CN114502407A - 具有集成式步进电动机和改进柱塞的改进的燃料箱隔离阀 - Google Patents

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瓦伦·库马尔
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Abstract

本发明涉及一种改进的燃料箱隔离阀。本发明涉及一种改进的燃料箱隔离阀，燃料箱隔离阀与步进电动机集成以用于柱塞运动和过度压力释放(OPR)和过度真空释放(OVR)的串联功能，燃料箱隔离阀是具有较小重量和较低成本的紧凑设计并且提供精确的受控流动。

Description

具有集成式步进电动机和改进柱塞的改进的燃料箱隔离阀
技术领域
本发明涉及一种改进的燃料箱隔离阀。更具体地，本发明涉及一种具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀，用于柱塞运动和过度压力释放和过度真空释放的串联功能，该燃料箱隔离阀具有较小重量和较低成本的紧凑设计，并且提供精确的受控的流动。
背景技术
混合动力车大部分时间都通过电力运行并且内燃式发动机闲置。因为燃料箱是封闭的系统，因此总体上由于储存的燃料的蒸发，导致了燃料箱内部的正压力。此外，车辆有必要在燃料箱中维持升高的压力以抑制燃料蒸汽产生的速率并且最大程度地减小排放到大气的碳氢化合物。克服该问题的最明显的解决方案是提供燃料箱隔离阀(FTIV)，该燃料箱隔离阀(FTIV)耦接到燃料箱以控制燃料箱排气。燃料箱隔离阀(FTIV)可以位于蒸发排放控制系统中的燃料蒸汽罐与燃料箱之间的导管中。当压力超过保护极限以及阀在加油时被电致动时，它自动打开。
燃料箱隔离阀(FTIV)还使得燃料蒸汽能够容纳在燃料箱中，直到条件不适合于发动机处理过量的蒸汽。通常，燃料箱隔离阀包括电控电磁阀以打开和关闭入口和出口端口，其对中间位置的打开控制比较不精确或对于中间位置的打开没有控制。因此，在加燃料时，没有对燃料蒸汽从燃料箱到罐的流动进行精确的控制。
在US20020112702A1中，公开了一种用于操作燃料箱隔离阀和罐排气阀的方法。燃料箱隔离阀具有第一端口、第二端口、电致动器和阀本体。第一端口与燃料蒸汽收集罐流体连通，并且第二端口与燃料箱流体连通。电致动器移动阀本体以控制第一端口和第二端口之间的流体连通。并且罐排气阀控制相对于燃料蒸汽收集罐的周围的流体流动。该方法包括向电致动器供应第一电信号，使得阀本体允许在第一端口和第二端口之间基本上不受限制的燃料蒸汽流动，将第二电信号供应到电致动器，使得阀本体基本上防止燃料蒸汽在第一端口与第二端口之间流动，将第三电信号供应至电致动器，使得阀本体提供在第一端口与第二端口之间的受限制的燃料蒸汽流动，以及向罐排气阀供应第四电信号以允许周围的流体流入燃料蒸汽收集罐中。这个发明的主要缺点在于，在这个系统中，燃料箱隔离阀由诸如电磁阀等的电致动器控制，该电致动器是典型的部件，并且其提供预先定义的打开和关闭设置，并且该电致动器是昂贵的。此外，控制电磁阀也是困难的。
因此，本发明克服了所引用的技术的缺点，并提供了具有用作致动器的集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀。这将导致在整个组件中紧凑的设计、精确的功能控制、成本效益、更轻的重量和减少的部件数量。
发明内容
发明的目的
本发明的主要目的是提供一种具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀，用于柱塞运动以及过度压力释放和过度真空释放的串联功能。
本发明的另一目的是提供一种具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀，以维持压力在受保护的压力范围内，在加燃料期间提供对燃料蒸汽从箱到罐的流动的电控制、提供过度压力释放和过度真空释放。
本发明的又一个目的是提供一种改进的燃料箱隔离阀，该燃料箱隔离阀坚固且紧凑，因为所提供的所有功能彼此串联。
本发明的又一个目的是提供一种改进的燃料箱隔离阀，其中以多个步骤控制柱塞运动，以实现精确的受控流动。
本发明的又一个目的是提供一种重量轻且尺寸减小的燃料箱隔离阀。
发明的内容
本发明提供一种具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀，用于柱塞运动以及过度压力释放(OPR)和过度真空释放(OVR)的串联功能。
在本发明的实施例中，改进的燃料箱隔离阀包括阀壳体和电动机壳体，其中，阀壳体具有罐端口、箱端口并且阀壳体被装配在电动机壳体上，阀壳体包括被固定在阀壳体内部以用于执行OPR功能的压缩弹簧、用于OPR功能的密封子组件、用于OVR功能的密封件、用于OVR功能的压缩弹簧、用于OVR功能的密封表面以及柱塞，密封子组件具有用于OPR功能和加燃料的密封表面；电动机壳体包括步进电动机、具有轴向螺纹空腔的步进电动机转子、弹簧保持件以及在电动机壳体和步进电动机转子之间的环形空腔之间的多个滚珠轴承，该多个滚珠轴承用于在步进电动机转子处于工作状态时减小摩擦。柱塞在其底端部是带螺纹的并且被旋拧在步进电动机转子的螺纹空腔中以提供串联功能。具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀将压力维持在受保护的压力范围内，在加燃料期间提供从燃料箱到罐的燃料蒸汽流动的电控制、提供过度压力释放和过度真空释放。
在另一个实施例中，本发明提供了一种带有柱塞的改进的燃料储箱隔离阀，柱塞具有顶端部和底端部，顶端部被插入用于OVR功能的压缩弹簧中，之后是设置在用于OVR功能的密封件中的空腔，底端部是带有螺纹的，该螺纹对应于在步进电动机转子的轴向空腔中设置的螺纹。柱塞具有环形凸缘，环形凸缘被制作成装配在盖件中。以多个步骤控制柱塞运动以实现受控的流动。
因此，本发明提供一种重量轻的改进的燃料箱隔离阀，其具有减小的尺寸，这在多个步骤方式中使用步进电动机精确控制流动方面是有效的。
附图说明
本发明将参照下图进行描述。提供附图及相关说明以示出本发明的实施例，而不限制本发明的范围:
图1(a)是根据本发明的燃料箱隔离阀的透视图。
图1(b)是根据本发明的燃料箱隔离阀的分解图。
图2(a)是本发明的燃料箱隔离阀的剖视图。
图2(b)是本发明的燃料箱隔离阀的放大剖视图。
图3(a)和图3(b)分别是根据本发明的处于闲置状态的燃料箱隔离阀的剖视图和放大剖视图。
图4(a)是根据本发明的在加燃料期间的燃料箱隔离阀的剖视图；
图4(b)、图4(c)、图4(d)和图4(e)是根据本发明的在加燃料期间的燃料箱隔离阀的放大剖视图。
图5(a)是根据本发明的在OPR状态下工作的燃料箱隔离阀的剖视图。
图5(b)和图5(c)是根据本发明的在OPR状态下工作的燃料箱隔离阀的放大剖视图。
图6(a)是根据本发明的在OVR状态下工作的燃料箱隔离阀的剖视图。
图6(b)和图6(c)是根据本发明的在OVR状态下工作的燃料箱隔离阀的放大剖视图。
具体实施例
参考以下附图可以更好地理解本发明的许多方面。附图中的部件不一定按比例绘制。相反，重点在于清楚地示出本发明的部件。此外，遍及附图中的几个视图，相同的附图标记表示相应的部件。在解释本发明的至少一个实施例之前，应当理解，本发明的实施例在其应用方面不限于在以下描述中阐述的或在附图中示出的构造的细节和部件的布置。本发明的实施例能够以各种方式实践和实施。此外，本文采用的措辞和术语是为了描述的目的，而不应被视为是限制性的。
本发明提供了一种具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀，用于精确控制的柱塞运动以及过度压力释放(OPR)和过度真空释放(OVR)的串联功能。
在本发明的实施例中，改进的燃料箱隔离阀包括阀壳体和电动机壳体，其中，阀壳体具有罐端口、箱端口，并且阀壳体被装配在电动机壳体上，阀壳体包括被固定在阀壳体内部以用于执行OPR功能的压缩弹簧、用于OPR功能的密封子组件、用于OVR功能的密封件、用于OVR功能的压缩弹簧、柱塞和用于OVR功能的密封表面，密封子组件具有用于OPR功能和加燃料的密封表面；电动机壳体包括步进电动机、具有轴向螺纹空腔的步进电动机转子、弹簧保持件和在电动机壳体和步进电动机转子之间的环形空腔之间的多个滚珠轴承，多个滚珠轴承用于在步进电动机转子处于工作状态时减小摩擦。柱塞在其底端部是带螺纹的并且被旋拧在步进电动机转子的螺纹空腔中以提供串联功能。具有集成式步进电动机的改进的燃料箱隔离阀将压力维持在受保护的压力范围内，在加燃料期间提供从燃料箱到罐的燃料蒸汽流动的电控制、提供过度压力释放和过度真空释放。
在另一实施例中，本发明提供了一种带有柱塞的改进的燃料储箱隔离阀，柱塞具有顶端部和底端部，顶端部被插入用于OVR功能的压缩弹簧中，之后是设置在用于OVR功能的密封件中的空腔，底端部是带有螺纹的，该螺纹对应于在步进电动机转子的轴向空腔中设置的螺纹。柱塞具有环形凸缘，环形凸缘被制作成装配在盖件中。以多个步骤控制柱塞运动以实现受控的流动。
参见图1(a)，示出了根据本发明的燃料箱隔离阀(10)的透视图。燃料箱隔离阀包括装配在电动机壳体(12)上的阀壳体(11)，其中，阀壳体(11)包括罐端口(13)和燃料箱端口(14)，并且电动机壳体(12)具有电连接端口(15)。
参见图1(b)，示出了根据本发明的燃料箱隔离阀(10)的分解图。燃料箱隔离阀(10)包括罐端口(13)，罐端口(13)装配在用于OPR功能的压缩弹簧(4)上，用于OPR功能的压缩弹簧(4)安装在密封子组件(6)上。箱端口(14)定位在密封子组件(6)下方以连接至箱体。提供了用于OVR功能的密封件(2)并且将压缩弹簧(1)定位在该密封件(2)下方。为了保持压缩弹簧(1)，提供了弹簧保持件(8)。提供了柱塞(7)，该柱塞(7)穿过压缩弹簧(1)和弹簧保持件(8)并且被旋拧入步进电动机(16)转子(9)中。
参见图2(a)，示出根据本发明的燃料箱隔离阀(10)的剖视图。在燃料箱隔离阀(10)中，用于OPR功能的压缩弹簧(4)装配在具有用于OPR功能的密封表面(5)的密封子组件(6)上，具有用于OVR功能的密封件(2)在顶端具有轴向轴并且在底端部具有空腔，轴向轴装配至用于OVR功能的密封子组件(6)和用于串联运行的密封表面(3)，压缩弹簧(1)定位在用于OVR功能的密封件(2)下方，在顶端部处穿过压缩弹簧(1)的柱塞装配到用于OVR功能的密封件(2)的轴向空腔中，在底端部处穿过弹簧保持件(8)的柱塞(7)装配到步进电动机转子(9)中设置的空腔中。柱塞(7)具有凸缘，该凸缘被装配到弹簧保持件(8)中并且柱塞(7)在底端部处具有与在步进电动机转子的空腔中设置的螺纹相对应的螺纹。在电动机壳体(12)与步进电动机转子(9)之间设置了用于多个滚珠轴承(22)的环形空腔，多个滚珠轴承(22)用于在步进电动机转子(9)处于工作状态时减少摩擦。用于OPR功能的密封子组件(6)是橡胶部件，而密封表面(5)是实心部件，在实心部件上进行了橡胶包覆成型。密封表面(5)形成用于OPR功能的密封子组件(6)的一部分。
参见图2(b)，示出根据本发明的燃料箱隔离阀的放大剖视图。密封表面(5)装配在用于OPR功能的密封子组件(6)上，以提供用于OPR功能和加燃料的密封。而且，用于OPR功能的密封子组件(6)被延伸成与密封件(2)的密封表面(3)接触，以提供用于OVR功能的密封。
参见图3(a)和图3(b)，分别示出了根据本发明的燃料箱隔离阀在闲置状态下的剖视图和放大剖视图。在闲置状态下，用于OVR功能的压缩弹簧(1)保持用于OVR功能的密封件(2)，密封件(2)与密封表面(3)接触并且保持阀关闭。另一方面，压缩弹簧(4)保持用于OPR功能的密封子组件(6)向下并且附接至密封表面(5)。因此，用于OVR和OPR的两个开口都关闭并且阀的罐端口不连接到阀的箱端口上。在闲置状态下，燃料蒸汽保留在燃料箱内直到燃料箱内的压力在安全极限内。
参见图4(a)至图4(e)，示出了根据本发明的加燃料期间的燃料箱隔离阀的剖视图和放大剖视图。在加燃料过程中，步进电动机被开启并且随着步进电动机转子的逐步旋转，被旋拧在步进电动机转子9中的柱塞(7)向上移动而与用于OVR功能的密封件(2)相接触。用于OVR功能的密封件(2)压缩用于OPR功能的密封子组件(6)的橡胶部件，并且在限定的压缩极限之后，用于OVR功能的密封件(2)与用于OPR功能的密封子组件(6)的固体部件接触，然后伴随柱塞(7)的更多运动，用于OVR功能的密封件(2)和用于OPR功能的密封子组件(6)通过压缩压缩弹簧(4)与柱塞(7)一起向上移动，如图4(a)所示。在柱塞(7)向上移动的情况下，用于OVR功能的密封件(2)和用于OPR功能的密封子组件(6)向上移动，并且因此用于OPR功能的密封子组件(6)自身从密封表面(5)分离。因此，在加燃料过程中步进电动机(16)致动的时候，箱端口(14)被打开并且连接到罐端口(13)上。在第一状态下，在电动机(16)的泄漏点+2转的情况下，发生柱塞(7)的小的线性冲程，并且小开口路径打开并满足如图4(b)所示的第一流动速率状态。随着电动机(16)的进一步旋转，即，在电动机的泄漏点+20转时，发生柱塞(7)的进一步冲程，并且开口路径面积增加，这满足如图4(c)所示的流动速率的第二状态。随着电动机(16)的完全旋转，柱塞(7)采用其全冲程，并且阀(10)完全打开，并且满足流动阻力条件，如图4(d)所示。加燃料条件下的流动路径如图4(e)所示。
参见图5(a)-图5(c)，示出了根据本发明的在OPR状态下工作的燃料箱隔离阀(10)的剖视图和放大剖视图。当燃料箱隔离阀(10)处于OPR状态时，在阀(10)内部在弹簧保持件(8)与用于OPR功能的密封子组件(6)之间的区域(17)中积聚压力，并且用于OPR功能的压缩弹簧(4)保持密封子组件(6)与密封表面(5)接触，密封表面(5)保持燃料箱隔离阀(10)处于关闭状态，如图5(a)所示。当压力增加超过预先定义的保护点极限时，压力施加力以压缩用于OPR功能的压缩弹簧(4)并向上提升用于OPR功能的密封子组件(6)，如图5(b)所示。随着用于OPR功能的密封子组件(6)上升，阀打开，并且流动开始从箱端口(14)到罐端口(13)。过量的燃料蒸汽去到罐，压力开始下降，如图5(c)所示。一旦压力下降到保护点极限，即安全极限，阀再次关闭。
参见图6(a)至图6(c)，示出了根据本发明的在OVR状态下工作的燃料箱隔离阀(10)的剖视图和放大剖视图。当燃料箱隔离阀(10)处于OVR状态时，在阀(10)的内部在弹簧保持件(8)与用于OPR功能的子组件(6)之间的区域(17)中积聚真空，并且用于OVR功能的压缩弹簧(1)保持用于OVR功能的密封件(2)与密封子组件(6)接触，以将燃料箱隔离阀(10)保持在关闭状态，如图6(a)所示。在用于OVR的密封件(2)与柱塞(7)之间提供冲程，以使用全弹簧力来密封，而不依赖于设置在柱塞(7)的底端部中的螺纹。此外，相同的冲程用于OVR功能，因为其根据流动阻力功能被串联控制。当真空增加超过保护点极限时，真空施加力以压缩压缩弹簧(1)，并且由于在用于OVR功能的密封件(2)与柱塞(7)之间的冲程，用于OVR功能的密封件(2)向下移动，如图6(b)所示。在此，柱塞(7)保持在其位置处，并且用于OVR功能的密封件(2)的最大移动量等于在用于OVR功能的密封件(2)与柱塞(7)之间提供的行程。随着用于OVR的密封件(2)向下移动，阀打开，并且从罐端口(13)到箱端口(14)的流动开始，如图6(c)中所示。真空开始从罐释放，并且一旦真空达到保护点极限，即，安全极限，阀再次关闭。
实施例1
在接通状态期间加燃料
在加燃料期间，步进电动机被接通。由于步进电动机的旋转，具有导螺杆的柱塞向上移动并与用于OVR功能的密封件接触。用于OVR功能的密封件压缩用于OPR功能的密封子组件的橡胶部件，并且在一定压缩极限之后，用于OVR功能的密封件与固体部件(即，用于OPR功能的密封子组件的密封表面)接触，并且然后与另外的柱塞移动密封件(OVR)和密封子组件接触。(OPR)通过压缩该压缩弹簧与柱塞一起向上移动。在第一状态下，随着电动机的泄漏点+2转，柱塞发生小的线性冲程，并且小的打开路径被打开，其满足在最大16kPa下11.4L/min的条件。随着电动机的进一步旋转，即在电动机的泄漏点+20转，柱塞的进一步冲程发生并且打开路径面积增加，其满足在最大16kPa下155L/min的条件。随着电动机的完全旋转(416步)，柱塞采用其全冲程并且发生阀的完全打开并且满足在最大压力差0.35kPa下78L/min的流动阻力条件。
因此，本发明提供了一种重量轻的改进的燃料箱隔离阀，与轻的并且具有减小的尺寸的电磁阀相比，该燃料箱隔离阀通过采用步进电动机具有减小的尺寸。此外，通过采用步进电动机，改进的燃料箱隔离阀在以多个步骤精确控制流动方面是有效的。
为了说明和描述的目的，已经呈现了本发明的实施例的上述描述。其并不旨在是详尽的或将本发明限制于所公开的精确形式，并且鉴于以上教导，修改和变化是可能的，或者可以从本发明的实践中获得。选择和描述实施例是为了解释本发明的原理及其实际应用，以使得本领域技术人员能够在各种实施例中利用本发明，并且在适合于预期的特定用途的各种修改中利用本发明。

Claims (11)

1.一种具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，包括：
(a)阀壳体(11)，所述阀壳体(11)包括罐端口(13)和箱端口(14)，并且包括压缩弹簧(4)、密封子组件(6)、密封件(2)、压缩弹簧(1)以及所述柱塞(7)，所述密封子组件(6)用于执行过度压力释放(OPR)功能，所述密封件(2)和所述压缩弹簧(1)用于执行过度真空释放(OVR)功能；
(b)电动机壳体(12)，所述电动机壳体(12)包括电连接端口(15)；以及
(c)弹簧保持件(8)；
其中，
所述子密封组件(6)包括用于串联功能的密封表面(3)和用于执行过度压力释放(OPR)功能和加燃料的密封表面(5)；
所述电动机壳体(12)包括所述步进电动机(16)、步进电动机转子(9)以及多个滚珠轴承(22)，所述步进电动机转子(9)具有轴向螺纹空腔，所述多个滚珠轴承(22)被定位在所述电动机壳体(12)与步进电动机转子(9)之间以用于在所述步进电动机转子(9)处于激活状态时减少摩擦；
所述柱塞(7)具有顶端部(70)，所述顶端部(70)经过设置在所述密封件(2)中的轴向空腔插入用于过度真空释放(OVR)功能的所述压缩弹簧(4)中，并且所述柱塞(7)螺纹连接在底端部(71)中，所述柱塞(7)旋拧在所述转子(9)中的螺纹空腔(90)中以提供串联功能；以及
所述柱塞(7)具有环形凸缘(72)，所述环形凸缘(72)被制成装配在所述盖件(8)中，并且所述柱塞(7)的移动以多个步骤被控制以便实现受控的流动。
2.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，所述罐端口(13)装配有用于过度压力释放(OPR)功能的压缩弹簧(4)，所述压缩弹簧(4)安装在所述密封子组件(6)上，并且所述罐端口(14)定位在所述密封子组件(6)下方。
3.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，用于过度压力释放(OPR)功能的所述密封子组件(6)被延伸成与所述密封表面(3)接触，以提供用于过度真空释放(OVR)功能的密封。
4.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，所述密封件(2)在顶端部处具有与密封子组件(6)组装的轴向轴，以用于执行过度真空释放(OVR)功能。
5.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，所述压缩弹簧(1)与弹簧保持件(8)相关联。
6.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，所述柱塞(7)穿过所述压缩弹簧(1)和所述弹簧保持件(8)并且旋拧在所述步进电动机转子(9)中。
7.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，用于过度压力释放(OPR)功能的所述压缩弹簧(4)利用所述密封表面(5)装配在所述密封子组件(6)上。
8.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，用于OPR功能的所述密封子组件(6)是橡胶部件，并且密封表面(5)是实心部件，在所述实心部件上进行了橡胶包覆成型。
9.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，在所述电动机壳体(12)与所述步进电动机转子(9)之间设置用于所述滚珠轴承(22)的环形空腔。
10.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，处于OVR状态的所述阀(10)在所述密封件(2)与所述柱塞(7)之间提供冲程，以使用全弹簧力进行密封，而不依赖于设置在所述柱塞(7)的底端部中的螺纹。
11.根据权利要求1所述的具有集成式步进电动机(16)和改进柱塞(7)的改进的燃料箱隔离阀(10)，其中，所述步进电动机(16)将压力保持在受保护的压力范围内，在加燃料期间提供从箱到罐的燃料蒸汽流动的电控制、提供过度压力释放(OPR)和过度真空释放(OVR)。
CN202080003938.2A 2019-09-04 2020-09-12 具有集成式步进电动机和改进柱塞的改进的燃料箱隔离阀 Pending CN114502407A (zh)

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