JPH08135513A - ガス燃料エンジンの燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃料遮断弁のパイロット弁の破損を防いで耐
久性を向上する。 【構成】 ガス容器２１に貯蔵される高圧の圧縮天然ガ
スをエンジン本体１の吸気系に減圧して導く配管２７に
燃料遮断弁５０が設けられ、この燃料遮断弁５０はエン
ジン運転と停止の際にコイル６２の通電と非通電により
自動的に開閉するパイロット弁５４とメイン弁５３を有
する。そしてパイロット弁５４が、メイン弁体５３ｂの
内部でガス下流側と連通する小径の噴孔５２ｄと、メイ
ン弁体５３ｂに対し単独移動可能に連結して噴孔５２ｄ
を開閉するガス上流側の受圧面積の小さいパイロット弁
体５４ｂを備え、パイロット弁体５４ｂの先端に噴孔５
２ｄを開閉する平坦部５４ｆを形成し、メイン弁体側に
噴孔５２ｄを密閉するゴムシール５４ｃを備えてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、圧縮天然ガスを燃料と
するガス燃料エンジンの燃料供給装置に関し、詳しく
は、燃料遮断弁のゴムシールの損傷防止に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、石油代替、大気汚染の少ないクリ
ーンなエネルギ源として天然ガスが見直され、この天然
ガスを自動車用燃料に活用した天然ガス自動車の実用
化、普及が行われている。天然ガスは、メタンを主成分
としたガスであり、自動車用燃料としての特徴の長所
は、ＮＯｘ，ＨＣ，ＣＯ等の有害物の排出量が非常に少
なく、オクタン価が高くて圧縮比を上げることができ
る。また耐ノッキング性に優れて気筒当りの排気量の大
きいエンジンにも適合し、希薄燃焼が可能であり、気体
燃料により低温での始動性が良好である。短所は、燃料
が気体のため貯蔵容積効率が悪く、燃料を気体状態で吸
入するため、吸入空気量が減少してエンジン出力が幾分
低下する。

【０００３】そこで天然ガス自動車は、燃料の貯蔵方式
として、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）の状態でガス容器に高
い容積効率で貯蔵して用いるのが一般的であり、この点
でＣＮＧ自動車と称されている。このＣＮＧ自動車は、
燃料供給装置でガス容器の高圧ガスを減圧弁により大気
圧付近まで減圧し、この低圧ガスの燃料をミキサで空気
と良好に混合してエンジン本体吸気系に供給するように
構成される。また高圧ガスを導く配管に、エンジン停止
時に高圧ガスを自動的に遮断する燃料遮断弁等が設けら
れている。

【０００４】燃料遮断弁は、配管のガス容器側に設けら
れて、エンジン停止時に減圧弁等を不作動し、高圧ガス
を利用して閉弁状態に保持する構成であるため、エンジ
ン運転時にはその高圧ガスの力に打ち勝って開弁する必
要がある。そこで燃料遮断弁は、メイン弁の内側にパイ
ロット弁を配置した二重弁構造になっている。

【０００５】従来、上記燃料遮断弁のパイロット弁とメ
イン弁の部分は、図４に示すようになっている。即ち、
燃料遮断弁５０の弁本体５２にメイン弁室５３ａが形成
され、このメイン弁室５３ａの側部に高圧の圧縮天然ガ
スが導入する上流側の入口ポート５２ａが、底部中心に
下流側の出口ポート５２ｂが設けられる。そしてメイン
弁室５３ａにメイン弁５３が設けられ、メイン弁５３の
内部にパイロット弁５４が設けられる。メイン弁５３
は、メイン弁室５３ａにメイン弁体５３ｂが上下移動し
て出口ポート５２ｂを開閉するように挿入され、メイン
弁体５３ｂの先端のリング状のゴムシール５３ｃで閉弁
時に出口ポート５２ｂを密閉する構成である。

【０００６】パイロット弁５４は、メイン弁体５３ｂに
パイロット弁室５４ａ、出口ポート５２ｂと連通するパ
イロットポート５２ｃが形成され、パイロット弁室５４
ａに受圧面積の小さいパイロット弁体５４ｂが上下移動
可能に挿入される。パイロット弁体５４ｂは、その径方
向に差し込んだピン５５をメイン弁体５３ｂの長孔５６
に挿入して、ピン５５と長孔５６の隙間Ｓの分だけパイ
ロット弁体５４ｂを単独で上方移動することが可能に連
結される。

【０００７】ここでパイロットポート５２ｃの孔径を小
さくすると、パイロット弁５４の上下流のガスの差圧が
大きくてもその弁体５４ｂを容易に開くことができ、そ
れによりメイン弁５３の開弁も可能となる。そこでパイ
ロット弁室５４ａの底部中心に弁座５４ｄを突設してパ
イロットポート５２ｃと連通する小径の単一の噴孔５２
ｄが形成され、パイロット弁体５４ｂの先端に厚いゴム
シール５４ｃが噴孔５２ｄと対向して取付けられ、この
ゴムシール５４ｃにより噴孔５２ｄを開閉且つ密閉する
ように構成される。またメイン弁体５３ｂの入口ポート
５２ａと対応する箇所を段付に細く形成して常に高圧ガ
スを、メイン弁室５３ａ、及び弁本体５２や弁体５３
ｂ，５４ｂの隙間等を介してパイロット弁室５４ａ等に
導入することが可能になっている。

【０００８】このような構成により、エンジン停止時
は、（ａ）のようにメイン弁５３とパイロット弁５４の
両弁体５３ｂ，５４ｂがスプリング等により押し下げら
れる。そこでメイン弁５３の場合は、メイン弁体５３ｂ
で出口ポート５２ｂが閉じてゴムシール５３ｃにより密
閉される。またパイロット弁５４の場合は、パイロット
弁体先端のゴムシール５４ｃが直接弁座５４ｄに接して
噴孔５２ｄを塞ぐことで、その噴孔５２ｄが密閉され
る。これにより入口ポート５２ａの高圧ガスが自動的に
遮断され、このとき高圧ガスが両弁体５３ｂ，５４ｂに
作用して遮断した状態に保持される。

【０００９】エンジン運転時は、コイルの通電による電
磁力等で先ずパイロット弁体５４ｂとそのゴムシール５
４ｃが、（ｂ）のようにピン５５と長孔５６の隙間Ｓの
分だけ引き上げられて噴孔５２ｄを開く。そこでメイン
弁５３の上流側の高圧ガスが噴孔５２ｄ、パイロットポ
ート５３ｄを介して徐々に出口ポート５２ｂに流れて、
両ポート５２ａ，５２ｂの差圧が減少する。そしてコイ
ルの電磁力が差圧に打ち勝った時点でピン５５により両
弁体５３ｂ，５４ｂが一緒に引き上げられ、このためメ
イン弁５３も開いて入口ポート５２ａの高圧ガスが直接
出口ポート５２ｂに流れ、こうして圧縮天然ガスの燃料
が供給される。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記従来技
術のものにあっては、パイロット弁５４が小径の単一噴
孔５２ｄを有し、パイロット弁体５４ｂのゴムシール５
４ｃがこの噴孔５２ｄに近接対向して直接開閉する構成
であるから、以下のような不具合を生じる。即ち、小径
の噴孔５２ｄの部分の高速、高圧のガス流、閉弁時の衝
撃、下流側が相対的に負圧化することによる吸引力が、
同じ位置のゴムシール５４ｃに作用し、この場合に噴孔
５２ｄが１個であるから、上述のガス流や種々の力がゴ
ムシール５４ｃの中心の一箇所に集中して、多大な破壊
力となる。このため長期間使用すると、ゴムシール５４
ｃの中心部のゴムが徐々に削られて、図５に示すような
切削穴Ｈが形成され、これによりシール不良、ゴム内部
への高圧ガスの浸透による劣化等を招いて早期に破損す
るおそれがある。

【００１１】本発明は、このような点に鑑み、燃料遮断
弁のパイロット弁の破損を防いで耐久性を向上すること
を目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係るガス燃料エンジンの燃料供
給装置は、ガス容器に貯蔵される高圧の圧縮天然ガスを
エンジン本体の吸気系に減圧して導く配管に燃料遮断弁
が設けられ、この燃料遮断弁はエンジン運転と停止の際
にコイルの通電と非通電により自動的に開閉するパイロ
ット弁とメイン弁を有し、パイロット弁がメイン弁体の
内部でガス下流側と連通する小径の噴孔と、メイン弁体
に対し単独移動可能に連結して噴孔を開閉するガス上流
側の受圧面積の小さいパイロット弁体と、閉弁時に噴孔
を密閉するゴムシールとを備えるものであって、燃料遮
断弁のパイロット弁がパイロット弁体の先端に噴孔を開
閉する平坦部を形成し、メイン弁体側に噴孔を密閉する
ゴムシールを備えてなることを特徴とする。

【００１３】

【作用】従って、本発明の請求項１にあっては、エンジ
ン停止時にコイルの非通電により燃料遮断弁のパイロッ
ト弁とメイン弁が、ゴムシールにより密閉して閉じて、
ガス容器に貯蔵される圧縮天然ガスが漏出しないように
自動的に遮断される。そしてエンジン運転時に燃料遮断
弁のコイルが通電すると、先ずパイロット弁のパイロッ
ト弁体が小径の噴孔と小さい受圧面積により単独に移動
して開き、これにより高圧ガスが徐々に下流側に流れ、
上下流の差圧が小さくなるとメイン弁も開く。そこでガ
ス容器の圧縮天然ガスが減圧してエンジン本体の吸気系
に供給され、こうして圧縮天然ガスの燃料でエンジン運
転する。

【００１４】一方、燃料遮断弁のパイロット弁は、ゴム
シールを噴孔の方に移し、パイロット弁体の先端平坦部
で噴孔を開閉する構成である。このため噴孔の部分の高
速、高圧のガス流、閉弁時の衝撃、下流側が相対的に負
圧化することによる吸引力は、金属製の平坦部に作用し
てゴムの切削等の破損を生じなくなる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１において、ＣＮＧエンジンシステムの全体の
構成について説明する。ガソリンエンジンと同様の点火
式エンジン本体１を有し、このエンジン本体に容器ユニ
ット２０を備えた燃料供給装置３０、空燃比制御装置４
０が設けられている。

【００１６】エンジン本体１は、シリンダ２にピストン
３が往復運動するように挿入され、ピストン３の頂部の
燃焼室４に吸気弁５を備えた吸気ポート６、排気弁７を
備えた排気ポート８、点火プラグ９が設けられる。排気
ポート８からの排気管１０には、排気中の有害成分を除
去する三元触媒１１が設けられる。吸気系として、エア
クリーナ１２がミキサ方式のベンチュリー部１４を有す
るミキサ１３に連通し、このミキサ１３がスロットル弁
１５、吸気管１６を介して吸気ポート６に連通する。

【００１７】容器ユニット２０は、車両後部の荷台等に
収容設置される容量の大きいガス容器２１と集合配管２
２を有する。そして集合配管２２から容器元弁２３によ
り複数個のガス容器２１にそれぞれ連通し、燃料充填弁
２５を備えた充填配管２４により充填口２６に連通し、
高圧ガスを取り出すＣＮＧ配管２７に連通し、更に運転
席の圧力計３１に連通する。そこで充填所で充填口２６
をガス充填設備に接続することで、ガス容器２１に圧縮
した天然ガスを例えば２００ｋｇ／ｃｍ2 の高圧で充填
して貯蔵するようになっている。また安全機構として、
容器元弁２３に配管破損等による大量のガス流出を防止
する過流防止弁２３ａが内蔵され、充填配管２４にガス
容器２１からの燃料の放出を防止する逆止弁２８が設け
られ、ＣＮＧ配管２７に緊急時に燃料を遮断する緊急遮
断弁２９が設けられている。

【００１８】容器ユニット２０からのＣＮＧ配管２７は
車両前方に延設して燃料供給装置３０が設けられる。燃
料供給装置３０は、ＣＮＧ配管２７に上流側より燃料遮
断弁５０、高圧減圧弁３４、昇圧防止スイッチ３５、低
圧減圧弁３６が順次配置されている。燃料遮断弁５０
は、コイル６２がイグニッションスイッチと連動するス
イッチ３２を介してバッテリ３３に接続され、エンジン
停止時にコイル６２の非通電により閉弁して燃料を遮断
し、エンジン運転時はコイル６２の通電により開弁して
燃料を供給する。高圧減圧弁３４は、ガス容器２１に貯
蔵される２００ｋｇ／ｃｍ2 の高圧ガスを例えば４ｋｇ
／ｃｍ2 に減圧する。低圧減圧弁３６は、４ｋｇ／ｃｍ
2 のガス圧を更に大気圧付近の低圧ガスに減圧するもの
であり、こうして圧縮貯蔵した天然ガスを段階的に減圧
して使用可能にする。

【００１９】またエンジン本体吸気系のミキサ１３のベ
ンチュリー部１４にガス流量制御弁３７が設けられ、低
圧減圧弁３６の下流側の管路３８がガス流量制御弁３７
に連通する。そして低圧ガスをガス流量制御弁３７によ
り流量制御してベンチュリー部１４に供給してミキサ１
３により空気と混合し、このガスと空気との混合気をエ
ンジン本体１の燃焼室４に吸入する構成である。

【００２０】空燃比制御装置４０は、排気管１０に設け
られて空燃比を検出するＯ２センサ４１、エンジン回転
数、スロットル開度等の信号が入力するコントローラ４
２を有する。コントローラ４２は、これら信号によりエ
ンジン運転状態、空燃比のリッチまたはリーンを判断し
て電気信号をガス流量制御弁３７に出力し、ガスの流量
を適正に制御する。

【００２１】図２において、燃料遮断弁５０の全体の構
成について説明する。燃料遮断弁５０は電磁式であり、
大別すると二重弁構造の弁部５１とコイル部６０により
構成される。弁部５１は、弁本体５２にメイン弁室５３
ａが形成され、このメイン弁室５３ａの側部にガス上流
側の入口ポート５２ａが、底部中心に下流側の出口ポー
ト５２ｂが連設される。そしてメイン弁室５３ａにメイ
ン弁５３が設けられ、メイン弁５３の内部にパイロット
弁５４が設けられる。メイン弁５３は、メイン弁室５３
ａにメイン弁体５３ｂが上下移動して出口ポート５２ｂ
を開閉するように挿入され、メイン弁体５３ｂの先端の
リング状のゴムシール５３ｃで閉弁時に出口ポート５２
ｂを密閉する構成である。

【００２２】パイロット弁５４は、メイン弁体５３ｂに
パイロット弁室５４ａ、出口ポート５２ｂと連通するパ
イロットポート５２ｃが形成され、パイロット弁室５４
ａに受圧面積の小さいパイロット弁体５４ｂが上下移動
可能に挿入される。パイロット弁体５４ｂは、その径方
向に差し込んだピン５５をメイン弁体５３ｂの長孔５６
に挿入して、ピン５５と長孔５６の隙間Ｓの分だけパイ
ロット弁体５４ｂを単独で上方移動することが可能に連
結される。

【００２３】ここでパイロットポート５２ｃの孔径を小
さくすると、パイロット弁５４の上下流のガスの差圧が
大きくてもその弁体５４ｂを容易に開くことができ、そ
れによりメイン弁５３の開弁も可能となる。また噴孔を
密閉するゴムシールは噴孔側に移すことが可能であり、
これにより金属製のパイロット弁体自体で高速、高圧の
ガス流等の力を受けることができる。

【００２４】そこで図３に示すように、パイロット弁室
５４ａの底部５４ｅを平らにして、パイロットポート５
２ｃと連通する小径の単一噴孔５２ｄが開口し、底部５
４ｅの噴孔５２ｄの周囲にリング状のゴムシール５４ｃ
が若干突出して埋設される。また金属製のパイロット弁
体５４ｂの先端に平坦部５４ｆが噴孔５２ｄと対向して
形成され、この平坦部５４ｆにより噴孔５２ｄを開閉
し、閉弁時に平坦部５４ｆがゴムシール５４ｃに押圧接
触するように構成される。またメイン弁体５３ｂの入口
ポート５２ａと対応する箇所を段付に細く形成して常に
高圧ガスを、メイン弁室５３ａ、及び弁本体５２や弁体
５３ｂ，５４ｂの隙間等を介してパイロット弁室５４ａ
等に導入することが可能になっている。

【００２５】コイル部６０は、コイル本体６１の外側に
コイル６２がカバー６３で覆って装着され、その内側に
ガイド６４がボルト締めして設けられる。そしてガイド
６４にパイロット弁体５４ｂを嵌合した状態で、コイル
本体６１が弁本体５２の上部に締付け金具６６により結
合され、コイル６２の通電による電磁力で両弁体５３
ｂ，５４ｂを引き上げて開弁することが可能になってい
る。またガイド６４とパイロット弁体５４ｂの間にスプ
リング６５が、両弁体５３ｂ，５４ｂを押し下げて閉弁
するように付勢される。

【００２６】次に、この実施例の作用について説明す
る。先ず、容器ユニット２０のガス容器２１の容器元弁
２３を開くと、ガス容器２１に貯蔵される高圧の圧縮天
然ガスが、集中配管２２によりＣＮＧ配管２７に取出さ
れる。この高圧ガスは緊急遮断弁２９を通り運転席の圧
力計３１に導入し、且つ燃料供給装置３０の燃料遮断弁
５０のメイン弁５３とパイロット弁５４の両弁室５３
ａ，５４ａに導入する。

【００２７】そこでエンジン停止時は、スイッチ３２が
ＯＦＦして燃料遮断弁５０のコイル６２が非通電し、メ
イン弁５３とパイロット弁５４の両弁体５３ｂ，５４ｂ
がスプリング６５により押し下げられる。そこでメイン
弁５３の場合は、メイン弁体５３ｂで出口ポート５２ｂ
が閉じてゴムシール５３ｃにより密閉される。またパイ
ロット弁５４の場合も、パイロット弁体５４ｂの先端平
坦部５４ｆで噴孔５２ｄが閉じ、このとき平坦部５４ｆ
がゴムシール５４ｃに押圧接触して密閉される。これに
よりガス容器２１の高圧ガスが漏出しないように自動的
に遮断され、このとき高圧ガスが両弁体５３ｂ，５４ｂ
に作用して遮断した状態に保持される。

【００２８】このとき運転席の圧力計３１は、ガス容器
２１の高圧ガスが導入してガス充填状態が表示される。
そこでガスが少なくなった場合は、上述のようにエンジ
ン停止し且つ燃料遮断弁５０を閉弁した状態で、充填所
で充填設備を充填口２６に接続し、燃料充填弁２５を開
いて天然ガスを圧縮してガス容器２１に充填する。これ
により気体の天然ガスが、圧縮天然ガスとして高い容積
効率でガス容器２１に充分多く充填される。

【００２９】エンジン運転時は、スイッチ３２がＯＮし
て燃料遮断弁５０のコイル６２に通電し、その電磁力が
メイン弁５３とパイロット弁５４の両弁体５３ｂ，５４
ｂに作用する。ここでパイロット弁体５４ｂは、小径の
噴孔５２ｄにより吸着力が小さいと共に高圧ガスの受圧
面積が小さいため、電磁力により容易に引き上げられ
る。そこで先ずパイロット弁体５４ｂとその平坦部５４
ｆが、ピン５５と長孔５６の隙間Ｓの分だけ引き上げら
れて噴孔５２ｄを開く。そこで上流側の高圧ガスが噴孔
５２ｄ、パイロットポート５２ｃを介して徐々に出口ポ
ート５２ｂに流れて、両ポート５２ａ，５２ｂの差圧が
減少する。そしてコイル６２の電磁力が差圧に打ち勝っ
た時点でピン５５により両弁体５３ｂ，５４ｂが一緒に
引き上げられ、このためメイン弁５３も開いて入口ポー
ト５２ａの高圧ガスが直接出口ポート５２ｂに流れる。

【００３０】こうして燃料遮断弁５０が開弁すると、ガ
ス容器２１の高圧ガスがＣＮＧ配管２７により高圧減圧
弁３４に導入して減圧され、次に低圧減圧弁３６に導入
して大気圧付近に減圧される。この低圧ガスは、ガス流
量制御弁３７により流量制御してエンジン本体１の吸気
系に供給され、ミキサ１３により多量の空気と効率良く
混合する。そして混合気はエンジン本体１の燃焼室４に
吸入され、点火プラグ９により着火して、低温下や希薄
空燃比でも良好に燃焼する。こうして圧縮天然ガスの燃
料によりエンジン運転し、この場合にガス容器２１に多
量の圧縮天然ガスが貯蔵されることで、長時間連続的に
エンジン運転して長い距離を走行することが可能とな
る。また天然ガスの特性により本来有害成分の排出が少
ないが、排ガス中の有害成分が三元触媒１１により浄化
されて一層クリーンになる。

【００３１】一方、燃料遮断弁５０のパイロット弁５４
は、ゴムシール５４ｃを噴孔５２ｄの方に移し、パイロ
ット弁体５４ｂの先端平坦部５４ｆで噴孔５２ｄを開閉
する構成である。このため噴孔５２ｄの部分の高速、高
圧のガス流、閉弁時の衝撃、下流側が相対的に負圧化す
ることによる吸引力は、金属製の平坦部５４ｆに作用し
てゴムの切削等の破損を生じなくなる。これによりパイ
ロット弁体５４の耐久性が大幅に増して、長期間使用し
ても良好なシール性能が確保される。

【００３２】以上、本発明の実施例について説明した
が、高圧流体の管路に使用されて小径の孔を、ゴムシー
ルで密閉しつつ開閉する電磁弁の全てに適応できる。

【００３３】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明の請求項
１に係るガス燃料エンジンの燃料供給装置では、燃料遮
断弁のパイロット弁がパイロット弁体の先端に噴孔を開
閉する平坦部を形成し、メイン弁体側に噴孔を密閉する
ゴムシールを備えてなる構成であるから、パイロット弁
のゴムシールの破損を生じなくなって耐久性が向上す
る。このため燃料遮断弁の寿命が延び、交換の頻度や圧
縮天然ガスの洩れが少なくなって、実用的効果が大き
い。ゴムシールは剛性の小さいもので済み、加工も容易
化する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るガス燃料エンジンの全体の構成を
示すシステム図である。

【図２】燃料遮断弁の全体の構成を示す断面図である。

【図３】本発明の実施例の要部を示す断面図である。

【図４】従来例を示すもので、（ａ）はメイン弁とパイ
ロット弁の閉弁状態、（ｂ）はパイロット弁の開弁状態
の断面図である。

【図５】従来例のゴムシールの破損状態を示す底面図で
ある。

【符号の説明】

１ エンジン本体 ２１ ガス容器 ２７ ＣＮＧ配管 ５０ 燃料遮断弁 ５３ メイン弁 ５３ｂ メイン弁体 ５４ パイロット弁 ５４ｂ パイロット弁体 ５４ｃ ゴムシール ５２ｄ 噴孔 ５４ｆ 平坦部 ６２ コイル

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス容器に貯蔵される高圧の圧縮天然ガ
   スをエンジン本体の吸気系に減圧して導く配管に燃料遮
   断弁が設けられ、この燃料遮断弁はエンジン運転と停止
   の際にコイルの通電と非通電により自動的に開閉するパ
   イロット弁とメイン弁を有し、パイロット弁がメイン弁
   体の内部でガス下流側と連通する小径の噴孔と、メイン
   弁体に対し単独移動可能に連結して噴孔を開閉するガス
   上流側の受圧面積の小さいパイロット弁体と、閉弁時に
   噴孔を密閉するゴムシールとを備えるガス燃料エンジン
   の燃料供給装置において、 燃料遮断弁のパイロット弁がパイロット弁体の先端に噴
   孔を開閉する平坦部を形成し、メイン弁体側に噴孔を密
   閉するゴムシールを備えてなることを特徴とするガス燃
   料エンジンの燃料供給装置。