DE112016001621T5

DE112016001621T5 - Druckminderungsventil

Info

Publication number: DE112016001621T5
Application number: DE112016001621.2T
Authority: DE
Inventors: Eiji Sano; Junichi Kumaki; Tametoshi Mizuta; Norihiko SHIGEOKA
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-03-29
Publication date: 2018-01-04
Also published as: JP2016200946A; WO2016163271A1; CN107209522A; US20180074529A1

Abstract

Ein Druckminderungsventil weist eine Ventilkammer, eine Druckregulierungskammer, ein Teilungselement, das ein Verbindungsloch aufweist, und einen Ventilkörper auf. Das Teilungselement weist das Verbindungsloch und einen Ventilsitz auf. Der Ventilkörper weist einen Körperabschnitt und einen Stababschnitt auf. Der Ventilsitz weist mehrere schräge Oberflächen auf, die unterschiedliche Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachse des Ventilkörpers aufweisen. Die Umfangswand des Verbindungslochs und der Ventilsitz werden von einem Übergangsabschnitt miteinander verbunden. Der Neigungswinkel des Ventilsitzes wird auf abgegrenzte so geändert, dass der Ventilsitz mit dem Ventilkörper an einer Stelle in Kontakt kommt, die radial noch weiter auswärts von der Mittelachse des Ventilkörpers liegt als der Übergangsabschnitt.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Druckminderungsventil, das den Druck eines Gases vermindert.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Im Stand der Technik wurde ein Ventil, wie es beispielsweise im Patentdokument 1 beschrieben ist, als ein solches Druckminderungsventil vorgeschlagen. 7 zeigt ein Beispiel für das Druckminderungsventil des Standes der Technik. Wie in 7 gezeigt ist, beinhaltet das Druckminderungsventil des Standes der Technik ein Teilungselement 110, das eine Ventilkammer 101 und eine Druckregulierungskammer 102 voneinander trennt. Unter hohem Druck stehendes Gas strömt von der Seite stromaufwärts vom Druckminderungsventil in die Ventilkammer 101. Die Druckregulierungskammer 102 vermindert den Druck des Gases. Das Teilungselement 110 weist ein Verbindungsloch 111 auf, das eine Verbindung zwischen dem Inneren der Ventilkammer 101 und dem Inneren der Druckregulierungskammer 102 ermöglicht. Der Teil des Teilungselements 110, der auf die Ventilkammer 101 gerichtet ist, dient als Ventilsitz 112.
Ein Körperabschnitt 121 eines Ventilkörpers 120, der sich selektiv in die Richtung, die zum Ventilsitz 112 hinführt, vorwärtsbewegt und in die Richtung, die vom Ventilsitz 112 wegführt, rückwärts bewegt, liegt in der Ventilkammer 101. Ein Stababschnitt 122 erstreckt sich vom Körperabschnitt 121 aus durch das Verbindungsloch 111 hindurch in die Druckregulierungskammer 102. Der Raum zwischen der Umfangswand des Verbindungslochs 111 und dem Stababschnitt 122 des Ventilkörpers 120 ist ein Verbindungskanal 105, durch den Gas aus dem Inneren der Ventilkammer 101 in die Druckregulierungskammer 102 strömt.
Wenn der Druck in der Druckregulierungskammer 102 des Druckminderungsventils übermäßig hoch ist, wird der Stababschnitt 122 in die Druckregulierungskammer 102 zurückgezogen. Der Körperabschnitt 121 des Ventilkörpers 120 wird somit auf den Ventilsitz 112 des Teilungselements 110 gesetzt. Wenn der Körperabschnitt 121 auf diese Weise auf den Ventilsitz 112 gesetzt wird, verschließt der Ventilkörper 120 den Verbindungskanal 105, wodurch der Gasstrom aus dem Inneren der Ventilkammer 101 in die Druckregulierungskammer 102 behindert wird. Dadurch, dass der Verbindungskanal 105 auf diese Weise verschlossen wird, wird bewirkt, dass stromabwärts vom Druckminderungsventil das Gas strömt, dessen Druck vermindert wurde.
Wenn der Druck in der Druckregulierungskammer 102 durch die Regulierung des Gasstroms aus dem Inneren der Ventilkammer 101 in die Druckregulierungskammer 102 übermäßig gesenkt wurde, wird der Stababschnitt 122 aus dem Inneren der Druckregulierungskammer 102 zurück in die Ventilkammer 101 geschoben. Der Körperabschnitt 121 des Ventilkörpers 120 wird somit vom Ventilsitz 112 getrennt. Wenn der Körperabschnitt 121 des Ventilkörpers 120 auf diese Weise vom Ventilsitz 112 getrennt wird, ist der Verbindungskanal 105 offen. Daher wird bewirkt, dass das Gas aus dem Inneren der Ventilkammer 101 durch den Verbindungskanal 105 in die Druckregulierungskammer 102 strömt. Infolgedessen wird der Druck des Gases reguliert.
DOKUMENT DES STANDES DER TECHNIK
Patentdokument

Patentdokument 1: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2007-170432

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
Probleme, die der Erfindung zugrunde liegen
Wie in 8 gezeigt ist, wirkt auf den Ventilsitz 112 des Teilungselements 110 eine Last, wenn der Körperabschnitt 121 des Ventilkörpers 120 auf den Ventilsitz 112 gesetzt wird. Wie in 9 gezeigt ist, kann die Last den Ventilsitz 112 des Teilungselements 110 plastisch verformen, wodurch bewirkt wird, dass ein Teil der Umfangswand des Verbindungslochs 111 radial einwärts vorsteht. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 105 in der Umgebung des Ventilsitzes 112 vermindert. In diesem Fall kommt es zu einer Verwirbelung des Gasstroms im Verbindungskanal 105, wodurch der Druckverlust des im Verbindungskanal 105 strömenden Gases erhöht wird. Infolgedessen ist es wahrscheinlich, dass das Druckminderungsventil ein Geräusch erzeugt.
Daher ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Druckminderungsventil zu schaffen, das in der Lage ist, die Erzeugung eines Geräusches durch Gas, das in einem Verbindungskanal strömt, unwahrscheinlich zu machen.
Mittel zur Lösung der Probleme
Um das genannte Ziel zu erreichen und gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Druckminderungsventil angegeben, das eine Ventilkammer, in die ein Gas strömt, eine Druckregulierungskammer, ein Teilungselement, einen Kolben, einen Ventilkörper, einen Körperabschnitt, einen Stababschnitt, einen Verbindungskanal und einen Ventilsitz beinhaltet. Die Druckregulierungskammer reguliert einen Druck des Gases. Das Teilungselement trennt die Ventilkammer und die Druckregulierungskammer voneinander. Das Teilungselement weist ein Verbindungsloch auf, das eine Verbindung zwischen einem Inneren der Ventilkammer und einem Inneren der Druckregulierungskammer ermöglicht. Der Kolben ist so angeordnet, dass er dem Teilungselement gegenüberliegt, wobei die Druckregulierungskammer zwischen dem Kolben und dem Teilungselement liegt. Der Ventilkörper weist eine Mittelachse auf. Der Körperabschnitt ist im Ventilkörper angeordnet. Der Körperabschnitt liegt in der Ventilkammer und ist dafür ausgelegt, sich selektiv in einer Richtung, die zum Teilungselement hinführt, und in einer Richtung, die vom Teilungselement wegführt, zu bewegen. Der Stababschnitt ist im Ventilkörper angeordnet. Der Stababschnitt erstreckt sich zwischen dem Kolben und dem Körperabschnitt durch das Verbindungsloch hindurch. Der Verbindungskanal ist zwischen einer Umfangswand des Verbindungslochs und dem Stababschnitt vorgesehen. Der Verbindungskanal ermöglicht eine Verbindung zwischen der Ventilkammer und der Druckregulierungskammer. Der Ventilsitz ist im Teilungselement an einer Stelle angeordnet, die dem Körperabschnitt gegenüberliegt. Der Verbindungskanal wird verschlossen, wenn der Körperabschnitt auf den Ventilsitz gesetzt wird, und wird geöffnet, wenn der Körperabschnitt vom Ventilsitz getrennt wird. Der Ventilsitz weist mehrere schräge Oberflächen auf, die unterschiedliche Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachse des Ventilkörpers aufweisen. Die Umfangswand des Verbindungslochs und der Ventilsitz schließen an einem Übergangsabschnitt aneinander an. Ein Neigungswinkel des Ventilsitzes ändert sich in abgegrenzter Weise so, dass der Ventilsitz mit dem Ventilkörper an einer Stelle in Kontakt kommt, die radial weiter auswärts von der Mittelachse des Ventilkörpers liegt als der Übergangsabschnitt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN:
1 ist eine Querschnittsansicht, die eine Druckregulierungsvorrichtung zeigt, die ein Druckminderungsventil einer Ausführungsform beinhaltet.
2 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Teilstück des Druckminderungsventils der Ausführungsform zeigt.
3 ist eine Querschnittsansicht, die einen plastisch verformten Zustand eines Ventilsitzes des Druckminderungsventils der Ausführungsform zeigt.
4A ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Druckamplitude, das heißt einer Amplitude einer Druckschwankung, die dadurch bewirkt wird, dass gasförmiger Brennstoff im Verbindungskanal strömt, und der Frequenz in einem Druckminderungsventil eines Vergleichsbeispiels darstellt.
4B ist ein Graph, der die Beziehung zwischen einer Druckamplitude, das heißt einer Amplitude einer Druckschwankung, die dadurch bewirkt wird, dass gasförmiger Brennstoff im Verbindungskanal strömt, und der Frequenz im Druckminderungsventil der Ausführungsform darstellt.
5 ist eine Querschnittsansicht, welche die Gestaltung eines Druckminderungsventils einer anderen Ausführungsform zeigt.
6 ist eine Querschnittsansicht, welche die Gestaltung eines Druckminderungsventils einer anderen Ausführungsform zeigt.
7 ist eine Querschnittsansicht, die schematisch die Gestaltung eines Druckminderungsventils des Standes der Technik zeigt.
8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, die ein Teilstück des Druckminderungsventils des Standes der Technik zeigt.
9 ist eine Querschnittsansicht, die einen plastisch verformten Zustand des Ventilsitzes des Druckminderungsventils des Standes der Technik zeigt.
ARTEN DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
Nun wird ein Druckminderungsventil gemäß einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Das Druckminderungsventil vermindert den Druck eines Gases. Das Druckminderungsventil ist in einer Brennstoffzufuhrvorrichtung angeordnet, die komprimiertes Erdgas (compressed natural gas, CNG) als Beispiel für einen gasförmigen Brennstoff zu einem Verbrennungsmotor liefert.
1 zeigt eine Druckregulierungsvorrichtung 10, die ein Druckminderungsventil 30 der vorliegenden Ausführungsform beinhaltet.
Wie in 1 gezeigt ist, beinhaltet die Druckregulierungsvorrichtung 10 einen Körper 11, einen röhrenförmigen Körper 12 und ein Deckelelement 13. In der Zeichnungsansicht ist der röhrenförmige Körper 12 oberhalb des Körpers 11 angeordnet. Das Deckelelement 13 verschließt die in der Zeichnungsansicht obere Öffnung des röhrenförmigen Körpers 12. Ein Ölabscheider 20, der Fremdstoffe wie Öl aus CNG abscheidet, nachdem das Druckminderungsventil 30 den Druck des CNG auf einen vorgegebenen Druck vermindert hat, ist in der Ansicht von 1 unterhalb des Körpers 11 angeordnet. Nachdem das CNG aus dem Ölabscheider 20 herausgeströmt ist, wird es zu einem Verbrennungsmotor geliefert, welcher der Druckregulierungsvorrichtung 10 nachgelagert ist.
Ein Kolben 31 und eine Druckregulierungsfeder 32, die den Kolben 31 zum Körper 11 oder, in der Ansicht von 1, nach unten drängt, sind im röhrenförmigen Körper 12 angeordnet. Der Raum zwischen dem Kolben 31 und dem Körper 11 ist eine Druckregulierungskammer 33, die den Druck von unter hohem Druck stehendem CNG auf den vorgegebenen Druck vermindert.
Eine Ventilkammer 34, in die das unter hohem Druck stehende CNG, das aus einem Brennstofftank geliefert wird, strömt, ist im Körper 11 angeordnet. Ein mittleres Teilstück 35, das sich in der Ansicht von 1 an der Oberseite des Körpers 11 öffnet und das einen Durchmesser aufweist, der größer ist als der Durchmesser der Ventilkammer 34, ist in der Zeichnungsansicht auf der Oberseite der Ventilkammer 34 im Körper 11 angeordnet. Ein Teilungselement 38, das die Ventilkammer 34 und die Druckregulierungskammer 33 voneinander trennt, ist im mittleren Teilstück 35 angeordnet.
Ein Verbindungsloch 381, das sich durch das Teilungselement 38 in der axialen Richtung hindurch erstreckt und das eine Verbindung zwischen dem Inneren der Ventilkammer 34 und dem Inneren der Druckregulierungskammer 33 ermöglicht, ist im Teilungselement 38 angeordnet. Das Teilungselement 38 ist so angeordnet, dass es dem Kolben 31 gegenüberliegt, wobei die Druckregulierungskammer 33 zwischen dem Teilungselement 38 und dem Kolben 31 liegt.
Ein Ventilkörper 40 des Druckminderungsventils 30 weist einen in der Ventilkammer 34 liegenden Körperabschnitt 41 und einen Stababschnitt 42 auf, der sich vom Körperabschnitt 41 aus durch das Verbindungsloch 381 hindurch und in die Druckregulierungskammer 33 hinein erstreckt. Das heißt, der Körperabschnitt 41 und der Stababschnitt 42 sind im Ventilkörper 40 angeordnet. Der Stababschnitt 42 erstreckt sich zwischen dem Kolben 31 und dem Körperabschnitt 41. Eine Ventilkammerfeder 45, die den Körperabschnitt 41 zum Teilungselement 38 drängt, ist in der Ventilkammer 34 angeordnet, in welcher der Körperabschnitt 41 liegt. Der Körperabschnitt 41 ist dafür ausgelegt, sich selektiv in der Richtung, die zum Teilungselement 38 hinführt, und in der Richtung, die vom Teilungselement 38 wegführt, zu bewegen.
Wie in 2 gezeigt ist, besteht das Teilungselement 38 aus einem Sitz 36, der eine kreisrunde Form aufweist, wenn man ihn in der axialen Richtung von oben, das heißt in der Oben-Unten-Richtung der Zeichnung, betrachtet, und einem Pfropfen 37. Der Pfropfen 37 steht der Trennung des Sitzes 36 vom Inneren des mittleren Teilstücks 35 entgegen. Das Verbindungsloch 381 besteht aus einem Durchgangsloch, das sich durch den Sitz 36 und den Pfropfen 37 hindurch erstreckt. Der Teil des Teilungselements 38, der dem Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 gegenüberliegt, ist ein Ventilsitz 382, auf den der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 gesetzt wird. Das heißt, der Teil des Sitzes 36, der dem Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 gegenüberliegt, ist der Ventilsitz 382.
Ein Verbindungskanal 50, durch den CNG aus dem Inneren der Ventilkammer 34 in die Druckregulierungskammer 33 strömt, ist zwischen dem Stababschnitt 42 und der Umfangswand des Verbindungslochs 381 des Teilungselements 38 angeordnet. Wenn der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 auf den Ventilsitz 382 gesetzt wird, verschließt der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 den Verbindungskanal 50, wodurch der CNG-Strom aus dem Inneren der Ventilkammer 34 in die Druckregulierungskammer 33 blockiert wird. Wenn dagegen der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 vom Ventilsitz 382 getrennt wird, dann wird bewirkt, dass das CNG aus dem Inneren der Ventilkammer 34 durch den Verbindungskanal 50 hindurch in die Druckregulierungskammer 33 strömt.
Genauer ist die Vorspannkraft, mit der die Druckregulierungsfeder 32 den Kolben 31 vorspannt, größer als die Vorspannkraft, mit der die Ventilkammerfeder 45 den Ventilkörper 40 vorspannt. Wenn der Druck in der Druckregulierungskammer 33 höchstens so hoch ist wie der vorgegebene Druck, wird der Stababschnitt 42, der mit dem Kolben 31 gekoppelt ist, durch die Vorspannkraft der Druckregulierungsfeder 32 zurück in die Ventilkammer 34 geschoben. Der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 wird somit vom Ventilsitz 382 getrennt.
Wenn dagegen der Druck in der Druckregulierungskammer 33 höher ist als der vorgegebene Druck, dann ist die Resultierende des Drucks, der auf den Kolben 31 wirkt, und der Vorspannkraft der Ventilkammerfeder 45 größer als die Vorspannkraft der Druckregulierungsfeder 32. Dadurch wird der Stababschnitt 42 in die Druckregulierungskammer 33 bewegt. Der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 geht somit in einen Zustand über, wo er auf dem Ventilsitz 382 sitzt.
Wie in 2 gezeigt ist, besteht der Ventilsitz 382 aus einer ersten schrägen Oberfläche 383 und einer zweiten schrägen Oberfläche 384. Die erste schräge Oberfläche 383, die in der CNG-Strömungsrichtung stromaufwärts liegt, und die zweite schräge Oberfläche 384, die stromabwärts liegt, weisen in Bezug auf die Mittelachse C1 des Ventilkörpers 40 unterschiedliche Neigungswinkel auf.
Genauer ist der Neigungswinkel θ2 der ersten schrägen Oberfläche 383 in Bezug auf die Mittelachse C1 kleiner als der Neigungswinkel θ1 der Oberfläche des Körperabschnitts 41 des Ventilkörpers 40, der den Ventilsitz 382 berührt. Andererseits ist der Neigungswinkel θ3 der zweiten schrägen Oberfläche 384 in Bezug auf die Mittelachse C1 größer als der Neigungswinkel θ1. In 2 stellt die einmal lang und zweimal kurz gestrichelte Linie C2, die parallel ist zur Mittelachse C1, den Neigungswinkel θ3 dar.
Wie bereits beschrieben, besteht der Ventilsitz 382 des Druckminderungsventils 30 der vorliegenden Ausführungsform aus den beiden schrägen Oberflächen (383, 384), die unterschiedliche Neigungswinkel haben, und weist eine konische Zweistufenform auf, die einen sich ändernden Neigungswinkel hat.
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 und 4 ein Betrieb des Druckminderungsventils 30 der vorliegenden Ausführungsform beschrieben. 4A und 4B stellen jeweils die Beziehung zwischen der Amplitude (Druckamplitude) einer Druckschwankung, die dadurch bewirkt wird, dass das CNG im Verbindungskanal 50 strömt, und der Frequenz dar.
Wenn der Druck in der Druckregulierungskammer 33 höher ist als der vorgegebene Druck, zieht das Druckminderungsventil 30 den Stababschnitt 42 in die Druckregulierungskammer 33 zurück. Der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 wird somit auf den Ventilsitz 382 des Teilungselements 38 gesetzt. Wenn der Körperabschnitt 41 auf diese Weise auf den Ventilsitz 382 gesetzt wird, verschließt der Ventilkörper 40 den Verbindungskanal 50, wodurch der Gasstrom aus dem Inneren der Ventilkammer 34 in die Druckregulierungskammer 33 behindert wird. Dadurch, dass der Verbindungskanal 50 auf diese Weise verschlossen wird, wird bewirkt, dass stromabwärts vom Druckminderungsventil 30 das Gas strömt, dessen Druck vermindert wurde.
Wenn der Druck in der Druckregulierungskammer 33 durch die Beschränkung des Gasstroms aus dem Inneren der Ventilkammer 34 in die Druckregulierungskammer 33 auf einen Wert vermindert wird, der höchstens so hoch ist wie der vorgegebene Druck, wird der Stababschnitt 42 aus dem Inneren der Druckregulierungskammer 33 zurück in die Ventilkammer 34 geschoben. Der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 wird somit vom Ventilsitz 382 getrennt. Wenn der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 auf diese Weise vom Ventilsitz 382 getrennt wird, ist der Verbindungskanal 50 offen. Daher wird bewirkt, dass das Gas aus dem Inneren der Ventilkammer 34 durch den Verbindungskanal 50 in die Druckregulierungskammer 33 strömt. Somit wird der Druck des Gases reguliert.
Im Druckminderungsventil 30 der vorliegenden Ausführungsform besteht der Ventilsitz 382 aus der ersten schrägen Oberfläche 383, deren Neigungswinkel kleiner ist als der Neigungswinkel θ1 des Körperabschnitts 41, und der zweiten schrägen Oberfläche 384, deren Neigungswinkel größer ist als der Neigungswinkel θ1 des Körperabschnitts 41. Wenn der Körperabschnitt 41 auf den Ventilsitz 382 gesetzt wird, kommen infolgedessen der Ventilsitz 382 und der Körperabschnitt 41 an einem Stoßabschnitt X zwischen der ersten schrägen Oberfläche 383 und der zweiten schrägen Oberfläche 384 miteinander in Berührung. Das heißt, der Neigungswinkel des Ventilsitzes 382 wird auf abgegrenzte Weise so geändert, dass der Ventilsitz 382 und der Körperabschnitt 41 an einer Stelle miteinander in Berührung kommen, die in Bezug auf die Mittelachse C1 radial weiter außen liegt als ein Übergangsabschnitt Y zwischen der Umfangswand des Verbindungslochs 381 und dem Ventilsitz 382.
Der Stoßabschnitt X erstreckt sich an der Oberfläche des Ventilsitzes 382 in Kreisform, so dass er die Mittelachse C1 umringt. Wenn der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 auf den Ventilsitz 382 gesetzt wird, haben infolgedessen der Körperabschnitt 41 und der Ventilsitz 382 einen Linienkontakt miteinander.
Wenn der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 auf den Ventilsitz 382 des Sitzes 36 gesetzt wird, kann eine Last wirken, durch die der Ventilsitz 382 plastisch verformt wird.
3 zeigt einen plastisch verformten Zustand des Ventilsitzes 382, der durch die Last hervorgerufen wurde, die durch das Aufsetzen des Körperabschnitts 41 bewirkt wurde. Wie bereits beschrieben, liegt der Teil des Ventilsitzes 382, der mit dem Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 in Berührung kommt, an einer Stelle, die radial noch weiter außen liegt als der Übergangsabschnitt Y, der sich an die Umfangswand des Verbindungslochs 381 anschließt. Auch wenn der Ventilsitz 382 durch die Last, die durch das Aufsetzen des Körperabschnitts 41 des Ventilkörpers 40 bewirkt wird, plastisch verformt wird, ist es infolgedessen unwahrscheinlich, dass sich eine solche Verformung auf das Innere des Verbindungskanals 50 auswirkt, und der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 wird wahrscheinlich nicht vermindert werden.
Das heißt, das Druckminderungsventil 30 der vorliegenden Ausführungsform wirkt einer Verminderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals 50 entgegen, wenn der Ventilsitz 382 plastisch verformt wird. Auch wenn der Ventilsitz 382 plastisch verformt wird, ist es infolgedessen unwahrscheinlich, dass eine Verwirbelung im Gasstrom im Verbindungskanal 50 stattfindet. Daher ist es unwahrscheinlich, dass der Druckverlust des Gases, das im Verbindungskanal strömt, größer wird.
Genauer steht beispielsweise im Druckminderungsventil des in 8 gezeigten Vergleichsbeispiels, in dem der Ventilsitz 112 nur aus einer schrägen Oberfläche besteht, die einen Neigungswinkel aufweist, der kleiner ist als der Neigungswinkel der Kontaktfläche des Körperabschnitts 121 des Ventilkörpers 120, ein Teil der Umfangswand des Verbindungslochs 111 radial nach innen vor, wie in 9 gezeigt ist. Dadurch wird der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 105 vermindert. Infolgedessen wird wahrscheinlich eine Verwirbelung im CNG-Strom im Verbindungskanal 105 auftreten. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Druckverlust des CNG, das im Verbindungskanal 105 strömt, größer wird, was die Erzeugung von Geräuschen begünstigt.
Wie in 4A gezeigt ist, zeigt das Druckminderungsventil des Vergleichsbeispiels beispielsweise bei einer Frequenz P1 einen Spitzenwert mit großer Druckamplitude. Das Druckminderungsventil erzeugt somit ein Geräusch mit der Frequenz P1.
Im Gegensatz dazu ragt im Druckminderungsventil 30 der vorliegenden Ausführungsform, wie in 3 gezeigt ist, selbst dann, wenn der Ventilsitz 382 plastisch verformt wird, die Umfangswand des Verbindungslochs 381 nicht radial nach innen vor, und der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 ist nicht vermindert. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Verwirbelung des CNG-Stroms, die durch die plastische Verformung des Ventilsitzes 382 bewirkt wird, im Verbindungskanal 50 auftritt. Dadurch wird die Druckamplitude im Vergleich zum Vergleichsbeispiel allgemein vermindert, wie in 4B dargestellt ist. Insbesondere ist in diesem Fall der Spitzenausschlag bei der Frequenz P1 niedrig, was darauf hinweist, dass dem Geräusch bei der Frequenz P1 effektiv entgegengewirkt wird.
Nun wird ein Verfahren zur Bestimmung der Stelle des Stoßabschnitts X beschrieben.
Je radial weiter außen der Stoßabschnitt X im Vergleich zum Übergangsabschnitt Y liegt, desto weniger ausgeprägt wird der Einfluss der plastischen Verformung des Ventilsitzes 382 auf den Verbindungskanal 50 sein. Im Druckminderungsventil 30 der vorliegenden Ausführungsform ist der Stoßabschnitt X, der den Körperabschnitt 41 berührt, an einer solchen Stelle angeordnet, dass auch dann, wenn der Ventilsitz 382 durch die Last, die durch das Aufsetzen des Körperabschnitts 41 bewirkt wird, plastisch verformt wird, der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 nicht vermindert wird. Anders ausgedrückt ist der Stoßabschnitt X an einer solchen Stelle angeordnet, dass auch dann, wenn der Ventilsitz 382 durch die Last, die durch das Aufsetzen des Körperabschnitts 41 bewirkt wird, plastisch verformt wird, der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 aufrechterhalten wird.
Die Position des Stoßabschnitts X kann durch Anpassen des Neigungswinkels θ2 und der Länge der ersten schrägen Oberfläche 383 und/oder des Neigungswinkels θ3 und der Länge der zweiten schrägen Oberfläche 384 geändert werden. Um das Druckminderungsventil 30 zu konstruieren, werden wiederholte Tests unter Verwendung unterschiedlicher Neigungswinkel θ2 und Längen für die erste schräge Oberfläche 383 und unterschiedlicher Neigungswinkel θ3 und Längen für die zweite schräge Oberfläche 384 ausgeführt. Auf diese Weise wird die Position bestimmt, wo der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 trotz einer plastischen Verformung des Ventilsitzes 382 nicht vermindert wird.
Durch Bestimmen der Position des Stoßabschnitts X auf die oben beschriebene Weise wird einer Verminderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals 50, die durch eine plastische Verformung des Ventilsitzes 382 bewirkt wird, entgegengewirkt, wie in 3 gezeigt ist.
Das Druckminderungsventil 30 der oben beschriebenen Ausführungsform erreicht die folgenden Vorteile.

(1) Einer Verminderung des Strömungsquerschnitts des Verbindungskanals 50, wenn der Ventilsitz 382 plastisch verformt wird, wird entgegengewirkt. Infolgedessen kommt es auch dann, wenn der Ventilsitz 382 plastisch verformt wird, wahrscheinlich nicht zu einer Verwirbelung im Gasstrom im Verbindungskanal 50, und es ist unwahrscheinlich, dass der Druckverlust des Gases, das im Verbindungskanal 50 strömt, zunimmt. Somit ist es unwahrscheinlich, dass von dem Gas, das im Verbindungskanal 50 strömt, ein Geräusch erzeugt wird.
(2) Der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 und der Ventilsitz kommen miteinander in Linienkontakt. In einem Fall, wo ein Körperabschnitt eines Ventilkörpers und ein Ventilsitz miteinander in Flächenkontakt kommen, um die Lücke zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz abzudichten, kann kein ausreichender Flächeninhalt der abdichtenden Oberflächen sichergestellt werden, wenn die Kontaktfläche des Körperabschnitts und die Kontaktfläche des Ventilsitzes auch nur leicht zueinander versetzt sind. Somit kann eine erwünschte Dichtleistung nicht sichergestellt werden. Um dies zu vermeiden, müssen der Teil des Ventilsitzes und der Teil des Körperabschnitts, die miteinander in Kontakt kommen, mit höchster Genauigkeit bearbeitet werden.

Im Gegensatz dazu kann in einem Fall, wo ein Körperabschnitt eines Ventilkörpers und ein Ventilsitz miteinander in Linienkontakt kommen, um die Lücke zwischen dem Ventilkörper und dem Ventilsitz abzudichten, eine ausreichende Dichtleistung leichter sichergestellt werden als im Falle des Flächenkontakts. Infolgedessen kann durch das oben beschriebene Druckminderungsventil 30 eine ausreichende Dichtleistung leichter sichergestellt werden.

(3) Im Druckminderungsventil 30 kommt der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 wiederholt mit dem Ventilsitz 382 in Kontakt, und der Ventilsitz 382 wird plastisch verformt, wie in 3 gezeigt ist. Dadurch wird die Kontaktfläche der abdichtenden Oberflächen vergrößert, wodurch die Dichtleistung noch verbessert wird. Das heißt, in dem Druckminderungsventil 30 können durch eine plastische Verformung des Ventilsitzes 382, die während des Gebrauchs stattfindet, der Ventilkörper 40 und der Ventilsitz 382 aufeinandergepasst werden und die Dichtleistung weiter verbessert werden.

Das heißt, wie bereits beschrieben, kommen im Druckminderungsventil 30 der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 und der Ventilsitz 382 in Linienkontakt miteinander, wenn der Ventilsitz 382 noch nicht plastisch verformt worden ist. Dadurch wird es leichter, eine ausreichende Dichtleistung trotz eventuell vorhandener Fertigungstoleranzen in den jeweiligen Komponenten bereits im Anfangsstadium sicherzustellen. Wenn eine plastische Verformung stattfindet und ermöglicht, dass der Ventilkörper 40 und der Ventilsitz 382 aufeinandergepasst werden, wird außerdem die Kontaktfläche vergrößert, was die Dichtleistung weiter verbessert.

(4) In einem Fall, in dem ein Körperabschnitt eines Ventilkörpers mit einem Stoßabschnitt zwischen zwei aneinander angrenzenden Oberflächen in Kontakt kommt, reichen zwei schräge Oberflächen für einen Ventilsitz aus. Daher führt das oben beschriebene Druckminderungsventil 30 zu der Gestaltung, bei welcher der Körperabschnitt des Ventilkörpers mit dem Stoßabschnitt zwischen den beiden aneinander angrenzenden schrägen Oberflächen über eine aufs äußerste vereinfachte Gestaltung in Kontakt kommt.
(5) Der Stoßabschnitt X ist an einer solchen Stelle angeordnet, dass auch dann, wenn der Ventilsitz 382 durch die durch das Aufsetzen des Körperabschnitts 41 bewirkte Last plastisch verformt wird, der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 nicht vermindert wird. Dadurch wird es unwahrscheinlich, dass der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 durch eine plastische Verformung des Ventilsitzes 382 vermindert wird. Somit wird einem Geräusch, das von dem Gas erzeugt wird, das im Verbindungskanal 50 strömt, effektiv entgegengewirkt.

Die oben beschriebene Ausführungsform kann modifiziert werden wie folgt.
Das Druckminderungsventil 30 der oben beschriebenen Ausführungsform ist so gestaltet, dass sich der Stababschnitt 42 vom Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 aus durch das Verbindungsloch 381 hindurch zum Kolben 31 erstreckt. Jedoch kann das Druckminderungsventil 30 auf beliebige andere Weise gestaltet werden, solange das Druckminderungsventil 30 einen Stababschnitt aufweist, der sich durch das Verbindungsloch 381 hindurch erstreckt. Wie in 5 gezeigt ist, kann das Druckminderungsventil beispielsweise so gestaltet sein, dass der Kolben einen Stababschnitt 311 aufweist, der sich durch das Verbindungsloch 381 hindurch zum Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 erstreckt. In diesem Fall berührt das distale Ende des Stababschnitts 311 den Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40. Auch bei dieser Gestaltung wird ein Vorteil erreicht, der dem Vorteil (1) ähnelt, indem der Ventilsitz 382 von mehreren schrägen Oberflächen gebildet wird und der Stoßabschnitt X radial auswärts vom Übergangsabschnitt Y angeordnet wird.
Als Alternative kann das Druckminderungsventil so gestaltet werden, dass der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 einen Stababschnitt aufweist, der sich zum Kolben 31 erstreckt, und dass der Kolben einen Stababschnitt aufweist, der sich zum Stababschnitt des Körperabschnitts 41 erstreckt. In diesem Fall berühren die distalen Enden der beiden Stababschnitte einander im Verbindungsloch 381. Auch bei dieser Gestaltung wird ein Vorteil erreicht, der dem Vorteil (1) ähnelt, indem der Ventilsitz 382 von mehreren schrägen Oberflächen gebildet wird und der Übergangsabschnitt X radial auswärts vom Übergangsabschnitt Y angeordnet wird.
Auch wenn das Druckminderungsventil 30 mit dem Ventilsitz 382, der die konische Zweistufenform aufweist, dargestellt wurde, ist die Anzahl der schrägen Oberflächen, aus denen der Ventilsitz 382 besteht, nicht beschränkt. Es kann ein Ventilsitz 382 verwendet werden, der eine mehrstufige konische Form aufweist, die drei oder mehr Stufen hat. Auch in dem Fall, wo der Ventilsitz 382, der eine mehrstufige konische Form aufweist, einschließlich von drei oder mehr Stufen, verwendet wird, wird ein ähnlicher Vorteil erhalten wie der Vorteil (1), indem der Ventilsitz 382 aus mehreren schrägen Oberflächen gestaltet wird und bewirkt wird, dass der Ventilsitz 382 den Körperabschnitt 41 an einer Stelle berührt, die radial auswärts vom Übergangsabschnitt Y liegt.
In einem Fall, wo die mehrstufige konische Form verwendet wird, die drei oder mehr Stufen beinhaltet, ist die Erfindung nicht auf eine Gestaltung beschränkt, bei welcher der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 41 des Ventilkörpers 40 mit einem Stoßabschnitt zwischen zwei aneinander angrenzenden schrägen Oberflächen in Berührung kommt. Wie in 6 dargestellt ist, kann beispielsweise eine dritte schräge Oberfläche 385, die parallel ist zur Kontaktfläche des Körperabschnitts 41 des Ventilkörpers 40, zwischen der ersten schrägen Oberfläche 383 und der zweiten schrägen Oberfläche 384 angeordnet werden, um einen Oberflächenkontakt zwischen dem Körperabschnitt 41 und dem Ventilsitz 382 zu ermöglichen.
Das heißt, bei dieser Gestaltung ist der Neigungswinkel θ4 der dritten schrägen Oberfläche 385 in Bezug auf die Mittelachse C1 dem Neigungswinkel θ1 gleich. Der Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 berührt somit die dritte schräge Oberfläche 385 des Ventilsitzes 382. Auch in diesem Fall berühren der Körperabschnitt 41 und der Ventilsitz 382 einander an einer Stelle, die radial auswärts vom Übergangsabschnitt Y liegt, wodurch ein ähnlicher Vorteil sichergestellt wird wie der Vorteil (1).
Das Druckminderungsventil kann als Druckminderungsventil ausgeführt werden, das in einem Kanal angeordnet ist, in dem irgendein anderes Gas als CNG strömt.
In der oben beschriebenen Ausführungsform wird der Stoßabschnitt X als Beispiel an einer solchen Stelle angeordnet, dass der Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals 50 auch dann nicht vermindert wird, wenn der Ventilsitz 382 durch die durch das Aufsetzen des Körperabschnitts 41 bewirkte Last plastisch verformt wird. Jedoch ist die Stelle des Teils des Ventilsitzes 382, der den Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 berührt, nicht auf die dargestellte Stelle beschränkt. Solange der Teil des Ventilsitzes 382, der den Körperabschnitt 41 des Ventilkörpers 40 berührt, radial auswärts vom Übergangsabschnitt Y liegt, ist das Maß, in dem die Umfangswand des Verbindungslochs so verformt wird, dass sie radial einwärts vorsteht, im Vergleich zu dem entsprechenden Maß bei der Gestaltung des Vergleichsbeispiels, in dem der Ventilsitz den Übergangsabschnitt Y berührt, verringert. Infolgedessen wird einem Geräusch, das durch das Gas verursacht wird, das im Verbindungskanal strömt, entgegengewirkt.

Claims

Druckminderungsventil, umfassend: eine Ventilkammer, in die ein Gas strömt; eine Druckregulierungskammer, die einen Druck des Gases reguliert; ein Teilungselement, das die Ventilkammer und die Druckregulierungskammer voneinander trennt, wobei das Teilungselement ein Verbindungsloch aufweist, das eine Verbindung zwischen einem Inneren der Ventilkammer und einem Inneren der Druckregulierungskammer ermöglicht; einen Kolben, der so angeordnet ist, dass er dem Teilungselement gegenüberliegt, wobei die Druckregulierungskammer zwischen dem Kolben und dem Teilungselement liegt; einen Ventilkörper, der eine Mittelachse aufweist; einen Körperabschnitt, der in der Ventilkammer angeordnet ist und dafür ausgelegt ist, sich selektiv in einer Richtung, die zum Teilungselement hinführt, und in einer Richtung, die vom Teilungselement wegführt, zu bewegen; einen Stababschnitt, der im Ventilkörper angeordnet ist, wobei sich der Stababschnitt zwischen dem Kolben und dem Körperabschnitt durch das Verbindungsloch hindurch erstreckt; einen Verbindungskanal, der zwischen einer Umfangswand des Verbindungslochs und dem Stababschnitt vorgesehen ist, wobei der Verbindungskanal eine Verbindung zwischen der Ventilkammer und der Druckregulierungskammer ermöglicht; und einen Ventilsitz, der im Teilungselement an einer Stelle angeordnet ist, die dem Körperabschnitt gegenüberliegt, wobei der Verbindungskanal geschlossen ist, wenn der Körperabschnitt auf den Ventilsitz gesetzt ist, und offen ist, wenn der Körperabschnitt vom Ventilsitz getrennt ist, der Ventilsitz mehrere schräge Oberflächen aufweist, die unterschiedliche Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachse des Ventilkörpers aufweisen, die Umfangswand des Verbindungslochs und der Ventilsitz an einem Übergangsabschnitt aneinander anschließen, und ein Neigungswinkel des Ventilsitzes auf abgegrenzte Weise so geändert wird, dass der Ventilsitz mit dem Ventilkörper an einer Stelle in Kontakt kommt, die radial weiter auswärts von der Mittelachse des Ventilkörpers liegt als der Übergangsabschnitt.
Druckminderungsventil nach Anspruch 1, wobei der Ventilsitz so gestaltet ist, dass er mit dem Körperabschnitt des Ventilkörpers an einem Stoßabschnitt zwischen zwei aneinander angrenzenden schrägen Oberflächen, die unterschiedliche Neigungswinkel in Bezug auf die Mittelachse des Ventilkörpers aufweisen, in Berührung kommt.
Druckminderungsventil nach Anspruch 2, wobei eine in Strömungsrichtung obere schräge Oberfläche der beiden aneinander angrenzenden schrägen Oberflächen in Bezug auf die Mittelachse des Ventilkörpers einen kleineren Neigungswinkel aufweist als eine Kontaktfläche des Körperabschnitts, und eine in Strömungsrichtung untere schräge Oberfläche der beiden aneinander angrenzenden schrägen Oberflächen in Bezug auf die Mittelachse des Ventilkörpers einen größeren Neigungswinkel aufweist als die Kontaktfläche des Körperabschnitts.
Druckminderungsventil nach Anspruch 3, wobei der Ventilsitz aus zwei schrägen Oberflächen mit unterschiedlichen Neigungswinkeln besteht.
Druckminderungsventil nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Stoßabschnitt, der den Körperabschnitt berührt, an einer solchen Stelle angeordnet ist, dass auch dann, wenn der Ventilsitz durch eine durch ein Aufsetzen des Körperabschnitts bewirkte Last plastisch verformt wird, ein Strömungsquerschnitt des Verbindungskanals aufrechterhalten wird.