JP6328291B2 - 噴射ポンプを内蔵した液体分離装置 - Google Patents

Description

本発明は、概して、噴射ポンプにより排液可能な液体分離装置を含むものである。

燃料タンクの蒸気及び排気ガスの浄化装置は、車両の燃料タンクからの燃料蒸気の流れを制御するために、更に、燃料タンクの相対圧力を制御するために利用することができる。又、キャニスタ又は他の類似の蒸気回収制御機構へ蒸気を通気し、エンジンに供給するまで格納することができる。

本装置は、燃料タンクから排気された蒸気等の、蒸気の流れから液体燃料を排液するために、液体分離機構を備えた噴射ポンプを内蔵するように規定されたものである。本装置は、ハウジングへ流れ込む蒸気によって運ばれる液体を分離するように構成された、液体分離機構を有するハウジングを含んでいる。噴射ポンプは、ベンチュリノズルを有しており、ベンチュリノズルを通る液体の流れが液体分離機構の排液を促すように、液体分離機構と選択的に流体連通状態になる。

又、ハウジング内には、バルブを設置することができる。このバルブは、ベンチュリノズルを通る液体の流れにより生み出される圧力差が所定の基準より低い場合に、噴射ポンプによる液体分離機構の排液を止めるように、かつ、前記圧力差が所定の基準以上の場合に、噴射ポンプと液体分離機構とを流体連通状態にさせるように構成される。又、このバルブは、ハウジングの開口部を介した噴射ポンプへの液体分離機構の排液を可能にすると共に、開口部を通って分離機構に液体燃料が入り込むことを防止する。

更に、ベンチュリノズルの上流側に、減圧機構を配置することができる。この減圧機構は、圧力を低下させ、ベンチュリノズルへ流れる液体の速度を増大させるように構成される。又、この減圧機構は、ベンチュリノズルへ流れる液体のために、蛇行した流路を形成するように配置される、連続した複数のプラグを備えていてもよく、これによって、圧力を低下させ、液体の流速を増大させる。

本発明の上述した特徴及び利点と他の特徴及び利点とは、本発明を実施するための最良の形態についての以下の詳細な説明から、付随の図面に関連させることで、容易に明らかになる。

液体分離機構と内蔵型噴射ポンプとを備えた液体分離装置を示す、図２の１−１における概略的な断面図である。 図１の液体分離装置の概略的な斜視図である。 図１の液体分離装置の、キャップを取り除いた状態の概略的な上面斜視図である。 図１の液体分離装置の概略的な側面斜視図である。 図１の液体分離装置用の噴射ポンプの代替形態を示す、図７の５−５における概略的な断面図である。 図５の噴射ポンプの減圧機構を形成する複数のプラグの概略的な斜視図である。 図５及び図６の噴射ポンプを示す、図５の７−７における概略的な断面斜視図である。 図１の液体分離装置を備えた車両燃料システムの概略図である。

図面（複数の図に亘って同様の参照符号は同様の構成要素を示している）を参照すると、図１は、蒸気から回収した液体を効率的に排液する液体分離装置１０を示している。この液体分離装置１０は、ハウジング１２を有している。ハウジング１２は、少なくとも部分的にハウジング１２により形成されたキャビティ１８と流体連通状態にある、蒸気流入口１４として示される第１のポート、及び、蒸気流出口１６（図２参照）として示される第２のポートを備えている。蒸気は、蒸気流入口１４から、キャビティ１８を通って、蒸気流出口１６へと流れる。蒸気の流れに混入した液体は、ハウジング１２の底部にハウジング１２により形成された液体分離機構２０内に回収される。流出口１６を排出バルブに置き換えてもよく、或いは、ハウジング１２が流出口を有さなくてもよい。ハウジング１２と、（キャップ３２を備える実施形態において）後述するキャップ３２との、何れか一方又は双方が、隔壁やリブといった、液体と蒸気との分離を促す特徴を有している。

液体分離装置１０は、多くの用途に利用可能である。本明細書で説明する１つの用途において、液体分離装置１０は、図８に概略的に示されている、車両の燃料蒸気回収装置２１の中で使用される。車両は、ディーゼル、ガソリン、或いは、ハイブリッド仕様であってもよい。蒸気は、液体燃料を収容する燃料タンク２２から、圧抜き、反転遮断（rollover shutoff）、及び他の機能を提供する蒸気排気弁２６を介して排気される。蒸気は、蒸気排気弁２６から流入口１４を介して液体分離装置１０へと流れ、そして、流出口１６を介して、炭素顆粒で満たされたキャニスタ２８等の蒸気回収装置へと流出する。キャニスタ２８は、周期的にエンジン３０へ向けて浄化される。液体分離装置１０は、燃料タンク２２の内部に設置したものを示している。これに代えて、液体分離装置１０が燃料タンク２２の外部にあってもよい。

図２は、ハウジング１２のリテーナ３７に保持されるキャップ３２のタブ３４でハウジング１２へ連結されることにより、図１のキャビティ１８の頂部を閉じる、キャップ３２を示している。これに代えて、ハウジング１２が、分離するキャップ３２を有さない一体構成品であってもよい。ハウジング１２は、液体分離機構２０に隣接した側壁に、第１の開口部３５を形成している。この開口部３５は、チェックバルブ３６によって選択的に閉じられる。開口部３５の閉鎖には任意の形式のバルブを利用でき、或いは、開口部３５にバルブがなくてもよい。開口部３５は、図１のチェックバルブ３６が取り除かれた図４に、最もよく示されている。チェックバルブ３６は、バルブ本体３８とばね４０とを有しており、ばね４０は、開口部３５を閉じて、キャビティ１８及び液体分離機構２０をバルブキャビティ４２から隔てるために、バルブ本体３８を第１の開口部３５へと付勢している（ここで説明するように、バルブキャビティ４２では、ばね４０とバルブ本体３８とが移動可能である）。更に、チェックバルブ３６が開口部３５を閉じているときは、開口部３５から液体分離機構２０へ流体が浸入することも防止される。バルブ本体３８は、概して環状であり、又、チャンバ１８へと延びる、概して円錐状の端部を有している。ばね４０は、概して環状のバルブ本体３８の内側に合致する直径を有している。又、異なる形状のバルブ本体も利用可能である。例えば、開口部５２の閉鎖に、ボールバルブを利用してもよい。

液体分離装置１０は、噴射ポンプ４４を備えている。噴射ポンプ４４の第１の構成部４５は、流入口４６を備えた流路を形成する流入部４７と、ベンチュリノズル４８と、端板５０とを含んでおり、これらは互いに一体的に形成されている。第１の構成部４５の端にある溝５２と、ハウジング１２の突出部５４との境界面で、液体及び蒸気がバルブキャビティ４２の外へ通過するのを実質的に防止する（後述するように第２の開口部６２を通ることを除く）、ラビリンスシール５６を形成している。突出部５４は、図４にも示している。更に、第１の構成部４５とハウジング１２のフランジ部６０との間にある別の環状シール５８が、ハウジング１２から液体及び蒸気が漏れることを防止している。ラビリンスシール５６と環状シール５８とを示しているが、代わりに別の種類のシールを使用してもよい。シールに代えて、第１の構成部４５を、ハウジング１２に溶接或いは連結してもよい。ハウジング１２の下部にある第２の開口部６２は、ラビリンスシール５６に、ノズル４８に隣接する隙間を形成している。ハウジング１２に連結された噴射ポンプ４４の第１の構成部４５は、バルブキャビティ４２を閉じるものであり、又、ばね４０の基部となる面６４を提供する。バルブキャビティ４２の唯一の出口は、開口部６２である。

ハウジング１２の下部は、後述するように、開口部６２と流体連通状態にあるノズル４８周囲のキャビティ６６を含む、噴射ポンプ４４の一部を形成している。更に、ハウジング１２は、キャビティ６６と流出口７０との間に流路６７を備えた、噴射ポンプ４４の流出部６８を形成している。流出部６８の流路６７は、圧力を増大させ、流体の速度を低減させるディフューザ（diffuser）として機能するように設計することができる。ハウジング１２がディフューザとして機能する流路６７を形成するのに代えて、ディフューザとして機能するように構成された管体を、キャビティ６６からの流れを受けるように接続してもよい。キャビティ６６及び流路６７は、ノズル４８の流出口において混合室の役目を果たすものである。

蒸気流入口１４、第２のポート１６、流入口４６、及び、流出口７０は、夫々、タケノコ継手（barbed connectors）６９Ａ、６９Ｂで構成されているため、図８の燃料蒸気装置２１の別の構成部材との接続が容易である。例えば、流入口１４を形成しているタケノコ継手６９Ａは、蒸気排気弁２６に連通する蒸気配管と接続される。流出口１６を形成しているタケノコ継手６９Ｂは、蒸気の排気口の役目を果たすように、配管を経てキャニスタ２８と接続される。タケノコ継手に代えて、速結ポート（quick-connect ports）等の、連結するための別の種類のコネクタや構造を用いてもよい。噴射ポンプ４４の流入口４６は、配管７６により、液体燃料７３中にある燃料ポンプ７２へ接続される。燃料ポンプ７２は、燃料送出管７１を介して、エンジン３０にも接続されている。燃料は、燃料ポンプ７２から燃料送出管７１を通して、比較的高圧力で放出される。配管７６は、燃料送出管７１から分岐し、流入口４６へ比較的高圧力の液体燃料の流れを供給している。

再度図１を参照すると、ノズル４８から流れ出る流体は、開口部６２に隣接するキャビティ６６に、真空若しくは少なくとも低圧力の領域を生み出す。更に、キャビティ４２内の圧力がキャビティ６６内の真空又は低圧力によって低減され、キャビティ４２内の圧力がキャビティ１８内の圧力よりも低くなるため、バルブ本体３６を隔てて圧力差が発生する。圧力差が所定の基準に達して、キャビティ１８へ露出しているバルブ本体３８の領域に圧力差による力が発生し、この力がチェックバルブ３６の閉鎖を維持する力（本実施例ではばね４０の力）よりも強くなった場合、バルブ本体３８は、端板５０の面６４へ向かって移動することとなり、ばね４０を押し縮めて、液体分離機構２０と開口部６２との間に流体連通状態を確立する。噴射ポンプ４４は、圧力差及び噴射動作によって、分離機構２０内の液体燃料を燃料タンク２２へ排出することを促すメカニズムを備えた、燃料排出機構である。

噴射ポンプ４４は、ノズル４８を高速で流れる、燃料ポンプ７２からの高圧力の流体を利用するものである。ノズル４８を通る流れは、第１の流れ、又は、第１のストリームと呼ばれる。ノズル４８を出る高速の流体は、開口部６２等のノズル４８に隣接する領域に、低圧或いは真空を生み出す。ノズル４８に存在する高圧力の流体と、ノズル４８に隣接するキャビティ６６の一部との間の圧力差は、開口部６２を通るような、誘発ストリーム（induced stream）、又は、第２の流れと呼ばれる流れを引き起こす。液体の圧力は、キャビティ６６を通って流れが移動するにつれて増大する。噴射ポンプ４４のある実施形態では、流路６７を備える流出部６８が、圧力を高めて流体の速度を低下させるディフューザとして機能するように設計されている。流体の分子量、供給温度、ノズル４８の位置、流路面積（throat dimension）、移動速度、レイノルズ数、圧力比、比熱比、そして、移動と誘発ストリームとの間の角度を含む、多くの要素が、噴射ポンプ４４の性能及び効率に影響する。

図５は、図１の噴射ポンプ４４の代わりに利用することができる、別の実施形態の噴射ポンプ１４４を示している。この噴射ポンプ１４４は、ハウジング１２へ強固に固定されるように設計された取付面１７２を有している。従って、この実施形態では、図１の端板５０が噴射ポンプ１４４から分離した構成要素となり、更に、端板５０は、図７に示す噴射ポンプ１４４の留め穴１７４と同一線上になる留め穴を具備するように変更される。或いは、噴射ポンプ１４４を、ハウジング１２及び端板５０と一体的に作製してもよい。

噴射ポンプ１４４は、流入部１４７により形成された流路内に、流入口１４６の下流側かつノズル１４８の上流側に設置される減圧機構１７８を有している。これに代えて、減圧機構１７８を、噴射ポンプ１４４へ通じる排出ライン等の、噴射ポンプ１４４の更に上流に設置してもよい。減圧機構１７８は、流入口１４６からノズル１４８へ流れる流体の、圧力及び体積流量を低下させ、これと同時に、ノズル１４８を通過する流れの速度を高めるものである。減圧機構１７８は、流入部１４７内部の連続した複数のプラグ１８０であってもよい。図示の実施形態において、プラグ１８０は概して円柱状であるが、別の断面形状を有していてもよい。プラグ１８０の各々は、互いに流体連通状態にある、軸方開口部（axial opening）１８２と扇状開口部（sector opening）１８４とを有している。又、各プラグ１８０は、図６における裏面側に、プラグ１８０と次の上流側のプラグ１８０との間の、隙間１８６と流体連通状態にある、別の軸方開口部（図示省略）を有している。そして、隙間１８６は、上流側のプラグ１８０の、軸方開口部１８２及び扇状開口部１８４と流体連通状態にある。このように、ノズル１４８へ達するように、各プラグ１８０の軸方開口部１８２を通して扇状開口部１８４へと、交互の方向に流体を流れさせることによって、減圧機構１７８により、流入部１４７内に蛇行した流路を形成する。蛇行した流路は、軸方開口部１８２を通って軸方向へ、その後、扇状開口部１８４を通り円形の一部に沿って時計回りに、そして、プラグ１８０の裏面側の軸方開口部１８２を通って再度軸方向へ、更に、次のプラグ１８０の軸方開口部１８２に対して垂直に、次の扇状開口部１８４へ、以下同様に続いていくものである。減圧機構１７８を備える噴射ポンプ１４４は、噴射動作を増やすことにより、図１の液体分離機構２０の排液率を増大させるものである。

再度図５を参照すると、噴射ポンプ１４４の流出部１６８は、キャビティ１６６と流出口１７０との間に流路１６７を有している。キャビティ１６６は、ノズル１４８に隣接している。流出部１６８の流路１６７は、圧力を高めて流体の速度を低下させるディフューザとして機能するように設計してもよい。流路１６７は、ノズル１４８の出口において、混合室の役目をする。流路１６７は、ディフューザとして機能するように、末端部１６９が流れ方向に向かって外側に広がっており、流体の速度及び圧力を更に低減する。

噴射ポンプ１４４の利用によって、より強い噴射動作でより一層の圧力低下が達成されるため、図１の液体分離機構の排液能力が高まる結果となる。更に、減圧機構１７８と、末端部１６９により形成されるディフューザとが、圧力を低下させることによって、流体内の空洞現象（cavitation）の可能性を低減させる助けをする。減圧機構１７８によって流量が低減されるため、所望の流速及び圧力差が達成されている間は、ノズル１４８の先端にある開口部をより大きくすることができる。より大きな直径のノズル先端は、流れの閉塞状態を回避するのに役立つものである。

本発明の多くの形態を実施するための最良の形態について、詳細に説明してきたが、これらの教示に関連する技術に精通する者は、添付のクレームの範囲内にある、本発明を実施するための様々な代替の形態を認識するであろう。

１０：液体分離装置、１２：ハウジング、１４：蒸気流入口（第１のポート）、１６：蒸気流出口（第２のポート）、２０：液体分離機構、２１：燃料蒸気回収装置、２２：燃料タンク、２６：蒸気排気弁、３０：エンジン、３６：チェックバルブ、３８：バルブ本体、４０：ばね、４４、１４４：噴射ポンプ、４６、１４６：流入口、４８、１４８：ベンチュリノズル、５６：ラビリンスシール、６２：第２の開口部、６７、１６７：流路（混合室）、７１：燃料送出管、７２：燃料ポンプ、７３：液体燃料、１６９：末端部（ディフューザ）、１７８：減圧機構、１８０：プラグ、１８２：軸方開口部、１８４：扇状開口部

Claims (16)

1. ハウジングのキャビティへ流れ込む蒸気によって運ばれる液体を分離するように構成された液体分離機構を有するハウジングと、
   閉位置と開位置との間を選択的に移動可能に構成されたバルブと、を含み、
   前記ハウジングは、第１の開口部を有し、前記液体分離機構は、前記第１の開口部を介して排液するものであり、
   前記バルブは、該バルブが前記閉位置にあるとき、前記第１の開口部を閉じることで、該第１の開口部を介した前記液体分離機構の排液を防止し、前記バルブが前記開位置にあるとき、前記第１の開口部を介した前記液体分離機構の排液を許容するものであり、
   前記バルブは、前記キャビティ内へ延びる円錐状の端部を備えるバルブ本体と、該バルブ本体を前記閉位置へと付勢するばねと、を含み、
   更に、ベンチュリノズルを有し、該ベンチュリノズルを通る液体の流れが前記液体分離機構の排液を促すように、前記液体分離機構と選択的に流体連通状態になる噴射ポンプを含み、
   前記ハウジングが第２の開口部を形成し、前記バルブは、該バルブが前記閉位置にあるとき、前記キャビティと前記第２の開口部との間の流体連通状態を防止し、前記バルブが前記開位置にあるとき、前記キャビティと前記第２の開口部との間の流体連通状態を確立するものであり、
   前記噴射ポンプは、前記ベンチュリノズルが前記第２の開口部と隣接するように、前記ハウジングに取り付けられており、
   更に、前記ベンチュリノズルの上流側に、圧力を低下させて、前記ベンチュリノズルへ流れる液体の速度を増大させるように構成された減圧機構を含むことを特徴とする装置。
2. 前記バルブは、該バルブが前記閉位置にあるとき、前記第１の開口部を介して前記キャビティから蒸気が通ることを防止し、前記バルブが前記開位置にあるとき、前記第１の開口部を介して前記キャビティから蒸気が通ることを許容することを特徴とする請求項１記載の装置。
3. 前記バルブ本体は環状であり、前記ばねは、環状の前記バルブ本体の内側に合致する直径を有していることを特徴とする請求項１記載の装置。
4. 前記ばねは、バルブキャビティ内に配置され、前記ハウジングは、前記バルブキャビティに露出した第２の開口部を形成しており、
   前記第１の開口部を介して前記液体分離機構から排液された液体は、前記第２の開口部を介して前記バルブキャビティから流出することを特徴とする請求項３記載の装置。
5. 前記バルブ本体の前記円錐状の端部は、前記キャビティ内の圧力と前記バルブキャビティ内の圧力との圧力差に晒され、
   前記バルブは、前記圧力差によってもたらされる前記円錐状の端部の領域における力が、前記ばねの力より強い場合に、前記開位置へと移動することを特徴とする請求項４記載の装置。
6. 前記第１の開口部が、前記液体分離機構に隣接したハウジングの側壁に位置することを特徴とする請求項１記載の装置。
7. 前記減圧機構は、前記ベンチュリノズルへ流れる液体のために、蛇行した流路を形成するように配置される、連続した複数のプラグを含んでおり、これによって、圧力を低下させ、液体の流速を増大させることを特徴とする請求項１記載の装置。
8. 前記複数のプラグは、概して円柱状であり、前記蛇行した流路を形成する軸方開口部及び扇状開口部を有することを特徴とする請求項７記載の装置。
9. 前記複数のプラグは、流体の流れが、１つのプラグの軸方開口部を通って軸方向へ、その後、前記１つのプラグの扇状開口部の１つを通り、そして、隣接する１つのプラグの軸方開口部を通って軸方向へ、更に、前記隣接する１つのプラグの扇状開口部の１つを通って続くように、前記噴射ポンプの流入部内に配置されていることを特徴とする請求項８記載の装置。
10. 前記噴射ポンプは、前記ベンチュリノズルの下流側に、混合室及びディフューザを有することを特徴とする請求項１記載の装置。
11. 燃料ポンプを有する燃料タンクと、
    前記燃料ポンプから燃料送出管を介して燃料が供給されるエンジンと、
    燃料蒸気回収装置と、
    前記燃料タンクへ機能的に接続され、前記燃料タンクから前記燃料蒸気回収装置へ燃料蒸気を連通するように動作可能な蒸気排気弁と、
    前記燃料タンクへ機能的に接続される液体分離装置と、を含み、
    該液体分離装置は、
    前記蒸気排気弁からハウジングのキャビティへ流れ込む前記燃料蒸気によって運ばれる液体を分離するように構成された液体分離機構を有すると共に、第１の開口部を有するハウジングと、
    閉位置と開位置との間を選択的に移動可能に構成され、前記閉位置にあるとき、前記第１の開口部を閉じることで、該第１の開口部を介した前記液体分離機構の排液を防止し、前記開位置にあるとき、前記第１の開口部を介した前記液体分離機構の排液を許容するバルブと、を含み、
    該バルブは、前記キャビティ内へ延びる円錐状の端部を備えるバルブ本体と、該バルブ本体を前記閉位置へと付勢するばねと、を含み、
    更に、前記燃料送出管から燃料を受けるように機能的に接続された噴射ポンプを含み、該噴射ポンプは、ベンチュリノズルを有し、該ベンチュリノズルを通る燃料の流れが、前記第１の開口部を介した前記液体分離機構の排液を促すように、前記液体分離機構と選択的に流体連通状態になり、
    更に、前記燃料ポンプと前記ベンチュリノズルとの間に機能的に接続された減圧機構を含み、該減圧機構は、前記ベンチュリノズルへ流れる液体燃料のために、蛇行した流路を形成するように配置される、連続した複数のプラグを含んでおり、これによって、圧力を低下させ、液体燃料の流速を増大させることを特徴とするシステム。
12. 前記バルブ本体は環状であり、前記ばねは、環状の前記バルブ本体の内側に合致する直径を有していることを特徴とする請求項１１記載のシステム。
13. 前記ばねは、バルブキャビティ内に配置され、前記ハウジングは、前記バルブキャビティに露出した第２の開口部を形成しており、
    前記第１の開口部を介して前記液体分離機構から排液された液体は、前記第２の開口部を介して前記バルブキャビティから流出することを特徴とする請求項１１記載のシステム。
14. 前記バルブ本体の前記円錐状の端部は、前記キャビティ内の圧力と前記バルブキャビティ内の圧力との圧力差に晒され、
    前記バルブは、前記圧力差によってもたらされる前記円錐状の端部の領域における力が、前記ばねの力より強い場合に、前記開位置へと移動することを特徴とする請求項１３記載のシステム。
15. 前記第２の開口部は、前記第１の開口部よりも低い位置にあることを特徴とする請求項１３記載のシステム。
16. 前記噴射ポンプは、前記燃料タンク内の前記燃料ポンプと異なる高さにあることを特徴とする請求項１１記載のシステム。

Images