JP5850256B2

JP5850256B2 - 気体燃料用圧力制御装置

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Publication number: JP5850256B2
Application number: JP2012185333A
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: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2016-02-03
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: JP2014044505A

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。

気体燃料用インジェクタに供給する気体燃料の圧力（以下、「供給圧力」という）を任意に変更可能な気体燃料用圧力制御装置には、調圧弁の故障時に高圧の気体燃料が気体燃料用インジェクタに流入することを防止するリリーフ機能が備えられている。リリーフ機能が作動する圧力（以下、「リリーフ圧力」という）は、気体燃料用圧力制御装置が通常の圧力制御時にリリーフ機能が作動しないように気体燃料用圧力制御装置が供給可能な最大圧力よりさらに大きくしなければならない。しかしながら、エンジンが低負荷状態またはアイドル状態であって供給圧力が低圧の場合、リリーフ圧力と供給圧力との差が大きくなり、リリーフ機能が有効に作用しない。

特許文献１には、調圧弁用のスプリングに付勢され出口の気体燃料の圧力が低いとき感圧体に当接し密閉空間を形成する逃し弁を備え、出口の気体燃料の圧力が調圧弁用のスプリングの付勢力より大きくなるとき、逃し弁が感圧体より離間し出口に滞留する気体燃料を大気に放出する減圧弁が記載されている。

特許２７２０２９０号明細書

しかしながら、特許文献１に記載の減圧弁では、感圧体を挟んで出口と大気とが摺動部によってシールされているため、通常の圧力制御時に気体燃料が出口から大気に連続的に漏れるおそれがある。

本発明の目的は、任意に変更される気体燃料の供給圧力に応じてリリーフ圧力を変更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、弁ケース内に設けられる調圧用弁座と、弁ケース内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ことにより導入通路と導出通路とを遮断または連通する調圧用弁体と、調圧用弁体と連結し導出通路と大気との気密を維持するように弁ケースに支持され導出通路の気体燃料の圧力が作用することにより弁ケースに対して変位する受圧体と、受圧体に対して大気側に設けられるリリーフ用弁座と、リリーフ用弁座とともに導出通路と連通する受圧空間を形成しリリーフ用弁座に当接または離間することにより受圧空間と大気とを遮断または連通するリリーフ用弁体と、リリーフ用弁体を介して受圧体を付勢する付勢手段と、リリーフ用弁体を介して受圧体を付勢する電磁付勢手段と、を備える。

本発明の気体燃料用圧力制御装置では、受圧空間の気体燃料の圧力を受けリリーフ用弁体が受圧体に対して変位することにより、導出通路の圧力を大気に開放することを特徴とする。
導出通路と大気との気密を維持する受圧体には、導出通路側から導出通路の気体燃料の圧力が作用するとともに大気側からリリーフ用弁体を介して付勢手段による第１付勢力および電磁付勢手段による第２付勢力が作用する。受圧体には調圧用弁体が連結しており、導出通路の気体燃料の圧力、すなわち気体燃料用圧力制御装置の供給圧力は、付勢手段による第１付勢力と電磁付勢手段による第２付勢力との合計および受圧体の受圧面積との関係により決定される。

一方、第１付勢力および第２付勢力が作用するリリーフ用弁体は、導出通路と連通する受圧空間を形成する。すなわち、受圧空間の気体燃料の圧力は、供給圧力と同じとなる。受圧空間の気体燃料の圧力が第１付勢力と第２付勢力との合計およびリリーフ用弁体の受圧面積との関係から算出される力より大きくなると、リリーフ用弁体がリリーフ用弁座から離間し、受圧空間を介して導出通路と大気とを連通する。これにより、導出通路の気体燃料の圧力を決定する第１付勢力と第２付勢力との合計の大きさに応じて、リリーフ用弁体がリリーフ用弁座から離間する圧力、すなわち気体燃料用圧力制御装置のリリーフ圧力が決定される。したがって、気体燃料用圧力制御装置では、任意に変更される供給圧力の大きさに応じてリリーフ圧力を変更することができる。

また、供給圧力の大きさに応じてリリーフ圧力が変更されるため、気体燃料用圧力制御装置の下流側に位置する供給管や気体燃料用インジェクタの耐圧を低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の製造コストを低減することができる。

また、供給圧力およびリリーフ圧力ともに付勢手段による第１付勢力および電磁付勢手段による第２付勢力から決定される。これにより、本発明の気体燃料用圧力制御装置は、受圧体の大気側に設けられるリリーフ用弁体およびリリーフ用弁座のみによってリリーフ機能を有することができる。したがって、部品点数を少なくすることができる。

また、導出通路と大気とは受圧体によって気密が維持されている。これにより、気体燃料用圧力制御装置における通常の圧力制御時に気体燃料が導出通路から直接大気に漏れ出すことを防止できる。

本発明の第１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。本発明の第１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。本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置におけるリリーフ用弁体に作用する力の作用方向を示す断面図である。本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置における気体燃料の供給圧力とリリーフ圧力との関係を説明する特性図である。本発明の第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置における指令電流と供給圧力との関係を説明する特性図である。本発明の第２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。本発明の第３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。

以下、本発明の複数の実施形態について図面に基づいて説明する。

（第１実施形態）
本発明の第１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」としての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２４、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接続管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、接続管７を介して気体燃料用圧力制御装置１に接続する。接続管７には、手動による接続管７の遮断が可能な元弁１５、ＥＣＵ９からの指令により接続管７の遮断が可能な主止弁１６などが設けられている。

気体燃料用圧力制御装置１は、接続管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２４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２４に供給可能な圧力である０．２〜０．６５ＭＰａまで減圧する。気体燃料用圧力制御装置１は、気体燃料用インジェクタ２４に供給される気体燃料の圧力を所望の圧力範囲内で変更可能である。また、気体燃料用圧力制御装置１には、気体燃料用インジェクタ２４側の気体燃料の圧力が所定の圧力以上となった場合、気体燃料を大気に開放するリリーフ機能を有する。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２３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２４に供給される。気体燃料用インジェクタ２４は、電気的に接続するＥＣＵ９の指示に応じて吸気管２５内に気体燃料を噴射する。気体燃料用インジェクタ２４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。ＥＣＵ９は、入力される気体燃料に関する情報や車両の走行に関する情報を基づいて気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力を決定し、気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力を変更可能な電磁駆動部４０に出力する。

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２６の吸気ポートからシリンダ２６１内に導入される。エンジン２６では、ピストン２６２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２４に供給可能な低圧に減圧して気体燃料用インジェクタ２４よりエンジン２６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２４に供給される気体燃料用インジェクタ２４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、３中の実線矢印Ｌは、液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３２、調圧用弁体３３、ダイアフラム３６１、リリーフ用弁体３７、リリーフ用弁座３８、第２スプリング３９、および電磁駆動部４０などを備える。このうち、調圧用弁体３３、ダイアフラム３６１、リリーフ用弁体３７、リリーフ用弁座３８、および第２スプリング３９は、第１弁ケース３１および第２弁ケース３２内に収容される。第１弁ケース３１および第２弁ケース３２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る。第１弁ケース３１は、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の略中央には、調圧用弁体３３を往復移動可能に収容する高圧室３４が形成される。高圧室３４は、第１連通孔３１３を介してフランジ部３１２に形成される低圧室３５と連通するとともに、円柱部３１１に形成される連通路３１４を介して低圧室３５と連通する。円柱部３１１の径方向外側の側部には導入通路３１５が形成される。導入通路３１５は、円柱部３１１の軸に略垂直な方向から高圧室３４に連通し、燃料タンク１３が供給する高圧の気体燃料を高圧室３４に導入する。

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、ダイアフラム３６１および連結部材３６２とともに低圧室３５を形成する。フランジ部３１２の径方向外側には低圧室３５と連通する導出通路３１６が形成される。導出通路３１６は、第１弁ケース３１の中心軸に対して導入通路３１５とは反対側に形成され、低圧室３５の気体燃料を供給管８を介して気体燃料用インジェクタ２４に供給する。

第２弁ケース３２は、有底筒状の金属から形成される。第２弁ケース３２は、一体に形成される筒部３２１およびフランジ部３２２から構成される。第２弁ケース３２は、フランジ部３２２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３２１は、有底筒状をなし、径方向外側の側壁に気体燃料用圧力制御装置１の外部と筒部３２１の内部とを連通する連通路３２３が形成される。底部には、電磁駆動部４０のニードル４２が挿通される開口３２４が形成される。

フランジ部３２２は、筒部３２１の開口側に接続され、筒部３２１の外径より大きい外径を有している。フランジ部３２２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３６１の端部が挟まれている。

調圧用弁体３３は、第１弁ケース３１の軸方向に対して平行に設けられており、第２弁ケース３２側から第１シャフト部３３１、主弁部３３２、および第２シャフト部３３３から構成される。
第１シャフト部３３１は、円柱形状をなし、第１連通孔３１３に挿通されている。第１シャフト部３３１の第２弁ケース３２側の端部は連結部材３６２に連結し、もう一方の端部は主弁部３３２の第２弁ケース３２側の端部に接続する。

主弁部３３２は、最大の外径が第１シャフト部３３１および第２シャフト部３３３より大きくなるように形成されている。主弁部３３２の第２弁ケース３２側の端部は、円錐台形状をなしており、外径が最も小さくなる箇所で第１シャフト部３３１と接続する。主弁部３３２が第２弁ケース３２側に移動するとき、主弁部３３２の円錐面３３４は第１連通孔３１３の高圧室３４側を形成する縁部３１７に当接する。縁部３１７は、特許請求の範囲に記載の「調圧用弁座」に相当する。

主弁部３３２の第２弁ケース３２側とは反対側の端部は円柱状をなしており、第２シャフト部３３３と接続する。主弁部３３２の第２シャフト部３３３と接続する端面には、段差面３３７が形成される。段差面３３７には、第１スプリング３３５の一端が当接している。第１スプリング３３５の他端は、図２に示すように高圧室３４を形成する第１弁ケース３１の内壁に当接している。第１スプリング３３５は、調圧用弁体３３を第２弁ケース３２側に付勢する。

第２シャフト部３３３は、円柱形状をなしている。第２シャフト部３３３の断面積の大きさは、主弁部３３２と縁部３１７とが当接する部分の径内方向の面積と同じ大きさになるように形成されている。これにより、低圧室３５の気体燃料が調圧用弁体３３に作用する図２の紙面上方向の力の大きさと、連通路３１４の気体燃料が調圧用弁体３３に作用する図２の紙面下方向の力の大きさとを同じにする。第２シャフト部３３３の径方向外側の外壁は、連通路３１４の内壁に設けられる環状のシール部材３３６に当接する。シール部材３３６は、連通路３１４と高圧室３４との気密を維持する。

ダイアフラム３６１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３２のフランジ部３２２と間に挟まれることで支持される。ダイアフラム３６１の内周側の端部には、連結部材３６２が接続する。

連結部材３６２は、円板形状をなしており、第１弁ケース３１側に第１シャフト部３３１が連結する。連結部材３６２の下部は、ダイアフラム３６１に接続する。これにより、ダイアフラム３６１および連結部材３６２が低圧室３５の気体燃料の圧力の大きさによって第１弁ケース３１に対して変位し、連結部材３６２に連結する調圧用弁体３３が第１弁ケース３１に対して変位する。連結部材３６２には、低圧室３５と連通する第２連通孔３６３が形成されている。以下、ダイアフラム３６１と連結部材３６２とを組み合わせた部材を受圧体３６と呼ぶ。

リリーフ用弁体３７は、受圧体３６に対して低圧室３５側とは反対側に設けられる凹状の金属部材である。リリーフ用弁体３７の凹部３７１は、第２連通孔３６３を介して低圧室３５と連通する受圧空間３７２を形成する内壁となる。リリーフ用弁体３７の縁部３７３にはシール部材３７４が設けられ、リリーフ用弁体３７がリリーフ用弁座３８に当接するとき、受圧空間３７２と第２弁ケース３２の内部との気密を維持する。

リリーフ用弁座３８は、ダイアフラム３６１に対して低圧室３５側とは反対側に設けられ、ダイアフラム３６１および連結部材３６２に固定されている。すなわち、リリーフ用弁座３８は、受圧体３６とともに第１弁ケース３１に対して変位する。リリーフ用弁座３８に形成される第３連通孔３８１は、受圧空間３７２と第２連通孔３６３とを連通する。

第２スプリング３９は、一端をリリーフ用弁体３７の縁部３７３にダイアフラム３６１とは反対側から当接する。また、他端は第２弁ケース３２内に設けられるスプリングホルダ３９１に当接する。第２スプリング３９は、リリーフ用弁体３７を介してダイアフラム３６１および連結部材３６２を第１弁ケース３１側に付勢する。第２スプリング３９は、特許請求の範囲に記載の「付勢手段」に相当する。

スプリングホルダ３９１は、凹状の金属部材から形成されている。スプリングホルダ３９１は、第２弁ケース３２の内部に設けられている。第２弁ケース３２の筒部３２１の内壁にはねじ溝３２５が形成されており、スプリングホルダ３９１の外壁に形成されているねじ溝と係合する。スプリングホルダ３９１は、当該ねじ溝どうしの係合を利用して第２弁ケース３２に対する位置を変更する。これにより、スプリングホルダ３９１に当接する第２スプリング３９のセット長が変更され、第２スプリング３９の付勢力を変更することができる。スプリングホルダ３９１は、特許請求の範囲に記載の「付勢力調整手段」に相当する。

電磁駆動部４０は、リニアソレノイドであり、ハウジング４１、ニードル４２、およびコイル４３などから構成される。電磁駆動部４０は、ニードル４２を気体燃料用圧力制御装置１の軸方向に移動させることにより、気体燃料用圧力制御装置１が開弁可能な圧力を変更する。電磁駆動部４０は、特許請求の範囲に記載の「電磁付勢手段」に相当する。

ハウジング４１は、第２弁ケース３２の第１弁ケース３１と接続する側とは反対側に接続する。ハウジング４１は、ニードル４２の一部、およびコイル４３を収容する。

ニードル４２は、第２弁ケース３２の開口３２４に挿通される円柱状の金属部材である。ニードル４２は、電磁駆動部４０および第２弁ケース３２の内部を往復移動可能に収納されている。ニードル４２の第１弁ケース３１側の一方の端部は、リリーフ用弁体３７の凹部３７１に当接する。他方の端部は、ハウジング４１内に位置する。

コイル４３は、ニードル４２の径外方向に設けられる。コイル４３には、ＥＣＵ９から指令電流が供給される。コイル４３に指令電流が供給されると、コイル４３の周辺に指令電流に応じた磁束が発生する。これにより、ハウジング４１とニードル４２との間に磁気吸引力が発生する。発生する電磁吸引力により、ニードル４２はリリーフ用弁体３７を介してダイアフラム３６１および連結部材３６２を第１弁ケース３１側に付勢する。

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。

接続管７を通る燃料タンク１３内の気体燃料は、導入通路３１５を介して高圧室３４に流入する。高圧室３４に流入する高圧の気体燃料は、調圧用弁体３３と第１弁ケース３１の縁部３１７との離間により供給圧力まで減圧され、低圧室３５に移動する。

図３に示すように、受圧体３６の有効直径をＤ１（ｍ）、第２スプリング３９がリリーフ用弁体３７に作用する第１付勢力をＦｓｐ（Ｎ）、電磁駆動部４０がニードル４２を介してリリーフ用弁体３７に作用する第２付勢力をＦｓｏｌ（Ｎ）、とすると、供給圧力Ｐｏｕｔ（Ｐａ）は以下の式１で表される。
Ｐｏｕｔ＝（Ｆｓｐ＋Ｆｓｏｌ）／［π×（Ｄ１／２）²］・・・式１
ここで、第１付勢力Ｆｓｐは減圧制御中では不変であるが、第２付勢力Ｆｓｌはコイル４３を流れる指令電流の大きさによって変更可能である。したがって。気体燃料用圧力制御装置１では、第２付勢力Ｆｓｏｌを変更することにより、供給圧力Ｐｏｕｔを変更可能である。なお、第１付勢力Ｆｓｐおよび第２付勢力Ｆｓｏｌは、リリーフ用弁体３７、連結部材３６２を介して調圧用弁体３３に作用する。式１に含まれる［π×（Ｄ１／２）²］は特許請求の範囲に記載の「第２受圧面積」に相当する。

図５にＥＣＵ９が電磁駆動部４０に出力する指令電流の大きさと気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力との関係を示す。指令電流が０のとき、電磁駆動部４０ではニードル４２に対する電磁吸引力が発生しないため、調圧用弁体３３には第２スプリング３９の第１付勢力Ｆｓｐのみが付加される。このとき、気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力Ｐｏｕｔは、式１より第２スプリング３９の第１付勢力Ｆｓｐを受圧体３６の有効面積（π×（Ｄ１／２）²）で割った値となる。このときの供給圧力Ｐｏｕｔは、例えば図５に示すように、０．２ＭＰａである。

電磁駆動部４０に出力される指令電流が０より大きくなると、気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力Ｐｏｕｔは大きくなる。このとき、気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力Ｐｏｕｔは、第２スプリング３９の第１付勢力Ｆｓｐに電磁駆動部４０が発生する第２付勢力Ｆｓｏｌを加えた値を受圧体３６の有効面積（π×（Ｄ１／２）²）で割った値となる。図５に示すように、最大電流Ｅ１をコイル４３に通電する場合、気体燃料用圧力制御装置１の供給圧力Ｐｏｕｔは、例えば、最大で０．６５ＭＰａである。このように、気体燃料用圧力制御装置１は、電磁駆動部４０に出力される指令電流の大きさによって気体燃料用インジェクタ２４に排出する気体燃料の圧力を変更する。

一方、気体燃料用圧力制御装置１の不具合などにより、調圧用弁体３３が縁部３１７から離間したままとなるとき、低圧室３５の圧力は高圧室３４からの気体燃料の流入により高くなる。この場合、低圧室３５と連通する受圧空間３７２の圧力も上昇する。受圧空間３７２の圧力がリリーフ圧力Ｐｒｅｌ（Ｐａ）以上となる場合、リリーフ用弁体３７がリリーフ用弁座３８から離間し、受圧空間３７２および低圧室３５の気体燃料は第２弁ケース３２の内部および連通路３２３を介して大気に放出される。

図３に示すように、リリーフ用弁体３７が受圧空間３７２の気体燃料の圧力を受ける面の直径をＤ２（ｍ）とすると、リリーフ圧力Ｐｒｅｌ（Ｐａ）は以下の式２で表される。
Ｐｒｅｌ＝（Ｆｓｐ＋Ｆｓｏｌ）／［π×（Ｄ２／２）²］・・・式２
式２に含まれる［π×（Ｄ２／２）²］は特許請求の範囲に記載の「第１受圧面積」に相当する。

第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置１では、上述したように電磁駆動部４０による第２付勢力の変更により供給圧力Ｐｏｕｔを変更する。一方、気体燃料用圧力制御装置１では、受圧空間３７２の圧力がリリーフ圧力Ｐｒｅｌ以上になると、リリーフ用弁体３７がリリーフ用弁座３８から離間し、高圧の気体燃料を大気に開放する。このとき、リリーフ圧力Ｐｒｅｌは、変更可能な供給圧力Ｐｏｕｔに対して常に大きな値となるように変更することができる。

ここで、図４に第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置１における供給圧力とリリーフ圧力との関係を説明する特性図を示す。図４には、比較例の気体燃料用圧力制御装置における供給圧力とリリーフ圧力との関係も示す。比較例の気体燃料用圧力制御装置は、供給圧力が固定されており、一定である。また、リリーフ機能を果たすリリーフ弁は圧力制御弁とは別異に設けられている。すなわち、供給圧力を制御する圧力制御用スプリングとリリーフ圧力を決定するリリーフ用スプリングとは別異に設けられている。

比較例の気体燃料用圧力制御装置では、圧力制御用スプリングとリリーフ用スプリングとが別異に設けられているため、それぞれのスプリングにおけるばらつきを考慮してリリーフ圧力が設定される。すなわち、図４の紙面右側に示すように、供給圧力範囲ＰＣｏｕｔは、圧力制御用スプリングのばらつきを考慮し実線白抜き矢印の範囲で示されるが、この圧力範囲内で圧力を任意に変更できない。これに対して、点線白抜き矢印で示されるリリーフ圧力範囲ＰＣｒｅｌにもリリーフ用スプリングのばらつきを考慮するため、リリーフ圧力範囲ＰＣｒｅｌは、当該供給圧力範囲ＰＣｏｕｔの範囲外であって供給圧力範囲ＰＣｏｕｔの最高圧力より高い圧力範囲に設定される。これにより、比較例の気体燃料用圧力制御装置では供給圧力がＰｏｕｔ３である場合、リリーフ圧力Ｐｒｅｌ３は、圧力制御用スプリングおよびリリーフ用スプリングそれぞれのばらつきを考慮した高圧となり、供給圧力とリリーフ圧力との差が大きくなるだけでなく、リリーフ圧力が比較的高圧になる。

一方、第１実施形態による気体燃料用圧力制御装置１では、式１および式２に示したように、供給圧力Ｐｏｕｔおよびリリーフ圧力Ｐｒｅｌのいずれも第１付勢力Ｆｓｐおよび第２付勢力Ｆｓｏｌにより決定される。具体的には、供給圧力Ｐｏｕｔとリリーフ圧力Ｐｒｅｌとの関係を式１および式２から以下の式３が導かれる。
Ｐｒｅｌ＝Ｐｏｕｔ×（Ｄ１/Ｄ２）² ・・・式３
式３より、供給圧力Ｐｏｕｔとリリーフ圧力Ｐｒｅｌとの関係は、受圧体３６の有効直径Ｄ１と、リリーフ用弁体３７が受圧空間３７２の気体燃料の圧力を受ける面の直径Ｄ２との関係から導出することができる。有効直径Ｄ１は、直径Ｄ２より大きいため、リリーフ圧力Ｐｒｅｌは、常に供給圧力Ｐｏｕｔより大きい値となる。

気体燃料用圧力制御装置１における供給圧力Ｐｏｕｔとリリーフ圧力Ｐｒｅｌとの関係を図４で具体的に示す。供給圧力が最低供給圧力範囲ＰＬｏｕｔの圧力Ｐｏｕｔ１である場合、リリーフ圧力Ｐｒｅｌ１は、Ｐｏｕｔ１×（Ｄ２/Ｄ１）²となる。供給圧力が最低供給圧力範囲ＰＬｏｕｔ内の異なる圧力であっても、リリーフ圧力は、当該異なる圧力の（Ｄ２/Ｄ１）²倍の圧力となり、最低リリーフ圧力範囲はＰＬｒｅｌで示す範囲となる。また、供給圧力が最高供給圧力範囲ＰＨｏｕｔの圧力Ｐｏｕｔ２である場合、リリーフ圧力Ｐｒｅｌ２は、Ｐｏｕｔ２×（Ｄ２/Ｄ１）²となる。供給圧力が最高供給圧力範囲ＰＨｏｕｔ内の異なる圧力であっても、リリーフ圧力は、当該異なる圧力の（Ｄ２/Ｄ１）²倍の圧力となり、最高リリーフ圧力範囲はＰＨｒｅｌで示す範囲となる。このように、気体燃料用圧力制御装置１では、供給圧力の変更に応じてリリーフ圧力を変更することができる。

また、供給圧力Ｐｏｕｔとリリーフ圧力Ｐｒｅｌとの関係は、式３に示したように有効直径Ｄ１と直径Ｄ２との関係から導出することができることから、供給圧力Ｐｏｕｔとリリーフ圧力Ｐｒｅｌとの関係では、第２スプリング３９のばらつきは影響しない。これにより、リリーフ圧力Ｐｒｅｌは、常に供給圧力Ｐｏｕｔに対して（Ｄ２/Ｄ１）²倍の圧力となり、比較例の気体燃料用圧力制御装置のように供給圧力とリリーフ圧力との差が大きくなることがなくなる。特に供給圧力Ｐｏｕｔが高圧である場合、低圧室３５の気体燃料の圧力が当該供給圧力Ｐｏｕｔより大きくなると、リリーフ機能が作動し気体燃料を大気に開放する。したがって、気体燃料用圧力制御装置１より下流側に位置する供給管８や気体燃料用インジェクタ２４などの耐圧を低くすることができ、製造コストを低減することができる。

また、リリーフ圧力Ｐｒｅｌは供給圧力Ｐｏｕｔを設定する第２スプリング３９および電磁駆動部４０によって決定される。すなわち、供給圧力Ｐｏｕｔとリリーフ圧力Ｐｒｅｌとは同じ付勢力によって決定される。これにより、第２スプリング３９の第１付勢力Ｆｓｐおよび電磁駆動部４０が発生する第２付勢力Ｆｓｏｌが作用するリリーフ用弁体３７、およびリリーフ用弁座３８のみによりリリーフ機能を果たすことができる。したがって、部品点数を少なくすることができる。

また、通常の圧力制御時、低圧室３５と大気とは受圧体３６によってシールされているため、気体燃料用圧力制御装置１の作動中に気体燃料が低圧室３５から直接大気に漏れ出すことを防止できる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置を図６に基づいて説明する。第２実施形態は、第１実施形態と異なり、リリーフ用弁体およびリリーフ用弁座の形状が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、図６中の実線矢印Ｌは、液体燃料が流れる方向を示す。

第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置２のリリーフ用弁体５７は、略円柱状の金属部材である。リリーフ用弁体５７は、ガイド部５７１、中径部５７２、大径部５７３、およびニードル当接部５７４が一体となって形成される。
ガイド部５７１は、後述するリリーフ用弁座５８の内部に挿入される。
中径部５７２は、ガイド部５７１より大きな外径を有する。中径部５７２の径方向外側には、リリーフ用弁座５８の内壁と当接し受圧空間５８２と第２弁ケース３２の内部との気密を維持するシール部材５７５が設けられる。

大径部５７３は、中径部５７２より大きな外径を有する。「縁部」としての大径部５７３と大径部５７３の外径より小さい外径を有するニードル当接部５７４との間には段差面５７６が形成される。段差面５７６には第２スプリング３９の一端が当接する。ニードル当接部５７４には、ニードル４２の一端が当接する。

リリーフ用弁座５８は、凹状の金属部材である。リリーフ用弁座５８は、底部５８３、第１筒部５８４、第２筒部５８５が一体となって形成される。
底部５８３は、ダイアフラム３６１および連結部材３６２に接続する。底部５８３には連結部材３６２の第２連通孔３６３に連通する第３連通孔５８１が形成されている。底部５８３の両端には電磁駆動部４０の方向に延びる第１筒部５８４が接続する。

第１筒部５８４は、底部５８３、リリーフ用弁体５７のガイド部５７１とともに受圧空間５８２を形成する。
第２筒部５８５は、内径が第１筒部５８４より大きくなるように形成される。第１筒部５８４と第２筒部５８５とが接続する箇所には段差面５８６が形成される。段差面５８６は、中径部５７２の第１弁ケース３１側の端面が当接可能である。第２筒部５８５は、特許請求の範囲に記載の「リリーフ用弁座の筒部」に相当する。

第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置２では、受圧空間５８２が低圧室３５と連通しており、低圧室３５の気体燃料の圧力がリリーフ圧力Ｐｒｅｌ（Ｎ）以上となるとき、リリーフ用弁体５７がリリーフ用弁座５８から離間し、受圧空間５８２および低圧室３５の気体燃料は第２弁ケース３２の内部および連通路３２３を介して大気に放出される。リリーフ用弁体５７には、第２スプリング３９の第１付勢力Ｆｓｐおよび電磁駆動部４０が発生する第２付勢力Ｆｓｏｌが作用する。すなわち、第１付勢力Ｆｓｐおよび第２付勢力Ｆｓｏｌは、リリーフ用弁体５７を介して受圧体３６および調圧用弁体３３に作用する。これにより、第２実施形態による気体燃料用圧力制御装置２は、第１実施形態と同じ効果を奏する。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置を図７に基づいて説明する。第３実施形態は、第１実施形態と異なり、圧力制御を行う弁が２つ設けられる点が異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。また、図７中の実線矢印Ｌは、液体燃料が流れる方向を示す。

第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置３は、減圧弁４を備える。減圧弁４は、いわゆるポペット型バルブであって、第３弁ケース６０、減圧弁体６３、ダイアフラム６６１、および第４スプリング６９などを備える。減圧弁体６３、ダイアフラム６６１、および第４スプリング６９は、第１弁ケース３１および第３弁ケース６０内に収容される。

第１弁ケース３１は、円柱部３１１、フランジ部３１２の他に減圧弁部６１３を備える。
減圧弁部６１３は、円柱部３１１の径方向外側に接続する。減圧弁部６１３の第３弁ケース６０側の端部には凹部が形成され、後述するダイアフラム６６１および連結部材６６２とともに第２減圧室６５を形成する。減圧弁部６１３の略中央には、減圧弁体６３を往復移動可能に収容する第１減圧室６４が形成される。第１減圧室６４は、連通孔６１１を介して第２減圧室６５と連通するとともに、連通路６１２を介して第２減圧室６５と連通する。減圧弁部６１３には接続管７を介して燃料タンク１３と連通する減圧弁用導入通路６１４が形成される。減圧弁部６１３が円柱部３１１と接続する部位には、連通路６１５が形成される。連通路６１５は、第２減圧室６５と高圧室３４とを連通する。減圧弁部６１３の凹部側の端部には第３弁ケース６０が接続する。

第３弁ケース６０は、有底筒状の金属から形成される。第３弁ケース６０は、筒部６０１、およびフランジ部６０２から構成される。筒部６０１とフランジ部６０２とは一体に形成される。第３弁ケース６０は、フランジ部６０２を減圧弁部６１３の凹部が形成されている端部に接続するように設けられる。

筒部６０１は、有底筒状をなし、径方向外側の側壁に気体燃料用圧力制御装置３の外部と筒部６０１の内部とを連通する連通路６０３が形成される。

減圧弁体６３は、調圧用弁体３３の移動方向に略平行に移動可能なように設けられている。減圧弁体６３は、第３弁ケース６０側から、第１シャフト部６３１、減圧弁部６３２、および第２シャフト部６３３から構成される。
第１シャフト部６３１は、円柱形状をなす。第１シャフト部６３１の一方の端部は連結部材６６２に連結し、他方の端部は減圧弁部６３２の第３弁ケース６０側に接続する。第１シャフト部６３１は、連通孔６１１に挿通されている。

減圧弁部６３２は、最大の外径が第１シャフト部６３１および第２シャフト部６３３より大きくなるように形成されている。減圧弁部６３２の第３弁ケース６０側の端部は、円錐台形状をなしており、外径が最も小さくなる箇所で第１シャフト部６３１と接続する。減圧弁部６３２が第３弁ケース６０側に移動するとき、減圧弁部６３２の円錐面６３４は連通孔６１１の第１減圧室６４側を形成する縁部６１６に当接する。

減圧弁部６３２の第３弁ケース６０側とは反対側の端部は円柱状をなしており、第２シャフト部６３３と接続する。減圧弁部６３２の第２シャフト部６３３と接続する端面には第３スプリング６３５の一端が当接している。第３スプリング６３５の他端は、第１減圧室６４を形成する第１弁ケース３１の内壁に当接している。第３スプリング６３５は、減圧弁体６３を第３弁ケース６０側に付勢する。

第２シャフト部６３３は、円柱形状をなしている。第２シャフト部６３３の断面積の大きさは、減圧弁部６３２と連通孔６１１を形成する縁部６１６とが当接する部分の径内方向の面積と同じ大きさになるように形成されている。これにより、第２減圧室６５の気体燃料が減圧弁体６３に作用する図７の紙面上方向の力の大きさと、連通路６１２の気体燃料が減圧弁体６３に作用する図７の紙面下方向の力の大きさとを同じにする。第２シャフト部６３３の径方向外側の外壁は、連通路６１２の内壁に設けられる環状のシール部材６３６に当接する。シール部材６３６は、連通路６１２と第１減圧室６４との気密を維持する。

ダイアフラム６６１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と第３弁ケース６０のフランジ部６０２との間に挟まれることで支持される。また、ダイアフラム６６１の内周側の端部には、連結部材６６２が接続する。

連結部材６６２は、円板形状をなしており、第１弁ケース３１側に第１シャフト部６３１が連結する。連結部材６６２の下部は、ダイアフラム６６１に接続する。これにより、ダイアフラム６６１および連結部材６６２が第２減圧室６５の気体燃料の圧力の大きさによって第１弁ケース３１に対して変位し、これに合わせて減圧弁体６３が第１弁ケース３１に対して変位する。

第４スプリング６９は、一端を連結部材６６２の縁部に当接する。また、他端は第３弁ケース６０の内壁に当接する。第４スプリング６９は、ダイアフラム６６１および連結部材６６２を第１弁ケース３１側に付勢する。

第３実施形態による気体燃料用圧力制御装置３では、減圧弁４により燃料タンク１３内の気体燃料の圧力を「所定の圧力」、例えば燃料タンク１３内の圧力である２０Ｍｐａより低く、かつ気体燃料用インジェクタ２４に供給可能な最高圧力である０．６５Ｍｐａより高い圧力に一旦減圧する。減圧弁４によって減圧された気体燃料は、連通路６１５を通って高圧室３４に流入する。これにより、気体燃料用圧力制御装置３では、減圧弁４の下流での圧力制御において高圧室３４と低圧室３５との圧力差を小さくすることができる。したがって、電磁駆動部４０や第２スプリング３９を小型にすることができるとともに、電磁駆動部４０での消費電力を低減することができる。

（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、図５に示すように指令電流が大きくなると、気体燃料圧力制御装置が排出する気体燃料の圧力が大きくなるとした。しかしながら、指令電流と気体燃料圧力制御装置が排出する気体燃料の圧力との関係はこれに限定されない。指令電流が大きくなると、気体燃料圧力制御装置が排出する気体燃料の圧力が小さくなるとしてもよい。

（ウ）上述の第１実施形態では、調圧用弁体の第２シャフト部の断面積は、主弁部と縁部とが当接する部分の径内方向の面積と同じであるとした。また、上述の第３実施形態では減圧弁体の第２シャフト部の断面積は、減圧弁部と縁部とが当接する部分の径内方向の面積と同じであるとした。しかしながら、第２シャフト部の断面積と、主弁部と縁部とが当接する部分の径内方向の面積との関係、または、第２シャフト部の断面積と、減圧弁部と縁部とが当接する部分の径内方向の面積との関係はこれに限定されない。

（エ）上述の実施形態では、電磁付勢手段は、リニアソレノイドであるとした。しかしながら、電磁付勢手段はこれに限定されない。第２スプリングと独立してリリーフ用弁体に作用する付勢力を電磁的に調整可能な電磁付勢手段であればよい。

（オ）上述の実施形態では、コイルに流れる指令電流の最低値を０であるとした。しかしながら、指令電流の最低値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、２、３・・・気体燃料用圧力制御装置、
３１・・・第１弁ケース（弁ケース）、
３１５・・・導入通路、
３１６・・・導出通路、
３１７・・・縁部（調圧用弁座）、
３２・・・第２弁ケース（弁ケース）、
３３・・・調圧用弁体、
３６・・・受圧体、
３６３・・・第２連通孔（連通孔）
３７、５７・・・リリーフ用弁体、
３７２・・・受圧空間、
３８、５８・・・リリーフ用弁座、
３９・・・第２スプリング（付勢手段）、
４０・・・電磁駆動部（電磁付勢手段）。

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（２４）を介して内燃機関（２６）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、２、３）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（３１５）、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（３１６）を形成する弁ケース（３１、３２）と、
前記弁ケース内に設けられる調圧用弁座（３１７）と、
前記弁ケース内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ことにより前記導入通路と前記導出通路とを遮断または連通する調圧用弁体（３３）と、
前記調圧用弁体と連結し、前記導出通路と大気との気密を維持するように前記弁ケースに支持され、前記導出通路の気体燃料の圧力が作用することにより前記弁ケースに対して変位する受圧体（３６）と、
前記受圧体に対して大気側に設けられるリリーフ用弁座（３８、５８）と、
前記リリーフ用弁座とともに前記導出通路と連通する受圧空間（３７２）を形成し、前記リリーフ用弁座に当接または離間することにより前記受圧空間と大気とを遮断または連通するリリーフ用弁体（３７、５７）と、
前記リリーフ用弁体を介して、前記導入通路と前記導出通路とを連通する方向に前記調圧用弁体が移動するように前記受圧体を付勢する付勢手段（３９）と、
前記リリーフ用弁体を介して前記受圧体を付勢する電磁付勢手段（４０）と、
を備え、
前記受圧空間の気体燃料の圧力を受け前記リリーフ用弁体が前記受圧体に対して変位することにより、前記導出通路の圧力が大気に開放されることを特徴とする気体燃料用圧力制御装置。
前記リリーフ用弁体は、前記受圧空間の気体燃料の圧力が作用する第１受圧面積が、前記導出通路の気体燃料の圧力が作用する前記受圧体の第２受圧面積よりも小さい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。
前記受圧体には前記導出通路と前記受圧空間とを連通する連通孔が形成されてい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。
前記リリーフ用弁体（３７）は凹状をなし、
前記リリーフ用弁体の縁部（３７３）が前記リリーフ用弁座（３８）と当接することにより前記受圧空間と大気との気密を維持す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。
前記リリーフ用弁体は、前記縁部に前記付勢手段の第１付勢力が作用す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。
前記リリーフ用弁座（５８）は凹状をなし、
前記リリーフ用弁座の筒部（５８５）が前記リリーフ用弁体（５７）と当接することにより前記受圧空間と大気との気密を維持す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。
前記付勢手段の第１付勢力を調整可能な付勢力調整手段（３９１）を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の気体燃料用圧力制御装置。
前記付勢力調整手段は、前記電磁付勢手段が前記リリーフ用弁体に作用する第２付勢力とは独立して前記第１付勢力を調整することを特徴とする請求項７に記載の気体燃料用圧力制御装置。
前記電磁付勢手段は、リニアソレノイドであることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の気体燃料用圧力制御装置。
前記燃料タンクと前記導入通路との間に気体燃料の圧力を所定圧力まで減圧する減圧手段（４）を備え、
前記減圧手段が流出する気体燃料は前記導入通路に導入されることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の気体燃料用圧力制御装置。
前記減圧手段が流出する気体燃料の圧力は、前記付勢手段、前記電磁付勢手段、前記調圧用弁体、および前記受圧体によって制御される圧力範囲より高いことを特徴とする請求項１０に記載の気体燃料用圧力制御装置。