气体用调压阀的制作方法

专利名称：气体用调压阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及将高压燃料气体的压力调节为与外加的外加电压或外加电流相对应 的压力的气体用调压阀。
背景技术：
燃料电池汽车、氢气发动机汽车、及天然气汽车等使用氢气和天然气等的燃料气 体的清洁能源汽车已被人们所知。这些清洁能源汽车具备高压箱及喷射器或电磁式调压 阀，并且将贮藏在高压箱内的燃料气体通过喷射器或电磁式调压阀供给到燃料电池和燃气 发动机等，从而进行工作。喷射器及电磁式调压阀可调节供给到燃料电池和燃气发动机 的燃料气体的流量(或者压力)，通过喷射器或电磁式调压阀调节燃料气体的流量(或者压 力)，以此控制燃料电池和燃气发动机的输出。
喷射器设置为通过关闭或者打开其喷射孔可以调节燃料气体的流量，通过开闭喷 射孔的时间之比、即通过占空比(duty ratiο )改变燃料气体的流量。当喷射器的上游侧压 力和输出侧压力的压差大时，打开喷射器的喷射孔时流过的燃料气体的流量极其增大，相 对于喷射器的占空比的变化的燃料气体的流量变化增大。尤其是，在小流量区域(燃料电池 或燃气发动机为低负荷状态)中，流量增益(燃料气体流量除以占空比的值)增大，控制变得 困难。又，喷射器的上游侧压力增高时，存在由小流量至大流量的占空比控制跨度极其变窄 的问题。
又，电磁式调压阀设置为通过调节阀通路的开度(开口面积)可以调节燃料气体的 流量。因此，电磁式调压阀的上游侧压力增高时，该电磁式调压阀的前后的压差增大，仅仅 略微扩大开度就能使流过的燃料气体的流量发生大的变化，相对于阀通路的开度变化的燃 料气体的流量变化增大。因此，电磁式调压阀也与喷射器一样，使在小流量区域(低负荷状 态)中的燃料气体的压力控制变得极其困难。
为了解决这样的困难的问题而在专利文献I中公开的燃料电池系统中，在喷射器 的上游侧设置有两个调节器。两个调节器串联地配置，并用二阶段减压从高压箱供给的氢 气。在燃料电池系统中，通过两个调节器将喷射器的上游压力维持在低压的一定压力以下， 从而减小喷射器前后的压差，确保压力控制性。
现有技术文献专利文献1:日本特开2007-188857号公报。发明内容
发明要解决的问题在专利文献I中记载的燃料电池系统中，为了用多阶段减压燃料气体的压力而具备多 个调节器。但是，设置多个调节器时，构成要素增多，又需要用于设置这些调节器的空间。这 样，整个系统变得大型化而成本提高，或者整个系统的重量增大。尤其是，由于构成要素的 空间有限，因此在希望轻量化的汽车中，搭载上述的系统是并不理想的。
又，设置多个调节器会增大系统的压力损失，因此相对于燃料电池或燃气发动机 的最低工作压力应该将高压箱的使用极限压力设定为较高值。这样，在高压箱内能够使用 的燃料气体的量与设置单一调节器的情况相比变少，缩短汽车的行驶续航距离。
像这样，增加多个调节器时，发生各种不理想的状况。又，如上所述，只用单个现有 的喷射器及电磁式调压阀，在其上游侧压力较高时，在低负荷状态下进行燃料气体的压力 控制是困难的。
此外，作为电磁式调压阀等的密封方式可以使用隔膜(diaphragm)方式，但是隔膜 密封件一般是耐压强度低，因此处理高压的燃料气体时，存在因隔膜的破损而使燃料气体 泄漏至大气中的可能性。相对于此，O形环方式的情况下，存在高压时因没预想到的外部因 素而使燃料气体泄漏至大气中的可能性。
因此，本发明的目的在于提供即使在高压的燃料气体环境下，也可以将其二次侧 压更加正确地调节为目标压力，且能够防止燃料气体泄漏至大气中的气体用调压阀。
解决问题的手段本发明的气体用调压阀设置于箱的开口部上，调节填充在所述箱内的燃料气体的压力 并输出，其中具备具有与一次侧端口和二次侧端口连接的阀通路的外壳；设置于所述外 壳内，在关闭所述阀通路的关闭位置和打开所述阀通路的打开位置之间移动并调节所述阀 通路的开度的阀体；对所述阀体向关闭位置侧施力的复位用弹簧；配置于所述箱的开口部 内，与所述复位用弹簧的施力相反抗地向所述阀体施加与外加的外加电压或外加电流相对 应的驱动力以使该阀体向所述打开位置侧移动的阀体驱动单元；形成于所述外壳内，并与 所述二次侧端口连接的压力返回室；介于所述阀体和所述外壳之间的间隙，滑动支持所述 阀体的轴承构件；分别设置于所述轴承构件的两侧，分别密封所述间隙的两侧的第一密封 构件及第二密封构件；和从所述阀体的基端能相对移动地插入于该阀体内，在与所述阀体 之间形成与所述一次侧端口连接的背压室的密封杆；所述第一密封构件向与所述驱动力相 反抗的方向受到所述压力返回室的压力，根据受到的所述压力使所述阀体向所述关闭位置 侧移动；在所述密封杆和所述阀体之间，比所述背压室靠近所述阀体的基端侧的位置上形 成有与所述二次侧端口连接的连接通路；在所述连接通路和所述背压室之间设置有密封其 之间的第三密封构件。
根据本发明，通过改变阀体驱动单元的驱动力，可以改变阀通路的开度而调节二 次侧压。该二次侧压导入至压力返回室，第一密封构件受到压力返回室的二次侧压以使阀 体向关闭位置侧移动。由二次侧压、驱动力以及复位用弹簧引起的施力等作用于阀体的力 相平衡的状态使二次侧压下降时，第一密封构件使阀体向打开位置侧移动而扩大阀通路的 开度以提升二次侧压。借助于此，作用于阀体的力返回至相平衡的状态。此时，二次侧压返 回至与阀体驱动单元的驱动力相对应的一定压力，并且不管一次侧压的变化而保持所述一 定压力。因此，气体用调压阀的压力控制性高，可以将高压的燃料气体的压力更正确地可变 调节为目标压力。
又，在本发明中，由于形成有与一次侧端口连接的背压室，因此可以通过背压室的 压力消除作用于阀体的一次侧压，可以抑制因一次侧压的变化而引起的二次侧压的变化。 借助于此，可以改善燃料气体的压力控制性，与现有的气体用调压阀相比可以更正确地控 制二次侧压。
又，在本发明中，在密封杆和阀体之间形成有与二次侧端口连接的连接通路，用第 三密封构件密封该连接通路和背压室之间。因此，即使背压室的燃料气体从背压室泄漏至 连接通路，也会将泄漏的燃料气体导入至压力返回室等的二次侧。即，气体用调压阀成为将 从背压室泄漏的燃料气体导入至二次侧的安全结构，可以防止燃料气体释放到外部。
又，本发明是箱内型的气体用调压阀，可以用单一的阀将高压的燃料气体调节为 低压的目标压力。借助于此，可以大幅度简化具备本发明的燃料气体供给系统的结构，可以 大幅度谋求燃料气体供给系统的设置空间的缩小、与构成装置的减少相伴的成本降低、以 及在燃料气体供给系统中的压力损失的降低。
此外，本发明通过设置轴承构件，可以使阀体顺滑地移动，可以改善对于目标压力 的追随性。又，在轴承构件的两侧设置有第一密封构件及第二密封构件，通过这两个密封构 件密封设置有轴承构件的间隙的两侧。借助于此，可以防止燃料气体流入至间隙内，轴承构 件不暴露在燃料气体中。借助于此，可以将对燃料气体不具有耐腐蚀性的材料使用于轴承 构件，并且增加可选择的材料。又，通过密封间隙，即使例如对轴承构件实施润滑油润滑，润 滑油也不会从间隙流出。借助于此，可以实现阀体的顺滑的移动，可以防止润滑油混入至燃 料气体中。
在上述发明中，优选的是所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中 的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面，所述 第一受压面的受压面积与所述第二受压面的受压面积相同。
根据上述结构，可以通过背压室的压力抵消阀体受到的一次侧压。借助于此，可以 消除因一次侧压的变化而引起的二次侧压的变化，可以更加改善二次侧压的压力控制性。 又，可以减小阀体驱动单元的驱动力。因此，可以使气体用调压阀小型化。
作为本发明的另一个实施形态，优选的是所述阀体具有向所述打开位置侧受到所 述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的 第二受压面，所述第一受压面的受压面积小于所述第二受压面的受压面积。
根据上述结构，阀体从背压室的压力受到的作用力大于阀体从一次侧压受到的作 用力。因此，与一次侧压相对应的力向关闭方向侧作用于阀体，因此即使一次侧压急剧变化 而增高，也不会发生阀体向打开位置侧移动而打开阀通路的情况。因此，在阀体驱动单元不 工作时，可以确实地关闭阀通路而不会使燃料气体从一次侧泄漏至二次侧。
在上述发明中，优选的是所述第一密封构件是隔膜密封件，所述第二密封构件是 摩擦阻力小的低压密封件。
根据上述结构，通过使第一密封构件采用隔膜密封件，可以消除因第一密封构件 引起的滑动摩擦。又，通过使第二密封构件采用摩擦阻力小的低压密封件，可以抑制滑动摩 擦。通过像这样抑制作用于阀体的滑动摩擦，可以使阀体顺滑地运动。借助于此，在一次侧 压变化时和驱动力变化时等，可以将二次侧压迅速地调节为与驱动力相对应的一定压力， 改善二次侧压的响应性。
在上述发明中，优选的是所述第三密封构件是摩擦阻力小，而且起动阻力和滑动 阻力之差小的高压密封件。
根据上述结构，可以使阀体顺滑地运动，并且可以改善阀体的响应性。又，第三密 封构件采用高压密封件，因此改善对于一次侧压的耐压性能，可以提高从一次侧端口供给的一次侧压的极限压力。
在上述发明中，优选的是形成为在外加于所述阀体驱动单元上的外加电压或外加 电流为零时，通过所述复位用弹簧使所述阀体位于所述关闭位置的常闭型。
根据上述结构，通过切断外加于阀体驱动单元的外加电压或外加电流，可以紧急 阻断阀通路。
发明的效果根据本发明，可以提供即使在高压的燃料气体环境下，也能够将其二次侧压更加正确 地调节为目标压力，且能够防止燃料气体泄漏至大气中的气体用调压阀。


图1是示出具备根据第一实施形态的电磁式调压阀的燃料气体供给系统的结构 的回路图；图2是示出第一实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；图3是示出第二实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；图4是示出第三实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；图5是示出第四实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图；图6是局部地示出第五实施形态的调压阀的结构的剖视图；图7是局部地示出第六实施形态的电磁式调压阀的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，参照上述

根据本发明的第一实施形态 第六实施形态的调压阀1、 IA 1E、及具备该调压阀的燃料气体供给系统2。另外，实施形态中的上下、左右及前后等 的方向的概念是为了便于说明而使用的，关于调压阀1、IA IE及燃料气体供给系统2，并 不是用于暗示将这些结构的配置及朝向等限定在该方向上。又，以下说明的调压阀1、1A IE及燃料气体供给系统2只是本发明的一个实施形态，本发明并不限于该实施形态，在不 脱离发明的主旨的范围内可以进行增加、删除、变更。
[燃料气体供给系统]燃料气体供给系统2与以高压状态贮藏氢气和压缩天然气等的燃料气体的高压箱3连 接。燃料气体供给系统2与燃料电池和燃气发动机等的燃料气体消耗器连接，从而将高压 的燃料气体调节为希望的低压而供给至燃料气体消耗器中。这样构成的燃料气体供给系统 2具备电磁式调压阀1、压力传感器4以及运算控制器5。
电磁式调压阀I是置于箱内的类型的容器阀，设置于高压箱3的开口部上。电磁 式调压阀I具有调节高压的燃料气体的压力的功能。电磁式调压阀I通过供给通路2a与 燃料气体消耗器连接，在供给通路2a的相对于电磁式调压阀I的下游侧设置有压力传感器 4。压力传感器4检测在供给通路2a中流动的燃料气体的压力。压力传感器4通过信号线 7与运算控制器5连接，与检测到的压力相对应的检测压力信号输入至运算控制器5中。与 目标压力相对应的目标压力指令信号从未图示的输入装置和控制装置等输入至运算控制 器5中。运算控制器5运算目标压力指令信号和检测压力信号的差分，并使与该差分相对 应的大小的电流流过电磁式调压阀I。电磁式调压阀I将高压的燃料气体的压力调节为与流过的电流相对应的一定压力。
另外，在由电磁式调压阀I构成的容器阀中也可以增加未图示的电磁式截止阀。 电磁式截止阀是所谓的电磁开闭阀，设置于供给通路2a中相对于电磁式调压阀I的上游 侧。电磁式截止阀具有根据发送至其中的信号开闭供给通路2a的功能，并且在紧急阻断高 压箱3和燃料气体消耗器之间时使用。
像这样构成的燃料气体供给系统2的电磁式调压阀I具有各种实施形态，以下详 述电磁式调压阀I的结构。另外，第一实施形态的电磁式调压阀I仅仅是设置于燃料气体 供给系统2中的电磁式调压阀的一个示例，在说明第一实施形态的电磁式调压阀I之后也 详细说明几个代表性的实施形态。
[第一实施形态]<电磁式调压阀的结构>图2所示的第一实施形态的电磁式调压阀I具备外壳12。外壳12形成为大致圆筒状。 外壳12的下端侧插入于高压箱3的开口部3a中，并且密封并安装于该开口部3a上。又，外 壳12具有阀体孔12a及二次侧端口 12b。阀体孔12a沿着在上下方向上延伸的轴线LI延 伸，其断面形成为圆形状。阀体孔12a在上下方向上贯通外壳12，在其上下两侧具有开口。 二次侧端口 12b形成于外壳12的侧面的上端侧，并露出在高压箱3的外部。又，外壳12具 有与轴线LI正交的二次侧通路12c，二次侧端口 12b通过二次侧通路12c与阀体孔12a连 接。又，二次侧端口 12b通过供给通路2a (参照图1)与燃料气体消耗器(参照图1)连接。
外壳12在阀体孔12a的上开口部具有阀侧帽构件14。阀侧帽构件14形成为大致 有底圆筒状，将其开口面向下方并以密封的状态嵌插在阀体孔12a的上开口部中。另一方 面，下述的电磁比例螺线管31与阀体孔12a的下开口部螺纹结合，外壳12在电磁比例螺线 管31的上侧具有阀座安装部15及阀座构件16。阀座安装部15在外壳12的内表面上，在 周方向全周上延伸，并向半径方向内方突出。阀座构件16在阀体孔12a中配置在阀座安装 部15的下侧，从而与其接触。
阀座构件16形成为大致圆筒状，具有沿着其轴线(与轴线LI大致一致)形成的阀 孔16a。阀座构件16以密封的状态嵌插在阀体孔12a中，被阀座安装部15和电磁比例螺线 管31夹持。阀体17的梢端部17a就坐于像这样配置在阀体孔12a中的阀座构件16上。
阀体17大致形成为有底圆筒状，并且位于下侧的梢端部17a的外周形成为锥体 状。阀体17沿着轴线LI插入于阀体孔12a中，并且在位于如图2所示的关闭位置上时，梢 端部17a的一部分插入到阀孔16a中而就坐于阀座构件16，从而堵住阀孔16a。又，阀体17 在其基端侧(上侧)的外周具有法兰17b。
法兰17b在阀体17的外周在周方向全周上形成，并向半径方向外方突出。法兰17b 位于阀体孔12a的上开口部侧。又，外壳12在其内表面的相对于法兰17b的下侧且与法兰 17b相对的位置上具有密封件安装部18。密封件安装部18在外壳12的内表面在周方向全 周上形成，并向半径方向内方突出。密封件安装部18和法兰17b在上下方向上相分离，并 且在它们之间形成有大致圆环状的轴承构件容纳空间19。该轴承构件容纳空间19容纳轴 承构件20。
轴承构件20大致形成为圆筒状，并外设于阀体17而介于阀体17和外壳12之间。 轴承构件20例如由滚珠导具、滚珠轴承或者滑动轴承构成，并将阀体17支持为能够使阀体17相对于外壳12沿着轴线LI在上下方向上移动。另外，轴承构件20为了使阀体17的运 动变得顺滑且改善耐久性而被实施润滑油润滑。又，在轴承构件20的上下两侧设置有隔膜 密封件21和低压密封构件22。
作为第一密封构件的隔膜密封件21是所谓的隔膜，大致形成为圆环状。隔膜密封 件21的外边缘部安装于外壳12，内边缘部安装于阀体17的法兰17b上。具体地说，外壳12 在其内表面的阀体孔12a的上开口部侧具有阶梯部12d。阶梯部12d在所述内表面在周方 向全周上形成，并形成为向半径方向外方展开的阶梯状的结构。阀侧帽构件14的开口端部 与该阶梯部12d接触，通过阀侧帽构件14和阶梯部12d夹持隔膜密封件21的外边缘部，以 此将隔膜密封件21安装于外壳12。又，在阀体17中，在其基端部的外周且相对于法兰17b 的上侧与大致圆筒状的安装构件23螺纹结合。安装构件23的下端与法兰17b的上表面接 触，通过法兰17b和安装构件23夹持隔膜密封件21的内边缘部，以此将隔膜密封件21安 装于阀体17。
像这样安装的隔膜密封件21经过外壳12和阀体17，并堵住阀侧帽构件14内和轴 承构件容纳空间19之间，从而在阀侧帽构件14内形成压力返回室25。另外，在阀侧帽构件 14中形成有以连接其内外地在半径方向上贯通的贯通路14a，压力返回室25和二次侧通路 12c通过该贯通路14a相连接。
作为第二密封构件的低压密封构件22是大致圆环状的O形环，并由树脂等实施表 面处理以减小摩擦阻力而形成。低压密封构件22安装于密封件安装部18上以密封外壳12 和阀体17之间。在阀体孔12a中，在密封件安装部18的下侧形成有由密封件安装部18和 阀座构件16夹持的阀空间12e，通过低压密封构件22密封阀空间12e和轴承构件容纳空间 19之间。
像这样隔膜密封件21及低压密封构件22堵住轴承构件容纳空间19的上侧及下 侧，将轴承构件容纳空间19与形成在外壳12内的其他空间隔开。在外壳12中形成有与该 轴承构件容纳空间19连接的大气连通路24，轴承构件容纳空间19通过大气连通路24向大 气开放。
借助于此，燃料气体不会流入至轴承构件容纳空间19内，轴承构件20不暴露在燃 料气体中。借助于此，可以将对于燃料气体不具有耐腐蚀性的材料使用于轴承构件20中， 从而增加能够选择的材料。又，轴承构件20的润滑油不暴露在燃料气体中，并且润滑油不 泄漏至外壳12内的其他空间、例如二次侧通路12c和阀空间12e等。因此，可以防止轴承 构件容纳空间19内的润滑油耗尽的情况，可以使轴承构件20维持润滑的状态。借助于此， 能够改善轴承构件20的耐久性，并且可以使阀体17顺滑地移动。又，也可以防止润滑油泄 漏而混入到燃料气体中的情况。
在像这样设置于外壳12内的阀体17中，从其基端部(即，上端部)插入有密封杆 26。密封杆26大致形成为圆柱状，并且在阀体17内形成有由阀体17的底面和密封杆26 的梢端夹着的背压室27。又，在阀体17的梢端部17a中形成有阀侧连通路17e，背压室27 通过该阀侧连通路17e与阀孔16a连接。
又，密封杆26使基端部接触到阀侧帽构件14的顶面以支持于顶面，并且在其基端 部具有弹簧支撑部26a。弹簧支撑部26a在基端部的外周在周方向全周上延伸，并向半径方 向外方突出。弹簧支撑部26a与阀体17的安装构件23相对，复位用弹簧28以压缩的状态安装于弹簧支撑部26a与安装构件23之间。复位用弹簧28是压缩螺旋弹簧，并外设于密 封杆26的基端侧。该复位用弹簧28对阀体17向关闭位置一侧(即，关闭位置方向)施力。
密封杆26的中间部分的直径小于其梢端侧及基端侧的直径，并且在密封杆26的 外周面和阀体17的内表面之间形成有圆环状的连接通路30。另一方面，密封杆26的梢端 侧及基端侧形成为其直径与阀体17的内径大致相同。连接通路30位于背压室27的上侧， 并且其上下两侧由密封杆26的梢端侧及基端侧堵住。又，阀体17分别在其梢端侧具有梢端 侧通路17c、在基端侧具有基端侧通路17d，连接通路30通过梢端侧通路17c与阀空间12e 连接，并通过基端侧通路17d与压力返回室25连接。
此外，在密封杆26的梢端侧的外周形成有在其周方向全周上延伸的密封用槽 26b，在该密封用槽26b中嵌入有圆环状的高压密封构件29。作为第三密封构件的高压密封 构件29是摩擦阻力小、起动阻力和滑动阻力之差小的高压密封件，例如是由氟树脂等实施 表面处理而形成的O形环。高压密封构件29密封阀体17和密封杆26之间。
阀体17向反抗复位用弹簧28的施力的方向、即向打开位置侧(打开位置方向)被 按压时，从阀座构件16分离而打开阀孔16a。为了向打开位置方向按压阀体17,而在外壳 12中设置有电磁比例螺线管31。
作为阀体驱动手段的电磁比例螺线管31与外壳12的下端侧的开口端部12f螺纹 结合，并配置在高压箱3内。电磁比例螺线管31具备连接构件32，该连接构件32形成为大 致筒状。连接构件32的上端部与外壳12的下端侧的开口端部12f螺纹结合，与阀座安装 部15—起夹持阀座构件16。又，连接构件32配置为沿着轴线LI向下方延伸，并且其内部 与阀座构件16的阀孔16a连接。又，螺线管线圈33外设在连接构件32的下端部。
螺线管线圈33大致形成为圆筒状，并沿着轴线LI向下方延伸。螺线管线圈33具 有大致圆筒状的壳体33a，并且在其中设置有线轴33b和线圈线33c。线轴33b也形成为大 致圆筒状，在该线轴33b的外周卷绕有线圈线33c。像这样构成的螺线管线圈33位于从外 壳12的下端侧的开口端部12f向下方远离的位置上，垫圈34介于螺线管线圈33和外壳12 的下端侧的开口端部12f之间。
垫圈34形成为大致圆筒状，并外设于连接构件32。在垫圈34及外壳12内部设置 有插通在其中的导电线体35。导电线体35与运算控制器5 (参照图1)及线圈线33c相连 接，并使电流从运算控制器5流入线圈线33c中。而且,通过使电流流过线圈线33c以励磁 螺线管线圈33。像这样构成的螺线管线圈33的下侧的开口端部由嵌插于其中的螺线管侧 帽构件36堵住。
螺线管侧帽构件36大致形成为有底筒状。螺线管侧帽构件36将其开口面向上侧 (即，连接构件32侧)而配置在螺线管线圈33内。在螺线管侧帽构件36中可滑动地插入有 动铁芯37。动铁芯37大致形成为圆柱状，其上端配置为与连接构件32的下端对抗。借助 于此，电流流过线圈线33c、即电流流过螺线管线圈33时，动铁芯37上作用有励磁力(驱动 力)，并吸引至连接构件32侦U。
又，在动铁芯37中设置有按压杆38。按压杆38形成为大致圆柱状，并且基端部 (下端部)与动铁芯37的上端部螺纹结合。按压杆38沿着轴线LI向上方延伸，并插通在连 接构件32内。按压杆38的梢端部形成为部分球面状。该按压杆38的梢端部到达至阀座 构件16的阀孔16a，并接触到阀体17的梢端部17a。因此，动铁芯37被吸引至连接构件32侧时，通过按压杆38与复位用弹簧28的施力反抗地向打开位置方向按压阀体17，从而阀体 17打开阀孔16a。另外，打开位置是指动铁芯37吸引至连接构件32侧的状态下的阀体17 的位置。
此外，动铁芯37在其下端侧具有弹簧支撑座37a。弹簧支撑座37a是沿着动铁芯 37的轴线(与轴线LI大致一致)而形成的凹处，在其中插入有压缩螺旋弹簧39。压缩螺旋弹簧39以压缩的状态安装于动铁芯37和螺线管侧帽构件36之间。压缩螺旋弹簧39对动铁芯37向阀体17侧施力，并将按压杆38的梢端部按压在阀体17的梢端部17a上。
在像这样构成的电磁比例螺线管31中，在螺线管侧帽构件36的下表面形成有一次侧端口 41。一次侧端口 41形成在轴线LI的周围，并向高压箱3内开口。又，在螺线管侧帽构件36中形成有沿着轴线LI延伸的一次侧通路42，一次侧端口 41通过该一次侧通路 42与螺线管侧帽构件36内部连接。
在螺线管侧帽构件36内形成有由螺线管侧帽构件36的底面和动铁芯37的下表面夹着的一次侧空间36a，一次侧空间36a通过一次侧通路42与一次侧端口 41连接。动铁芯37中形成有螺线管侧连通路43。螺线管侧连通路43具有连通部43a、贯通部43b以及外周通路43c、43d。连通部43a具有与动铁芯37的弹簧支撑座37a面对的开口，并从其中沿着轴线LI向上方延伸。贯通部43b与连通部43a的上侧连接，从其中向半径方向两侧延伸。该贯通部43b笔直地贯通动铁芯37，其两侧的开口与外周通路43c、43d连接。外周通路43c、43d是形成在动铁芯37的外周，并从贯通部43b的开口向上方延伸的槽。外周通路 43c,43d到达至动铁芯37的上端。
又，在连接构件32的下端侧的内表面形成有向内法兰32a。向内法兰32a在其内表面上在周方向全周上形成，并向半径方向内方突出。向内法兰32a的内径稍微大于按压杆38的外径，按压杆38插通于向内法兰32a中。借助于此，连接构件32内部由向内法兰 32a分为上侧和下侧，并通过向内法兰32a在上侧形成有连通室44，通过向内法兰32a在下侧形成有由向内法兰32a和动铁芯37的上端夹着的连接室45。这些连通室44及连接 室 45分别与阀孔16a及外周通路43c、43d连接，连通室44及连接室45通过形成于向内法兰 32a的多个贯通路32b相连接。贯通路32b贯通所述向内法兰32a、与轴线LI平行地延伸， 并以轴线LI为中心隔着等间隔配置。
通过像这样构成的一次侧通路42、螺线管侧连通路43、连接室45、贯通路32b及连通室44，一次侧端口 41与阀孔16a连接。又，阀孔16a通过阀空间12e、梢端侧通路17c、 连接通路30、基端侧通路17d、压力返回室25、贯通路14a及二次侧通路12c与二次侧端口 12b连接。由这些一次侧通路42、螺线管侧连通路43、连通室44、贯通路32b、连接室45、阀孔16a、阀空间12e、梢端侧通路17c、连接通路30、基端侧通路17d、压力返回室25、贯通路 14a及二次侧通路12c构成阀通路46，通过该阀通路46 —次侧端口 41和二次侧端口 12b 相连接。像这样连接的一次侧端口 41及二次侧端口 12b配置为二次侧端口 12b与一次侧端口 41成直角，电磁式调压阀I形成为角式调压阀。另外，电磁式调压阀I也可以是直线型(B卩，直列型)的调压阀，此时沿着轴线LI形成二次侧端口 12b。
在像这样构成的电磁式调压阀I中，高压箱3内的燃料气体供给至一次侧端口 41 中，该燃料气体通过一次侧通路42、螺线管侧连通路43、连接室45、贯通路32b及连通室44 导入至阀孔16a中。而且，通过使阀体17从阀座构件16分离而打开阀孔16a，即通过打开阀通路46燃料气体从阀孔16a流入至阀空间12e中，并通过梢端侧通路17c、连接通路30、 基端侧通路17d、压力返回室25、贯通路14a及二次侧通路12c从二次侧端口 12b排出。
打开阀通路46时，在阀体17和阀座构件16之间形成有圆环状的孔(orifice)。 作为相对于孔的一次侧端口 41侧的一次侧的燃料气体通过孔减压而流向作为相对于阀孔 16a的二次侧端口 12b侧的二次侧。即，一次侧压P1的燃料气体通过孔减压为二次侧压p2。 减压为二次侧压P2的燃料气体如上所述地通过连接通路30等导入至压力返回室25，隔膜密封件21受到导入至该压力返回室25中的二次侧压P2，通过与受到的二次侧压P2相对应的力使阀体17向关闭方向移动。
又，一次侧压Pl通过阀侧连通路17e导入至背压室27中。导入至背压室27的一次侧压P1的燃料气体通过高压密封构件29不会从背压室27泄漏至连接通路30。但是，一次侧压P1和二次侧压P2的压差较大时，有可能从背压室27泄漏至连接通路30。但是，由于连接通路30与压力返回室25及二次侧端口 12b等的二次侧连接，因此即使燃料气体从背压室27泄漏至连接通路30，其泄漏的燃料气体也原封不动地流入至二次侧端口 12b。因此，电磁式调压阀I形成为使从一次侧泄漏的燃料气体不会向外侧泄漏而能够返回至二次侧的安全结构的阀。因此，燃料气体不释放到电磁式调压阀I的外部。即，燃料气体不泄漏至大气中。
在像这样构成的电磁式调压阀I中，阀体17在其梢端部17a的受压面Pl上向上方(即，打开位置方向)受到阀孔16a的一次侧压P1，并在阀体17内部的受压面P2上向下方 (即，关闭位置方向)受到导入至背压室27的一次侧压Pl。因此，在受压面Pl上受到的作用力及受压面P2上受到的作用力相互抵消。受压面Pl的受压面积Al根据阀座构件16的内径A、即座径η而决定，又，受压面P2的受压面积A2根据阀体17的内径r2、即背压室27的孔径r2而决定。在本实施形态中，阀座构件16及阀体17形成为使座径和孔径r2相等。 因此，在本实施形态的电磁式调压阀I中，在受压面Pl上受到的作用力及在受压面P2上受到的作用力大致相同而相互抵消。
又，在动铁芯37的上侧及下侧分别形成有连接室45及一次侧空间36a，在各室45、36a中导入一次侧压？1，动铁芯37在上端(受压面P3)及下端(受压面P4)在上下方向分别受到该一次侧压Pl。动铁芯37形成为大致圆柱状，并且受压面P3、P4的受压面积大致相同，在受压面P3、P4上分别受到的作用力相互抵消。
此外，阀体17的基端侧的直径大于梢端侧的直径。此外，隔膜密封件21的受压面积A5大于受压面积Al、A2。S卩，位于阀体17的基端侧并以关闭位置方向受到二次侧压P2 的受压面P5的受压面积大于位于阀体17的梢端侧以打开位置方向受到二次侧压P2的受压面P6的受压面积。因此，通过二次侧压P2及复位用弹簧28向关闭位置方向按压阀体17， 并在电流不流过螺线管线圈33的状态下，阀体17位于关闭位置。即，电磁式调压阀I形成为常闭型阀的结构。因此，通过切断流过螺线管线圈33的电流可以紧急阻断阀通路46。
<电磁式调压阀的动作>以下参照图2说明电磁式调压阀I的动作。电流流过电磁比例螺线管31的螺线管线圈33时，励磁力作用于动铁芯37，动铁芯37吸引至连接构件32侧。借助于此，阀体17从阀座构件16分离而向打开位置方向移动，打开阀通路46。通过打开阀通路46，在阀体17 和阀座构件16之间形成孔(未图示)，燃料气体通过该孔而减压为二次侧压？2并流入阀空间12e。
阀空间12e的燃料气体通过梢端侧通路17c、连接通路30及基端侧通路17d导入 至压力返回室25中，还通过贯通路14a及二次侧通路12c从二次侧端口 12b排出。阀体17 及隔膜密封件21受到导入至压力返回室25的燃料气体的二次侧压p2，并且阀体17向关闭 位置方向或打开位置方向移动直至到达动铁芯37受到的励磁力、在受压面P5上受到的二 次侧压P2引起的作用力以及复位用弹簧28的弹簧力相平衡的位置。即，阀体17通过调节 阀通路46的开度(即，孔的开度)以使所述力相平衡，以此调节流入阀空间12e的燃料气体 的二次侧压P2。借助于此，二次侧压P2成为与流过螺线管线圈33的电流相对应的压力(即， 目标压力)。
例如，二次侧压？2低于目标压力时，励磁力大于由二次侧压P2引起的作用力，阀体 17向远离阀座构件16的方向(即、打开位置方向)移动。此时，阀通路46的开度扩大而二 次侧压P2上升。借助于此，阀体17移动直至到达励磁力、由二次侧压P2引起的作用力以及 复位用弹簧28的弹簧力相平衡的位置(开度)，从而将二次侧压P2调节为目标压力。因此， 即使一次侧压P1变化，电磁式调压阀I也可以与此相应地控制阀通路46的开度，从而可以 将二次侧压P2调节为目标压力。因此，即使不将一次侧压P1预先减压为一定压力，也可以 用单个电磁式调压阀I将高压的燃料气体减压并调节为规定的低压、即目标压力。因此，电 磁式调压阀I的压力控制性高。
又，在电磁式调压阀I中，通过将一次侧压P1导入至背压室27，可以抵消在受压面 Pl及受压面P2上从一次侧压P1受到的作用力。借助于此，可以抑制由一次侧压P1的变化 而引起的二次侧压P2的变化。因此，可以改善对于高压的燃料气体的压力控制性，与现有 的电磁式调压阀相比可以正确地控制二次侧压P2。又，通过抵消从一次侧压P1受到的作用 力，可以减小电磁比例螺线管31的励磁力，可以使电磁式调压阀I小型化。
又，通过采用隔膜密封件21，可以消除阀体17移动时的滑动摩擦。又，通过采用摩 擦阻力小的低压密封构件22，以此可以尽可能抑制滑动摩擦。通过像这样抑制作用于阀体 17的滑动摩擦，可以使阀体17顺滑地运动。借助于此，可以快速地将二次侧压P2调节为目 标压力，改善二次侧压P2的响应性。此外，通过采用高压密封构件29，可以改善相对于电磁 式调压阀I的一次侧压P1的耐压性能，可以提高从一次侧端口 41供给的一次侧压P1的极 限压力。
又，电磁式调压阀I是电磁比例螺线管31配置在高压箱3内的箱内型的调压阀， 并且可以用单一的阀将高压的燃料气体的压力调节为低压的目标压力。借助于此，可以大 幅度简化燃料气体供给系统2的结构，缩小燃料气体供给系统2的设置空间，可以大幅度谋 求伴随着构成装置的减少的成本降低、以及高压箱3和燃料气体消耗器之间的压力损失的 降低。
此外，电磁式调压阀I是箱内型的容器阀，并具有电磁式阻断和电磁式调压的两 个功能。因此，不需要在电磁式调压阀I的上游侧具备电磁式截止阀，并且作为容器阀的结 构变得简单化，以此实现大幅度的压力损失降低及成本降低。又，电磁比例螺线管31等的 通电部分配置在高压箱3的开口部3a内，即设置于燃料气体中，因此电磁式调压阀I成为 具有防爆结构的容器阀。
[第二实施形态]根据本发明的第二实施形态的电磁式调压阀IA与根据第一实施形态的电磁式调压阀 I结构类似。因此，关于根据第二实施形态的电磁式调压阀IA的结构仅说明与第一实施形态的电磁式调压阀I不同的结构，对于相同的结构标以相同的符号并省略其说明。
在根据第二实施形态的电磁式调压阀IA中，如图3所示在垫圈34A中形成有一次侧端口 41A及一次侧通路42A。又，连接构件32A在其外设有垫圈34A的外周部分形成有外周槽32c。外周槽32c在连接构件32A的外周部分在周方向全周上形成。一次侧通路42A 形成为连接该外周槽32c和一次侧端口 41A。又，在连接构件32A中形成有在半径方向上延伸的多个垫圈连通路32d，外周槽32c通过该多个垫圈连通路32d与连通室44连通。
在像这样构成的电磁式调压阀IA中，阀通路46A的一次侧由一次侧端口 41A、一次侧通路42A、外周槽32c、垫圈连通路32d、连接室45构成。另外，阀通路46A的二次侧的结构与第一实施形态的阀通路46的二次侧的结构相同。
第二实施形态的电磁式调压阀IA发挥与根据第一实施形态的电磁式调压阀I相同的作用效果。
[第三实施形态及第四实施形态]根据本发明的第三实施形态及第四实施形态的电磁式调压阀IB、IC如图4及图5所示除了受压面积Al及受压面积A2不同这一点以外，与根据第一实施形态及第二实施形态的电磁式调压阀1、1A相同。以下仅说明这一点。
在电磁式调压阀1B、1C中，阀体17及外壳12形成为座径Γι小于背压室27的孔径r2，受压面积Al小于受压面积A2。因此，由与受压面积Al和受压面积A2之间的面积差相对应的一次侧压P1引起的作用力向关闭位置方向作用于阀体17。因此，切断流入螺线管线圈33的电流时阀体17向关闭位置移动的速度变快，改善阻断性能。
又，由于一次侧压P1引起的作用力向关闭位置方向作用着，因此阀体17和阀座构件16的就坐部分的密封面压力增高。因此，电磁式调压阀1B、1C可以确实地关闭阀通路46、46A，从而不会使燃料气体从一次侧泄漏至二次侧。
除此之外，第三实施形态及第四实施形态的电磁式调压阀1B、1C分别发挥与根据第一实施形态及第二实施形态的电磁式调压阀1、IA相同的作用效果。
[第五实施形态]根据第五实施形态的调压阀ID类似于第二实施形态的电磁式调压阀1A，代替图6所示的电磁比例螺线管31而具备压电执行器31D。作为阀体驱动手段的压电执行器31D由压电元件(piezoelectric element)(例如压电元件(piezo element))构成,产生与外加的夕卜加电压相对应的驱动力，并通过按压杆38使阀体17向打开位置方向运动，从而打开阀通路 46A。此时，以与产生的驱动力相对应的开度打开阀通路46A，调压阀ID也可以将二次侧压 P2调节为与外加在压电执行器31D的外加电压相对应的压力。
除此之外，根据第五实施形态的调压阀ID具 有与根据第二实施形态的电磁式调压阀IA相同的结构，并发挥相同的作用效果。
[第六实施形态]根据第六实施形态的调压阀IE类似于第二实施形态的电磁式调压阀1A，并如图7所示代替电磁比例螺线管31而具备力马达31E。作为阀体驱动手段的力马达31E设置为在圆筒状的永久磁铁61中插入有可动线圈62，并且电流流入可动线圈62时产生与电流相对应的励磁力，通过该励磁力可动线圈62在磁轭63内运动。通过可动线圈62运动，与其设置 为一体的按压杆38向打开位置方向按压阀体17而打开阀通路46A。此时，以与产生的励磁 力相对应的开度打开阀通路46A，调压阀IE也可以将二次侧压P2调节为与流入力马达31E 的电流相对应的压力。
除此之外，根据第六实施形态的调压阀IE具有与根据第二实施形态的电磁式调 压阀IA相同的结构，并发挥相同的作用效果。
[其他实施形态]在本实施形态中，虽然用隔膜密封件21承受压力返回室25的二次侧压p2，但是并不一 定是隔膜密封件，也可以是O形环等的低压密封构件。
工业应用性本发明可以适用于将高压的燃料气体的压力调节为与流过的电流相对应的压力的气 体用调压阀中。
符号说明UlA IC电磁式调压阀；IDUE调压阀；3箱；12夕卜壳;12b二次侧端口；17阀体；19轴承构件容纳空间20轴承构件；21隔膜密封件；22低压密封构件；25压力返回室；26密封杆；27背压室；28复位用弹簧；29高压密封构件；30连接通路；31电磁比例螺线管；31D压电执行器；31E力马达；41、41A一次侧端口；46、46A阀通路。
权利要求
1.一种气体用调压阀，其设置于箱的开口部上，调节填充在所述箱内的燃料气体的压力并输出，具备 具有与一次侧端口和二次侧端口连接的阀通路的外壳； 设置于所述外壳内，在关闭所述阀通路的关闭位置和打开所述阀通路的打开位置之间移动并调节所述阀通路的开度的阀体； 对所述阀体向关闭位置侧施力的复位用弹簧； 配置于所述箱的开口部内，与所述复位用弹簧的施力相反抗地向所述阀体施加与外加的外加电压或外加电流相对应的驱动力以使所述阀体向所述打开位置侧移动的阀体驱动单元； 形成于所述外壳内，并与所述二次侧端口连接的压力返回室； 介于所述阀体和所述外壳之间的间隙，滑动支持所述阀体的轴承构件； 分别设置于所述轴承构件的两侧，分别密封所述间隙的两侧的第一密封构件及第二密封构件；和 从所述阀体的基端能相对移动地插入于该阀体内，在与所述阀体之间形成与所述一次侧端口连接的背压室的密封杆； 所述第一密封构件向与所述驱动力相反抗的方向受到所述压力返回室的压力，根据受到的所述压力使所述阀体向所述关闭位置侧移动； 在所述密封杆和所述阀体之间，比所述背压室靠近所述阀体的基端侧的位置上形成有与所述二次侧端口连接的连接通路； 在所述连接通路和所述背压室之间设置有密封其之间的第三密封构件。
2.根据权利要求1所述的气体用调压阀，其特征在于， 所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面； 所述第一受压面的受压面积与所述第二受压面的受压面积相同。
3.根据权利要求1所述的气体用调压阀，其特征在于， 所述阀体具有向所述打开位置侧受到所述一次侧端口中的一次侧压的第一受压面和向所述关闭位置侧受到所述背压室的压力的第二受压面； 所述第一受压面的受压面积小于所述第二受压面的受压面积。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于， 所述第一密封构件是隔膜密封件； 所述第二密封构件是摩擦阻力小的低压密封件。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于，所述第三密封构件是摩擦阻力小，而且起动阻力和滑动阻力之差小的高压密封件。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的气体用调压阀，其特征在于，形成为在外加于所述阀体驱动单元的外加电压或外加电流为零时，通过所述复位用弹簧使所述阀体位于所述关闭位置的常闭型。
全文摘要
本发明提供即使在高压的燃料气体环境下，也能够将其二次侧压更加正确地调节为目标压力，且能够防止燃料气体泄漏至大气中的气体用调压阀。电磁式调压阀(1)是箱内型，并通过电磁比例螺线管(31)使阀体(17)移动而调节阀通路(46)的开度，以此将二次侧压(p2)调节为目标压力。滑动支持阀体(17)的轴承构件(20)的两侧由隔膜密封件(21)和低压密封构件(22)密封。隔膜密封件(21)从压力返回室(25)受到二次侧压(p2)以使阀体(17)向关闭位置方向移动。又，在阀体(17)内，通过插入到其中的密封杆(26)形成有与一次侧端口(41)连接的背压室(27)。又，在密封杆(26)的侧方形成有与二次侧端口(12b)连接的连接通路(30)，连接通路(30)和背压室(27)之间由高压密封构件(29)密封。
文档编号F02M21/02GK103003606SQ201180037249
公开日2013年3月27日 申请日期2011年8月4日 优先权日2010年8月6日
发明者野道薰, 铃木丰, 二宫诚 申请人:川崎重工业株式会社