JP2757978B2 - Ｃｎｇ動力車両用衝突耐久性ソレノイド作動弁 - Google Patents

Ｃｎｇ動力車両用衝突耐久性ソレノイド作動弁

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、加圧ガスを内蔵した容
器と共に用いる弁に関し、さらに詳しく言えば、圧縮天
然ガスＣＣＮＧ動力車両に用いる衝突に耐えるソレノイ
ド作動弁に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】環境問題および空中放散法および調整規
則の成定のために、自動車の生産者は、ガソリンの代替
物として用いうるきれいな燃焼および燃費のよいものを
開発している。天然ガスは、この目的にかなう候補の１
つであり、多くの自動車が燃料源として天然ガスに変更
されてきた。代表的には、天然ガスは１またはそれ以上
の加圧シリンダ内で圧縮されて自動車に搭載して貯蔵さ
れる。
【０００３】圧縮天然ガスを車両のエンジンに供給する
ことを制御する弁は、冬季と夏季との気温差による環境
条件中の大きな変化にさらされる。この気温度変化は、
数百から数千ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ）まで変化す
るガス・シリンダ内の公称作動圧力を生じる。したがっ
て、制御弁は故障なしに高ガス圧力を取り扱えなければ
ならない。
【０００４】さらに、衝突の場合に、ガス弁は不安全ま
たは大惨事の状態で故障してはならない。さらに、電気
的故障または衝突の徴候の場合に、弁が自動的に閉じる
ことが望ましい。
【０００５】Ｇｒａｎｔ等の米国特許第５，１８８，０
１７号は、加圧源から車両のエンジンまでのＣＮＧの流
れを制御するために用いられる天然ガス・シリンダ嵌合
部およびソレノイド弁を示唆している。内外装着実施例
が示されている。加圧シリンダ内に弁を装着装着するこ
とによって衝突からさらに保護する。Ｗａｓｓ等の米国
特許第５，１９３，５８０号および同第５，１９７，７
１０号は、ＣＮＧ動力自動車に用いる内部装着ソレノイ
ド制御ガス弁を示唆している。’５８０号は、シリンダ
からガス・ラインまで圧縮ガスの流れを阻止するように
用いられうる手動操作の特徴を有している。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、Ｇｒａｎｔお
よびＷａｓｓ弁は衝突抵抗または衝突防止であると述べ
られているが、加圧ガス・シリンダの首部から弁の露出
部分が剪断される事故の場合に、弁は接続部をかいした
入口、出口、電気供給部がシリンダ内のガスにすべて連
通するので、シリンダからのガスの流れを阻止すること
ができない。したがって、電気的故障または衝突の場合
にシリンダからガス・ラインへのガスの流出を自動的に
阻止し、また、衝突の場合に大変動的に故障しないＣＮ
Ｇ動力車両用の衝突に耐えるソレノイド作動弁を当該技
術に要求されている。さらに大きな温度範囲にわたって
漏れなしに高圧に耐えうる弁を要求されている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明は、加圧容器に対
する圧縮ガスの流れを制御する２方向ソレノイド作動弁
が、電気的故障および衝突の場合にガス・ラインにシリ
ンダからのガスの流れを自動的に遮断し、また、破損の
場合に大惨事の故障をしないように設けられるようにす
ることによって上記要求に応えている。２方向弁は、手
動安全拘束、一体の電気的集合体、および熱作動圧力逃
し装置を有している。
【０００８】本発明の１つの考え方によれば、２方向弁
は、第１端および第２端を有するガス流通路を備えた弁
本体を有している。ガス流通路の第１端が加圧容器の内
部と連通し、また、ガス流通路の第２端が弁本体の出口
に連通する。２方向弁はまた、ガス流通路に第１弁座お
よび第２弁座を有し、また、ガス流通路を密封する弁座
に嵌合するソレノイド弁を有している。ソレノイド弁は
ガス流通路内で滑動するポペット本体を備えている。ポ
ペット本体はガス流通路を閉じるように第１弁座を密封
するヘッドを有している。ソレノイド弁は、さらにポペ
ット本体およびポペット・ヘッドを第１弁座に押し付け
るスプリングを有するソレノイド・コアと、ソレノイド
・コアをポペット本体から移動させるソレノイド・コイ
ルとを備えている。
【０００９】本発明の最適実施例においては、ソレノイ
ド弁はガス流通路の第１端に隣接し、かつ、衝突または
衝撃の場合に、損傷から弁の作業要素を遮蔽する方法で
加圧シリンダ内に装着される。好ましくは、弁座が弁本
体およびガス流通路に配置されて、弁の露出部分を剪断
する衝撃の場合に、ポペット・ヘッドが弁座に密着され
た位置を維持し、弁からのガスの流れを防止するように
弁が定位置にあるとき、弁座がシリンダの内部にある。
【００１０】弁を閉じるための別個の手段を与えるため
に、任意に選択できる手動安全拘束弁が弁座と出口との
間でガス流通路に定置されて、加圧容器から出口までの
流れを選択的に防止する。この手動安全拘束弁は弁の加
圧試験のために用いられる。この実施例においては、ガ
ス流通路はさらに第２弁座を有している。手動安全拘束
弁は第２弁座に密着する弾性ガスケットを有している。
【００１１】手動安全拘束弁はさらに弾性ガスケットを
装着した環状室を成形する頂壁と側壁とを有するガスケ
ット・ホルダを備え、ガスケット・ホルダとガスケット
とは手動安全拘束弁が開位置にあるときにガスの流出路
を成形する各オリフィスを有している。このようにし
て、高圧ガスはガスケットの背後に捕捉されず、ガスケ
ット・ホルダからガスケットを離れさせることができな
い。手動安全拘束弁がその閉じた位置にある２方向シー
ルとして機能することを保証するために、ガスケット・
ホルダがガスケットを密封するように頂壁の内部に環状
突条（座）を有している。
【００１２】２方向弁はまたソレノイド弁を電源に接続
する手段を備えている。好ましくは、これは、弁本体を
通る環状通路と、通路を密封しかつ少なくとも１つの一
体ピンを有するプラグと、ソレノイド弁を一体ピンに電
気的に接続する少なくとも１本のワイヤとを備えてい
る。プラグはセラミック材料からつくられ、またピンは
プラグにはんだ付けされている。ピンを環状通路の出口
端に嵌合させる電気コネクタがさらに設けられている。
【００１３】
【作用】したがって、本発明の特徴は、電気的故障また
は衝突の場合にシリンダからガス・ラインへのガスの流
れを自動的に閉塞し、かつ、衝突の場合に大惨事の故障
をしない加圧容器に対して圧縮ガスの流れを制御する２
方向弁を提供していることである。さらに、本発明の特
徴は、大きな温度範囲にわたってガス漏れなしに高圧に
耐える２方向弁を提供していることである。
【００１４】
【実施例】図１に示すように、圧縮天然ガスによって動
力を受けるように適した車両１０が概略的に示されてい
る。車両１０は１つまたはそれ以上の加圧容器またはシ
リンダ１２を有している。各シリンダ１２はシリンダ内
に装着された２方向弁１４を有している。各シリンダは
２５３ｋｇ／ｃｍ2 （３６００ｐｓｉ）までの公称作業
圧力に耐えるように設計されている。弁１４は漏れなし
にこれらの圧力を処理できるように設計されている。弁
１４は真鍮、鋼、ステンレス鋼、またはアルミニウムか
らつくられ、また、腐食に耐えるようにめっきまたはそ
の他の表面処理をされている。
【００１５】燃料入口１６は、必要に応じて、シリンダ
１２に追加の圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を供給するように
設けられている。好ましくは、燃料入口はガスの逆流を
防止する逆止弁を有している。弁１４は後に詳述するよ
うに、供給源からの燃料の圧力が自動的に弁を開くよう
に設計されている。さらに、配管を簡単にするために、
弁１４は共通の燃料充填および燃料供給口を有してい
る。
【００１６】エンジンからの指示によって、ＣＮＧは燃
料ライン１８にそって燃料注入装置２０に流れる。設計
によっては、エンジンはコンピュータ制御ガス燃料注入
エンジンからなるか、または、燃料源を変えることによ
って１種以上の燃料で走行できるようになっていてもよ
い。
【００１７】２方向弁１４は図２に示されている。それ
はガス流通路２４を有する弁本体を備えている。通路２
４は、加圧容器１２の内部に連通する第１端２６から弁
本体を通り、出口３０，３０′（図８）に連通する第２
端２８まで延びている。本発明の２方向弁１４の利点の
１つは、出口３０，３０′が共通の燃料充填口（３０）
と燃料供給口（３０′）として機能することである。両
者はガス流通路２４に連通し、これが車両の配管を単純
化している。
【００１８】図２に示すように、弁本体１４は、弁を加
圧容器１２の首部の対応する組のねじにねじ止めされる
ようにする外ねじ３２を備えている。弾性Ｏリング３４
は、弁本体２２と加圧容器１２との密封をするために設
けられている。
【００１９】弁座３６がガス流通路２４内に設けられて
いる。また、ポペット本体４０、ポペット・ヘッド４
２、ソレノイド・コア４４からなるソレノイド弁３８が
ガス流通路２４内に定置される。ポペット本体４０、ポ
ペット・ヘッド４２が通路２４内で滑動できる。ソレノ
イド・コア４４はポペット・ヘッド４０を常態で押し付
けている戻しばね４６を有している。ポペット・ヘッド
４０は、弁座３６を密封する硬質弾性Ｏリング４１（図
７）を有している。ソレノイド・コイル４８は、作動さ
れたときに、ソレノイド・コア４４をばね４６に押し付
けポペット本体４０から遠去け、これにより後に詳述す
るように弁座を開かせる。
【００２０】図示するように、弁座３６は、弁１４が定
位置に装着されたときに、シリンダ１２の開口の表面の
下にある。故障があった場合、戻しばね４６がポペット
本体４０およびポペット・ヘッド４２を弁座３６に押し
付けて密封し、弁を自動的に閉じる。さらに、弁本体１
４の頂部が衝突で剪断されたとしても、弁座３６はその
まま残り、ポペット・ヘッド４２によって密封される。
【００２１】図７に詳細に示すように、ソレノイド弁３
８は、ほとんどすべての自動車に見られる標準公称１２
ボルト直流電源と接続して作動されうるソレノイドの使
用を許すパイロット補助または作動弁である。ポペット
・ヘッド４２は、大径オリフィス１０２をかいしてガス
流通路２４に連通する非常に小径のパイロット座オリフ
ィス１００を有している。パイロット座オリフィス１０
０は、ポペット本体４０の硬質弾性座１０４に常態で密
封される。
【００２２】燃料が燃料注入装置によって指示される動
作のさいに、ソレノイド弁３８はポペット本体４０およ
び弾性座１０４をパイロット座オリフィス１００から遠
去けるに十分な力を発生するように付勢され、設計され
る。移動の程度は、ポペット・ヘッド４２の環状スロッ
ト１０６に定置されたピン１０８によって特定される。
ガス流通路２４の加圧容器端２６からの加圧ガスがパイ
ロット座オリフィス１００を通して流れるようになる
と、パイロット座オリフィス１００のいずれかの側のガ
ス圧力が等しくなる。そのガス圧力が等しくなると、ソ
レノイド弁３８が弁座３６からポペット・ヘッド４２を
引き戻しかつガス流通路を完全に開くのに要する力を発
生することができる。逆に、圧力の下でガス圧縮燃料が
充填口３０を介して容器に供給されつつあるときに、燃
料によって発生される圧力がポペット・ヘッド４２を弁
座３６から押し離すことによって弁を自動的に開くのに
十分になる。
【００２３】このパイロット動作が、ライン中のガス圧
力が直接作動弁と共に起るように一度にというよりはむ
しろゆっくりと増加するので、燃料供給ライン中の下流
流れレギュレータに損傷させないという追加の利点があ
る。上述したように、パイロット動作はまた連続公称１
２ボルト直流源の下でソレノイドの作動を許す。弁座を
高圧に抗して開くのに十分に強力でなければならない直
接作動ソレノイド弁は、コイル焼失を避けるように動作
中ソレノイドに供給される電圧遮断または低下させる特
別の回路を必要とする。
【００２４】図２に再び戻って、本発明の２方向弁１４
は、弁座３６と出口３０との間でガス流通路２４内に定
置される選択できる手動安全拘束弁５０を有している。
手動安全拘束弁５０は、弁および燃料供給装置の圧力試
験を許し、それらが約２５３ｋｇ／ｃｍ2 （３６００ｐ
ｓｉ）までの公称動作圧力の範囲の下で漏れがないこと
を保証する。手動安全拘束弁５０は、ガス流通路２４内
の第２弁座５２に密封させるように、アレン・レンチ
（図示せず）のような工具を用いて締め付けられる。図
示するように、ねじ付き柄５３は弾性ガスケット５４を
弁座５２に着座するように弾性ガスケット５４を締め付
けてもよい。
【００２５】ナイロン、またはその他の適当な材料から
なる弾性ガスケット５４は、手動安全拘束弁５０の端の
ガスケット・ホルダ５６内に支持される。ガスケット・
ホルダ５６は、ガスケット５４と共に環状室６２を一体
に成形する頂壁５８および側壁６０を有している。ガス
ケット５４がガス流通路２４を通り容器１２内に加圧が
ガス流れている間、ホルダ５６から外れることはない。
ガスケット５４およびガスケット・ホルダ５６はそれぞ
れオリフィス６４，６６を有している。
【００２６】オリフィス６４（ガスケット５４の中心を
通る）および６６（側壁６０を通る）は、ガスのための
放出路を成形し、また、手動安全拘束弁５０が開いた位
置にあるときに圧力がガスケット５４の背後に生じるこ
とを防止する。手動安全拘束弁５０が閉位置にある２方
向シールとして機能することを保証するために、環状突
条または座６８がガスケット５４に密着するように頂壁
５８の内側に設けられる。
【００２７】２方向弁１４が加圧容器１２の内部に装着
されるように設計されるので、弁はまたソレノイド弁３
８を車両電気装置のような電源に接続する手段を備えて
いる。図４に示すように、チューブ７１の内側の環状通
路７０がソレノイド弁に接続するようにワイヤ８０用の
電気通路をつくるように設けられる。チューブ７１はソ
レノイド弁３８にひも９８によって固定される。通路７
０がガス気密になるこを保証するように、酸化アルミニ
ウムのようなセラミック材料のプラグ７２が通路を密封
するように設けられる。セラミック・プラグがプラスチ
ック部品よりも優れた高圧性能およびガス漏れ抵抗を与
えることが決定された。
【００２８】図５に最もよく示すように、ガス気密シー
ルは、プラグ７２を包囲する弾性Ｏリング７３および裏
押しリング７７の組合せによってつくられる。ピン７
４，７６は電気通路プラグ７２を与える。ピンは導電材
料からつくられてもよい。好適材料は、スズめっきされ
たコバール（商標）合金である。真鍮ジョイント７５は
プラグを通りピン７４，７６の出入口を密封する。
【００２９】Ｌ字形電気コネクタ８２は、ピン７４，７
６内の対応スロット８３′に嵌合するピン８３を有して
いる。電気コネクタは自動車配線ケーブルまたはハーネ
スとの標準的接続を有するように設計されてもよい。コ
ネクタ８２は、例えば、ねじ９２のような任意の適当な
手段によって弁本体２２に固定されてもよい。図４に示
すように、プラグ７２が弁本体２２内に定置されて、弁
１４が定位置にねじ込まれたときに、プラグ７２が加圧
容器の外面にまたは下になる。チューブ７１、プラグ７
２、ピン７４，７６、ソレノイド弁３８が弁本体２２に
容易に組み付けられる分解可能の集合体を成形する。
【００３０】再び図２に戻って、弁本体２２は、加圧容
器１２の内部に一端で連通し、弁本体のガス逃し口９４
と他端で連通する第２ガス流通路８４を有している。熱
作動圧力逃し装置８６はガス流通路８４内に装着され
る。圧力逃し装置８６は内ねじ９０によって定位置に保
持される可溶合金８８を有している。２方向弁１４の常
態動作中、圧力逃し装置８６および可溶合金８８がガス
気密シールを保持する。しかし、もし、弁本体または加
圧容器付近の温度が所定の限度以上に上昇したならば、
可溶合金８８が溶融し、ガス流通路８４を開き、容器１
２内の加圧ガスが外部に逃がされる。好ましくは熱作動
圧力逃し装置は、ペンシルベニア州ワシントンにあるＳ
ｕｐｅｒｉｏｒ Ｖａｌｖｅ Ｃｏｍｐａｎｙから市販
されている一体ＣＧ−９装置である。合金は１０３℃
（２１７°Ｆ）で溶融する。図示するように、上記装置
を弁本体に配置することによって、衝突の場合に、破壊
に抵抗しかつその完全な状態を維持する。
【図面の簡単な説明】
【図１】加圧シリンダのボードに貯蔵された圧縮天然ガ
スによって動力を受ける車両の概略斜視図であって、本
発明のソレノイド作動弁の一般的定置状態を示す。
【図２】加圧容器に装着された本発明のソレノイド作動
弁の部分断面の側面図である。
【図３】図２の弁の平面図である。
【図４】図３の４−４線からみた部分断面の側面図であ
る。
【図５】図４に示す密封プラグと電気コネクタ・ピンの
部分断面拡大図である。
【図６】図２に示す手動安全拘束弁の弾性ガスケットと
ガスケット・ホルダの拡大断面図である。
【図７】図２に示すソレノイド作動弁のポペット・ヘッ
ドと本体の拡大断面図である。
【図８】図４の８−８線からみた上部断面図である。
【符号の説明】
１０ 車両 １２ シリンダ（加圧容器） １４ ２方向弁 １６ 燃料入口 １８ 燃料ライン ２０ 燃料注入装置 ２２ 弁本体 ２４ ガス流通路 ２６ 第１端 ２８ 第２端 ３６ 第１弁座 ３８ ソレノイド ４０ ポペット本体 ５０ 手動安全拘束弁 ５２ 第２弁座 ７０ 通路 ７１ チューブ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (73)特許権者 595025914 7887 Ｗａｓｈｉｎｇｔｏｎ Ｖｉｌｌ ａｇｅ Ｄｒｉｖｅ，Ｄａｙｔｏｎ，Ｏ ｈｉｏ 45459−3959，Ｕｎｉｔｅｄ Ｓｔａｔｅｓ ｏｆ Ａｍｅｒｉｃａ (72)発明者 デービッド・アール・ヒューズ アメリカ合衆国ペンシルバニア州15227, ピッツバーグ，レオナ・ドライブ 4917 (56)参考文献 米国特許5193580（ＵＳ，Ａ) 米国特許4744383（ＵＳ，Ａ) 米国特許2267007（ＵＳ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F16K 31/06 F02M 21/02 F17C 13/04

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加圧容器に対して圧縮ガスの流れを制御
    する２方向弁であって、第１端および第２端を有するガ
    ス流通路を備えた弁本体を設け、該ガス流通路の第１端
    が前記加圧容器の内部と連通し、該ガス流通路の第２端
    が前記弁本体の出口に連通し、前記ガス流通路に第１弁
    座および第２弁座を設け、該ガス流通路内で滑動するポ
    ペット本体を備えたソレノイド弁を設け、該ポペット本
    体は前記ガス流通路を閉じるように前記第１弁座を密封
    するヘッドと、前記ポペット本体およびポペット・ヘッ
    ドを前記第１弁座に押し付けるスプリングを有するソレ
    ノイド・コアと、該ソレノイド・コアを前記ポペット本
    体から移動させるソレノイド・コイルとを備え、前記第
    ２弁座と前記出口との間で前記ガス流通路に定置された
    手動安全拘束弁を設け、該手動安全拘束弁が前記ソレノ
    イド弁と直列に定置されて、該手動安全拘束弁が前記第
    ２弁座に密着されたときに、前記加圧容器へまたはそこ
    からのガスの流れを阻止することを特徴としたＣＮＧ動
    力車両用衝突耐久性ソレノイド作動弁。
  2. 【請求項２】 前記手動安全拘束弁はさらに前記第２弁
    座を密封する弾性ガスケットを備えている請求項１記載
    のソレノイド作動弁。
  3. 【請求項３】 前記手動安全拘束弁はさらに前記弾性ガ
    スケットを装着した環状室を成形する頂壁と側壁とを有
    するガスケット・ホルダを備え、該ガスケット・ホルダ
    とガスケットとは前記手動安全拘束弁が開位置にあると
    きにガスの流出路を成形する各オリフィスをそれぞれ、
    有している請求項２記載のソレノイド作動弁。
  4. 【請求項４】 前記ガスケット・ホルダは前記頂壁の内
    部に環状の突条を有している請求項１記載のソレノイド
    作動弁。
  5. 【請求項５】 前記ソレノイド弁を電源に接続する手段
    を備え、該接続手段は前記弁本体を通る環状通路と、該
    通路を密封しかつ少なくとも１つの一体ピンを有するプ
    ラグと、前記ソレノイド弁を該一体ピンに電気的に接続
    する少なくとも１本のワイヤとを備えている請求項１記
    載のソレノイド作動弁。
  6. 【請求項６】 前記プラグはセラミック材料からつくら
    れ、また、前記ピンは前記プラグにはんだ付けされた請
    求項５記載のソレノイド作動弁。
  7. 【請求項７】 前記ピンを前記環状通路の出口端に嵌合
    させる電気コネクタをさらに備えた請求項６記載のソレ
    ノイド作動弁。
  8. 【請求項８】 前記加圧容器の内部と前記弁本体のガス
    逃し口とに連通する第２ガス流通路と、該第２ガス流通
    路内に配置されかつ該通路を閉塞する熱作動圧力逃し装
    置とをさらに備え、該逃し装置は所定の温度で融解し前
    記第２ガス流通路を開く請求項１記載のソレノイド作動
    弁。
  9. 【請求項９】 前記ガス流通路に連通する共通の燃料充
    填、供給口をさらに備えている請求項１記載のソレノイ
    ド作動弁。
  10. 【請求項１０】 開口を設けた加圧容器をさらに備え、
    該加圧容器に対する圧縮ガスの流れを制御するように前
    記開口に装着された請求項１記載のソレノイド作動弁。
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