JP5749250B2 - 高圧流体リザーバ用バルブアセンブリ - Google Patents

Description

本出願は、２００９年４月２２日に出願された米国仮出願６１／１７１，５４８号の利益を主張するものであり、この仮出願は、参照することによってその全体がここに組み込まれる。

本発明は、高圧リザーバへの流体の流れ及び高圧リザーバからの流体の流れを制御するバルブアセンブリに関するものである。

バルブは、液体及び／または気体の流れを制御するために、各種の産業で採用されている。このような制御バルブの適用の一つとして、車両の燃料システムから漏洩するガソリン蒸気が原因である車両の燃料蒸気ガスの排出を制御するために、貯蔵型の燃料を備えた車両が出現している。現代の車両の燃料蒸発ガスの排出は、多くの国で厳格に規制されている。燃料蒸発ガスの大気中への直接的な排出を防止するために、１９７０年代から製造された多数の車両は、特別に設計された燃料蒸発ガス排出システムを備えている。また、近年では、車両製造業者は、エンジンに対して完全にシールされた燃料供給の開発に着手した。

典型的な燃料蒸発ガス排出システムでは、燃料システムから排出される燃料蒸気は、活性炭を含んでいるパージキャニスタに送られる。このようなキャニスタに使用される活性炭は、燃料蒸気及び／または化学反応物の吸着に有効な大きな表面領域を形成する極めて多孔性のカーボンの形態である。特定のエンジン動作モード中に、特別に設計された制御バルブの助力で、燃料蒸気はキャニスタに吸着される。続いて、他のエンジン動作モード中に、別の制御バルブの助力で、新鮮な空気がキャニスタを通して引き込まれ、燃料蒸気はエンジン内に吸引され、燃焼される。

本発明の実施の形態は、第１リザーバと第２リザーバとの間の流体の流れを制御するバルブアセンブリである。このバルブアセンブリは、ハウジングの内側に配置され、第１リザーバ内の圧力が第１の既定圧力値を超えた場合に、第１の流体流通路を開口するように構成されたリリーフバルブを含んでいる。

本発明の上述した特徴と利点並びに他の特徴と利点は、添付した図面と関連させた、以下の本発明を実施するためのベストモードの詳細な説明から容易に明らかになる。

図１は、本発明の一実施の形態に従うバルブアセンブリの断面図であり、燃料タンクとパージキャニスタとの間で燃料蒸気の流れを制御するように構成され、閉状態のバルブを備えたバルブアセンブリが示されている。 図２は、図１に示されたバルブアセンブリの断面図であり、燃料タンクとパージキャニスタとの間の第１の流通路が開状態で示されている。 図３は、図１に示されたバルブアセンブリの断面図であり、燃料タンクとパージキャニスタとの間の第２の流通路が開状態で示されている。 図４は、図１に示されたバルブアセンブリの断面図であり、燃料タンクが圧力下にある場合に、燃料タンクとパージキャニスタとの間の第３の流通路が開状態で示されている。 図５は、図１に示されたバルブアセンブリの断面図であり、燃料タンクが真空下にある場合に、燃料タンクとパージキャニスタとの間の第３の流通路が開状態で示されている。

各図を参照すると、各図を通して、同様の参照番号は、同じまたは類似の構成部材に対応している。図１には、概略的に符号１０で表示された車両が示されている。車両１０は、燃料を保持するリザーバとして構成された燃料タンク１２を含んでおり、燃料は、当業者に理解されているように、燃料ポンプ（図示省略）を含む燃料供給システムを介して内燃エンジン１３に供給される。車両１０は、また、エンジン１３と燃料供給システムの動作を調整するように構成されたコントローラ１４を含んでいる。燃料タンク１２は、燃料タンク１２で排出された燃料蒸気を収集して、続いて、燃料蒸気をエンジン１３にリリースするのに適したパージキャニスタ１８を含む燃料蒸発ガスコントロールシステム１６に動作可能に接続されている。コントローラ１４は、また、排出された燃料蒸気を再捕集して、リサイクルするために、燃料蒸発ガスコントロールシステム１６の動作を調整するように構成されている。さらに、コントローラ１４は、バルブアセンブリ２０の動作、すなわち、燃料タンク１２の過圧力と真空を解放するために、選択的に開閉する動作を調整するのに適している。

燃料蒸発ガスコントロールシステム１６には、バルブアセンブリ２０が含まれる。このバルブアセンブリ２０は、燃料タンク１２とパージキャニスタ１８との間で燃料蒸気の流れを制御するように構成されている。図示されたバルブアセンブリ２０は、燃料タンク１２とパージキャニスタ１８との間に配置されているが、パージキャニスタ１８とエンジン１３との間に配置するように、バルブアセンブリを異なる位置に配置することを排除するものではない。バルブアセンブリ２０には、このバルブアセンブリの全ての構成部材をコンパクトな方法で保持するハウジング２２が含まれる。このハウジング２２は、（第１の）コネクタ２４を介して燃料タンク１２に、また、（第２の）コネクタ２６を介してパージキャニスタ１８に連結されている。ハウジング２２にはリリーフバルブ２８が収容されている。リリーフバルブ２８には、適当なプラスチックまたはアルミニュームなどの適当な化学的耐性を有する材料から形成されるピストン３０が含まれる。リリーフバルブ２８には、また、適当な化学的耐性を有する弾性材料から形成される柔軟なシール３２が含まれる。（圧力）シール３２は、内側に傾斜した動圧シール、すなわち、シールの外側エッジまたはリップが中心軸Ｙ１に向かって角度付けられているシールである。作動中、シール３２は、最初に、このシールの角度付けられた外側エッジに沿ってハウジング２２に接触する。その後、ハウジング２２に初期接触した後、シール２２の外側エッジは、ハウジングに合わせて離脱して、通路３４を密閉する。シールの外側エッジが内側に傾斜することで、シール３２とハウジング２２との間の開口を小さくして燃料蒸気の流れの制御を向上させる。

ピストン３０とシール３２は、当業者に理解されているように、オーバーモールドなどの適宜の製造工程により、単一のピストンアセンブリとして結合させることができる。ピストン３０とシール３２は、スプリング３６によって、通路３４を閉鎖するように付勢される。図２に示されるように、リリーフバルブ２８は、燃料タンク１２が第１の既定圧力値を超えた場合に、矢印３８で示すように、燃料タンク１２からパージキャニスタ１８に向かう方向に流れる燃料蒸気が通過する、第１の燃料蒸気流通路の開口を容易とするように構成されている。第１の燃料蒸気流通路（第１の流体流通路）は、コネクタ２４が第１の既定圧力の流体に曝されたとき、ピストン５２の周囲を迂回するようにしてリリーフバルブ２８に至り、更に、リリーフバルブ２８に設けられた通路３４を通る経路で、コネクタ２４とコネクタ２６とを連通させる流体流通路である。図２では、第１の流体流通路に沿って流れる燃料蒸気を、便宜上、矢印３８で示している。第１の既定圧力値は、好適には、燃料タンク１２の超高圧状態または過圧状態を表す正数である。

燃料タンク１２の過圧状態は、通常、適切な工業基準に従って指定された設計パラメータによって決定され、一般に、燃料タンクの動作故障を排除する安全性の要因を含んでいる。燃料タンク１２内の圧力は、収容される燃料の量と温度などの多くの要因に対応して変化する。第１の既定圧力値は、燃料タンク１２とエンジンの燃料供給システムの設計パラメータに基づいて設定され、同様に、試験中及び開発中に得られる実験によって得られるデータに基づいて設定することができる。

バルブアセンブリ２０には、また、ハウジング２２の内側に配置されたソレノイドアセンブリ４０が含まれ、このソレノイドアセンブリは、車両のオルタネータまたはエネルギー貯蔵装置（図示省略）から電力を受け取って、コントローラ１４からの制御信号によってトリガー、すなわち、励磁される。ソレノイドアセンブリ４０には、当業者に理解されているように、アーマチュア４２、ソレノイドスプリング４４及びコイル４６が含まれる。ソレノイドスプリング４４は、ソレノイドアセンブリが励磁されていない場合に、ソレノイドアセンブリ４０の中から外にアーマチュア４２を付勢するのに十分な力を発生するように構成されている。コイル４６は、ソレノイドアセンブリ４０を励磁して、スプリング４４の付勢力に打ち勝ってアーマチュア４２をソレノイドアセンブリの中に引き込むように構成されている。

バルブアセンブリ２０は、さらに、流量制限器５０を含んでいる。流量制限器５０は、ハウジング２２の内側に配置され、適切なプラスチックまたはアルミニュームなどの適当な化学的耐性を有する材料から形成されたピストン５２を含んでいる。流量制限器５０は、また、適正な化学的耐性を有するゴムから形成された圧力シール５４を含んでいる。シール５４は、内側に傾斜した動圧シール、すなわち、シールの外側エッジまたはリップが中心軸Ｙ２に向かって角度付けられているシールである。作動中、シール５４は、最初に、このシールの角度付けられた外側エッジに沿ってハウジング２２に接触する。その後、ハウジング２２に初期接触した後、シール５４の外側エッジは、ハウジングに合わせて離脱して、通路５６を密閉する。シールの外側エッジが内側に傾斜することで、シール５４とハウジング２２との間の開口を小さくして燃料蒸気の流れの制御を向上させる。

上記ピストン３０及びシール３２と同様に、ピストン５２及びシール５４は、オーバーモールドなどの適宜の製造工程により、単一のピストンアセンブリとして結合させることができる。ピストン５２及びシール５４は、スプリング５８によって、（常閉）通路５６を閉鎖するように付勢される。通路５６は、ピストン５２に設けられた開口からなる通路である。図１に示された実施の形態では、流量制限器５０のピストン５２の通路５６は、コントローラ１４からの制御信号が存在しない場合、ソレノイドスプリング４４によって付勢されるアーマチュア４２を介して、常に閉鎖されるように構成されている。再び図２を参照すると、常閉位置の流量制限器は、（上述したように）リリーフバルブ２８の開口部に組み合わされ、矢印３８で示される第１の燃料蒸気流通路の開口を容易にしている。

図３に示されるように、通路５６は、コントローラ１４からの制御信号によって励磁されたソレノイドアセンブリに応答してアーマチュア４２がソレノイドアセンブリ４０内に引き込まれた場合に、開口する。スプリング５８は、燃料蒸気の流れの力によって圧縮され、流量制限器５０は、通路５６を容易に開口するように、燃料蒸気の流れによって通路の外に押し出される。開口した通路５６により、矢印６０で示すように、燃料タンク１２からパージキャニスタ１８に向かう方向に流れる燃料蒸気が通過する、第２の燃料蒸気流通路が開口される。第２の燃料蒸気流通路（第２の流体流通路）は、コネクタ２４の流体の流量が既定基準値を上回り、かつ、コイル４６がアーマチュア４２を後述するカバー６６へ向けて引き込むよう制御するとき、リリーフバルブ２８を迂回し、ピストン５２の通路５６を通過する流体流通路、すなわち、リリーフバルブ２８に設けられた通路３４を含む第１の燃料蒸気流通路を迂回して、コネクタ２４とコネクタ２６とを連通させる流体流通路である。図３では、第２の流体流通路に沿って流れる燃料蒸気を、便宜上、矢印６０で示している。燃料蒸気は、燃料タンク１２からパージキャニスタ１８への流体の流量が既定基準値を超えた状態で通路５６を開口し、矢印６０で示される方向に流れる。

燃料タンク１２からの流体の流量は、収容される燃料の量、温度及び圧力などの多くの要因に対応して変化する。流体流量の既定基準値は、例えば、ほぼ２６０リッター／分（ＬＰＭ）に設定することができるが、より高い既定基準値またはより低い既定基準値に関して設定することもできる。この基準値は、当業者に理解されるように、一般に、特定のエンジンの燃料供給システムの動作パラメータに基づいて予め決定されるか、または、設定される。しかしながら、予め決定された流体の流量は、スプリング５８を圧縮して、通路５６を開けるために十分に高くなければならない。そのために、スプリング５８のばね定数はそれに応じて選択する必要がある。

ピストン５２及びシール５４は、スプリング５８によってアーマチュア４２に密着し、通路５６を閉鎖するように付勢される。流量制限器５０は、図４に示される矢印６２Ａで表わされ、また、図５に示される矢印６２Ｂで表わされる方向に流れる燃料蒸気が通過する、第３の燃料蒸気流通路を開口するように構成されている。第３の燃料蒸気流通路（第３の流体流通路）は、コネクタ２４の流体の流量が既定基準値以下で、かつ、コイル４６がアーマチュア４２を後述するカバー６６へと引き込むよう制御するとき、ピストン５２の圧力シール５４が開放されて流量制限器５０に形成される通路６４を通過して、リリーフバルブ２８及びピストン５２の開口５６を迂回する流体流通路である。換言すれば、第３の流体流通路は、リリーフバルブ２８に設けられた通路３４を含む第１の燃料蒸気流通路と、ピストン５２の通路５６を含む第２の燃料蒸気流通路と、の双方を迂回して、コネクタ２４とコネクタ２６とを連通させる流体流通路である。図４の矢印６２Ａは、便宜上、第３の燃料蒸気流通路を通過して、燃料タンク１２からパージキャニスタ１８に向かう方向に流れる燃料蒸気を表しており、また、図５の矢印６２Ｂは、便宜上、第３の燃料蒸気流通路を通過して、パージキャニスタ１８から燃料タンク１２に向かう方向に流れる燃料蒸気を表している。燃料蒸気は、燃料タンク１２からパージキャニスタ１８への流体の流量が第１の既定基準値以下の場合に、矢印６２Ａで表わされる方向に流れる。

図４に示されるように、通路６４は、コントローラ１４からの制御信号によって励磁されたソレノイドアセンブリに応答してアーマチュア４２がソレノイドアセンブリ４０内に引き込まれた場合に、開口する。第３の燃料蒸気流通路６２Ａの燃料蒸気の流れの力は、スプリング５８を圧縮するためには不十分である。スプリング５８は伸ばされて、通路５６を閉鎖すると同時に通路６４を開口するように流量制限器５０を付勢する。この例では、矢印６２Ａで表わされた第３の燃料蒸気流通路は、流体の流量が、ほぼ２６０ＬＰＭの既定基準値よりも低い場合に開口されるが、より高い既定基準値またはより低い既定基準値に関して設定することもできる。しかしながら、通路６４を開口するために、第３の燃料蒸気流通路の流体の流量は、スプリング５８を圧縮することができる必要はない。それゆえに、スプリング５８のばね定数はそれに応じて選択する必要がある。

上述したように、流量制限器５０は、さらに、燃料タンク１２が第２の既定圧力値（図５に示される）よりも低い場合に、すなわち、コネクタ２４が第２の既定圧力よりも低い圧力の流体に曝されたとき、流体は圧力シール５４をカバー６６へ向けて押し退け、コネクタ２６からコネクタ２４への流体連通を許容するものであり、矢印６２Ｂで表わされる方向に流れる燃料蒸気が通過する第３の燃料蒸気流通路を開口するように構成されている。
第１の既定圧力値は第２の既定圧力値よりも大きい値である。第１の既定圧力値は、好適には、燃料タンク１２の超高圧状態または過圧状態を表す正数であり、第２の既定圧力値は、好適には、負の数であり、燃料タンク１２が真空下にあることを表している。この燃料タンク１２内の真空は、スプリング４４の力に打ち勝つために十分であり、それによって、通路６４を、第３の燃料蒸気流通路に開口させる。スプリング４４は、燃料タンク１２の特定の真空設定ポイントで第３の燃料蒸気流通路を開口させるように設計されている。このように、ソレノイドスプリング４４のばね定数は、燃料タンク１２が正圧の場合に、通路６４を閉鎖するために十分な力を発生するが、燃料タンク１２が真空状態の場合には、この通路を閉鎖するためには不十分である。

図１から図５に示された実施の形態では、バルブアセンブリ２０は、カバー６６を含んでおり、このカバーは、単一の構成部品から構成されている。カバー６６は、溝６６Ａの内側に入れ子式に嵌め込まれているフランジ２２Ａによって、ハウジング２２に関連させて配置されている。カバー６６は、ハウジングに対してスナップフィットを形成するように構成されたタブ付きの延長部６８を介して、ハウジング２２にかみ合って相互に連結されている。バルブアセンブリ２０は、さらに、ハウジング２２に対してカバー６６を密閉する固定シール７０を含んでいる。図１から図５に示されるように、また、当業者に理解されるように、シール７０は、Ｏリングの形態である。

本発明を実施するための最適な実施の形態を詳細に説明したが、本発明に関連する当業者であれば、添付した請求の範囲内にある発明を実施するための種々の他のデザインや実施の形態を認識するであろう。

Claims (8)

1. 第１リザーバ１２と第２リザーバ１８との間の流体の流れを制御するように構成されたバルブアセンブリ２０であって、
   該バルブアセンブリ２０は、
   前記第１リザーバ１２から前記第２リザーバ１８に向かう方向に流れる燃料蒸気３８が通過する、第１の流体流通路と、
   第１の流体流通路を迂回して、前記第１リザーバ１２から前記第２リザーバ１８に向かう方向に流れる燃料蒸気６０が通過する、第２の流体流通路と、
   第１の流体流通路及び第２の流体流通路を迂回して、前記第１リザーバ１２から前記第２リザーバ１８に向かう方向に流れる燃料蒸気６２Ａ、又は、前記第２リザーバ１８から前記第１リザーバ１２に向かう方向に流れる燃料蒸気６２Ｂが通過する、第３の流体流通路と、
   前記第１リザーバ１２内の圧力が第１の既定圧力値を超えた場合に前記第１の流体流通路を開口するように構成されたリリーフバルブ２８と、
   前記第１リザーバ１２から前記第２リザーバ１８への流体の流量が既定基準値を超えた状態で、前記第２の流体流通路を開口するように構成されたソレノイドアセンブリ４０と、
   前記第１リザーバ１２から前記第２リザーバ１８への流体の流量が既定基準値以下で、かつ、前記第１リザーバ１２内の圧力が、第２の既定圧力値以下の場合に、前記第３の流体流通路を開口するように構成された流量制限器５０とを含み、
   前記ソレノイドアセンブリ４０は、前記流量制限器５０が備えるピストン５２に設けられた通路５６を選択的に開閉するように構成されたアーマチュア４２と、該アーマチュア４２を変位させることにより前記流量制限器５０が備えるピストン５２に設けられた通路５６を閉鎖するために十分な力を発生するように構成されたソレノイドスプリング４４と、前記アーマチュア４２を励磁して、前記ソレノイドスプリング４４に打ち勝って、前記流量制限器５０が備えるピストン５２に設けられた通路５６を開口するように構成されたコイル４６とを含んでおり、
   さらに、前記流体制限器５０を前記アーマチュア４２に付勢して前記第３の流体流通路を開口させるように構成されたスプリング５８を含んでおり、前記流量制限器５０が備えるピストン５２に設けられた通路５６は前記アーマチュア４２により通常閉鎖されるように構成されており、
   前記第１リザーバ１２から前記第２リザーバ１８への流体の流量が既定基準値を超えた状態で、前記ソレノイドアセンブリ４０が励磁された前記アーマチュア４２を変位させるとき、前記流量制限器５０が備えるピストン５２に設けられた通路５６が開口され、かつ、前記スプリング５８が燃料蒸気の流れの力によって圧縮され、前記第２の流体流通路を開口するように構成され、
   前記コイル４６は、前記流体の流量が前記既定基準値以下の場合に、前記ソレノイドスプリング４４に打ち勝ち、また、前記ソレノイドスプリング４４は、前記第１リザーバ１２が正の圧力の場合には、前記流量制限器５０が前記第３の流体流通路を閉鎖するために十分な力を発生するが、前記ソレノイドアセンブリ４０が励磁された前記アーマチュア４２を変位させる場合、および、前記第１リザーバ１２が負の圧力の場合には、前記第３の流体流通路を閉鎖するためには不十分であることにより、前記流量制限器５０は前記第３の流体流通路を開口するように構成されており、
   前記第１の既定圧力値は、前記第２の既定圧力値より大きいことを特徴とするバルブアセンブリ２０。
2. さらに、前記第１の流体流通路、前記第２の流体流通路及び前記第３の流体流通路を含むハウジング２２を含んでおり、該ハウジング２２内に、前記リリーフバルブ２８、前記ソレノイドアセンブリ４０及び前記流量制限器５０が配置されており、また、前記ハウジング２２内に、前記リリーフバルブ２８、前記流量制限器５０及び前記ソレノイドアセンブリ４０を保持するように構成されたカバー６６を含むことを特徴とする請求項１に記載のバルブアセンブリ２０。
3. 前記リリーフバルブ２８及び前記流量制限器５０の少なくとも一方は、前記ハウジング２２に対して、前記リリーフバルブ２８及び前記流量制限器５０をシールするように構成された内側に傾斜した圧力シール３２、５４を含むことを特徴とする請求項１又は２に記載のバルブアセンブリ２０。
4. 前記カバー６６は、スナップフィットにより、前記ハウジング２２にかみ合って相互に連結されることを特徴とする請求項２に記載のバルブアセンブリ２０。
5. さらに、前記カバー６６を前記ハウジング２２にシールするように構成された固定シール７０を含むことを特徴とする請求項２に記載のバルブアセンブリ２０。
6. 前記固定シール７０は、Ｏリング型のシールであることを特徴とする請求項５に記載のバルブアセンブリ２０。
7. 前記リリーフバルブ２８及び前記流量制限器５０の少なくとも一方は、ピストン３０、５２を含み、該ピストン３０、５２及びこれらに対応する圧力シール３２、５４は、単一のピストンアセンブリとして構成されていることを特徴とする請求項３記載のバルブアセンブリ２０。
8. 第１のコネクタ２４及び第２のコネクタ２６を備えるハウジング２２と、
   前記ハウジング２２と互いに連結されるカバー６６と、
   流量制限器５０とを含み、該流量制限器５０は、圧力シール５４と、
   前記ハウジング２２に接し、前記圧力シール５４を前記カバー６６へと付勢するスプリング５８と、
   前記圧力シールに接するピストン５２と、
   前記圧力シール５４及び前記ピストン５２の間に配置された常閉通路５６とを含み、
   又、ソレノイドアセンブリ４０を含み、該ソレノイドアセンブリ４０は、
   前記圧力シール５４を前記ハウジング２２へと常時付勢するアーマチュア４２と、
   前記アーマチュアを前記ハウジング２２へと常時付勢するソレノイドスプリング４４と、
   前記アーマチュア４２を前記カバー６６へ向けて引き込むよう制御するコイル４６と、
   前記ハウジングに設置されるリリーフバルブ２８とを含み、
   該リリーフバルブ２８は、
   通路３４と、
   柔軟なシール３２と、
   該柔軟なシール３２を前記通路３４へと常時付勢して閉鎖するスプリング３６とを含み、
   前記第１のコネクタ２４が第１の既定圧力の流体に曝されたとき、前記リリーフバルブ２８の前記通路３４を流体開放し、前記圧力シール５４を前記ハウジング２２へと付勢し、
   前記第１のコネクタ２４の流体の流量が既定基準値を上回り、かつ、前記コイルが前記アーマチュア４２を前記カバー６６へ向けて引き込むよう制御するとき、前記通路３４を開放することなく、前記常閉通路５６は、前記第１のコネクタ２４と前記第２のコネクタ２６との間の流体連通を許容し、
   前記第１のコネクタ２４の流体の流量が既定基準値以下で、かつ、前記コイルが前記アーマチュア４２を前記カバー６６へと引き込むよう制御するとき、前記通路３４を開放することなく、前記圧力シール５４は上昇して前記第１のコネクタ２４から前記第２のコネクタ２６への流体連通を許容し、
   前記第１のコネクタ２４が第２の既定圧力よりも低い圧力の流体に曝されたとき、流体は前記圧力シール５４を前記カバー６６へ向けて押し退け、前記第２のコネクタ２６から前記第１のコネクタ２４への流体連通を許容することを特徴とするバルブアセンブリ２０。

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