JP2014005729A - 気体燃料用圧力制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関に供給する気体燃料の圧力を連続的に変更可能な気体燃料用圧力制御装置を提供する。
【解決手段】 減圧弁５０は、第２弁部材５１、弁本体５２、減圧弁用ばね５３および減圧弁用ソレノイド６５から構成される。第２弁部材５１は、弁本体５２に形成される第２弁座５２５に対して往復移動可能に設けられる。減圧弁用ばね５３および減圧弁用ソレノイド６５が発生する電磁力は、第２弁部材５１を第２弁座５２５に当接する方向に付勢する。減圧弁５０は、圧力室５２２の気体燃料の圧力とシート面積との積が、流路２９１の気体燃料の圧力とシート面積との積、減圧弁用ソレノイド６５が発生する電磁力、および減圧弁用ばね５３の付勢力の合計より大きくなると、第２弁部材５１は第２弁座５２５から離間し気体燃料を減圧する。これにより、減圧弁用ソレノイド６５に流れる電流値を変更することで気体燃料の圧力を連続的に変更できる。
【選択図】 図２

Description

本発明は、気体燃料用圧力制御装置に関する。

内燃機関に供給される気体燃料を燃料タンク内の圧力から気体燃料用インジェクタが噴射可能な範囲内の圧力に減圧する気体燃料用圧力制御装置が知られている。特許文献１には、電磁力によりダイヤフラムのリフト量を変化させることで当該範囲内の２つの圧力値のいずれかに気体燃料の圧力を減圧する気体燃料用圧力制御装置が記載されている。

特開昭５９−６５９４５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の気体燃料用圧力制御装置では、電磁力を発生する電磁力発生部のオンオフに対応した圧力値にしか気体燃料の圧力を設定できないため、内燃機関の状態に応じた気体燃料の圧力を３つ以上かつ任意に設定することができない。

本発明の目的は、内燃機関に供給する気体燃料の圧力を連続的に変更可能な気体燃料用圧力制御装置を提供することにある。

燃料タンクに貯留される気体燃料の圧力を制御し、噴射手段を介して内燃機関に気体燃料を供給する気体燃料供給システムに用いられる気体燃料用圧力制御装置であって、燃料タンク内と噴射手段内とを連通または遮断する第１弁と、第１弁の内燃機関側に設けられ、第２弁座を形成する第２弁本体、第２弁本体に対して往復移動可能に設けられ第２弁座に当接または離間することにより前記第１弁内と前記噴射手段内とを連通または遮断する第２弁部材、電磁力により第２弁部材を第２弁座に当接する方向に付勢する第２電磁力発生部、および第２弁部材を第２弁座に当接する方向に付勢する第２付勢手段を有し、第１弁を通過する気体燃料の圧力を噴射手段が噴射可能な圧力に減圧する第２弁と、を備え、第１弁と第２弁とは一体に設けられ、第２弁部材が第１弁とは反対側の方向に移動するとき、第２弁部材は第２弁座より離間することを特徴とする。

第２弁は、第２電磁力発生部が発生する電磁力および第２付勢手段の付勢力が第２弁部材に作用することで閉弁する。第１弁が開弁すると、第１弁に供給される気体燃料の圧力は第２弁部材が第１弁から離れる方向、すなわち第２弁が開弁する方向に作用する。第２弁で気体燃料の圧力を制御するとき、第２電磁力発生部が発生する電磁力を小さくするように電流値を小さくする。これにより、第２弁は第２電磁力発生部を流れる電流値を連続的に変更することで気体燃料の圧力を制御することができる。

第２弁が気体燃料の圧力を減圧するとき、第２弁部材は第１弁とは反対側の方向に移動する。第１弁には高圧の気体燃料が燃料タンクから供給されており、第２弁部材を第１弁とは反対側の方向に移動するとき、第１弁内の気体燃料の圧力を利用する。これにより、第２電磁力発生部が発生する電磁力は比較的小さくなり、第２電磁力発生部を小さくすることができる。

また、第２弁の第２電磁力発生部が小さくなることにより、気体燃料用圧力制御装置の体格を小型にすることができる。

燃料タンク内と噴射手段とを連通または遮断する第１弁と気体燃料を減圧する第２弁とを一体に設けることにより、気体燃料用圧力制御装置の体格が小型になる。これにより、気体燃料用圧力制御装置を燃料タンク付近に設置すると、高圧の気体燃料が通る配管を短くすることができる。

本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置を適用する気体燃料供給システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置の断面図である。 本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置の部分拡大断面図である。 本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置の作動を説明する部分拡大断面図である。 本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置の図４とは異なる作動を説明する部分拡大断面図である。 本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置の図４、５とは異なる作動を説明する部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置の断面図である。 本発明の第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置を適用する気体燃料供給システムの概略構成を示す模式図である。 本発明の第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置の断面図である。

以下、本発明による気体燃料用圧力制御装置の実施形態について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置について、図１〜図６に基づいて説明する。

最初に、第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置を適用する気体燃料供給システムの概略構成を図１に基づいて説明する。気体燃料供給システム１０は、例えば、圧縮天然ガスを燃料とする車両に搭載される。気体燃料供給システム１０は、ガス充填口１１、燃料タンク１３、気体燃料用圧力制御装置１、「噴射手段」としての気体燃料用インジェクタ２４、ＥＣＵ９等を備える。

外部からガス充填口１１を通して供給される高圧の気体燃料は、供給管６を通って燃料タンク１３に貯留される。ガス充填口１１は、逆流防止機能を有しており、ガス充填口１１から供給される気体燃料が外部に逆流しないようになっている。供給管６には、ガス充填弁１２が設けられる。

燃料タンク１３には、燃料タンク弁１４が設けられている。燃料タンク弁１４は、燃料タンク１３からガス充填口１１への逆流防止機能、規定量以上の気体燃料が接続管７を流れるとき燃料タンク１３からの気体燃料の流れを遮断する過流防止機能、および燃料タンク１３内の圧力上昇時に燃料タンク１３内の圧力を外部に開放することで燃料タンク１３の破裂を防ぐ加圧防止安全機能を有する。
燃料タンク弁１４は、接続管７を介して気体燃料用圧力制御装置１に接続する。接続管７には、燃料タンク１３内の気体燃料の残量を計測可能な圧力センサ１８が設けられる。圧力センサ１８は、車両の運転者が燃料タンク１３内の気体燃料の残量を確認可能な位置に設けられる圧力計１５に接続されている。

気体燃料用圧力制御装置１は、主止弁３０、および減圧弁５０などを有する。気体燃料用圧力制御装置１は、接続管７を通って供給される気体燃料の圧力を気体燃料用インジェクタ２４に供給可能な圧力まで減圧する。例えば、気体燃料用圧力制御装置１は、燃料タンク１３内の２０ＭＰａの気体燃料を気体燃料用インジェクタ２４に供給可能な圧力である０．２〜０．６５ＭＰａまで減圧する。第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置１は、気体燃料用インジェクタ２４に供給される気体燃料の圧力を所定の圧力範囲内で連続的に変更可能である。気体燃料用圧力制御装置１の詳細な構造は後述する。

気体燃料用圧力制御装置１で減圧された気体燃料は、供給管８を通って気体燃料用インジェクタ２４に供給される。供給管８には、気体燃料に含まれるオイルを除去するオイルフィルタ２３、気体燃料用圧力制御装置１と気体燃料用インジェクタ２４とを連通または遮断する燃料遮断弁１９、および供給管８を流れる気体燃料の残量を計測可能な圧力センサ１８が設けられている。

気体燃料用インジェクタ２４は、電気的に接続するＥＣＵ９の指示に応じて吸気管２５内に気体燃料を噴射する。気体燃料用インジェクタ２４には、図示しない温度センサおよび圧力センサが設けられる。温度センサおよび圧力センサが検出する気体燃料の温度および圧力に関する情報は、ＥＣＵ９に出力される。ＥＣＵ９は、入力される気体燃料に関する情報や車両の走行に関する情報を基づいて気体燃料用圧力制御装置１が供給する気体燃料の目標圧力を決定する。ＥＣＵ９は、決定された目標圧力に応じた電力を気体燃料用圧力制御装置１に供給する。

吸気管２５内に噴射される気体燃料は、大気から導入される空気と混合され、「内燃機関」としてのエンジン２６の吸気ポートからシリンダ２６１内に導入される。エンジン２６では、ピストン２６２の上昇による気体燃料および空気の混合気体の圧縮および爆発により回転トルクが発生する。
気体燃料供給システム１０は、このようにして燃料タンク１３内の高圧の気体燃料を気体燃料用圧力制御装置１により気体燃料用インジェクタ２４に供給可能な低圧に減圧して気体燃料用インジェクタ２４よりエンジン２６に供給する。

次に、気体燃料用圧力制御装置１の構造について図２〜図６に基づいて説明する。図２〜図６中に示す矢印は、気体燃料の流れＦを示す。
気体燃料用圧力制御装置１は、ハウジング内に主止弁３０と減圧弁５０とが設けられ、一体となっている。なお、図２〜図６において、紙面の上方向を「上方」、紙面の下方向を「下方」という。

気体燃料用圧力制御装置１の外郭は、主止弁３０および減圧弁５０を収容する略円筒状のハウジング２１、ハウジング２１の両端に接続する第１接続部材２８、および第２接続部材２９から形成されている。

ハウジング２１は、略円筒形状の金属部材から形成され、外壁２１０、筒部２１１、第１環状部材２１５、および第２環状部材２１６から構成される。
外壁２１０は、略筒状の例えばフェライト系ステンレスなどの磁性材料から形成されている。外壁２１０の上部には、第１接続部材２８が挿入される開口２１２が形成されている。また、外壁２１０の下部には、第２接続部材２９が例えば圧入固定される開口２１３が形成されている。
外壁２１０から径外方向に突出するように形成されるコネクタ２２は、主止弁３０に電力を供給する端子と減圧弁５０に電力を供給する端子とを有している。すなわち、コネクタ２２は、主止弁３０および減圧弁５０の電力を供給する一体型のコネクタである。

筒部２１１は、例えばフェライト系ステンレスなどの磁性材料から形成され、ハウジング２１の略中心に設けられる。筒部２１１は、開口２１２と開口２１３とを連通可能であり、主止弁３０の可動コア３１、第１スライダ３４、減圧弁５０の弁本体５２などを収容する。

第１環状部材２１５は、例えばオーステナイト系ステンレスなどの非磁性材料から形成され、筒部２１１の上方に設けられる。第２環状部材２１６は、例えばオーステナイト系ステンレスなどの非磁性材料から形成され、筒部２１１の下部と外壁２１０とを接続する位置に設けられる。

第１接続部材２８は、略円筒形状の例えばフェライト系ステンレスなどの磁性材料であって、気体燃料用圧力制御装置１の上部に設けられる。第１接続部材２８は、第１環状部材２１５の開口に例えば圧入固定される。第１接続部材２８の軸方向の中央には、接続管７とハウジング２１内とを連通する流路２８１が形成されている。
第２接続部材２９は、断面が階段状に形成されている金属部材であって、気体燃料用圧力制御装置１の下部に設けられる。第２接続部材２９は、ハウジング２１の開口２１３に、例えば圧入され、溶接により固定される。第２接続部材２９の軸方向の中央には、ハウジング２１内と供給管８とを連通する流路２９１が形成されている。

主止弁３０は、気体燃料用圧力制御装置１の上部であって第１接続部材２８の下方に設けられる。主止弁３０は、第１弁部材３２、パイロット用弁部材３３、第１スライダ３４、第２スライダ３５、第３スライダ３６、可動コア３１、主止弁用ばね３７、および主止弁用ソレノイド４５などから構成されている。主止弁３０は、減圧弁５０を介して燃料タンク１３と気体燃料用インジェクタ２４とを連通または遮断する。主止弁３０は、特許請求の範囲に記載の「第１弁」に相当する。

第１弁部材３２は、主止弁３０の下部に設けられる断面が凸状の円環状部材である。第１弁部材３２は、下部に形成される当接部３２１、当接部３２１の上側に形成されるパイロット用弁座部３２２、およびパイロット用弁座部３２２より径外方向に突出する環状部３２３から構成される。

当接部３２１は、主止弁３０が閉弁しているとき、弁本体５２の上側に形成される第１弁座５２４に当接する。「縁部」としてのパイロット用弁座部３２２は、後述するパイロット用弁部材３３が当接するパイロット用弁座３２４を形成する。当接部３２１およびパイロット用弁座部３２２の軸中心には、軸方向に貫通孔３２５が形成される。貫通孔３２５の上側の開口は、パイロット用弁座３２４に形成される。貫通孔３２５は、図３に示すように、下方から上方に行くに従って中心軸に垂直な断面積が小さくなるように形成されている。環状部３２３には、当接部３２１の径外方向に段差面３２６が下向きに形成されている。

パイロット用弁部材３３は、第１弁部材３２の上方に設けられ、断面が凸状の金属部材から形成される。パイロット用弁部材３３は、パイロット用弁座部３２２に当接可能な小径部３３１、および中心軸に垂直な断面積が小径部３３１より大きい大径部３３２から構成される。大径部３３２には、小径部３３１の径外方向に段差面３３３が下向きに形成されている。

第１スライダ３４は、略有底筒形状の金属部材から形成され、筒部２１１内に可動コア３１とともに摺動可能に収容される。第１スライダ３４と後述する第２スライダ３５との間に形成される第１収容室３４７には、第１弁部材３２が軸方向に往復移動可能なように収容される。第１スライダ３４の上端部３４６は、可動コア３１の下側に形成される凹部３１３に例えば圧入により固定される。第１スライダ３４の底面には、第１弁部材３２の当接部３２１が挿通される開口３４１が形成される。また、第１スライダ３４の側壁３４４には貫通孔３４２、３４３が形成される。貫通孔３４２、３４３は、第１スライダ３４の側壁３４４と筒部２１１の内壁との間に形成される流路２１４により連通する。開口３４１を形成する縁部３４５の内壁は、第１弁部材３２の段差面３２６に当接可能なように形成されている。後述する主止弁用ソレノイド４５に電流が流れていないとき、縁部３４５の内壁と段差面３２６との間には隙間Ｄ１が形成されている。

第２スライダ３５は、第１スライダ３４内に、例えば圧入固定されている略円環状の金属部材である。第２スライダ３５と後述する第３スライダ３６との間に形成される第２収容室３５４には、パイロット用弁部材３３が軸方向に往復移動可能なように収容される。第２スライダ３５の底面にはパイロット用弁部材３３の小径部３３１が挿通される開口３５２が形成される。開口３５２を形成する縁部３５３の内壁はパイロット用弁部材３３の段差面３３３と当接可能なように形成されている。後述する主止弁用ソレノイド４５に電流が流れていないとき、縁部３５３の内壁と段差面３３３との間に形成される隙間Ｄ２は、縁部３４５の内壁と段差面３２６との間に形成される隙間Ｄ１より小さい。

第３スライダ３６は、第１スライダ３４内であって第２スライダ３５上に固定されている有底筒状の金属部材である。第３スライダ３６の軸方向の中心には可動コア３１の流路３１１と連通する流路３６１が形成されている。流路３６１は、第３スライダ３６の側壁に形成される貫通孔３６２を介して第１スライダ３４の貫通孔３４３に連通している。

可動コア３１は、中空円筒形状の例えばフェライト系ステンレスなどの磁性材料から形成されており、筒部２１１内にあって第１スライダ３４、第２スライダ３５および第３スライダ３６の上方に設けられる。可動コア３１の軸方向の中央に形成される流路３１１は、第１接続部材２８の流路２８１と流路３６１とを連通する。

主止弁用ばね３７は、第１接続部材２８と可動コア３１との間に設けられている。具体的には、主止弁用ばね３７の一端は第１接続部材２８の下側に形成される流路２８１の段差面２８２に当接し、主止弁用ばね３７の他端は可動コア３１の流路３１１の内壁に形成される段差面３１２に当接している。主止弁用ばね３７は、可動コア３１を図２の下方、すなわち、第２接続部材２９の方向に付勢する。主止弁用ばね３７は、特許請求の範囲に記載の「第１付勢手段」に相当する。

主止弁用ソレノイド４５は、ハウジング２１の外壁２１０と筒部２１１との間であって、可動コア３１に対応する位置に設けられる。主止弁用ソレノイド４５と、第１接続部材２８および可動コア３１との間には第１環状部材２１５が設けられる。主止弁用ソレノイド４５に電流が流れると、第１環状部材２１５の周囲に磁路が形成される。主止弁用ソレノイド４５は、特許請求の範囲に記載の「第１電磁力発生部」に相当する。

減圧弁５０は、気体燃料用圧力制御装置１の下部であって、主止弁３０の下方かつ第２接続部材２９の上方に設けられている。「第２弁」としての減圧弁５０は、第２弁部材５１、弁本体５２、減圧弁用ばね５３および減圧弁用ソレノイド６５などから構成されている。減圧弁５０は、主止弁３０を通る気体燃料の圧力を気体燃料用インジェクタ２４が噴射可能な圧力に減圧する。

第２弁部材５１は、軸方向に平行な断面がＴ字状の金属部材から形成されている。第２弁部材５１は、気体燃料用圧力制御装置１の水平方向に設けられる円板部５１１、円板部５１１の中心から上方に棒状に突出する棒部５１２、および棒部５１２の上側先端に設けられるシール部材５１３より構成される。円板部５１１および棒部５１２は、例えばフェライト系ステンレスなどの磁性材料から一体に形成される。

円板部５１１は、円板状に形成されており、円板部５１１の外径は、筒部２１１の内径より大きく、かつ開口２１３の内径より小さい。円板部５１１には中心軸上とは異なる位置に軸方向に貫通する貫通孔５１５が形成されている。
棒部５１２は、弁本体５２内に挿入されており、先端にシール部材５１３を支持する凹部５１４が形成される。棒部５１２の外壁と弁本体５２の内壁との間には気体燃料が流れる流路５２３が形成される。流路５２３は、貫通孔５１５を介して第２接続部材２９の流路２９１と連通する。
シール部材５１３は、例えばゴム材料から形成されており、凹部５１４に支持されながら弁本体５２内を往復移動する。減圧弁５０が閉弁しているとき、弁本体５２に形成される第２弁座５２５に当接する。

弁本体５２は、有底筒状の金属部材から形成される。弁本体５２は、筒部２１１の下部に、例えば圧入により固定される。弁本体５２の底部５２１には、貫通孔３２５と流路５２３とを連通する圧力室５２２が形成されている。圧力室５２２の下側の開口には第２弁座５２５が形成されている。弁本体５２は、特許請求の範囲に記載の「第１弁本体」および「第２弁本体」に相当する。

減圧弁用ばね５３は、第２弁部材５１と第２接続部材２９との間に設けられる。具体的には、減圧弁用ばね５３の一端は、円板部５１１の下側の面に当接し、減圧弁用ばね５３の他端は、第２接続部材２９の流路２９１の内壁に形成される段差面２９２に当接する。減圧弁用ばね５３は、第２弁部材５１を第１接続部材２８の方向に付勢する。減圧弁用ばね５３は、特許請求の範囲に記載の「第２付勢手段」に相当する。

減圧弁用ソレノイド６５は、ハウジング２１の外壁２１０と筒部２１１との間であって、弁本体５２に対応する位置に設けられる。減圧弁用ソレノイド６５と第２弁部材５１との間には第２環状部材２１６が設けられる。減圧弁用ソレノイド６５に電流が流れると、第２環状部材２１６の周囲に磁路が形成される。第２環状部材２１６の周囲の磁路は、第１環状部材２１５の周囲に形成される磁路とは逆向きに形成される。減圧弁用ソレノイド６５は、特許請求の範囲に記載の「第２電磁力発生部」に相当する。

次に、気体燃料用圧力制御装置１の作用について説明する。

主止弁用ソレノイド４５および減圧弁用ソレノイド６５に電流が流れていないとき、主止弁３０および減圧弁５０は閉弁を維持する。具体的には、主止弁３０の第１弁部材３２は第１弁座５２４に当接し、減圧弁５０のシール部材５１３は、第２弁座５２５に当接している。流路２８１を流れる気体燃料は、図３に示すように、流路３１１、流路３６１、貫通孔３６２、貫通孔３４３、および流路２１４を流れ、貫通孔３４２、第２スライダ３５の縁部３５３の下側の面と第１弁部材３２の環状部３２３の上側の面との間に形成される隙間３２７、および第１スライダ３４と弁本体５２とにより形成される隙間２１９を満たしている。このとき、第１弁部材３２には、隙間３２７の気体燃料の圧力が作用する一方、圧力室５２２の気体燃料は隙間３２７の気体燃料ほどの圧力を有していないので、第１弁部材３２は隙間３２７の気体燃料の圧力により第２接続部材２９の方向、すなわち図３の下方に押圧されている。

減圧弁５０による気体燃料の減圧を開始するとき、最初に減圧弁用ソレノイド６５に最大電流を流す。減圧弁用ソレノイド６５に電流が流れると、第２環状部材２１６の周囲に磁路が形成され、第２弁部材５１を第１接続部材２８の方向に付勢する電磁力が発生する。シール部材５１３は、減圧弁用ばね５３の付勢力および当該電磁力により弁本体５２の第２弁座５２５に押し付けられ、減圧弁５０は閉弁を維持する。これにより、圧力室５２２に高圧の気体燃料が流入しても、減圧弁５０は開弁することはない。

次に、主止弁用ソレノイド４５に電流を流す。主止弁用ソレノイド４５に電流が流れると、第１環状部材２１５の周囲に磁路が形成され、可動コア３１とともに第１スライダ３４、第２スライダ３５、および第３スライダ３６が第１接続部材２８の方向、すなわち、図３の上方に付勢する電磁力が発生する。当該電磁力が主止弁用ばね３７の付勢力より大きくなると、可動コア３１、第１スライダ３４、第２スライダ３５、および第３スライダ３６は第１接続部材２８の方向に移動する。

可動コア３１や第１スライダ３４などが第１接続部材２８の方向に移動すると、第１スライダ３４の縁部３４５が第１弁部材３２の段差面３２６に当接する前に第２スライダ３５の縁部３５３がパイロット用弁部材３３の段差面３３３に当接する。第２スライダ３５がさらに第１接続部材２８の方向に移動すると、パイロット用弁部材３３の小径部３３１は第１弁部材３２のパイロット用弁座３２４から離間する。隙間３２７の気体燃料は、図４に示すように、パイロット用弁部材３３の小径部３３１と第１弁部材３２のパイロット用弁座３２４との間に形成される隙間２１７、および貫通孔３２５を通って圧力室５２２に流入する。これにより、圧力室５２２の気体燃料の圧力は、隙間３２７を流れる圧力と等しくなり、第１弁部材３２の上下方向から作用する気体燃料の圧力差はほぼ０となる。

さらに、第１スライダ３４が第１接続部材２８の方向に移動すると、縁部３４５が段差面３２６に当接し、第１弁部材３２が第１接続部材２８の方向に移動する。当接部３２１は第１弁座５２４より離間し、主止弁３０が開弁する。隙間２１９の気体燃料は、図５に示すように第１弁部材３２の当接部３２１と弁本体５２の第１弁座５２４との間に形成される流路２１８を通って圧力室５２２に流入する。このあと、主止弁用ソレノイド４５に流す電流の電流値を第１弁部材３２の当接部３２１が第１弁座５２４より離間できる程度に小さくする。

次に、減圧弁用ソレノイド６５に流れる電流の電流値を最大値から小さくなるように変更する。減圧弁用ソレノイド６５に流す電流の電流値は、気体燃料用インジェクタ２４に供給する気体燃料の圧力に応じて、式（１）によって算出する。
Ｌ＝（Ｐｉｎ−Ｐｏ）×Ｓ−Ｓｐ ・・・（１）
式（１）において、指示セット荷重Ｌ（Ｎ）は、減圧弁用ソレノイド６５に電流を流したときに発生する電磁力である。導入圧力Ｐｉｎ（Ｐａ／ｍ²）は、流路２８１を流れる気体燃料の圧力であって、圧力室５２２の気体燃料と同じ圧力である。目標圧力Ｐｏ（Ｐａ／ｍ²）は、気体燃料用インジェクタ２４に供給される気体燃料の目標とする圧力である。シート面積Ｓ（ｍ²）は、図３に示す減圧弁５０のシート面積である。付勢力Ｓｐ（Ｎ）は、減圧弁用ばね５３が第２弁部材５１に作用する付勢力である。

式（１）から、目標圧力Ｐｏを設定されると、指示セット荷重Ｌが算出される。減圧弁用ソレノイド６５を流れる電流の電流値を算出された指示セット荷重Ｌに対応する電流値に変更する。

減圧弁用ソレノイド６５に式（１）より算出した電流値の電流を流した場合、圧力室５２２の圧力Ｐｐとシート面積Ｓとの積が、流路２９１の気体燃料の圧力である排出圧力Ｐｏｕｔとシート面積Ｓとの積、減圧弁用ソレノイド６５により第２弁部材５１に作用する電磁力Ｆｍおよび減圧弁用ばね５３の付勢力Ｓｐの合計より大きくなると、図６のように第２弁部材５１は下方に移動し、減圧弁５０は開弁する。これにより、圧力室５２２の気体燃料は、流路５２３、貫通孔５１５、および流路２９１を通って供給管８を流れる。

減圧弁５０が開弁すると、排出圧力Ｐｏｕｔが大きくなり、圧力Ｐｐとシート面積Ｓとの積が、排出圧力Ｐｏｕｔとシート面積Ｓとの積、電磁力Ｆｍおよび付勢力Ｓｐの合計より小さくなるので、第２弁部材５１は上方に移動し、減圧弁５０は閉弁する。これにより、圧力室５２２から流路５２３への気体燃料の流入が停止する。また、減圧弁５０が閉弁すると、排出圧力Ｐｏｕｔが小さくなり、圧力Ｐｐとシート面積Ｓとの積が排出圧力Ｐｏｕｔとシート面積Ｓとの積、電磁力Ｆｍおよび付勢力Ｓｐの合計より大きくなるので減圧弁５０は再び開弁する。
減圧弁５０では、このようにして、圧力室５２２の圧力Ｐｐ、流路２９１の排出圧力Ｐｏｕｔ、および電磁力Ｆｍの大小関係から開弁と閉弁とを繰り返しながら、気体燃料の圧力を調整する。

エンジン２６の停止などにより減圧弁５０を閉弁するとき、減圧弁用ソレノイド６５に最大電流を流す。これにより、第２弁部材５１が第２弁座５２５に当接し、減圧弁５０は閉弁する。

次に、主止弁用ソレノイド４５に流れる電流を０にすると、主止弁用ばね３７の付勢力により可動コア３１、第１スライダ３４、第２スライダ３５、および第３スライダ３６が第２接続部材２９の方向に移動し、最初に第１弁部材３２が第１弁座５２４に当接する。さらに、パイロット用弁部材３３がパイロット用弁座３２４に当接することで主止弁３０が閉弁する。最後に、減圧弁用ソレノイド６５を流れる電流の電流値を０にする。

（ａ）第１実施形態の気体燃料用圧力制御装置１では、圧力室５２２の圧力Ｐｐとシート面積Ｓとの積に対する排出圧力Ｐｏｕｔとシート面積Ｓとの積および電磁力Ｆｍの合計の大きさによって減圧弁５０が制御する気体燃料の圧力が決定される。電磁力Ｆｍの大きさは電流値の大きさを連続的に変更することで連続的に変更可能であるため、気体燃料の圧力をエンジン２６の運転状態に応じて連続的に変更することができる。

（ｂ）減圧弁５０において気体燃料の圧力を制御するとき、第２弁部材５１には、圧力室５２２の気体燃料の圧力が第２接続部材２９の方向に作用するとともに、減圧弁用ばね５３の付勢力および減圧弁用ソレノイド６５により発生する電磁力が第１接続部材２８の方向に作用する。気体燃料用圧力制御装置１では、減圧弁用ソレノイド６５に流れる電流の電流値を閉弁時より小さくすることで、圧力室５２２の気体燃料の圧力を利用し第２弁部材５１を第２接続部材２９の方向に移動させ、減圧弁５０を開弁する。これにより、開弁時に減圧弁用ソレノイド６５が発生する電磁力を小さくすることができる。したがって、減圧弁用ソレノイド６５を小さくすることができる。

（ｃ）気体燃料用圧力制御装置１は、主止弁３０と減圧弁５０とが一体となるように形成されている。上述したように減圧弁用ソレノイド６５は小さくなるため、主止弁３０と一体となった気体燃料用圧力制御装置１の体格を小さくすることができる。
また、気体燃料用圧力制御装置１の体格が小さくなるため、燃料タンク１３付近に気体燃料用圧力制御装置１を設けることができる。これにより、高圧の気体燃料が通る配管を短くすることができる。

（ｄ）主止弁３０が閉弁しているとき、主止弁３０の第１弁部材３２には、隙間２１７の気体燃料の圧力と圧力室５２２の気体燃料の圧力とが作用する。特に、圧力室５２２の気体燃料の圧力が小さいとき、第１弁部材３２には隙間２１７の気体燃料の高圧が作用するため、このまま主止弁３０を開弁するためには、隙間２１７の気体燃料の圧力に抗する大きな電磁力が必要となる。気体燃料用圧力制御装置１では、パイロット弁を主止弁３０として備えることにより、主止弁３０を開弁するとき、すなわち、隙間２１９を介して流路２１４と圧力室５２２とを連通するとき、先にパイロット用弁部材３３をパイロット用弁座３２４から離間させ、圧力室５２２に気体燃料を流入させる。これにより、第１弁部材３２に作用する中心軸に沿った上下方向の力が同程度の大きさになるため、より小さい力で第１弁部材３２の当接部３２１を第１弁座５２４から離間することができる。したがって、主止弁３０を開弁するために主止弁用ソレノイド４５が発生する電磁力が小さくなり、主止弁用ソレノイド４５を小さくすることができる。
また、主止弁用ソレノイド４５が小さくなるため、気体燃料用圧力制御装置１の体格をさらに小さくすることができる。

（ｅ）また、気体燃料用圧力制御装置１では主止弁３０を閉弁する前に減圧弁５０を閉弁する。これにより、圧力室５２２に高圧の気体燃料が滞留するため、主止弁３０を閉弁するとき、圧力室５２２の気体燃料によって第１弁部材３２が緩やかに第１弁座５２４に当接する。したがって、第１弁部材３２が弁座に５２４に当接するときの打撃音を小さくすることができるとともに、第１弁部材３２の破損を防止することができる。

（ｆ）従来、減圧弁にはダイヤフラムが用いられている。しかしながら、ダイヤフラムを用いる場合、設定可能な圧力範囲がダイヤフラムのリフト量によって制限される。気体燃料用圧力制御装置１では、従来減圧弁に用いられるダイヤフラムを備えていない。これにより、気体燃料用インジェクタ２４に供給可能な気体燃料の圧力範囲に広くなり、大流量の気体燃料をエンジン２６に供給することができる。

（ｇ）また、第１弁部材３２の貫通孔３２５は、第１弁座５２４からパイロット用弁座３２４に向かうに従って中心軸に垂直な断面積が小さくなるように形成されている。これにより、圧力室５２２の気体燃料の圧力がパイロット用弁部材３３に作用する力を小さくする。したがって、パイロット用弁部材３３の作動に圧力室５２２の気体燃料の圧力が及ぼす影響を小さくすることができる。

（ｈ）また、主止弁用ソレノイド４５と減圧弁用ソレノイド６５との間に形成される第１環状部材２１５の周囲の磁路と第２環状部材２１６の周囲の磁路とは逆向きに重なるため、主止弁用ソレノイド４５と減圧弁用ソレノイド６５との間の磁力が打ち消される。これにより、主止弁用ソレノイド４５と減圧弁用ソレノイド６５との距離を小さくすることができる。したがって、気体燃料用圧力制御装置１の体格をさらに小さくすることができる。

(第２実施形態)
次に、本発明の第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置を図７に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なり、主止弁の弁部材の形状が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。図７中に示す矢印は、気体燃料の流れＦを示す。

第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置２は、主止弁７０および減圧弁５０などを備える。
主止弁７０は、弁部材７２、可動コア７１、および主止弁用ばね７７から構成されている。弁部材７２は、有底筒状の金属部材から形成されており、第１接続部材２８側の端部に流路７２１が形成されている。流路７２１は、弁部材７２の側壁に形成される貫通孔７２２を介して、第１接続部材２８の流路２８１と、弁部材７２の側壁と筒部２１１の内壁との間に形成される流路２１４とを連通する。

第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置２の主止弁７０は、主止弁用ソレノイド７５が発生する電磁力により弁部材７２を第１接続部材２８の方向に移動する。これにより、主止弁用ソレノイド７５は、第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置１が備える主止弁用ソレノイド４５より大きくなるものの、第１実施形態の効果（ａ）〜（ｃ）、（ｆ）、（ｈ）を奏することができる。

(第３実施形態)
次に、本発明の第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置を図８および図９に基づいて説明する。第３実施形態は、第１実施形態と異なり、減圧弁が設けられる位置が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。

図８に気体燃料用圧力制御装置３を利用する気体燃料供給システム１０の模式図を示す。燃料タンク１３からエンジン２６に供給される気体燃料は、主止弁３０、および圧力センサ１８が備えられている接続管７を通る。接続管７を通る気体燃料は、吸気管２５の管壁に設けられている気体燃料用圧力制御装置３によって減圧される。減圧された気体燃料は、気体燃料用圧力制御装置３に直接接続されている気体燃料用インジェクタ８０を介して吸気管２５内に導入される。
第３実施形態の気体燃料供給システム１０が気体燃料を供給するエンジン２６は多気筒式内燃機関であって、各気筒に吸気管２５が設けられている。したがって、吸気管２５の管壁に設けられる気体燃料用圧力制御装置３は、気筒の数にあわせて複数設けられる。

図９に気体燃料用圧力制御装置３および気体燃料用インジェクタ８０の断面図を示す。気体燃料用圧力制御装置３は、図９の上側から順に燃料遮断弁１９、および減圧弁５０により構成されている。図９中に示す矢印は、気体燃料の流れＦを示す。

燃料遮断弁１９の構成は、第１実施形態の気体燃料用圧力制御装置１の主止弁３０と同じ構成である。燃料遮断弁１９は、接続管７と減圧弁５０の圧力室５２２とを連通または遮断する。減圧弁５０は、圧力室５２２の気体燃料の圧力、減圧弁用ばね５３の付勢力、ハウジング２１の下部に形成される低圧室２９３の気体燃料の圧力、および減圧弁用ソレノイド６５が発生する電磁力の大小関係により気体燃料を減圧する。減圧された気体燃料は、気体燃料用インジェクタ８０に送られる。

気体燃料用インジェクタ８０は、ハウジング８１、ニードル８３、可動コア８４、固定コア８５、コイル８６、スプリング８７、およびスプリング８８などを備える。

ハウジング８１は、第１筒部材８１１、第２筒部材８１２、第３筒部材８１３、および噴射ノズル８２から構成されている。第１筒部材８１１、第２筒部材８１２、および第３筒部材８１３は、いずれも略円筒状に形成され、第１筒部材８１１、第２筒部材８１２、第３筒部材８１３の順に同軸となるように設置される。
第１筒部材８１１および第３筒部材８１３は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により形成される。一方、第２筒部材８１２は、例えばオーステナイト系ステンレス等の非磁性材料により形成される。

噴射ノズル８２は、第１筒部材８１１の第２筒部材８１２とは反対側の端部に設けられる。噴射ノズル８２には、内壁と外壁とを接続する噴孔８２１が形成される。また、噴射ノズル８２の内壁には、噴孔８２１を囲むようにして環状の弁座８２２が形成される。

ニードル８３は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により棒状に形成されている。ニードル８３は、ハウジング８１の軸方向へ往復移動可能にハウジング８１内に収容されている。ニードル８３は、噴射ノズル８２側の先端が弁座８２２から離間、または弁座８２２に当接することで噴孔８２１を開閉する。

可動コア８４は、例えばニードル８３と同じ材料であるフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成されている。

固定コア８５は、例えばフェライト系ステンレス等の磁性材料により略円筒状に形成されている。固定コア８５は、ハウジング８１の内側に固定されるようにして設けられている。

コイル８６は、略円筒状に形成され、ハウジング８１の第２筒部材８１２および第３筒部材８１３の径方向外側を囲むようにして設けられている。コイル８６は、図示しないコネクタにより電力が供給されると磁束を発生する。コイル８６が磁束を発生すると、第２筒部材８１２の周囲に磁路が形成される。

スプリング８７は、一端がニードル８３に当接するように設けられる。スプリング８７の他端は、固定コア８５の内側に圧入固定されたアジャスティングパイプ８９の一端に当接する。スプリング８７は、ニードル８３とともに可動コア８４を閉弁方向に付勢する。
スプリング８８は、一端が可動コア８４に当接するように設けられる。スプリング８８の他端は、ハウジング８１の第１筒部材８１１の内壁に当接する。スプリング８８は、可動コア８４とともにニードル８３を開弁方向に付勢する。

気体燃料用インジェクタ８０では、スプリング８７の弾性による付勢力は、スプリング８８の弾性による付勢力よりも大きく設定されている。したがって、スプリング８７、８８がニードル８３に作用する付勢力は、スプリング８７の弾性による付勢力からスプリング８８の弾性による付勢力を引いた付勢力となる。コイル８６に電流が流れていない場合、ニードル８３の先端がスプリング付勢力により弁座８２２に当接した状態、すなわち閉弁状態となる。

減圧弁５０で減圧された気体燃料は、図９に示すように気体燃料用インジェクタ８０の内部を通って第１筒部材８１１の噴射ノズル８２近傍まで流れる。ＥＣＵ９の指令によりコイル８６に電流が流れ、気体燃料用インジェクタ８０内に磁路が形成されると、可動コア８４が固定コア８５に吸引される。これにより、ニードル８３が弁座８２２より離間し、気体燃料用インジェクタ８０内の気体燃料が吸気管２５内に噴射される。

第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置３では、気体燃料用インジェクタ８０に直接減圧弁５０が設けられている。これにより、各気筒に備えられる気体燃料用インジェクタ８０にそれぞれ備えられることとなり、気体燃料用インジェクタ８０の状態に対応した気体燃料の圧力制御を行う。例えば、気体燃料用インジェクタでの不純物の付着や気体燃料用インジェクタの個体差などを考慮して気体燃料の圧力を制御する。したがって、第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置３は、第１実施形態の効果（ａ）〜（ｈ）に加えて、さらに高精度にエンジン２６の運転状態や気体燃料用インジェクタ２４の状態に合わせて供給する気体燃料の圧力を制御することができる。

（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、シール部材は、ゴムから形成されるとした。しかしながら、シール部材を形成する材料はこれに限定されない。金属であってもよい。

（イ）上述の第３実施形態では、気体燃料用圧力制御装置は吸気管に設けるとした。しかしながら、気体燃料用圧力制御装置が設けられる場所はこれに限定されない。エンジンのシリンダヘッドに設けて、筒内噴射式の内燃機関としてもよい。

以上、本発明はこのような実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の形態により実施可能である。

１、２、３ ・・・気体燃料用圧力制御装置、
１０ ・・・気体燃料供給システム、
１３ ・・・燃料タンク、
１９ ・・・燃料遮断弁（第１弁）、
２４ ・・・気体燃料用インジェクタ（噴射手段）、
２６ ・・・エンジン（内燃機関）、
５０ ・・・減圧弁（第２弁）、
５２ ・・・弁本体（第１弁本体、第２弁本体）
５２５ ・・・第２弁座、
５１ ・・・弁部材（第２弁部材）、
６５ ・・・減圧弁用ソレノイド（第２電磁力発生部）、
５３ ・・・減圧弁用ばね（第２付勢手段）。

Claims (5)

1. 燃料タンク（１３）に貯留される気体燃料の圧力を制御し、噴射手段（２４、１８０）を介して内燃機関（２６）に気体燃料を供給する気体燃料供給システム（１０）に用いられる気体燃料用圧力制御装置（１、２、３）であって、
   前記燃料タンク内と前記噴射手段内とを連通または遮断する第１弁（１９、３０）と、
   前記第１弁に対して前記内燃機関側に設けられ、第２弁座（５２５）を形成する第２弁本体（５２）、前記第２弁本体に対して往復移動可能に設けられ前記第２弁座に当接または離間することにより前記第１弁内と前記噴射手段内とを連通または遮断する第２弁部材（５１）、電磁力により前記第２弁部材を前記第２弁座に当接する方向に付勢する第２電磁力発生部（６５）、および前記第２弁部材を前記第２弁座に当接する方向に付勢する第２付勢手段（５３）を有し、前記第１弁を通る気体燃料の圧力を前記噴射手段が噴射可能な圧力に減圧する第２弁（５０）と、
   を備え、
   前記第１弁と前記第２弁とは一体に設けられ、前記第２弁部材が前記第１弁とは反対側の方向に移動するとき、前記第２弁部材は前記第２弁座より離間することを特徴とする気体燃料用圧力制御装置。
2. 前記第１弁は、
   第１弁座（５２４）が形成される第１弁本体（５２）と、
   前記第１弁本体に対して往復移動可能に設けられ、軸方向に貫通孔（３２５）を形成し、前記第１弁座に当接または離間する第１弁部材（３２）と、
   前記第１弁部材に対して往復移動可能に設けられ、前記貫通孔の前記第１弁本体側とは反対側の開口の縁部（３２２）に形成されるパイロット用弁座（３２４）に当接または離間するパイロット用弁部材（３３）と、
   前記第１弁部材を収容する第１収容室（３４７）および前記パイロット用弁部材を収容する第２収容室（３５４）を形成する収容室形成部材（３４、３５、３６）と、
   電磁力により前記収容室形成部材を前記第１弁本体から離れる方向に付勢する第１電磁力発生部（４５）と、
   前記第１弁部材を前記第１弁座に当接する方向に前記収容室形成部材を付勢する第１付勢手段（３７）と、
   を備え、
   前記収容室形成部材が前記第１弁本体から離れる方向に移動するとき、前記第１弁部材が前記第１弁座から離間する前に前記パイロット用弁部材が前記パイロット用弁座から離間することを特徴とする請求項１に記載の気体燃料用圧力制御装置。
3. 前記貫通孔の軸方向に垂直な断面積は、前記第１弁座から前記パイロット用弁座に向かうに従って小さくなることを特徴とする請求項２に記載の気体燃料用圧力制御装置。
4. 前記第１弁本体と前記第２弁本体とは一体に形成されることを特徴とする請求項２または３に記載の気体燃料用圧力制御装置。
5. 前記噴射手段に直接接続することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の気体燃料圧力制御装置。

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