JPS5977173A - 流量制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的には流量制御装置に係り、更に詳細に
は流量制御装置を横切る圧力降下が一定に維持された状
態にて流路断面積の調節に応答して流体の体積流量を所
望の値に制御づる流量制御装置に係る。

導管内を流れる流体の流量は該導管の流路断面積及び該
専管を横切る圧力降下に依存することがよく知られてい
る。従って流量制御装置により流体の流量を所望の値に
制御づるには、流量制御装置の流路断面積だ（プでなく
それを横切る圧力降下をも制御する必要がある。航空機
用ガスタービンエンジンの流体機械的燃料制御装置の如
き装置に於ては、燃１制御装置への入力、例えばパイロ
ン１〜のパワーレバー又はこれと同様の制御入力装置の
駆動により行われるリンク等の運動に応答して１ンジン
ヘ供給される燃料の流量を変化させることが望ましい。

上述の如き流体機械的燃料制御装置に於ては、それぞれ
固有のケーシング内に互いに独立して収容されたスロッ
トル弁（計量弁）及び圧力制御弁を設けることが従来よ
り一般に行われている。典型的には、圧力制御弁はス■
］ツ１−ル弁を横切る圧力降下を一定に維持し、これに
より一つの変量、即ち流路断面積を制御Ｊ−ることによ
り所望の流量が得られるようになっている。燃料制御装
置がミサイル等に採用される場合の如く空間が限られて
いる状況の下に於ては、それぞれ独立したゲージング内
にス０ツ［・ル弁及び圧力制御弁を組込／υで使用する
ことは制御装置の全体の体積を増大させることになり、
従って許容され得ない。米国特許第２，７５０，９２９
号に於ては、複数個の弁要素を単一のハウジング又はケ
ーシング内に組込むことが提案されているが、この米国
特許に於て提案された装置は種々の理由からガスタービ
ンエンジンの燃料制御装置の如き用途に於て流量制御装
置として使用するには不適当である。

ガスタービンエンジンの燃料制御装置に於て使用される
に好適な改良された流量制御装置が、本願出願人と同一
の出願人により本願と同日付にて出願された特願昭５８
−　　　　　　号及び同第５８−　　　　　　号に於て
開示されている。これらの特許出願に開示された流量制
御装置に於ては、計量弁要素の内部に圧力制御弁要素が
収容されており、圧力制御弁要素は流量制御装置を横切
る圧力降下を比較的一定に維持し、これにより流量制御
装置を通過づる流体の流量が計量弁要素のみを設定する
ことににつて制御され得るＪ、うになっている。本発明
によれば、計量弁要素の内部に圧力制御弁要素を有する
流量制御装置が持つ能力、即ち流量制御装置を横切る圧
力降下を一定に維持づる能力及び種々の密度の流体の流
量を正確に制御する能力が向上される。また本発明によ
れば上述の如き流量制御装置のコンパクトさ及び製造の
経済性が改善される。

本発明の一つの目的は、流量制御装置を横切る圧力降下
が流体の温度が一定である場合にはより一層高精度に一
定に維持されるよう構成されたコンパクトな流量制御装
置を提供づることである。

本発明の他の一つの目的は、種々の密度の流体に対し使
用し得るよう流量制御装置を容易に調節するための手段
を有する流は制御装置を提供することである。　　　　
　　　　　一 本発明の更に他の一つの目的は、温度変化に起因して流
体の密度が変化する状況の下に於ても、流量を一定に維
持づべく流体の温度の関数として流は制御装置を横切る
圧力降下が正確に調節されるよう構成されたコンバク］
へな流量制御Ｈ置を提供することである。

本発明の更に他の一つの目的は、コンバク１〜さ及び製
造の経済性が改善された流量制御装置を提供することで
ある。

本発明の一つの局面によれば、本発明による流量制御装
置は調節可能な計は弁要素と、該計邑弁要素内に収容さ
れ且該計量弁要素とは独立して運動可能な圧力制御弁要
素とを含んでおり、計量弁要素に設（）られた通路の流
路断面積を調節することにより圧力制御弁要素に設けら
れた通路の流路断面積が同様に調節されるようになって
いる。これら二つの弁要素及びそれらに関連する流路断
面積の上述如き関係により、流量制御される流体の圧ノ
Ｊが計ｉ）された流体の圧力に従うことが確保され、こ
れにより流量制御装置を横切る圧ノｊ降下が一定に維持
されることが改善されるだけでなく、密度（温度）の条
件の変化に応答して圧ツノ降下を調節する精度が改善さ
れる。

本発明の他の一つの局面によれば、圧力制御弁要素はば
ねによりイ」勢されており、流量制御装置を密度の箕な
る秒々の流体に対し適用ずべく調節づることを容易に行
い得るよう、ばねの荷重を流量制御装置の外部にり調節
し１７るようになっている。

本発明の更に伯の一つの局面によれば、計量弁要素の位
置の調節は計量弁要素をその一端より駆動覆ることによ
り単純で経済的な態様にて行われ、その場合の駆動力は
流量制御装置内の種々の圧力により発生される力によっ
て釣合いがとられる。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

添（＝Ｉの図に於て、本発明による流量制６［１装置は
入口ボート１５及び出口ポート２０と流体圧流体ポート
２５．３０．３５とを有づるハウジング（ケーシング）
１０を含んでいる。図示の如くハウジング１０は実質的
に円筒形であり、その一端４５に於て閉じられており、
その他端５ｏに於てばね荷重アジ１？スタ５５を受入れ
るべく開いている。またハウジング１０はフィードバッ
クリンク０５を受−（プるための孔６０を含んでおり、
フィードバックリンク６５はハウジング１０及び計量弁
要素７０に対し枢動し得るようそれらにピン接続されて
いる。リンク６５の位置は計量弁要素７００段定状態を
示す。リンク６５は、大きさが計量弁要素７０の設定状
態を示す電気信号を発生づべく、例えば適宜に励磁され
る線形的に変化可能な差動変圧器（図示せず）の可動コ
アの如き適当な任意のトランスデユーサに接続されてよ
い。入口ポート１５より流１制御装置へ流入した流体は
入口ボートの環状溝７２内を流れ、出口ポート２０の環
状溝７３を経て流量制御装置より流出する。

同様にボート３５には該ボートと連通する環状溝７４が
設けられている。ボート３５は通路７５を経て入口ボー
ト１５と連通している。ボート３０にはドレーン圧Ｐｄ
が供給される。

計量弁要素７０はハウジング１０内に受入れられており
、ハウジングと共働してその両端に室７７及び８０を郭
定している。計量弁要素７０は後に詳細に説明づる要領
により、計量されたサーボ流体にて室７７を選択的に加
圧１゛ることによって位置決めされる。図示の如く計量
弁要素７０は実質的に中空の円筒形をなしており、入［
Ｊボート１５を経て供給された流体にて計量弁要素の内
部を加圧すべく環状溝７２と流体的に連通した少くとも
一つの入口ウィントウ８５を有している。所望の弁寸法
及び必要とされる流量容量に応じて任意の数の入口ウィ
ントウ８５が採用されてよい。かかる複１個のウィンド
ウは図示のウィンドウと整合し封環状溝７２と連通した
状態にて計量弁要素の周りに周縁方向に配列される。

また計量弁要素７０は該計量弁要素の内部より出口ボー
ト２０へ流体を導くべく第二の環状溝７３と流体的に連
通した少くとも一つの出口ウィントウ９０を有している
。弁寸法及び必要とされる流量容量に応じて図示のウィ
ンドウと周縁方向に整合した任意の数の出口ウィントウ
９０が採用されてよい。後に明らかとなる理由で、計量
弁要素７０の内部の伯の部分に流体入口圧をイ」与Ｊべ
く計量弁要素７０にはボート９３が設けられている。

ｒ１ｍ弁要素７０の内部には該計量弁要素と共に長手方
向に往復動可能に圧力制御弁要素９５が配置されている
。圧力制御弁要素９５は直径の小さい中間部分１１０の
両端に配置された一対の互いに隔置されたカップ形のラ
ンド１００及び１０５を含むスプール型の弁要素である
。圧力制御弁要素９５の第一の部分（ランド１００）は
計量弁要素７０に設けられた出口ウィントウ９０の連通
度合を変化し得るようこれに整合して配置されている。

中間部分１１０にはボア１１５及び１２０が設けられて
おり、これらのボアは計量弁要素７０の内部であって中
間部分１１０の周りの空間とうンド１’　０５の内部と
を流体的に連通接続している。

ボア１２０は圧力制御弁要素９５が計量弁要素７０内に
て往復動１゛る際に該圧力制御弁要素に安定性を付与す
るための減衰Ａリフイス１２５を含んでいる。ランド１
００の内部は計量弁要素７ｏの上方部分の内部がボート
３５（上述の如く通路７５及びボー［・９３を経て入口
ポート１５と連通している）と連通接続されることによ
り、入口圧ツノにある流体にて加圧されるようになって
いる。

圧力制御弁要素９５はランド１０５の内部とリテーナガ
イド１４０上に摺動可能に配置されたばねリテーナ１３
５どの間に弾装されたぽね１３０により図にて上方へ付
勢されており、リテーナガイド１４０はハウジング１ｏ
の下端内に受けられており且これにシールされている。

リテーナ１３５とガイド１４０のベースとの間には複数
個の凹状及び凸状のバイメタルディスク１４５が介装さ
れてＪ３す、これにより流体の温度変化に起因して流体
の密度が変化づ−る場合にも一様な性能を維持し得るよ
う、流量制御装置により流量制御される流体の温度に応
答してばね１３０のばね荷重を調整し得るようになって
いる。リテーナガイド１４０には該ガイドの端部にねじ
込まれたねじ１５０の如きカムフォロアが設けられてい
る。ねじ１５０は溝を設りられたヘッドを有する回転ダ
イヤル１６０のシャンク部１５５に段番ノられたカム面
に係合している。ダイヤル１６ｏ１ねじ１５ｏ、及びリ
テーナガイド１４０は互いに共働してばね荷重アジ１；
スタ５５を構成している。

作動に於ては、流量制御装置への入力信号はボート２５
を経て供給される圧力ｐｓのザーボ流体にて室７７を選
択的に加圧することにより与えられる。かくして入力が
計量弁要素７０に与えられることにより計量弁要素が直
線運動され、６１量弁要素７０がハウジング１０内にて
直線運動することににす、入口ウィントウ８５と環状溝
７２及び入口ボート１５との連通度合が変化され、これ
により環状溝７２と入口ウィントウ８５との間の実効流
路断面積が調節される。圧力Ｐ＋に加圧された流体が例
えば適当なポンプ（図示せず）により供給され、その流
体は入口ボート１５を経てハウジング１０内へ流入し、
環状溝７２、計量弁要素７０に設けられた入口ウィント
ウ８５を通過し、圧力制御弁要素９５の中間部分１１０
の表面に沿って流れ、出口ウィントウ９０より流出する
。出口ウィントウ９０はハウジング１０の如何なる部分
ににっでも閉塞されない状態が維持されるような１法に
形成され且装置されている。かくして流量制御装置の実
効流路断面積はウィンドウ８５ど環状溝７２との連通度
合により決定される。

流体の流量を正確に制御づるためには、流路断面積だｃ
ノでなく圧力降下をも制御する必要がある。

本発明に於ては、入口ウィントウ８５を横切る圧力降下
（ウィンドウ８５ど環状溝７２との連通度合）は圧力制
御弁要素９５によりある一定の値に維持され、これによ
り流量制御装置は一つの入力、即ち計量弁要素７０の設
定により効果的に制御される。

上述の如く、圧力制御弁要素９５の第一の部分（う〕／
ド１００）は出口ウィントウ９０と整合した状態にて配
置されている。従ってウィンドウ８５と９０との間の計
量弁要素７０の内部（入口ウィントウ８５の内部に近接
した部分）に於ける圧力Ｐ　２は、ボート９０の連通度
合、換古ずればランド１００にＪζる出口ウィントウ９
０の閉塞度合により決定される。入口ウィントウ８５よ
りすぐ上流側の流体圧は実質的に圧力Ｐ１である。入口
ウィントウ８５を横切る圧ツノ降下を一定に維持ずべく
、１ｌｃ−ト１５、通路７５、ボート３５、環状溝７４
、計量弁要素７０に設けられたボート９３を経てランド
１００の内部（端部）に入口圧力Ｐｆが付与される。入
口ウィントウ８５の反対側（出口ウィントウ９０のすぐ
上流側）に於ｔノる流体圧Ｐ２はボア１１５及び１２０
を経てランド１０５の内部（端面）に付与される。

入口ウィントウ８５の環状溝７２どの連通部を横切る差
圧は圧力制御弁要素９５の両端に作用し、ばね１３０に
より釣合いがとられる。作動に於ては、流量制御装置に
よりある所望の流量が維持されており、一定の供給圧の
条件下に於１プる流体の流量を増大させることが望まし
いものと仮定すれば、追加のサーボ流体が室７７へ導入
され、これにより計量弁要素７０が下降される。このこ
とにＪ：り入口ウィントウ８５と環状溝７２との間の連
通度合が増大され、これにより入［１ウインドウ８５を
通る流体の流量が増大される。圧力制御弁要素９５は４
量弁要素７０１ではなくばね１３０、リデーナ１３５、
バイメタルディスク１４５、及びリデーナガイド１４０
によりハウジング１０に接地（接続）されているので、
計量弁要素７０が下降運動しても圧力制御弁要素９５の
位置決めには実質的に影響が及ばない。出口ウィントウ
９０は入口ウィントウ８５が冊かれるのと実質的に同時
に聞かれる。換言すれば、出口ウィントウ９０の聞［；
量は入［ｌウィンドウ８５と環状溝７２との間のオーバ
ラップ量が増大するにつれて増大する。

従って圧力制御弁要素９５を計量弁要素７０上ではなく
ハウジング上に支持することによりこれらの弁要素が互
いに独立して長手方向に往復動することができ、これに
より入口ウィントウ８５が開かれる（これにより圧力制
御弁要素９５の直径の小さい中間部分１１０に近接した
圧力Ｐ２が増大される）ことにより出口ウィントウ９０
が開かれ、これにより流量制御装置を横切る圧力降下が
ある一定のレベルに維持される。圧力制御弁要素９５（
そのランド１００）により維持される一定の位置は出口
ウィントウ９０に対し入口ウィントウ８５の形状を適正
に選定することにより得られる。

かくして圧力制御弁要素７０の調節により設定される流
量が変化しても、圧力降下ＰＩ　　Ｐ２を一定に維持す
べくばね１３０により圧力制御弁要素９５に与えられる
荷重を変化させる必要はない。

ばね１３０の荷重はある範囲の流量全体に亙り一定に維
持されるので、流体の温度（密度〉に応答してバイメタ
ル要素１４０により行われるばね荷重の適正な調節は、
計量弁要素７０の設定の流量範囲全体に亙り該計量弁要
素の設定とは独立して設定される。更に、圧力降下を一
定に維持リーベくばねによる圧力制御弁要素９５の釣合
いの連続的な調節により、流量の増大と共に圧力降下が
減少又は低下する。ことが知られている。本発明に於て
は計量弁要素及び圧力制御弁要素が互いに独立して往復
動することにより上述の如き圧力低下の影響が最小限に
抑えられる。

また圧力制御弁要素９５が計量弁要素７０ではなくハウ
ジングに接地（接続〉されていることにより、種々の密
度の流体に対し流量制御装置を調節し得るよう、ばね１
３０の荷重をハウジングの外部より適宜に調節すること
ができることが理解されよう。添付の図面に示されてい
る如く、ダイヤル１６０を回転調節することによりリテ
ー犬ガイド１４０及びはねりテーナ１３５を上下動させ
るべく２１７２９部１５５のカム面を移動さＵてねじ１
５０を上下動させることができ、これによりばねの圧縮
量を調節することができる。

本発明に於ては、圧力制御弁要素９５及び計量弁要素７
０の下端は圧力Ｐ２の流体にて加圧される。また圧力制
御弁要素９５よりも上方の計量弁要素７０の内部は入口
圧力（供給圧力Ｐ＋の流体にて加圧される。従って第一
の反作用面１６５に於て計量弁要素７０の上端に作用す
るサーボ流体の圧力ｐｓは、流量制御装置により流量制
御される流体の圧力であって反対側のく第二の）反作用
向１７０に作用する圧力によって釣合いがとられ、これ
により計量弁要素をその両端に於てサーボ流体にて加圧
する必要性が排除されており、また上述の如き構成の場
合に必要とされる追加の流体処理装置（導管、シール、
弁要素の追加の長さ等）の必要性が排除されている。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて種々の実施例が可能であること
は当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

添付の図は本発明による流量制御装置の一つの実施例を
示す縦断面図である。 １０・・・ハ６ジング、１５・・・入口ボート、２０・
・・出口ボート、２５．３０．３５・・・流体ボート、
４５・・・一端、５０・・・他端、５５・・・ばね荷重
アジャス夕、６０・・・孔、６５・・・フィードバック
リンク、７０・・・計量弁要素、７２．７３．７４・・
・環状溝、７５・・・通路、７７．８０・・・室、８５
・・・入口ウィントウ、９０・・・出口ウィントウ、９
３・・・ボート、９５・・・圧力制御弁要素、１００．
１０５・・・ランド、１１０・・・中間部分、１１５．
１２０・・・ボア、１２５・・・減衰Ａリフイス、１３
０・・・ばね、１３５・・・ばねリテーナ、１４０・・
・リテーナガイド、１４５・・・バイメタルディスク、
１５０・・・ねじ、１５５・・・シャンク部、１６０・
・・ダイヤル、１６５．１７０・・・反作用面 特許出願人　　ユナイテッド・チクノロシーズ・コーポ
レイション 代　　理　　人　　　弁理士　　　明　　石　　昌　　
毅（自　発） 手続補正間 昭和５８年１１月７日 特許庁長官　若　杉　和　夫　　殿 １、事件の表示　昭和５８年特許願第１７６１２４号２
、発明の名称 流量制御装置 ３、補正をづ゛る者 事件との関係　　特許出願人 住　所　　アメリカ合衆国コネチカツト州、ハートフォ
ード、フィナンシャル・プラグ　１ 名　称　　ユナイテッド・デクノロシーズ・コーポレイ
ション４、代理人 居　所　　〒１０４東京都中央区新川１丁目５番１９号
茅場町長岡ビル３階　電話５５１−４１７１（１）明細
書第５頁第１行〜第２行の「特願昭５８−　　　　　　
号及び同第５８− 号」を「特願昭５８−１７６１２５号及び同５８−１７
６１２６号」と補正する。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 流体入口通路と流体出口通路とを有するハウジングと、
   前記ハウジング内に配置された第一の弁） 要素と、前記第一の弁要素内に配置された第二の弁要素
   とを含み、前記第−及び第二の弁要素は前記流体入口通
   路及び前記流体出口通路と選択的に連通づるよう配置さ
   れた流吊制御装置に於て、前記第一の弁要素は前記流体
   入【」通路及び前記流体出口通路にそれぞれ対応し且こ
   れらとそれぞれ連通ずる入口ウィントウと出口ウィント
   ウとを有する計量要素を含み、一方のウィンドウが該一
   方のウィンドウとそれに対応する前記通路との間の実効
   流路断面積を調節すべく前記対応する通路との連通度合
   を選択的に変化し１ｑるよう、前記計量要素は前記ハウ
   ジング内にて選択的に位置決め可能であることと、 前記第二の弁要素は第一の端部と第二の端部とを有する
   圧力制御要素であって、他方のウィンドウを流れる流体
   の流量を調節すべく前記計邑要素内にて前記他方のウィ
   ンドウとの整合度合を変化可能に前記他方のウィンドウ
   と整合した第一の部分を含む圧力制御要素を含んでおり
   、前記圧力制御要素は前記一方のウィンドウを横切る圧
   力降下を一定に維持でる精度を向上させるべく前記計量
   要素とは独立して運動し得るにう前記ハウジングに接続
   されていることと、 前記対応する通路と前記圧力制御要素の前記第二の端部
   とを流体的に連通接続する手段と、前記対応する通路と
   は反対の側の前記一方のウィンドウと前記圧力制御要素
   の前記第一の端部とを流体的に連通接続する手段と、 前記他方のウィンドウと前記圧力制御要素の前記第一の
   部分との間の整合状態を前記一方のウィンドウを横切る
   圧力降下を比較的一定に維持するに必要とされる整合状
   態に確立すべく、前記第−及び第二の端部に作用する流
   体の圧力に抗して前記圧力制御要素の釣合いをとる手段
   と、を含む流量制御装置。