JP7476300B2 - Improved fuel tank shutoff valve with integrated stepper motor - Google Patents
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Description
本発明は、改良型燃料タンク遮断弁に関する。より詳細には、本発明は、プランジャ移動用のステッパ・モータと一体化され、過圧リリーフ及び過真空リリーフのインライン機能を有し、重量とコストを抑えたコンパクトな設計で、正確に制御された流れをもたらす改良型燃料タンク遮断弁に関する。 The present invention relates to an improved fuel tank shutoff valve. More particularly, the present invention relates to an improved fuel tank shutoff valve that is integrated with a stepper motor for plunger movement, has in-line overpressure relief and overvacuum relief, and provides precisely controlled flow in a compact design that reduces weight and cost.
ハイブリッド車は、ほとんどの場合、電力を使用して走行し、燃焼エンジンはアイドリング状態にある。燃料タンクは閉鎖システムであるので、一般に、貯蔵された燃料の蒸発により、燃料タンク内は正圧になる。さらに、乗物では、燃料蒸気の発生速度を抑え、大気への炭化水素の排出を最小限にするために、燃料タンク内を高い圧力に維持する必要がある。この問題を克服するための最も明白な解決策は、燃料タンクに結合されて燃料タンクの通気を制御する燃料タンク遮断弁（ＦＴＩＶ：ｆｕｅｌ ｔａｎｋ ｉｓｏｌａｔｉｏｎ ｖａｌｖｅ）を設けることである。燃料タンク遮断弁（ＦＴＩＶ）は、燃料タンクと蒸発排出制御システムの燃料蒸気キャニスタとの間の導管に配置される場合がある。これは、圧力が保護限界を超えると自動的に開き、燃料補給時に電気的に作動させられる。 Hybrid vehicles run on electric power most of the time while the combustion engine is idling. Since the fuel tank is a closed system, evaporation of the stored fuel typically creates a positive pressure in the fuel tank. Additionally, vehicles need to maintain a high pressure in the fuel tank to slow the rate of fuel vapor generation and minimize hydrocarbon emissions to the atmosphere. The most obvious solution to overcome this problem is to provide a fuel tank isolation valve (FTIV) that is coupled to the fuel tank and controls the venting of the fuel tank. The fuel tank isolation valve (FTIV) may be located in a conduit between the fuel tank and the fuel vapor canister of the evaporative emission control system. It opens automatically when pressure exceeds a protective limit and is electrically actuated during refueling.
燃料タンク遮断弁（ＦＴＩＶ）はまた、エンジンが過剰な蒸気を処理するのに不適切な状況になるまで、燃料タンク内に燃料蒸気を封じ込めることができる。一般に、燃料タンク遮断弁は、入口ポート及び出口ポートを開閉するために電気的に制御される電磁弁を含むが、その場合、中間位置の開度をあまり正確に制御しない、又は中間位置の開度を全く制御しない。したがって、燃料補給時での燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流れは正確に制御されない。 Fuel tank shutoff valves (FTIVs) can also contain fuel vapors within the fuel tank until the engine is inadequate to handle the excess vapors. Typically, fuel tank shutoff valves include solenoid valves that are electrically controlled to open and close inlet and outlet ports, but with little or no control over intermediate positions. Thus, the flow of fuel vapors from the fuel tank to the canister during refueling is not precisely controlled.
米国特許出願公開第２００２０１１２７０２（Ａ１）号は、燃料タンク遮断弁及びキャニスタ通気弁を作動させるための方法を開示している。燃料タンク遮断弁は、第１のポート、第２のポート、電動アクチュエータ、及び弁体を有する。第１のポートは、燃料蒸気収集キャニスタと流体連通しており、第２のポートは、燃料タンクと流体連通している。電動アクチュエータは、弁体を動かして、第１のポートと第２のポートとの間の流体連通を制御する。そして、キャニスタ通気弁は、燃料蒸気収集キャニスタに対する周囲の流体流れを制御する。この方法は、弁体が、第１のポートと第２のポートとの間で実質的に無制限の燃料蒸気流を許容するように、電動アクチュエータに第１の電気信号を供給すること、弁体が、第１のポートと第２のポートとの間で燃料蒸気流を実質的に妨げるように、電動アクチュエータに第２の電気信号を供給すること、弁体が、第１のポートと第２のポートとの間で制限された燃料蒸気流を与えるように電動アクチュエータに第３の電気信号を供給すること、及び、燃料蒸気収集キャニスタへの周囲の流体流れを許容するようにキャニスタ通気弁に第４の電気信号を供給することを含む。このシステムでは、燃料タンク遮断弁は、典型的な構成要素である電磁弁などの電動アクチュエータによって制御されるが、それは、開閉設定が予め定められており、また、費用がかかる。また、電磁弁を制御することは難しい。 US Patent Application Publication No. 20020112702(A1) discloses a method for actuating a fuel tank shutoff valve and a canister vent valve. The fuel tank shutoff valve has a first port, a second port, an electric actuator, and a valve body. The first port is in fluid communication with a fuel vapor collection canister and the second port is in fluid communication with a fuel tank. The electric actuator moves the valve body to control fluid communication between the first port and the second port. And the canister vent valve controls ambient fluid flow to the fuel vapor collection canister. The method includes providing a first electrical signal to the electrically-operated actuator such that the valve body allows substantially unrestricted fuel vapor flow between the first and second ports, providing a second electrical signal to the electrically-operated actuator such that the valve body substantially prevents fuel vapor flow between the first and second ports, providing a third electrical signal to the electrically-operated actuator such that the valve body provides restricted fuel vapor flow between the first and second ports, and providing a fourth electrical signal to the canister vent valve such that the valve body allows ambient fluid flow to the fuel vapor collection canister. In this system, the fuel tank shutoff valve is controlled by an electrically-operated actuator, such as a solenoid valve, which is a typical component, but it has predefined open and closed settings and is expensive. Also, solenoid valves are difficult to control.
米国特許出願公開第２００２００８８４４１（Ａ１）号は、揮発性燃料の蒸発排出を制御するためのシステム及び方法を開示している。このシステムは、燃料蒸気収集キャニスタ、パージ弁、遮断弁、及び燃料タンクを有することが好ましい。遮断弁は、ハウジング、弁体、及びシールを含む。ハウジングは、燃料蒸気収集キャニスタの供給ポートと流体連通する第１のポートと、第２のポートと、第１のポートと第２のポートとの間に延在する燃料蒸気流路とを有する。弁体は、第１の配置と第２の配置との間を、軸線に沿ってハウジングに対して移動可能である。第１の配置は、第１のポートと第２のポートとの間で実質的に無制限の燃料蒸気流を許容し、第２の配置は、第１のポートと第２のポートとの間で燃料蒸気流を実質的に妨げる。燃料タンクは、遮断弁の第２のポートと流体連通している。このシステムでは、燃料タンク遮断弁は、典型的な構成要素である電磁弁などの電動アクチュエータによって制御されるが、それは、開閉設定が予め定められており、また、費用がかかる。また、電磁弁を制御することは難しい。 US Patent Application Publication No. 20020088441 (A1) discloses a system and method for controlling evaporative emissions of volatile fuels. The system preferably includes a fuel vapor collection canister, a purge valve, a shutoff valve, and a fuel tank. The shutoff valve includes a housing, a valve body, and a seal. The housing has a first port in fluid communication with a supply port of the fuel vapor collection canister, a second port, and a fuel vapor flow path extending between the first port and the second port. The valve body is movable relative to the housing along an axis between a first arrangement and a second arrangement. The first arrangement allows substantially unrestricted fuel vapor flow between the first port and the second port, and the second arrangement substantially prevents fuel vapor flow between the first port and the second port. The fuel tank is in fluid communication with the second port of the shutoff valve. In this system, the fuel tank shutoff valve is controlled by an electrically powered actuator, such as a solenoid valve, which is a typical component, but it has predefined open and closed settings, is expensive, and is difficult to control.
したがって、本発明は、引用した技術の欠点を克服し、アクチュエータとして働くステッパ・モータと一体化した改良型燃料タンク遮断弁を提供する。これは、コンパクトな設計、正確な機能制御、高い費用効果、軽量化、及びアセンブリ全体の構成要素数の削減をもたらす。 The present invention thus overcomes the shortcomings of the cited art and provides an improved fuel tank shutoff valve integrated with a stepper motor acting as an actuator, resulting in a compact design, precise function control, cost-effectiveness, reduced weight, and reduced component count for the overall assembly.
本発明の主な目的は、正確に制御された流れを可能にし、低コストでコンパクトな設計である改良型燃料タンク遮断弁アセンブリを提供することである。 The primary objective of the present invention is to provide an improved fuel tank shutoff valve assembly that provides precisely controlled flow and is of low cost and compact design.
本発明の別の主な目的は、燃料タンク遮断弁の開閉を制御するために、ノズル、ねじ付プランジャ、及びステッパ・モータが組み込まれたアセンブリを提供することである。 Another primary object of the present invention is to provide an assembly incorporating a nozzle, a threaded plunger, and a stepper motor for controlling the opening and closing of a fuel tank shutoff valve.
本発明のさらに別の主な目的は、ねじ付プランジャの直線運動によって弁の開閉を制御するためのアセンブリを提供することである。 Yet another primary object of the present invention is to provide an assembly for controlling the opening and closing of a valve by linear motion of a threaded plunger.
本発明のさらに別の目的は、燃料タンク内の圧力又は真空度が限界を超えたときに、圧縮ばねによって弁の自動開閉を可能にするアセンブリを提供することである。 Yet another object of the present invention is to provide an assembly that allows automatic opening and closing of a valve by a compression spring when pressure or vacuum in a fuel tank exceeds a limit.
本発明は、改良型燃料タンク遮断弁（ＦＴＩＶ）アセンブリに関する。より詳細には、本発明は、ＥＶＡＰシステムに適用されるステッパ・モータ駆動弁に関するもので、燃料補給時に燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流れを制御するとともに、過圧及び過真空の状態の両方において燃料タンク内の圧力を保護圧力範囲に維持するために使用される。 The present invention relates to an improved fuel tank shutoff valve (FTIV) assembly. More specifically, the present invention relates to a stepper motor actuated valve applied to an EVAP system, which is used to control the flow of fuel vapor from the fuel tank to the canister during refueling and to maintain pressure in the fuel tank within a protective pressure range under both overpressure and overvacuum conditions.
主な実施例では、本発明はＦＴＩＶのアセンブリを提供する。このアセンブリは、弁を燃料タンクに接続するためのタンク・ポートが一体化されたノズルと、弁をキャニスタに接続するためのキャニスタ・ポートと、弁を電気的に開閉するために使用されるステッパ・モータとから構成される。ステッパ・モータは、モータ・ハウジングと、雌ねじを有するロータと、ボール・ベアリングと、外径にねじを有する可動プランジャとから構成される。サブ・アセンブリは、上方で固定された圧縮ばねを有し、シール面と接触して過圧リリーフ機能を行う過圧リリーフ（ＯＰＲ：ｏｖｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｒｅｌｉｅｆ）用のシール・サブ・アセンブリ、及び、下方で固定された圧縮ばねを有し、シール面と接触して過真空機能を行う過真空リリーフ（ＯＶＲ：ｏｖｅｒ ｖａｃｕｕｍ ｒｅｌｉｅｆ）用のシール・サブ・アセンブリをさらに含む。モータ・ハウジングは，雌ねじを有するロータ、及び回転時の摩擦を低減するためのボール・ベアリングを有する。空洞に固定されたねじ付プランジャは、モータのねじ付ロータに固定され、したがってＦＴＩＶの組立が完了する。モータ・ハウジング内のねじ付プランジャの直線運動が弁の開閉をもたらす。 In a primary embodiment, the present invention provides an assembly for an FTIV. The assembly comprises a nozzle with an integrated tank port for connecting the valve to a fuel tank, a canister port for connecting the valve to a canister, and a stepper motor used to electrically open and close the valve. The stepper motor comprises a motor housing, a rotor with an internal thread, a ball bearing, and a movable plunger with a thread on its outer diameter. The subassembly further comprises a seal subassembly for over pressure relief (OPR) having a compression spring fixed at the top and contacting a seal surface to perform an over pressure relief function, and a seal subassembly for over vacuum relief (OVR) having a compression spring fixed at the bottom and contacting a seal surface to perform an over vacuum function. The motor housing has a rotor with an internal thread and a ball bearing for reducing friction during rotation. The threaded plunger, secured to the cavity, is then secured to the threaded rotor of the motor, thus completing the assembly of the FTIV. Linear motion of the threaded plunger within the motor housing results in the opening and closing of the valve.
さらに別の実施例では、本発明は、アイドル状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。アイドル状態では、ＯＶＲ用のシール・サブ・アセンブリ及びＯＰＲ用のシール・サブ・アセンブリを閉じることができ、したがって、タンク・ポートとキャニスタ・ポートは接続されていない。ＯＶＲ用の圧縮ばねは、シール・サブ・アセンブリ（ＯＶＲ）を保持し、同時にＯＰＲ用の圧縮ばねは、シール・サブ・アセンブリ（ＯＰＲ）を保持し、弁を閉じた状態に保つ。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an idle state. In the idle state, the seal sub-assembly for the OVR and the seal sub-assembly for the OPR can be closed, so that the tank port and the canister port are not connected. The compression spring for the OVR holds the seal sub-assembly (OVR) while the compression spring for the OPR holds the seal sub-assembly (OPR) and keeps the valves closed.
さらに別の実施例では、本発明は、オンコンディション又は燃料補給状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。燃料補給状態では、モータに電力が供給されて弁を開けることができる。モータのロータが回転すると、プランジャはモータの回転方向に応じて上下に動き、燃料補給時に弁を開閉する。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an on-condition or refueling state. In the refueling state, power is applied to the motor to open the valve. As the motor rotor rotates, the plunger moves up and down depending on the direction of motor rotation to open and close the valve during refueling.
さらに別の実施例では、本発明は、ＯＰＲ状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。ＯＰＲ状態では、圧力が既定の限界を超えたときに、ＯＰＲ用の圧縮ばねが圧縮され、シール・サブ・アセンブリ（ＯＰＲ）が上方へ持ち上げられて、タンク・ポートからキャニスタ・ポートへの燃料蒸気の流れが可能になる。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an OPR state, where when pressure exceeds a predefined limit, a compression spring for the OPR is compressed and the seal sub-assembly (OPR) is lifted upward to allow fuel vapor flow from the tank port to the canister port.
さらに別の実施例では、本発明は、ＯＶＲ状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。ＯＶＲ状態では、真空度が既定の限界を超えたときに、ＯＶＲ用の圧縮ばねが圧縮され、シール・サブ・アセンブリ（ＯＶＲ）が下方へ動かされて、キャニスタ・ポートからタンク・ポートへの燃料蒸気の流れが可能になる。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an OVR state, where when the vacuum exceeds a predefined limit, the compression spring for the OVR is compressed and the seal sub-assembly (OVR) is moved downward to allow the flow of fuel vapor from the canister port to the tank port.
本発明の多くの態様は、下の図面を参照してよりよく理解することができる。図面の構成要素は、必ずしも原寸に比例して描かれていない。その代わり、本発明の構成要素を明確に示すことに重点を置いている。さらに、類似の参照数字は、図面のいくつかの描写を通して、同じ部分を示す。本発明の少なくとも１つの実施例を説明する前に、本発明の実施例は、その適用において、以下の説明で述べる又は図面に示される構造の詳細及び構成要素の配置に限定されないことを理解されたい。本発明の実施例は、様々な方法で実施及び実行することが可能である。加えて、本書で使用される表現及び用語は、説明のためのものであって、限定するものとして見なすべきではない。 Many aspects of the present invention can be better understood with reference to the following drawings. The components in the drawings are not necessarily drawn to scale. Instead, emphasis is placed upon clearly illustrating the components of the present invention. Moreover, like reference numerals refer to the same parts throughout the several depictions of the drawings. Before describing at least one embodiment of the present invention, it is to be understood that the embodiment of the present invention is not limited in its application to the details of construction and the arrangement of components set forth in the following description or illustrated in the drawings. The embodiments of the present invention can be practiced and carried out in various ways. Additionally, the phraseology and terminology used herein is for the purpose of illustration and should not be regarded as limiting.
本発明は、改良型燃料タンク遮断弁（ＦＴＩＶ）アセンブリに関する。より詳細には、本発明は、ＥＶＡＰシステムに適用されるステッパ・モータ駆動弁に関するもので、燃料補給時に燃料タンクからキャニスタへの燃料蒸気の流れを制御するとともに、過圧及び過真空の状態の両方において燃料タンク内の圧力を保護圧力範囲に維持するために使用される。 The present invention relates to an improved fuel tank shutoff valve (FTIV) assembly. More specifically, the present invention relates to a stepper motor actuated valve applied to an EVAP system, which is used to control the flow of fuel vapor from the fuel tank to the canister during refueling and to maintain pressure in the fuel tank within a protective pressure range under both overpressure and overvacuum conditions.
主な実施例では、本発明は、ＦＴＩＶのアセンブリを提供する。このアセンブリは、弁を燃料タンクに接続するためのタンク・ポートが一体化されたノズルと、弁をキャニスタに接続するためのキャニスタ・ポートと、弁を電気的に開閉するために使用されるステッパ・モータとから構成される。ステッパ・モータは、モータ・ハウジングと、雌ねじを有するロータと、ボール・ベアリングと、外径にねじを有する可動プランジャとから構成される。サブ・アセンブリは、上方で固定された圧縮ばねを有し、シール面と接触して過圧リリーフ（ＯＰＲ）機能を行う過圧リリーフ用のシール・サブ・アセンブリ、及び、下方で固定された圧縮ばねを有し、シール面と接触して過真空機能を行う過真空リリーフ（ＯＶＲ）用のシール・サブ・アセンブリをさらに含む。モータ・ハウジングは，雌ねじを有するロータ、及び回転時の摩擦を低減するためのボール・ベアリングを有する。空洞に固定されたねじ付プランジャは、モータのねじ付ロータに固定され、したがってＦＴＩＶの組立が完了する。モータ・ハウジング内のねじ付プランジャの直線運動が弁の開閉をもたらす。 In a main embodiment, the present invention provides an assembly for an FTIV. The assembly comprises a nozzle with an integrated tank port for connecting the valve to a fuel tank, a canister port for connecting the valve to a canister, and a stepper motor used to electrically open and close the valve. The stepper motor comprises a motor housing, a rotor with an internal thread, a ball bearing, and a movable plunger with a thread on its outer diameter. The subassembly further comprises a seal subassembly for overpressure relief (OPR) having a compression spring fixed at the top and contacting a sealing surface to perform an overpressure relief (OPR) function, and a seal subassembly for overvacuum relief (OVR) having a compression spring fixed at the bottom and contacting a sealing surface to perform an overvacuum function. The motor housing has a rotor with an internal thread and a ball bearing for reducing friction during rotation. The threaded plunger fixed in the cavity is fixed to the threaded rotor of the motor, thus completing the assembly of the FTIV. Linear motion of a threaded plunger within the motor housing opens and closes the valve.
さらに別の実施例では、本発明は、アイドル状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。アイドル状態では、ＯＶＲ用のシール・サブ・アセンブリ及びＯＰＲ用のシール・サブ・アセンブリを閉じることができ、したがって、タンク・ポートとキャニスタ・ポートは接続されていない。ＯＶＲ用の圧縮ばねは、シール・サブ・アセンブリ（ＯＶＲ）を保持し、同時にＯＰＲ用の圧縮ばねは、シール・サブ・アセンブリ（ＯＰＲ）を保持し、弁を閉じた状態に保つ。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an idle state. In the idle state, the seal sub-assembly for the OVR and the seal sub-assembly for the OPR can be closed, so that the tank port and the canister port are not connected. The compression spring for the OVR holds the seal sub-assembly (OVR) while the compression spring for the OPR holds the seal sub-assembly (OPR) and keeps the valves closed.
さらに別の実施例では、本発明は、オンコンディション又は燃料補給状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。燃料補給状態では、モータに電力が供給されて弁を開けることができる。モータのロータが回転すると、プランジャはモータの回転方向に応じて上下に動き、燃料補給時に弁を開閉する。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an on-condition or refueling state. In the refueling state, power is provided to the motor to open the valve. As the motor rotor rotates, the plunger moves up and down depending on the direction of motor rotation to open and close the valve during refueling.
さらに別の実施例では、本発明は、ＯＰＲ状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。ＯＰＲ状態では、圧力が既定の限界を超えたときに、ＯＰＲ用の圧縮ばねが圧縮され、シール・サブ・アセンブリ（ＯＰＲ）が上方へ持ち上げられて、タンク・ポートからキャニスタ・ポートへの燃料蒸気の流れが可能になる。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an OPR state, where when pressure exceeds a predefined limit, a compression spring for the OPR is compressed and the seal sub-assembly (OPR) is lifted upward to allow fuel vapor flow from the tank port to the canister port.
さらに別の実施例では、本発明は、ＯＶＲ状態の改良型ＦＴＩＶアセンブリを提供する。ＯＶＲ状態では、真空度が既定の限界を超えたときに、ＯＶＲ用の圧縮ばねが圧縮され、シール・サブ・アセンブリ（ＯＶＲ）が下方へ動かされて、キャニスタ・ポートからタンク・ポートへの燃料蒸気の流れが可能になる。 In yet another embodiment, the present invention provides an improved FTIV assembly in an OVR state, where when the vacuum exceeds a predefined limit, the compression spring for the OVR is compressed and the seal sub-assembly (OVR) is moved downward to allow the flow of fuel vapor from the canister port to the tank port.
図１（ａ）を参照すると、本発明による燃料タンク遮断弁（１０）の透視図が示されている。燃料タンク遮断弁は、モータ・ハウジング（１２）の上に取り付けられた弁ハウジング（１１）から構成され、弁ハウジング（１１）は、キャニスタ・ポート（１３）及びタンク・ポート（１４）から構成され、モータ・ハウジング（１２）は、電気接続ポート（１５）を有する。 Referring to FIG. 1(a), a perspective view of a fuel tank shutoff valve (10) according to the present invention is shown. The fuel tank shutoff valve is comprised of a valve housing (11) mounted on a motor housing (12), the valve housing (11) being comprised of a canister port (13) and a tank port (14), and the motor housing (12) having an electrical connection port (15).
図１（ｂ）を参照すると、本発明による燃料タンク遮断弁（１０）の分解図が示されている。アセンブリは、弁を燃料タンクに接続するためのタンク・ポート（１４）が一体化されたノズルと、弁をキャニスタに接続するためのキャニスタ・ポート（１３）と、弁を電気的に開閉するために使用されるステッパ・モータ（１７）とから構成される。サブ・アセンブリは、上方で固定された圧縮ばね（３）を有し、シール面と接触して過圧リリーフ機能を行う過圧リリーフ（ＯＰＲ）用のシール・サブ・アセンブリ（４）、及び、下方で固定された圧縮ばね（６）を有し、シール面と接触して過真空機能を行う過真空リリーフ（ＯＶＲ）用のシール・サブ・アセンブリ（７）をさらに含む。モータ・ハウジング（１２）は、雌ねじを有するロータ（２０）、及び回転時の摩擦を低減するためのボール・ベアリングを有する。空洞に固定されたねじ付プランジャ（１６）は、モータのねじ付ロータに固定され、したがってＦＴＩＶ（１０）の組立が完了する。 With reference to FIG. 1(b), an exploded view of the fuel tank shutoff valve (10) according to the present invention is shown. The assembly consists of a nozzle with an integrated tank port (14) for connecting the valve to the fuel tank, a canister port (13) for connecting the valve to the canister, and a stepper motor (17) used to electrically open and close the valve. The subassembly further includes an overpressure relief (OPR) seal subassembly (4) having a compression spring (3) fixed at the top and contacting a sealing surface to perform an overpressure relief function, and an overvacuum relief (OVR) seal subassembly (7) having a compression spring (6) fixed at the bottom and contacting a sealing surface to perform an overvacuum function. The motor housing (12) has a rotor (20) with an internal thread and ball bearings to reduce friction during rotation. A threaded plunger (16) fixed in a cavity is fixed to the threaded rotor of the motor, thus completing the assembly of the FTIV (10).
次に、図２（ａ）を参照すると、本発明は、ＦＴＩＶアセンブリの断面図を提供する。アセンブリ（１０）は、弁を燃料タンクに接続するためのタンク・ポート（１４）が一体化されたノズルと、弁をキャニスタに接続するためのキャニスタ・ポート（１３）と、弁を電気的に開閉するために使用されるステッパ・モータ（１７）とから構成される。ステッパ・モータ（１７）は、モータ・ハウジング（１２）と、雌ねじを有するロータ（２０）と、ボール・ベアリング（９）と、外径にねじを有する可動プランジャ（１６）とから構成される。サブ・アセンブリは、上方で固定された圧縮ばね（３）を有し、シール面（５）と接触して過圧リリーフ機能を行う過圧リリーフ（ＯＰＲ）用のシール・サブ・アセンブリ（４）、及び、下方で固定された圧縮ばね（６）を有し、シール面（８）と接触して過真空機能を行う過真空リリーフ（ＯＶＲ）用のシール・サブ・アセンブリ（７）をさらに含む。モータ・ハウジング（１２）は，雌ねじを有するロータ（２０）、及び回転時の摩擦を低減するためのボール・ベアリング（９）を有する。空洞に固定されたねじ付プランジャ（１６）は、モータのねじ付ロータ（２０）に固定され、したがってＦＴＩＶの組立が完了する。ねじ付プランジャ（１６）がモータ・ハウジング内で直線移動することによって弁（１０）が開閉する。 2(a), the present invention provides a cross-sectional view of an FTIV assembly. The assembly (10) is composed of a nozzle with an integrated tank port (14) for connecting the valve to a fuel tank, a canister port (13) for connecting the valve to a canister, and a stepper motor (17) used to electrically open and close the valve. The stepper motor (17) is composed of a motor housing (12), a rotor (20) with an internal thread, a ball bearing (9), and a movable plunger (16) with a thread on its outer diameter. The subassembly further includes an overpressure relief (OPR) seal subassembly (4) having a compression spring (3) fixed at the top and contacting a seal surface (5) to perform an overpressure relief function, and an overvacuum relief (OVR) seal subassembly (7) having a compression spring (6) fixed at the bottom and contacting a seal surface (8) to perform an overvacuum function. The motor housing (12) has a female-threaded rotor (20) and ball bearings (9) to reduce friction during rotation. A threaded plunger (16) secured to the motor's threaded rotor (20) completes the assembly of the FTIV. The linear movement of the threaded plunger (16) within the motor housing opens and closes the valve (10).
図２（ｂ）を参照すると、本発明による燃料タンク遮断弁の拡大断面図が示されている。シール・サブ・アセンブリ（４）は、ＯＰＲ機能用のシール面（５）にかぶさって取り付けられて、ＯＰＲ機能用のシールを提供する。また、シール・サブ・アセンブリ（７）は、ＯＶＲ機能用のシール面（８）の下に取り付けられて、ＯＶＲ機能及び燃料補給機能用のシールを提供する。 Referring to FIG. 2(b), an enlarged cross-sectional view of a fuel tank shutoff valve according to the present invention is shown. A seal sub-assembly (4) is mounted over the seal surface (5) for the OPR function to provide a seal for the OPR function, and a seal sub-assembly (7) is mounted under the seal surface (8) for the OVR function to provide a seal for both the OVR function and the refueling function.
次に、図３（ａ）及び図３（ｂ）を参照すると、アイドル状態における、本発明による燃料タンク遮断弁の断面図及び拡大断面図が示されている。ＯＶＲ用の圧縮ばね（６）は、ＯＶＲ用のシール・サブ・アセンブリ（７）をシール面（８）と接触した状態に保ち、同時に、ＯＰＲ用の圧縮ばね（３）は、ＯＰＲ用のシール・サブ・アセンブリ（４）をシール面（５）と接触した状態に保ち、したがって、タンク・ポート（１４）とキャニスタ・ポート（１３）を接続しておらず、燃料蒸気を燃料タンク内に保持する。前記ねじ付プランジャ（１６）は、上端に環状フランジ（２２）を有してシール・サブ・アセンブリ（７）に嵌り、下端で、前記ロータ（２０）のねじ付空洞（２１）に固定されてインライン機能を提供する。 3(a) and 3(b), a cross-sectional view and an enlarged cross-sectional view of the fuel tank shutoff valve according to the present invention are shown in an idle state. The OVR compression spring (6) keeps the OVR seal sub-assembly (7) in contact with the sealing surface (8), and at the same time, the OPR compression spring (3) keeps the OPR seal sub-assembly (4) in contact with the sealing surface (5), thus disconnecting the tank port (14) and the canister port (13) and keeping the fuel vapors in the fuel tank. The threaded plunger (16) has an annular flange (22) at its upper end that fits into the seal sub-assembly (7) and is fixed at its lower end into the threaded cavity (21) of the rotor (20) to provide an in-line function.
図４（ａ）～図４（ｅ）を参照すると、燃料補給中の、本発明による燃料タンク遮断弁の断面図及び拡大断面図が示されている。燃料補給中、モータ（１７）は電力を供給され、ロータ（２０）はシャフトと共に、ねじ付プランジャ（１６）を下方に動かす回転を開始し、それによって、圧縮ばね（６）を圧縮することによってＯＶＲ用のシール・サブ・アセンブリ（７）を下方に移動させ、図４（ａ）に示すように、タンク・ポート（１４）からキャニスタ・ポート（１３）へ流れる状態が可能になる。 Referring to Figures 4(a)-4(e), cross-sectional and enlarged cross-sectional views of the fuel tank shutoff valve according to the present invention are shown during refueling. During refueling, the motor (17) is powered and the rotor (20) together with the shaft starts to rotate which moves the threaded plunger (16) downward, thereby moving the OVR seal sub-assembly (7) downward by compressing the compression spring (6), allowing flow from the tank port (14) to the canister port (13) as shown in Figure 4(a).
第１の状態において、モータ（１７）の漏れ点＋２回転で、図４（ｂ）に示すように、プランジャ（１６）の短い直線ストロークが生じ、小さな開口経路が開き、流量の第１の状態になる。モータ（１７）がさらに回転すると、すなわちモータの漏れ点＋２０回転で、図４（ｃ）に示すように、プランジャ（１６）のさらなるストロークが生じ、開口経路面積が増大し、流量の第２の状態になる。モータ（１７）が完全に回転すると、図４（ｄ）に示すように、プランジャ（１６）はフルストロークとなり、弁（１０）は全開となり、流動抵抗状態になる。燃料補給状態での流路は、図４（ｅ）に示すような経路である。 In the first state, at the leak point + 2 revolutions of the motor (17), a short linear stroke of the plunger (16) occurs, opening a small open path, as shown in FIG. 4(b), resulting in a first state of flow rate. As the motor (17) rotates further, i.e., at the leak point + 20 revolutions of the motor, a further stroke of the plunger (16) occurs, increasing the open path area, as shown in FIG. 4(c), resulting in a second state of flow rate. When the motor (17) rotates completely, the plunger (16) has a full stroke, as shown in FIG. 4(d), and the valve (10) is fully open, resulting in a flow resistance state. The flow path in the refueling state is as shown in FIG. 4(e).
図５（ａ）～図５（ｃ）を参照すると、ＯＰＲ状態で作動している、本発明による燃料タンク遮断弁（１０）の断面図及び拡大断面図が示されている。燃料タンク遮断弁（１０）がＯＰＲ状態のとき、ばねホルダ（１９）とＯＰＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（４）との間の領域（１８）の弁（１０）の内部の圧力は上昇し、ＯＰＲ機能用の圧縮ばね（３）は、図５（ａ）に示すように、シール・サブ・アセンブリ（４）とシール面（５）との接触を保って燃料タンク遮断弁（１０）を閉鎖状態に保つ。圧力が既定の保護点限界を超えて上昇すると、図５（ｂ）に示すように、圧力はＯＰＲ機能用の圧縮ばね（３）を圧縮するように力を及ぼし、ＯＰＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（４）は上方に持ち上げられる。ＯＰＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（４）が持ち上がると、弁が開き、タンク・ポート（１４）からキャニスタ・ポート（１３）への流れが始まる。図５（ｃ）に示すように、過剰な燃料蒸気はキャニスタに行き、圧力は低下し始める。圧力降下が保護点限界、すなわち安全限界に達するとすぐに、弁は再び閉じる。 5(a)-5(c), cross-sectional views and enlarged cross-sectional views of the fuel tank shutoff valve (10) according to the present invention operating in the OPR state are shown. When the fuel tank shutoff valve (10) is in the OPR state, the pressure inside the valve (10) in the area (18) between the spring holder (19) and the seal sub-assembly (4) for the OPR function rises, and the compression spring (3) for the OPR function keeps the seal sub-assembly (4) in contact with the sealing surface (5) as shown in FIG. 5(a) to keep the fuel tank shutoff valve (10) in a closed state. When the pressure rises beyond the predetermined protection point limit, the pressure exerts a force to compress the compression spring (3) for the OPR function, and the seal sub-assembly (4) for the OPR function is lifted upward as shown in FIG. 5(b). When the OPR seal sub-assembly (4) lifts, the valve opens and flow begins from the tank port (14) to the canister port (13). As shown in Figure 5(c), excess fuel vapor goes to the canister and pressure begins to drop. As soon as the pressure drop reaches the protection point limit, i.e. the safety limit, the valve closes again.
図６（ａ）～図６（ｃ）を参照すると、ＯＶＲ状態で作動している、本発明による燃料タンク遮断弁（１０）の断面図及び拡大断面図が示されている。燃料タンク遮断弁（１０）がＯＶＲ状態のとき、ばねホルダー（１９）とＯＶＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（７）との間の領域（１８）の弁（１０）の内部は真空になり、ＯＶＲ機能用の圧縮ばね（６）は、図６（ａ）に示すように、ＯＶＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（７）とシール面（８）との接触を保って燃料タンク遮断弁（１０）を閉鎖状態に保つ。プランジャ（１６）の下端に設けられたねじに頼ることなく、ばねの力を完全に使って封止するために、ＯＶＲ用のシール・サブ・アセンブリ（７）とプランジャ（１６）との間にストロークが設けられている。加えて、流動抵抗機能に従って制御を行うので、同じストロークがＯＶＲ機能に対して利用される。真空度が保護点限界を超えて上昇すると、真空によって圧縮ばね（６）を圧縮する力が働き、図６（ｂ）に示すように、ＯＶＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（７）とプランジャ（１６）との間のストロークによりＯＶＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（７）は下方に移動する。ここで、プランジャはその位置に留まり、ＯＶＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（６）の最大移動量は、ＯＶＲ機能用のシール・サブ・アセンブリ（７）とプランジャ（１６）との間に設けられたストロークに等しい。ＯＶＲ用のシール・サブ・アセンブリ（７）が下方に移動すると、図６（ｃ）に示すように、弁が開き、キャニスタ・ポート（１３）からタンク・ポート（１４）への流れが始まる。タンクから真空状態が解除され始め、真空状態が保護点限界、すなわち安全限界に達するとすぐに、弁は再び閉じる。 6(a)-6(c) show cross-sectional views and enlarged cross-sectional views of the fuel tank shutoff valve (10) according to the present invention operating in the OVR state. When the fuel tank shutoff valve (10) is in the OVR state, the inside of the valve (10) in the area (18) between the spring holder (19) and the seal sub-assembly (7) for the OVR function is evacuated, and the compression spring (6) for the OVR function keeps the seal sub-assembly (7) for the OVR function in contact with the sealing surface (8) to keep the fuel tank shutoff valve (10) in the closed state, as shown in FIG. 6(a). In order to completely use the spring force to seal without relying on the thread provided at the lower end of the plunger (16), a stroke is provided between the seal sub-assembly (7) for the OVR function and the plunger (16). In addition, the same stroke is used for the OVR function since the control is performed according to the flow resistance function. When the vacuum level rises above the protection point limit, the vacuum exerts a force compressing the compression spring (6), and the stroke between the OVR seal sub-assembly (7) and the plunger (16) causes the OVR seal sub-assembly (7) to move downwards, as shown in FIG. 6(b). The plunger now remains in its position, and the maximum movement of the OVR seal sub-assembly (6) is equal to the stroke between the OVR seal sub-assembly (7) and the plunger (16). When the OVR seal sub-assembly (7) moves downwards, the valve opens and flow begins from the canister port (13) to the tank port (14), as shown in FIG. 6(c). The tank starts to release the vacuum, and as soon as the vacuum reaches the protection point limit, i.e., the safety limit, the valve closes again.
したがって、ＦＴＩＶアセンブリは、プランジャの直線移動によって弁の開閉を可能にする。
「実例１」
オンコンディションでの燃料補給
Thus, the FTIV assembly allows for the opening and closing of the valve by linear movement of the plunger.
"Example 1"
On-condition refuelling
燃料補給中、ステッパ・モータはオンになる。ステッパ・モータの回転により、送りねじを有するプランジャが下方に移動し、ＯＶＲ機能用の圧縮ばねを圧縮することによってＯＶＲ機能用のシール・アセンブリを下方に移動させる。第１の状態において、モータの漏れ点＋２回転で、プランジャの短い直線ストロークが生じ、小さな開口経路が開き、１６ｋＰａで最大１１．４Ｌ／ｍｉｎの状態になった。モータがさらに回転すると、すなわちモータの漏れ点＋２０回転で、プランジャのさらなるストロークが生じ、開口経路面積が増大し、１６ｋＰａで最大１５５Ｌ／ｍｉｎの状態になった。モータが完全に回転すると（４１６ステップ）、プランジャはフルストロークとなり、弁は全開となり、最大０．３５ｋＰａの圧力差で７８Ｌ／ｍｉｎの流動抵抗状態になる。 During refueling, the stepper motor is turned on. The stepper motor rotation moves the plunger with the lead screw downward, which compresses the compression spring for the OVR function, thereby moving the seal assembly for the OVR function downward. In the first state, at the motor leakage point + 2 revolutions, a short linear stroke of the plunger occurs, opening a small opening path, with a maximum of 11.4 L/min at 16 kPa. As the motor rotates further, i.e., at the motor leakage point + 20 revolutions, a further stroke of the plunger occurs, increasing the opening path area, with a maximum of 155 L/min at 16 kPa. When the motor rotates completely (416 steps), the plunger is at full stroke, the valve is fully open, and the flow resistance is at 78 L/min with a maximum pressure difference of 0.35 kPa.
本発明の実施例の上記の記述は、例示及び説明のために提示された。それは、網羅的であること、又は本発明を開示された正確な形態に限定することを意図するものではなく、修正及び変形は、上記の教示を考慮に入れて可能であり、又は本発明の実施から得ることができる。実施例は、本発明の原理及びその実際の適用を説明するために選択され、説明されたものであって、当業者が、意図された特定の用途に適するように、様々な実施例において、また、様々な修正を伴って、本発明を利用することを可能にしている。 The foregoing description of the embodiments of the invention has been presented for purposes of illustration and description. It is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise form disclosed, and modifications and variations are possible in light of the above teachings or may be acquired from practice of the invention. The embodiments have been selected and described in order to explain the principles of the invention and its practical application, and to enable those skilled in the art to utilize the invention in various embodiments and with various modifications as may be suitable for the particular use intended.
Claims (6)
（ａ）キャニスタ・ポート（１３）及びタンク・ポート（１４）を備え、過圧リリーフ（ＯＰＲ）機能を行うための圧縮ばね（３）及びシール・サブ・アセンブリ（４）、並びに過真空リリーフ（ＯＶＲ）機能を行うためのシール・サブ・アセンブリ（７）及び圧縮ばね（６）を含む弁ハウジング（１１）と、
（ｂ）電気接続ポート（１５）を有するモータ・ハウジング（１２）と、
（ｃ）ねじ付プランジャ（１６）と、
（ｄ）ばねホルダ（１９）と
を備え、
前記ステッパ・モータ（１７）が、前記モータ・ハウジング（１２）、ねじ付ロータ（２０）、及び、前記ロータ（２０）が作動状態の間、摩擦を低減するための、前記モータ・ハウジング（１２）と前記ロータとの間に配置された複数のボール・ベアリング（９）を含み、
前記ねじ付プランジャ（１６）が、上端に環状フランジ（２２）を有して前記シール・サブ・アセンブリ（７）に嵌り、下端で、前記ロータ（２０）のねじ付空洞（２１）に固定されてインライン機能を提供し、
前記弁（１０）が、ねじ付プランジャ（１６）の直線運動によって弁の開閉を可能にする、改良型燃料タンク遮断弁（１０）。 An improved fuel tank shutoff valve (10) integrated with a stepper motor (17), comprising:
(a) a valve housing (11) with a canister port (13) and a tank port (14), including a compression spring (3) and a seal sub-assembly (4) for performing an over pressure relief (OPR) function, and a seal sub-assembly (7) and a compression spring (6) for performing an over vacuum relief (OVR) function;
(b) a motor housing (12) having an electrical connection port (15);
(c) a threaded plunger (16);
(d) a spring holder (19);
the stepper motor (17) includes a motor housing (12), a threaded rotor (20), and a number of ball bearings (9) disposed between the motor housing (12) and the rotor (20) for reducing friction while the rotor (20) is in an operating state;
the threaded plunger (16) having an annular flange (22) at its upper end which fits into the seal sub-assembly (7) and at its lower end is fixed into a threaded cavity (21) in the rotor (20) to provide an in-line function;
An improved fuel tank shutoff valve (10), wherein the valve (10) allows for opening and closing of the valve by linear motion of a threaded plunger (16).
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