JP2014084775A - 気体燃料用圧力制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 低圧室315の気体燃料の圧力を制御する調圧用弁体35は、連結軸39に摺動可能に支持されている。第1燃料室313と第2燃料室314とを遮断または連通する遮断用弁体37は、連結軸39に固定され、第1弁ケース31に対する連結軸39の相対移動に合わせて移動し遮断用弁座38に当接または離間する。連結軸39は低圧室315の圧力を受ける受圧体41に連結し、低圧室315の圧力に応じて第1弁ケース31に対して相対移動する。低圧室315の圧力が高くなると、先に調圧用弁体35が調圧用弁座36に当接し、調圧用弁体35と調圧用弁座36とは当接しつつ遮断用弁体37が遮断用弁座38に当接する。これにより、導入通路26から排出通路27への気体燃料の流れを確実に遮断することができる。
【選択図】 図2
Description
本発明の一実施形態による気体燃料用圧力制御装置1を図1〜5に基づいて説明する。
最初に、気体燃料用圧力制御装置1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23、およびECU9等を備える。
燃料タンク弁14は、供給管7を介して気体燃料用圧力制御装置1に接続する。供給管7には、手動による供給管7の遮断が可能な元弁15が設けられている。
このようにして、気体燃料供給システム10は、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23に供給可能な低圧に減圧して気体燃料用インジェクタ23よりエンジン24に供給する。
フランジ部312は、円柱部311の一方の端部に接続し、外径が円柱部311の外径より大きくなるように形成されている。フランジ部312には凹部が形成される。当該凹部は、受圧体41と低圧室315を形成する。
第1弁ケース31のこのような構成により、燃料タンク13内の気体燃料は、供給管7、コネクタ261、導入通路26、第1燃料室313、第2燃料室314、低圧室315、連通路316、コネクタ271、導出通路27および供給管8を通って気体燃料用インジェクタ23に供給される。
当接部351の軸方向の略中央には貫通孔354が形成されている。貫通孔354には連結軸39が挿通され、連結軸39の外壁と貫通孔354の内壁との間は第1シール部材361によりシールされている。これにより、連結軸39の外壁と貫通孔354の内壁との間の気密を保持しながら調圧用弁体35と連結軸39とは相対移動が可能である。
ダイアフラム411は、環状のゴム部材であって、外周側の端部を第1弁ケース31のフランジ部312と第2弁ケース33のフランジ部332と間に挟まれることで支持される。ダイアフラム411の径方向内側には、ダイアフラム411の径方向内側の端部を挟み込むように第1連結部材412および第2連結部材413が接続する。
接続部材414は、第1連結部材412と第2連結部材413とを接続する金属部材であり、低圧室315側の端部には連結軸39の他方の端部397が係合している。これにより、ダイアフラム411、第1連結部材412、第2連結部材413、および接続部材414は、低圧室315の気体燃料の圧力、第1スプリング43の付勢力、および連結軸39を介する第3スプリング374の付勢力により第1弁ケース31に対して一体となって変位する。
F1=Pout+{Fsp3/(D2×π/4)} ・・・式1
ここで、Pout(Pa)は導出通路27および低圧室315の気体燃料の圧力、Fsp3(N)は第3スプリング374の付勢力、およびD(m)は受圧体41の有効径であって(D2×π/4)(m2)は受圧体41の受圧面積である。
一方、受圧体41には第1スプリング43側から以下の式2で表される作用力F2が作用する。
F2=Fsp1/(D2×π/4) ・・・式2
ここで、Fsp1(N)は第1スプリング43の付勢力である。
すなわち、受圧体41は、式1で算出される作用力F1と式2で算出される作用力F2との大小関係に応じて第1弁ケース31に対して相対移動する。
Pout+{Fsp3/(D2×π/4)}≧Fsp1/(D2×π/4)
・・・式3
式3より、圧力Poutについて以下の式4が求められる。
Pout≧(Fsp1−Fsp3)/(D2×π/4) ・・・式4
すなわち、エンジン24が運転を停止しているとき、低圧室315の圧力Poutは式4の右辺の数式により算出される数値以上となっており、調圧用弁体35と調圧用弁座36とは当接する。また、低圧室315の圧力Poutがさらに大きい圧力である場合、連結軸39が第1スプリング43側に移動し、遮断用弁体37と遮断用弁座38とは当接する。これにより、図4に示すように、導入通路26と導出通路27とは確実に遮断されている。
Pout+{Fsp3/(D2×π/4)}<Fsp1/(D2×π/4)
・・・式5
式5より、圧力Poutについて以下の式6が求められる。
Pout<(Fsp1−Fsp3)/(D2×π/4) ・・・式6
すなわち、エンジン24の運転が開始されると、低圧室315の圧力Poutが式6の右辺の数式により算出される数値より小さくなる。この場合、図3に示すように、遮断用弁体37と遮断用弁座38とは離間し、調圧用弁体35と調圧用弁座36とは離間する。これにより、導入通路26と導出通路27とは連通する。
Pout1=(Fsp1−Fsp3)/(D2×π/4) ・・・式7
すなわち、圧力Poutが第1圧力Pout1になると、図2に示すように、調圧用弁体35と調圧用弁座36とが当接し、第1燃料室313と低圧室315とは遮断される。すなわち、式7の右辺の数式により算出される数値が、気体燃料用圧力制御装置1が気体燃料用インジェクタ23に供給可能な気体燃料の圧力となる。このとき、遮断用弁体37と遮断用弁座38とは離間したままであり、導出通路27と第2燃料室314とは連通している。
気体燃料用圧力制御装置1が作動するとき、気体燃料用インジェクタ23に供給する気体燃料の調圧は、比較的耐久性が高い樹脂と金属との組み合わせで形成されている調圧用弁座36および調圧用弁体35で行う。また、エンジンが停止しているときまたは故障したとき、高圧の気体燃料が下流側に流れ込むことを確実に防止する気体燃料の遮断は、耐久性は樹脂と金属との組み合わせに比べて劣るものの気体燃料の流れを確実に遮断するシール性が高いゴムと金属との組み合わせで形成される遮断用弁座38および遮断用弁体37で行う。これにより、作動回数が多い調圧を耐久性が高い樹脂と金属との組み合わせで行い、作動回数が調圧に比べて少ないが確実に気体燃料の流れを止める遮断をシール性が高いゴムと金属との組み合わせで行うことができる。したがって、気体燃料用圧力制御装置1では、導入通路26と導出通路27とを確実に遮断することができる。
比較例の気体燃料用圧力制御装置では、点線L2に示すように調圧用弁体が調圧用弁座に最初に当接するとき、下流側の圧力は一実施形態による気体燃料用圧力制御装置1の第1圧力Pout1と同じ圧力Pout3となる。その後、下流側の圧力が上昇することで連結軸が移動し、調圧用弁体が調圧用弁座に押し付けられる力が強くなる。しかしながら、金属製の調圧用弁体と樹脂製の調圧用弁座とから構成される調圧弁ではシール性が比較的低いため、上流側から下流側への気体燃料の漏洩量を0にするにはさらに大きな力で調圧用弁体を調圧用弁座に押し付ける必要がある。このため、ロック圧力は第2圧力Pout2より大きい圧力Pout4となる。このように、一実施形態による気体燃料用圧力制御装置1では、金属製の調圧用弁体と樹脂製の調圧用弁座とから構成される調圧弁を備える気体燃料用圧力制御装置に比べてロック圧力を低くすることができる。
(ア)上述の実施形態では、気体燃料用圧力制御装置は、車両に搭載される気体燃料供給システムに適用されるとした。しかしながら、気体燃料用圧力制御装置が適用されるシステムはこれに限定されない。気体燃料を燃料とする内燃機関を搭載するものであればよい。
10 ・・・気体燃料供給システム、
31 ・・・第1弁ケース(弁ケース)、
313 ・・・第1燃料室、
314 ・・・第2燃料室、
33 ・・・第2弁ケース(弁ケース)、
35 ・・・調圧用弁体、
353 ・・・第2スプリング(第2付勢手段)、
36 ・・・調圧用弁座、
361 ・・・第1シール部材、
37 ・・・遮断用弁体、
38 ・・・遮断用弁座、
39 ・・・連結軸、
391 ・・・規制部(相対位置制限手段)、
396 ・・・第2シール部材、
41 ・・・受圧体、
43 ・・・第1スプリング(第1付勢手段)。
Claims (6)
- 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(23)を介して内燃機関(24)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)であって、
前記燃料タンクの気体燃料が流入する導入通路(26)、および前記噴射手段に供給される気体燃料が流出する導出通路(27)を形成する弁ケース(31、33)と、
前記弁ケース内の第1燃料室(313)を形成する内壁に設けられる調圧用弁座(36)と、
前記第1燃料室に往復移動可能に収容され、前記調圧用弁座に当接または離間するとき前記導出通路を流れる気体燃料の圧力を制御する調圧用弁体(35)と、
前記第1燃料室より前記導入通路側の前記弁ケース内の第2燃料室(314)を形成する内壁に設けられる遮断用弁座(38)と、
前記第2燃料室に往復移動可能に収容され、前記遮断用弁座に当接または離間するとき前記第2燃料室と前記第1燃料室とを遮断または連通する遮断用弁体(37)と、
前記導出通路の圧力に応じて前記弁ケースに対して相対変位する受圧体(41)と、
前記受圧体の前記導出通路の圧力を受ける面とは異なる面側から前記受圧体を付勢する第1付勢手段(43)と、
前記受圧体と前記遮断用弁体とに連結し、前記調圧用弁体を相対移動可能に支持する連結軸(39)と、
前記連結軸に対する前記調圧用弁体の相対位置を制限する相対位置制限手段(391)と、
一端を前記相対位置制限手段に係止され、前記調圧用弁体と前記調圧用弁座とが当接する方向に前記調圧用弁体を付勢する第2付勢手段(353)と、
を備え、
前記導出通路の圧力が第1圧力(Pout1)以上かつ第2圧力(Pout2)より小さいとき、前記遮断用弁体と前記遮断用弁座とは離間しつつ、前記調圧用弁体と前記調圧用弁座が当接し、
前記導出通路の圧力が前記第2圧力以上のとき、前記調圧用弁体と前記調圧用弁座とは当接しつつ、前記遮断用弁体と前記遮断用弁座とが当接することを特徴とする気体燃料用圧力制御装置。 - 前記調圧用弁体および前記調圧用弁座は一方が金属から形成され、他方が樹脂から形成され、
前記遮断用弁体および前記遮断用弁座は一方が金属から形成され、他方がゴムから形成され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。 - 前記調圧用弁体と前記連結軸との間に前記調圧用弁体と前記連結軸との間をシールする第1シール部材(361)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の気体燃料用圧力制御装置。
- 前記連結軸には、前記受圧体、前記調圧用弁体、前記遮断用弁体の順に設けられることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の気体燃料用圧力制御装置。
- 前記導出通路に連通する連通路(316)と、
前記連結軸の前記遮断用弁体が連結される側の端部に設けられ、前記連通路と前記第2燃料室とをシールする第2シール部材(395)と、
を備え、
前記調圧用弁体のシート直径と前記第2シール部材のシール直径とは同じであることを特徴とする請求項4に記載の気体燃料用圧力制御装置。 - 前記調圧用弁体のシート直径と前記遮断用弁体のシート直径とは同じであることを特徴とする請求項5に記載の気体燃料用圧力制御装置。
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