JP4975740B2 - 液体タンクの排気回路に用いられるバルブ - Google Patents

Description

本発明は、液体タンク、特に自動車に装備される燃料タンクの排気回路（venting circuit）に用いられるバルブに関する。

今日では、液体タンク、特に自動車に装備される燃料タンクには、一般的に排気回路が備えられている。この回路は、圧力不足時に（特に、消費された液体量を補うため）タンクに空気を導入する、または圧力過剰時に（特に、過熱時に）タンク内に収容されているガスを排除する。また、この回路は、かつて無い厳しい環境保護の要求の点に対応させるため、大気中に排気すべきガスを導いてろ過させる。

排気回路は、既知の方法で、少なくとも１つのバルブを含んでおり、バルブはタンクが裏返ったり過度に大きく傾いたりしたときに可能な限りタンクから液体が排出されることを防止している。この排気バルブは、このような状態が発生したときに速いかつ確実な反応性を有すると共に、非常に速い流速、タンク内の圧力過剰または小振幅の波のような一時的な現象に対して感度が最小限でなければならない。また、通常操作時や注入時において、キャニスタ（または物質、通常は燃料蒸気を吸着する活性炭を収容しているチャンバ）内にキャリーオーバーされる液体を最小限とし、上記キャニスタが過剰供給されないようにすること及び大気中に排気されるガスを浄化することを確実にしなければならない。この現象は、生産技術用語で通常ＬＣＯ（液体キャリーオーバー(liquid carry over)）と称される。

多くの排気バルブは、上部の針部またはチップ部を有するフロートを用いており、針部またはチップ部が開口部を閉鎖してタンクを排気回路に接続する。このタイプのバルブを有し、ＬＣＯのリスクを低減する方法の１つは、特許文献１に記載されている。特許文献１では、この方法がバッフルでバルブの軸部を囲む工程と、軸部及び開口部が形成されたバルブを準備する工程とからなり、開口部がガスを液体の浄化を可能して液体を精製する捩れた経路に強制排気するように配置されている。
米国特許出願公開第２００２／０１２４９０９号明細書

このタイプのシステムの課題の１つとしては、（軸部材またはバッフルの組立体の総直径が）かさばることがある。この課題の１つの解決法として、内部バッフルを有するバルブを備えることが含まれうるが、そうするとフロートを滑動させるために利用可能な容積が減少して「より薄く」なる。したがって、液体ライン上のばらつきが大きくなると共に、バルブの性能に関する再現性が低下する。

さらに、フロートが長時間高い位置で停止する（排気開口部を閉じる）と、燃料がこの領域における平面部上（特にフロートのヘッド部上）に形成された開口部の周辺に溜まっていく。そして、排気が不可能となるため、タンク内の圧力が高まる。したがって、バルブが再び開くと瞬間的な速度がかなり速くなる。したがって、燃料飛沫のキャリーオーバーの危険性がかなり高くなる。

したがって、本発明は、嵩がより小さいと共に、良好な再現／正確性能を有しＬＣＯの危険性が低いバルブを提供することを目的とする。

この目的のため、本発明は、液体タンクの排気回路に用いられるバルブに関し、上記バルブが、
ａ）タンク内に開口し、開口部を介して排気回路につながる主チャンバと、
ｂ）本体部と開口部を閉鎖可能なヘッド部とを備え、チャンバ内で垂直に滑動可能なフロートと、
ｃ）開口部を囲み、主チャンバの底部を通る副チャンバを形成するバッフルと、を備え、
第２チャンバと、フロートの本体部及びヘッド部との容積及び形状が、ヘッド部が第２チャンバ内で少なくとも部分的に滑動可能である一方、フロートの本体部が滑動不能となるように設計されている。

このような形状は、嵩を低減し（バッフルが内部にあるため）、良好な正確性を有し（フロートのヘッド部のみが「薄い」ためにフロートの液体ライン上における分散が低くなる）、ＬＣＯの危険性が低減される（液体の蓄積領域がバッフルにより制限される）という利点を明らかに有する。この危険性は、フロートのヘッド部が水平面に対して実質的に自由であると、さらに低減されうる。円錐状のチップ部は、垂直な円筒上に配置されているか否かに関わらず、単純で良好な結果をもたらす。

本発明におけるバルブは、任意の液体を収容可能なタンクの排気回路に用いられる。特に、液体は、燃料、ブレーキ液または潤滑油であってもよい。さらに特に、液体は、燃料である。タンクは、任意の用途に用いることができ、主として車両に備えられ、さらに主として自動車に備えられる。

本発明におけるバルブは、本体部と、排気開口部の閉鎖に用いられるヘッド部とからなるフロートを含む。バルブは、内部におけるフロート及び特にフロートの本体部の滑動に対応させた任意形状の主チャンバを含む。このため、バルブは、少なくともフロートの本体部が滑動可能でなければならない部分において、断面積が通常一定である。特に、少なくともこの部分において、チャンバは、内部が円筒状となっている。

フロートの本体部の外部（側面）形状は、本体部が滑動可能なチャンバの内部と明らかに一致している。したがって、一般に本体部は、円筒状の外部形状を有している。

本発明におけるバルブは、底部を介して主チャンバ内で開口し、バッフルに区画される副チャンバをさらに含む。

本発明によれば、フロートのヘッド部は、フロートの本体部が副チャンバ内で滑動不可能である一方で、ヘッド部が活動可能となるように、同じ大きさ及び形状となっている。特に、一形態として、主チャンバ及び副チャンバは、それぞれ同心の円筒状となっている。この形態において、主チャンバの直径（Ｄ_ＭＣ）、フロートの本体部の直径（Ｄ_ＦＢ）、副チャンバの直径（Ｄ_ＳＣ）及びフロートのヘッド部の直径（Ｄ_ＦＨ）が、Ｄ_ＭＣ＞Ｄ_ＦＢ＞Ｄ_ＳＣ＞Ｄ_ＦＢの関係を有している。

本発明におけるバルブの主チャンバは、後端が低位置にあるときにフロートのための支持部を含むことが好ましい。フロートの支持部は、任意の既知のタイプであってもよい。支持部は、開口部が形成された平面または開口部が形成された円錐台状の凹面であることが好ましい。「開口部を備える(apertured)」とは、いくつかの開口部であって、フロートがその機能を果たすように凹面を通って液体を流通させる開口部を有することをいう。特に、円錐台状の凹面または平面は、中央の開口部を有している。タンク内の液面が上がると、液体は、開口部が形成された円錐台状の凹面または平面を通って低部を介してバルブから染み出し、フロートを強制的に上方に移動させてバルブのヘッド部に位置する開口部を針部で閉鎖させる。

好ましい形態において、本発明におけるバルブの主チャンバは、その上部においてガスを流通させる１またはそれ以上の横開口部を有し、これによりバルブのガス抜き／排気機能が提供される。「ガス(gas)」とは、特にタンク内に導入されるべき外部空気またはタンク内で排気可能に収容されている混合ガスをいう。燃料タンクの場合、これら混合ガスは、基本的に空気と燃料蒸気とを含む。

主チャンバの横開口部は小さい寸法であり、特に絞りによって大量の液体が流通することを防止することが好ましい。一般的に、各開口部の面積は、１０ｍｍ^２から２０ｍｍ^２の範囲内となっている。したがって、２つの窓部を正反対に対向配置することが好ましいことから、総面積は一般に２０ｍｍ^２から４０ｍｍ^２の範囲内となっている。

特に、横開口部は、断面で細長い長方形である。

少なくとも２つの開口部が形成されていることが好ましい。これは、１つの開口部であると、例えばタンクが傾いたときのようにバルブが再び開いた瞬間に、（液体燃料によって）閉鎖されてしまうためである。この場合、タンク内の圧力が高くなると共に、再び開いた直後にガスの流速が高くなるため、液体燃料が繰り越される危険性がかなり高まる。
完全な閉鎖は、少なくとも２つの開口部を正反対に対向配置することで回避される。

本発明におけるバルブの好ましい一形態は、内部バッフルには、少なくとも２つの開口部が形成されている。これは、バッフルにより堰き止められている液体を開口部に沿って流して下方に排出するためである。したがって、ガスが底部経由でのみバッフルを通り抜けることができないと、ガスは液滴をすくって（lick up）キャリーオーバーする。

これら開口部が主チャンバの開口部に関してオフセットしていることが特により好ましい。この形態において、内部バッフルにある開口部は、チャンバの開口部に対して正反対にずらして対向配置されており（すなわち、４つの開口部は、一方が他方に対して９０°となるように交差して配置されている。）、良好な効果が得られる。

内部バッフルにある上記開口部は、内部バッフル上の任意の位置に形成されてもよい。しかしながら、バッフルの底部を起点とするスロットは、捕らえた液体を安定させる（排出する）ため、良好な効果が得られる。スロットは、バッフルの高さの半分を超えてまたは３／４を超えて形成されてもよい。

チャンバの上部におけるガスの流通の位置決めは、液面及びその動きに起こりうる影響をかなり大幅に低減し、したがって特定のる重大な状態において排気させる。また、この影響は、開口部のうちのいくつかに面する外部バッフルの少なくとも１つ、好ましくはすべてを削減しうる。

１つのバッフルは、実質的に断面環状であり、バルブのヘッド部を囲んでもよい。また他の方法として、それぞれが１またはそれ以上の開口部に面するバッフルの連続体を用いてもよい。１つのバッフルであることが好ましく、環状であって開口部に備えられていることが好ましい。これは、本発明におけるバルブにおいてかなり高い位置（すなわち、タンクの上壁部近傍）に閉鎖部を形成することで、タンクの貯蔵量を最大とするためである。このため、ガス用の経路は、バルブより上の実質的に高い位置に形成されることになる。外部バッフルの存在は、バルブへの入口点の最上位置を下降させる効果を有する。閉鎖部高さが高いバッフルの使用を調整するため、開口部はこのバッフルに形成する。したがって、燃料面がかなり高いときでも、タンクの排気が継続されるように、バッフルのスロットを通る小さな経路があることになる。これら開口部は、縦スロットであることが好ましく、内部バッフルの開口部の関係と同じ理由により外部バッフルの底部を起点とすることが好ましい。

内部バッフルの場合のように、外部バッフルは少なくとも正反対に対向配置された少なくとも２つの開口部を含むことが好ましく、チャンバの開口部とオフセットしていること、特にチャンバの開口部に関してずらしていることが好ましい。

上述によると、本発明におけるバルブの好ましい一形態では、内部及び外部バッフルの開口部が、整列されると共に主チャンバの開口部に関して交差する形で配置されている。添付の図２に示すように、この形状は、さまざまな区画間で直接の経路が形成されることを避け、これにより迷路効果（labyrinth effect）が生み出される。

本発明におけるバルブの内部バッフルの長さは、バルブの浮上量（すなわち、そのヘッド部を延ばすため）を過度に低減させなければならなくなってその液体ラインの分散リスクが増加することがないように、制限されている。一般的に、その長さは、主チャンバの長さの１／３未満か、さらに言えば主チャンバの長さの１／４未満となっている。

同様に、外部バッフルの長さは、チャンバの開口部を覆うように合わせて制限されている。一般的に、外部バッフルは、内部バッフルよりも若干長くなっているが一般には、主チャンバの長さの１／２を超えず、さらに言えば主チャンバの長さの１／３倍を超えない。

本発明におけるバルブにおいて、「リング(rings)」（すなわち、広い意味で、２つの概ね円筒状の壁の間の流通路）には、場合によっては、十分な幅が大体与えられており、チャンバと内部バッフルとの間と、チャンバと外部バッフルとの間とのそれぞれガスが流通する。これらリングが狭すぎると、捕らえられた液体の液滴により壁の間に膜が形成されるリスクがあり、流通領域を低減してタンク内の圧力を上昇させる。ガス経路内で保持された液状燃料の存在とタンク内の圧力の上昇により、ＬＣＯリスクが上昇することになる。

一方、これらリングが広すぎると、流体が少なくなり、区画に対する液滴の影響を形成することにある有益な効果が減少するというリスクがある。さらに、本願の目的の１つが小型のバルブの提供であるため、外部バッフルの直径を適合して最小化することが狙いとなる。一方、内部バッフルの寸法は、フロートのヘッド部の直径が過剰に減少しないように大きく減少させることができず、したがって液体ラインの分散のリスクが増大する。

したがって、上述のリングは、最適化試験の対象であることが好ましい。実際には、標準寸法のバルブ（主チャンバの直径が３０ｍｍ〜３５ｍｍ）において、寸法が１ｍｍ程度（一般に１〜２ｍｍ）であることが良好な結果となる。

本発明は、排気バルブと注入ガス抜きバルブとの双方に適用され、その目的は最大充填レベル（ＦＬＶＶ（Fill Limit Venting Valve）すなわち給油制御排気バルブ機能）を定めることである。

したがって、本発明におけるバルブは、通常操作時及び満杯時の双方において液体タンクからの排気を可能としている。バルブ自体は、車両が裏返るまたは過度に傾くときに液体が侵入することを防止する機能（ＲＯＶ（Roll-Over Valve）機能）、及び／または満杯になることを防止する機能（ＯＦＰ（Overfilling Prevention）機能）のような機能を有していない。したがって、これら機能は、必要に応じて、独立装置またはバルブと組み合わされる追加手段によりもたらされなければならない。

上述したＲＯＶ機能を備えるため、一般的に重いボール及び／または予負荷されたバネからなる手段が採用されている。重いボールは、特に開口部を備える円錐台状の凹面との組合せ（または円錐台状の底部を有するフロートと開口部がある平面との組合せ）において、良好な効果をもたらす。タンクが傾いた場合、このボールは、円錐台状の凹面内で動いてフロートを上方に動かし、バルブ内の液面が上がる前に、排気開口部をバルブにおける針部とヘッド部のシール部とにより閉鎖する。これにより、排気回路への液体の流入は、完全に防止される。タンクが裏返った場合、重い材料からなるボールは、同様にフロートをバルブの閉鎖位置に向けて押し、重力によりその位置に留める。したがって、本発明は、ＲＯＶ機能を有するバルブの状況において特に良好な結果をもたらす。

ＯＦＰ機能に関しては、状況により、この機能を実行することで知られている任意の装置が備えられてもよい。重力により排気開口部が閉鎖する重いボールのＯＦＰ装置は、良好な結果をもたらす。

選択されたＯＦＰ装置は、バルブの上部であってチャンバ内のフロートの上部に収容されることが好ましい。それからＯＦＰ装置は、バルブを上端部と、ＯＦＰ機能実行部と、排気機能を実行する底部とに分割する壁部上に置かれる。この壁部は開口部によって開口しており、開口部はタンク内の所定圧力レベル以下でボールにより閉鎖される。この壁部は、バルブのチャンバを備える一部品として好都合に成型される。

バルブの構成部材は、任意の材料により形成することができる。これらは、熱可塑性材料に基づいていることが好ましい。この場合、作用応力に耐えうる材料を選択することは、明らかに都合がよい。特に、選択される材料は、接触しなければならない液体に関して不活性、特に燃料に関して不活性である必要がある。

特に液体タンクがプラスチック製の燃料タンクである場合、本発明におけるバルブの構成部材の大部分も、同様にプラスチック製である。「プラスチック」と言う用語は、高分子化合物であって、少なくともこれら材料のうちの２つの混合物と同様に、熱可塑性でも熱硬化性でも大気状態において固体の状態であることをいう。目的のポリマーは、ホモポリマー及びコポリマー（一般に２または３種のコポリマー）を含む。このようなコポリマーとして、これに限定されないが、ランダムコポリマー、リニアブロックコポリマー、ノンリニアブロックコポリマー及びグラフトコポリマーが挙げられる。熱可塑性エラストマ及びその混合物を含有する熱可塑性材料であることが好ましい。

いずれのタイプの熱可塑性のポリマーまたはコポリマーにおいも、融点が融点温度以下であることが適している。熱可塑性材料は、少なくとも１０℃を超える融解範囲を有していることが特に適している。例えば、このような材料には、その分子量において多分散性を示すものが含まれる。

特に、本発明におけるバルブは、ポリオレフィン、グラフトポリオレフィン、熱可塑性ポリエステル、ポリケトン、ポリアミド及びこれらのコポリマーからなる。

燃料タンクに用いられるポリマーの１つは、所望の燃料を浸透させないことを目的とした多層構造に適用されるポリエチレン、特に高密度ポリエチレン（ＨＤＰＥ：high-density polyethylene）である。多層構造は、バリア層（例えば、ＥＶＯＨ（エチレンビニルアルコールコポリマー）または加水分解エチレン／ビニルアセテートコポリマーに基づいた）または表面処理（例えば、フッ化またはスルホン化）されたバリア層を含んでいる。したがって、本発明におけるバルブがカバー部を含むときは、カバー部がタンクに結合されるようにＨＤＰＥに基づくことが好ましい。バルブの他の部分については、少なくとも１つの不浸透性炭化水素プラスチックに基づいていることが好ましい。例えば、このような不浸透性炭化水素プラスチックとしては、これに限定されないが、ポリエチレンテレフタレートまたはポリブチレンテレフタレート、ポリアミド、ポリケトン及びポリアセトンが挙げられる。注目すべきは、カバー部を含むこれらすべての部分は、多層構造であってもよく、例えば少なくとも１つの高密度ポリエチレンと任意の炭化水素のバリア層（表面上または上記構造内にある）とを含む。

プラスチック製の燃料タンク及び特にＨＤＰＥに基づく燃料タンクの場合バルブであって、ＨＤＰＥに基づくカバー部とチャンバとＰＯＭ（polyoxymethylene：ポリオキシメチレン）またはＰＢＴ（polybutyleneterephthalate：ポリブチレンテレフタレート）からなるフロートとフルオロエラストマからなるシール部とを含むバルブにより良好な効果が得られる。バルブをタンクに締結する方法及び位置は、一定の条件に適する標準の態様の中から選択してもよい。バルブは、タンクの上壁部に直接接合されていることが好ましく、上へ基部のカバーに溶接されていることがより好ましい。

図１は、バルブであって、排気チューブ（２）を組み込むカバー（１）と、タンク（図示略）に開口する主チャンバ（３）とを備える。フロート（４、５）は、下部に図示されており、主チャンバ（３）内で垂直に滑動可能となっている。フロート（４、５）は、本体部（４）と、本体部（４）と一体成形されて円錐チップ部（６）が備えられたヘッド部（５）とを備える。このフロートの液体ラインは、例として示される。

主チャンバ（３）は、排気開口部（１４）が形成された下方凸部（８）が備えられた上壁部（７）を含む。フロート（４、５）は、バルブ内において開口プレート（９）を介した液体の上昇、またはタンクが傾いた場合において重い材料からなるＲＯＶボール（１０）の移動によって、移動可能に形成されている。主チャンバ（３）は、その上部において、ガスを流通させるが大量の液体が流通することを防止する小さい横開口部（１１）を含む。主チャンバ（３）は、ガスが開口部（１１）を通ることによっていかなる液体をも持ち越されることを阻止するため、円環状の内部バッフル（１２）も含む。注目すべきは、カバー（１）が環状部（１２’）により下方に延出し、バッフルであって外部バッフルとして機能することである。内部及び外部バッフルには、開口部（１１’）（１１”）が備えられている。

図示のバルブにおいて、カバー（１）は、外部バッフル（１２’）と一体的に形成され、主チャンバ（３）及び内部バッファ（１２）両者も一体的に形成されてあらかじめ壁部（７）が備えられており、これらをカバー（１）に嵌入することによって組み立てられている。環状シール部（１３）は、この接続構造を密封する。

このバルブは、図２の図示や上述のように、チャンバ（３）の中へまたは各バッフル（１２）、（１２’）の中への最適な開口位置を有している。この図では、開口部（１１”、１１、１１’）それぞれが、９０°ずつオフセットされ、外部バッフル（１２’）から主チャンバ（３）を経て内部バッフル（１２）を通っていることが示されている。

図３もまた、排気チューブ（２）を含むカバー（１）と、タンク（図示略）に開口するチャンバ（３）とを備える排気バルブを示す。フロート（４）は、下部に図示され、主チャンバ（３）内で垂直に滑動可能であり、開口座部（aperture rests）が形成されたシール部（６）が載置された針部（５）（このフロートと一体的に形成されている）を含む。このシール部の役割は、バルブに２段階式の開口効果をもたらすものである（本出願人による同時係属の出願を参照）。

チャンバ（３）の上部は、円錐台状の凹面（７）の形状となっており、可動ＯＦＰボール（８）を含んでいる。フロート（４）は、開口プレート（９）を介した液面の上昇、またはタンクが傾いた場合において重い材料からなるＲＯＶボール（１０）が移動することによって、移動可能に形成されている。

チャンバ（３）は、その上部において、ガスを流通させるが大量の液体が流通することを防止する小さい横開口部（１１）を含む。また、チャンバは、ガスが開口部（１１）を通ることによっていかなる液体をもキャリーオーバーされることを阻止するため、円環状の内部バッフル（１２）も含む。注目すべきは、カバー（１）が環状部により下方に延出し、バッフルであって外部バッフルとして機能することである。フロート（４）のヘッド部は、針部（５）の周囲において中空の籠部のようなものを形成する複数の引掛指部（１３）が備えられている。複数の引掛指部（１３）は、内部にシール部（６）を可動に収容する。

本発明は、以下の図面により限定されるものではない。

本発明におけるバルブの開状態における軸方向断面図である。 同バルブの上部における径方向概略断面図である。 本発明における他のバルブの開状態における軸方向断面図である。

符号の説明

３ 主チャンバ
３’ 副チャンバ
４ 本体部
５ ヘッド部
６ チップ部，シール部
１１，１１’，１１” 開口部（横開口部）
１２ 内部バッフル（バッフル）
１２’ 環状部，外部バッフル（バッフル）
１４ 開口部

Claims (9)

1. 液体のタンクの排気回路に用いられるバルブであって、当該バルブが、
   ａ）前記タンクに開口し、開口部（１４）を介して前記排気回路（２）に接続される主チャンバ（３）と、
   ｂ）本体部（４）及び前記開口部（１４）を閉鎖可能なヘッド部（５）を備え、前記主チャンバ（３）内で垂直に滑動可能なフロートと、
   ｃ）前記開口部（１４）を囲み、前記主チャンバ（３）内で底部を介して開口する副チャンバ（３’）を形成するバッフル（１２）と、
   を備え、
   前記副チャンバ（３’）と、前記フロートの前記本体部（４）及びヘッド部（５）との寸法及び形状が、前記ヘッド部（５）が前記副チャンバ（３’）の内部において少なくとも部分的に滑動可能である一方、前記フロートの前記本体部（４）が滑動不能となるように設計されており、
   当該バルブが、
   ｄ）前記主チャンバ（３）の周囲の底部を介して開口する外部チャンバ（３”）を形成するとともに、少なくとも２つの横開口部（１１”）を含む、第２のバッフル（１２’）を備えていることを特徴とするバルブ。
2. 前記フロートの前記ヘッド部（５）が、略円錐状のチップ部（６）を有することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
3. − 前記主チャンバ（３）及び前記副チャンバ（３’）双方が、同心の円筒状であり、
   − 前記フロート（５）の前記本体部（４）及び前記ヘッド部が、円筒状の外殻部を有し、
   − 前記主チャンバの直径（Ｄ_ＭＣ）、前記フロートの前記本体部の直径（Ｄ_ＦＢ）、前記副チャンバの直径（Ｄ_ＳＣ）及び前記フロートの前記ヘッド部の直径（Ｄ_ＦＨ）が、Ｄ_ＭＣ＞Ｄ_ＦＢ＞Ｄ_ＳＣ＞Ｄ_ＦＢの関係を有していることを特徴とする請求項１または２に記載のバルブ。
4. 前記主チャンバ（３）が、少なくとも２つの横開口部（１１）が形成された上部を有することを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のバルブ。
5. 前記バッフル（１２）も、少なくとも２つの横開口部（１１’）を含むことを特徴とする請求項４に記載のバルブ。
6. 前記横開口部（１１’）が、前記第２のバッフル（１２）の底部を起点とするスロットであることを特徴とする請求項５に記載のバルブ。
7. 前記バッフル（１２’）の開口部（１１”）と前記チャンバ（３）の開口部（１１）とが、互いにオフセットされていることを特徴とする請求項５または６に記載のバルブ。
8. 前記横開口部（１１”）が、前記第２のバッフル（１２’）の底部を起点とするスロットであることを特徴とする請求項４から７のいずれか１項に記載のバルブ。
9. 前記バッフル（１２’）の開口部（１１”）と前記チャンバ（３）の開口部（１１）とが、互いにオフセットされていることを特徴とする請求項４から８のいずれか１項に記載のバルブ。

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