WO2015064429A1

WO2015064429A1 - 減圧弁

Info

Publication number: WO2015064429A1
Application number: PCT/JP2014/078001
Authority: WO
Inventors: 紀彦重岡; 水田　為俊
Original assignee: 愛三工業株式会社; トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-10-21
Publication date: 2015-05-07
Also published as: JP2015087925A; US20160274601A1; CN105940256B; CN105940256A; US9983599B2; JP6282439B2

Abstract

　減圧弁は、区画部材（３８）を備えている。区画部材（３８）は、弁室（３４）と調圧室とを区画すると共に、弁室（３４）と調圧室とを連通する連通孔（３８１）を有している。弁体（４０）は、弁室（３４）に位置する本体部（４１）と、本体部（４１）から延びるロッド部（４２）とを有している。ロッド部（４２）は、連通孔（３８１）を通って調圧室にまで延びている。連通孔（３８１）の周壁とロッド部（４２）との間には、連通路（５０）が設けられている。区画部材（３８）は、連通孔（３８１）の周壁に、環状の溝（５１）を有している。溝（５１）は、連通孔（３８１）の全周にわたって延びている。

Description

減圧弁

　本発明は、気体を減圧する減圧弁に関する。

　この種の減圧弁が、例えば、特許文献１に開示されている。図６は、従来の減圧弁の一例を示す。図６に示すように、従来の減圧弁は、弁室１０１、調圧室１０２、及び弁室１０１と調圧室１０２とを区画する区画部材１１０を備えている。弁室１０１には、減圧弁よりも上流側から高圧の気体が流入する。調圧室１０２では、高圧の気体が減圧される。区画部材１１０には、弁室１０１と調圧室１０２とを連通する連通孔１１１が形成されている。区画部材１１０の弁室１０１に面する部位が、弁座１１２である。

　弁室１０１には、弁体１２０の本体部１２１が配置されている。弁体１２０は、移動可能であり、弁座１１２に対して接近したり、離間したりする。ロッド部１２２は、本体部１２１の先端から延びている。ロッド部１２２は、連通孔１１１を通って調圧室１０２にまで延びている。連通孔１１１の周壁とロッド部１２２との間には、連通路１０５が形成されている。弁室１０１に流入した気体は、連通路１０５を通って調圧室１０２に流入する。

　弁体１２０の本体部１２１が区画部材１１０の弁座１１２に着座すると、連通路１０５が弁体１２０によって閉塞される。これにより、弁室１０１から調圧室１０２への気体の流動が規制される。弁体１２０の本体部１２１が弁座１１２から離間すると、連通路１０５が開放される。これにより、弁室１０１から調圧室１０２内への気体の流動が許容される。気体は、調圧室１０２で所定圧にまで減圧されてから、減圧弁よりも下流側に流出される。

　図７に示すように、弁座１１２には、弁体１２０の本体部１２１が着座することで、本体部１２１による負荷が付与される。そのため、図８に示すように、弁座１１２が塑性変形し、連通孔１１１の周壁の一部が連通孔１１１の中心に向かって突出する。その結果、連通路１０５では、弁座１１２近傍の通路断面積が狭くなる。この場合、連通路１０５での気体の流れに乱れが生じる。このため、連通路１０５を流れる気体の圧力損失が大きくなり、減圧弁から異音が発生し易くなる。

特開２００７－１７０４３２号公報

　本発明の目的は、連通路を気体が流れる際に生じる異音を抑制することのできる減圧弁を提供することにある。

　上記課題を解決するため、本発明の第一の態様によれば、高圧の気体が流入する弁室と、高圧の気体の圧力が減圧される調圧室と、弁室と調圧室とを区画すると共に弁室と調圧室とを連通する連通孔を有する区画部材と、区画部材と対向して配置されるピストンであってピストンと区画部材との間に調圧室が配置されているピストンとを備え、弁室には弁体の本体部が配置され、弁体は区画部材に対して接離するように移動し、ピストン及び弁体の本体部の少なくとも一方から他方に向けて延びるロッド部は連通孔を挿通し、連通孔の周壁とロッド部との間には連通路が設けられ、弁体の本体部が区画部材の弁座に着座すると連通路が閉塞され、弁体の本体部が弁座から離間すると連通路が開放される減圧弁が提供される。連通孔の周壁には、環状の溝が設けられ、溝は、連通孔の全周にわたって延びている。

　区画部材の弁室に面する弁座には、弁体の本体部が着座することで、本体部により負荷が付与される。これにより、区画部材の弁座が塑性変形することがある。その点、この構成によれば、区画部材は、連通孔の周壁に、環状の溝を有している。これにより、弁座が塑性変形すると、弁座の塑性変形に基づき応力が溝に伝達される。その結果、溝の通路断面の形状が変化する。即ち、弁座の塑性変形が溝によって吸収される。このため、弁座が塑性変形しても、連通路の通路断面積が狭められない。その結果、連通路での気体の流れに乱れが生じ難くなり、連通路を流れる気体の圧力損失は大きくならない。よって、連通路を気体が流れる際に生じる異音を抑制することができる。

　上記の減圧弁において、溝は、溝と直交する平面に沿って断面を有し、溝の断面は、円弧状に形成されていることが好ましい。
　この構成によれば、連通孔の周壁において溝を容易に形成することができる。

　上記の減圧弁において、溝は、連通孔の軸方向の中央よりも弁室に近接していることが好ましい。
　この構成によれば、溝が弁座に近接して配置されるため、弁体の本体部が弁座に着座して弁座が塑性変形すると、それに応じて、溝の通路断面も容易に変形する。このため、弁座が塑性変形しても、区画部材は、通路断面の面積を狭めるように変形しない。

本発明の減圧弁を備える圧力調整器の断面図。減圧弁の一部を拡大して示す断面図。（ａ），（ｂ）はシートの弁座が塑性変形する様子を示す断面図。（ａ）は、比較例の減圧弁の連通路を気体燃料が流れるときの圧力振動の振幅と周波数との関係を示すグラフ、（ｂ）は、本発明の減圧弁の連通路を気体燃料が流れるときの圧力振動の振幅と周波数との関係を示すグラフ。別例の減圧弁を示す部分断面図。従来の減圧弁の部分断面図。従来の減圧弁の一部を拡大して示す断面図。従来の減圧弁の弁座が塑性変形した様子を示す断面図。

　以下、本発明の減圧弁を具体化した一実施形態について図１～図５に従って説明する。尚、減圧弁は、気体燃料であるＣＮＧ（圧縮天然ガス）を内燃機関に供給するための燃料供給装置に設けた減圧弁に具体化されている。

　図１に示すように、圧力調整器１０は、減圧弁３０を備えている。圧力調整器１０は、ボディ１１、筒体１２及び蓋部材１３を備えている。筒体１２は、ボディ１１の上部に配置されている。蓋部材１３は、筒体１２の上部開口を閉塞する。ボディ１１の下部には、オイルセパレータ２０が取り付けられている。オイルセパレータ２０は、減圧弁３０によって規定圧に減圧されたＣＮＧからオイルなどの異物を分離する。オイルセパレータ２０から流出したＣＮＧは、圧力調整器１０よりも下流側に位置する内燃機関に供給される。

　筒体１２内には、ピストン３１と、調圧用スプリング３２とが配置されている。調圧用スプリング３２は、ピストン３１をボディ１１に向けて付勢する。ピストン３１とボディ１１との間の空間が、高圧のＣＮＧを規定圧に減圧させる調圧室３３である。

　図１及び図２に示すように、ボディ１１内には、弁室３４が形成されている。弁室３４には、燃料タンクから供給される高圧のＣＮＧが流入する。ボディ１１は、弁室３４よりも上方に中間部３５を有している。中間部３５は、弁室３４よりも大きい径を有し、ボディ１１の上面にて開口している。中間部３５内には、シート３６及びプラグ３７が配置されている。シート３６は、平面円形状を有している。プラグ３７は、中間部３５内からのシート３６の離脱を規制する。シート３６及びプラグ３７により、弁室３４と調圧室３３とを区画する区画部材３８が構成されている。区画部材３８には、連通孔３８１が形成されている。連通孔３８１は、区画部材３８を軸方向に貫通すると共に、弁室３４と調圧室３３とを連通する。シート３６の弁室３４に面する部位が弁座３８２である。区画部材３８とピストン３１との間には、調圧室３３が配置されている。

　減圧弁３０は、弁体４０を備えている。弁体４０は、弁室３４に位置する本体部４１と、本体部４１の先端から延びるロッド部４２とを有している。ロッド部４２は、連通孔３８１を通って調圧室３３にまで延びている。弁室３４には、弁室スプリング４５が配置されている。弁室スプリング４５は、本体部４１をシート３６の弁座３８２に向けて付勢する。

　連通孔３８１の周壁とロッド部４２との間には、連通路５０が形成されている。弁室３４に流入したＣＮＧは、連通路５０を通って調圧室３３に流入する。弁体４０の本体部４１がシート３６の弁座３８２に着座すると、連通路５０が本体部４１によって閉塞される。これにより、弁室３４から調圧室３３へＣＮＧが流れなくなる。弁体４０の本体部４１が弁座３８２から離間すると、連通路５０が開放される。これより、弁室３４から調圧室３３にＣＮＧが流れる。

　弁座３８２からの本体部４１の移動量、即ち、弁体４０の開度が一定である場合、燃料タンク内の燃料圧力が高いほど、連通路５０を流れるＣＮＧの流速は大きくなる。また、燃料タンク内の燃料圧力が一定である場合、弁体４０の開度が小さいほど、ＣＮＧの流速は速くなる。

　図２に示すように、シート３６は、連通孔３８１の周壁に、環状の溝５１を有している。溝５１は、連通孔３８１の全周にわたって延びている。溝５１は、シート３６の軸方向の中央よりも弁座３８２に近接している。溝５１は、溝５１と直交する平面に沿って断面を有している。溝５１の断面は、円弧状に形成されている。

　次に、上記の減圧弁３０の作用について図３（ａ）～図４（ｂ）を参照して説明する。図４（ａ）及び図４（ｂ）は、連通路５０をＣＮＧが流れるときの圧力振動の振幅（圧力振幅）と周波数との関係を示す。

　弁座３８２には、弁体４０の本体部４１が着座することで、本体部４１により負荷が付与される。これにより、弁座３８２が塑性変形することがある。本実施形態によれば、シート３６は、連通孔３８１の内周面に、環状の溝５１を有している。また、溝５１は、連通孔３８１の全周にわたって延びている。そのため、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、弁座３８２が上方に押し込まれて塑性変形すると、弁座３８２の塑性変形に基づく応力が溝５１に伝達される。その結果、溝５１がその通路断面積を狭めるように変形する。すなわち、弁座３８２が塑性変形すると、溝５１の側面５１ａの一部が突出して、溝５１の通路断面積を狭める。つまり、弁座３８２の塑性変形が溝５１によって吸収される。そのため、連通孔３８１の周壁は、連通孔の中心に向かって突出し難くなる。よって、連通孔３８１の周壁とロッド部４２との間にある連通路５０の通路断面積は狭められない。従って、弁座３８２が塑性変形しても、連通路５０でのＣＮＧの流れに乱れが生じ難くなり、連通路５０を流れるＣＮＧの圧力損失もほとんど変化しない。

　図７は、連通孔３８１の周壁に溝５１を設けていない比較例の減圧弁を示す。比較例の減圧弁では、図７に示すように、連通孔の周壁の一部が連通孔の中心に向かって突出する。その結果、連通路の通路断面積が狭くなり、連通路５０をＣＮＧが通過するときの圧力損失が大きくなる。ただし、内燃機関でのＣＮＧの消費量が多く、連通路を流れるＣＮＧの流速が非常に大きい場合には、圧力損失の増大を招く障害が連通孔の周壁に存在していても、連通路でのＣＮＧの流れに乱れが生じ難い。すなわち、比較例の減圧弁でも異音が生じ難い。

　しかしながら、内燃機関でのＣＮＧの消費量が少なく、連通路５０を流れるＣＮＧの流速が小さい場合には、圧力損失の増大を招く障害が連通孔の周壁に形成されることで、連通路５０でのＣＮＧの流れに乱れが生じ易くなる。その結果、連通路５０を流れるＣＮＧの圧力損失が大きくなり、異音が生じ易くなる。具体的には、図４（ａ）に示すように、第１の周波数Ｐ１に、圧力振幅のピークが表れる。このため、減圧弁からは、第１の周波数Ｐ１の異音が生じる。

　これに対し、本実施形態の減圧弁３０によれば、弁座３８２が塑性変形しても、上記のような障害が連通孔３８１の周壁に形成されない。そのため、連通路５０では、弁座３８２の塑性変形によるＣＮＧの流れの乱れが生じ難い。また、減圧弁３０であっても、図４（ｂ）に示すように、第１の周波数Ｐ１よりも高周波の第２の周波数Ｐ２に、圧力振幅のピークが表れる。これは、連通路５０を流れるＣＮＧの流速によっては異音が発生し得ることを意味する。

　しかしながら、連通路５０を流れるＣＮＧの流速が大きいほど、すなわち、内燃機関でのＣＮＧの消費量が多いほど、連通路５０での圧力振動の周波数は高くなる。言い換えると、本実施形態の減圧弁３０では、内燃機関でのＣＮＧの消費量が少ないほど、連通路５０での圧力振動の周波数は低くなるため、異音が発生し難くなる。また、内燃機関でのＣＮＧの消費量が多いときには、連通路５０を流れるＣＮＧの流速が速くなる。このとき、減圧弁３０から発生する異音は、内燃機関自身が発生する騒音や車両走行に伴う騒音によって相殺される。そのため、減圧弁３０から生じる異音は、車両の乗員に伝達され難い。

　次に、溝５１の設置位置の決定方法について説明する。
　連通孔３８１の軸方向の位置が弁座３８２近傍に設定されると、弁座３８２の強度が低下する。このため、弁体４０の本体部４１が弁座３８２に着座したときの負荷によって、弁座３８２が破損する虞がある。一方、連通孔３８１の軸方向の位置が弁座３８２から離間しすぎると、弁体４０の本体部４１が弁座３８２に着座したとき、弁座３８２の塑性変形に基づく応力が溝５１に伝達されない虞がある。この場合、図８に示す比較例の減圧弁のように、連通孔３８１の周壁の一部が連通孔３８１の中心に向かって突出する虞がある。そのため、シート３６の材料の強度や、弁体４０の本体部４１が弁座３８２に着座して弁座３８２に付与される負荷に基づいて、溝５１の軸方向の位置や溝５１の形状を決定することが好ましい。尚、溝５１の軸方向の位置や溝５１の形状は、弁座３８２、即ち、シート３６の破損を招くことなく、弁座３８２の塑性変形を吸収するように、決定することが好ましい。

　以上、本実施形態によれば、以下に示す効果を得ることができる。
　（１）シート３６は、連通孔３８１の周壁に、環状の溝５１を有している。この構成によれば、シート３６の弁座３８２が塑性変形すると、溝５１も変形する。これにより、弁座３８２の塑性変形が、溝５１によって吸収される。このため、連通路５０の通路断面積が狭められない。その結果、弁座３８２が塑性変形しても、連通路５０を流れるＣＮＧの圧力損失は大きくならない。よって、圧力損失の増大に伴う異音が生じ難い。従って、連通路５０をＣＮＧが流れるときの異音を抑制することができる。

　（２）溝５１の断面は、円弧状に形成されている。この構成によれば、シート３６において溝を容易に形成することができる。
　なお、上記実施形態は、以下のように変更してもよい。

　・溝５１の断面形状は、略Ｖ字であってもよい。この構成によっても、上記（１）と同等の効果を得ることができる。
　・図５に示すように、減圧弁は、ピストン３１Ａにロッド部４２Ａを有するように構成してもよい。この場合、ロッド部４２Ａは、連通孔３８１を通って弁体４０の本体部４１に向けて延びている。また、ロッド部４２Ａの先端は、弁体４０の本体部４１に当接されている。この構成によっても、シート３６が連通孔３８１の周壁に環状の溝５１を有することで、上記（１）と同等の効果を得ることができる。

　また、減圧弁は、弁体４０の本体部４１からピストン３１に向けて延びるロッド部と、ピストン３１に向けて延びる別のロッド部とを有するように構成してもよい。この場合、連通孔３８１では、一対のロッド部の先端同士が当接される。この構成によっても、シート３６が連通孔３８１の周壁に環状の溝５１を有することで、上記（１）と同等の効果を得ることができる。

　・減圧弁を、ＣＮＧ以外の気体が流れる経路上に設けてもよい。

Claims

高圧の気体が流入する弁室と、高圧の気体の圧力が減圧される調圧室と、前記弁室と前記調圧室とを区画すると共に前記弁室と前記調圧室とを連通する連通孔を有する区画部材と、前記区画部材と対向して配置されるピストンであって前記ピストンと前記区画部材との間に前記調圧室が配置されているピストンとを備え、前記弁室には弁体の本体部が配置され、前記弁体は前記区画部材に対して接離するように移動し、前記ピストン及び前記弁体の本体部の少なくとも一方から他方に向けて延びるロッド部は前記連通孔を挿通し、前記連通孔の周壁と前記ロッド部との間には連通路が設けられ、前記弁体の本体部が前記区画部材の弁座に着座すると前記連通路が閉塞され、前記弁体の本体部が前記弁座から離間すると前記連通路が開放される減圧弁において、
　前記連通孔の周壁には、環状の溝が設けられ、
　前記溝は、前記連通孔の全周にわたって延びていることを特徴とする減圧弁。
請求項１記載の減圧弁において、
　前記溝は、前記溝と直交する平面に沿って断面を有し、
　前記溝の断面は、円弧状に形成されていることを特徴とする減圧弁。
請求項１又は２記載の減圧弁において、
　前記溝は、前記連通孔の軸方向の中央よりも前記弁室に近接していることを特徴とする減圧弁。