一种分离式浮子结构的燃油液位阀及其工作方式

技术领域

本发明涉及汽车燃油管理系统领域，具体是一种分离式浮子结构的燃油液位阀及其工作方式。

背景技术

混合动力汽车相比于传统的燃油汽车，仅从使用燃油方面来说，最大的区别在于油箱系统。传统的燃油汽车，其油箱内产生的燃油蒸汽会不停的排放到碳罐中，为满足目前国六法规的要求，碳罐需要有足够的吸附燃油蒸汽的能力，故其不但体积大，而且对使用寿命的要求也很高。而混合动力汽车在使用电力提供动力时，油箱隔离阀会隔绝油箱内的燃油蒸汽通到碳罐中，从而实现燃油蒸汽“零排放”，有效减少环境污染。但是，在使用过程中，当油箱内燃油蒸汽无法排放到碳罐时，会引起油箱内压力不断升高，这势必要求混动汽车油箱所能承受的压力远大于传统油箱；另外，当汽车由电力驱动转换为燃油驱动时，碳罐截止阀打开，油箱内压力在高压下，迅速排气到碳罐中，此时的排气量比传统的燃油汽车大很多，这样也要求高压油箱内的各种排气阀在高压大流量泄气的情况下不能出现阻塞的现象。然而目前使用的一种双墙高性能加油限量阀及其工作方法(专利号 202011490701X)中的限量阀，如图11所示，包括外壳1、浮子外壳2、底盖4、弹簧5、O型圈6、浮子7、密封门8，通过设计两个不同大小的圆形通气孔，根据燃油箱内燃油的变化，浮子7受到的浮力、重力等的改变，实现一级卸压和二级卸压功能，从而便于再次加油，但是在实际使用中，其一级卸压时候，由于油箱内部压力过大的原因，一级开启封柱塞较难从一级开启通气孔中脱落，这就使得在给车辆再次加油时候，会出现需要较长时间的等待后才能加油的情况，严重时候甚至出现难以加油的情况，影响车辆正常使用。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种分离式浮子结构的燃油液位阀及其工作方式，解决了混合动力汽车的燃油液位阀使用时候存在的问题。

技术方案：本发明提供了一种分离式浮子结构的燃油液位阀及其工作方式，包括外壳、浮子外壳、浮子结构总成、底盖、弹簧、O型圈，所述浮子外壳设置在外壳内，所述浮子结构总成设置在浮子外壳内，所述底盖设置在外壳下方，所述弹簧设置在浮子结构总成、底盖之间，所述O型圈设置在浮子外壳上方；其中，所述浮子结构总成包括下浮子、一级开启密封垫、第一卡扣、第二卡扣、上浮子、二级开启密封垫，所述一级开启密封垫通过第一卡扣、第二卡扣分别与下浮子上端以及上浮子下端连接，所述二级开启密封垫设置在上浮子上端。在混合动力汽车加油过程中，随着油箱内油液的上升，油液流入到外壳内，浮子结构总成在油液进入后，在浮力的作用下，迅速上升，直至一级开启通气孔、二级开启通气孔处于关闭状态，此时，加油完成；混合动力汽车在行驶过程中，油箱内油液伴随着使用逐渐减少，此时下浮子由于重力影响会慢慢落下，由于一级开启密封垫一端通过第一卡扣与下浮子连接，另一端通过第二卡扣与上浮子下端连接，即一级开启密封垫在下浮子的作用力下，以第二卡扣连接点为轴心向下翻转，即一级开启密封垫脱离密封状态的过程是逐步进行的，油箱内的油蒸汽的排气量逐渐增加，油箱内的高压逐渐下降；当油液下降到一定位置时候，上浮子上的二级开启密封垫随着下浮子的作用力脱离密封状态，从而实现大流量的排气，以便于油箱再次加油。将浮子结构设计为分离式的下浮子和上浮子，并通过一级开启密封垫、第一卡扣、第二卡扣将两者连接起来，使得在使用过程中，可以实现一级小流量自动逐步卸压，以及二级大流量快速卸压，从而解决了原有燃油液位阀不能在高压强下快速卸压的情况，提高了油箱以及车辆系统的安全性。

进一步的，所述下浮子上设有一级开启通气孔密封底柱，所述一级开启通气孔密封底柱端面倾斜设置；所述一级开启通气孔密封底柱斜面上设有第一凸台、第二凸台；所述下浮子上还设有第一固定座，位于一级开启通气孔密封底柱倾斜端面较高一端；所述下浮子远离一级开启通气孔密封底柱的另一端设有限位槽。密封时候，第一凸台、第二凸台设置，减少一级开启通气孔密封底柱对一级开启密封垫接触面，从而提高压紧力，提高了密封性能；第一固定座用于第一卡扣对一级开启密封垫的一端进行固定；限位槽用于安装弹簧。一级开启通气孔密封底柱的倾斜设置，且第一固定座位于一级开启通气孔密封底柱倾斜端面较高的一端，使得在进行一级卸压时候，快速减少一级开启通气孔密封底柱对一级开启密封垫支撑面积，从而便于一级开启密封垫的顺利脱落。

进一步的，所述一级开启密封垫为橡胶材质，一体注塑成型，其两端分别通过第一卡扣、第二卡扣和下浮子和上浮子连接。一级开启密封垫通过第一卡扣、第二卡扣和分别与下浮子和上浮子连接，当油箱内油加满时候，一级开启密封垫下方贴合在下浮子的一级开启通气孔密封底柱端部，上方和上浮子的一级开启通气孔密封顶柱贴合从而对上浮子的一级开启通气孔起到密封作用；当油箱内的油不断下降时候，随着下浮子的下降，一级开启密封垫的一级开启密封垫靠近第一固定段的位置受力以第二固定段与第二卡扣连接点为轴心向下翻转，其上方逐渐脱离上浮子的一级开启通气孔密封底柱端部，即一级开启通气孔被逐渐打开，从而进行一级小流量自动逐步卸压；当一级开启密封垫翻转到一定角度，与第二固定段连接的上浮子受力向下移动，从而进行二级排气卸压。一级开启密封垫为Z型设置，当油箱内油液伴随着使用逐渐减少时候，随着下浮子由于重力影响会落下，但又因为连接上下浮子的一级开启密封垫的两端连接点与下浮子重心不在同一条垂线上，所以一级开启密封垫会被下浮子带着往共一条垂线的趋势移动，就会脱离密封状态，一级通气孔就被打开，实现流量排气，其操作简单方便。

进一步的，所述上浮子上设有一级开启通气孔密封顶柱，所述一级开启通气孔密封顶柱端面倾斜设置，且其上设有一级开启通气孔，所述一级开启通气孔为腰型孔设置；所述上浮子上还设有第二固定座，位于一级开启通气孔密封顶柱倾斜端面较高一端。油箱内油加满时候，一级开启密封垫上方和上浮子的一级开启通气孔贴合，从而起到密封作用，一级开启通气孔为腰型孔设置，使得其在一级卸压时候，一级开启密封垫对其的密封逐渐打开；一级开启通气孔密封顶柱的端面和一级开启通气孔密封底柱的端面平行设置，从而提高密封时候的贴合度。

进一步的，所述上浮子上端侧壁上设有二级开启密封垫安装槽。用于安装二级开启密封垫，二级开启密封垫和上浮子分体设计，不但比原有设计的包胶结构节省加工成本，而且便于单独更换，降低零件损耗成本。

进一步的，所述外壳上设有第一通气口、第二通气口，所述第一通气口、第二通气口相对设置在外壳侧壁上。加油过程中，随着液面逐渐上升，在到达第一通气口、第二通气口位置时，油液迅速流入到阀内部，浮子结构总成在油液进入后，在浮力的作用下，迅速上升，一级开启通气孔、二级开启通气孔处于关闭状态。根据不同油箱的使用要求，只需要选择第一通气口、第二通气口位于合适高度位置的外壳，其余零件不需要改变，具有广泛适用性。

进一步的，所述浮子外壳上设有二级开启通气孔，所述二级开启通气孔为圆孔；所述浮子外壳端部侧壁上还设有密封圈安装槽；所述浮子外壳上还设有第三通气口、第四通气口，所述第三通气口、第四通气口相对设置在浮子外壳侧壁上；所述浮子外壳上还设有第一进油口、第二进油口，所述第一进油口、第二进油口相对设置在浮子外壳侧壁底部位置。二级开启通气孔用于二级卸压时候，大流量油蒸汽的排放，其尺寸可以根据实际使用要求进行调整；第三通气口、第四通气口用以油蒸汽的排气；第一进油口、第二进油口设置在浮子外壳侧壁底部位置，使得即使在车辆行驶过程中，即使油箱内的油液由于晃动从第一通气口、第二通气口进入到外壳和浮子外壳之间，都会由于重力作用直接落入到阀底部，而不会随着油蒸汽进入到浮子外壳的第三通气口或者第四通气口，同时，油液通过第一进油口、第二进油口进入到浮子外壳内，会对浮子结构总成产生浮力，从而将一级开启通气孔以及二级开启通气口堵住，从而不会有油液被油蒸汽排出到碳罐。

进一步的，所述外壳与浮子外壳之间形成双墙结构，所述外壳与浮子外壳的上端面进行焊接；所述外壳上的第一通气口、第二通气口通过外壳轴线的中心面与所述浮子外壳上的第三通气口、第四通气口通过浮子外壳轴线的中心面垂直设置。双墙设计，实现液体动态泄露为零；油箱内油蒸汽随着油液使用不断产生，其通过外壳上的第一通气口、第二通气口进入到阀内部，在降压时候，通过浮子外壳上的第三通气口、第四通气口从一级开启通气孔或者二级开启通气孔被排出到碳罐内。外壳上的第一通气口、第二通气口与浮子外壳上的第三通气口、第四通气口相对位置垂直设置，使得油蒸汽的排气路线达到最长，从而也避免了油液在汽车颠簸甚至倾倒等情况下，出现泄漏现象，从而引发事故。

进一步的，一种分离式浮子结构的燃油液位阀的工作方法，具体步骤如下：

1)加油时候，随着油箱内油液的不断增加，油液通过外壳上的第一通气口、第二通气口流入，并通过浮子外壳的第一进油口、第二进油口进入到浮子外壳内，浮子结构总成在油液浮力作用下不断上升，直至一级开启通气孔、二级开启通气孔分别在一级开启密封垫、二级开启密封垫的作用下处于关闭状态，此时，加油完成；

2)混合动力汽车在行驶过程中，其油箱内的油液伴随着使用逐渐减少，油蒸汽随之不断产生，油箱内的压力也随之增加；

3)此时浮子结构总成中的下浮子在重力的作用下会慢慢落下，由于一级开启密封垫的一端通过第一卡扣与下浮子的第一固定座连接，一级开启密封垫的另一端通过第二卡扣与上浮子的第二固定座连接，即此时随着下浮子的落下，一级开启密封垫从靠近第一卡扣的位置以第二卡扣为轴心慢慢被翻转向下，其与上浮子的一级开启通气孔密封顶柱端面的接触面也越来越小，一级开启通气孔被逐渐打开，直至一级开启密封垫与一级开启通气孔密封顶柱端面完全脱离，在此过程中，通过外壳上的第一通气口、第二通气口进入到阀内部的油蒸汽，沿着浮子外壳上的第三通气口、第四通气口从一级开启通气孔被逐渐排出到碳罐内，其排出流量慢慢增加，实现了一级小流量自动逐步卸压；

4)当油箱内的油液降至一定高度时候，上浮子随着下浮子一起落下，此时，上浮子上的二级开启密封垫从浮子外壳的二级开启通气孔处脱落下来，即脱离密封状态，此时大流量的油蒸汽从二级开启通气孔被排出到碳罐，油箱内的压力迅速下降，实现了二级大流量卸压；

5)此时，混合动力汽车可以再次进行加油；如此循环1)～4) 操作。

上述技术方案可以看出，本发明具有如下有益效果：1)将浮子结构总成设计为分离式的下浮子和上浮子，并通过一级开启密封垫、第一卡扣、第二卡扣将两者连接起来，从而在混合动力汽车的行驶过程中，随着油箱内油液的不断被使用，可以实现一级小流量自动逐步卸压，以及二级大流量快速卸压，从而解决了原有燃油液位阀不能在高压强下快速卸压的问题；2)不同油箱中燃油液位阀的使用，只需更换不同通气口高度的外壳，实现不同的关闭高度，不但满足客户多样化需求，而且大大节约了其他零件的设计以及模具等的成本，具有广泛适用性；3)采用双墙结构，即设置外壳和浮子外壳双重外壳，从而实现动态状况下，液体动态泄露为零，从而提高了油箱及车辆系统的安全性。

附图说明

图1为本发明的剖视图；

图2为下浮子的立体图；

图3为下浮子的剖视图；

图4为上浮子的立体图；

图5为上浮子的仰视图；

图6为外壳的立体图；

图7为浮子外壳的立体图；

图8为油箱加满油状态下本发明的局部剖视图；

图9为一级泄压状态下本发明的局部剖视图；

图10为二级泄压状态下本发明的局部剖视图；

图11为原有产品的剖视图。

图中：外壳1、第一通气口11、第二通气口12、浮子外壳2、二级开启通气孔21、密封圈安装槽22、第三通气口23、第四通气口 24、第一进油口25、第二进油口26、浮子结构总成3、下浮子31、一级开启通气孔密封底柱311、第一凸台312、第二凸台313、第一固定座314、限位槽315、一级开启密封垫32、第一卡扣33、第二卡扣34、上浮子35、一级开启通气孔密封顶柱351、一级开启通气孔352、第二固定座353、二级开启密封垫安装槽354、二级开启密封垫36、底盖4、弹簧5、O型圈6、浮子7、密封门8。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例一

如图1所示为本发明的剖视图，包括外壳1、浮子外壳2、浮子结构总成3、底盖4、弹簧5、O型圈6，所述浮子外壳2设置在外壳1内，所述浮子结构总成3设置在浮子外壳2内，所述底盖4设置在外壳1下方，所述弹簧5设置在浮子结构总成3、底盖4之间，所述O型圈6设置在浮子外壳2上方；其中，所述浮子结构总成3 包括下浮子31、一级开启密封垫32、第一卡扣33、第二卡扣34、上浮子35、二级开启密封垫36，所述一级开启密封垫32通过第一卡扣33、第二卡扣34分别与下浮子31上端以及上浮子35下端连接，所述二级开启密封垫36设置在上浮子35上端。

如图2和如图3所示分别为所述下浮子31的立体图和剖视图，其上设有一级开启通气孔密封底柱311，所述一级开启通气孔密封底柱311端面倾斜设置；所述一级开启通气孔密封底柱311斜面上设有第一凸台312、第二凸台313；所述下浮子31上还设有第一固定座314，位于一级开启通气孔密封底柱311倾斜端面较高一端；所述下浮子31远离一级开启通气孔密封底柱311的另一端设有限位槽 315。

所述一级开启密封垫32为橡胶材质，一体注塑成型，其两端分别通过第一卡扣33、第二卡扣34和下浮子和上浮子连接。本实施例中选用的一级开启密封垫32为PA66材质，其使用温度范围为 -40℃～70℃。

如图4和如图5所示分别为所述上浮子35的剖视图和仰视图，其上设有一级开启通气孔密封顶柱351，所述一级开启通气孔密封顶柱351端面倾斜设置，且其上设有一级开启通气孔352，所述一级开启通气孔352为腰型孔设置；所述上浮子35上还设有第二固定座353，位于一级开启通气孔密封顶柱351倾斜端面较高一端。

所述上浮子35上端侧壁上设有二级开启密封垫安装槽354。

如图6所示为所述外壳1的立体图，其上设有第一通气口11、第二通气口12，所述第一通气口11、第二通气口12相对设置在外壳1侧壁上。

如图7所示为所述浮子外壳2的立体图，其上设有二级开启通气孔21，所述二级开启通气孔21为圆孔；所述浮子外壳2端部侧壁上还设有密封圈安装槽22；所述浮子外壳2上还设有第三通气口23、第四通气口24，所述第三通气口23、第四通气口24相对设置在浮子外壳2侧壁上；所述浮子外壳2上还设有第一进油口25、第二进油口26，所述第一进油口25、第二进油口26相对设置在浮子外壳2 侧壁底部位置。

所述外壳1与浮子外壳2之间形成双墙结构，所述外壳1与浮子外壳2的上端面进行焊接；所述外壳1上的第一通气口11、第二通气口12通过外壳1轴线的中心面与所述浮子外壳2上的第三通气口23、第四通气口24通过浮子外壳2轴线的中心面垂直设置。

如图8所示为油箱加满油状态下本发明的局部剖视图，此时浮子结构总成3的下浮子31在浮力的作用下向上移动，直至上浮子35 上的二级开启密封垫36与浮子外壳2贴合，即一级开启通气孔352、二级开启通气孔21处于关闭状态，没有气体排出。

如图9所示为一级泄压状态下本发明的局部剖视图，油箱内的油液随着使用逐渐减少，下浮子31由于重力影响会落下，此时因为连接下浮子31和上浮子35的一级开启密封垫32两端通过第一卡扣 33、第二卡扣34分别与下浮子31和上浮子35连接的连接点与下浮子31重心不在同一条垂线上，所以一级开启密封垫32会被下浮子带着往共一条垂线的趋势移动，即其与上浮子35的一级开启通气孔密封顶柱351端面的贴合处从靠近第一卡扣33一侧开始被分离开，上浮子35上的一级开启通气孔352被逐渐打开，油蒸汽开始从一级开启通气孔352被排出，实现一级小流量自动逐步卸压，直至一级开启通气孔352被完全打开。

如图10所示为二级泄压状态下本发明的局部剖视图，当油箱内的油液下降到一定高度时候，上浮子35通过一级开启密封垫32在下浮子31的重力作用下下落，其上的二级开启密封垫36脱离和浮子外壳2的贴合，此时二级开启通气孔21完全打开，一级开启通气孔352则随着上浮子35的落下重新与二级开启密封垫36贴合，油蒸汽通过面积较大的二级开启通气孔21被排出，从而实现二级大流量泄压。大流量排气后，燃油液位阀的压力平衡破坏，回复原自由状态从而提供再次加油功能。

如图11所示为原有产品的剖视图，包括外壳1、浮子外壳2、底盖4、弹簧5、O型圈6、浮子7、密封门8。

如表1所示为原有产品与本发明的压降性能测试数据。

表1

从表1可知，原有产品的压降性能，在阀体通过60L/min气体流量时，压力是0.2kPa；在阀体通过70L/min气体流量时，压力是 0.26kPa；在阀体通过80L/min气体流量时，压力是0.33kPa；在阀体通过90L/min气体流量时，压力是0.41kPa；在阀体通过100L/min气体流量时，压力是0.5kPa。

而本发明的压降性能，在阀体通过60L/min气体流量时，压力是 0.07kPa；在阀体通过70L/min气体流量时，压力是0.09kPa；在阀体通过80L/min气体流量时，压力是0.11kPa；在阀体通过90L/min 气体流量时，压力是0.13kPa；在阀体通过100L/min气体流量时，压力是0.15kPa。

综上所述，本发明的压降远低于原有产品，从而可以保证车辆油箱加油及排气更顺畅，适用面更广，可用于普通燃油车及高压混动车型。

如表2所示为原有产品与本发明在阀重开启情况下的静态和动态性能测试数据。静态重开启是指汽车在平稳行驶中，随着油箱内液位下降，阀芯(本发明中的浮子结构总成3)需要随之落下，从而打开此阀，若无法开启，高压油箱内的压力无法泄掉，油箱初始压力无法恢复，则后续不能进行加油；动态重开启是指汽车在颠簸、急加速、急刹车或剧烈晃动等过程中，油箱内燃油晃动使得阀芯(本发明中的浮子结构总成3)上浮后，也要能重新落下，打开阀体。

表2

从表2中可知，原有产品的静态和动态重开启性能，都不能在产品旋转时候返回到初始状态，阀体不能自动打开，气体流量为0L/min。本发明的静态开启性能，能在产品旋转返回到初始状态，阀体能自动打开，气体流量能达到64.1L/min；本发明的动态重开启性能，在产品旋转返回到角度为36度的时候，阀体能自动打开，气体流量能达到30.3L/min。本发明的阀重开启性能远优于原有产品。因此本发明能满足以高压油箱为代表的混动车型在极限工况下(如山地越野)的使用，其适用范围更广。

如表3所示为原有产品与本发明的堵塞气流测试数据。

表3

从表3中可知，原有产品在阀体通过大于212L/min气体流量时，阀会堵塞；而本发明在通过大于307L/min气体流量时，阀才会堵塞。本发明的堵塞气流测试性能远优于原有产品。

如表4所示为原有产品与本发明的泄压时间测试数据。

表4

从表4可知，原有产品在从油箱内部压力从30kPa泄压到2kPa 时候，其泄压时间需要20秒左右时间；而本发明从油箱内部压力从 30kPa泄压到2kPa时候，需要11秒左右时间。本发明在泄压时间上优于原有产品，可以减少以高压油箱为代表的混动车型的终端客户在加油时的等待时间，改善客户的体验感。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。