JP4196171B2 - タンク内ガス圧制御バルブ - Google Patents

Description

本発明は、液体タンク内のガス圧を制御するためのバルブに関し、タンクの上部に設けられたオリフィスと協働することにより、タンク内の圧力が外圧を下回ったときに、タンク内へのガスの流れを生み出すものである。

タンクのオリフィスと協働する形式のバルブは、内圧と外圧との差が所定値に到達するまで、タンク内からタンク外へのガス流を発生させるものが一般的である。
好ましい実施の形態では、この形式のバルブは自動車の燃料タンクに用いられることが多く、特に、横転バルブと組み合わされるものである。

燃料タンク内では、給油時、エンジンの作動時、オーバーヒートによるエンジン停止時等々、運転状態と無関係に相当量の燃料蒸気が発生する。燃料蒸気の制御には、一般的に、それ専用の目的の換気バルブ（溢れ出しを防止するためのボール型溢れ出し防止装置を備え、若しくは備えない、若しくは、分割バルブの一部を構成する横転バルブが用いられ、燃料タンクに燃料蒸気が充満している間は、燃料蒸気を排出するバルブ等）が用いられる。このバルブによって集められた燃料蒸気は、燃料蒸気を貯留するためのアクティブチャコールフィルターへと送られ、その後、エンジン制御用オンボードコンピュータの指令によって、常時、エンジンのインレットマニフォールドへと送られる。

しばしば、特に、周囲の圧力との関係でタンク内の圧力を低下させるべき温度状況となったときに、タンク内から外部への燃料蒸気の流れを発生させる必要が生じる。例えば、ガソリンの温度が高温に維持された状態で、自動車が低温環境中へと移動するような場合である。このような場合には、タンクが冷却されることに起因するタンク内の圧力減少を制限する必要がある。

上述のごとき現状の装置では、燃料蒸気は、一般的に、ガソリンタンクの上部に組み込まれた幾つかの分割構造の排気バルブによって制御されており、ガソリンのレベルがこれらのバルブの閉鎖レベルに達しない限り、燃料蒸気はアクティブチャコールフィルターに集められる。これらの各バルブおよび前記フィルターの間に、一例では、タンク内の圧力を制御するための専用形式のバルブが直列に配置され、これらのバルブによってタンク内の圧力を制御する。このバルブは、一つ若しくは複数（上流の換気バルブの数によって定まる）の空気吸入コネクターと、アクティブチャコールフィルターへとつながる一つの排気コネクターとを備える、密閉された本体を備えるものである。しかしながら、そのような制御バルブは、全てのバルブ構造中に存在するものではなく、横転バルブ（roll-over valve）がボール型の溢れ出し防止装置を備え、タンクが満杯状態にならないよう液面レベルを制限するバルブと組み合わされる横転バルブであれば尚更である。

このバルブは、二つの目的を有している。その一つは、タンク内と外部とに正圧差が生じ、予め設定された圧力を上回るような場合に通路を開放することにより、燃料蒸気の排気を保証するものである。燃料蒸気は例えば、外部へと開放する給油管と共軸のパイプラインを介し、燃料タンクと並列に配置された専用の燃料蒸気換気回路によって集められることから、給油中には前記開放圧力に達することは決して無い。アメリカ製のシステムにおいては、この共軸のパイプラインを備えず、アクティブチャコールフィルターへと燃料蒸気を排出するバルブに置換えられている。何れの場合にも、給油時の燃料レベルは制限され、かつこの時の燃料蒸気の制御は、燃料タンクと並列に配置された専用の燃料蒸気換気回路のみによってなされる。

二つ目の目的は、これらのタンク内ガス圧制御バルブは、一般的なバルブとアクティブチャコールフィルターとの間に配置され、タンク内へと外気を取り入れることができるように、燃料蒸気の逆流を許容するものである。かかる機能は、タンク内のガソリンを急速に冷却することになるので、エンジンの運転時には、しばしば必要とされるが、他の場面では必要とされない。この、ガソリンの急冷効果により、燃料蒸気の外部からタンクへの流れが制限され得るものである。したがって、前記バルブは逆流機能を備えている。

これらの一般的な解決手段の欠点は、主に、複数の分割されたバルブとそれらをつなぐ複数の連結手段とに構造が分散していることに起因するものである。各構成要素の連結点が分散していることにより、燃料蒸気の排出物についての公害防止基準に関する、漏洩度の増大というリスクが高まることとなる。さらに、構造が拡散し、使用するバルブの全堆積が増大するといった、付随的な欠点を引き起こすものである。
全てのパイプ、継手、その他の構成要素は、温度の変動や燃料による化学侵食に敏感であるという欠点を有し、燃料タンクと外部との間で燃料蒸気を回収して還元する装置の全体としての信頼性を低下させるものである。
本発明は、これら全ての課題を解決するものである。

本発明は、上述したような液体タンク内のガス圧制御バルブ一般に関するものであり、内外の圧力差が所定値に達した時、タンクの上部に設けられたオリフィスと協働して、タンク外部へのガスの流れを許容するものであり、また、タンク内の圧力が外部圧力を下回るような場合には、逆方向の流れを許容するものである。
バルブは、主に本体と、タンクのオリフィスの栓を構成する底部とを有し、予め設定されたタンクの内外の圧力差の値を越えることにより、本体がオリフィスから離間し、本体には、オリフィスと接触したときに前記オリフィスと連通する貫通口を付加的に備え、貫通口は、タンク内外に正の圧力差が生じたときに作動する栓手段を備えるものである。

この構造は極めてコンパクトであり、タンク内が減圧されたとき、流体は外部から自由に流入し、内外圧力が均衡した状態では、圧力差が所定の停止値に至るまで流体の連通は遮断され、さらに過大圧力の流体をタンク外へと流すことが可能な、圧力パターンを得ることが可能である。望ましくは、追って詳しく説明するように、バルブはモジュール化され、横転バルブに組み込まれるものである。この場合には、本発明のバルブの付加的な利点として、特に連結手段を必要とせず、単純な構造で省スペースであるといった利点を有する。
この、外部との連結手段を持たない構造は、前述の公害防止基準に関する漏洩度の増大の問題を軽減することは明らかである。

この解決手段によれば、構成部品は小型化され、製造の困難性も排除することができることから、経済性も高めることとなる。最後に、追って詳しく説明するように、使用される材料が温度の変動や燃料による化学侵食に敏感なものではない。使用される材料は、寸法上の安定性を示すと共に精度が保証され、これらの機能的性質を長期にわたって維持するものである。したがって、本発明によれば、大きな安定性と良好な信頼性を約束することができる。

好ましくは、バルブ本体の栓手段は、貫通口の中央部との間の半径方向の隙間によって自在に移動し、前記中央部の上方に位置する弁座と協働して貫通口の上部を塞ぐ移動部材によって構成されている。この移動部材は、貫通口中央部の下方に設けられた下部ストッパーによって、貫通口の下方に形成されたダクトを塞ぐことなく保持され、移動部材の大きさおよび貫通口の中央部の構造は、タンクの内圧が外圧を上回るとき、前記移動部材が前記上部弁座に対して押し戻されるように構成されている。

本発明の機械構造は、２つの動作を行うものである。すなわち、タンク内外の圧力差が正圧状態となったとき、本体に加わる力はまだ十分ではなく、タンクの上壁面に形成されたオリフィスから本体が移動するには不十分である。しかしながら、圧力差がより大きくなると、本体内の移動部材を上方へと押し上げ、移動部材が貫通口上部のオリフィスに接触することによって本体に形成された貫通口を塞ぐ。
また、圧力差が所定の値を越えると、本発明に係るバルブの本体に加わるこの力が本体をタンクのオリフィスから離間させるに十分な力となり、流体は自由に流れることとなる。過度の圧力が加わった場合を別として、オリフィスを囲む弁座およびバルブの底部は、力のバランサーとして機能するための形状を有する。

また、好ましくは、前記移動部材は、筒状に形成された貫通口の中央部内を移動可能なボールである。
可能性の一つとして、ボールはガラス製であり、表面研磨がなされている。この材料は、タンク内外の圧力差が正となったときにボールに要求される動作をするに適した密度のものである。
さらに、本発明に係るバルブの本体は筒状に形成され、下端部は概略半球形をなし、通口は本体の軸方向に形成されている。
この形状は、広く標準化を可能とするものであり、かつ、車両に要求される条件にも最も適したものとすることができるものである。なぜならば、可動バルブのタンクの上壁面に形成されたオリフィスの直径を何ら修正することなく、バルブ本体の弁座の径を調節することにより、バルブ開放圧力を変えることができるからである。

製造上の便宜を考慮して、ボールを保持する下部ストッパーおよびダクトまたは貫通口の下部に形成されたダクトは、前記バルブの本体に密閉状態で固定された別部材に形成されている。
さらに、好ましくは、この別部材は、本体に対し十分な密閉性を得られる公差を持ち、本体に組み込まれて機能するものである。
ボールをガイドする本体の貫通口の中央部は、極めて高精度の寸法を有し、好ましくは本体は機械加工による真鍮製である。前記別部材は好ましくはプラスチック成形品であり、プラスチック材料は、燃料蒸気および液体によって寸法の影響を受けないものが選択される。その寸法的特徴を維持し、例えば、流体の影響を受けて膨張しないことが必要である。
さらに、本発明は、オリフィスがタンクの外側表面に設けられ、バルブの本体を案内するための手段を備えた、タンクの上部制御バルブへの適用に特に適したものである。この例では、タンク内の圧力とタンク外の圧力とが所定値に達し、バルブが前記オリフィスの軸方向に沿って直線状に移動する際に、タンクの壁面の外側へと本体を移動させるガイドとなる。

さらに、本発明に係るバルブは、前述のように、タンクの上壁面に配置された横転バルブに組み込まれるものであり、横転バルブの本体には、タンク内部に接続され前記オリフィスから外部へと延びる流出口と、前記バルブの動作を案内するための手段とを備えるものである。
これらの特徴部分は、以下に詳細に説明されている。

本発明については、添付図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
図１には、本発明の実施の形態に係るタンク内の圧力を制御するバルブ（Ｃ）を示している。このバルブは、主として、例えば機械加工による真鍮製の本体（１）、および好ましくはガラス製のボール（３）の弁座として機能する底部（２）によって構成されている。
以上の三つの要素によって、流体の通過を許容する軸方向の内部貫通口若しくはダクト（４）を備える、コンパクトなバルブ構造が構成されている。

前記ボールが、図１に示すように下部ストッパー（５）に接触し保持された状態で、貫通口（４）及びボール（３）の寸法差によって形成される半径方向の隙間により、ガスの流れが確保される。
換言すれば、ボールの外径は、貫通口（４）の円筒状中央部の直径よりも小さいことから、圧力低下時にボール（３）の移動を許容して、弁座（６）を塞ぐものである。
ボール（３）が押し上げられると、直ちに、上部弁座（６）に当接し、ボール（３）と上部弁座（６）とが環状接触することにより、流体の流れが止められる。

ボール（３）の下部ストッパー（５）として機能する底部（２）は、タンク（図示省略）の上部オリフィス（10）を形成するために、自己復帰して弁座（12）（図２以降を参照）に接触し、バルブ（Ｃ）の本体（１）内部に密閉された状態で駆動される。

図２には、燃料タンクの上壁面に対し垂直に固定された主本体（７）と、ダクトを備えかつ回路中の他の構成部分につながる流入／流出チューブを連結するキャップ（８）とを主要部品とする横転バルブ（Ｖ）内に組み込まれた、バルブ（Ｃ）を示している。本説明に挙げられた本発明とは直接的な関連性はないが、横転バルブ（Ｖ）の主本体（７）は、タンクの上部オリフィス（10）を塞ぐことが可能なフロート（９）を備え、もしも、車両が横転し、または、タンク内の燃料レベルが一杯となったような場合には、フロート（９）をタンクの上部オリフィス（10）に当接させる。
バルブ（Ｃ）の本体（１）は、平行移動用のガイド壁（11）の間に配置され、バルブ（Ｃ）は軸方向の移動が可能となっている。かかるバルブの移動の下限は、タンクの上部オリフィス（10）の上部に設けられた弁座（12）によって制限され、上限は、キャップ（８）の上部壁（13）によって制限される。図示のように、ガイド壁（11）は中実ではなく、後述の状態において、流体の通過を許容するための凹部を有している。

図３ａ〜図３ｃには、本発明の実施の形態に係る、横転バルブの主本体（７）の上部に設けられた弁座（12）とバルブ（Ｃ）を案内するための手段（11）との相対的な位置関係を、拡大して示している。図３ａは、タンク内の圧力が外部圧力以下である場合を示している。換言すれば、タンク内の圧力を低下させた状態にした場合を示している。この場合には、ボール（３）はバルブ（Ｃ）の底部（２）の下部ストッパー（５）に保持され、ボール（３）と貫通口（４）の中央部との隙間によって、外部からの空気の流入が生じる。流体の流れ方向は図中に矢印（Ｆ、Ｆ’）で示されている。この流れは、底部（２）に設けられたダクトが塞がれていない場合に可能となる。

図３ｂには、タンク内の圧力が外部圧力と同じか若干高い場合を示している。この場合には、ボール（３）には、本体（１）の上部弁座（６）に押し付けられる力が付与される。特に貫通口（４）の壁面とボール（３）との間に圧力低下が生じた場合に、ボールの吸引効果が得られる。しかしながら、この場合の力は、バルブ（Ｃ）を弁座（12）から引き離すほど十分な大きさではなく、ガスの流れは生じない。したがって、ガスの流量は零となる。この状態で、圧力の内外差が顕著となり始めると、図３ｃに示す状態へと移行する。この場合には、バルブ（Ｃ）に付与される力は、バルブを弁座（12）から引き離すに十分な大きさとなり、流体の流れは、図３ａに示す状態と反対の、タンク内からタンク外へ向かう方向となる。このとき、タンクの内圧が過大となっている。そして、矢印ＦおよびＦ’が図３ａとは反対方向を示している。

図３ａおよび図３ｂには、バルブ（Ｃ）の本体（１）がガイド手段（11）内で停止した状態を示している。タンクの内部圧力が上昇しつづけると、バルブの開放圧を上回り、バルブ（Ｃ）は弁座（12）から離間し、タンクの上部オリフィス（10）に正圧の流れを生み出す。この圧力は、当然ながらバルブの容量と、横転バルブ（Ｖ）の主本体（７）に設けられた弁座の直径とに依存するものである。この場合には、バルブ（Ｃ）の本体（１）のガイド手段（11）は、純粋に軸方向のガイド手段として設けられている。
バルブ（Ｃ）は弁座（12）から離間するバルブの開放圧は、図４の流量と圧力差との関係を示すグラフに符号Ｐ_aで示されている。図示の例では、流れの正圧が３Ｋｐａとなったときにバルブの開放圧Ｐ_aとなる。

本発明の実施の形態に係るバルブ（Ｃ）の利点については既に述べたが、上記の詳細な説明から容易に理解されるように、小型化を促進し、三つの部品のみを用いる機械構造であり、横転バルブ内にモジュールとして組み込むことを可能とすることにより、最適な課題解決手段となる。従来の分割型のバルブが果たしてきた機能、具体的には、横転対応機能、溢れ出し防止機能、およびタンクの内外の圧力の均衡を図る基本的機能を、まとめて発揮することが可能である。
以上のごとく、本発明の一例を実施の形態に基き説明したが、本発明が以上の説明に限定されるものではなく、本発明の特許請求の範囲を越えない限りにおいて種々の変更が可能であることは、当業者にも理解されるであろう。

本発明の実施の形態に係る、タンク内の圧力を制御するバルブの断面図である。 図１に示すバルブが組み込まれた横転バルブの断面図である。 本発明の実施の形態に係るバルブが弁座に組み込まれた前記横転バルブ内部で、本発明の実施の形態に係るバルブの弁座の動作を拡大して示した断面図である。 本発明の実施の形態に係るバルブが弁座に組み込まれた前記横転バルブ内部で、本発明の実施の形態に係るバルブの弁座の動作を拡大して示した断面図である。 本発明の実施の形態に係るバルブが弁座に組み込まれた前記横転バルブ内部で、本発明の実施の形態に係るバルブの弁座の動作を拡大して示した断面図である。 本発明の実施の形態に係るバルブの、図３ａから図３ｃに示す三つの作動状態における圧力差と流体流量との関係を示すグラフである。

符号の説明

１：本体、２：底部、３：ボール、４：貫通口、５：下部ストッパー、６：上部弁座、10：タンクの上部オリフィス、11：移動用ガイド壁、12：弁座

Claims (9)

1. 液体タンク内部のガス圧の制御バルブ（Ｃ）であって、前記タンクの上部に設けたオリフィス（10）と協働して、タンク内外の圧力差が所定値に達した時、タンク外部へのガスの流出を許容し、タンク内の圧力が外部の圧力を下回る場合には、逆方向のガスの流れを許容するものにおいて、
   本体（１）および底部（２）を含み、該底部は前記タンクのオリフィス（10）の栓として構成され、前記タンク内外の圧力差が所定値を越えたとき、前記本体（１）は前記オリフィス（10）から離間するものであり、
   前記本体（１）は、さらに前記オリフィスと接触した状態で前記オリフィス（10）の延長線上で連通する貫通口（４）を含み、前記貫通口（４）は、タンク内の圧力と外気の圧力との差が正圧となったときに作動する栓手段（３）を備え、
   前記栓手段は移動部材（３）によって構成され、該移動部材は、前記貫通口（４）の中央部との半径方向の隙間により相対移動自在であり、かつ、前記中央部の上方に配置された上部弁座（６）と協働して前記貫通口（４）の上方を塞ぐものであり、
   前記移動部材（３）は、下部ストッパー（５）によって、少なくとも前記貫通口（４）の下部に形成されたダクトを塞ぐことなく前記貫通口の中央部の下方に保持可能であり、前記移動部材（３）の大きさおよび前記貫通口（４）の中央部の構造は、タンクの内圧が外圧を上回るとき、前記移動部材が前記上部弁座（６）に対し押し戻されるように構成され、
   前記移動部材（３）の下部ストッパー（５）として機能する底部（２）は、前記タンクのオリフィス（ 10 ）を形成するために、自己復帰して前記オリフィス（ 10 ）の上部に設けられた弁座（ 12 ）に接触し、
   タンク内の圧力が外部圧力と同じか若干高い場合には、前記移動部材（３）には本体（１）の上部弁座（６）に押し付けられる力が付与されるが、バルブ（Ｃ）を前記弁座（ 12 ）から引き離すほど十分な大きさではなく、ガスの流れは生じず、
   タンクの内部圧力が上昇しつづけバルブの開放圧を上回ると、バルブ（Ｃ）は弁座（ 12 ）から離間し、タンクの上部オリフィス（ 10 ）に正圧の流れを生み出すように構成されていることを特徴とする請求項１記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
2. 前記移動部材は、筒状に形成された前記貫通口（４）の中央部内を移動可能なボール（３）であることを特徴とする請求項１記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
3. 前記ボール（３）はガラス製であり、表面研磨がなされていることを特徴とする請求項１または２記載タンク内ガス圧制御バルブ。
4. 前記本体（１）は筒状に形成され下端部は概略半球形をなし、前記貫通口（４）は前記本体（１）の軸方向に形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
5. 前記下部ストッパー（５）および前記ダクトまたは前記貫通口の下部に形成されたダクトは、前記バルブ（Ｃ）の本体（１）に密閉状態で固定された別部材（２）に形成されていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
6. 前記本体（１）は機械加工による真鍮製であり、前記下部ストッパー（５）を含む前記別部材（２）はプラスチック成形品であることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
7. 前記バルブ（Ｃ）の本体（１）の動作を案内するための手段（11）を前記タンクのオリフィスの外側に備えることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
8. 前記タンクの上壁面に横転バルブが配置され、該横転バルブの本体（７）は、前記タンク内部に接続され前記オリフィス（10）から外部へと延びる流出口と、前記バルブ（Ｃ）の動作の案内手段（11）とを備えることを特徴とする請求項４から６のいずれか１項記載のタンク内ガス圧制御バルブ。
9. 前記タンクは内燃機関を備える自動車の燃料タンクであることを特徴とする請求項１から８記載のいずれか１項記載のタンク内ガス圧制御バルブ。

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