CN113840996A - 燃料箱保护器阀和具有该阀的发动机*** - Google Patents

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Abstract

一种双腔室燃料箱保护器阀，具有横向定向的分隔器，该分隔器为第一端口与第二端口之间的流体流动限定多个孔。每个腔室中都具有密封盘。第一密封盘通常由第一偏置构件偏置到打开位置。第二密封盘通常由第二偏置构件偏置到关闭位置，第二偏置构件具有设定为预选压差的预选偏置力，预选压差允许在第一密封盘移动到其关闭位置之前使第二密封盘移动到其打开位置。当第一密封盘和第二密封盘移动到它们各自的关闭位置时，移动方向是朝向彼此的。

Description

燃料箱保护器阀和具有该阀的发动机***
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年5月17日提交的美国临时申请62/849,189的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本申请涉及具有旁通阀的燃料蒸汽净化***，更具体地，涉及具有直列式独立可调止回阀盘的保护器阀，该止回阀盘能操作以关闭并防止燃料箱中的可能使燃料箱塌陷或损坏燃料箱的突然低压。
背景技术
在内燃机***中实施燃料蒸汽排放或净化控制***，以符合环境和安全法规。这些***防止燃料蒸气泄漏到大气中，例如，通过将燃料蒸气排放到装有炭的净化罐中。在预选发动机条件下，净化阀打开，并且来自进气歧管的真空将蒸汽吸取到发动机的燃烧腔室，以作为总的燃料-空气混合物的一部分进行燃烧。
这样的***的另一个要求是泄漏检测***。已经实施了一些***，这些***在净化阀与进气歧管之间利用双向气流***。然而，燃料箱通常由塑料制成，如果燃料箱内部压力变得过高或过低(深度真空)，则塑料制燃料箱容易膨胀和收缩。燃料箱的这样的物理特性可以分别造成燃料箱爆裂或燃料箱塌陷的问题。需要保护燃料箱免受极端压力的影响，特别是过大的负(真空)压的影响，这可以导致燃料蒸气从燃料箱中突然排空。需要一种允许形成相同体积的燃料蒸汽的较低体积排空的装置。
发明内容
在所有方面，公开了燃料箱保护器阀，其具有壳体，所述壳体具有第一端口和第二端口并且限定具有横向定向的分隔器的内部腔室，分隔器为从第一端口到第二端口的流体流动限定多个孔。分隔器将内部腔室分隔成第一止回阀腔室和第二止回阀腔室。第一密封盘定位在第一止回阀腔室内，并且通常由具有第一偏置力的第一偏置构件偏置到打开位置。第二密封盘定位在第二止回阀腔室内，并且通常由具有第二偏置力的第二偏置构件偏置到关闭位置。第一密封盘和第二密封盘在移动到它们各自的关闭位置期间朝向彼此移动。第二偏置力被设定为预选压差，预选压差在第一密封盘移动到关闭位置之前将第二密封盘移动到打开位置，并且当第一密封盘处于打开位置时，流体从第一端口流动通过第一止回阀腔室，并作用在第二密封盘上，以在超过预选压差时将第二密封盘移动到打开位置。
第一偏置构件和第二偏置构件(例如弹簧)是独立可调的，以设定第一偏置力和第二偏置力。第一偏置构件抵靠分隔器安置，并且通过可调节的第一紧固件压靠分隔器。第一偏置构件可以安置在接收第一紧固件的轴上。在一个示例性实施例中，轴具有螺纹，并且第一紧固件是螺母。第二偏置构件抵靠第二密封盘安置，并且通过可调节的第二紧固件压靠第二密封盘。第二偏置构件安置在接收第二紧固件的轴上。在一个示例性实施例中，轴具有螺纹，并且第二紧固件是螺母。
在所有方面，第一密封盘在打开位置朝向第一端口偏置，并且第二密封盘在关闭位置朝向第一端口偏置。
分隔器在关闭位置为第二密封盘限定座。第一密封盘和第二密封盘的关闭位置彼此间隔开一定距离，以限定密封的子腔室。
在所有方面，公开了燃料蒸汽净化***，其具有与净化罐并且与内燃机流体连通的燃料箱；和在燃料箱与净化罐之间流体连通的燃料箱保护器阀。燃料箱保护器阀包括：直列式相对止回阀，所述直列式相对止回阀包括或具有最靠近燃料箱的常开止回阀和最靠近净化罐的常闭止回阀。常开止回阀和常闭止回阀是独立可调的，并且被调成使得在常开止回阀移动到关闭位置之前，使常闭止回阀在满足燃料蒸汽净化***的***要求的预选压差和流量下打开。
在所有方面，常开止回阀和常闭止回阀都被调成在净化罐排空事件期间关闭，并都被调成在发动机运行和/或发动机关闭期间，使从箱到罐的流体流动不超过***要求，并且都被调成当燃料箱与净化罐之间的压差大于***要求时关闭。
内燃机具有涡轮增压器和在涡轮增压器周围的旁路回路中的文丘里装置，文丘里装置具有与燃料箱和/或净化罐流体连通的吸入端口。
所述***具有蒸汽控制阀，蒸汽控制阀控制燃料箱与净化罐之间的流体连通，并且燃料箱保护器阀在蒸汽控制阀周围的旁路回路中。内燃机具有涡轮增压器，文丘里装置定位在涡轮增压器周围的旁路回路中，并且文丘里装置的吸入端口与蒸汽控制阀流体连通。
附图说明
图1是具有燃料箱保护器阀的涡轮增压发动机***的示意图。
图2是燃料箱保护器阀的前视平面图，其内部细节用虚线示出。
图3是沿着图1中的线A-A的燃料箱保护器阀的纵向截面图。
图4是沿着图1中的线B-B的燃料箱保护器阀的横向截面图。
图5是沿着图1中的线C-C的燃料箱保护器阀的横向截面图。
具体实施方式
以下具体实施方式将说明本发明的一般原理，其示例在附图中另外示出。在附图中，相同的附图标记指示相同或功能相似的元件。
如本文中所使用的，“流体”是指任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体或其组合。
现在参考图1，示出了发动机***100，其是具有涡轮增压器、增压器等(本文统称为涡轮增压器103)的涡轮增压或增压***。然而，在其他实施例中(未示出)，发动机***可以是自然吸气发动机。发动机***100配置成用于燃烧积聚在其至少一个部件中的来自燃料箱102的燃料蒸汽，并且包括多缸内燃机110。发动机***100从进气口112接收空气，进气口112可以包括空气过滤器113(也称为空气滤清器)。涡轮增压器103具有操作压缩机115的涡轮114，压缩机115接收来自进气口112的空气，压缩空气，并将压缩后的空气流105(或增压的空气)向下游引导通过增压空气冷却器或中间冷却器116，然后到达节气门118。节气门118控制压缩机115与发动机110的进气歧管120之间的流体连通。能使用已知技术操作节气门118，以改变提供给进气歧管120和发动机气缸的进气量。在可替代实施例中，中间冷却器116可以定位在节气门的下游，并且因此可以容纳在进气歧管中。
燃料箱102是用于容纳通过燃料输送***(诸如燃料泵(未示出))供应给内燃机110的燃料的储存器，并且包括加注口颈107。控制器可以调节发动机的运转及其燃料输送和/或蒸发排放。涡轮增压器103周围包括旁路导管150。图1中的旁路导管150在压缩机115的下游和节气阀118的上游具有入口151，并且在压缩机115的上游具有出口152。入口151可以在中间冷却器116的上游或下游。旁路导管150包括用于产生真空的文丘里装置154。文丘里装置154具有与入口151流体连通的动力入口155、与出口152流体连通的排放出口156、以及经由吸入导管158与燃料箱102和净化罐142流体连通的吸入部分157。文丘里装置154可以具有在申请人的任何共同未决申请或授权专利(例如美国专利9，827,963和美国专利9,534,704)中的任何装置的特点，并且可以包括防止从文丘里装置154通过吸入端口157流向燃料箱102的一体式止回阀159。否则，止回阀159可以是吸入导管158中的独立止回阀。
这里，燃料箱102可操作地连接到蒸发排放控制***140。净化罐142连接到燃料箱102，用于通过具有蒸汽控制阀165的第一导管163与燃料箱流体连通。第一导管163提供与净化罐142和燃料箱102内的顶部空间164中的蒸汽的流体连通。蒸发排放控制***140还包括燃料箱保护器阀200，燃料箱保护器阀200定位成在燃料箱102与净化罐142之间流体连通，更具体地，定位在蒸汽控制阀165周围的旁路回路166中。随后参考图2-5详细描述燃料箱保护器阀200。在旁路回路166中，燃料箱保护器阀200定位成具有最靠近燃料箱102的常开阀，并且具有最靠近净化罐142的常闭阀。净化罐142具有与大气(ATM)流体连通的第二导管167。罐排气阀168存在于第二导管167中，并控制净化罐142与大气之间的流体连通。
仍然参考图1，蒸汽控制阀165控制从燃料箱102和净化罐142到发动机110的流体连通，即控制燃料蒸汽经由蒸汽导管170到发动机进气歧管120的释放，并且蒸汽导管170包括罐净化阀172以调节到进气歧管的流动。罐净化阀172可以是高限制流量和计量流量阀。燃料蒸汽通过第一导管160进入净化罐，并且气体在被净化罐中的炭或其他吸附材料作用后可以通过新鲜空气导管167离开净化罐。蒸汽导管170还可以包括防止从进气歧管120流向燃料箱102的蒸汽止回阀174。
现在参考图2-5，更详细地示出了燃料箱保护器阀200。燃料箱保护器阀200具有双列直列式止回阀——其具有最靠近与燃料箱102流体连通的第一端口206从而最靠近燃料箱的常开止回阀202，以及最靠近与净化罐142流体连通的第二端口208从而最靠近净化罐的常闭止回阀204。常开止回阀202和常闭止回阀204是可独立调节的，并且被调节成使得在常开止回阀202移动到关闭位置之前，常闭止回阀204在预选压差下打开。因此，阀200允许流体在预选条件(即压差和流量)下沿一个方向流动，并防止流体在相反的更高流量条件下流动，这产生了可调滞后压力和流量相关阀。在图1的发动机***中，在低流量和低压差下，阀200允许从燃料箱102到净化罐142的流动，但是在高流量和高压差期间，阀关闭以防止燃料箱102中的突然低压，该突然低压可能会损坏燃料箱或使燃料箱塌陷。
基于为特定发动机***选择的设定值，可以将常开阀调至在所述发动机***的控制***的预选要求的1kPa至2kPa范围内关闭。
通过保护器阀200的流动方向由图2中的箭头指示，当两个止回阀202、204都处于打开位置时，流动方向是从燃料箱流向净化罐。保护器阀200包括限定内腔211的壳体210，以及与内腔211流体连通的第一端口206和与内腔211流体连通的第二端口208。内腔211具有横向定向的分隔器212，该分隔器212为从第一端口到第二端口的流体流动限定多个孔214。分隔器212将内腔211分隔成第一止回阀腔室220和第二止回阀腔室220。第一密封盘228定位在第一止回阀腔室220中，并且通常由具有第一偏置力的第一偏置构件226偏置到打开位置，并且第二密封盘238定位在第二止回阀腔室220中，并且通常由具有第二偏置力的第二偏置构件236偏置到关闭位置。
如图3所示，分隔器212被成形为中心毂216，中心毂216具有径向向外延伸并连接壳体210的壁219的多个辐条218。如图2最好地示出，第一轴224从分隔器212朝向第一端口轴向延伸，第一偏置构件226安置在第一轴224上。第一偏置构件226抵靠分隔器212安置并且通过可调节的紧固件230压靠分隔器。第一偏置构件226抵靠紧固件230可操作地将第一密封盘228朝向第一端口206并因此朝向燃料箱偏置到打开位置。紧固件230可释放地且可调节地紧固到轴224。此外，第二轴234从分隔器212朝向第二端口轴向延伸，第二偏置构件236安置在第二轴234上。第二偏置构件236抵靠分隔器212可操作地将第二密封盘238在朝向第一端口并因此朝向燃料箱的方向上偏置到关闭位置。第二偏置构件通过可释放地且可调节地紧固到第二轴234的紧固件240保持在可选择的压缩状态。每个紧固件230、240可释放地且可调节地附接到其轴224、234，使得每个止回阀202、204独立可调。
仍然参考图2，限定第一止回阀腔室220的壳体210的一部分为第一止回阀202的关闭位置限定第一座242。第一座242可以是限定在壳体210的内壁中的环形台阶或肩部的形式。分隔器212限定第二座244，第二座244可以是第一环形密封珠，当第二止回阀204关闭时，密封盘238安置在第一环形密封珠上。如果需要，第二环形密封珠(未示出)可以存在于中心毂216处，第二环形密封珠位于第一环形密封珠的径向内侧。可替代地，限定第二止回阀腔室222的壳体210的一部分可以以与第一止回阀相同的方式限定第二座，即限定在壳体内壁中的环形台阶或肩部。基于第一座242和第二座244的位置，第一密封盘的关闭位置和第二密封盘的关闭位置彼此间隔开一段距离，以限定密封的子腔室221，并且第一密封盘228和第二密封盘238向关闭位置的移动是朝向彼此的。
壳体210可以是多件式壳体，其中各件通过液密密封连接在一起。如图1最好地示出，壳体210可以具有中心主体250，该中心主体250具有两个开口端252、254，开口端252、254被大致漏斗形的帽256、258覆盖，帽256、258分别限定第一端口206和第二端口208。第一端口206和第二端口208可以各自限定或包括远离中心主体250延伸的细长连接器，并且可以各自包括在图1中第二端口208的外表面上或其端部处示出的连接器特征259。内腔211通常具有比第一端口206和第二端口208更大的尺寸，以提供足够的尺寸来容纳第一密封盘228和第二密封盘238。在所示实施例中，第一端口206和第二端口208彼此相对定位，但不限于这种配置。在另一个实施例中，第一端口和第二端口可以以小于180度的角度相对于彼此定位。
在所有实施例中，偏置构件可以是弹簧，诸如螺旋弹簧，或者管状可压缩弹性构件。
在一个实施例中，轴224、234每一者都有螺纹，并且紧固件是螺母，一旦保护器阀200被调好，该螺母可以被锁定。在另一个实施例中，轴可以包括多个间隔开的径向延伸的孔，用于接收开口销紧固件(未示出)。在又一实施例中，轴没有螺纹，并且紧固件是可固定到轴的夹具。
密封盘228、238每一者都是大致平坦的平面盘，平面盘具有穿过其的中心孔229、239(在图2中标记出)，中心孔229、239分别接收轴224、234。密封盘可以是或包括适用于与内燃机的燃料蒸汽流体连通的弹性体材料，即当暴露于与这样的环境相关的化学物质、温度和压力时是耐用的。在一个实施例中，密封盘可以是或包括天然橡胶、合成橡胶、硅橡胶、氟硅橡胶、氟碳橡胶、丁腈橡胶、EPDM、PTFE及其组合中的一者或多者，但不限于此。此外，密封盘可以是或包括金属、塑料和/或橡胶复合材料。
保护器阀200被调成具有第一预选压降，以在第一止回阀202关闭之前打开常闭止回阀(第二止回阀204)，但是两个止回阀202、204都在净化罐排空事件期间存在的条件下关闭，并且都在发动机运行和/或发动机关闭条件期间打开，以便使流体从燃料箱流向净化罐。例如，当燃料箱与净化罐之间的压差适合于特定的发动机***时，保护器阀200可以被调成使常开止回阀和常闭止回阀都关闭。
燃料箱保护器阀的优点和/或益处包括简化的设计而不需要电动控制，用于为多个发动机***定制相同装置的单独可调偏置构件，但最重要的是为燃料箱提供保护，以避免来自极低或极高压力的损坏。
应当注意的是，实施例的应用或使用不限于附图和描述中所示的部件和步骤的构造和布置的细节。说明性实施例、构造和变型的特征可以在其他实施例、构造、变型和修改中实施或结合，并且可以以各种方式实践或执行。此外，除非另有说明，本文使用的术语和表达是为了描述本发明的说明性实施例以方便读者而选择的，而不是为了限制本发明。
已经参考本发明的优选实施例详细地描述了本发明，显而易见的是，在不脱离所附权利要求中限定的本发明的范围的情况下，修改和变化是可能的。

Claims (20)

1.一种燃料箱保护器阀，包括：
壳体，所述壳体具有第一端口和第二端口，并且限定具有横向定向的分隔器的内部腔室，所述分隔器为从所述第一端口到所述第二端口的流体流动限定多个孔，其中所述分隔器将所述内部腔室分隔成第一止回阀腔室和第二止回阀腔室；
第一密封盘，所述第一密封盘定位在所述第一止回阀腔室中，并且通常由具有第一偏置力的第一偏置构件偏置到打开位置；和
第二密封盘，所述第二密封盘定位在所述第二止回阀腔室中，并且通常由具有第二偏置力的第二偏置构件偏置到关闭位置；
其中，当所述第一密封盘和所述第二密封盘移动到关闭位置时，移动方向是朝向彼此的；
其中所述第二偏置力被设定为预选压差，所述预选压差在所述第一密封盘移动到关闭位置之前将所述第二密封盘移动到打开位置；
其中，当所述第一密封盘处于所述打开位置时，流体从所述第一端口流动通过所述第一止回阀腔室，并作用在所述第二密封盘上，以在超过所述预选压差时将所述第二密封盘移动到所述打开位置。
2.根据权利要求1所述的保护器阀，其中所述第一偏置构件和所述第二偏置构件是独立可调的，以设定所述第一偏置力和所述第二偏置力。
3.根据权利要求2所述的保护器阀，其中所述第一偏置构件和所述第二偏置构件是弹簧。
4.根据权利要求2所述的保护器阀，其中所述第一偏置构件抵靠所述分隔器安置，并且通过可调节的第一紧固件压靠所述分隔器。
5.根据权利要求4所述的保护器阀，其中所述第一偏置构件安置在接收所述第一紧固件的轴上。
6.根据权利要求5所述的保护器阀，其中所述轴具有螺纹，并且所述第一紧固件是螺母。
7.根据权利要求5所述的保护器阀，其中所述第二偏置构件抵靠所述第二密封盘安置，并且通过可调节的第二紧固件压靠所述第二密封盘。
8.根据权利要求7所述的保护器阀，其中所述第二偏置构件安置在接收所述第二紧固件的轴上。
9.根据权利要求8所述的保护器阀，其中所述轴具有螺纹，并且所述第二紧固件是螺母。
10.根据权利要求1所述的保护器阀，其中所述第一密封盘在所述打开位置朝向所述第一端口偏置，并且所述第二密封盘在所述关闭位置朝向所述第一端口偏置。
11.根据权利要求1所述的保护器阀，其中所述分隔器在所述关闭位置为所述第二密封盘限定座。
12.根据权利要求1所述的保护器阀，其中所述第一密封盘和所述第二密封盘的关闭位置彼此间隔开一定距离，以限定密封的子腔室。
13.一种燃料蒸汽净化***，包括：
与净化罐并且与内燃机流体连通的燃料箱；
在所述燃料箱与所述净化罐之间流体连通的燃料箱保护器阀，所述燃料箱保护器阀包括：
直列式相对止回阀，所述直列式相对止回阀具有最靠近所述燃料箱的常开止回阀和最靠近所述净化罐的常闭止回阀；
其中所述常开止回阀和所述常闭止回阀是独立可调的，并且被调成使得在所述常开止回阀移动到关闭位置之前，使所述常闭止回阀在满足所述燃料蒸汽净化***的***要求的预选压差和流量下打开。
14.根据权利要求13所述的***，其中所述内燃机具有涡轮增压器。
15.根据权利要求13所述的***，包括在所述涡轮增压器周围的旁路回路中的文丘里装置，所述文丘里装置具有与所述燃料箱和/或净化罐流体连通的吸入端口。
16.根据权利要求13所述的***，其中所述常开止回阀和所述常闭止回阀都被调成在净化罐排空事件期间关闭。
17.根据权利要求16所述的***，其中所述常开止回阀和所述常闭止回阀都被调成在所述发动机运行和/或发动机关闭期间，使从所述箱到所述罐的流体流动不超过所述***要求。
18.根据权利要求13所述的***，其中所述燃料箱保护器阀被调成当所述燃料箱与所述净化罐之间的压差大于所述***要求时，使所述常开止回阀和所述常闭止回阀都关闭。
19.根据权利要求13所述的***，包括蒸汽控制阀，所述蒸汽控制阀控制所述燃料箱与所述净化罐之间的流体连通并且在所述蒸汽控制阀周围的旁路回路中具有所述燃料箱保护器阀。
20.根据权利要求19所述的***，其中所述内燃机具有涡轮增压器，并且文丘里装置定位在所述涡轮增压器周围的旁路回路中，所述文丘里装置具有与所述蒸汽控制阀流体连通的吸入端口。
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