JP4206910B2

JP4206910B2 - フロートバルブ

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Publication number: JP4206910B2
Application number: JP2003385262A
Authority: JP
Inventors: 浩一吉原
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2003-11-14
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2023-11-14
Also published as: WO2005047686A8; WO2005047686A1; JP2005146974A; US20080029070A1; US7472717B2

Description

本発明は、自動車の燃料タンク内に発生する燃料ガスをキャニスターに導くためのフロートバルブに関する。

自動車においては、図５に示すように、燃料タンク２００の上部に、燃料タンク内に発生する燃料ガスをキャニスター３００に導くためのフロートバルブ１００が備えられている。また、フロートバルブ１００とキャニスター３００とは、連絡管４００により接続され、燃料タンク２００の燃料ガスがキャニスター３００に導かれる。このフロートバルブ１００よって、燃料タンク２００の内圧の急激な上昇を緩和するとともに給油口２５０からの燃料の吹き返しを防止している。

ここで、従来のフロートバルブを図６に示す。

従来のフロートバルブ１００は、内部に空間が形成されるケース１０１、ケース１０１の上面に開口する弁口１０２、ケース１０１の空間１０３に移動自在に収納されるフロート１０５、フロート１０５の上面に突設され弁口１０２を閉口する弁体部１０６、フロート１０５の内側に設けられフロート１０５を上方に付勢するバネ１０７、ケースの側面に形成される通気孔１０８、を備えている。

また、ケース１０１の上部には、図示しないキャニスターに燃料ガスを導くための図示しない連絡管が接続される。ここで、ばね１０７はフロート１０５の自重よりも小さい荷重でフロート１０５を常時上方に付勢しているが、正立時には浮力が働かない限りフロート１０５を押し上げることはない。

このようなフロートバルブ１００の動作を以下説明する。

図６に示すように油面Ｌが下位に位置する場合には、フロート１０５は、自重で降下し、ケース１０１内で下位に位置するので、弁体部１０６は、弁口１０２から充分離れている。

この状態においては、ケース１０１の空間１０３とキャニスター３００への連絡管４００とは弁体部１０６で遮断されることはなく、燃料タンク２００の内部に発生した燃料ガスは、通気孔１０８から空間１０３と連絡管４００とを経てキャニスター３００に導かれる。このため、タンク内圧は適宜に保たれ、また、安全かつ安定して給油することが可能となる。

次に給油による燃料タンク２００内の燃料の増加や、自動車の過度の傾斜若しくは転倒によって、燃料タンク２００内の燃料の液面位置が所定の液面位置を超えると、フロート１０５が浮力を受けて上昇し、弁体部１０６が弁口１０２に密着して閉弁状態となり、燃料の漏出を防止する（例えば、特許文献１参照。）。

しかしながら、上記従来のフロートバルブは、燃料ガスを効率良く排出して、例えば給油時の圧力損失を小さくするために、弁口１０２を大径とする必要があり、そのために弁体部１０６も大径なものとなる。

ところで、燃料タンク２００内の液面が降下したとき、フロート１０５は自重（フロー
ト自体の重量からスプリングによる付勢力を差し引いた荷重）によって降下するが、燃料タンク２００内の圧力とキャニスター３００側の連絡管４００との圧力差が大きく、燃料タンク２００内の圧力が高い場合には、弁体部１０６に作用する上方への力が、フロート１０５の自重を上回り、開弁されずに弁口１０２に張り付く問題があった。このような弁体部１０６の弁口１０２に対する張り付き力は、弁体部１０６の受圧面積に比例して大きくなる。

このため、燃料タンク２００内の液面が降下したとき、フロート１０５は自重によって降下して弁体部１０６を開弁させるところ、上述のとおり弁口１０２及び弁体部１０６の大径化を図った場合には、弁体部１０６の弁口１０２に対する張り付き力が増加し、液面が下がっても弁体部１０６が弁口１０２から開放されずに開弁されないという問題が生じる恐れがあった。

一方、このような弁体部１０６の貼り付きの問題を解決するために、フロート１０５の重量を重くすることで、貼り付きを防止して弁体部１０６の受圧面積を大きくしても安定した開弁特性を維持可能としたフロートバルブが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。

特開２００２−１１５６１３号公報特開平１０−８９１８２号公報

しかしながら、フロートの重量を重くすると、フロートの応答性が悪化し、車両の揺れ、傾斜、転倒等により燃料の液面水位が急激に上昇した場合でもフロートが迅速に応答せずに、燃料の漏出が発生するという問題が生じていた。

本発明は、上記した従来技術の課題を解決し、燃料ガスを効率良く排出するとともに、液面降下時には確実に開弁して、開閉弁特性を安定させ、更には、車両の揺れ、傾斜、転倒等により燃料の液面水位が急激に上昇した場合でもフロートの応答性を向上させて燃料の漏出が発生する恐れがない信頼性の高いフロートバルブを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために本発明のフロートバルブにあっては、内部に空間が形成されたケースと、前記ケースの側面又は底面に形成され前記ケース外内を連通する連通孔と、前記ケースの上面に形成される第１の弁口と、前記ケースの上面に形成され前記第１の弁口より大径である第２の弁口と、前記ケース内に移動自在に収納されるフロートと、前記
フロートの上面に設けられ前記第１の弁口を閉口する第１の弁体部と、前記第１の弁体部が貫通する開口部を有し、該開口部に前記第１の弁体部を貫通させた状態で前記フロートの上面に被せられるサブフロートと、前記サブフロートの上面に形成され前記第２の弁口を閉口する第２の弁体部と、を備えたフロートバルブにおいて、前記第２の弁体部は前記第２の弁口を貫通して上方に突設される軸部を有し、前記軸部に嵌合するリテーナ部が前記ケースの上面側に取り付けられ、前記リテーナ部に、前記サブフロートからの荷重が前記フロートに加わらないように前記サブフロートを上方に付勢するばねが配置されることを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記第２の弁体部が開弁した状態で平衡を保つように前記サブフロートを上方に付勢するばねを備えたことを特徴とする。

本発明の好ましい態様によれば、前記サブフロートからの荷重が前記フロートに加わらないように前記サブフロートを上方に付勢するばねを備えたことを特徴とする。

以上説明したように、本発明のフロートバルブによれば、大径の弁口を備えて燃料ガス
を効率良く排出するとともに、弁体部の弁口への貼り付き現象を防止して、液面降下時には確実に開弁して、開閉弁特性を安定させ、更には、車両の揺れ、傾斜、転倒等により燃料の液面水位が急激に上昇した場合でもフロートの応答性を向上させて燃料の漏出が発生する恐れがない信頼性の高いフロートバルブを提供することができる。

以下に図面を参照して、この発明の好適な実施の形態を例示的に詳しく説明する。ただし、この実施の形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の実施の形態に係るフロートバルブ１０の断面図を示す。

フロートバルブ１０は、燃料タンク２０の上部に取り付けられる。また、フロートバルブ１０の上面は、燃料タンク内に発生する燃料ガスを不図示のキャニスターに導くため、当該キャニスターと連通する不図示の連絡管の一端が接続される。

図１に示すように、フロートバルブ１０は、内部に空間１３が形成された円筒状のケース１１と、ケース１１の上面中央部に穿設される第１の弁口１２と、ケース１１の上面縁部に穿設され第１の弁口１２より大径である第２の弁口１４と、ケース１１内に移動自在に収納されるフロート１５と、フロート１５の上面中央部に突設され第１の弁口１２を閉口する円錐状の第１の弁体部１６と、第１の弁体部１６が貫通する開口部１９を中心部分に有しフロート１５の上面に被せられる略円筒状のサブフロート２１と、サブフロート２１の上面縁部に突設され第２の弁口１４を閉口する第２の弁体部２２と、ケース１１の外側面に形成される第１の連通孔１８と、ケース１１の下面に穿設され、空間１３と燃料タンク２０内とを連通する第２の連通孔２３と、を備えている。

第１の弁口１２の空間１３側には、下拡がり形状の第１の弁座１２ａが形成され、第１の弁座１２ａが第１の弁体部１６の外周面と気密性を保った状態で当接する。このためフロートバルブ１０が傾斜しても調芯されるので、傾斜時においても確実に弁口１２のシールが可能となる。

第２の弁口１４の空間１３側には、下拡がり形状の第２の弁座１４ａが形成され、第２の弁座１４ａが略半球状の第２の弁体部２２の外周面と気密性を保った状態で当接する。従って、第１の弁口１２と同様にフロートバルブ１０が傾斜しても調芯されて、確実に弁口１４のシールが可能となる。

また、第１の弁口１２の直径（シール径）をＸ、第２の弁口１４の直径（シール径）をＹとした時に、上述の通りＹ＞Ｘとなるように設定される。

フロート１５は、上面が径方向に突出するフランジ部１５ａを有し、更に、フランジ部１５ａより下方のフロート１５の外周面に周方向に延在する溝部１５ｂが形成される。

また、サブフロート２１の下方には、該サブフロート２１外周から径方向内側に突出する係止部２１ａが、サブフロート２１の円周方向に等間隔に数箇所形成される。そして、係止部２１ａがフロート１５の外周面に形成された溝部１５ｂ内を上下方向に移動するとともに、フランジ部１５ａに係止可能とされる。

第２の弁体部２２は、第２の弁口１４を貫通して上方に突設される軸部２４を有している。また、軸部２４の先端にはリテーナ部２６が、取り付けられる。

有底円筒状のリテーナ部２６は軸部２４の先端が開口側に嵌合する。また、リテーナ部２６の底面側は径方向に突出してフランジ部２６ａが形成される。

そして、リテーナ部２６の外周には、フランジ部２６ａとケース１１の上面との間に挟まれるように、ばね（コイルバネ）２７が配置され、サブフロート２１からの荷重がフロート１５に加わらないように、第２の弁体部２２及び該弁体部２２に一体に形成されるサブフロート２１を上方に付勢する。

また、フロート１５の内側には、凹部空間が形成され、該凹部空間内にフロートスプリング１７が配置される。フロートスプリング１７は、フロート１５の浮力を調整するためにフロート１５を上方に付勢する。ここで、フロートスプリング１７は、フロート１５の荷重に対して、フロート１５が正立状態では該フロート１５に浮力が働かない限りフロート１５を上方に押し上げない程度にバネ定数が設定される。

このように、サブフロート２１を上方に付勢するコイルバネ２７によりサブフロート２１の荷重がフロート１５に加わらないため、サブフロート２１によりフロート１５及び弁体部１６を押し下げることがなく、弁体部１６のシール性を妨げることが無い。

また、フロート１５が少なくとも最下位に位置する場合には、コイルバネ２７が弁体部２２を開弁した状態で、サブフロート２１の荷重との平衡を保つようにサブフロート２１を上方に付勢する。

このため、第２の弁口１４の開閉弁特性に弁体部２２、サブフロート２１及びリテーナ部２６の重量が影響すること無くなる。

図２はサブフロート２１の詳細を示す図であり、図２（ａ）は上面、図２（ｂ）は底面、図２（ｃ）は正面図を夫々示す。

弁体部２２のサブフロート２１側の基部には、円周方向の所定間隔毎に上下方向に延在するリブ２２ａが形成される。また、サブフロート２１の裏面側には、フロート１５の上面に対してサブフロート２１の裏面が若干の隙間を保つように、リブ２１ｂが形成される。このため、燃料ガスは、弁体部２２の外周に形成される各リブ２２ａの間、及びフロート１５上面とサブフロート２１の裏面との間で流出可能とされる。

次に、上記構成のフロートバルブ１０の動作について、図１、図３、及び図４を参照して説明する。

図１は、油面Ｌ１がフロートバルブ１０の下面よりも下位に位置する場合を示し、例えば、給油の初期段階が当該状態に該当する。

この場合、フロート１５の下面より液面が低いことから、フロート１５は自重により空間１３内でケース１１の下面に当接した状態となる。従って、第１の弁体部１６及び第２の弁体部２２が開弁した状態となり、弁口１２、及び弁口１４により充分な開口部を確保して、燃料タンク２０内の燃料ガスは、第１の連通孔１８から各弁口１２及び１４を通過して、効率良くキャニスターに向けて排出される。

図３は、車両の揺れ、傾斜、転倒又は給油等により、油面Ｌ２が第１の通気孔１８の下部に達した場合を示す。

この場合には、第２の連通孔２３からケース内１１に燃料が流入し、フロート１５は、浮力を得て、上方に移動し、第１の弁体部１６が第１の弁口１２を閉弁する。この時、コイルバネ２７により、サブフロート２１が上方に付勢されており、サブフロート２１の荷重がフロート１５に直接加わらないので、燃料の液面が急激に上昇するような場合でも、フロート１５の応答性が向上して、弁口１２を確実に閉弁して燃料の漏出を防止することが可能となる。

また、サブフロート２１は、フロート１５の上昇に伴って上昇し、第２の弁体部２２が第２の弁口１４を閉弁する方向に接近する。そして、第２の弁体部２２が第２の弁口１４の弁座１４ａに近づくと、そこを流れる燃料ガスの通路抵抗が大きくなり、該通路抵抗が所定範囲を超えると第２の弁体部２２に吸い上げ力が働き、その吸い上げ力により第２の弁体部２２が上昇させられて、図３に示すように、第２の弁口１４も閉弁状態となる。

この時に、サブフロート２１は、フロート１５の上面に被せられる形状であり、燃料による浮力を考慮する必要がないために小型・軽量とすることが可能となる。従って、燃料の液面が急激に上昇するような場合でも、サブフロート２１の応答性が向上して、弁口１４を確実に閉弁して燃料の漏出を防止することが可能となる。

ここで、給油時等におけるフロートバルブの急激な閉弁に起因する燃料タンク２０内の圧力の急上昇を防止する為に、まず、上記吸い上げ力を利用して第２の弁体部２２を上昇させて、第２の弁口１４を閉弁し、その後に、第１の弁口１２を閉弁するように設定して、各弁体部１６及び２２を階段作動させて、上記燃料タンク２０内の圧力の急上昇を防止することが望ましい。

図４は、車両の揺れ、又は傾斜等が回復した場合、若しくは、燃料を消費した場合等により、油面Ｌ３がフロート１５の下方に低下した場合を示す。

この場合には、フロート１５が液面の低下に伴って下方に移動する。第１の弁口１２は、第２の弁口１４に比べて、そのシール径Ｘが小径に設定されており、第１の弁体部１６の受圧面積が小さいために、第１の弁体部１６の弁座１２ａへの貼り付き力は、小さくなり、フロート１５の重量を大きくすることなく、フロート１５の下方への移動に伴って、第１の弁口１２を開放することが可能となる。

第１の弁口１２が開弁した後は、燃料タンク２０内の圧力とキャニスター側の連絡管との圧力差が小さくなり、第２の弁体部２２に作用する貼り付き力も減少する。そして、フロート１５の下降に伴って、フランジ部１５ａと係止部２１ａとが係合してサブフロート２１を下方に引き下げて、第２の弁体部２２の開弁が行われる。

この結果、サブフロート２１の重量も大きくすることなく、第１の弁口１２よりも大径の第２の弁口１４の開弁動作を可能とする。

このように、フロートバルブ１０の弁が全開状態となるのに要する圧力（再開弁圧）は、第１の弁体部１６側で設定できるので、フロート１５の重量を大きくしなくても、第１の弁口１２のシール径Ｘを小さくすることにより、第１の弁体部１６の弁座１２ａへの貼り付き力を小さくして、液面降下時には確実に開弁して開閉弁特性を安定させるとともに、第２の弁口１４のシール径Ｙを大径として、燃料タンク２０内の燃料ガスを効率良くキャニスターに向けて排出することが可能となる。

また、フロート１５及びサブフロート２１が分離しており、前述の通り再開弁圧は、弁座１２ａへの貼り付き力の小さい、第１の弁体部１６で設定できるので、第１の弁体部１
６及び第２の弁体部２２の安定した開閉弁特性を保持しつつ、フロート１５及びサブフロート２２の重量を小さくすることが可能となり、燃料の液面が急激に上昇するような場合でも、フロート１５及びサブフロート２１の応答性が向上して、各弁口を確実に閉弁して燃料の漏出を防止することが可能となる。

図１は、本実施の形態に係るフロートバルブの断面図を示す図である。図２は、図２はサブフロートの詳細を示す図である。図３は、本実施の形態に係るフロートバルブの断面図を示す図である。図４は、本実施の形態に係るフロートバルブの断面図を示す図である。図５は、燃料タンクとフロートバルブとキャニスターの位置関係を示す断面図である。図６は、従来のフロートバルブの断面図を示す図である。

符号の説明

１０ …フロートバルブ
１１ …ケース
１２ …第１の弁口
１３ …空間
１４ …第２の弁口
１５ …フロート
１６ …第１の弁体部
２１ …サブフロート
２２ …第２の弁体部
２７ …ばね（コイルバネ）

Claims

内部に空間が形成されたケースと、
前記ケースの側面又は底面に形成され前記ケース外内を連通する連通孔と、
前記ケースの上面に形成される第１の弁口と、
前記ケースの上面に形成され前記第１の弁口より大径である第２の弁口と、
前記ケース内に移動自在に収納されるフロートと、
前記フロートの上面に設けられ前記第１の弁口を閉口する第１の弁体部と、
前記第１の弁体部が貫通する開口部を有し、該開口部に前記第１の弁体部を貫通させた状態で前記フロートの上面に被せられるサブフロートと、
前記サブフロートの上面に形成され前記第２の弁口を閉口する第２の弁体部と、
を備えたフロートバルブにおいて、
前記第２の弁体部は前記第２の弁口を貫通して上方に突設される軸部を有し、
前記軸部に嵌合するリテーナ部が前記ケースの上面側に取り付けられ、
前記リテーナ部に、前記サブフロートからの荷重が前記フロートに加わらないように前記サブフロートを上方に付勢するばねが配置されることを特徴とするフロートバルブ。
燃料の液面の上昇に伴って前記フロート及びサブフロートが上昇する過程において、前記第２の弁口を流れる燃料ガスの通路抵抗によって生じる、前記第２の弁体部を吸い上げる吸い上げ力を利用して、第１の弁口よりも第２の弁口を先に閉弁させるように設定されていることを特徴とする請求項１に記載のフロートバルブ。