態も含むように意図されていることは、理解されるであろう。

１０：一体型バルブアセンブリ、１１：燃料タンク、１２：遮断弁、１４：フロート式逃し弁、１６：ハウジング、１８：コイル、２０：電機子、２４：ピストン部、２４ａ：連結構造、２６：遮断弁シール、２６ａ：連結構造、２８：電機子スプリング、３０：流路、３２：フロート、４０：ポート、４１：流入窓、４２：フロート孔、４４：液体／気体の判別機構、５０：過圧防止リリーフ（ＯＰＲ）弁、５２：バルブプレート、５４：シール、５６：ＯＰＲ孔、５８：弾性部材

Claims (17)

1. 高圧流体リザーブタンク用のバルブアセンブリであって、
   選択的に印加可能なコイル、該コイルが印加されたときの第１の位置及び前記コイルが印加されていないときの第２の位置の間を移動可能な電機子、及び、該電機子に取り付けられた遮断弁シールを有する遮断弁と、
   底部に流路を備えると共に頂部に孔を備えたフロートを有するフロート弁とを含み、前記遮断弁シールは前記流路を開閉するように整列配置され、前記コイルの印加中に前記流路と前記孔とを通って燃料蒸気が流れ、
   更に、前記遮断弁と前記フロート弁との双方を格納するハウジングを含み、該ハウジングが前記フロート弁により開閉されるポートを有していることを特徴とするバルブアセンブリ。
2. 前記コイルが、高圧力状態において圧力の制御解放が必要な場合に、印加されることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
3. 前記遮断弁は、前記電機子を前記第２の位置へと付勢する電機子スプリングを更に含み、
   前記コイルが印加された場合に、前記電機子が前記電機子スプリングの付勢力に対抗して前記第１の位置に移動することを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
4. 前記第１の位置が縮み位置で、前記第２の位置が伸び位置であることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
5. 前記遮断弁シールは、前記電機子が前記第１の位置にある場合に前記流路を開くものであることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
6. 前記遮断弁が前記フロート弁の下方に配置されており、
   前記コイルが非印加状態で前記電機子が前記第２の位置にある場合に、電機子スプリングが前記遮断弁シールを上方へと押し上げ、前記遮断弁シールが前記フロートの前記流路を閉じることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
7. 前記遮断弁が前記フロート弁の上方に配置されており、
   前記コイルが非印加状態で前記電機子が前記第２の位置にある場合に、電機子スプリングが前記遮断弁シールを上方に引き上げ、前記遮断弁シールが前記フロートの前記流路を閉じることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
8. 前記遮断弁シールが、前記電機子から分離された独立構成品であることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
9. 前記電機子は、前記遮断弁シールと前記電機子とを連結する、より細径のピストン部を含んでいることを特徴とする請求項８記載のバルブアセンブリ。
10. 前記遮断弁は、前記電機子自体に触れることなく、前記遮断弁シールを前記第２の位置へと付勢する電機子スプリングを更に含み、
    前記コイルが印加された場合に、前記電機子が前記電機子スプリングの付勢力に対抗して前記第１の位置に移動することを特徴とする請求項８記載のバルブアセンブリ。
11. 前記遮断弁シールと前記ピストン部との各々が、前記遮断弁シールと前記ピストン部とを連結する連結構造を有することを特徴とする請求項９記載のバルブアセンブリ。
12. 更に、前記ハウジングの前記遮断弁近傍に配置される流入窓を含むことを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
    
13. 更に、前記フロート弁内に配置される液体／気体の判別機構を含み、
    該判別機構は、前記孔を開閉するように整列配置されることを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
14. 前記フロートが中空であり、前記判別機構が前記フロートの内部に配置されることを特徴とする請求項１３記載のバルブアセンブリ。
15. 更に、過圧防止リリーフ弁を含むことを特徴とする請求項１記載のバルブアセンブリ。
16. 前記過圧防止リリーフ弁が、前記ハウジングに配置されることを特徴とする請求項１５記載のバルブアセンブリ。
17. 前記ハウジングが過圧防止孔を含み、
    前記過圧防止リリーフ弁が、バルブプレ−トと、該バルブプレ−トに設置されるシールと、前記過圧防止孔を閉じるように前記バルブプレ−トを付勢する弾性部材とを含むことを特徴とする請求項１５記載のバルブアセンブリ。

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