二級閥的製作方法
2023-06-19 15:36:11
專利名稱：二級閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種燃油加油機中的流體開關，其適於在高流速和低流速環境下操作。
背景技術：
在一個典型的交易中，顧客會開車到補充燃油的環境中的燃油加油機。該顧客在燃油泵或櫃檯用現金、信用卡或借記卡或這些方法的一些結合而安排付款。噴嘴插入車輛的注入口(fill neck)，燃油配送進所述車輛的油箱中。在燃油加油機上的顯示屏顯示出有多少燃油已經配送了以及所配送的燃油的金額。顧客依賴於燃油加油機來準確測量配送的燃油量，並相應地付款。有時顧客用來控制費用的方法是根據金額或容積量支付預設的燃油量。規章要求，即重量和測量，要求這些顧客接收其所購買的燃油達到一個較高的精確水平。
在這個過程的後面運作的是打開和關閉燃油流動通道的閥和測量配送的燃油量的流量表。流量表的目的是要精確測量配送給顧客的燃油量，從而相應地向顧客收款，也可以進行存量跟蹤。如所提及的，對於預設金額或預設容積的交易，顧客依賴於所述流量表去測量配送的燃油，從而得知什麼時候終止燃油流動。一些表是推量式表，這表示沒有測量燃油的實際移動。相對於容積式流量表，推量式表具有一些優點。主要的優點是典型地推量式表較容積式流量表小。可以使用的推量式表的一個例子在名稱為「Wide range，highaccuracy flow meter」的美國專利5689071中描述了。所述「071」專利描述了一種渦輪流量表，其通過檢測設置於其流動路徑中的渦輪轉子的旋轉次數而測定流體的流速。
當流體進入「071」專利的表中的渦輪流量表的入口端的時候，流體流過兩個渦輪轉子，使得所述渦輪轉子旋轉。渦輪轉子的旋轉速度由傳感線圈來感應。所述傳感線圈由產生磁場的a-c信號激發。當渦輪轉子旋轉的時候，渦輪轉子上的葉片通過由所述傳感線圈產生的磁場，從而在所述傳感線圈的載體波形上疊加上一個脈衝。疊加的脈衝的頻率是與轉子速度成正比的循環速率(脈衝每秒)，因此也與測量的流體流速成正比。
使用渦輪流量表可能會產生一個問題。當燃油流過轉子的時候，轉子獲得了一些旋轉動量。當燃油流動停止的時候，儘管沒有燃油流動，旋轉動量還是使轉子繼續旋轉。這個繼續運動使得渦輪流量表繼續產生象燃油依然流過的測量信號。從渦輪流量表的傳感線圈接收測量信號的控制系統繼續錯誤地記錄燃油流動。
必須找出上述問題的解決方案，以便在燃油加油機中使用渦輪流量表作為精確流量表。本發明給這個問題提供了一種解決方案。
當設計燃油加油機的時候，不是打開和關閉燃油流動路徑的所有的閥都適合用於預設金額或預設容積的交易這個事實也需要考慮。典型地，為了幫助顧客根據預設量來配送燃油量，一些燃油加油機配有二級閥，該閥在燃油交易的主要過程中允許高流速狀態而在交易的終止部分允許低流速狀態。在低流速狀態下，配送的燃油的速率顯著地降低，以使得加油機達到預定量或希望的金額量。預設交易的低流速部分產生了調和的流速，這樣可以在適當時候斷開二級閥以獲得所希望的終止點。這樣，當所希望的燃油量已經配送後，顧客可以在適當時候停止擠壓噴嘴手柄。直到現在，獲得低流速狀態和高流速狀態的二級閥工作得相當好，但是可能並沒有優化去與推量式流量表相配合。因此，提高推量式流量表的使用的任何解決方案也應該考慮到這個問題。
發明內容
本發明提供了一種這樣的技術，通過該技術燃油加油機中的控制系統可以知道什麼時候燃油流動，從而所述控制系統可以忽略從流量表來的外來信號。這允許在沒有錯誤讀取配送的燃油量的風險下使用推量式渦輪流量表。這個技術是這樣實現的在燃油加油機中的燃油路徑上提供一個在低流速狀態和高流速狀態下都工作良好的雙活塞/提動閥芯流量開關。
所述雙活塞/提動閥芯流量開關起了閥的作用。所述閥運作在三種模式的其中一種下。第一種模式是兩個活塞都關閉並且沒有燃油流過所述閥的完全關閉模式。所述閥具有一個可選的指示器，其通知燃油加油機的控制系統所述閥是否處於這種模式。第二種模式是低流速打開模式。在這種模式下，第二或旁路燃油路徑是打開的，並且燃油相當慢地流過所述閥。所述指示器，如果有的話，通知所述控制系統所述旁路燃油路徑是打開的，因此所述控制系統知道要將從流量表來的輸入信號當作真實的接收。第三種模式是高流速打開模式。在這種模式下，主燃油路徑與所述第二燃油路徑同時打開，燃油快速流過所述閥。由於所述第二燃油路徑是打開的，所述指示器，如果有的話，通知所述控制系統接收從流量表來的輸入信號。這種兩條燃油路徑的布置有助於優化所述閥，以便與推量式流量表一起使用在低流速和高流速狀態下，而不用考慮是否有所述指示器。所述指示器有助於燃油加油機的所述控制系統知道什麼時候接收從流量表來的輸入信號。
所述閥具有外殼，在所述外殼的主軸線上具有主燃油流動路徑。所述主燃油流動路徑由一般是關閉的主活塞封閉。所述主活塞通常由主彈簧保持關閉。第二燃油流動路徑圍繞著所述主活塞設置。所述第二燃油流動路徑由一般關閉的第二活塞封閉。同樣所述第二活塞通常由第二彈簧保持封閉。打開第二活塞所需要的力相當地小於打開主活塞所需要的力。第二活塞還連接到當作指示器的磁體或其他位置感應元件，以便可以檢測第二活塞的移動。
使用的時候，最初所述閥接收低速的燃油。該燃油碰到主活塞並被封閉。所以燃油分流進第二燃油流動路徑，在該處燃油遇到第二活塞。在第二活塞上的第二彈簧足夠弱，使得燃油的低流速足以壓縮第二彈簧，從而打開第二燃油流動路徑。第二活塞的打開移動了所述位置感應元件，使得傳感器可以檢測出所述位置感應元件的移動。燃油的流速增加直到在主活塞上的壓力足以壓縮主彈簧，從而打開主燃油流動路徑。然後在加油交易的主要過程中，燃油都流過主燃油流動路徑和第二燃油流動路徑。
當加油交易結束的時候，這個過程是相反的。燃油流速降低，減少了在主活塞上壓力。主彈簧關閉主活塞，剩下第二燃油路徑打開。當燃油流動終止的時候，例如在交易的末尾，在第二活塞上的壓力減少，第二彈簧關閉第二活塞。第二活塞的關閉移動所述位置感應元件，所述控制系統被告知要忽略從流量表來的進一步信號。即使在燃油流動被突然終止和兩個活塞同時關閉的時候，所述位置感應元件的移動通知了所述控制系統要忽略從流量表來的進一步信號。
在示例性實施例中，所述指示器可以是霍爾效應傳感器、超聲傳感器、磁簧片開關或類似的，以便幫助追蹤第二活塞的移動。
在結合附圖閱讀下面的優選實施例的詳細描述後，那些本領域技術人員可以理解本發明的範圍，並認識到其中的額外特徵。
附圖結合到本說明書並形成其中一部分，表示出了本發明的若干特徵，並與說明書一起去解釋本發明的原理。
圖1示出了包括在燃油交易中的燃油加油機；圖2示出了包括其顯示屏的燃油加油機的部分正視圖；圖3示出了燃油加油機的燃油流動部件的第一實施例的概略視圖；圖4示出了燃油加油機的燃油流動部件的第二實施例的概略視圖；圖5示出了本發明的閥的第一實施例，其處於第一、關閉位置；圖6示出了圖5的實施例處於第二、部分打開位置；圖7示出了圖5的實施例處於第三、完全打開位置；圖8A和8B用流程圖示出了使用本發明的閥的過程；圖9表示了主活塞的分解視圖，並示出了安全閥。
具體實施例方式
下面闡述的實施例給本領域技術人員描述了必要的資料以實施本發明，並示出了實施本發明的最佳模式。在考慮附圖並閱讀下面的描述的基礎上，本領域的技術人員會理解本發明的原理，並認識到在此沒有具體提及的這些原理的應用。應該理解，這些原理和應用是在本公開內容和附上的權利要求的範圍內。
本發明涉及一種閥，其優選用在壓力加油機中以確定低速和高速狀態。在公開所述閥之前，在此先描述加油系統的概述。所述閥的新穎結構從下面圖5開始論述。
圖1示出了一種典型的加油環境10，車輛12正由燃油加油機14加油。燃油加油機14包括外殼16，喉管18從所述外殼延伸出來。喉管18終止於手動操作的適於插入到車輛注入口22中的噴嘴20。可以理解，燃油從地下存儲池(未示出)流出，經過燃油加油機14，從喉管18流出，向下流過注入口22進入到燃油箱24。燃油加油機14可以是由本發明的受讓人售賣的ECLIPSE或ENCORE，或者其他所需要或所希望的燃油加油機，例如在美國專利4978029中所採用的那種，在這裡結合了所述專利的整體作為參考。
燃油加油機14的正面在圖2中示出了。燃油加油機14可以具有靠近外殼16的頂部的影片顯示屏26和在眼睛水平的第二顯示屏28。第二顯示屏28可以與涉及正進行的加油交易的輔助信息顯示聯繫在一起，例如燃油配送的加侖數30和對應於所配送的燃油的價錢。如果需要或希望的話，顯示屏26、28、30、32可以包括兼容影片的屏幕或液晶顯示屏(LCDs)。
本發明十分適合用於燃油加油機14的外殼16內部。特別地，本發明十分適合定位在燃油加油機14的燃油路徑中，如在圖3中更好地示出的。燃油可以由地下存儲池(UST，未示出)通過管道34流出，該管道可以是在加油行業中常規的雙壁管道。在美國專利6435204中示出了一種示例性的地下燃油配送系統，因此在此結合了所述專利的全部作為參考。管道34可以通過切換閥36(shearvalve)進入到外殼16中。二級閥37可以定位在燃油管中。該二級閥37可以是關閉的，例如當沒有燃油流動的時候；打開到第一程度，例如低流速狀態；或打開到第二程度，例如高流速狀態。在美國專利3724808中示出了一種示例性二級閥，在此結合了其全部作為參考。
在多數燃油加油機14中，與UST相關聯的浸入式渦輪泵用來將燃油配送到燃油加油機14。一些加油機14可以是自容納的，這表示燃油由定位在外殼16中的泵抽送到燃油加油機14，所述泵由電機(均未示出)控制。根據本發明，閥40可以定位在流量表38的上遊。或者，可以理解，閥40可以定位在流量表38的下遊(參見圖4)。流量表38和閥40定位在外殼16的燃油處理腔室42中。如在加油行業中理解的，燃油處理腔室42與任何火花或其他會引起燃油蒸氣燃燒的現象隔離。
流量表38和閥40穿過屏障44與定位在電子腔室48中的控制系統46相聯接。在美國專利4986445中描述了一種示例性的兩腔室燃油加油機14，在此結合了其全部作為參考。可以理解，控制系統46可以是微控制器、微處理器或其他電子設備，並帶有相關的記憶體和在其上運行的軟體。可以理解，控制系統46控制了燃油加油機14的其他方面，例如顯示屏26、28、30、32以及類似的。雖然沒有清楚表示出，但是應該理解二級閥37由控制系統46控制。特別地，控制系統46可以控制二級閥37關閉、部分打開、或全部打開，以便在沒有流動、低流速和高流速的狀態之間改變燃油流速。
本發明的閥40在圖5-7中示出了。圖5的閥40是處於關閉位置，這樣就沒有燃油流過閥40。閥40包括外殼50，其由在碳氫化合物中不會被腐蝕或被處理成不會腐蝕的材料形成的。主活塞52定位在外殼50中。主活塞52由主彈簧54保持在其正常關閉位置。O形環56可以用來幫助保證主活塞52和外殼50之間的緊密密封。
類似地示出了第二活塞58。第二活塞58由第二彈簧60保持在其正常關閉位置。第二活塞58連接到位置感應元件62。傳感器64定位在靠近閥40的外殼50處，用來檢測位置感應元件62的位置。傳感器64與控制系統46通訊以指示第二活塞58的位置。在一個示例性實施例中，位置感應元件62是磁體，傳感器64是霍爾效應傳感器。替換的位置感應元件62/傳感器64組合包括但並不必須限於磁簧片開關、超聲傳感器和電容傳感器的組合。
在圖5中示出了，當二級閥37關閉的時候，閥40處於完全關閉位置。這表示了沒有燃油要流過燃油加油機14的那些時間。在一個優選實施例中，壓縮第二彈簧60所需要的力比壓縮主彈簧54所需要的力要小。特別地，第二彈簧60適於在低燃油流速狀態下被壓縮，例如當二級閥37打開到低流速模式。主彈簧54適於在高燃油流速狀態下被壓縮，例如當二級閥37打開到高流速模式。
在圖6中示出了閥40處於部分打開狀態。如圖所示，由於作用在第二活塞58上的壓力，第二彈簧60被壓縮了。第二彈簧60的壓縮打開了第二或旁路燃油路徑(由箭頭66不同地標出)。另外，第二活塞58的移動壓縮第二彈簧60，使得位置感應元件62移動，從而傳感器64檢測到所述移動並傳送指示著所述移動的信號到控制系統46。控制系統46，一旦收到指示著位置感應元件62的移動的信號，就開始接收從流量表38來的輸入信號並記錄流過燃油加油機14的燃油流量。
在圖7中示出了閥40處於完全打開模式。當二級閥37完全打開的時候，在閥40內產生的流體壓力達到迫使主彈簧54壓縮的點。這樣就打開了主燃油路徑(由箭頭68不同地標出)並允許燃油以高流速流過燃油加油機14。
閥40的使用通過參考圖8A和8B的流程圖可以更好地說明。開始的時候，顧客來到並預付燃油款(框100)。預付燃油款可以是支付某金額的燃油。例如，某個人希望預支付10美元的燃油。該預付款可以是通過信用卡、借記卡和現金。相反，也可以購買非預設量的燃油。這典型地發生在當顧客希望加滿車輛並且不肯定這樣需要多少燃油的時候。然後顧客將噴嘴20插入進注入口22並例如通過擠壓噴嘴20上的手柄而開始燃油流動(框102)。擠壓所述手柄使得二級閥37部分打開(框104)。這允許燃油流過燃油加油機14到達閥40，在該處燃油施加壓力在主活塞52和第二活塞58上。然而，所述壓力相對較小，所以僅壓縮了第二彈簧60，打開了第二燃油路徑66(框106)。當第二燃油路徑66打開的時候，位置感應元件62移動了並被傳感器64檢測，該傳感器將所述移動報告到控制系統46(框108)。控制系統46開始接收從流量表38來的輸入信號(框110)。然後燃油以低流速狀態配送(框112)。在一個示例性實施例中，低流速是在0到2加侖每分鐘(gpm)範圍之間，優選是大約0.25gpm。
在一段短時間後，大約五分鐘或更短，二級閥37完全打開(框114)。這允許更多燃油流經燃油加油機14到達閥40。現在燃油的容積足夠大以在主活塞52上施加足夠的壓力而壓縮主彈簧54，從而打開主燃油路徑68(框116)。然後，燃油以高流速狀態配送(框118)。
適當時間後，燃油加油機14已經配送的燃油量會接近由框100的預付款所購買的量(框120)。當交易接近完成的時候，二級閥37部分關閉(框122，圖8B)例如，如果顧客支付10美元的燃油，當總量達到9.80美圓($9.80)的時候，二級閥37會部分關閉。這減慢了達到閥40的燃油量和容積，從而減少作用在活塞52和58上的燃油。由於在主活塞52上的燃油減少了，所以主彈簧54解除壓縮並關閉主燃油路徑68(框124)。燃油繼續在低流速狀態配送(框126)。
顧客可繼續擠壓著噴嘴20上的手柄，以便最後盎司的燃油配送進注入口22。一旦已配送預付量的燃油，二級閥37關閉(框128)。這就停止了燃油流到閥40(框130)，從而減少了在活塞52和58上的壓力。由於在第二活塞58上沒有壓力，第二彈簧60解除壓縮並關閉第二燃油路徑66(框132)。傳感器64檢測由第二活塞58的移動而導致的位置感應元件62的移動，並通知控制系統46所述移動(框134)。然後控制系統46停止接收從流量表38來的輸入信號(框136)。這就防止了從流量表38來的偽信號，該偽信號可能是由視為交易的部分的旋轉動量或類似的而導致。
還應該理解，閥40可以具有安全閥，以便符合關於用於石油產品的動力操作配送設備的適當的UL規定，例如UL79第20.1段和UL87第10.1段。關於這一點的更多細節可以從圖9看出。圖9示出了在其中結合了安全閥的活塞52的分解視圖。特別地，活塞52具有閥主體200，安全閥202，隨轉尾座204，O形環56，主彈簧54和墊圈206。因此，安全閥202位於隨轉尾座204的中間。在一個示例性實施例中，如在本領域理解的，安全閥202具有膨脹的心軸結構。
本領域的技術人員會認識到對本發明的優選實施例的改進和改變。所有這些改進和改變認為是在此公開的原理和下面的權利要求的範圍內。
權利要求
1.一種閥，包括外殼；主燃油流動路徑，其定位在所述外殼中，包括主活塞；和將所述主活塞固定在正常關閉位置的主彈簧；第二燃油流動路徑，其定位在所述外殼中，與所述主燃油流動路徑流體相通地連接，並圍繞著所述主活塞設置；所述第二燃油流動路徑包括第二活塞；和將所述第二活塞固定在正常關閉位置的第二彈簧，所述第二彈簧比所述主彈簧需要更小的力來壓縮。
2.根據權利要求1所述的閥，其特徵在於，還包括傳感器，其適於檢測第二活塞的移動並將第二活塞的移動報告給控制系統。
3.根據權利要求2所述的閥，其特徵在於，所述第二活塞還包括位置感應元件。
4.根據權利要求3所述的閥，其特徵在於，所述位置感應元件包括磁體，所述傳感器包括霍爾效應傳感器。
5.根據權利要求2所述的閥，其特徵在於，所述傳感器包括從以下組中選擇的一個元件，該組包括磁簧片開關裝置、電容傳感器、超聲傳感器和霍爾效應傳感器。
6.根據權利要求1所述的閥，其特徵在於，還包括定位在所述外殼中的安全閥。
7.根據權利要求6所述的閥，其特徵在於，所述安全閥與所述主活塞相關聯。
8.一種燃油加油機，包括二級閥，其適於將燃油流動調整成從以下組中選擇的一個流速，該組包括沒有流動，低流速和高流速；和雙活塞閥，包括在所述高流速中可運作的主活塞；在所述高流速和所述低流速中可運作的第二活塞；位置感應元件，其適於在所述第二活塞移動的時候移動；和傳感器，其用於檢測所述位置感應元件的移動，從而檢測到所述第二活塞的打開和關閉。
9.根據權利要求8所述的燃油加油機，其特徵在於，還包括適於控制所述二級閥以及接收從所述傳感器來的輸入信號的控制系統。
10.根據權利要求9所述的燃油加油機，其特徵在於，還包括可操作地連接到所述控制系統的流量表。
11.根據權利要求10所述的燃油加油機，其特徵在於，所述控制系統從所述傳感器接收輸入信號，以便確定所述第二活塞是否打開，當所述第二活塞沒有打開的時候拒絕從所述流量表來的輸入信號。
12.根據權利要求10所述的燃油加油機，其特徵在於，所述流量表是推量式流量表。
13.根據權利要求12所述的燃油加油機，其特徵在於，所述流量表是推量式渦輪流量表。
14.根據權利要求9所述的燃油加油機，其特徵在於，所述雙活塞閥還包括與所述主活塞相關聯的主彈簧以及與所述第二活塞相關聯的第二彈簧，兩個彈簧都適於將對應的活塞保持在正常關閉位置。
15.根據權利要求9所述的燃油加油機，其特徵在於，所述傳感器包括從以下組中選擇的一個元件，該組包括霍爾效應傳感器、超聲傳感器、電容傳感器和磁簧片開關裝置。
16.根據權利要求9所述的燃油加油機，其特徵在於，所述雙活塞閥還包括安全閥，其適於當所述雙活塞閥關閉的時候釋放壓力。
17.根據權利要求16所述的燃油加油機，其特徵在於，所述安全閥與所述主活塞相關聯。
18.一種配送燃油的方法，包括將二級閥部分打開；隨著部分打開所述二級閥，迫使打開雙活塞閥中的第二活塞；完全打開所述二級閥；和隨著完全打開所述二級閥，迫使打開所述雙活塞閥中的主活塞；其中燃油流過所述二級閥和雙活塞閥以配送給顧客。
19.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括當迫使打開所述第二活塞的時候移動位置感應元件。
20.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括檢測所述位置感應元件的移動。
21.根據權利要求20所述的方法，其特徵在於，還包括將涉及所述位置感應元件的移動的信息報告給控制系統。
22.根據權利要求21所述的方法，其特徵在於，還包括當所述位置感應元件的移動檢測指示著所述第二活塞關閉的時候，忽略從流量表來的輸入信號。
23.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括將安全閥與所述雙活塞閥相關聯。
24.根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括在所述雙活塞閥的所述主活塞中打開安全閥。
全文摘要
一種燃油加油機中的雙活塞/提升閥，其與二級閥一起作用以幫助消除推量式流量表的誤差。當所述二級閥部分打開的時候，在所述雙活塞/提升閥中打開第二燃油路徑。傳感器檢測所述第二燃油路徑的打開並將它的打開報告給控制系統。所述二級閥完全打開，同時打開主燃油路徑。在交易完成期間，所述二級閥部分關閉，導致了所述主燃油路徑的關閉。當所述二級閥完全關閉的時候，所述第二燃油路徑關閉。所述傳感器檢測所述第二燃油路徑的關閉並報告所述關閉給所述控制系統。根據所述傳感器的輸出，所述控制系統接收或拒絕從流量表來的輸送信號。
文檔編號B67D7/36GK1759065SQ200480006736
公開日2006年4月12日 申請日期2004年3月11日 優先權日2003年3月14日
發明者W·P·謝爾默, S·納納吉 申請人:吉爾巴科公司