JP4803461B2 - 機械式作動隔離バルブを備えた燃料タンクエミッションコントロールシステム - Google Patents

Description

本発明は、特に、燃料タンクエミッションコントロールシステムに有用な隔離バルブに関するものである。

燃料蒸発ガスエミッションコントロールシステムは、ガソリン自動車、特に小型乗用トラック及び乗用車の製造業者に課せられる環境及び安全法規に適合するために、大部分において、益々、より複雑になってきている。システム全体の複雑さに加えて、個々の構成要素の複雑さも増大してきている。

ガソリン自動車産業に適用する特定の法規は、燃料タンクの換気システムからの燃料蒸発ガスの放出がエンジンの停止中に貯留されることを要求する。燃料蒸発ガスエミッションコントロールシステム全体に対して、その意図された目的のための機能を維持するため、車両の運転中、貯留された炭化水素蒸発ガスの周期的なパージ（浄化）が必要である。

パージ中、全ての燃料蒸発ガス通路は、炭化水素蒸発ガスが貯留されたキャニスタへ開放する。圧力及び流量の変動は、パージ中のそのような通路の影響下で運転中のエンジンの効率、有効性及び排気ガスの排出に悪影響を及ぼす。燃料タンクに隣接するキャニスタをパージしている間、燃料タンクへの蒸発ガス通路が開くことによって被るいくつかは望ましくないそのような影響を解消するため、燃料タンク隔離バルブが使用されている。

機械的に（例えば空気圧に応答して）作動されるバルブが公知である。例えば特許文献１を参照されたい。しかしながら、燃料タンクエミッションコントロールシステムの現在の主流は、電気的に作動されるバルブを含む傾向がある。特許文献２は、燃料タンク隔離バルブを使用する燃料蒸発ガスエミッションコントロールシステムを説明している。この燃料タンク隔離バルブは、電気的に作動される。電気的に作動されるバルブは、その称するところでは、従来のダイアフラム−作動バルブに関連して知られる欠点を克服するために開発された。このため、現在の燃料タンクエミッションコントロールシステムは、電気的に作動されるバルブにかなり依存している。例えば、特許文献３における電気的に作動されるバルブの検討を参照されたい。特許文献４は、更に、燃料タンクエミッションコントロールシステムで使用される電気的に作動されるバルブを検討している。
米国特許第４７１４１７２号明細書 米国特許第６６６８８０７号明細書 米国特許第６５５３９７５号明細書 米国特許第６６３７２６１号明細書

実用の燃料タンクエミッションコントロールシステムを形成するために様々な構成要素が接続される。従来の燃料タンクエミッションコントロールシステムの１つが従来技術の図１に示されている。この燃料タンクエミッションコントロールシステムは、燃料タンク２に抵抗のない通路を介して接続されて燃料タンク２から直接的に炭化水素燃料蒸発ガスを受取る貯留装置（例えばキャニスタ）１を含み、このキャニスタ１は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）５に接続された制御バルブ４によって開閉可能な大気パージバルブ３を有している。燃料タンク２には、タンク圧力センサ６が接続されて、タンク２の内圧を検出し、これに基づく関連する電気的な入力信号をＥＣＵ５に供給する。

キャニスタ１には、燃料蒸発ガス出口ライン７が接続されて、炭化水素蒸発ガス流をエンジンでの内部燃焼のために下流に供給する。キャニスタ１からの燃料蒸発ガス出口ライン７を通る炭化水素蒸発ガス流は、コントロールオリフィス８を通過し、オリフィス８の下流側は、エンジンパージコントロールバルブ９の入口に接続され、エンジンパージコントロールバルブ９の出口は、エンジン１０の燃焼空気入口すなわち吸気マニホールドに接続されている。エンジンパージコントロールバルブ９は、ＥＣＵ５によって制御される電気的に作動されるバルブである。

電気的に作動される常開バルブ１１は、コントロールオリフィス８をバイパスするように接続されて、これもＥＣＵ５によって制御される。コントロールオリフィス８を横切る圧力降下を検出するために差圧センサ１２が接続されて、関連する電気的入力信号をＥＣＵ５に供給する。

そのバルブの機械的作動から電気的作動への変換を含む燃料タンクエミッションコントロールシステムにおける最近の革新は、常にシステム全体に有利であるわけではない。例えば、車両に含まれるより多くの構成要素が電気的に制御されるように設計されるほど、車両の総コストが増大することになる。更に、個々の機能を実行するための電気的な構成要素の使用による多大な信頼性は、電気的システムが適切に機能することに基づいている。電気的システムにおける小さな割り込み処理は、これにより、車両のオペレーティングシステム全体にわたって広範な影響を与える可能性がある。この割り込み処理がその燃料タンク隔離バルブの適切な開閉に影響したとき、その影響は、望ましくない、あるいは、非合法的でさえある汚染物質の環境への放出、又は、結果として関連するエンジンの機械的な故障を引起すところにまで広がる可能性がある。

このため、改良された燃料タンク隔離バルブが望まれている。

本発明の隔離バルブは、燃料タンクエミッションコントロールシステムに使用するときだけでなく、同様に作動するバルブが望まれる他のシステムにも有利に提供される。本発明の隔離バルブは、好都合に機械式に駆動されるので、その中の電気的な部品の信頼できる作動に依存しない。

更に、本発明の構造及び設計は、多くの適用例に使用されるとき、かなりのコストの節約及び重量の軽減の有益な特性を提供する。例示的な一実施形態では、本発明の隔離バルブは、より大きなアセンブリの中で、縦置き又は横置きのいずれでも本質的に同じ機能を提供することができる。これにより、そのようなバルブを使用するとき、全体設計の自由が拡大される。

概して、本発明の隔離バルブは、第１構成要素（例えば燃料タンク）に流体接続する第１ポートと、第２構成要素（例えば炭化水素蒸発ガスの貯留のためのキャニスタ）に流体接続する第２ポートと、第３構成要素（例えばエンジンパージコントロールバルブ）に流体接続する第３ポートと、当該バルブ内に配置されたダイアフラムであって、これを横切る差圧に応答して常開の内部通路を閉じて、第１ポートと第２ポートとの間の流体接続を遮断するダイアフラムと、ダイアフラムを横切る差圧を制御する流量検知圧力装置（例えば出口バルブ）と備えている。この構成により、常開の内部通路が閉じたとき、流体が第２構成要素から第３構成要素へ流れる。特定の実施形態では、第２構成要素から第３構成要素への流体の流量にかかわらず、ダイアフラムを横切って本質的に一定の差圧が維持される。他の特定の実施形態では、第１構成要素内の圧力がダイアフラムを横切る差圧に達しない限り、常開の内部通路が閉じて、第１構成要素と第３構成要素との間の流体の流れが阻止される。

そのような隔離バルブのダイアフラムの移動量は、全体システムの設計に依存して変化する。しかしながら、例示的な一実施形態では、作動中、ダイアフラムは、縦方向に第１方向に約３／１６インチ（４．７６２５ｍｍ）移動することによって常開の内部通路を閉じる。

一実施形態では、ダイアフラムを横切る差圧は、常開の内部通路が閉じた後、第２構成要素から第３構成要素へ流体の流量の増大に対して、約２インチ（５．０６ｃｍ）から約４インチ（１０．１６ｃｍ）大気圧水柱の比較的一定のレベルに制御される。例えば、第２構成要素から第３構成要素への流体の流れは、約１００ｌｐｍまでの流量を生じることがある。

他の実施形態では、本発明の隔離バルブは、関連する過剰圧力リリーフスプリングと同様に過剰圧力リリーフリングを備えている。これらの部品は、内部通路が開かれ又は閉じられたとき、第１構成要素からの過剰圧力の充分な通気を促進する。特定のバリエーションでは、第１構成要素内の圧力は、約１０インチ（２５．４ｃｍ）大気圧水柱以下のレベルに維持される。例示的な一実施形態によれば、常開の内部通路が閉じて、第２構成要素から第３構成要素に流体が流れたとき、第２構成要素から第３構成要素への流体の流量にかかわらず、第１構成要素に関連するリリーフ圧力は、本質的に一定である。

例示的な一実施形態では、本発明の隔離バルブは、燃料タンクエミッションコントロールシステムに使用するのに適しており、一般的に燃料からなる流体の流れが隔離バルブによって調整される。そのような燃料タンクエミッションコントロールシステムは、例えば、乗用車、小型乗用トラック等のガソリンエンジン車両に有利に使用される。この実施形態では、隔離バルブは、燃料タンク、キャニスタ及びエンジンパージコントロールバルブの間に流体接続される。作動中、燃料タンク隔離バルブは、電気的な部品の信頼性の高い作動に依存することなく、これに流体接続された燃料タンクを隔離しながら、同時に、燃料タンクエミッションコントロールシステム内の炭化水素キャニスタをパージすることができる。このようにして、同時に燃料タンクから燃料蒸発ガスが吸引されないので、キャニスタから可燃性炭化水素蒸発ガスが、より急速かつ制御された流量で吸引される。

本発明は、効率的で有効な機械的に作動される隔離バルブを提供する。本発明の隔離バルブは、特に、燃料タンクエミッションコントロールシステムに役立つものである。本発明の例示的な実施形態に従って、本発明のダイアフラム−作動隔離バルブは、燃料タンクエミッションコントロールシステムに使用して（「燃料タンク隔離バルブ」という）、エンジンで炭化水素キャニスタをパージし、同時に、これに流体接続された燃料タンクを隔離する。

「流体的」、「流体」という語及び類義語の使用は、全て、気相、液相又は気液相の混合を意味することに注意された。多くの実施形態において、これらの用語は、揮発性液体燃料の気相（例えば、炭化水素燃料蒸発ガス）を意味する。

本発明の一実施形態に従って燃料タンクをキャニスタ（これにより、関連するエンジン）から隔離することによって、燃料タンクエミッションコントロールシステム内のキャニスタの効率的で効果的なパージを可能にする。パージ中にそのような隔離を行うことによって、同時に燃料タンクから燃料蒸発ガスが吸引されないので、キャニスタ内部の可燃性の炭化水素蒸発ガスをより迅速かつ管理された流量で吸引することができる。更に、従来技術において公知の一般的により高価な電動バルブの使用に比して、本発明は、相当なコストの節約だけでなく、システムがその電子部品の信頼性の高い作動に依存しないバルブによって信頼性を得られるようにする。このように、本発明の機械的に作動される隔離バルブは、電気的な割り込み処理又は故障に関係することが多い悪影響を及ぼすことなく信頼性の高い作動を行う。

図２を参照して、本発明のシステムの一実施形態では、本発明の燃料タンク隔離バルブ２０は、キャニスタ２２、燃料タンク２４及び大気パージバルブ２６の間に流体接続されている。燃料タンク隔離バルブ２０は、キャニスタ２２をパージして、そこに貯留された蒸発ガスを内部燃焼させるためにエンジン吸気マニホールド負圧２８によってエンジン（図示せず）に移送中に作動して、キャニスタ２２と燃料タンク２４との間の燃料蒸発ガス通路を開閉させる。エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０、タンク圧力センサ３２、及び、キャニスタ２２から燃料蒸発ガスがコントロールオリフィス３６を介してエンジンパージコントロールバルブ３８に流れるように接続された燃料蒸発ガス出口ライン３４等の他の一般的な燃料タンクエミッションコントロールシステムの構成要素は、システム全体の中に含めることができる。このような一実施形態が図２に示されており、したがって、これは、図１の従来技術に示される燃料タンクエミッションコントロールシステムと類似点を有している。更に、図２に示される実施形態では、常開バルブ４０がコントロールオリフィス３６をバイパスしている。常開バルブ４０は、差圧センサ４２の出力から供給された電気信号に基づいて作動する。差圧センサ４２は、コントロールオリフィス３６を横切る圧力降下を検出するように接続されて、これに関係する電気的な入力信号をＥＣＵ３０に供給する。

本発明の燃料タンク隔離バルブは、貯留された炭化水素蒸発ガスの関連する内燃機関への移送にかかわるパージ実行中のパージ流に関係する差圧を検知し、これに基づいて作動する。パージ流の特性及びタイミングは、当業者には公知のように、一般的にいくつかの従来の構成要素の相互作用に基づいて制御される。一般的な実施形態では、パージ流の特性及びタイミングは、エンジンの性能及びキャニスタ２２内の可燃性炭化水素蒸発ガスの特性及び量に基づいて決定される。キャニスタ２２のパージを行うために、あらゆる適当な構成要素を使用することができる。本発明の燃料タンク隔離バルブは、本質的に機械式であるが、システム内の他の構成要素は、あらゆる適当な方式、例えば、電気式、機械式、その他の方式とすることができる。例えば、そのような構成要素は、図２のエンジンパージコントロールバルブ３８等の電動（例えばソレノイド駆動）バルブを含むことができる。

図２に示される実施形態では、燃料タンクエミッションコントロールシステムにおいて、ソレノイドエンジンパージバルブ３８は、本発明の燃料タンク隔離バルブに連動して作動する。ソレノイドエンジンパージバルブ３８は、燃料タンク２４からキャニスタ２２に集められた炭化水素蒸発ガスを効果的にパージするように作動する。そのようにパージされた炭化水素蒸発ガスは、その後、内部燃焼のために、作動的に接続されたエンジン（図示せず）に移送される。

この目的のために様々なソレノイドバルブを適用することができる。例えば、１つの適当なソレノイドエンジンパージコントロールバルブは、入口ポート及び出口ポートを有するハウジングを含む。図２に示される方法では、入口ポートは、通路を介してキャニスタ２２のパージポートに流体接続される。出口ポートは、通路を介してエンジン吸気マニホールドの負圧２８及びエンジンに流体接続される。

更なるソレノイドエンジンパージコントロールバルブ３８の内部の例示は、入口ポートと出口ポートとの間を流体接続する内部通路を開閉するためにハウジング内に配置された作動機構である。この機構は、弁体を常閉位置（すなわち、入口ポートと出口ポートとの間の内部通路を塞ぐ）に付勢するスプリングを含んでいる。作動機構（例えば、ソレノイド）がＥＣＵ３０からのエンジンパージコントロールバルブ信号によって励起されたとき、アーマチャがスプリングに抗して内部通路を開いて、入口ポートと出口ポートとの間の流れを可能にする。

本発明のシステム及び構成要素全体にわたって、参照される通路は、本システム及び構成要素の意図された機能を実質的に妨げない限り、当業者に公知の付加的な構成要素を含んでもよいことに注意されたい。例えば、様々な圧力センサ、バルブ及びオリフィスをそのような通路に配置してもよい。

一実施形態では、本発明の燃料タンクエミッションコントロールシステムにおいて、エンジンパージコントロールバルブの入口とキャニスタとの間の通路のバルブ数に対して、エンジンパージコントロールバルブと燃料タンクとの間に、１つのみバルブを追加するだけであるという利点がある。これは、全体設計をシンプルにし、追加部品の装着及びメンテナンスの必要性を最小限にする。

図２を更に参照して、燃料タンク隔離バルブ２０は、燃料タンク２４（一般的には燃料蒸発ガスドームすなわち燃料タンクの上部空間）とキャニスタ２２との間に一連のバルブポートを介して直列に接続されている。本発明の隔離バルブは、燃料タンクエミッションコントロールシステム以外のシステムにも使用することができるが（すなわち、本発明の隔離バルブは、同様な操作バルブが望まれるあらゆる場所に使用することができる）、理解の容易のため、本発明の隔離バルブは、一実施形態において、燃料タンクエミッションコントロールシステムに使用されるものに関連する燃料タンク隔離バルブとして説明される。この点については、図２の燃料タンクエミッションコントロールシステムに示される構成要素は、以下に説明する図３Ａ乃至図３Ｈに関連して更に参照する。

この点については、図３Ａ乃至図３Ｃに特に示されるように、本発明の燃料タンク隔離バルブ２０は、第１構成要素、例えば燃料タンク２４から燃料タンク隔離バルブ２０への通路に接続する第１ポート４４を含んでいる。また、第２構成要素、例えば炭化水素蒸発ガス貯留用のキャニスタ２２から燃料タンク隔離バルブ２０への通路に接続する第２ポート４６が含まれている。更に、第３構成要素、例えばエンジンパージコントロールバルブ３８から燃料タンク隔離バルブ２０への通路５０（図２に示される）に接続する第３ポート４８がそこに含まれている。

図３Ａ乃至図３Ｃの燃料タンク隔離バルブ２０の内部の更なる詳細は、図３Ｄ乃至図３Ｈに示されている。ここには、パージの実行に応答して、常開の内部通路を閉じて、第１ポート４４と第２ポート４６との間の連通を遮断し、更に、以下に説明する状況下で第１ポート４４と第３ポート４８との間の流体の流れを阻止するためのダイアフラム５２が含まれている。図３Ｄ、３Ｆ及び３Ｇに示されるように、接続されたキャニスタ２２からの炭化水素蒸発ガスのパージの開始及び各パージ間においては、ダイアフラム５２は、ダイアフラムスプリング５４と協働して位置決めされて、第１及び第２ポート４４及び４６を介して導管６２及び６０を通るキャニスタ２２と燃料タンク２４との間の燃料蒸発ガス通路５６を遮断しない。本発明の例示的な一実施形態では、ダイアフラム５２は、差圧が選択された差圧閾値に達するまで、その常開位置から移動しないように設計されている（移動によって内部の蒸発ガス通路の物理的な調整及び可能な遮断を行うことができる）。

特に図３Ｄを参照して、キャニスタ２２のパージの開始時に、パージ流によってダイアフラム５２を横切って差圧が生じる。この差圧が差圧閾値に達すると、ダイアフラム５２が移動して隔離バルブ内のシート６３とシール６４との接触によって燃料タンク２４をキャニスタ２２から流体的に隔離する。これにより、キャニスタ２２のパージの開始時に生じた差圧は、迅速に増大して、差圧閾値に達したとき、ダイアフラム５２を移動させて、キャニスタ２２と燃料タンク２４との間の隔離バルブ内に配置された常開の蒸発ガス通路５６（図３Ｄ及び３Ｆ乃至３Ｇに開いた状態を示す）を図３Ｅに示すように閉じる。

このようなダイアフラム５２の移動の結果、燃料タンク２４への第１ポート４４が閉鎖することになる。このように燃料タンク２４への第１ポートが閉じられると、キャニスタ２２からエンジンパージコントロールバルブ３８へのパージ流が増大して、キャニスタ２２及び大気パージバルブ２６を横切る圧力降下が更に増大する。これにより、効率的かつ効果的なキャニスタ２２のパージが可能になる。燃料タンク２４への第１ポート４４が前もって閉じられるので、シール６４のシート６３に対する移動によってダイアフラム５２が閉じると、燃料タンク２４は、室５６内のより大きな差圧にさらされることがない。これにより、キャニスタ２２のパージによって、燃料タンク２４内から炭化水素蒸発ガスが不必要に吸引されることがない。

ダイアフラム２５の所望の移動を行い易くするため、ダイアフラムスプリング５４は、ダイアフラム５２の上方に燃料タンク２４に導くポート４４内へ延ばして配置されている。例示的な一実施形態では、ダイアフラムスプリング５４は圧縮ばねである。

上述のように、パージの実行の開始時に差圧閾値に達すると、キャニスタ２２と燃料タンク２４との間の隔離バルブ内の常開の燃料蒸発ガス通路５６は、ダイアフラム５２が第１縦方向（例えば、最終的なバルブ組立における位置に対してダイアフラム５２の燃料タンク２４側の上方）に、「閉」位置までほぼ一定距離だけ移動することによって閉じる。ダイアフラム５２は、ダイアフラム５２を横切る差圧が差圧閾値未満のレベルに低下（例えば、エンジンパージコントロールバルブ３８がキャニスタ２２の更なるパージを続行しないことに応答する）するまで、その位置に留まり、ダイアフラム５２が第２縦方向（例えば、最終的なバルブ組立における位置に対して、ダイアフラム５２のキャニスタ２２側の下方）に移動することによって元の位置に復帰して、同じほぼ一定距離の第１方向と反対の「開」位置へ移動する。一般的に４シリンダからＶ８エンジンのどれかである小型乗用トラック又は乗用車のエンジンに対して、この一定距離は、約３／１６インチ（４．７６２５ｍｍ）である。しかしながら、この一定距離は、システム全体の設計及びその意図する適用によって変化させられることを理解すべきである。

パージ実行中にダイアフラム５２を横切る差圧の発生及び制御に寄与するのは、例えば出口弁６５等の流量検知圧力装置であり、これは、本発明の燃料タンク隔離バルブの好ましい補助構成要素である。差圧閾値レベルに達すると、この好ましいタイプの流量検知圧力装置（すなわち出口バルブ６５）は、それに応じて開弁することにより、ダイアフラム５２を横切る差圧の更なる実質的な増大をリリーフする。

図３Ｄを参照して、出口バルブ６５は、燃料タンク隔離バルブ２０内のダイアフラム５２の両側（すなわち、キャニスタ２２側及び燃料タンク２４側）の室６６と室６８との間の差圧を発生及び制御するように作動する。室６６と室６８との間の差圧が差圧閾値に達してダイアフラム５２が閉位置に移動されたとき、燃料タンク２４は、キャニスタ２２から流体的に隔離される。ダイアフラム５２を上方に移動させる力は、ダイアフラム５２の両側に作用する圧力に起因する正味の力である。本発明の例示的な一実施形態において、パージの実行が開始されたとき、このパージ流およびその増大速度によって、引起されたダイアフラム５２に対する上方への圧力の大きさは、出口バルブ６５によって制御される。

図４は、そのような実施形態において、出口バルブ６５を通るパージ流の流量に対する室６６におけるダイアフラム５２に対する上方への圧力の様子をグラフに示している。初期のパージ流の増大によって、その関係を表す線分７０は、比較的に迅速かつ定常的な速度の圧力の上昇に本質的に線形となる。この段階の間、出口バルブ６５は、閉じられている。パージ実行中に圧力の迅速な上昇は、ダイアフラム５２を上方へ移動させて、燃料タンク２４をキャニスタ２２から流体的に隔離する。このような上方への移動は、低速のパージの流れでも可能である。差圧閾値に達すると、出口バルブ６５が開いて、ダイアフラム５２に対する上方への圧力を解放する。差圧閾値に達して出口バルブ６５が開いた後、圧力の更なる上昇が最小限にされる。このようにして、ダイアフラム５２を横切る差圧は、ほぼ差圧閾値に維持される。この差圧に関連して、ダイアフラム５２に対する上方への力は本質的に一定となる。パージの継続のための上方への比較的一定の力の維持は、効率的かつ効果的なキャニスタ２４のパージ及び燃料タンク２４の過剰圧力リリーフのための構成要素の効果的な作動を可能にし、これについては、以下に更に詳細に説明する。

図４に示される圧力閾値７２は、隔離バルブが使用される全体システムによって変化する。更に、隔離バルブは、一般的に、圧力閾値が隔離バルブの意図された適用に依存するように設計される。本発明の特に有益な実施形態では、隔離バルブは、小型乗用トラック又は乗用車用の燃料タンク隔離バルブであり、圧力閾値７２は、一般的な毎分約２リットル（２ｌｐｍ）のパージ流量に関して、約２インチ（５．０８ｃｍ）乃至約４インチ（１０．１６）大気圧水柱(ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｗａｔｅｒ)である。しかしながら、燃料タンク隔離バルブは、広範囲のパージ流量（例えば、約７０ｌｐｍ乃至約１００ｌｐｍまで）に関して有効であるべきであり、作動中に燃料タンク隔離バルブが受けるパージ流量がいかなるものであっても、圧力閾値７２を本質的に一定に維持すべきである。

図３Ｄ乃至３Ｈに示されるように、例示的な一実施形態では、出口バルブ６５は、例えば、下部にテーパ状すなわち円錐形状を有し、端部のオリフィス７６と協働するスプリング付勢されたピン７４を有している。例示的な一実施形態では、ピン７４用のスプリング７８は、圧縮ばねである。ピン７４がオリフィス７６の下部の内部で上方に移動することにより、非平面形状のオリフィス下部表面によってオリフィス７６の有効径が変化する。図示の実施形態によれば、オリフィス７６のテーパ状の下部表面側が本質的に一定の傾斜を有しているため、ピン７４がオリフィス７６の下部を通して上方へ移動したとき、オリフィス７６の有効径が本質的に線形で変化する。このようにピン７４が上方に移動することにより、パージ実行中に更なるパージ流に対するバイパスが提供される。差圧閾値に達すると、このような出口バルブ６５の作動によってダイアフラム５２に対する上方への追加的な力の作用を最小限にする。このようなバルブ技術の当業者によって理解されるように、出口バルブ６５等の圧力検知流量装置及びその補助構成要素の寸法は、それが受ける流量及び調整されて許容され又は望まれる差圧を生じる流量に応じて変化する。

本発明によって燃料タンク２４が隔離されたとき、閉じられたダイアフラム５２の上端部８０のシール６４は、本発明の例示的な一実施形態ではフランジが形成されているが、上部バルブハウジング８２のシート６３にしっかりと当接してシールされた境界を形成する。例えば、このシールされた境界は、一実施形態では、プラスチック対プラスチックシールである。例示的な一実施形態では、燃料関連応用装置のための１つの好適な適用例として、このシールされた境界は、ラバーシールからなる。特に図３Ｈを参照して、ここに示される例示的な実施形態によれば、上部バルブハウジング８２は、蓋８４又は同様な部品に固定的に結合して、一体化した部品を取囲む。

図２に示されるように、燃料タンク２４内に所望の圧力を維持するため、多くの場合、タンク圧力センサが使用されて燃料タンク２４の所定圧力を超える圧力を検出する。追加的なタンク圧力センサを使用することができるが、本発明の更なる実施形態では、それらを必要としない。燃料タンク２４内の所望の圧力は、燃料タンクエミッションコントロールシステムの全体構造及びその適用に依存する。多くの例示的な実施形態では、燃料蒸発ガスドーム圧力は、約１０インチ（２５．４ｃｍ）大気圧水柱以下のレベルに維持される。この燃料蒸発ガスドーム圧力の維持は、本発明の特定の適用例において要求される。

燃料蒸発ガスドーム圧力は、一般的に給油中に増大する。このため、本発明の他の実施形態によれば、燃料タンク２４内の圧力センサが利用されて、給油の実行が検出されたとき（すなわち、関連する燃料タンク圧力の急な上昇に基づく）、信号を作動接続されたＥＣＵ３０に送信する。この信号は、ＥＣＵ３０を作動させて、燃料タンクエミッションコントロールシステム内の他の構成要素に信号を送信して、給油による濃い炭化水素蒸発ガスが望ましくない流速でエンジンに流れないようにパージの実行を停止する。

加えて、燃料蒸発ガスドーム圧力は、燃料タンク２４内の温度の変動及び液面動揺によって望ましくないレベルに増大することもある。一般的に、これらの原因による燃料蒸発ガスドーム圧力の上昇は、給油によるものに比して相当に急速ではない。このため、圧力センサは、一般的に、それらの場合には、給油中に燃料蒸発ガスドーム圧力の急速な上昇が検出されたときに行うようなパージの実行停止のための信号を発信しない。

燃料タンク２４の圧力の減少（例えば、燃料タンク２４内の過剰圧力のリリーフの促進）が望まれた場合、本発明の例示的な燃料タンク隔離バルブは、そのような減少を可能にする。好都合に、燃料タンク２４の過剰圧力は、本質的に炭化水素蒸発ガスを大気へ通気することなく解放される。例えば、図３Ｄ乃至図３Ｈを通して示されるように、例示的な燃料タンク隔離バルブでは、燃料タンク２４内の過剰圧力（例えば、温度変動及び／又は液面変動によって生じる）は、過剰圧力リリーフスプリング８６及び関連する過剰圧力リリーフリング８８を設けることによって効果的かつ効率的にリリーフすることができる。

この実施形態によれば、燃料タンク２４からキャニスタ２２へ、また、キャニスタ２２からエンジンパージコントロールバルブ３８への内部流体通路は、過剰圧力リリーフリング８８によって形成されたシールによって、通常、閉じられている。燃料タンク２４の圧力が所望のレベルに維持されているとき、この流体通路は、ダイアフラム５２が移動して隔離バルブの常開の内部通路５６を遮断しているか否かにかかわらず、閉鎖される。さらに、過剰圧力リリーフリング８８によって形成されるシールは、最小限である。例示的な一実施形態では、このシールは、一般的に約１インチ（２．５４ｃｍ）大気圧水柱より小さい差圧を受けたとき、解放される。シールを解放して過剰圧力リリーフリング８８を「開く」この差圧は、過剰圧力リリーフポイントと言われる。

例えば、燃料タンク２４内からキャニスタ２２への過剰圧力の通気が望まれるとき、ダイアフラム５２が燃料タンク２４とキャニスタ２２との間の流体接続を可能にする位置にあるほか、過剰圧力リリーフリング８８は、各パージの実行の間隙で、下方（「開」位置）へ移動可能である。すなわち、各パージの間隙で、燃料タンク２４とキャニスタ２２との間を流体接続することが必要なとき、過剰な燃料タンク２４の圧力は、過剰圧力リリーフリング８８の開口を通してリリーフされる。このように、各パージの間隙で、望ましい燃料タンク圧力が超過されたとき、燃料タンク２４は、一般的に比較的少量の過剰の炭化水素蒸発ガスをキャニスタ２２に通気することができる。このような炭化水素蒸発ガスは、その後、パージを実行するまでキャニスタ２２に貯留され、そのパージの実行によって、貯留された炭化水素蒸発ガスは、エンジンパージコントロールバルブ３８を介してエンジン１０に移送される。

本発明のこの実施形態によれば、パージの実行中、ダイアフラム５２が常閉であるにもかかわらず、それでも、過剰圧力のリリーフを効果的に行うことができる。パージ実行中、ダイアフラム５２に対する上方への力は、燃料タンクと燃料タンク内の過剰圧力を蓄圧するパージ室との間の差圧の増大に起因して作用する下方への力によって打ち負かされる。パージ通気中、図４に示されるように、圧力閾値７２に達すると、ダイアフラム５２を横切る差圧は、パージ流の流量の増大に伴って僅かに増大し、その量は、タンクとパージ室との間の差圧によって生じるダイアフラム５２に対する下方への力を相殺するのにちょうど充分であることに注意されたい。よって、パージ実行中、本質的に、燃料タンクに対する一定の開放圧力（すなわちリリーフ圧力）が維持される。いかなるパージ流の流量でもパージ実行中、本質的に一定のリリーフ圧力が維持される。このように、パージ実行中に、望ましい燃料タンク圧力を超えたとき、燃料タンク２４は、エンジンパージコントロールバルブ３８への一般的に比較的少量の超過の炭化水素蒸発ガスを通気することができる。燃料タンク２４内の過剰圧力のより急速なリリーフが望まれるときは（すなわち、過剰圧力のエンジンパージコントロールバルブ３８への通気によって、より急速なリリーフが可能な場合）、過剰圧力リリーフリング８８が開いて、過剰圧力のキャニスタ２２への通気を可能にする。キャニスタ２２から、そのような炭化水素蒸発ガスがエンジンパージコントロールバルブ３８を介してエンジン１０へ移送される。

本発明の他の実施形態では、本発明の燃料タンクエミッションコントロールシステムに圧力減衰漏れチェックが含まれる。本発明の圧力燃料タンク隔離バルブは、燃料タンクエミッションコントロールシステム及びより大きなアセンブリ内の多くの他の望ましい構成要素と同様、一般的な圧力減衰漏れチェック機構と接続して有効に作動することができる。例えば、圧力減衰漏れチェック中に、本発明の燃料タンク隔離バルブは、圧力減衰漏れチェックのテストが失敗しないように、充分な速度でダイアフラムの両側の室間の圧力を等しくすることができる。

本発明の隔離バルブは、あらゆる適当な材料及び部品から製造される。理想的には、材料は、燃料、クーラント、潤滑剤（例えば変速機オイル）及び水等の様々な液体を含む作動状態の環境に耐えるように選択される。例示的な一実施形態では、隔離バルブは、燃料蒸発ガスエミッションコントロールシステムに適用してもバルブが有効に作動できるような材料及び部品から構成されている。例示的な一実施形態では、本発明の隔離バルブは、より大きなアセンブリ内で直立又は横の配置のいずれでも本質的に同じ機能を提供するように構成される。例えば、その内部で圧力検知流量装置に連動するスプリングの使用は、重力の影響に抗して所望の特性が得られる一つの方法である。

好都合に、本発明の燃料タンク隔離バルブは、電気的な駆動に基づいて作動するバルブに比して、コスト及び重量を低減し易い。例えば、コスト及び重量は、それぞれ約７５％以上減少させることができる。これにより、そのようなバルブは、関連するエンジンの運転中にキャニスタから炭化水素蒸発ガスを効率的かつ効果的にパージするだけでなく、それらの作動に関連する機能的な改良にもかかわらず、それらの特性をも改善する。

当業者には、添付の特許請求の範囲に定義された本発明の思想及び範囲から逸脱することなく、本発明の様々な修正及び変形が明らかになるであろう。いずれの方法クレームに示されるステップも、そこに示された順序で実行される必要がないことに注意すべきである。当業者は、そこに示された順序から、そのステップを実行するバリエーションを認識するであろう。

従来技術の燃料蒸発ガスエミッションコントロールシステムの概略図である。 本発明に従った燃料タンク隔離バルブを使用する燃料蒸発ガスエミッションコントロールシステムの概略図である。 本発明の燃料タンク隔離バルブの平面図である。 図３Ａの燃料タンク隔離バルブのＡ−Ａ線に平行な側面図である。 図３Ａの燃料タンク隔離バルブのＡ−Ａ線に垂直な側面図である。 図３Ａ及び３Ｂの燃料タンク隔離バルブの一部を破断した側面図である。 閉弁位置にある図３Ａの燃料タンク隔離バルブのＡ−Ａ線による側面の縦断面図である。 開弁位置にある図３Ａの燃料タンク隔離バルブのＡ−Ａ線による側面の縦断面図である。 閉弁位置にある図３Ａの燃料タンク隔離バルブのＢ−Ｂ線による側面の縦断面図である。 図３Ａの燃料タンク隔離バルブの分解斜視図である。 本発明の例示的な一実施形態におけるパージ流量と燃料タンク隔離バルブのダイアフラム圧力との関係を表すグラフ図である。

Claims (20)

1. 第１構成要素（２４）に流体接続するための第１ポート（４４）と、
   第２構成要素（２２）に流体接続するための第２ポート（４６）と、
   第３構成要素（３８）に流体接続するための第３ポート（４８）と、
   内部に配置されたダイアフラム（５２）であって、これを横切る差圧に応答して、常開の内部通路を閉じて前記第１ポート（４４）と前記第２ポート（４６）との間の流体接続を遮断し、前記第２構成要素（２２）から前記第３構成要素（３８）への流体の流れを可能にするダイアフラム（５２）と、
   前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧を制御するための流量検知圧力装置（６５）とを備え、
   前記第２構成要素（２２）から前記第３構成要素（３８）への流体の流量にかかわらず、前記ダイアフラム（５２）を横切って本質的に一定の差圧が維持され、前記第１構成要素（２４）の内圧が前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧よりも低圧である限り、前記常開の内部通路が閉じて、前記第１構成要素（２４）と前記第３構成要素（３８）との間の流体の流れが阻止されることを特徴とする機械式作動隔離バルブ。
2. 前記流体は、燃料を含み、当該バルブは、燃料タンク隔離バルブであること特徴とする請求項１に記載の機械式作動隔離バルブ。
3. 内部の電気的な部品の信頼できる作動に依存することなく、流体接続された燃料タンク（２４）を隔離すると共に、燃料タンクエミッションコントロールシステムの炭化水素キャニスタ（２２）をパージすることができる請求項１に記載の機械式作動隔離バルブ。
4. 前記第１構成要素は、燃料タンク（２４）を含むことを特徴とする請求項１に記載の機械式作動隔離バルブ。
5. 前記第２構成要素は、炭化水素蒸発ガスを貯留するためのキャニスタ（２２）を含むことを特徴とする請求項１に記載の機械式作動隔離バルブ。
6. 前記第３構成要素は、エンジンパージコントロールバルブ（３８）を含むことを特徴とする請求項１に記載の機械式作動隔離バルブ。
7. 前記ダイアフラム（５２）は、約２乃至４インチ大気圧水柱の差圧に応答して、前記常開の内部通路を閉じることを特徴とする請求項１に記載の機械式作動隔離バルブ。
8. 第１構成要素（２４）に流体接続するための第１ポート（４４）と、
   第２構成要素（２２）に流体接続するための第２ポート（４６）と、
   第３構成要素（３８）に流体接続するための第３ポート（４８）と、
   内部に配置されたダイアフラム（５２）であって、これを横切る差圧に応答して、常開の内部通路を閉じて前記第１ポート（４４）と前記第２ポート（４６）との間の流体接続を遮断し、前記第２構成要素（２２）から前記第３構成要素（３８）への流体の流れを可能にするダイアフラム（５２）と、
   前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧を制御するための流量検知圧力装置（６５）とを備え、
   更に、過剰圧力リリーフリング（８８）及び関連する過剰圧力リリーフスプリング（８６）を備え、
   前記常開の内部通路が閉じて前記第２構成要素（２２）から前記第３構成要素（３８）へ流体が流れたとき、前記第２構成要素（２２）から前記第３構成要素（３８）への流体の流量にかかわらず、前記第１構成要素に関連するリリーフ圧力は、本質的に一定であることを特徴とする機械式作動隔離バルブ。
9. 前記第１構成要素（２４）内の圧力を約１０インチ大気圧水柱以下に維持するように作動することを特徴とする請求項８に記載の機械式作動隔離バルブ。
10. 燃料タンクエミッションコントロールシステムに使用するのに適した隔離バルブ（２０）であって、
    当該バルブ（２０）は、燃料タンク（２４）に流体接続するための第１ポート（４４）と、
    前記燃料タンク（２４）から受けた炭化水素蒸発ガスの貯留のためのキャニスタ（２２）に流体接続する第２ポート（４６）と、
    前記キャニスタ（２２）からパージされた炭化水素蒸発ガスをエンジン（１０）に供給して内部燃焼させるためのエンジンパージコントロールバルブ（３８）に流体接続するための第３ポート（４８）と、
    当該バルブ（２０）の内部に配置されたダイアフラム（５２）であって、これを横切る差圧に応答して、常開の内部通路を閉じて、前記第１ポート（４４）と前記第２ポート（４６）との間の流体接続を遮断し、前記第２ポート（４６）から前記第３ポート（４８）への炭化水素蒸発ガスの流れを可能にするダイアフラム（５２）と、
    前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧を制御するための流量検知圧力装置（６５）とを備え、
    前記キャニスタ（２２）から前記エンジンパージコントロールバルブ（３８）へのパージ流の流量にかかわらず、前記ダイアフラム（５２）を横切って本質的に一定の差圧が維持され、
    前記燃料タンク（２４）内の圧力が前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧よりも低い限り、前記常開の内部通路が閉じて、前記燃料タンク（２４）と前記エンジンパージコントロールバルブ（３８）との間の流体の流れが阻止されることを特徴とする隔離バルブ。
11. 前記常開の内部通路が閉じた後、前記キャニスタ（２２）から前記エンジンパージコントロールバルブ（３８）への炭化水素蒸発ガスの流量の増大に対して、前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧が約２乃至４インチ大気圧水柱の比較的一定レベルに制御されることを特徴とする請求項１０に記載の隔離バルブ。
12. 内部の電気的な部品の信頼できる作動に依存することなく、燃料タンク（２４）を隔離すると共に、前記キャニスタ（２２）から炭化水素蒸発ガスをパージすることができる請求項１０に記載の隔離バルブ。
13. 前記ダイアフラム（５２）は、約２乃至４インチ大気圧水柱の差圧に応答して、前記常開の内部通路を閉じることを特徴とする請求項１０に記載の隔離バルブ。
14. （旧１７）
    更に、過剰圧力リリーフリング（８８）及び関連する過剰圧力リリーフスプリング（８６）を備えていることを特徴とする請求項１０に記載の隔離バルブ。
15. パージの実行中、前記キャニスタ（２２）から前記エンジンパージコントロールバルブ（３８）へのパージ流の流量にかかわらず、燃料タンク（２４）に関連するリリーフ圧力は、本質的に一定であることを特徴とする請求項１４に記載の隔離バルブ。
16. 燃料タンク（２４）とキャニスタ（２２）とエンジンパージコントロールバルブ（３８）との間に請求項１０の隔離バルブが流体接続されたことを特徴とする燃料タンクエミッションコントロールシステム。
17. 請求項１６の燃料タンクエミッションコントロールシステムを備えたことを特徴とするガソリンエンジン車両。
18. 燃料タンクエミッションコントロールシステム内でキャニスタ（２２）から燃料タンク（２４）を隔離する方法であって、
    前記燃料タンク（２４）及び前記キャニスタ（２２）に流体接続する機械式作動隔離バルブ（２０）を設け、
    前記キャニスタのパージを開始し、これにより、前記機械式作動隔離バルブ（２０）の作動によって前記燃料タンク（２４）を前記キャニスタ（２２）から流体的に隔離し、
    前記機械式作動隔離バルブ（２０）は、
    燃料タンク（２４）に流体接続するための第１ポート（４４）と、
    前記燃料タンク（２４）から受けた炭化水素蒸発ガスを貯留するキャニスタ（２２）に流体接続するための第２ポート（４６）と、
    前記キャニスタ（２２）からパージされた炭化水素蒸発ガスをエンジン（１０）に供給して内部燃焼させるためのエンジンパージコントロールバルブ（３８）に流体接続するための第３ポート（４８）と、
    当該バルブ（２０）の内部に配置されたダイアフラム（５２）であって、これを横切る差圧に応答して、常開の内部通路を閉じて、前記第１ポート（４４）と前記第２ポート（４６）との間の流体接続を遮断し、前記第２ポート（４６）から前記第３ポート（４８）への炭化水素蒸発ガスの流れを可能にするダイアフラム（５２）と、
    前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧を制御するための出口バルブ（６５）とを備え、
    前記キャニスタ（２２）から前記エンジンパージコントロールバルブ（３８）へのパージ流の流量にかかわらず、前記ダイアフラム（５２）を横切って本質的に一定の差圧が維持され、
    前記燃料タンク（２４）内の圧力が前記ダイアフラム（５２）を横切る差圧よりも低い限り、前記常開の内部通路が閉じて、前記燃料タンク（２４）と前記エンジンパージコントロールバルブ（３８）との間の流体の流れが阻止されるようになっていることを特徴とする燃料タンクの隔離方法。
19. 燃料タンクエミッションコントロールシステム内でキャニスタ（２２）から燃料タンク（２４）を隔離する方法であって、
    前記燃料タンク（２４）及び前記キャニスタ（２２）に流体接続する機械式作動隔離バルブ（２０）を設け、
    前記キャニスタ（２２）のパージを開始し、これにより、前記機械式作動隔離バルブ（２０）の作動によって前記燃料タンク（２４）を前記キャニスタ（２２）から流体的に隔離し、
    前記機械式作動隔離バルブ（２０）は、その内部に配置されたダイアフラム（５２）であって、これを横切る差圧に応答して、常開の内部通路を閉じて前記燃料タンク（２４）と前記キャニスタ（４２）との間の流体接続を遮断し、前記キャニスタ（２２）からのパージのための流体の流れを可能にするダイアフラム（５２）及び該ダイアフラム（５２）を横切る差圧を制御するための流量検知圧力装置（６５）を備え、
    パージの実行中、前記ダイアフラム（５２）を横切って本質的に一定の差圧が維持されることを特徴する燃料タンクの隔離方法。
20. 前記機械式作動隔離バルブ（２０）は、過剰圧力リリーフリング（８８）及び関連する過剰圧力リリーフスプリング（８６）を含んでいることを特徴とする請求項１９に記載の燃料タンクの隔離方法。

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