JP2014508250A - 集積センサを備えた遮断バルブ - Google Patents

Abstract

遮断バルブ（１）は、電気的に駆動されるソレノイドバルブ（３２）、ポート伸張部（１４ａ）を有する少なくとも１つのポート（１４）、及び、ポートの伸張部（１４ａ）に連結されたセンサアセンブリ（１３）を含む。センサアセンブリ（１３）は、プリント基板（４０）、プリント基板（４０）上に配置された集積回路（４４）、及び、ポートの伸張部（１４ａ）における蒸気圧力を測定するためにポートの伸張部（１４ａ）に連結された少なくとも１つの圧力センサ（１８）、を含む。本発明における１つの実施形態において、単一のセンサアセンブリ（１３）は、２つ以上のポート（１４，１６）における圧力を監視することができる。センサアセンブリ（１３）を遮断バルブ（１）に組み込むことにより、この遮断バルブ（１）は、蒸気制御システムとして実装しやすい小型のアセンブリを備えている。
【選択図】図１

Description

本出願は、２０１０年５月２０日に出願された米国仮出願第６１／３４６，６４１号に対する利益を主張し、その開示内容全体は参照として本明細書に含まれる。

本発明は、少なくとも１つのバルブの動作特性を測定するためにバルブに備えられる集積センサを含む遮断バルブアセンブリに関するものである。

流体及びガスの流れを制御するために多くの産業部門でバルブが用いられている。この制御バルブの１つの適用は、貯蔵燃料を備えた車両において登場し、車両の燃料システムから漏れ出た燃料蒸気によって生じる車両の蒸発ガスの排出を制御する。近代的な車両の蒸発ガスの排出は、多くの国々において厳しく規制されている。燃料蒸気が大気中に直接放出されることを防止するために、１９７０年代から製造されている車両の大部分は、特別に設計された蒸発ガス排出システムを含んでいる。さらに、近年の自動車メーカーは、エンジンへの燃料供給が完全にシールされるシステムの開発を開始した。

典型的な蒸気ガス排出システムにおいて、燃料システムから放出される蒸気は、活性炭を含んだパージキャニスタへ送られる。このようなキャニスタにおいて用いられる活性炭は、極めて多孔質になるように処理されている炭の形態をなしており、燃料蒸気を吸収し、かつ／または、化学反応をさせるために利用可能な非常に広い表面積を作り出す。特定のエンジン動作モード中において、特別に設計された制御バルブを用いて、燃料蒸気はキャニスタ内に吸収される。その後、他のエンジン動作モード中において、追加の制御バルブを用いて、外気がキャニスタに取り入れられ、燃料蒸気は燃焼されるエンジン内に吸引される。

より高い動作圧力を有する排出ガスシステムは、より高い圧力範囲を処理するために、特殊な遮断バルブを必要とする可能性がある。しかしながら、システムを小型にしたままでの導入が容易である一方で、高圧の蒸気流を監視しかつ制御することができる遮断バルブへの要望がある。

本発明における１つの実施形態に従って、遮断バルブは、電気的に駆動されるソレノイドバルブ、伸張部を有する少なくとも１つのポート、及び、ポートの伸張部に連結されたセンサアセンブリを含む。センサアセンブリは、プリント基板、プリント基板上に配置された集積回路、及び、ポートの伸張部における蒸気圧力を測定するために少なくとも１つのポートの伸張部に連結された少なくとも１つの圧力センサ、を含む。

本発明における他の実施形態に従って、遮断バルブは、電気的に駆動されるソレノイドバルブ、圧力駆動式安全バルブ、第１ポート伸張部を有する燃料タンクポート、及び、垂直方向及び／または水平方向において燃料タンクポートからずらして配置され、かつ、キャニスタポート伸張部を有するキャニスタポートを含む。遮断バルブは、さらに、燃料タンクポートの伸張部とキャニスタポートの伸張部の両方に連結されたセンサアセンブリを有する。センサアセンブリは、プリント基板、プリント基板上に配置された集積回路、温度センサ、蒸気圧力を測定するために燃料タンクの伸張部及び／またはキャニスタポートの伸張部に連結された少なくとも１つの圧力センサ、複数の端子、及び、複数の端子からコントローラへの信号経路を形成するコネクタ、を含む。この実施形態において、センサアセンブリは、燃料ポートの伸張部とキャニスタポートの伸張部の両方に連結されており、かつ、燃料タンクポートの伸張部及びキャニスタポートの伸張部は、夫々のポートとセンサアセンブリの間において実質的に互いに平行に伸びている。ソレノイドバルブ及び圧力駆動式安全バルブは、燃料タンクポートとキャニスタポートとの間の蒸気流を選択的に制御する。

図１は、本発明の１つの実施形態に従った集積センサを有するバルブアセンブリの断面図である。 図２は、図１のバルブアセンブリのもう１つの断面図である。 図３は、図１に示されているバルブアセンブリの分解立体図である。 図４ａは、図１のバルブアセンブリに組み入れられるセンサアセンブリの１つの実施形態の斜視図である。 図４ｂは、図１のバルブアセンブリに組み入れられるセンサアセンブリの１つの実施形態の上面図である。 図４ｃは、図１のバルブアセンブリに組み入れられるセンサアセンブリの１つの実施形態の側断面図である。

図１から図３は、本発明における１つの実施形態に従った遮断バルブ１を示している。この遮断バルブ１は、コイルアセンブリ２とバルブアセンブリ３を含む。このバルブアセンブリ３は、バルブアセンブリ３の内部部品をコンパクトに収納するバルブハウジング４を含む一方で、コイルアセンブリ２は、コントローラ６によって双方が制御されるソレノイド１２とセンサアセンブリ１３を含むがこれに限定されない、コイルアセンブリ２の内部部品を収納するコイルハウジング５を含む。本発明における１つの実施形態において、センサアセンブリ１３はバルブハウジング４に熱カシメで固定され、かつ、コイルアセンブリ２によって覆われている。しかしながら、センサアセンブリ１３を遮断バルブ１に組み込む他の方法は、本発明の範囲から離れることなく用いられる。

遮断バルブ１は蒸気流を制御するために構成されている。１つの適用において、遮断バルブ１は、第１ポート１４と第２ポート１６を経由して燃料タンクとパージ用キャニスタとの間の蒸気流を制御するが、遮断バルブ１は、他の適用においても同様に用いられる。説明のための目的にのみ、第１ポート１４は、入口ポートまたは燃料タンクポートとしてここで言及され、かつ、第２ポート１６は、出口ポートまたはキャニスタポートとしてここで言及されるが、当業者は、ポート１４，１６が本発明の範囲から離れずに任意の機能を有することができることを理解するだろう。さらに、バルブアセンブリ３は、複数のポート及び複数の出口を含むことができ、これは発明の範囲内である。

図１，２に示されているように、燃料タンクポート１４及びキャニスタポート１６は、垂直方向と平行方向の両方において相互にずらして配置されている。図２は、キャニスタポート１６の右上にタンクポート１４を示しているが、他の幾何学的配置は、本発明の範囲から離れることなしに用いられる。このオフセット配置構成は、タンクポートの伸張部１４ａとキャニスタポートの伸張部１６ａが、同一のセンサアセンブリ１３に双方が達することができるように、互いに隣接して配置されることを許容し、同一のセンサアセンブリ１３に複数の圧力センサ１８を含むことによって、単一のアセンブリ１３が燃料タンクの圧力やキャニスタの圧力のような複数の圧力を監視することを許容する。ポート１４，１６及びそれらに対応する伸張部１４ａ，１６ａは、センサアセンブリ１３にポート１４，１６の双方が達する限り、如何なる構造及び幾何学的配置も有することができ、なお、伸張部１４ａ，１６ａは様々な角度に曲げられてこれを達成することを特に言及する。

センサアセンブリ１３は、バルブハウジング４の一部分として形成されているトレイ２０に配置されている。このトレイ２０は、センサアセンブリ１３上の端子２２（図４ａに示されている）とバルブアセンブリ３以外の任意の部品との間の電気的結合を提供するコネクタ端子２１ａを含むコネクタ２１を収容することができるように構成されている。端子２１ａは、任意の既知の方法で経路を決められ、かつ、電気的結合を作り出すために追加の端子を含むことができる。

図２に示されているように、トレイ２０は、蒸気をポートの伸張部１４ａ，１６ａからセンサ１８へ向かわせる密封を確保するために、センサアセンブリ１３とポートの伸張部１４ａ，１６ａとの間に配置されるＯ-リング２３のような１つ以上のシールを収容することができる。この技術に精通した者は、他のシールが本発明の範囲を離れることなしに用いられることを理解するだろう。

図１から図３に示されている遮断バルブ１は、本発明の構造がどのように組み込まれているかの１つの実施可能な例でしかない。本発明の構造が組み込まれている１つの実施可能な遮断バルブ１は、２０１０年３月３０日に出願された同時係属出願で同一出願人による米国特許出願第１２／７４９，９２４号明細書において記述されており、その開示内容全体は参照として本明細書に含まれる。しかしながら、ポート１４，１６とポートの伸張部１４ａ，１６ａとセンサアセンブリ１３との間の配置構成及び空間関係は、複数のポートを監視することが望まれる如何なるバルブアセンブリにも含まれる。

本発明における１つの実施形態において、燃料タンクポート１４は、燃料タンク（図示せず）に接続され、かつ、キャニスタポート１４は、パージキャニスタ（図示せず）に接続されている。バルブハウジング４は、構成要素がオーバーモールディングのような任意の適切な製造工程を経て単一のユニットに組み合わせられる安全バルブ２８を収容することができる。この安全バルブ２８は、キャニスタポート１６内の排出通路３０を開閉する。本発明における１つの実施形態において、安全バルブ２８は、燃料タンク圧力が燃料タンクの超過圧力状態を示している所定の圧力値より上にある場合、燃料タンクからキャニスタへの蒸気通路を作り出すために開放する。

コイルアセンブリ２は、コイルハウジング５内部に配置されたソレノイド１２を含むことができる。ソレノイド１２の励磁は、コントローラ６からの制御信号によって始動される。本発明における１つの実施形態において、ソレノイド駆動式バルブ３２は、ソレノイド１２の励磁及び非励磁化に応答して開閉される。本発明における１つの実施形態において、ソレノイド駆動式バルブ３２は、ソレノイド１２の励磁及び非励磁化によって制御されるアーマチュア３３を含むことができる。このアーマチュア３３は、通路３４を通過する流量を制御することができ、かつ、コイルアセンブリ２内の電気的に制御されるアーマチュア３３と圧力で制御されて動作する安全バルブ２８の協同動作は、蒸気が、燃料タンクポート１４からキャニスタポート１６へ直接流れることを含めた、通路３４の上または下を通過して、通路３４を通過して、かつ／または安全バルブ２８を通過する様々な経路で流れることができるように、蒸気通路内の蒸気流を管理する。

さらに具体的に言えば、本発明における１つの実施形態において、ソレノイド駆動式バルブ３２が励磁され、かつ、タンク圧力が所定のレベルに到達した場合、アーマチュア３３は引っ込められ、通路３４が開放され、蒸気通路を開放し、蒸気が燃料タンクからキャニスタへ流れることを許容する。蒸気がソレノイド駆動式バルブ３２及び／または安全バルブ２８を通過して流れることによってとられる具体的な蒸気通路は、ソレノイド駆動式バルブ３２の開閉位置を制御するタンクの圧力とソレノイド１２の励磁状態の組み合わせによって決まる。

図１〜３に示されている本発明における実施形態において、コイルハウジング５は、コイルハウジング５に形成されている爪３７によってバルブハウジング４に取付けられている。

図４ａ，４ｂ，４ｃは、バルブアセンブリ３に一体に組み込まれるセンサアセンブリ１３の１つの実施形態を示している。このアセンブリ１３は、１つ以上の圧力センサ１８を支持しているプリント基板４０（ＰＣＢ）を含むことができる。このＰＣＢ４０は、燃料タンクポート１４とキャニスタポート１６とそれらに対応する複数の圧力センサ１８との間の蒸気通路を提供するために、燃料タンクポート伸張部１４ａとキャニスタポート伸張部１６ａと一直線に並べられる圧力センサ１８と一直線に順々に並べられる１つ以上の穴４２を有する。センサアセンブリ１３は、さらに、圧力センサ１８からの信号を受信し、これらの信号を処理し、かつ、プロセッサーに出力される出力信号を生成するために（図示せず）、特定用途向け集積回路４４（ＡＳＩＣ）を含む。

本発明における１つの実施形態において、ＡＳＩＣ４４は、圧力センサ１８のスペースをより多く作るために、ＰＣＢ４０の下面に位置されている。当業者は、圧力センサ１８及びＡＳＩＣ４４を含んだＰＣＢ４０に取付けられている構成要素が、本発明の範囲から離れることなく、センサアセンブリ１３を形成するための如何なる方法においても構成されることを理解するだろう。また、圧力センサ１８は、カバー４６の底面に配置してもよい。

本発明における１つの実施形態において、センサ１８は、遮断される燃料システムにおいて見られる広い動作圧力範囲を提供するための１つのレンジの代わりに、２つのレンジで燃料タンクの圧力を測定することができる。微小な圧力変化が高分解能で測定される一方、より大きな圧力変化はより低分解能で測定される。センサ１８のために選択される特定の圧力範囲及び分解能レベルは、例えば、遮断バルブ１が用いられる特定の適用、または、顧客の仕様書に基づく。１つの例において、アセンブリ１３の１つのセンサ１８は、−１２ｋＰａから３０ｋＰａまでの圧力範囲を測定することができる一方で、同一のアセンブリ１３のもう１つのセンサ１８は、−４ｋＰａから４ｋＰａまでの圧力範囲を測定することができる。

ＡＳＩＣ４４は、さらに、燃料の蒸気温度を示す信号を生成する温度センサを含むことができる。本発明における１つの実施形態において、ＡＳＩＣ４４内部の温度センサは、トレイ２０内部の温度を示す。ＡＳＩＣ４４によって得られる圧力及び温度の読み取りに基づいて、コントローラ６は、与えられた圧力変化が漏れによるものか、燃料の気化速度に作用する燃料の温度変化によるものかどうかを決定することができる。本発明の１つの実施形態において、狭いレンジで高分解能の圧力センシング、広いレンジで低分解能の圧力センシング、及び温度センシングは、上記に示されている単一のアセンブリ１３によってすべて行われる。

例えば、圧力センサ１８が圧力降下を示し、かつ、ＡＳＩＣ４４内部の温度センサが温度降下を示す場合、これは、圧力降下がシステム内の漏れの代わりに燃料気化の減少によるものであることを示している可能性がある。本発明における１つの実施形態において、１つの圧力センサ１８は、キャニスタ内の圧力を監視するために狭いレンジにわたり高分解能で圧力を測定し、他の圧力センサは、燃料タンク内の圧力を監視するために広いレンジにわたり低分解能で圧力を測定する。しかしながら、追加のセンサ１８及び／または異なる種類のセンサは、必要に応じて、他のレンジ及び分解能で測定するために用いられる。さらに、単一のセンサ１８は、複数のセンサ１８の必要性を除く複数のレンジ、複数の分解能、及び機能を有することができる。

本発明を実施するための最良の形態を詳細にこれまで説明してきたが、本発明に関連する技術に熟知した者であれば、添付した請求の範囲内で本発明を実施するための様々な代案デザインおよび実施の形態を認識するであろう。

Claims (19)

1. 遮断バルブ（１）は、
   ソレノイド駆動式バルブ（３２）、
   ポート伸張部（１４ａ，１６ａ）を有する少なくとも１つのポート（１４，１６）、及び、
   ポート伸張部（１４ａ，１６ａ）に連結されたセンサアセンブリ（１３）、を含み、
   センサアセンブリ（１３）は、
   プリント基板（４０）、
   プリント基板（４０）上に配置された集積回路（４４）、及び、
   前記少なくとも１つのポートの伸張部（１４ａ，１６ａ）における蒸気圧力を測定するために、前記少なくとも１つのポートの伸張部（１４ａ，１６ａ）に連結された少なくとも１つの圧力センサ（１８）、を含むことを特徴とする遮断バルブ。
2. 前記少なくとも１つのポート（１４，１６）は、
   第１ポート伸張部（１４ａ）を有する第１ポート（１４）、及び、
   第１ポート（１４）からずらして配置され、かつ、第２ポート伸張部（１６ａ）を有する第２ポート（１６）を含み、
   センサアセンブリ（１３）は、第１ポート伸張部（１４ａ）と第２ポート伸張部（１６ａ）の両方に連結されていることを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
3. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、第１ポート伸張部（１４ａ）と第２ポート伸張部（１６ａ）の両方における蒸気圧力を測定する単一の圧力センサ（１８）であることを特徴とする請求項２に記載の遮断バルブ。
4. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、第１ポート伸張部（１４ａ）における蒸気圧力を測定する第１圧力センサ（１８）、及び、第２ポート伸張部（１６ａ）における蒸気圧力を測定する第２圧力センサ（１８）を含むことを特徴とする請求項２に記載の遮断バルブ。
5. 第１ポート（１４）は燃料タンクポート（１４）であり、かつ、第２ポート（１６）はキャニスタポート（１６）であることを特徴とする請求項２に記載の遮断バルブ。
6. 第１ポート及び第２ポート（１４，１６）は、互いに垂直方向と水平方向の少なくとも１方向にずらして配置されることを特徴とする請求項２に記載の遮断バルブ。
7. 第１ポート伸張部（１４ａ）及び第２ポート伸張部（１６ａ）は、夫々のポート（１４，１６）とセンサアセンブリ（１３）の間において実質的に互いに平行に伸びていることを特徴とする請求項６に記載の遮断バルブ。
8. 前記少なくとも１つのセンサ（１８）は、圧力を、広い圧力範囲及び低分解能で、かつ、さらに、狭い圧力範囲及び高分解能で測定することを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
9. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、
   圧力を、広い圧力範囲及び低分解能で測定する第１センサ（１８）、及び、
   圧力を、狭い圧力範囲及び高分解能で測定する第２センサ（１８）、を含むことを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
10. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）はプリント基板（４０）の第１面上に配置され、かつ、集積回路（４４）はプリント基板（４０）の第２面上に配置されることを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
11. センサアセンブリ（１３）は、さらに、温度センサ（１８）を含むことを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
12. センサアセンブリ（１３）は複数の端子（２１ａ）を含み、遮断バルブ（１）は、さらに、複数の端子（２１ａ）からコントローラ（６）への信号経路を形成するコネクタ（２１）を含むことを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
13. 遮断バルブ（１）は、さらに、圧力駆動式安全バルブ（２８）を含むことを特徴とする請求項１に記載の遮断バルブ。
14. 遮断バルブ（１）は、
    ソレノイド駆動式バルブ（３２）、
    圧力駆動式安全バルブ（２８）、
    燃料タンク伸張部（１４ａ）を有する燃料タンクポート（１４）、
    垂直方向と水平方向の少なくとも１方向に燃料タンクポート（１４）からずらして配置され、かつ、キャニスタポート伸張部（１６ａ）を有するキャニスタポート（１６）、及び、
    燃料タンクポート伸張部（１４ａ）とキャニスタポート伸張部（１６ａ）の両方に連結されたセンサアセンブリ（１３）、を含み、センサアセンブリ（１３）は、
    プリント基板（４０）、
    プリント基板（４０）上に配置された集積回路（４４）、
    温度センサ（１８）、
    蒸気圧力を測定するために、前記燃料タンクポート伸張部（１４ａ）と前記キャニスタポート伸張部（１６ａ）の少なくとも１つに連結された少なくとも１つの圧力センサ（１８）、
    複数の端子（２１ａ）、及び、
    複数の端子（２１ａ）からコントローラ（６）への信号経路を形成するコネクタ（２１）、を含み、
    センサアセンブリ（１３）は、燃料タンクポート伸張部（１４ａ）とキャニスタポート伸張部（１６ａ）の両方に連結され、
    ソレノイド駆動式バルブ（３２）及び圧力駆動式安全バルブ（２８）は、燃料タンクポート（１４）とキャニスタポート（１６）の間の蒸気流を選択的に制御することを特徴とする遮断バルブ。
15. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、燃料タンクポート伸張部（１４ａ）とキャニスタポート伸張部（１６ａ）の両方における蒸気圧力を測定する単一の圧力センサ（１８）であることを特徴とする請求項１４に記載の遮断バルブ。
16. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、圧力を、広い圧力範囲及び低分解能で、かつ、さらに、狭い圧力範囲及び高分解能で測定することを特徴とする請求項１４に記載の遮断バルブ。
17. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、燃料タンクポート伸張部（１４ａ）における蒸気圧力を測定する第１圧力センサ（１８）、及び、キャニスタポート伸張部（１６ａ）における蒸気圧力を測定する第２圧力センサ（１８）を含むことを特徴とする請求項１４に記載の遮断バルブ。
18. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）は、
    圧力を、広い圧力範囲及び低分解能で測定する第１センサ（１８）、及び、
    圧力を、狭い圧力範囲及び高分解能で測定する第２センサ（１８）、を含むことを特徴とする請求項１７に記載の遮断バルブ。
19. 前記少なくとも１つの圧力センサ（１８）はプリント基板（４０）の第１面上に配置され、かつ、集積回路（４４）はプリント基板（４０）の第２面上に配置されることを特徴とする請求項１４に記載の遮断バルブ。

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