JP6176215B2 - 二段切替弁 - Google Patents
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Description
閉弁時に、弁体に形成された絞り穴のみを介して流体が流れる二段切替弁として、流体圧によって流路面積の切り替えを行う圧力作動タイプの二段切替弁が知られている(例えば、特許文献1参照)。
この二段切替弁は、流路内でスライド可能に支持される弁体と、この弁体を流路の上流方向へ向けて付勢するバネ手段とを備える。
このように、弁体がスライドして流路面積が切り替わることで調圧あるいは流量調整の少なくとも一方が成される。
二段切替弁が設けられた流路を介して素早く流体を流したい場合がある。
しかし、二段切替弁は、上述したように、上流側の圧力が高い場合、弁体が流路を閉塞し、流体は絞り穴のみを介して流れる。このため、上流側の圧力が高い閉弁時には、流体を素早く流すことができない。
しかし、絞り穴を拡径すると、弁体の切替圧が変化する不具合や、上流側の高圧時に流量上限(絞り穴が制限する最大流量)を超えてしまう不具合が生じる。
具体的な一例として、二段切替弁が「タンクの圧抜き流路」に設けられる場合、圧抜き時間の短縮を図る目的で、「タンクの圧抜き時」には、二段切替弁を介して多量の流体を流すことが求められる。
しかし、二段切替弁は、タンク内の圧力が高い閉弁時(即ち、上流側の圧力が高い場合)には、上述したように、多くの流体を素早く流すことができないため、タンクの圧抜き時間が長くかかってしまう。
より具体的な一例として、車両用燃料タンクの圧抜き動作を説明する。
燃料キャップを開けた際に、燃料タンク内の蒸発燃料が大気中へ流出する不具合を防ぐ手段が車両に搭載される。
給油のために乗員がリッドスイッチをONすると、燃料タンクとキャニスタを連通する蒸発燃料通路が開かれ、燃料タンクの蒸発燃料がキャニスタへ流れる。即ち、燃料タンクの圧抜き動作が実施される。
この圧抜き作動により燃料タンクの内圧が所定圧まで低下すると、燃料キャップを覆うフューエルリッド(ボディ側の開閉扉)がバネ力で開くのを阻止するリッドロック(ロック機構)が解除されて、フューエルリッドが開く。
給油の直前の圧抜き時に、燃料タンク内の蒸発燃料の圧力が高いと、上述したように、二段切替弁は、多くの流体を素早く流すことができないため、給油直前に実施される燃料タンクの圧抜き時間が長くかかってしまう不具合がある。
これにより、閉弁時に、上流側の流体をラバールノズルにおいて加速させて下流側へ流すことができる。即ち、絞り穴をラバールノズル形状に設けることで、絞り穴を拡径することなく閉弁時に多くの流体を流すことができる。
図1〜図6を参照して実施例1を説明する。
蒸発燃料処理装置は、エンジン1(内燃機関)を搭載する車両に用いられるものであり、燃料タンク2の蒸発燃料をキャニスタ3に吸着保持させ、エンジン1の運転中にキャニスタ3が保持する蒸発燃料をエンジン1の吸気通路4に導いてパージ処理を行うものである。
(a)燃料タンク2内で蒸発した蒸発燃料をキャニスタ3へ導く蒸発燃料通路5(ブリーザ通路)と、
(b)キャニスタ3が保持した蒸発燃料を吸気通路4の負圧発生範囲(スロットルバルブの吸気下流)へ導くパージ通路6と、
(c)このパージ通路6の開閉および開度調整を行うパージバルブ7と、
(d)蒸発燃料通路5に設けられる密閉弁(後述する電磁弁16と二段切替弁18を一体化したバルブ装置)8と、
(e)少なくとも電磁弁16をバイパスする2つのバイパス路(第1バイパス路9および第2バイパス路10)と、
(f)第1バイパス路9に設けられる正圧用リリーフ弁11と、
(g)第2バイパス路10に設けられる負圧用リリーフ弁12と、
を備えて構成される。
そして、蒸発燃料処理装置に用いられる複数の電気機能部品は、エンジン制御を行う制御装置(以下、ECUと称す)13により作動状態(即ち、通電状態)が制御される。
このキャニスタ3は、大気導入通路15を介して大気が導入可能に設けられている。この大気導入通路15には、図示しないが電磁弁構造を有するCCV(キャニスタ・コントロール・バルブの略)が設けられいる。このCCVは、ECU13により作動状態が制御されるものであり、CCVが開かれることで大気がキャニスタ3内に取り込まれる。
一方、負圧用リリーフ弁12は、燃料タンク2の内圧が所定の下限値より低い圧力になると開弁する逆止弁であり、正圧用リリーフ弁11と同様、例えばダイヤフラムを用いたリード弁構造や、ボール弁等を用いたチェック弁構造を採用する。
電磁弁16は、蒸発燃料通路5の一部を成すL字通路19(流路の一例)の内部を開閉するバルブ20と、通電により生じる磁気吸引力によりバルブ20を開弁方向へ駆動する電磁アクチュエータ21と、この電磁アクチュエータ21のアーマチャ22とバルブ20を閉弁方向へ付勢するリターンスプリング23とを備えて構成される。
密閉弁8に設けられるバルブ20およびL字通路19の構成も限定するものではないが、電磁弁16と一体に設けられる二段切替弁18に関連するため、具体的な一例を説明する。
なお、以下では、説明の便宜上、バルブ収容筒27の中心軸が延びる方向を「軸方向」と称して説明する。
また、筒状挿入体28のアウトレットパイプ26側には、バルブ20が着座するバルブシート33が設けられるとともに、二段切替弁18における2箇所のガイド壁面(上流側ガイド壁面34と下流側ガイド壁面35)のうちの上流側ガイド壁面34が設けられている。
このバネ手段36は、略円錐状に巻かれた圧縮コイルバネであり、L字通路19の内壁に形成されたバネ座37と、弁体17との間に圧縮された状態で組付けられる。
このように、流路の上流側の流体圧力に応じて弁体17が軸方向へスライドすることで流路面積が切り替わることで二段切替弁18による流量調整が成される。
弁体17の少なくても上流側の形状は、中心側が流路の上流方向へ突出する略円錐状のテーパ形状に設けられている。
弁体17の中心部には、軸方向へ貫通して、上流側と下流側とを連通し、閉弁時に「流路面積を縮小する絞り手段」として機能する小径の絞り穴39が設けられている。
この小径筒40の根元部(即ち、弁体17と小径筒40との角部)は、弁体17の裏面(下流側の面)においてバネ手段36のバネ座41を成すものであり、小径筒40は弁体17の裏面から小径筒40が下流方向へ突出して設けられる。
また、小径筒40の下流側端部は、弁体17の外周縁の下流側端部より、下流側に突出して設けられる。
下流側ガイド壁面35は、上述した筒状挿入体28の先端とリングシート38の間のバルブ収容筒27によって設けられている。具体的に、下流側ガイド壁面35は、バルブ収容筒27の内周壁から内側に向かって突出した複数(少なくとも3つ以上)のリブ42の内端面に設けられている。そして、複数のリブ42とリブ42の間の空間は、弁体17が上流方向へ移動した際に、弁体17の周囲を迂回して流れる流体の通路になる。
この上流ガイド43の外周面は、上述した弁体17の外周面と同様、軸方向寸法の短い円筒面に設けられており、上述した筒状挿入体28の内周面に形成された上流側ガイド壁面34によって軸方向へ摺動自在に支持される。
具体的に、各脚部44は、上流ガイド43の下流側の端面から、弁体17の中心部に形成される絞り穴39の縁部へ直線的に繋げる形状に設けられる。
弁体17の外周縁の下流側の端面には、弁体17がリングシート38に着座した際に、弁体17とリングシート38との間のシール性を高めるとともに、弁体17がリングシート38に着座した際の当接音を抑えるリング状のゴムストッパ45が設けられている。同様に、上流ガイド43の上流側の端面にも、リング状のゴムストッパ46が設けられている。ここで、弁体17とゴムストッパ45の結合技術、および上流ガイド43とゴムストッパ46の結合技術は、接着、溶着、一体成形など適宜適用可能である。なお、ストッパゴム45、46は、設けられることが好ましいが無くても良い。
以下において、ECU13による電磁弁16のON−OFF制御の具体的な一例を説明する。
ECU13には、「給油のための準備動作中」や「給油中」に、燃料タンク2内の蒸発燃料をキャニスタ3へ導き、蒸発燃料が大気中へ放出するのを防ぐ「圧抜き手段(制御プログラムまたはシーケンス回路等)」が搭載されている。
また、車両には、フューエルリッドがバネ力で開くのを阻止する電動作動式のリッドロック(ソレノイド等)が設けられている。
さらに、車両には、フューエルリッドの開状態を検出するリッド開センサが設けられている。
具体的に、乗員が給油のためにリッドスイッチをONすると、このリッドスイッチのONに連動してECU13が電磁弁16をONする。すると、燃料タンク2とキャニスタ3を連通する蒸発燃料通路5が開かれ、燃料タンク2の蒸発燃料が二段切替弁18を介してキャニスタ3へ流れ、燃料タンク2の圧抜きが実施される。
そして、給油が終了し、給油キャップが閉じられ、フューエルリッドが閉じられて、リッド開センサによってフューエルリッドが閉じられるのを確認すると、ECU13は電磁弁16をOFFする。
以下では、乗員等がリッドスイッチをONしてから、リッドロックが解除されるまでの時間(蒸発燃料通路5を開いて燃料タンク2内の圧抜きを実施する時間)を「給油準備時間」と称する。
この「給油準備時間」において、燃料タンク2内の蒸発燃料の圧力が「所定の切替圧」より高い場合は、蒸発燃料通路5に設けた二段切替弁18が閉弁状態になる。
蒸発燃料通路5を介してキャニスタ3へ導く蒸発燃料の供給量は、図4に示すように、「流量上限」が設定される。
二段切替弁18は、蒸発燃料通路5を介してキャニスタ3へ導かれる蒸発燃料の供給量の上限を制限するものであり、キャニスタ3の吸着能力等により設定される「流量上限」を超えないように二段切替弁18の「切替圧」と「絞り穴39の内径」が設定される。
このように、絞り穴39がオリフィスの場合、二段切替弁18の閉弁時(燃料タンク2の内圧が「切替圧」より高い時)は、図4の破線xに示すように、オリフィスのみを介して蒸発燃料の圧抜きが行われる。すると、閉弁時における単位時間当たりの圧抜き量が少なくなり(図5の実線x1参照)、「給油準備時間(図5の時間tx参照)」が長くなってしまう。
「給油準備時間」の短縮を図る目的で、オリフィス(従来技術の絞り穴39)を拡径することが考えられる。
しかし、「給油準備時間」の短縮を目的としてオリフィスを拡径すると、図4の破線yに示すように、オリフィスを通過する蒸発燃料が上限流量を超えてしまう。
ラバールノズルは、上流側に付与された高い圧力の流体を加速して圧力の低い下流側へ流すものであり、音速流体を超音速に加速させるノズル形状として知られるものである。
ラバールノズル形状の具体的な一例を、図2(b)を参照して説明する。
ラバールノズル形状は、
・上流側の縮径範囲L1と、
・最小絞り部Dと、
・この最小絞り部Dより下流側の拡径範囲L2と、
を有する。
もちろん、縮径範囲L1の形状は、図2(b)の形状に限定するものではなく、例えば、図1に示すように、下流側へ向かって縮径するテーパ形状であっても良い。あるいは、「凸形曲面」と「縮径テーパ形状」とを組み合わせるものであっても良い。
なお、最小絞り部Dの形状は、図2(b)の形状に限定するものではなく、例えば、図1に示すように、縮径テーパ形状と拡径テーパ形状の切替形状であっても良い。
なお、拡径範囲L2の形状は、図2(b)の形状に限定するものではなく、例えば、図1に示すように、最小絞り部Dから下流側へ向かって拡径するテーパ形状であっても良い。あるいは、「凸形曲面+凹形曲面」と「拡径テーパ形状」とを組み合わせるものであっても良い。
実施例1の二段切替弁18は、上述したように、絞り穴39がラバールノズル形状に設けられる。
これにより、燃料タンク2の圧抜き時に、絞り穴39の上流の圧力(即ち、燃料タンク2内の蒸発燃料の圧力)が高く、二段切替弁18が閉弁する場合であっても、燃料タンク2から二段切替弁18に導かれた蒸発燃料をラバールノズルにおいて加速させて下流側のキャニスタ3へ素早く流すことができる。
即ち、閉弁状態であっても、絞り穴39をラバールノズル形状に設けることで、図4の実線aに示すように、従来技術(破線x参照)に比較して多くの蒸発燃料をキャニスタ3側へ素早く流すことができ、「給油準備時間」を短縮することができる。
本発明とは異なり、絞り穴39をオリフィスで設けた場合(従来技術)を想定する。
この場合、電磁弁16がONされた後で、二段切替弁18が閉弁状態から開弁状態に切り替わるまでの間は、オリフィスを介して蒸発燃料が流れる。
即ち、二段切替弁18の閉弁時には、図5の実線x1に示すように、オリフィスによって二段切替弁18を通過する蒸発燃料の流量が制限される。その結果、図5の実線x2に示すように、燃料タンク2の内圧が低下するのに時間を要してしまい、給油準備時間txが長くなってしまう。
蒸発燃料がラバールノズルを通過する際に、蒸発燃料がラバールノズルにより加速される。その結果、二段切替弁18の閉弁時には、図5の実線a1に示すように、密閉弁を通過する蒸発燃料の流量が増加する。このため、図5の実線a2に示すように、燃料タンク2の内圧の低下速度が速まり、給油準備時間taを短縮することができる。
実施例1の二段切替弁18は、上述したように、絞り穴39がラバールノズル形状に設けられる。
これにより、図4に示すように、燃料タンク2の内圧が高い場合に、ラバールノズルに「臨界圧力」が生じるため、絞り穴39を通過する単位時間当たりの最大流量を「臨界圧力」によって制限することができる。
これに対し、本発明を採用し、絞り穴39をラバールノズル形状に設ける場合は、「臨界圧力」によって最大流量を制限できるため、燃料タンク2の内圧が高い場合であっても、図4の実線aに示すように、「流量上限」を超える不具合を回避できる。
実施例1の弁体17は、上述したように、弁体17の中心側が、流路の上流側へ突出するテーパ形状に設けられる。
これにより、弁体17が上流方向へ移動する開弁時に、弁体17の周囲を通って弁体17を迂回する流体が、弁体17の傾斜に沿って流れる。即ち、弁体17の上流側の面が、円錐形状を呈して流線形に近づく。このため、弁体17を迂回する流体の通気抵抗を低減することができる。
実施例1の小径筒40は、バネ手段36のバネ座41を兼ねるものである。
このため、小径筒40の外径寸法をバネ手段36が外れない寸法に設けることで、バネ手段36の組付け性を向上することができる。
また、小径筒40がバネ座41を成すことで、弁体17に対してバネ手段36を適切な位置(設計位置)に確実に当接させることができ、バネ手段36のバネ精度を高めることができる。
実施例1の小径筒40は、軸方向に長く設けられるものであり、小径筒40の下流側端部が、弁体17の外周縁の下流側端部より、下流側に突出して設けられる。
これにより、絞り穴39を通過した流体が、弁体17の下流側で巻き込まれる不具合を回避でき、絞り穴39を通過する蒸発燃料の通過流量を安定させることができる。
この実施例1では、二段切替弁18が電磁弁16と組み合わされて密閉弁8として設けられる。
具体的には、二段切替弁18と電磁弁16を組み合わせた密閉弁8が、キャニスタ3と燃料タンク2の間の蒸発燃料通路5に設けられる。
これにより、二段切替弁18と電磁弁16の部品の一部を共有化することができ、部品点数や配管の接続箇所を少なくすることができる。
17 弁体
18 二段切替弁
36 バネ手段
39 絞り穴
Claims (5)
- 流路の開閉を行う弁体(17)を備え、
閉弁時に、前記弁体(17)に貫通形成された絞り穴(39)のみを介して流体が流れる二段切替弁(18)において、
前記絞り穴(39)は、通過する流体を加速させるラバールノズル形状を呈するものであり、
当該二段切替弁(18)は、前記流路内で流体圧を受ける前記弁体(17)と、この弁体(17)を前記流路の上流方向へ向けて付勢するバネ手段(36)とを備え、
前記流路の上流側の流体圧力が高まり、前記弁体(17)の受圧力が増加すると、前記バネ手段(36)のバネ力に抗して前記弁体(17)が下流方向へ移動して、前記弁体(17)が前記流路を閉鎖し、流体が前記弁体(17)に貫通形成された前記絞り穴(39)のみを介して下流側へ流れ、
前記流路の上流側の流体圧力が下がり、前記弁体(17)の受圧力が減少すると、前記バネ手段(36)のバネ力により前記弁体(17)が上流方向へ移動して、前記弁体(17)による前記流路の閉鎖を解除し、流体が前記絞り穴(39)を通過するとともに、流体が前記弁体(17)の周囲を迂回して下流側へ流れる圧力作動タイプであることを特徴とする二段切替弁(18)。 - 請求項1に記載の二段切替弁(18)において、
前記ラバールノズル形状は、前記弁体(17)と一体に設けられる小径筒(40)の内周面に形成されることを特徴とする二段切替弁(18)。 - 請求項1または請求項2に記載の二段切替弁(18)において、
当該二段切替弁(18)は、前記流路の開閉を行う電動開閉弁(16)と組み合わされることを特徴とする二段切替弁(18)。 - 請求項1〜請求項3のいずれか1つに記載の二段切替弁(18)において、
当該二段切替弁(18)は、タンク(2)の圧抜きを行う流路(5)に設けられることを特徴とする二段切替弁(18)。 - 請求項4に記載の二段切替弁(18)において、
前記タンク(2)は、車両に搭載される燃料タンク(2)であり、
当該二段切替弁(18)は、前記燃料タンク(2)と蒸発燃料を保持するキャニスタ(3)とを連通する蒸発燃料通路(5)に設けられることを特徴とする二段切替弁(18)。
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