CN116075632A - 用于燃料蒸汽管理***的磁性闭锁阀以及包括该阀的*** - Google Patents
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Abstract
一种磁性闭锁阀，其具有壳体，壳体带有彼此之间流体连通受控的第一端口和第二端口。封装在壳体内的是螺线管内可线性平移的电枢。电枢能在打开位置和关闭位置之间移动并且连接至提升阀。永久磁体固定就座于一位置处用以将电枢磁性闭锁在打开位置，并且弹簧就座成第一端抵靠提升阀且第二端抵靠壳体。弹簧在电枢处于关闭位置时将提升阀偏置成关闭，并且具有如果弹簧比率被超过则机械地缓解压力的预选定弹簧比率。电枢在电压脉冲应用到螺线管之后被移动至打开位置并且在此之后处于未通电状态。公开了一种车辆燃料补给燃料***，其包括磁性闭锁阀。
Description
相关申请
本申请要求于2020年9月7日提交的美国临时申请63/075,228的优先权，其整体公开通过引用并入本文中。
技术领域
本申请涉及用于燃料蒸汽管理发动机***的磁性闭锁阀，尤其涉及一种磁性闭锁阀，其在车辆补给燃料事件期间磁性闭锁于打开位置，在正常操作期间正常关闭，并且具有过压释放功能以保护燃料箱结构完整性。
背景技术
当客户需要用加压燃料***为车辆补给燃料时主要打开的阀通常在混合动力车辆中使用并且需要。该阀定位在燃料蒸汽***中、燃料箱蒸汽拱顶与燃料蒸汽碳罐之间。该阀还提供在某些条件下打开并允许流动的严格机械功能，以在正常操作条件下提供压力释放从而保护燃料箱结构完整性。
补给燃料阀允许车辆满足(诸如EPA、CARB、China 6、Euro 6.2设定的关于混合动力电车(HEV)和***式混合动力电车(PHEV)的)排放法规，以将蒸汽保持存储在燃料箱内。传统非混合动力***中的燃料蒸汽允许具有到燃料蒸汽罐的开放流动路径，因为发动机将足够地运行以净化燃料蒸汽罐。当发动机处于增压或真空时，有机会将燃料蒸汽抽离燃料蒸汽罐中的碳颗粒并将燃料蒸汽抽入进气歧管以用作燃料。然而，在HEV或PHEV***中，在发动机运行时间非常低的情况下，燃料蒸汽罐会变得充满燃料蒸汽并且开始将燃料蒸汽发送到大气中(如果在燃料箱和罐之间存在开放路径)。因此，存在着HEV和PHEV上的非一体式仅补给燃料罐***(NIRCOS)，其具有(除了在补给燃料事件期间)阻挡来自燃料箱的燃料蒸汽流向碳罐的阀。
存在消除索引(index)市场上可获得的混合动力车辆的NIRCOS***中的机械闭锁阀中阀位置的硬件的需求，并且任选地，存在提供能够对燃料箱蒸汽进行加压以维持燃料箱的结构完整性的阀的需求。
发明内容
在一个方面中，本文公开了一种在车辆发动机中使用的磁性闭锁阀。该磁性闭锁阀具有壳体，壳体带有彼此之间流体连通受控的第一端口和第二端口。封装在壳体内的是：可线性平移的电枢，就座于螺线管内且连接至提升阀；永久磁体，固定就座于壳体内一位置处，用以将电枢磁性闭锁在打开位置；以及弹簧，围绕电枢与提升阀的连接部就座，其具有抵靠提升阀的第一端和抵靠壳体的第二端。电枢在电压脉冲应用到螺线管之后相应地在打开位置和关闭位置之间移动。永久磁体在电压脉冲应用到螺线管之后将电枢闭锁或保持在打开位置。弹簧在电枢处于关闭位置(在单个电压脉冲应用到螺线管之后被移动到关闭位置)时将提升阀偏置成关闭，并且具有如果弹簧比率被超过则机械地缓解压力的预选定弹簧比率。除了单个电压脉冲之外，电枢在平移到打开位置或关闭位置之后处于未通电状态。在所有实施例中，壳体限定与螺线管电连通的插头或插座。
在所有实施例中，弹簧能够为螺旋弹簧，但不限于此。在一个实施例中，当弹簧为螺旋弹簧时，其为圆锥形。
在另一方面，公开了一种用于为具有内燃发动机的车辆补给燃料的***。该***包括：燃料箱，与填注管流体连通；本文公开的磁性闭锁阀，控制燃料箱中的蒸汽与燃料蒸汽罐之间的流体连通；以及内燃发动机的进气歧管，与燃料蒸汽罐流体连通。该磁性闭锁阀与控制器电连通，并且控制器在车辆补给燃料期间打开磁性闭锁阀并且在正常操作期间关闭磁性闭锁阀。预选定弹簧比率被选定成在燃料箱中的蒸汽的阈值压力下打开提升阀，该燃料箱中的蒸汽的阈值压力低于燃料箱的结构完整性压力。在一个实施例中，预选定弹簧比率被设定成防止在补给燃料期间燃料喷嘴关闭。
在所有实施例中，螺线管能够与壳体内的插头或插座电连通并且插头或插座连接至与控制器电连通的适配电连接器，或者其可以直接电连接至控制器。控制器能够包括H桥控制***，其将螺线管的极性反转，以将电枢在打开位置和关闭位置之间移动。
在一个实施例中，内燃发动机为混合动力发动机，其能够为增压***，具有在围绕涡轮增压器或超增压器的旁路中的文丘里设备，并且该文丘里设备具有与燃料蒸汽罐流体连通的抽吸端口。在一个实施例中，该***还包括罐净化阀，其控制燃料蒸汽罐与进气歧管之间的流体连通。在这一实施例中，文丘里设备的抽吸端口与燃料蒸汽罐流体连通，在罐净化阀的上游。
在一个实施例中，磁性闭锁阀与箱压力控制阀处于并流关系。
附图说明
图1是磁性闭锁阀的分解图。
图2是处于组装状态的图1的磁性闭锁阀的纵向截面。
图3是涡轮增压混合动力发动机***的示意图，其在燃料箱和罐之间具有作为补给燃料阀的图1的磁性闭锁阀。
图4是用于传统汽油发动机的图3的燃料蒸汽部分的替代配置的示意图，其在补给燃料箱和罐之间具有作为蒸汽阻挡阀的图1的磁性闭锁阀。
具体实施方式
以下的详细描述将示出本发明的一般原理，其示例另外在附图中示出。在附图中，类似的附图标记表示相同或功能相似的元件。
如本文中所使用的，“流体”表示任何液体、悬浮液、胶体、气体、等离子体、或其组合。在燃料蒸汽管理***中，流体在移动通过磁性闭锁阀时典型地为气体。
参考图1和2，显示了用于燃料蒸汽管理***的磁性闭锁阀100。磁性闭锁阀100具有以两个部件(底座102a和罩102b)限定的壳体102，底座102a和罩102b如图2中所示利用流体密封件适配。流体密封件可以通过热焊接、激光焊接、卡扣配合、过盈配合、粘合或其他已知或在此之后开发的方法形成。底座102a包括第一端口104，其与由壳体102限定的腔室106流体连通。第一端口104与腔室106的结合限定阀开口108。罩102b包括第二端口110，其与腔室106流体连通。第一端口104与第二端口110之间的流体连通由可线性平移的电枢120控制，电枢120就座于螺线管158内并连接至提升阀130，其使得在磁性闭锁阀100处于如图2中所示的关闭位置时与限定阀开口108的阀座109一起形成流体密封。罩102b包括与螺线管158电连通的电插头或插座116。电插头或插座116可连接至与燃料蒸汽管理***或内燃发动机的控制器280(图3)电连通的适配电连接件(未示出)。第一端口104和第二端口110的外部表面中的每一个可以包括连接特征，诸如凸缘、肋状件、凹槽、倒钩等等，以将软管附接至其上或将设备的导管附接在发动机***内。
参考图1，封装在壳体102内的阀机构的特征能够在于具有移动组件112和固定组件114。移动组件112包括电枢120、提升阀130、就座于提升阀130的径向突起凸缘132上的环形密封环134、以及朝向阀开口108偏置提升阀130的弹簧136。固定组件114包括具有封闭端151和开放端153的螺线管壳体150，其中按顺序就座有永久磁体152、接收电枢120的第一端122的止动件154、具有就座于其上的螺线管158的线轴156、以及固定连接至螺线管壳体150的开放端的罩159。电枢120在螺线管158内(更具体地，在线轴156的中空芯157内)可线性平移，并且其能够在向螺线管供应电压脉冲之后相应在打开位置和关闭位置之间移动。永久磁体152固定就座于壳体102且相应地在螺线管壳体150内一位置处，用于在应用于螺线管158的一电压脉冲将电枢120移动至打开位置之后将电枢120磁性闭锁在打开位置。弹簧136围绕电枢120与提升阀130的连接部就座，并且具有抵靠提升阀130的第一端137和抵靠罩102b或螺线管壳体150的第二端139。弹簧136在电枢处于关闭位置(图2)时将提升阀130朝向阀开口108偏置，并且具有如果在电枢120处于关闭位置时弹簧比率被超过(exceed)则机械地缓解压力的预选定弹簧比率(spring rate)。
壳体102典型地为塑料，诸如但不限于尼龙6、尼龙4/6、尼龙6/6和/或聚甲醛。塑料实施例使得壳体102能够使用模制技术来生产，模制技术包括但不限于注塑模制。
如图1中最佳可见，螺线管壳体150包括可适配至罩102b内侧的相对特征的键或键槽、和/或径向穿过其侧部用以与罩102b匹配(registration)的多个钻孔160。在一个实施例中，罩102b被包覆模制到螺线管壳体150，并且塑料材料已经进入穿过多个钻孔，以将罩102b连接至螺线管壳体150。螺线管150包括在其封闭端151中的开口155，用于电线穿过其中从而将螺线管158连接至电插头或插座116。
在图1和2的实施例中，弹簧136是螺旋弹簧。在一个实施例中，螺旋弹簧成圆锥形并且具有抵靠提升阀130就座的更小端部。在所有实施例中，弹簧被调整以具有预选定弹簧比率，其设定成在燃料箱中的蒸汽阈值压力下打开提升阀130，该燃料箱中的蒸汽的阈值压力低于燃料箱的结构完整性压力。燃料箱的结构完整性压力为一数值，在该数值之上燃料箱可能会破裂。尽管示出了螺旋弹簧，弹簧136并不限于此。
提升阀130的环形密封件134能够被包覆模制到其凸缘132或者被弹性拉伸以配合于其上。参考图2，环形密封件134能够具有轴向面向的突起环形环135，其面向阀开口108以增强其间的流体密封。环形密封件134可以由含氟弹性体构造而成。合适的含氟弹性体包括但不限于聚氟乙烯、聚偏二氟乙烯、聚三氟单氯乙烯、聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene)、聚六氟丙烯、聚二氟乙烯、聚四氟乙烯、氟硅氧烷、乙烯-四氟乙烯共聚物、六氟丙烯-四氟乙烯共聚物、六氟丙烯-二氟乙烯共聚物、全氟烷氧基四氟乙烯共聚物、四氟乙烯-六氟丙烯-偏氟乙烯三元共聚物、或在燃料管理***的操作条件下降提供密封件完整性的其他市场上可获得的弹性体材料。
在操作中，磁性闭锁阀100正常是关闭的，其中弹簧136将提升阀偏置到流体密封件抵靠阀开口108。当指令打开(诸如在车辆的补给燃料期间)时，第一电压脉冲被施加到螺线管158以将电枢120线性平移到打开位置。之后，在未通电状态中，永久磁体152通过对其的磁性吸引保持电枢，其中弹簧136处于压缩状态。如所理解的，电枢120由铁磁材料制成，以被磁性吸引至永久磁体152。随后，当阀需要关闭时，第二电压脉冲被施加到螺线管158，其将螺线管158的极性反转，从而使得电枢120被移动远离永久磁体152。在关闭位置，阀再次处于未通电状态，其中弹簧136将提升阀偏置到流体密封件抵靠阀开口108。因此，磁性闭锁阀需要非常少的电能。
磁性闭锁阀100能够利用H桥(H-Bridge)控制***操作，其将极性反转以允许电枢在两个位置(即，打开位置和关闭位置)之间移动。在一个实施例中，H桥控制***是如图3中所示的控制器280的部件。在另一实施例中，控制***能够被存储在容纳于磁性闭锁阀100内的微处理器中。
现参考图3，显示了混合动力电车发动机***200，其为具有涡轮增压器、超增压器等等(本文中统称为涡轮增压器211)的涡轮增压或超增压***。混合动力车辆发动机能够为***式发动机***。发动机***200被配置成用于燃烧来自燃料箱202的在其至少一个组件中累积的燃料蒸汽，并且包括使用非一体式仅补给燃料罐***(NIRCOS)的多缸内燃发动机210。发动机***200从空气进气口接收大气空气(ATM)，其可以包括空气过滤器213(也称为空气滤清器)。涡轮增压器211具有操作压缩机214的涡轮机215，其从空气进气口空气过滤器213接收空气、压缩空气、并将经压缩的空气205(有时称为“增压(boosted)”空气)的流向下游引导、任选地通过增压空气冷却器或中间冷却器(未示出)、并且之后到达节流阀218。节流阀218控制压缩机214与发动机210的进气歧管220之间的流体连通。节流阀218可使用已知技术操作，以改变被提供至进气歧管220和发动机的气缸的进气空气的量。
涡轮增压器211周围包括旁路导管250。旁路导管250具有在压缩机214的下游且在节流阀218的上游的入口251，并且具有在压缩机214的上游的出口252。入口251可以在中间冷却器(未示出)的上游或下游。旁路导管250包括用于产生真空的文丘里设备254。文丘里设备254具有与入口251流体连通的动力入口、与出口252流体连通的排放出口、以及与在罐净化阀272的上游的燃料箱202和燃料蒸汽罐242经由抽吸导管258流体连通的抽吸端口257。文丘里设备254可以具有申请人的任一共有未决申请或授权专利(例如US专利9,827,963和US专利9,534,704)中的任一设备的细节，并且可以包括防止流从文丘里254通过抽吸端口257朝向燃料箱202的一体式止回阀259。在其他方面，止回阀259可以是在抽吸导管258中的单独止回阀。
仍参考图3，燃料箱202是用于保持待经由诸如燃料泵(未示出)的燃料递送***供应至内燃发动机210的燃料230和燃料蒸汽232的储器，并且包括过滤器颈部207和接收补充填注喷嘴的填注阀208。燃料箱202操作性地连接至燃料蒸汽罐242，用以使燃料蒸汽232与之通过第一导管263流体连通。燃料蒸汽罐242容纳碳，并且这种罐是众所周知的。第一导管263包括如上所述的磁性闭锁阀100。磁性闭锁阀100具有与燃料箱202流体连通的第一端口104和与燃料蒸汽罐242流体连通的第二端口110。磁性闭锁阀100控制燃料箱的燃料蒸汽232与燃料蒸汽罐242之间的流体连通。压力传感器244可以存在于燃料箱与磁性闭锁阀100之间，以检测燃料箱蒸汽232的高压。此外，燃料箱压力控制阀246能够以与磁性闭锁阀100并流关系的方式存在，即以围绕磁性闭锁阀100的旁路闭环方式。燃料箱压力控制阀246的一个实施例公开于共有未决US申请16/875,601中。
燃料蒸汽罐242具有与大气流体连通的第二导管267。罐通气阀或蒸汽泄漏检查监控器268存在于第二导管267中，并且控制燃料蒸汽罐242与大气之间的流体连通。罐净化阀272存在于燃料蒸汽罐242与进气歧管220之间的导管270中，以控制其间的流体连通。另外的止回阀274也可以存在于罐净化阀270与进气歧管220之间，以防止流体从进气歧管220流到燃料蒸汽罐242。
控制器280能够调节发动机210和其燃料递送以及其他车辆***的操作。控制器280经由阀100的电插头或电插座116作为直接或间接连接而电连接至磁性闭锁阀100。
现转向图4，磁性闭锁阀100与正常汽油***以及高酒精燃料***300(即，非混合动力发动机***)兼容，以在补给燃料事件期间提供阀座上的高蒸汽流。在这种发动机***中，图3中虚线框内侧的部分被替换成图4中显示的配置。此处，磁性闭锁阀100在燃料箱202与燃料蒸汽罐242之间流体连通，而不存在箱压力控制阀。压力传感器244仍存在于燃料箱与磁性闭锁阀100之间。在正常汽油或酒精燃料***中，是由罐通气阀268’来控制燃料蒸汽罐242与大气之间的流体连通。
磁性闭锁阀100的一个优点在于其紧凑性和整体低重量。与需要大量电能来克服7mm的电枢行程(stroke)的市场上可获得的机械闭锁阀相比，磁性闭锁阀100内的螺线管具有3mm的电枢行程。第二，在单个电压脉冲应用到螺线管之后，磁性闭锁阀100在打开位置和关闭位置都保持自身未通电。永久磁体将电枢和提升阀保持在打开位置。弹簧将提升阀(以及由此电枢)偏置到关闭位置。第三，阀100维持燃料箱的完整性并允许足够的流进入碳罐，以防止补给燃料期间的燃料喷嘴关闭或过早关闭(PSO)。这由于弹簧的存在而成为可能，其在电压脉冲应用到螺线管之后使阀密封关闭。弹簧使阀保持在完全密封关闭位置直到特定压力，在该特定压力下，其将在基于弹簧比率的给定设定点处机械地缓解压力。
阀包括主密封表面和唇部，以在主要表面故障的情况下包括柔性的次要密封表面。
与机械闭锁(索引)阀相比，磁性闭锁阀100具有更少的移动部件并且具有相当低的由于移除机械闭锁索引组件而导致的噪声、振动和不平顺性(NVH)。而且，由于移动组件数量以及组件总数量的减少，存在更少的潜在故障模式。
应当注意的是，实施例不限于其对于附图和说明书中所示部件和步骤的构造和布置详情的应用或使用。说明性实施例的特征、构造和变型可以在其他实施例、构造、变型和修改中得以实现或进行合并，并且可以以各种方式进行实践或实施。此外，除非另有说明，本文中使用的术语和表述是为了方便读者而选择的，其目的是描述本发明的说明性实施例，而非限制本发明。
在详细描述了本发明并参考其优选实施例之后，可以在不偏离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下进行修改和变更，这是显而易见的。
Claims (13)
1.一种车辆发动机的磁性闭锁阀，包括：
壳体，具有彼此之间流体连通受控的第一端口和第二端口；其中所述壳体封装：
可线性平移的电枢，就座于螺线管内并连接至提升阀；其中所述电枢能够在电压脉冲应用到所述螺线管之后相应地在打开位置和关闭位置之间移动；
永久磁体，固定就座于所述壳体内一位置处，用以在应用到所述螺线管的一电压脉冲使所述电枢移动到所述打开位置之后将所述电枢磁性闭锁在所述打开位置；以及
弹簧，围绕所述电枢与所述提升阀的连接部就座，所述弹簧具有抵靠所述提升阀的第一端和抵靠所述壳体的第二端；其中所述弹簧在所述电枢处于所述关闭位置时将所述提升阀偏置成关闭，并且具有如果弹簧比率被超过则机械地缓解压力的预选定弹簧比率；
其中所述电枢在平移至所述打开位置或者所述关闭位置之后处于未通电状态。
2.如权利要求1所述的磁性闭锁阀，其中所述壳体限定与所述螺线管电连通的插头或插座。
3.如权利要求1所述的磁性闭锁阀，其中所述弹簧为螺旋弹簧。
4.如权利要求3所述的磁性闭锁阀，其中所述弹簧为圆锥形螺旋弹簧。
5.一种用于为具有内燃发动机的车辆补给燃料的***，所述***包括：
燃料箱，与填注管流体连通；
根据权利要求1所述的磁性闭锁阀，控制所述燃料箱中的蒸汽与燃料蒸汽罐之间的流体连通；以及
内燃发动机的进气歧管，与所述燃料蒸汽罐流体连通；
其中所述磁性闭锁阀与控制器电连通；
其中所述控制器在车辆补给燃料期间打开所述磁性闭锁阀并且在正常操作期间关闭所述磁性闭锁阀，并且所述预选定弹簧比率被选定成在所述燃料箱中的蒸汽的阈值压力下打开所述提升阀，所述燃料箱中的蒸汽的阈值压力低于所述燃料箱的结构完整性压力。
6.如权利要求5所述的***，其中所述螺线管与所述壳体中的插头或插座电连通，并且所述插头或所述插座连接至与所述控制器电连通的适配电连接器。
7.如权利要求5所述的***，其中所述控制器包括H桥控制***，其将所述螺线管的极性反转，以将所述电枢在所述打开位置和所述关闭位置之间移动。
8.如权利要求5所述的***，其中所述内燃发动机是混合动力发动机。
9.如权利要求8所述的***，其中所述***是增压***，其具有在围绕涡轮增压器或超增压器的旁路中的文丘里设备，并且所述文丘里设备具有与所述燃料蒸汽罐流体连通的抽吸端口。
10.如权利要求9所述的***，包括罐净化阀，其控制所述燃料蒸汽罐与所述进气歧管之间的流体连通。
11.如权利要求10所述的***，其中所述抽吸端口在所述罐净化阀的上游与所述燃料蒸汽罐流体连通。
12.如权利要求5所述的***，其中所述磁性闭锁阀与箱压力控制阀处于并流关系。
13.如权利要求5所述的***，其中所述预选定弹簧比率被设定成防止在补给燃料期间燃料喷嘴关闭。
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