一种新式油箱液位控制排气阀论文和设计-姜林

全文摘要

本实用新型涉及一种新式油箱液位控制排气阀，所述排气阀包括法兰、O型圈、通气孔本体、密封总成、浮子、弹簧以及底盖，所述密封总成、浮子、弹簧装配在底盖内部的空腔里，通过超声波焊接将通气孔本体和底盖焊接在一起，所述法兰上设置有法兰装配孔，底盖上设置有装配凸起，所述法兰装配孔受力进入底盖上的装配凸起，将底盖装配在法兰上；该技术方案实现较为简单的重新开启压力结构，成本较低，减少液体泄漏量，增大重新开启压力，该方案中设计了各种机械结构保证了密封面的对中，确保了密封的有效性。

主设计要求

1.一种新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述排气阀包括法兰、O型圈、通气孔本体、密封总成、浮子、弹簧以及底盖，所述密封总成、浮子、弹簧装配在底盖内部的空腔里，通过超声波焊接将通气孔本体和底盖焊接在一起，所述法兰上设置有法兰装配孔，底盖上设置有装配凸起，所述法兰装配孔受力进入底盖上的装配凸起，将底盖装配在法兰上。

设计方案

2.根据权利要求1所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述密封总成包括法兰和密封垫支架，将橡胶密封垫包裹于塑料密封垫支架上形成密封总成。

3.根据权利要求2所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述浮子的两侧设置有卡爪，通过将浮子上的卡爪装配在密封垫支架上的装配孔里，保证零件不会相互脱落。

4.根据权利要求3所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述密封垫包括密封垫基体、以及设置在密封垫基体上的密封垫粘结支柱，所述密封垫粘结支柱成型在密封垫支架里粘结孔里，来确保密封垫和密封垫支架不分离，所述密封垫粘结支柱和密封垫支架粘结孔在圆周方向上均匀分布。

5.根据权利要求4所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，在法兰焊接处设置有尼龙组件和聚乙烯组件。

6.根据权利要求5所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述聚乙烯组件上部设计周向凸起，且在周向上均匀分布，尼龙组件的下部设计内凹，且在周向上均匀分布。

7.根据权利要求6所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述法兰通过竹节和管路相连，并且在法兰竹节的末端装配O型圈确保密封的有效性，管路和竹节为过盈配合。

8.根据权利要求7所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，在法兰头部设计裙边，在与法兰接口相反方向的端面设计定位箭头标记。

9.根据权利要求8所述的新式油箱液位控制排气阀，其特征在于，所述底盖外侧圆柱面上设计两个相对的底盖窗口，底盖内部设计底盖挡板，并且在挡板的边缘设计底盖挡板缺口，缺口的方向和窗口的方向相互错开，以减少燃油晃动对浮子关闭的影响，通过调整底盖窗口的高度来改变阀门的关闭高度，在底盖的下部设计漏油孔。

设计说明书

技术领域

本发明涉及一种阀门，具体涉及一种新式油箱液位控制排气阀，属于燃油箱结构部件技术领域。

背景技术

在搭载有ORVR油气回收系统的汽车行驶或者停车过程中，以及燃油受热膨胀、汽车倾斜等苛刻工况时，燃油箱需要通过液位控制排气阀来平衡油箱内外部压力。在加油或者汽车行驶过程中，由于燃油晃动，液态燃油拍打液位控制排气阀里的浮子导致阀门关闭，此时需要液位控制排气阀能及时打开排气，否则将导致油箱内部压力过大，使油箱变形。上述阀门关闭后能够及时打开排气的能力称为“重新开启压力”性能。液位控制排气阀良好的“重新开启压力”性能有助于汽车在苛刻工况下保持燃油箱内外部压力平衡，防止燃油箱内部产生过高正压或者过高负压，避免燃油箱“膨胀”或者“压瘪”。传统液位控制排气阀实现重新开启压力性能的结构较为复杂，共有“两个密封垫”、“支座”、“密封垫盖”、“浮子”共五个零部件组成，成本较高，并且阀门的模块化程度较低，不利于快速开发新产品。阀门法兰燃油蒸发排放较高，不能有效满足越来越严的排放法规；传统液位控制排气阀存在的问题如下：1)实现“重新开启压力”的结构复杂，成本较高；2)阀门的模块化程度较低，开发周期长；3)阀门法兰燃油蒸发排放较高；因此，迫切的需要一种新的方案解决该技术问题。

发明内容

本发明正是针对现有技术中存在的技术问题，提供一种新式油箱液位控制排气阀，该技术方案设计巧妙、结构紧凑，该技术方案实现较为简单的重新开启压力结构，成本较低，减少液体泄漏量，增大重新开启压力。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下，一种新式油箱液位控制排气阀，所述排气阀包括法兰、O型圈、通气孔本体、密封总成、浮子、弹簧以及底盖，所述密封总成、浮子、弹簧装配在底盖内部的空腔里，通过超声波焊接将通气孔本体和底盖焊接在一起，所述法兰上设置有法兰装配孔，底盖上设置有装配凸起，所述法兰装配孔受力进入底盖上的装配凸起，将底盖装配在法兰上。

作为本发明的一种改进，所述密封总成包括法兰和密封垫支架，将橡胶密封垫包裹于塑料密封垫支架上形成密封总成。

作为本发明的一种改进，所述浮子的两侧设置有卡爪，通过将浮子上的卡爪装配在密封垫支架上的装配孔里，保证零件不会相互脱落，密封总成形成上下两个密封面，上密封面可以和“通气孔本体”上的“通气孔”密封，下密封面可以和“浮子”的密封面密封,通过两个密封面可以实现液位控制排气阀的“第一级打开”和“第二级打开”。使用这种密封总成结构通过一个密封垫实现了液位控制排气阀的两级开启排气，既实现了阀的重新开启压力性能，又简化了结构。密封总成和浮子的装配利用的是浮子上卡爪的弹性变形。卡爪上的斜面设计便于密封总成装配时压入。密封垫支架上两个装配孔之间的最大距离小于浮子上两个卡爪之间的最大距离。“密封总成”和“浮子”装配后，之间有一个活动行程，设计的活动行程大于“下密封面”的压缩量，并且“卡爪”的高度小于“密封垫支架”的高度。

密封总成和浮子的装配过程如下：由于密封垫的上密封面需要密封的通道直径大于密封垫基体的直径，因此将上密封面设计成向外展开的结构，即上密封面的内侧根部与水平面之间的夹角为钝角，钝角的取值范围在120°～150°之间。另外，将上密封面端部设计成圆弧面，利用圆弧面密封时的快速有效接触提高密封效果。

由于密封垫的下密封面需要密封的通道直径小于密封垫基体的直径，因此将下密封面设计成向内延伸的结构，即下密封面的外侧根部与水平面之间的夹角为钝角，钝角的取值范围在120°～140°之间。为了解决下密封面密封时向里压缩的应力集中，将下密封面内侧设计成圆弧过渡结构，且下密封面通气孔直径要略小于密封面基体的通气孔直径。下密封面向内延伸的结构设计在密封时，密封面向里压缩，使密封小孔的直径明显减小，减少了液体泄漏，增强了密封效果。在阀门开始排气时，压缩状态的下密封面依靠弹力回复原状，保持原来的通气直径，不影响排气，并且压力降也没有损失。上密封面向外展开、下密封面向内延伸的结构既利于工艺成型，又能够增加密封时的压缩量，减少通气孔周向的液体泄漏。

作为本发明的一种改进，所述密封垫包括密封垫基体、以及设置在密封垫基体上的密封垫粘结支柱，所述密封垫粘结支柱成型在密封垫支架里粘结孔里，来确保密封垫和密封垫支架不分离。所述密封垫粘结支柱和密封垫支架粘结孔在圆周方向上均匀分布。

作为本发明的一种改进，在法兰焊接处设置有尼龙组件和聚乙烯组件。为了降低阀门的燃油蒸发排放，将阀门法兰焊接处设计成尼龙和聚乙烯粘结的结构。聚乙烯材料可以通过热板焊接的方式和油箱本体焊接在一起，利用阀门法兰里的尼龙材料可以达到阻隔燃油里碳氢分子的目的，从而降低燃油系统的燃油蒸发排放。在低排放法兰制造过程中，首先用模具注塑成型环状的聚乙烯组件，之后再以已成型的聚乙烯为基体注塑成型尼龙组件。

作为本发明的一种改进，所述聚乙烯组件上部设计周向凸起，且在周向上均匀分布，所述尼龙组件的下部设计内凹特征，且在周向上均匀分布。通过二者的结合，可以使聚乙烯组件和尼龙组件更加有效的粘结。必要时可以通过对聚乙烯和尼龙材料进行物理改性和化学改性，达到使二者粘结的目的。

作为本发明的一种改进，所述法兰通过竹节和管路相连，并且在法兰竹节的末端装配O型圈确保密封的有效性，管路和竹节属于过盈配合，竹节的个数一般为3～5个。根据阀门接口拉拔力的具体要求，选择竹节的个数，竹节的个数越多，阀门法兰接口和管路的连接越牢靠。在法兰头部设计裙边，该裙边的设计满足了阀门大批量、自动化生产时的抓结定位需求。在与法兰接口相反方向的端面设计定位箭头标记，该特征的设计主要用于阀门和油箱焊接时的定位。

作为本发明的一种改进，所述底盖的主要作用是将浮子、密封总成、弹簧等零件装配在其内部的空腔里。底盖外侧圆柱面上设计两个相对的底盖窗口，底盖内部设计底盖挡板，并且在挡板的边缘设计底盖挡板缺口，缺口的方向和窗口的方向相互错开，以减少燃油晃动对浮子关闭的影响，可以通过调整底盖窗口的高度来改变阀门的关闭高度，在底盖的下部设计漏油孔，该特征可以确保阀门里的液体可以及时的回流到油箱内部，保证下次加油时阀门可以正常关闭。

相对于现有技术，本发明具有如下优点，1)该技术方案提高了燃油箱“液位控制排气阀”的功能和质量，实现较为简单的“重新开启压力”结构，整体成本较低；2)该方案将浮子、弹簧、密封垫、密封垫支架装配到底盖内部，然后通过超声波焊接将通气孔本体和底盖焊接在一起，此焊接总成称为阀体模块，阀体模块满足了阀门模块化设计的要求，通过装配不同的法兰，可以实现阀门不同关闭高度的性能要求，以及阀门内置安装和外置安装的应用场合，缩短了设计周期，提高了设计的灵活度；3)该方案中设计了各种机械结构保证了密封面的对中，确保了密封的有效性。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为图1剖视图；

图3为法兰和密封垫支架装配示意图；

图4为密封总成剖面结构示意图；

图5为密封总成结构示意图；

图6为浮子结构示意图；

图7为密封总成和浮子装配后结构示意图；

图8为密封垫结构示意图；

图9为密封垫粘结支柱结构示意图；

图10密封垫支架粘结孔结构示意图；

图11为液位控制排气阀关闭状态示意图；

图12为第一级打开排气状态示意图；

图13为第二级打开排气状态示意图；

图14为密封垫压缩前后通气孔直径变化示意图；

图15为低排放法兰结构示意图；

图16为聚乙烯组件结构示意图；

图17为尼龙组件结构示意图；

图18为法兰连接结构示意图；

图19为底盖结构示意图；

图20为整体焊接结构示意图。

图中：1、法兰，2、O型圈，3、通气孔本体，4、密封垫，5、密封垫支架，6、浮子，7、弹簧，8、底盖，11、法兰装配孔，12、尼龙组件，13、聚乙烯组件， 14、阀门竹节，15、裙边，16、焊接定位结构，81、底盖挡板，82、底盖挡板缺口，83、底盖漏油孔，84、底盖窗口，85、底盖上的装配凸起，51、密封支架装配孔，61、卡爪，41、密封垫本体，42、密封垫粘性支柱，43、密封垫支架粘结孔，44、下密封面，45、上密封面，46、121、聚乙烯组件阀门周向凸起，131、尼龙组件周向内凹，451、上密封面内侧根部，452、上密封面端部圆弧面，441、下密封面内侧圆弧过渡，442、下密封面外侧根部。

具体实施方式：

为了加深对本发明的理解，下面结合附图对本实施例做详细的说明。

实施例1：参见图1，一种新式油箱液位控制排气阀，所述排气阀包括法兰1、 O型圈2、通气孔本体3、密封总成、浮子6、弹簧7以及底盖8，所述密封总成、浮子、弹簧7装配在底盖内部的空腔里，通过超声波焊接将通气孔本体3和底盖 8焊接在一起，所述法兰上设置有法兰装配孔11，底盖上设置有装配凸起81，所述法兰装配孔11受力进入底盖上的装配凸起，将底盖装配在法兰上，所述密封总成包括法兰4和密封垫支架5，将橡胶密封垫包裹于塑料密封垫支架上形成密封总成，所述浮子的两侧设置有卡爪61，通过将浮子上的卡爪装配在密封垫支架上的装配孔里，保证零件不会相互脱落，密封总成形成上下两个密封面，上密封面45可以和“通气孔本体”上的“通气孔”密封，下密封面44可以和“浮子”的密封面密封,通过两个密封面可以实现液位控制排气阀的“第一级打开”和“第二级打开”。使用这种密封总成结构通过一个密封垫实现了液位控制排气阀的两级开启排气，既实现了阀的重新开启压力性能，又简化了结构。

“密封总成”和“浮子”的装配利用的是“浮子”上“卡爪”61的弹性变形。“卡爪”61上的斜面设计便于密封总成装配时压入。密封垫支架上两个装配孔之间的最大距离小于浮子上两个卡爪之间的最大距离。“密封总成”和“浮子”装配后，之间有一个活动行程，设计的活动行程大于“下密封面”的压缩量，并且“卡爪”的高度小于“密封垫支架”的高度。

“密封总成”和“浮子”的装配过程如下：参见图6、图7，由于密封垫的上密封面需要密封的通道直径大于密封垫基体的直径，因此将上密封面设计成向外展开的结构，即上密封面的内侧根部与水平面之间的夹角为钝角，钝角的取值范围在120°～150°之间。另外，将上密封面端部设计成圆弧面，利用圆弧面密封时的快速有效接触提高密封效果。

由于密封垫的下密封面需要密封的通道直径小于密封垫基体的直径，因此将下密封面44设计成向内延伸的结构，即下密封面的外侧根部442与水平面之间的夹角为钝角，钝角的取值范围在120°～140°之间。为了解决下密封面密封时向里压缩的应力集中，将下密封面内侧设计成圆弧过渡结构441，且下密封面通气孔直径要略小于密封面基体的通气孔直径。下密封面向内延伸的结构设计在密封时，密封面向里压缩，使密封小孔的直径明显减小，减少了液体泄漏，增强了密封效果。在阀门开始排气时，压缩状态的下密封面依靠弹力回复原状，保持原来的通气直径，不影响排气，并且压力降也没有损失。

上密封面45向外展开、下密封面44向内延伸的结构既利于工艺成型，又能够增加密封时的压缩量，减少通气孔周向的液体泄漏。

参见图8-图10，所述密封垫包括密封垫基体41、以及设置在密封垫基体上的密封垫粘结支柱42，所述密封垫粘结支柱成型在密封垫支架里粘结,43里，来确保密封垫和密封垫支架不分离，所述密封垫粘结支柱和密封垫支架粘结孔在圆周方向上均匀分布。

参见图15，在法兰焊接处设置有尼龙组件13和聚乙烯组件12，为了降低阀门的燃油蒸发排放，将阀门法兰焊接处设计成尼龙和聚乙烯粘结的结构。聚乙烯材料可以通过热板焊接的方式和油箱本体焊接在一起，利用阀门法兰里的尼龙材料可以达到阻隔燃油里碳氢分子的目的，从而降低燃油系统的燃油蒸发排放。在低排放法兰制造过程中，首先用模具注塑成型环状的聚乙烯组件，之后再以已成型的聚乙烯为基体注塑成型尼龙组件。

参见图16、图17，所述聚乙烯组件上部设计周向凸,121，且在周向上均匀分布，所述尼龙组件的下部设计内凹131，且在周向上均匀分布。通过二者的结合，可以使聚乙烯组件和尼龙组件更加有效的粘结。必要时可以通过对聚乙烯和尼龙材料进行物理改性和化学改性，达到使二者粘结的目的。

参见图18，所述法兰通过竹节14和管路相连，并且在法兰竹节的末端装配O 型圈确保密封的有效性，管路和竹节属于过盈配合，竹节的个数一般为3～5个。根据阀门接口拉拔力的具体要求，选择竹节的个数，竹节的个数越多，阀门法兰接口和管路的连接越牢靠。在法兰头部设计裙边15，该裙边的设计满足了阀门大批量、自动化生产时的抓结定位需求。在与法兰接口相反方向的端面设计定位箭头标记16，该特征的设计主要用于阀门和油箱焊接时的定位。

参见图19，所述底盖的主要作用是将浮,6、密封总成、弹簧7等零件装配在其内部的空腔里。底盖外侧圆柱面上设计两个相对的底盖窗口84，底盖内部设计底盖挡板81，并且在挡板的边缘设计底盖挡板缺口82，缺口的方向和窗口的方向相互错开，以减少燃油晃动对浮子关闭的影响，可以通过调整底盖窗口的高度来改变阀门的关闭高度，在底盖的下部设计漏油孔，该特征可以确保阀门里的液体可以及时的回流到油箱内部，保证下次加油时阀门可以正常关闭。

参见图20，将浮子、弹簧、密封垫、密封垫支架装配到底盖内部，然后通过超声波焊接将通气孔本体和底盖焊接在一起，此焊接总成称为阀体模块。阀体模块满足了阀门模块化设计的要求，通过装配不同的法兰，可以实现阀门不同关闭高度的性能要求，以及阀门内置安装和外置安装的应用场合，缩短了设计周期，提高了设计的灵活度。

工作原理：参见图8-图20，密封垫4是橡胶件，密封垫支架5是塑料件，密封垫和密封垫支架通过包胶工艺粘结在一起。先成型密封垫支架，然后再成型密封垫。通过将密封垫粘结支柱成型在密封垫支架里的粘结孔里，来确保密封垫与密封垫支架不分离。密封垫粘结支柱和密封垫支架粘结孔在圆周方向上均匀分布。

由于燃油受热膨胀、汽车倾斜、大流速的燃油蒸汽通过排气孔等原因，导致液位控制排气阀暂时关闭，此时要求阀门能够及时打开排气，否则将导致油箱内部压力过大，进而引起油箱膨胀变形。当阀门在上述工况下暂时关闭时，即使油箱内压力p_{1<\/sub>较大，由于密封总成中间的排气孔较小，直径为3mm左右，接触面积S_{1<\/sub>较小，所产生的压力(p_{1<\/sub>×S_{1<\/sub>)小于浮子的重力，浮子的重量可以使浮子下降一定距离，使浮子的密封面和密封总成的“下密封面”脱落开启，阀门产生一定的排气量，使油箱内部的压力下降，称为“第一级打开”，此时“卡爪”已经“扣”在密封总成上，但是由于密封总成自身的重力和浮子作用在密封总成上的力小于向上的压力，“上密封面”并没有脱离“通气孔本体”的“通气孔”；第一级打开排气导致油箱内部压力继续下降，此时密封总成受到的向上的压力p_{2<\/sub>减小，虽然“通气孔本体”的“通气孔”(孔径为12mm左右)较大，接触面积 S _{2<\/sub>较大，但是此时密封总成自身的重力和浮子作用在密封总成上的力大于向上的压力(p_{2<\/sub>×S_{2<\/sub>)，使密封总成的“上密封面”脱离“通气孔本体”的“通气孔”，这样阀门完全开启大流量排气，称为“第二级打开”，达到平衡油箱内外部压力的目的。液位控制排气阀重新开启的过程图11-图13所示，阀门重新开启排气时对应的压力越大越好。重新开启压力越大，表明阀门越容易打开排气，即在更大的压力下，阀门依然可以打开排气、泄压，有利于保持油箱内部的压力平衡。采用下密封面向内延伸的结构设计，在阀门关闭时，密封面向里压缩，使密封小孔的直径由D减小为D1，相应的接触面积变小。对浮子进行受力分析得：F＝P·S， F为浮子向下的重力，P·S为浮子受到的向上的压力。在F不变的情况下，S减小， P增大，即重新开启压力变大。因此采用下密封面向内延伸的结构设计可以增加阀门的重新开启压力，改善阀门的重新开启性能。}}}}}}}}

需要说明的是上述实施例，并非用来限定本发明的保护范围，在上述技术方案的基础上所作出的等同变换或替代均落入本发明权利要求所保护的范围。

设计图

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