JP5846448B2

JP5846448B2 - 気体燃料用圧力制御装置

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Publication number: JP5846448B2
Application number: JP2012233515A
Authority: JP
Inventors: 近藤　誠; 近藤　　誠; 高木　章; 章高木
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2016-01-20
Anticipated expiration: 2032-10-23
Also published as: JP2014084775A

Description

本発明は、内燃機関に供給される気体燃料の圧力を制御する気体燃料用圧力制御装置に関する。

気体燃料を燃料とする内燃機関（以下、「エンジン」という）に供給する気体燃料の圧力を燃料タンク内の高圧から気体燃料用インジェクタが噴射可能な低圧に減圧する気体燃料用圧力制御装置が知られている。気体燃料用圧力制御装置には下流側の圧力が所定の値以上となるとき、燃料タンクから供給される気体燃料の流通を遮断する遮断弁が備えられている。特許文献１には、下流側の流路を流れる気体燃料の一部を上流側の流路に還流し、還流された気体燃料の圧力により遮断用弁体を作動する遮断弁付減圧装置が記載されている。

実開昭５４−６６２４号公報

しかしながら、特許文献１に記載の遮断弁付減圧装置には、減圧装置の弁ボディ内に収容されている減圧用弁体および遮断用弁体が確実に気体燃料の流れを遮断するための複数のシール部材および複数の圧力室を有しており、複雑な構成となっている。また、遮断用弁体は、減圧用弁体とは異なる機構によって作動するため、これらの機構を収容する弁ボディの体格が大きくなる。

本発明の目的は、簡単な構成で体格が比較的小さくかつ確実に気体燃料の流れを遮断可能な気体燃料用圧力制御装置を提供することにある。

本発明は、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、燃料タンクの気体燃料が流入する導入通路および噴射手段に供給される気体燃料が流出する導出通路を形成する弁ケースと、弁ケース内の第１燃料室を形成する内壁に設けられる調圧用弁座と、第１燃料室に往復移動可能に収容され調圧用弁座に当接または離間するとき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と、第１燃料室より導入通路側の弁ケース内の第２燃料室を形成する内壁に設けられる遮断用弁座と、第２燃料室に往復移動可能に収容され遮断用弁座に当接または離間するとき第２燃料室と第１燃料室とを遮断または連通する遮断用弁体と、導出通路の圧力に応じて弁ケースに対して相対変位する受圧体と、受圧体の導出通路の圧力を受ける面とは異なる面側から受圧体を付勢する第１付勢手段と、受圧体と遮断用弁体とに連結し調圧用弁体を摺動可能に支持する連結軸と、連結軸に対する調圧用弁体の相対位置を制限する相対位置制限手段と、一端を相対位置制限手段に係止され調圧用弁体と調圧用弁座とが当接する方向に調圧用弁体を付勢する第２付勢手段と、を備える。

本発明の気体燃料用圧力制御装置では、導出通路の圧力が第１圧力以上かつ第２圧力より小さいとき、遮断用弁体と遮断用弁座とは離間しつつ調圧用弁体と調圧用弁座とが当接し、導出通路の圧力が第２圧力以上のとき、調圧用弁体と調圧用弁座とは当接しつつ遮断用弁体と遮断用弁座とが当接することを特徴とする。

本発明の気体燃料用圧力制御装置では、導出通路の圧力に応じて変位する受圧体に連結軸が連結している。連結軸には遮断用弁体が連結され、また調圧用弁体が摺動可能に支持されている。導出通路の圧力が第１圧力以上になると、調圧体用弁体と調圧用弁座とが当接する。このとき、遮断用弁体と遮断用弁座との間には隙間が形成されており離間しているため、第１燃料室と第２燃料室とは連通している。調圧体用弁体と調圧用弁座とは当接しているものの調圧体用弁体と調圧用弁座と間のシールが十分でなく第１燃料室から導出通路に気体燃料が流れると導出通路の圧力は高くなり、第１圧力より大きい第２圧力以上になる。このとき、受圧体はさらに変位し調圧体用弁体と調圧用弁座とは当接しつつ遮断用弁体と遮断用弁座とが当接し、第１燃料室と第２燃料室とを確実に遮断する。これにより、導入通路と導出通路とを確実に遮断することができ、導入通路から導出通路への気体燃料の流れを確実に止めることができる。

また、本発明の気体燃料用圧力制御装置では、連結軸は受圧体と遮断用弁体とを連結し、かつ調圧用弁体を摺動可能に支持している。連結軸は、導出通路の圧力に応じて弁ケースに対して変位する受圧体と一緒に弁ケースに対して変位する。これにより、受圧体に作用する導出通路の圧力の大きさに応じて調圧用弁体と調圧用弁座とを当接または離間、および遮断用弁体と遮断用弁座とを当接または離間させることができる。したがって、気体燃料用圧力制御装置の構成を簡単にし、かつ体格を小さくすることができる。

本発明の一実施形態による気体燃料用圧力制御装置を適用した気体燃料供給システムの概略構成を示す模式図である。本発明の一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。本発明の一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断面図である。本発明の一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図３とは異なる断面図である。本発明の一実施形態による気体燃料用圧力制御装置における流量と圧力との関係を示す特性図である。

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。

（一実施形態）
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。

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供給管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、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。

気体燃料用圧力制御装置１は、供給管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２３が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２３に供給可能な圧力である０．２〜０．６５ＭＰａまで減圧する。なお、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、オイルフィルタ２２によってオイルが除去され、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。気体燃料用インジェクタ２３は、電気的に接続するＥＣＵ９の指示に応じて吸気管内に気体燃料を噴射する。気体燃料用インジェクタ２３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。

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、吸気管２５が接続する「内燃機関」としてのエンジン２４の吸気ポートからシリンダ２４１内に導入される。エンジン２４では、ピストン２４２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。
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。

本実施形態では、便宜上、気体燃料の圧力の大きさを「高圧」、および「低圧」と呼ぶ。「高圧」とは、燃料タンク１３内に充填されている気体燃料の圧力であって、例えば２０ＭＰａの圧力を指す。また、「低圧」とは、気体燃料用圧力制御装置１より気体燃料用インジェクタ２３に供給される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であって、例えば０．２〜０．６５ＭＰａの圧力を指す。

次に、気体燃料用圧力制御装置１の詳細構造について図２に基づいて説明する。なお、図２〜４中の実線矢印Ｌは、気体燃料が流れる方向を示す。

気体燃料用圧力制御装置１は、いわゆるポペット型バルブであって、第１弁ケース３１、第２弁ケース３３、調圧用弁体３５、遮断用弁体３７、連結軸３９、受圧体４１および第１スプリング４３などを備える。このうち、調圧用弁体３５、遮断用弁体３７および連結軸３９の一部は、第１弁ケース３１内に収容される。また、受圧体４１は、第１弁ケース３１と第２弁ケース３３との間に保持される。第１スプリング４３は、第２弁ケース３３内に収容される。第１弁ケース３１および第２弁ケース３３は、特許請求の範囲に記載の「弁ケース」に相当する。

第１弁ケース３１は、略円柱状の金属から形成され、円柱部３１１およびフランジ部３１２から構成される。円柱部３１１およびフランジ部３１２は一体に形成される。

円柱部３１１は、略中央に調圧用弁体３５を往復移動可能に収容する第１燃料室３１３、および遮断用弁体３７を往復移動可能に収容する第２燃料室３１４を形成する。第１燃料室３１３は、第２燃料室３１４の下流側に位置し、第１燃料室３１３と第２燃料室３１４とは円柱部３１１内で連通している。
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燃料室３１３は、フランジ部３１２の低圧室３１５を介して円柱部３１１の径方向外側に形成される導出通路２７に連通する。第２燃料室３１４は、円柱部３１１の径方向外側であって、導出通路２７とは反対側に形成される導入通路２６と連通する。導入通路２６は、供給管７を介して燃料タンク１３内と連通する。

導入通路２６は、気体燃料用圧力制御装置１の中心軸に対して略垂直に形成されている。導入通路２６は、図２に示すように供給管７と接続可能なコネクタ２６１が設けられている。また、導出通路２７は、気体燃料用圧力制御装置１の中心軸に対して略垂直に形成されている。導出通路２７は、第１弁ケース３１内に形成される連通路３１６を介して低圧室３１５に連通する一方、供給管８を介して気体燃料用インジェクタ２３に接続する。導出通路２７には、供給管８と接続可能なコネクタ２７１が設けられている。
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。

第２弁ケース３３は、筒部３３１およびフランジ部３３２から構成され、金属から一体に形成される。第２弁ケース３３は、フランジ部３３２を第１弁ケース３１のフランジ部３１２に接続するように設けられる。

筒部３３１は、有底筒状をなし、径方向外側に気体燃料用圧力制御装置１の外部と筒部３３１の内部とを連通する連通路３３３が形成される。底部には、第１スプリング４３の付勢力を調整可能なニードル４４が挿通される開口３３４が形成される。

フランジ部３３２は、筒部３３１の開口側に接続され、筒部３３１の外径より大きい外径を有している。フランジ部３３２と第１弁ケース３１のフランジ部３１２との間にはダイアフラム４１１の端部が挟まれている。

調圧用弁体３５は、当接部３５１および本体部３５２から構成され、金属部材から一体に形成される。調圧用弁体３５は、第１燃料室３１３の内壁に形成される調圧用弁座３６に当接または離間し、第１燃料室３１３から低圧室３１５に流れる気体燃料の流量を制御することで低圧室３１５の圧力を制御する。

当接部３５１は、略円錐台状に形成されている。当接部３５１の円錐面は、図２に示すように第１弁ケース３１内に設けられる調圧用弁座３６に当接可能なように形成されている。調圧用弁座３６は樹脂から形成されており、第１燃料室３１３と低圧室３１５との間に形成されている凹部３１７に収容されている。
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。

本体部３５２は、筒状に形成されている。本体部３５２の一端には調圧用弁体３５が有底筒状となるように当接部３５１が接続している。本体部３５２の内部には貫通孔３５４に挿通される連結軸３９が挿通されている。また、本体部３５２に挿通されている連結軸３９の径外方向には第２スプリング３５３が設けられている。第２スプリング３５３の一端は当接部３５１に係止される。第２スプリング３５３の他端は連結軸３９に設けられる規制部３９１に係止される。調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とが離間しているとき、第２スプリング３５３は自由長となり、付勢力を発生しない。しかしながら、調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とが当接しかつ連結軸３９の移動により当接部３５１と規制部３９１とが近づくとき、第２スプリング３５３は調圧用弁体３５を調圧用弁座３６に当接する方向に付勢する。規制部３９１は、特許請求の範囲に記載の「相対位置制限手段」に相当する。

本体部３５２の第２燃料室３１４側の内壁には、規制部３９１の端部を収容可能な凹部３５５が形成されている。凹部３５５に収容されている規制部３９１は、連結軸３９が調圧用弁体３５に対して相対移動するとき、凹部３５５の内壁に当接する。このように、規制部３９１は、調圧用弁体３５の連結軸３９に対する移動距離を規制する。

遮断用弁体３７は、円板状の金属部材であり、規制部３９１より連結軸３９の上流側に固定されている。遮断用弁体３７の規制部３９１側の一方の面３７１には環状部材３７２が、例えば焼き付け等により設けられている。環状部材３７２はゴムから形成されており、第２燃料室３１４の内壁から突出するように形成される金属製の遮断用弁座３８に当接可能である。遮断用弁体３７の一方の面３７１とは反対側の他方の面３７３には、遮断用弁体３７を遮断用弁座３８に当接する方向に付勢する第３スプリング３７４の一端が係止されている。第３スプリング３７４の他端は、連結軸３９の一方の端部３９２を摺動可能に支持する支持部材３９３に係止されている。

遮断用弁体３７は、連結軸３９の第１弁ケース３１に対する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。遮断用弁体３７が遮断用弁座３８に当接するときの遮断用弁体３７のシート直径は、調圧用弁体３５のシート直径と同じ大きさである。

支持部材３９３は略円筒状に形成され、支持部材３９３の端面の一部は第１弁ケース３１内の第２燃料室３１４を形成する内壁となる。支持部材３９３には中央に形成される貫通孔３９４に連結軸３９の一方の端部３９２が挿通されている。支持部材３９３は、連結軸３９の一方の端部３９２を摺動可能に支持するとともに、連通路３１６と第２燃料室３１４とを区画する。

支持部材３９３の第２燃料室３１４側の径方向内側には、連通路３１６と第２燃料室３１４との間のシールを保持する第２シール部材３９５が設けられる。第２シール部材３９５は、そのシール径が調圧用弁体３５のシート直径と同じ大きさになるように設けられている。また、支持部材３９３の連通路３１６側の径方向外側には、第３シール部材３９６が設けられる。第２シール部材３９５および第３シール部材３９６は、連通路３１６と第２燃料室３１４との間の気密を保持する。

連結軸３９は、棒状の金属から形成される。連結軸３９の他方の端部３９７には第１連結部材４１２および第２連結部材４１３を介して受圧体４１が接続する。すなわち、気体燃料用圧力制御装置１では、連結軸３９において第１スプリング４３側から、ダイアフラム４１１などを含む受圧体４１、調圧用弁体３５、規制部３９１、および遮断用弁体３７の順に設けられている。

受圧体４１は、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から構成される。
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。

第１連結部材４１２は、ダイアフラム４１１において低圧室３１５側に設けられる円板状の金属部材である。また、第２連結部材４１３は、ダイアフラム４１１に対して低圧室３１５側とは反対側に設けられる皿状の金属部材である。第２連結部材４１３には、第１スプリング４３の一端が係止される。
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。

第１スプリング４３は、第２連結部材４１３に形成される側とは反対側の他端をニードル４４に支持されるスプリングホルダ４４１に係止される。第１スプリング４３は、第２連結部材４１３とスプリングホルダ４４１とが離れる方向に第２連結部材４１３を付勢する。

スプリングホルダ４４１は、凹状の金属部材から形成され第２弁ケース３３の内部に収容されている。スプリングホルダ４４１の略中央には、ニードル４４の端部が当接している。スプリングホルダ４４１は、第２弁ケース３３に対するニードル４４の挿入の程度により、第２連結部材４１３との距離を変更可能である。これにより、第１スプリング４３のセット長が変更され、第１スプリング４３の付勢力を変更可能である。

連通路３１６は、第１弁ケース３１内に形成され、支持部材３９３の第２燃料室３１４を形成する端面とは異なる端面および連結軸３９の一方の端部３９２の端面が連通路３１６を形成する内壁の一部となる。連通路３１６は、第１弁ケース３１内で低圧室３１５と導出通路２７とを連通する。連通路３１６には、調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とにより調圧された低圧室３１５の低圧の気体燃料が流入する。

次に、気体燃料用圧力制御装置１の作用について図２〜５に基づいて説明する。

気体燃料用圧力制御装置１では、受圧体４１が第１弁ケース３１に対して相対移動すると連結軸３９が第１弁ケース３１に対して相対移動し、調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とが当接または離間する。また、遮断用弁体３７と遮断用弁座３８とは、調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とが当接した後に当接する。

受圧体４１は、低圧室３１５側および第１スプリング４３側から作用する作用力の大小関係に応じて相対移動する。受圧体４１には低圧室３１５側から以下の式１で表される作用力Ｆ１が作用する。
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。

エンジン２４が運転を停止しているとき、燃料タンク１３が供給する高圧の気体燃料は、コネクタ２６１および導入通路２６を介して第２燃料室３１４に流入している。一方、エンジン２４が停止しており気体燃料用圧力制御装置１の下流側では気体燃料が消費されないため、気体燃料用インジェクタ２３に接続する導出通路２７および低圧室３１５には、気体燃料用圧力制御装置１が供給した圧力で気体燃料が充填されている。このとき、作用力Ｆ１と作用力Ｆ２との大小関係は、以下の式３で表される。
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。

次に、エンジン２４の運転が開始され気体燃料用インジェクタ２３が気体燃料を吸気管２５に噴射すると、気体燃料用圧力制御装置１の下流側で気体燃料が消費される。これにより、圧力Ｐｏｕｔが低下し、式４の関係が成立しなくなり、作用力Ｆ１と作用力Ｆ２との関係は、以下の式５で表される。
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。

その後、導入通路２６と導出通路２７との連通により高圧の気体燃料が低圧室３１５に流れると、圧力Ｐｏｕｔが大きくなり、式４の右辺と左辺とが同じ値となる。このときの第１圧力Ｐｏｕｔ１は以下の式７のように表される。
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、例えば不具合により調圧用弁体３５と調圧用弁座３６との間のシールが維持できなくなった場合、第２燃料室３１４の気体燃料が低圧室３１５に流れる。気体燃料用圧力制御装置１では、圧力Ｐｏｕｔが高くなり作用力Ｆ１が大きくなる。大きくなる作用力Ｆ１により受圧体４１が第１スプリング４３側に変位すると、連結軸３９も第１スプリング４３側に変位する。圧力Ｐｏｕｔが式７の右辺の数式により算出される数値よりさらに大きい第２圧力Ｐｏｕｔ２以上になると、調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とが当接したのち、さらに連結軸３９が第１スプリング４３側に変位し、図４に示すように遮断用弁体３７が遮断用弁座３８に当接する。このとき、調圧用弁体３５は、規制部３９１との間に設けられている第２スプリング３５３により調圧用弁座３６に当接するように付勢されている。このように、気体燃料用圧力制御装置１では、調圧用弁体３５と調圧用弁座３６との間の気密が維持できなくなる場合、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と遮断用弁座３８とが当接する。

一実施形態による気体燃料用圧力制御装置１は、気体燃料の圧力を制御する調圧用弁体３５を金属から形成し、調圧用弁座３６を樹脂から形成している。また、第２燃料室３１４から第１燃料室３１３への燃料を遮断する遮断用弁座３８を金属から形成し、遮断用弁座３８に当接する遮断用弁体３７をゴムから形成している。
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。

また、気体燃料用圧力制御装置１では、耐久性が高い調圧用弁体３５と調圧用弁座３６とから構成される調圧弁、およびシール性が高い遮断用弁体３７と遮断用弁座３８とから構成される遮断弁を併用することで、「ロック圧力」を小さくすることができる。以下にその効果の詳細について図５に基づいて説明する。図５は、一実施形態による気体燃料用圧力制御装置１における導入通路２６の圧力および導出通路２７の圧力と導出通路２７を流れる気体燃料の流量の関係を示す特性図である。

ここで、「ロック圧力」について説明する。気体燃料用圧力制御装置において調圧用弁体と調圧用弁座とが当接しているときであっても、調圧用弁体と調圧用弁座との間の気密が十分でないと気体燃料が高圧である上流側から低圧である下流側に漏洩する。これにより、受圧体に作用する下流側の圧力が上昇し、連結軸が調圧用弁体をさらに調圧用弁座に押し付けると、上流側から下流側に流れる気体燃料の量は減少し、最終的には上流側から下流側への気体燃料の漏洩量が０になる。このときの最終的な下流側の圧力をロック圧力という。

気体燃料用圧力制御装置１では、図５の実線Ｌ１に示すように調圧用弁体３５が調圧用弁座３６に当接したとき、下流側の圧力は前述の気体燃料用圧力制御装置１の作用の説明で用いた第１圧力Ｐｏｕｔ１となっている。その後、上流側から下流側への気体燃料の漏洩により下流側の圧力が上昇し、高いシール性を有する遮断用弁体３７が遮断用弁座３８に当接すると上流側から下流側への気体燃料の漏洩が０となる。すなわち、ロック圧力は前述の気体燃料用圧力制御装置１の作用の説明で用いた第２圧力Ｐｏｕｔ２となる。

また、図５には、比較例の気体燃料用圧力制御装置における導入通路の圧力および排出通路の圧力と排出通路を流れる気体燃料の流量の関係を点線Ｌ２で示す。ここで、比較例の気体燃料用圧力制御装置は、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、および一実施形態による気体燃料用圧力制御装置１の受圧体４１と同じ有効径を有する受圧体を備える。
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。

また、ロック圧力が低くなるため、ロック圧力を例えば比較例と同程度に設定する場合、受圧体の有効径をより小さくすることができる。これにより、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では、連結軸３９の相対移動に合わせて調圧用弁体３５および遮断用弁体３７が移動する。これにより、気体燃料用圧力制御装置１の構成が簡単になり、また追加する部品の数も少なくなる。したがって、低コストで導入通路２６と導出通路２７とを確実に遮断することができる。

また、気体燃料用圧力制御装置１では、調圧用弁体３５のシート直径と第２シール部材３９５のシール径とは同じ大きさになるように設けられている。これにより、低圧室３１５の気体燃料の圧力が調圧用弁体３５を介して連結軸３９に作用する作用力と連通路３１６の気体燃料の圧力が連結軸３９に作用する作用力とが同じ大きさになり、これらの作用力を相互に打ち消すことができる。

また、気体燃料用圧力制御装置１では、調圧用弁体３５のシート直径と遮断用弁体３７のシート直径とは同じ大きさになるように形成されている。これにより、第１燃料室３１３の気体燃料の圧力が連結軸３９に作用する作用力と第１燃料室３１３の気体燃料の圧力が遮断用弁体３７を介して連結軸３９に作用する作用力とが同じ大きさになり、これらの作用力を相互に打ち消すことができる。

（他の実施形態）
（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。

（イ）上述の実施形態では、調圧用弁体が金属で形成され、調圧用弁座が樹脂から形成されるとした。しかしながら、調圧用弁体が樹脂から形成され、調圧用弁座が金属から形成されてもよい。

（ウ）上述の実施形態では、遮断用弁体の環状部材がゴムで形成され、遮断用弁座が金属から形成されるとした。しかしながら、遮断用弁体が金属から形成され、遮断用弁座がゴムから形成されてもよい。

（エ）上述の実施形態では、調圧用弁体のシート直径と第２シール部材のシール径とは同じ大きさであるとした。また、調圧用弁体のシート直径と遮断用弁体のシート直径とは同じ大きさであるとした。しかしながら、調圧用弁体のシート直径、遮断用弁体のシート直径、および第２シール部材のシール径の大きさの関係はこれに限定されない。

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で実施可能である。

１・・・気体燃料用圧力制御装置、
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

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。