JP5884778B2 - 弁装置 - Google Patents

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Description

本発明は、例えば、車両の燃料タンクにおける燃料蒸気のパージ系に組み込まれる弁装置に係わり、燃料タンクへの給油時等に積極的に燃料タンクを開放する弁装置(以下、タンク密閉弁と呼ぶことがある。)に関する。
従来から、車両における燃料蒸気のパージ系では、キャニスタを介して燃料タンクの気相部を大気開放することで給油を円滑化したり、気相部の圧力(以下、タンク圧と呼ぶ。)の上昇を規制したりするタンク密閉弁が組み入れられている。すなわち、タンク密閉弁は、燃料タンクを大気に対して開閉する主弁体を備え、この主弁体を駆動して燃料蒸気を含む流体を燃料タンクから逃す。そして、タンク密閉弁は、体格低減、配管の取り回し、および、可能な限り燃料タンクに近接配置させるという要請等に基づき、装置内において、例えば、次のような第1、第2流路および特異空間を含む流路構成を有している。
まず、第1流路とは、燃料タンクから逃される流体(以下、逃し流体と呼ぶことがある。)の流路であって主弁体が開弁することにより逃し流体が通過するものである。また、第2流路とは、第1流路とは別に設けられ、主弁体とは別の副弁体が開弁することにより逃し流体が通過するものである。また、特異空間とは、副弁体が開弁しているときに逃し流体が第2流路に流入する直前に通過する空間であり、第1流路を形成する配管や主弁体の外周側に形成される。そして、特異空間では、逃し流体が配管等の外周面に衝突して流れを2つに分け、再度、合流し、合流した逃し流体が第2流路に流入する。
さらに、タンク密閉弁は、例えば、車両に搭載された電力源から給電されて磁気的な吸引力を発生する電磁ソレノイドを備える。そして、主弁体は、電磁ソレノイドが発生する磁気的な吸引力により駆動されて開弁することで、第1流路に逃し流体を通過させて燃料タンクから流体を逃す(例えば、特許文献1参照。)。
また、副弁体は、逆止弁構造を有し、逃し流体の流体圧が所定の開弁圧よりも大きくなったときに開弁して第2流路に逃し流体を通過させ、逃し流体の流体圧が所定の閉弁圧よりも小さくなったときに閉弁して第2流路における逃し流体の通過を停止する。これにより、タンク密閉弁では、電力源からの給電がなくても、副弁体の開閉弁によりタンク圧の上昇を規制することができる(以下、副弁体およびその近傍の部分を、主弁体、第1流路および特異空間等を含むタンク密閉弁の要部から切り離してリリーフ弁と呼ぶことがある。)。
ところで、タンク密閉弁では、リリーフ弁の開弁時に特異空間における逃し流体の圧力損失が大きいため、リリーフ弁の開閉弁の頻度が多くなって、結果的にリリーフ弁の寿命が短くなる問題がある。すなわち、特異空間では、逃し流体が配管等の外周面に衝突して流れを2つに分け、再度、合流するため、圧力損失が大きい。さらに、タンク密閉弁では、上記の諸要請に基づき、装置内における第1、第2流路および特異空間を含む流路構成を採らざるを得ず、特異空間を解消することは好ましくない。
特開2006−226457号公報
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、タンク密閉弁において、特異空間を解消できなくてもリリーフ弁の開閉弁の頻度を減らしてリリーフ弁の寿命を延長することにある。
本願発明によれば、弁装置は、車両に搭載される燃料タンクを大気に対して開閉する主弁体を備え、主弁体を駆動して燃料タンクから流体を逃すものである。また、弁装置は、特徴的な構成として、以下の第1、第2流路、特異空間、非対称性および前流路を備える。
まず、第1流路は、燃料タンクから逃される逃し流体の流路であって主弁体が開弁することにより逃し流体が通過する。次に、第2流路は、第1流路とは別に設けられ、主弁体とは別の副弁体が開弁することにより逃し流体が通過する。また、特異空間は、副弁体が開弁しているときに逃し流体が第2流路に流入する直前に通過するとともに逃し流体の衝突を受ける障害物が存在する空間であり、障害物が円筒かつ直線形状である。そして、特異空間では、逃し流体が障害物の外周面に衝突して流れを2つに分け、再度、合流する。さらに、非対称性とは、特異空間において分かれた2つの流れに関し、一方の流れの圧力損失と他方の流れの圧力損失とが異なることである。
また、第2流路の特異空間に対する接続口に第2流路の軸が交差して形成される出側中心と、前流路の特異空間に対する接続口に前流路の軸が交差して形成される入側中心とを想定すると、出側中心および入側中心は、両方とも障害物の外周側で障害物の外周面と径方向に向かい合っている。さらに、出側中心と入側中心とを結ぶ線分は、障害物の軸とねじれの関係にある。
これにより、特異空間を大幅に改変することなく、特異空間における逃し流体の圧力損失を低減することができる。このため、タンク密閉弁において、特異空間を解消できなくてもリリーフ弁の開閉弁の頻度を減らしてリリーフ弁の寿命を延長することができる。
弁装置を含むパージ系の全体構成図である(実施例)。 弁装置の構成を説明する断面図である(実施例)。 図2のIII−III断面図である(実施例)。 リリーフ弁の動作特性を示す特性図である(実施例)。 比較対象の弁装置に関する図3相当の断面図である(実施例)。 (a)はタンク圧の経時変化を示すタイムチャートであり、(b)は弁室圧の経時変化を示すタイムチャートであり、(c)は開弁期間を示すタイムチャートであり、(d)は逃し流量の経時変化を示すタイムチャートである(実施例)。 弁装置に関する図3相当の断面図である(変形例)。
実施形態の弁装置を実施例に基づき説明する。
〔実施例の構成〕
実施例の弁装置1は、車両に搭載される燃料タンク2を大気に対して開閉する主弁体3を備え、主弁体3を駆動して燃料タンク2から流体を逃すものであり、例えば、燃料タンク2への給油時に積極的に燃料タンク2を開放するために用いられる。
そして、弁装置1は、例えば、車両の燃料タンク2における燃料蒸気のパージ系4に組み込まれ、キャニスタ5を介して燃料タンク2の気相部2aを大気開放することで給油を円滑化したり、タンク圧の上昇を規制したりするタンク密閉弁として機能する。
なお、弁装置1において、主弁体3は、電磁ソレノイド6とともに電磁弁7Aを構成する。電磁ソレノイド6は、車両に搭載された電力源から給電されて磁気的な吸引力を発生するものであり、コイル6a、固定鉄心6b、可動鉄心6cおよび復元バネ6d等からなる周知構造を有する。そして、主弁体3は、電磁ソレノイド6が発生する吸引力により駆動されて燃料タンク2を開放する。
ここで、パージ系4を、図1を利用して説明する。
まず、パージ系4は、燃料タンク2とキャニスタ5とを接続する流路9a、キャニスタ5とスロットル弁10の下流側の吸気ラインとを接続する流路9b、および、キャニスタ5を大気に対し開放する流路9cとを備える。そして、流路9aに弁装置1が組み入れられ、弁装置1により燃料タンク2とキャニスタ5との間が開閉される。
また、流路9b、9cには、それぞれ、電磁弁7B、7Cが組み入れられ、電磁弁7B、7Cにより、それぞれ、キャニスタ5と吸気ラインとの間、キャニスタ5と大気との間が開閉される。また、流路9cには、電磁弁7Cよりも大気側で、大気からキャニスタ5側への異物の進入を阻止するフィルタ11が組み入れられている。
そして、車両に搭載された所定の電子制御ユニット(ECU:図示せず。)により、電磁弁7A〜7Cの動作を制御することで、給油時の大気開放や燃料蒸気のパージ等の制御を実行する。例えば、給油時には、電磁弁7Bを閉弁させるとともに電磁弁7A、7Cを開弁させる。これにより、キャニスタ5を介して気相部2aが大気開放され、給油が円滑化される。また、燃料蒸気のパージを行うときには、電磁弁7A、7Bを開弁させるとともに電磁弁7Cを閉弁させる。これにより、燃料タンク2やキャニスタ5等に溜まった燃料蒸気が吸気ラインの負圧により吸引されて内燃機関に供給される。
以下、図2〜図5を用いて弁装置1の特徴的な構成を説明する。
弁装置1は、特徴的な構成として、以下の第1、第2流路13、14、特異空間15および非対称性を備える。
第1流路13は、燃料タンク2から逃される流体(逃し流体)の流路であって流路9aの一部をなし、主弁体3が開弁することにより逃し流体が通過する。より具体的に、第1流路13は、円筒かつ直線形状の配管18aの内周に形成されている。また、配管18aは、主弁体3を収容するハウジング部18bと一体の樹脂成形品18の一部として設けられ、ハウジング部18bには、主弁体3を収容する弁室19が設けられている。そして、配管18aは、円筒かつ直線形状に設けられていることから、自身の軸方向一端側または他端側から見て鏡像対象性を有する。
また、配管18aの内、逃し流体の流れ方向に関して上流側の開口端18auが弁室19に突出するように設けられ、開口端18auが主弁体3により開閉される。また、主弁体3は、円柱部3aを本体とする柱状体として設けられている。さらに、主弁体3は、開口端18auに離着座する弁部として、円柱部3aと同軸、かつ、円柱部3aよりも径大の円板部3bを円柱部3aの軸方向一端側に有する。このため、主弁体3は、自身の軸方向一端側または他端側から見て鏡像対象性を有する。
そして、主弁体3は、配管18aと同軸に配置され、軸方向に駆動されて配管18aの開口端18auに離着座することで第1流路13に逃し流体を通過させたり、第1流路13における逃し流体の通過を停止したりする。すなわち、主弁体3は開口端18auに対し垂直に離着座することで第1流路13を弁室19に対して開閉する。
そして、主弁体3は、電磁ソレノイド6が発生する吸引力により開口端18auから離座して第1流路13を開く。つまり、電磁ソレノイド6は、第1流路13を開く方向に主弁体3を駆動するアクチュエータとして機能し、電磁ソレノイド6の吸引力により駆動されて開弁することで、第1流路13に逃し流体を通過させて燃料タンク2から流体を逃す。なお、主弁体3は、板バネ状の付勢手段20により吸引力とは逆の方向に付勢されており、付勢手段20の付勢力により開口端18auに着座して第1流路13を閉じる。
第2流路14は、第1流路13とは別に設けられる流路であり、主弁体3とは別の副弁体22が開弁することにより逃し流体が通過する。より具体的に、第2流路14は、樹脂成形品18において配管18aの外周側で弁室19に開口する部分14aと第1流路13に開口する部分14bとを有する。そして、部分14aと部分14bとの間に副弁体22を有する弁機構23が組み込まれ弁装置1に一体化する。
ここで、弁機構23はリリーフ弁であり、副弁体22は逆止弁構造を呈する。つまり、副弁体22は、逃し流体の流体圧が所定の開弁圧Poよりも大きくなったときに開弁して第2流路14に逃し流体を通過させ、逃し流体の流体圧が所定の閉弁圧Pcよりも小さくなったときに閉弁して第2流路14における逃し流体の通過を停止する。なお、開弁圧Poと閉弁圧Pcとの間には、開弁圧Poの方が閉弁圧Pcよりも大きいヒステリシスが存在する(図4参照。)。
これにより、弁装置1では、電力源からの給電がなくても、副弁体22の開閉弁によりタンク圧の上昇を規制することができる。
なお、弁機構23には、タンク圧の下降を規制する逆止弁構造も設けられており、流路構成として副弁体22による逆止弁構造と並列を形成している(図1参照。)。
また、弁装置1には、主弁体3や副弁体22が開弁しているときに逃し流体が弁室19に流入する直前に通過する前流路25が設けられている。前流路25は、樹脂成形品18の一部として設けられた直線状の配管18cにより形成される。
なお、配管18aは、図示しない別の配管によりキャニスタ5と接続され、配管18cは、図示しない配管により燃料タンク2に接続される。また、配管18a、18cは、それぞれの軸が互いに交差することなく直角を形成するように見えるねじれの位置をとる(図3参照。)。
特異空間15は、副弁体22が開弁しているときに逃し流体が第2流路14に流入する直前に通過する空間である。また、特異空間15には、逃し流体の衝突を受ける障害物27が存在する。具体的に説明すると、特異空間15は弁室19であり、弁室19の内、特に主弁体3および配管18aの周囲の領域が特異空間15に相当する。また、障害物27は、主弁体3および配管18aであり、逃し流体は、主弁体3および配管18aの外周面に衝突する。そして、特異空間15では、逃し流体が障害物27に衝突して流れを2つに分け、再度、合流する(図3参照。)。なお、主弁体3および配管18aが鏡像対象性を有することから、障害物27は鏡像対象性を有する。
非対称性とは、特異空間15において分かれた2つの流れに関し、一方の流れの圧力損失と他方の流れの圧力損失とが異なることである(以下、特異空間15において図3の図示左側の流れを流れAとし、図3の図示右側の流れを流れBとする。)。また、非対称性は、特異空間15における出側中心28および入側中心29の少なくとも一方が障害物27たる主弁体3および配管18aの鏡像対称面に存在しないことにより形成される(図3参照。)。
以下、非対称性について具体的に説明する。
なお、出側中心28とは、第2流路14の特異空間15に対する接続口に第2流路14の軸が交差して形成される点であり、入側中心29とは、前流路25の特異空間15に対する接続口に前流路25の軸が交差して形成される点である。
まず、特異空間15は、主弁体3および配管18aの外周側に円筒状に形成される。つまり、主弁体3および配管18aの外周には、主弁体3および配管18aと同心の円筒状の外郭部18dが樹脂成形品18の一部として設けられ、主弁体3や配管18aと外郭部18dとにより挟まれる円筒状の空間が特異空間15をなす(図3参照。)。
また、出側中心28および入側中心29は、両方とも障害物27の外周側で障害物27の外周面と径方向に向かい合っている(図2および図3参照。)。
また、配管18a、18cは、それぞれの軸が互いに交差することなく直角を形成するように見えるねじれの位置をとり、図3において、前流路25の軸は、第1流路13の軸の左側に存在する。さらに、第2流路14の軸と前流路25の軸とは、互いに平行であり、主弁体3および配管18aの軸方向一端側または他端側から見ると、同一直線状に存在するように見えるので、第2流路14の軸も、図3において、第1流路13の軸の左側に存在する。このため、出側中心28および入側中心29を両方とも含むように鏡像対称面を描くことは不可能であり、出側中心28および入側中心29の少なくとも一方は鏡像対称面に存在しない。よって、出側中心28と入側中心29とを結ぶ線分は、障害物27の軸とねじれの関係にある(図2および図3参照。)。
この結果、流れA、B間には流路長や流路面積に差が生じ、流れA、B間に圧力損失の差が発生する。
ここで、実施例の弁装置1に対する比較対象として、特異空間15における流れA、Bの圧力損失が互いに等しくなる「対称性」について説明する(なお、従来の弁装置は、この対称性を有する。)。
すなわち、比較対象の弁装置1Aによれば、配管18a、18cは、それぞれの軸が互いに直交しており、ねじれの位置をとっていない(図5参照。)。このため、出側中心28および入側中心29を両方とも含むように鏡像対称面を描くことが可能であり、出側中心28および入側中心29は両方とも鏡像対称面に存在する。この結果、流れA、Bは流路長や流路面積が互いに等しく、流れA、B間に圧力損失の差が発生しない。
これに対し、実施例の弁装置1によれば、配管18a、18cをねじれの位置となるように設け、主弁体3および配管18aの軸方向一端側または他端側から見て第2流路14の軸と前流路25の軸とを同一直線状に存在させる。これにより、流れAの流路長を流れBの流路長よりも短くする。また、流れAの流路面積を配管18c寄りの上流側で拡大する。このため、流れAの圧力損失が流れBの圧力損失よりも小さくなって非対称性が現れる。
これにより、非対称性を備える弁装置1では、対称性を備える比較対象の弁装置1Aに比べて、特異空間15全体における逃し流体の圧力損失ΔPを低減することができる。このため、弁装置1によれば、弁装置1Aに比べて、弁機構23の開閉弁の頻度を減らして弁機構23の寿命を延長することができる。
ここで、圧力損失ΔPの低減により弁機構23の開閉弁の頻度が減る理由について説明する。
まず、タンク圧Pt、特異空間15(弁室19)の圧力(以下、弁室圧Prと呼ぶ。)、および、逃し流体の流量Qが、弁機構23の開閉弁によりどのように経時変化するかに関して説明する。なお、燃料タンク2内には十分な液体燃料が貯留されており、気相部2aや弁室19において、燃料蒸気は不飽和の状態にあり、燃料の蒸気圧は時間の経過に対してほぼリニアに増加するものとみなせると考える。
まず、タンク圧Ptおよび弁室圧Prが弁機構23の開弁圧Poに達すると、弁機構23は、開弁して図4の特性に従って流量Qを瞬間的に増加させるので、流量Qは時間軸に対してほぼ垂直にゼロから上昇して増加する。この間、タンク圧Ptは開弁圧Poを維持する一方、弁室圧Prは、開弁圧Poよりも圧力損失ΔPだけ低い圧力値Po−ΔPまで時間軸に対してほぼ垂直に降下する。その後、タンク圧Ptおよび弁室圧Prは、Pt−Pr=ΔPの関係を保ちながら、時間の経過に対してほぼリニアに降下する。この間、流量Qは、タンク圧Ptおよび弁室圧Prの降下に伴い、時間の経過に対してほぼリニアに減少する。
そして、弁室圧Prが弁機構23の閉弁圧Pcに達すると、弁機構23は、図4の特性に従って流量Qを瞬間的に減少させて閉弁するので、流量Qは時間軸に対してほぼ垂直に下降してゼロまで減少する。この間、タンク圧Ptは閉弁圧Pcよりも圧力損失ΔPだけ高い圧力値Pc+ΔPを維持する一方、弁室圧Prは、閉弁圧Pcから圧力値Pc+ΔPまで時間軸に対してほぼ垂直に上昇する。その後、タンク圧Ptおよび弁室圧Prは、同じ値を保ちながら、時間の経過に対してほぼリニアに上昇して、再度、開弁圧Poに達する。
したがって、圧力損失ΔPが低くなると、圧力値Po−ΔPが高くなるとともに、圧力値Pc+ΔPが低くなる。これにより、開弁期間が長くなって、弁機構23の1度の開弁によるタンク圧Ptの降下幅が大きくなり、弁機構23の開閉弁の頻度が減る。
以上により、圧力損失ΔPが下がることで弁機構23の開閉弁の頻度が減るので、弁装置1において、弁装置1Aよりも弁機構23の開閉弁の頻度が減る。
〔実施例の効果〕
実施例の弁装置1は次の特異空間15および非対称性を備える。
まず、特異空間15は、副弁体22が開弁しているときに逃し流体が第2流路14に流入する直前に通過するとともに逃し流体の衝突を受ける障害物27が存在する空間であり、障害物27が円筒かつ直線形状の鏡像対称性を有する。そして、特異空間15では、逃し流体が障害物27の外周面に衝突して2つの流れA、Bに分かれ、再度、合流する。また、非対称性とは、2つの流れA、B間に圧力損失の差が発生することである。
また、出側中心28および入側中心29は、両方とも障害物27の外周側で障害物27の外周面と径方向に向かい合っている。さらに、出側中心28と入側中心29とを結ぶ線分は、障害物27の軸とねじれの関係にある。
これにより、非対称性を備える弁装置1では、対称性を備える比較対象の弁装置1Aに比べて、特異空間15を大幅に改変することなく、特異空間15全体における逃し流体の圧力損失ΔPを低減することができる。このため、弁装置1によれば、弁装置1Aに比べて、弁機構23の開閉弁の頻度を減らして弁機構23の寿命を延長することができる。
以上により、弁装置1(タンク密閉弁)において、特異空間15を解消できなくても弁機構23(リリーフ弁)の開閉弁の頻度を減らしてリリーフ弁の寿命を延長することができる。
〔変形例〕
弁装置1の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の弁装置1によれば、第2流路14の軸と前流路25の軸とは、主弁体3および配管18aの軸方向一端側または他端側から見ると、同一直線状に存在するように見えるものであったが、第2流路14の軸および前流路25の軸の態様は、このようなものに限定されない。例えば、図7に示すように、主弁体3および配管18aの軸方向一端側から見たときに、第2流路14の軸を前流路25の軸よりも図示左側に存在するように見えるものとしてもよい。
また、実施例の弁装置1によれば、障害物27は、主弁体3および配管18aの両方であったが、 主弁体3のみ、または、配管18aのみが障害物27となるように特異空間15を形成してもよく、主弁体3や配管18a以外の部品等が障害物27となるように特異空間15を形成してもよい。
さらに、実施例の弁装置1によれば、主弁体3を駆動するアクチュエータは電磁ソレノイド6であったが、電動モータ等をアクチュエータとして採用してもよい。
1 弁装置 2 燃料タンク 3 主弁体 13 第1流路 14 第2流路 15 特異空間 22 副弁体 27 障害物

Claims (3)

  1. 車両に搭載される燃料タンク(2)を大気に対して開閉する主弁体(3)を備え、この主弁体(3)を駆動して前記燃料タンク(2)から流体を逃す弁装置(1)において、
    前記燃料タンク(2)から逃される逃し流体の流路であって前記主弁体(3)が開弁することにより前記逃し流体が通過する第1流路(13)と、
    この第1流路(13)とは別に設けられ、前記主弁体(3)とは別の副弁体(22)が開弁することにより前記逃し流体が通過する第2流路(14)と、
    前記副弁体(22)が開弁しているときに前記逃し流体が前記第2流路(14)に流入する直前に通過するとともに前記逃し流体の衝突を受ける障害物(27)が存在する空間であり、この障害物(27)が円筒かつ直線形状であり、前記逃し流体が前記障害物(27)の外周面に衝突して流れを2つに分け、再度、合流する特異空間(15)と、
    この特異空間(15)において分かれた2つの流れに関し、一方の流れの圧力損失と他方の流れの圧力損失とが異なる非対称性と
    前記副弁体(22)が開弁しているときに前記逃し流体が前記特異空間(15)に流入する直前に通過する前流路(25)とを備え
    前記第2流路(14)の前記特異空間(15)に対する接続口に前記第2流路(14)の軸が交差して形成される出側中心(28)と、
    前記前流路(25)の前記特異空間(15)に対する接続口に前記前流路(25)の軸が交差して形成される入側中心(29)とを想定すると、
    前記出側中心(28)および前記入側中心(29)は、両方とも前記障害物(27)の外周側で前記障害物(27)の外周面と径方向に向かい合っており、
    前記出側中心(28)と前記入側中心(29)とを結ぶ線分は、前記障害物(27)の軸とねじれの関係にあることを特徴とする弁装置(1)。
  2. 請求項1に記載の弁装置(1)において、
    前記第1流路(13)は円筒かつ直線形状の配管(18a)の内周であり、
    前記主弁体(3)は、円筒かつ直線形状であり、前記配管(18a)と同軸に配されて前記配管(18a)の開口端(18au)に離着座することで前記第1流路(13)に前記逃し流体を通過させたり、前記第1流路(13)における前記逃し流体の通過を停止したりし、
    前記障害物(27)は、前記主弁体(3)および前記配管(18a)の両方または一方であり、
    前記特異空間(15)は、前記主弁体(3)および前記配管(18a)の両方または一方の外周であることを特徴とする弁装置(1)。
  3. 請求項1または請求項2に記載の弁装置(1)において、
    車両に搭載された電力源から給電されて前記主弁体(3)を駆動するアクチュエータ(6)を備え、
    前記主弁体(3)は、このアクチュエータ(6)の駆動力により駆動されて開弁することで、前記第1流路(13)に前記逃し流体を通過させ、
    前記副弁体(22)は、逆止弁構造を有し、前記逃し流体の流体圧が所定の開弁圧(Po)よりも大きくなったときに開弁して前記第2流路(14)に前記逃し流体を通過させ、前記逃し流体の流体圧が所定の閉弁圧(Pc)よりも小さくなったときに閉弁して前記第2流路(14)における前記逃し流体の通過を停止することを特徴とする弁装置(1)
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