JP3613386B2 - 燃料ガス供給装置および燃料ガス減圧装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本願の発明は、圧縮天然ガス(CNG)等の高圧燃料ガスを所定の圧力に減圧して、エンジン等に供給するための燃料ガス供給装置および燃料ガス減圧装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
CNGを燃料とする車両における従来の燃料ガス供給装置としては、例えば、特公平5−88386号公報、特開昭63−41651号公報等に開示されているように、高圧(200〜250kgf/cm2 )で燃料タンクに封入されているCNGを、少なくとも2つ以上のレギュレータによって所定圧力まで段階的に減圧した後、エンジンに供給するようにしたものが知られている。
【0003】
このような従来の燃料ガス供給装置にあって、例えば、2段減圧が行なわれる場合には、2次レギュレータは、エンジンの排ガス制御上、高精度の設定圧力が要求されるので、通常、1次レギュレータに比べてダイアフラムを大型にして、調圧特性精度を向上させている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようにダイアフラムを大型にすると、ダイアフラム受圧部は、ガス流の脈動動圧やガス流の運動エネルギーの影響を受け易くなる。殊に、減圧による体積膨張で、通路を通過するガス流速は大きくなっており、ガス流の運動エネルギーは増加しているので、これがダイアフラム受圧部を介して調圧弁ばね系に影響し、自励振動を誘発する。これらの原因が重なって、2次レギュレータに無視し得ない作動音が発生して、これが車両商品性を損ねる虞を生じさせる場合があり、2次レギュレータの作動音のさらなる低減が望まれていた。
【0005】
本願の発明は、従来の燃料ガス供給装置が有する前記のような問題点を解決して、減圧レギュレータの作動音のさらなる低減を図った燃料ガス供給装置および燃料ガス減圧装置を提供することを課題とする。
【0006】
【課題を解決するための手段および効果】
本願の発明は、前記のような課題を解決した燃料ガス供給装置および燃料ガス減圧装置に係り、その請求項1に記載された発明は、燃料ガスが充填された燃料タンクと、前記燃料タンクからの燃料ガスを一次減圧室内で第1の所定圧力に減圧する一次レギュレータと、前記一次レギュレータからの減圧された燃料ガスを二次減圧室内でさらに第2の所定圧力に減圧する二次レギュレータとを備えてなる燃料ガス供給装置において、前記二次レギュレータは、ダイヤフラム式減圧弁からなり、前記二次減圧室には、前記二次減圧室をダイヤフラム側の室と弁出口に連通する側の室とに仕切る隔壁が設けられ、前記ダイヤフラムと一体のプランジャが、前記隔壁を貫通して昇降動して、弁を開閉するようにされ、前記プランジャが前記隔壁を貫通する部分では、前記隔壁の内周縁の鍔部と前記プランジャの鍔部とがわずかの隙間をもって近接するとともに、前記プランジャの昇降時、その昇降方向において常時交差するようにされたことを特徴とする燃料ガス供給装置である。
【0007】
請求項1に記載された発明は、前記のように構成されているので、燃料ガス供給装置の二次レギュレータを構成するダイヤフラム式減圧弁は、プランジャの昇降による弁開閉作動に支障を来すことなく、隔壁により、二次減圧室をダイヤフラム側の室と弁出口に連通する側の室とに仕切ることができ、ダイヤフラム式減圧弁の調圧動作により発生する減圧ガスの脈動動圧や消費ガス流量の増加に伴うガス流の運動エネルギーが直接ダイヤフラム受圧部に作用するのを抑制することができる。これにより、二次レギュレータの作動音の原因である調圧弁ばね系の自励振動を抑制することができ、二次レギュレータの作動音を大きく低減することができる。また、ダイヤフラム側の室の動圧を抑制することができるので、調圧出力精度を向上させることができる。
【0008】
また、請求項2記載のように請求項1記載の発明を構成することにより、隔壁の内周縁の鍔部とプランジャの鍔部との間の隙間は、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされる。この結果、ダイヤフラム式減圧弁が弁閉方向にあって、消費ガス流量が少ない場合は、調圧レスポンスの改善を優先させ、ダイヤフラム式減圧弁が弁開方向にあって、消費ガス流量が多い場合は、動圧抑制を優先させることができて、二次レギュレータの性能を最高度に発揮させながら、二次レギュレータの作動音を低減することができる。
【0009】
また、その請求項3に記載された発明は、燃料ガス減圧装置が、ダイヤフラム式減圧弁からなり、前記ダイヤフラム式減圧弁の減圧室には、前記減圧室をダイヤフラム側の室と弁出口に連通する側の室とに仕切る隔壁が設けられ、前記ダイヤフラムと一体のプランジャが、前記隔壁を貫通して昇降動して、弁を開閉するようにされ、前記プランジャが前記隔壁を貫通する部分では、前記隔壁の内周縁の鍔部と前記プランジャの鍔部とがわずかの隙間をもって近接するとともに、前記プランジャの昇降時、その昇降方向において常時交差するようにされたことを特徴とする燃料ガス減圧装置である。
【0010】
請求項3に記載された発明は、前記のように構成されているので、燃料ガス減圧装置を構成するダイヤフラム式減圧弁は、プランジャの昇降による弁開閉作動に支障を来すことなく、隔壁により、減圧室をダイヤフラム側の室と弁出口に連通する側の室とに仕切ることができ、ダイヤフラム式減圧弁の調圧動作により発生する減圧ガスの脈動動圧や消費ガス流量の増加に伴うガス流の運動エネルギーが直接ダイヤフラム受圧部に作用するのを抑制することができる。これにより、ダイヤフラム式減圧弁の作動音の原因である調圧弁ばね系の自励振動を抑制することができ、ダイヤフラム式減圧弁の作動音を大きく低減することができる。また、ダイヤフラム側の室の動圧を抑制することができるので、調圧出力精度を向上させることができる。これらにより、特に高精度の設定圧力が要求されるダイヤフラム式減圧弁を容易に得ることができる。
【0011】
さらに、請求項4記載のように請求項3記載の発明を構成することにより、隔壁の内周縁の鍔部とプランジャの鍔部との間の隙間は、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされる。この結果、ダイヤフラム式減圧弁が弁閉方向にあって、消費ガス流量が少ない場合は、調圧レスポンスの改善を優先させ、ダイヤフラム式減圧弁が弁開方向にあって、消費ガス流量が多い場合は、動圧抑制を優先させることができて、ダイヤフラム式減圧弁の性能を最高度に発揮させながら、ダイヤフラム式減圧弁の作動音を低減することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図1ないし図5に図示される本願の請求項1および請求項3に記載された発明の一実施形態(実施形態1)について説明する。
図1は、本実施形態1において使用されるダイヤフラム式減圧弁の弁全閉時の縦断面図、図2は、同弁全開時の縦断面図、図3は、図1の部分拡大図、図4は、図2の部分拡大図、図5は、図1のダイヤフラム式減圧弁を二次レギュレータとして使用した燃料ガス供給装置のブロック図である。
【0013】
図1において、本実施形態1において使用されるダイヤフラム式減圧弁1は、実際には、燃料ガス供給装置における二次レギュレータとして使用されている。この燃料ガス供給装置は、圧縮天然ガス(CNG)等の高圧燃料ガスを一次レギュレータおよび二次レギュレータを用いて所定の圧力に減圧して、エンジンに供給する。高圧燃料ガスの圧力は通常200〜250kgf/cm2 であり、これが、一次レギュレータにおいて5〜10kgf/cm2 に減圧され、二次レギュレータにおいてさらに0〜3kgf/cm2 に減圧される。
【0014】
ダイヤフラム式減圧弁1は、上下2分割されたハウジング2の内部が、上部ハウジング2a 、下部ハウジング2b の合わせ面部においてこれらに挟持されるダイヤフラム3により、上部のばね室4と、下部の減圧室5とに2分割されている。
【0015】
下部ハウジング2b には、弁入口6と弁出口7とが形成され、これら弁入口6と弁出口7との間には、弁座8が下向きにされて臨む入口弁室9が設けられている。そして、この弁座8に当接する弁体10が、プランジャ11の下端に固着されており、このプランジャ11は、上方に伸長してダイヤフラム3を貫通し、このダイヤフラム3を貫通する部分において、ダイヤフラム3と一体に固着されている。弁入口6は、燃料ガス供給装置における一次レギュレータ20(図5参照)の一次減圧室に連通されており、弁出口7は、インジェクタ21(図5参照)が配備されたエンジンの吸気マニホルドに連通されている。
【0016】
ダイヤフラム3は、ばね室4内に配設された圧縮ばね12により、図1において下方に常時押圧されている。また、ダイヤフラム3は、減圧室5内の燃料ガス圧力により、図1において上方に常時押圧されている。圧縮ばね12によるダイヤフラム3を下方に押圧する力が、燃料ガス圧力によるダイヤフラム3を上方に押圧する力より強ければ、プランジャ11の下降動を介して弁体10が弁座8から離れて、弁は開く。逆に、燃料ガス圧力によるダイヤフラム3を上方に押圧する力が、圧縮ばね12によるダイヤフラム3を下方に押圧する力より強ければ、プランジャ11の上昇動を介して弁体10が弁座8に着座して、弁は閉じる。
【0017】
圧縮ばね12によるダイヤフラム3を下方に押圧する力は、調節ねじ13を回して圧縮ばね12のばね力を調節することにより、種々に調節することができ、この力と釣り合う減圧室5内の燃料ガス圧力を種々に調節することができる。これにより、減圧室5内の燃料ガス圧力を所望の設定圧力(第2の所定圧力)に設定することができる。
【0018】
ダイヤフラム式減圧弁1の減圧室5には、減圧室5をダイヤフラム3側の室5b と弁出口7に連通する側の室5a とに仕切る金属製の隔壁14が設けられている。この隔壁14は、中央に円孔15がくり抜かれていて、上部ハウジング2a 、下部ハウジング2b の合わせ面部においてこれらに挟持されている。したがって、ダイヤフラム3は、実際には、この隔壁14の外周部と上部ハウジング2a との合わせ面部においてこれらに挟持されている。
【0019】
ダイヤフラム3と一体のプランジャ11が隔壁14の円孔15を貫通する部分では、隔壁14の円孔15を巡る内周縁の鍔部(内周縁もしくはその近傍部分のうち、鍔として機能する部分)14a と、プランジャ11の長さ方向略中央部に突出形成された環状の鍔部11a とが、わずかの隙間t(図3、図4参照)をもって近接するようにして、プランジャ11と隔壁14とが配置されている。
【0020】
また、プランジャ11と隔壁14とのこのような配置関係のもとにおいて、隔壁14の内周縁の鍔部14a とプランジャ11の鍔部11a とは、図3および図4に図示されるように、プランジャ11の昇降時、その昇降方向において常時交差するような肉厚関係に形成されている。
【0021】
このことを、図3および図4を参照しつつ、説明すると、図3に図示される弁全閉時において、鍔部14a と鍔部11a とは、図示の肉厚関係においてプランジャ11の上昇方向にs1 だけ交差しており、また、図4に図示される弁全開時において、鍔部14a と鍔部11a とは、図示の肉厚関係においてプランジャ11の下降方向にs2 だけ交差している。したがって、弁全閉と弁全開の間のどのような弁開度にあっても、鍔部14a と鍔部11a との交差部分がなくなることはない。
【0022】
このように、鍔部14a と鍔部11a とは、わずかの隙間tをもって近接配置されており、しかも、どのような弁開度においても、プランジャ11の昇降方向において鍔部14a と鍔部11a との交差部分がなくなることはないような肉厚関係に形成されているので、室5b と室5a とは、常に隙間tのリング状間隙を介してのみ、連通している。
【0023】
このように、室5b と室5a とが常に隙間tのリング状間隙を介してのみ連通するので、ダイヤフラム式減圧弁1は、そのプランジャ11の昇降による弁開閉に支障を来すことがないようにしながら、その隔壁14により、減圧室5をダイヤフラム側の室5b と弁出口に連通する側の室5a とに仕切ることができ、ダイヤフラム式減圧弁1の調圧動作により発生する減圧ガスの脈動動圧や消費ガス流量の増加に伴うガス流の運動エネルギーが直接そのダイヤフラム受圧部に作用するのを効果的に抑制することができる。
【0024】
図5には、高圧燃料ガスを一次レギュレータおよび二次レギュレータを用いて多段階に減圧してエンジンに供給する燃料ガス供給装置が、ブロック図として図示されている。この燃料ガス供給装置において、前記のようにして構成されたダイヤフラム式減圧弁1は、二次レギュレータとして使用されている。
【0025】
図5において、符号22は、高圧燃料ガス(CNG)が充填された燃料タンクであり、配管23を介して一次レギュレータ20の管継手に接続されている。本実施形態においては、配管23の燃料タンク22の近傍位置にも、電磁式遮断弁25が取り付けられており、一次レギュレータ20の上流側に取り付けられた電磁式遮断弁24とともに、制御装置26により同時に開閉制御される。
【0026】
二次レギュレータ1の弁出口7は、配管27を介してインジェクタ21に接続されており、二次レギュレータ1からの燃料ガスが、このインジェクタ21からエンジンの吸気マニホルド(図示されず)内に噴射される。このインジェクタ21も、電磁式遮断弁24、25とともに、制御装置26により制御される。
【0027】
前記のようにして構成された燃料ガス供給装置における安全装置は、詳細には図示されないが、一次レギュレータ20に一体に組み込まれた安全弁28を備えている。この安全弁28は、配管29内の圧力(一次レギュレータ20の一次減圧室の出口側圧力)が安全弁28の設定圧力以上になった場合に、配管29内の燃料ガスを外部に排出するためのものである。
【0028】
また、この安全装置は、図5に図示されるように、配管29内の圧力P1 を検出する第1の圧力センサ30と、配管23内の圧力P0 、すなわち、燃料タンク22内の圧力を検出する第2の圧力センサ31と、配管27内の圧力P2 、すなわち、二次レギュレータ1の二次減圧室5の出口7側圧力を検出する第3の圧力センサ32とを有しており、各圧力センサ30、31、32の出力端子は、制御装置26に接続されている。
【0029】
制御装置26は、各圧力センサ30、31、32からの信号を受け、P0 、P1 、P2 をリアルタイムに認識する。そして、その圧力の大きさに応じて警告を発し、あるいは電磁式遮断弁24、25を閉鎖する。警告は、制御装置26に接続された警告ランプ33を点灯することにより行なわれる。
【0030】
なお、本実施形態1においては、圧力センサ30、31、32からの信号を制御装置26が受けて圧力を検出する構成となっているが、所定の圧力に達したときにON信号もしくはOFF信号を発するタイプの圧力センサが圧力検出手段として使用されてもよい。34は、一次レギュレータ20の出口において析出するオイル分を除去するためのフィルターである。
【0031】
運転の正常状態において、燃料ガス供給装置がエンジンの吸気マニホールドに燃料ガスを供給する場合には、制御装置26の制御のもとで、電磁式遮断弁24、25が開放され、高圧の燃料ガスが燃料タンク22から配管23を経て一次レギュレータ20に送給される。この燃料ガスは、一次レギュレータ20の一次減圧室において減圧された後、さらに、配管29を経て二次レギュレータ1に送られて減圧される。二次レギュレータ1において所定の圧力まで減圧された燃料ガスは、配管27を経てインジェクタ21に送られ、最終的には、所望の流量でエンジンの吸気マニホールド内に噴射される。
【0032】
本実施形態1は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
燃料ガス供給装置における二次レギュレータが、ダイヤフラム式減圧弁1からなり、その二次減圧室5には、該二次減圧室5をダイヤフラム側の室5b と弁出口に連通する側の室5a とに仕切る隔壁14が設けられ、ダイヤフラム3と一体のプランジャ11が、隔壁14を貫通して昇降動して、弁を開閉するようにされ、プランジャ11が隔壁14を貫通する部分では、隔壁14の内周縁の鍔部14a とプランジャ11の鍔部11a とがわずかの隙間tをもって近接するとともに、プランジャ11の昇降時、その昇降方向において常時交差するようにされている。
【0033】
この結果、ダイヤフラム式減圧弁1は、プランジャ11の昇降による弁開閉作動に支障を来すことなく、隔壁14により、二次減圧室5をダイヤフラム側の室5b と弁出口に連通する側の室5a とに仕切ることができ、ダイヤフラム式減圧弁1の調圧動作により発生する減圧ガスの脈動動圧や消費ガス流量の増加に伴うガス流の運動エネルギーが直接ダイヤフラム3の受圧部に作用するのを抑制することができる。これにより、二次レギュレータ1の作動音の原因である調圧弁ばね系の自励振動を抑制することができ、二次レギュレータ1の作動音を大きく低減することができる。また、ダイヤフラム側の室5b に作用する動圧を抑えることにより、調圧出力精度を向上させることができる。
【0034】
次に、図6および図7に図示される本願の請求項2および請求項4に記載された発明の一実施形態(実施形態2)について説明する。
本実施形態2において、燃料ガス供給装置の二次レギュレータとして使用されるダイヤフラム式減圧弁1は、実施形態1におけるダイヤフラム式減圧弁1と次の点において異なっている。
【0035】
すなわち、実施形態1におけるダイヤフラム式減圧弁1においては、その隔壁14の内周面は弁軸方向に平行な円筒面にされ、また、プランジャ11の鍔部11a の外周面も、弁軸方向に平行な円筒面にされ、隔壁14の内周縁の鍔部14a とプランジャ11の鍔部11a との間の隙間tは、弁閉側にも、また、弁開側にも一定の大きさにされている。これに対して、本実施形態2におけるダイヤフラム式減圧弁1においては、隔壁14の内周縁の鍔部14a とプランジャ11の鍔部11a との間の隙間tは、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされている。
【0036】
このことを、図6に図示される実施例について説明すると、プランジャ11の鍔部11a ’の外周面が弁閉方向に拡径する截頭円錐面状に形成されている。このため、隔壁14の内周縁の鍔部14a とプランジャ11の鍔部11a ’との間の隙間tは、プランジャ11が昇降するにつれて、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされる。なお、ここで、隙間tは、隔壁14の内周の円筒面からプランジャ11の鍔部11a ’の外周の截頭円錐面までの最短距離である。
【0037】
また、このことを、図7に図示される実施例について説明すると、隔壁14の内周面が弁閉方向に拡径する截頭円錐面状に形成されている。このため、隔壁14の内周縁の鍔部14a ’とプランジャ11の鍔部11a との間の隙間tは、プランジャ11が昇降するにつれて、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようになる。なお、ここで、隙間tは、プランジャ11の鍔部11a の外周の円筒面から隔壁14の内周の截頭円錐面までの最短距離である。
【0038】
本実施形態2と実施形態1とは、以上の点で異なっているが、その他の点で異なるところはないので、詳細な説明を省略する。
【0039】
本実施形態2は、前記のように構成されているので、次のような効果を奏することができる。
隔壁14の内周縁の鍔部14a 、14a ’とプランジャ11の鍔部11a ’、11a との間の隙間tが、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされているので、ダイヤフラム式減圧弁1が弁閉方向にあって、消費ガス流量が少ない場合には、室5b に減圧ガスの動圧を比較的直接的に作用させることにより、調圧レスポンスの改善を優先させ、ダイヤフラム式減圧弁1が弁開方向にあって、消費ガス流量が多い場合には、室5b に減圧ガスの動圧が作用する力が弱まるので、動圧抑制を優先させることができて、二次レギュレータの性能を最高度に発揮させながら、二次レギュレータの作動音を低減させることができる。その他、実施形態1と同様の効果を奏することができる。
【0040】
実施形態1および実施形態2において、ダイヤフラム式減圧弁1は、圧縮天然ガス(CNG)等の高圧燃料ガスを所定の圧力に減圧してエンジンに供給するための燃料ガス供給装置における二次レギュレータとして使用されたが、これに限定されず、各種用途の燃料ガス減圧装置として使用することができる。また、燃料ガスに限定されず、各種ガスの減圧装置として使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本願の請求項1および請求項3に記載された発明の一実施形態(実施形態1)において使用されるダイヤフラム式減圧弁の弁全閉時の縦断面図である。
【図2】同ダイヤフラム式減圧弁の弁全開時の縦断面図である。
【図3】図1の部分拡大図である。
【図4】図2の部分拡大図である。
【図5】図1のダイヤフラム式減圧弁を二次レギュレータとして使用した燃料ガス供給装置のブロック図である。
【図6】本願の請求項2および請求項4に記載された発明の一実施形態(実施形態2)において使用されるダイヤフラム式減圧弁の隔壁の内周縁の鍔部とプランジャの鍔部との間の隙間の形状の一例を示す図であって、図3に対応する図である。
【図7】同他の一例を示す図であって、図4に対応する図である。
【符号の説明】
1…ダイヤフラム式減圧弁(燃料ガス減圧装置)、2…ハウジング、2a …上部ハウジング、2b …下部ハウジング、3…ダイヤフラム、4…ばね室、5…減圧室、5a 、5b …室、6…弁入口、7…弁出口、8…弁座、9…入口弁室、10…弁体、11…プランジャ、11a 、11a ’…鍔部、12…圧縮ばね、13…調節ねじ、14…隔壁、14a 、14a ’…鍔部、15…円孔、20…一次レギュレータ、21…インジェクタ、22…燃料タンク、23…配管、24、25…電磁式遮断弁、26…制御装置、27…配管、28…安全弁、29…配管、30…第1の圧力センサ、31…第2の圧力センサ、32…第3の圧力センサ、33…警告ランプ。
Claims (4)
- 燃料ガスが充填された燃料タンクと、前記燃料タンクからの燃料ガスを一次減圧室内で第1の所定圧力に減圧する一次レギュレータと、前記一次レギュレータからの減圧された燃料ガスを二次減圧室内でさらに第2の所定圧力に減圧する二次レギュレータとを備えてなる燃料ガス供給装置において、
前記二次レギュレータは、ダイヤフラム式減圧弁からなり、
前記二次減圧室には、前記二次減圧室をダイヤフラム側の室と弁出口に連通する側の室とに仕切る隔壁が設けられ、
前記ダイヤフラムと一体のプランジャが、前記隔壁を貫通して昇降動して、弁を開閉するようにされ、
前記プランジャが前記隔壁を貫通する部分では、前記隔壁の内周縁の鍔部と前記プランジャの鍔部とがわずかの隙間をもって近接するとともに、前記プランジャの昇降時、その昇降方向において常時交差するようにされたことを特徴とする燃料ガス供給装置。 - 前記隔壁の内周縁の鍔部と前記プランジャの鍔部との間の隙間は、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされたことを特徴とする請求項1記載の燃料ガス供給装置。
- 燃料ガス減圧装置が、ダイヤフラム式減圧弁からなり、
前記ダイヤフラム式減圧弁の減圧室には、前記減圧室をダイヤフラム側の室と弁出口に連通する側の室とに仕切る隔壁が設けられ、
前記ダイヤフラムと一体のプランジャが、前記隔壁を貫通して昇降動して、弁を開閉するようにされ、
前記プランジャが前記隔壁を貫通する部分では、前記隔壁の内周縁の鍔部と前記プランジャの鍔部とがわずかの隙間をもって近接するとともに、前記プランジャの昇降時、その昇降方向において常時交差するようにされたことを特徴とする燃料ガス減圧装置。 - 前記隔壁の内周縁の鍔部と前記プランジャの鍔部との間の隙間は、弁閉側が大きく、弁開側が小さくなるような開口特性を有するようにされたことを特徴とする請求項3記載の燃料ガス減圧装置。
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