JP2014514196A - 自動車の燃料タンクまたは二次流体タンク用の均圧弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、少なくとも１つの弁ハウジング（１０）と、弁ハウジング（１０）内で移動可能に配置された少なくとも１つの弁体と、タンク側および接続側または大気側にある少なくとも１つのガス抜き開口部とを備え、該ガス抜き開口部は、弁体を弁座内で保持する法線力に対する横方向の力が予め定められた力を越えるとタンクの位置に応じて弁体によって開閉することができるガス抜き経路（１６）を形成するものであり、弁体が、持ち上げられまたは偏移されることによってガス抜き経路（１６）を開き、前記横方向の力が予め定められた力を下回ると自動的に再びガス抜き経路（１６）を閉じる位置を取る自動車の燃料タンクまたは二次流体タンク用の均圧弁（５）に関する。弁体は、ボール（１５）として構成され、圧力がタンク側で広がると、前記弁体が弁座内で保持されるように配置されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の燃料タンクまたは二次流体タンク用の均圧弁に関する。

本発明はさらに、充填状態に応じて作動することができる少なくとも１つの補給時ガス抜き弁と少なくとも１つの運転時ガス抜き弁とを備える自動車用の燃料タンクあるいは二次流体タンクに関する。

自動車の内燃機関に燃料を供給するための手段を備え、充填のための手段を備え、かつガス抜きのための手段を備える熱可塑性材料製の燃料タンクは、本発明で意味する燃料タンクと見なされる。本発明で意味する二次流体タンクは、例えば、選択的触媒による排出ガス浄化のための液体還元剤を受け入れる尿素タンクである。例えば洗浄用流体などの浄化流体用のタンク、オイルまたは他の供給流体用のタンクは、二次流体タンクと見なされる。

既知のタンクが容器から補給されないものとすると、一般的に、補給は、充填状態に応じてスイッチを切ることができる分配ノズルを介して行われる。

例えば燃料タンクまたは還元剤タンクの補給に使用されるような、かかる分配ノズルは、一般的に、タンクの注入管内で上昇する液柱によって作動する。この液柱、分配ノズルの通気孔を閉じ、それによって次に分配ノズルのスイッチが切られる。タンク内の流体の上昇によってもたらされる補給システムの注入管内での液柱の上昇は、補給時ガス抜き弁を作動させ、液柱が注入管内を上昇することによって、次にタンクの補給時ガス抜き経路を閉じ、流入する液体によって置換されるガス流量がタンクから逃げることができなくなる。

かかる補給時ガス抜き弁は、例えば、フロート弁として構成されてもよい。タンク内で上昇する液面がフロートを上昇させ、それによって次にガス抜き経路が閉じる。あるいは、例えば、単純な補給時ガス抜き弁は浸漬管によって実現されてもよく、その開口部はタンク内で上昇する液面によって閉じられるので、液面よりも上方に上昇するガス量はタンクから逃げることができなくなる。

例えば、燃料タンクでは、タンクのガス抜きおよび／または均圧化はまた、タンクに囲まれた容積と大気との間である程度まで行うことができなければならないので、燃料タンクは、一般的に補給時ガス抜き弁に加えて１つまたは複数のいわゆる運転時ガス抜き弁を備え、そこを介して、自動車の運転中に燃料タンク内に存在するガスを、少なくとも１つのガス抜きラインおよび燃料蒸気フィルタを介して大気に放出することができる。

例えば、燃料が温度に依存して、かつ自動車の運転時の動態に応じて膨張するにつれて、燃料は多かれ少なかれ液相から気相に移行するが、いずれの場合も、燃料で充填することができないいわゆる均等化容積（equalization volume）が、燃料タンク内の液面の上方に確保されていなければならない。

したがって、充填状態に依存する形で補給のスイッチが切られることを保障するため、燃料タンク上に設けられる運転時ガス抜き弁は、圧力維持機能を備えていなければならないか、または任意に切り替えることができなければならない。例えば、自動車の注入管にあるガス抜き経路は、注入管に挿入される充填ノズルを用いて、及び／または分配ノズルを用いて切り替えることができることが知られている。分配ノズルを注入管に挿入すると、それによってスイッチが機械的に作動され、運転時ガス抜き経路が遮断され、補給時ガス抜き経路が開かれる。

あるいは、補給時ガス抜き弁にバネ式の弁体を設けることが可能であるが、これは、単にタンク内の予め定められ過剰圧力を上回ると運転時ガス抜き経路を活性炭フィルタに対して開くものである。最後に、個々の補給時ガス抜き弁を電磁的に切り替えることができるように設計することが可能である。

上述の考察は、例えば、排気ガスの触媒脱硝用の尿素水溶液の形態で液体還元剤を収容する尿素タンクを補充／補給するための、二次流体タンクの補給にも適用される。前記タンクが、ガス置換方法において容器を用いてではなく、分配ノズルを用いて補給される場合、過剰充填を防ぐため、適時に分配ノズルのスイッチを切ることが必要である。全く異なる理由で、過剰充填は望ましくない。液面の上方には、均等化容積が残っているはずなので、ガス抜きラインおよび任意にその中に設けられた弁は液体尿素で湿潤していない。さらに、凍結の結果としての液／固相転移中における尿素の膨張が可能なはずである。尿素は、蒸発中に大きな結晶を形成する傾向があり、結晶形成は、場合によってはタンクの可動部品をブロックする可能性がある。

しかし、自動車の運転中、タンクと大気との間の圧力を均等化できることが望ましい。これは特に、熱可塑性材料からなる燃料タンクにおいても望ましい。

したがって、本発明の目的は、可能な限り単純な手段を用いて、タンクと周囲の圧力の均等化を可能とする均圧弁を提供することであり、過剰充填防止が、いずれの場合においても、タンクの補給中に上述した形で保障されることが意図される。

本発明の目的は、最初に、弁ハウジングと、弁ハウジング内で移動可能に配置された少なくとも１つの弁体と、タンク側および接続側または大気側にある少なくとも１つのガス抜き開口部とを備える自動車の燃料タンクまたは二次流体タンク用の均圧弁によって達成され、ガス抜き開口部は、弁体を弁座内で保持する法線力に対する横方向の力が予め定められた力を越えるとタンクの位置に応じて弁体によって開閉することができるガス抜き経路を形成するものであり、弁体は、持ち上げられまたは偏移されることができ、その結果ガス抜き経路を開き、前記横方向の力が予め定められて力を下回ると、自動的に再びガス抜き経路を閉じる位置を取り、弁体は、タンク側の過剰圧力が該弁体に液圧的に作用し、それによって該弁体が弁座に押し付けられるように配置される。

本発明による均圧弁の設計によって、特に逆止弁としての均圧弁の設計によって、比較的単純な手段により過剰充填防止を確実にすることが可能である。この場合、タンク内に広がるガス圧は、ガス抜き経路を閉じる位置にある弁体に作用し、タンク内に広がる均等化容積のガス抜きを防ぐ。

例えば、バネ式の弁体を用いた圧力維持機能は、本発明の意味する範囲に完全に適用外となる。本発明による均圧弁は、位置に応じてまたは駆動力学の結果として加えられ得る弁体の法線力に対してある角度で作用する横方向の力によってのみ作動させることができる。その結果、バネまたは係止要素などのさらなる可動部品をなくすことができる。したがって、均圧弁を最も単純な形で実現することができる。

弁ハウジングでは、好ましくは１つのみのガス抜き経路が設けられ、これは、設置位置にある車両および／またはタンクの休止位置および水平位置では、弁体によって閉じられる。

車両またはタンクの対応する横方向傾斜によって、または横方向加速力をタンクに導入するときであっても、弁体は、ガス抜き経路を閉じるその位置から偏向されるので、任意にタンクと周囲／大気との間で一時的に均圧化が可能である。弁体は、次いでガス抜き経路を閉じるその位置に自動的に戻る。

本発明による均圧弁の好ましい変形例では、弁体は、重力作動によってそのシール座内で保持され、設置位置における基準面、好ましくは水平面に対する横方向傾斜が予め定められた傾斜越えると、またはタンクの横方向加速が予め定められた加速を越えると、弁座から持ち上げられるかまたは偏向されるように設けられている。

本発明による均圧弁の特に便利な変形例では、弁体はボールとして構成され、該ボールは、設置位置において、水平基準面内にほぼ延在する環状のシール弁座を閉じるように設けられている。

均圧弁は、例えば、タンクに溶接されたプラスチック製の弁ハウジングを備え、弁体は、弁ハウジング内に配置された自由に移動可能な鋼製のボールとして好適に構成される。

本発明による均圧弁は、好適には、基準面の略水平方向の配置で、弁体は自重作動によってのみ弁座と協働するその位置を取るように構成される。

水平に対して約４〜７°の斜角位置において、弁体は、好適には、ガス抜き経路を閉じるその位置に留まったままである。

本発明による均圧弁の有利な変形例では、弁体チャンバが弁ハウジング内に設けられ、その中に弁体が移動自在に備えられている。

弁体チャンバは、タンク側で開いている少なくとも１つの入口開口部と、弁体の弁座を形成し、かつ基準面が略水平に位置合わせされると弁体によって閉じられる少なくとも１つの出口開口部とを備えてもよい。

本発明による均圧弁の有利な変形例では、弁座は、設置位置における弁体チャンバの下部に構成されるように設けられている。

弁座は、例えば、弁体チャンバの底部にある窪みまたは陥凹部の形で形成されてもよく、車両が停止しているとき、例えばその補給中、弁体は上述の傾斜角位置内でそこに収まる。

弁体は、必ずしもボールとして構成される必要はなく、その代わりに、適切な様態で弁座と協働する少なくとも部分的に円錐形のシール面を有する、任意の形状／幾何学形状を有してもよい。弁体の動作モードのための唯一の幾何学的必須条件は、前記弁体が、傾動／傾いた位置／横方向加速によって偏移され、それによって、弁座と協働する弁体の部分が一時的に弁座の外に出ることができることである。

好適には、弁座は、弁体チャンバの底部の窪みまたは凹部に形成される。

本発明による均圧弁のさらなる便利な実施形態では、タンク側にあるガス抜き開口部に、ガスに対してのみ透過性であって液体に対しては不透過性である少なくとも１つの膜または多孔質封止体が設けられる。例えば、疎水化または疎油化多孔質材料が、また例えば多孔質焼結体が、膜として提供されてもよい。好適には、これは、例えば、極性または無極性流体のどちらを受け入れるタンクが設けられるかに応じて、極性または無極性材料からなるプラスチック材料である。かかる膜またはかかる封止体は、弁ハウジングへの流体の導入を防ぐ。

特に、尿素は任意に弁ハウジング内で結晶化する可能性があり、これは望ましくないため、本発明による均圧弁が尿素タンク用の過剰充填防止弁として提供されるのが好都合である。

しかし、原則的に、かかる膜またはかかる多孔質封止体を、燃料タンク用均圧弁のタンク側にあるガス抜き開口部内に設けることも可能である。この場合、疎油化プラスチック材料が膜または封止体として使用される。

本発明の目的は、さらに、充填状態に応じて作動させることができる少なくとも１つの補給時ガス抜き弁と少なくとも１つの運転時ガス抜き弁とを備える自動車用の燃料タンクまたは二次流体タンクによって達成され、本発明による燃料タンクは、運転時ガス抜き弁が、タンクの位置に応じて大気側にある少なくとも１つのガス抜き開口部を開閉する過剰充填防止弁として構成されることを特徴とする。

本発明による燃料タンクは、上述の均圧弁の上述の特徴のうち少なくとも１つ、またはこれらの特徴のうち複数を任意の組み合わせで含む過剰充填防止弁を備えて構成されてもよい。

以下に、図面に示される例示的な実施形態を参照して、本発明について説明する。

本発明による尿素タンクとしての二次流体タンクを示す大幅に単純化した概略図である。 本発明による均圧弁の断面図である。 本発明による均圧弁の弁体の拡大図である。

図１に示される尿素タンク１は、注入管２と、補給時ガス抜き装置３と、補給時ガス抜きライン４とを備え、補給時ガス抜きライン４は、例えば、開口部側にある注入管２の端部を介して燃料蒸気フィルタ（図示なし）へと案内される。

尿素タンク１はさらに、運転時ガス抜きライン６を介してやはり燃料蒸気フィルタ（図示なし）に接続される均圧弁５を備える。

尿素タンク１は、例えば、熱可塑性材料から形成することができる。前記尿素タンクは、ＨＤＰＥ（高密度ポリエチレン）系の単層または多層押出材（共押出材）の押出しブロー成形によって得ることができる。

上述したように、一例として示される尿素タンク１を参照して、本発明について説明する。ただし、尿素タンクの代わりに、本発明による均圧弁５は、任意の二次流体タンク上ならびに燃料タンク上に配置することができる。

尿素タンク１の充填は、従来、注入管２の開口部７に挿入される充填ノズルおよび／または分配ノズル（不図示）を用いて、注入管２を介して行われる。補給中、液面８は、例えば該液面が尿素タンク１内に突出している補給時ガス抜きライン４の端部に達し、そこを閉じる（浸漬管のスイッチが切られる）まで、尿素タンク１の内部で上昇する。従って、尿素タンク１のさらなるガス抜きは、補給時ガス抜きライン４を介して行うことができなくなる。これにより、注入管２を通して尿素タンク１に入る流体は、その上方に広がるガス容積を置換できなくなり、それによって、尿素タンク１内部の圧力が上昇するとともに、注入管２内の液柱が分配ノズルに達するまで上昇し、充填プロセスが停止される。

自動車が駆動されているときに、液面８の上方に残っている均等化容積９と大気との間の圧力を均等化するため、尿素タンク１が前記自動車に嵌合され、運転時ガス抜きが均圧弁５および運転時ガス抜きライン６を介してもたらされる。

図２は、運転時ガス抜きができない閉位置で示される、均圧弁５の断面図を示す。

均圧弁５の図２に示される前記切替え状態は、自動車がほぼ水平位置で静止している状態である。

以下、補給中の自動車およびタンクの正常位置としての水平面を基準面として示す。

均圧弁５は、溶接することができるという意味で、好ましくは燃料タンクのプラスチック材料と融和性がある熱可塑性材料からなる弁ハウジング１０を備える。弁ハウジング１０はタンク側に開いており、尿素タンク１と反対側には、運転時ガス抜きライン６を受け入れるためのニップル１１を備えている。ニップル１１は、運転時ガス抜きライン６を絞めるため、モミの木状の輪郭（図示なし）を備える。しかし、運転時ガス抜きライン６はまた、弁ハウジング１０に一体的に接続されてもよい。

図示される例示的な実施形態では、弁ハウジング１０は、タンク側にあるそのガス抜き開口部において、例えば尿素タンク１に溶接される。尿素タンク１の開口部内にはめ込まれるまたは溶接される膜担体が、１２によって示される。あるいは、膜担体１２を弁ハウジング１０内に接合されるものとすることが可能である。

弁ハウジング１０は実質的に二部分の構成のものであり、ボール担体１３は前記ハウジング内に溶接され、弁ハウジング１０とともに弁体チャンバ１４を形成する。弁体チャンバ１４は弁体としてのボール１５を受け入れ、ボール１５は、図２に示される例示的な実施形態では、弁ハウジング１０とボール担体１３との間に形成された迷路状のガス抜き経路１６を閉じている。ガス抜き流路として構成された前記ガス抜き経路は、円形のガス抜き孔１７を形成して、弁体チャンバ１４を形成しており、前記ガス抜き孔は、弁体としてのボール１５のための環状の弁座を形成している。

弁体チャンバ１４は、ガス抜き孔１７に対して空間的に平行に延在する入口開口部１８を介して、尿素タンク１の容積と連通している。液圧的に、即ち流体回路図の意味で、入口開口部１８はガス抜き孔１７と直列に延在する。

ガス抜き孔１７は、弁体チャンバ１４の底部の窪み１９のほぼ中央に配置される。

底部の窪み１９およびボール１５の部分拡大図が、図３に示される。

底部の窪み１９は、基準面に対して約５°〜１５°の角度を有する円錐形状（凹部）を備えている。

図３から導き出されるように、底部の窪み１９には、ガス抜き孔１７の周囲を形成し、ボール１５が線形的にその中に位置するようになる外周円形の弁座面２０が設けられている。かかる線形的な当接は、特に、どのような漏れも最小限に抑える目的で比較的高い面圧をもたらすために望ましい。

底部の窪み１９、弁座面２０、およびボール１５のサイズは、顕著に４°（４°〜７°の公差）を越える横方向傾斜によって、ボール１５が弁体チャンバ１４の周壁の１つに接するまで、図３に示される静止位置からのボール１５の偏移をもたらすように寸法決めされ、この位置で、ガス抜き孔１７およびしたがってガス抜き経路１６が開かれる。横方向傾斜を相殺すると、ボール１５は図面に示される初期位置に自動的に転がり戻る。弁体チャンバ１４の内法幅は、ボール１５の直径よりも著しく大きい。

尿素タンクと周囲との間の均圧化は、入口開口部１８およびガス抜き経路１６を介して成すことができる。

弁体および／またはボール１５が、図２および３に示される正常位置にある場合、タンクの内圧は、入口開口部１８を介してボール１５に作用し、該ボールを弁座面２０で保持する。ボールは、ガス抜き経路１６の閉じた状態を保持する逆止要素の様態で機能する。

タンク側にある弁ハウジング１０の開口部内、および／またはタンク開口部自体の中を延在するガス透過性の膜は、２１によって示される。該膜２１は、例えば、無極性流体に対して不透過性であるがガスは通す疎水性の多孔質プラスチック材料から成る。膜２１は、タンク内部に対する圧力が発生した場合に過度に撓むのを防ぐため、部分的にのみ図示される十字形の支持構造２２によってボール担体１３に対して支持されている。

１ 尿素タンク
２ 注入管
３ 補給時ガス抜き装置
４ 補給時ガス抜きライン
５ 均圧弁
６ 運転時ガス抜きライン
７ 注入管の開口部
８ 液面
９ 均等化容積
１０ 弁ハウジング
１１ ニップル
１２ 膜担体
１３ ボール担体
１４ 弁体チャンバ
１５ ボール
１６ ガス抜き経路
１７ ガス抜き孔
１８ 入口開口部
１９ 底部の窪み
２０ 弁座面
２１ 膜
２２ 十字形の支持構造

Claims (11)

1. 少なくとも１つの弁ハウジング（１０）と、前記弁ハウジング（１０）内で移動可能に配置された少なくとも１つの弁体と、タンク側および接続側または大気側にある少なくとも１つのガス抜き開口部とを備え、該ガス抜き開口部は、前記弁体を弁座内で保持する法線力に対する横方向の力が予め定められた力を越えるとタンクの位置に応じて前記弁体によって開閉することができるガス抜き経路（１６）を形成し、前記弁体は、前記弁座から持ち上げられまたは偏移され得るものであり、この持ち上げられまたは偏移されることによって前記ガス抜き経路（１６）を開き、前記横方向の力が前記予め定められた力を下回ると自動的に再び前記ガス抜き経路（１６）を閉じる位置を取り、前記弁体が、前記タンク側の過剰圧力が該弁体に液圧的に作用し、それによって該弁体が前記弁座に押し付けられるように配置されていることを特徴とする自動車の燃料タンクまたは二次流体タンク用の均圧弁（５）。
2. 前記弁体が、重力作動によって弁座内で保持され、設置位置における基準面、好ましくは水平面に対する横方向傾斜が予め定められた傾斜を越えると、または前記タンクの横方向加速が予め定められた加速を越えると、前記弁座から持ち上げられるかまたは偏移されることを特徴とする請求項１に記載の均圧弁。
3. 前記弁体がボール（１５）として構成され、該ボールが、設置位置では、水平基準面内にほぼ延在する環状の弁座を閉じることを特徴とする請求項１または２に記載の均圧弁。
4. 前記基準面の略水平方向の配置で、前記弁体が、自重作動によってのみ弁座と協働するその位置を取ることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の均圧弁。
5. 弁体チャンバ（１４）が前記弁ハウジング（１０）内に設けられ、その中に弁体が移動自在に備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の均圧弁。
6. 前記弁体チャンバ（１４）が、タンク側で開いている少なくとも１つの入口開口部（１８）と、前記弁体の弁座を形成し、かつ前記基準面で位置合わせされると前記弁体によって閉じられる１つの出口開口部とを備えていることを特徴とする請求項５に記載の均圧弁。
7. 前記弁座が、前記設置位置における前記弁体チャンバ（１４）の下部に構成されていることを特徴とする請求項５または６に記載の均圧弁。
8. 前記弁座が、前記弁体チャンバ（１４）の底部の窪みまたは凹部に形成されていることを特徴とする請求項７に記載の均圧弁。
9. 前記タンク側にある前記ガス抜き開口部内に、ガスに対してのみ透過性である少なくとも１つの膜（２１）または多孔質の封止体が設けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の均圧弁。
10. 充填状態に応じて作動させることができる少なくとも１つの補給時ガス抜き弁と、少なくとも１つの運転時ガス抜き弁とを備えている自動車用の燃料タンクまたは二次流体タンクであって、前記運転時ガス抜き弁が、前記タンクの位置に応じて大気側にある少なくとも１つのガス抜き開口部を開閉する過剰充填防止弁として構成されていることを特徴とするタンク。
11. 前記過剰充填防止弁が、請求項１〜９の特徴のうち少なくとも１つを備えていることを特徴とする請求項１０に記載のタンク。

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