电子控制式调节器

技术领域

本发明涉及一种一边将气体燃料等高压流体减压并调节成规定压力一边排出的调节器，尤其涉及一种通过电子控制对要排出的流体的压力进行调节的电子控制式调节器。

背景技术

作为将高压的流体减压成规定压力并排出的调节器，众所周知例如如专利第2667114号公报(专利文献1)、日本专利特开2011-256759号公报(专利文献2)所记载的气体燃料用的调节器。这种调节器是如下结构，包括：阀轴，所述阀轴设置成与阀芯同轴；以及圆圈状的阀座，阀孔贯穿所述阀座的中央，并且所述阀座具有与所述阀芯紧贴的阀座座面，从主体的入口流入的CNG等高压流体在阀芯的开口状态下经过所述阀芯与阀座之间的间隙流入到减压室内而被调压，并随后被排出。

接着，当减压室内的流体的压力达到规定压力以上时，通过所述压力来克服调压弹簧的作用力而将隔膜上推，并将连结于所述隔膜的流体的所述阀芯上抬而将阀座关闭，此外，当减压室内的流体的压力达到规定压力以下时，在调压弹簧的作用力下使隔膜下降而使阀芯离开阀座，重复上述动作，以将流体调节成期望的压力，通过减压室的压力与调压弹簧的作用力的平衡一边将高压流体减压并调节成规定压力，一边排出。

此外，例如如日本专利特开2007-146875号公报(专利文献3)及日本专利特开2019－067216号公报(专利文献4)所记载的调节器那样为如下结构，包括：阀轴，所述阀轴设置成与阀芯同轴，并且能供流体经过；阀座，所述阀座具有与所述阀芯紧贴的阀座座面，通过与所述阀轴一体化的活塞部将主体的内部气密性地区划为初级压力室(减压室)、背压室(大气压室)和次级压力室(调压室)，从主体的入口流入的CNG等高压流体在阀芯的开口状态下经过形成于阀轴的通路流入次级压力室被调压，随后排出。

接着，当次级压力室内的流体的压力达到规定压力以上时，通过所述压力来克服调压弹簧的作用力而将隔膜上推，并将连结于所述活塞的所述阀芯上抬而将阀座关闭，此外，当次级压力室内的流体的压力达到规定压力以下时，通过调压弹簧的作用力使活塞下降而使阀芯离开阀座，并重复上述动作，以将流体调节成期望的压力，通过次级压力室的压力与调压弹簧的作用力的平衡一边将高压流体减压并调节成规定压力，一边排出。

然而，在上述那样的现有的调节器的减压结构中，由调节器调节的流体的排出压力机械性地依赖于调压弹簧的载荷，因此，需要针对每次指定的排出压力预先准备调压弹簧。此外，在车辆的燃料供给系统中使用的调节器中，预先将所述调压弹簧固定于指定的设置高度处，因此，在发动机要求流量大的情况下压力下降变大，在发动机要求流量小的情况下压力下降变小，因此，存在排出压力范围和流量范围机械性地受限的问题。

另一方面，在日本专利实开昭59-160842号公报(专利文献5)中提出一种调压机构，在包括初级侧隔膜室和次级侧隔膜室的LPG用调节器中，作为对初级侧隔膜室内的调压弹簧的作用力进行调节的作用力调节单元包括步进马达，所述步进马达一边对应来自在初级侧隔膜室内设置的压力传感器的输出信号一边被脉冲控制。

这样，通过包括被电子控制的步进马达的调压机构，在使初级侧隔膜室内的压力比预先设定的压力高的情况下将调压弹簧的作用力减弱，在初级侧隔膜室内的压力比预先设定的压力小的情况下将调压弹簧的作用力加强，从而能将初级侧隔膜室内的压力维持在期望的压力。

然而，在上述调节器中能调节成期望的压力并进行维持的仅是初级侧隔膜室内，从次级侧隔膜室排出的燃料的压力依赖于配设在所述室内的调压弹簧，因此，通过一种调节器依然难以设定为各种各样的排出压力，此外，仍无法解决排出压力范围和流量范围机械性地受限的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特许第2667114号公报

专利文献2：日本专利特开2011-256759号公报

专利文献3：日本专利特开2007-146875号公报

专利文献4：日本专利特开2019－067216号公报

专利文献5：日本专利实开昭59-160842号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

本发明是为了解决上述那样的问题而完成的，其技术问题在于针对调节器，能一边对应要求流量的变动，一边自动地维持指定的各种各样的排出压力。

解决技术问题所采用的技术方案

因此，本发明是一种电子控制式调节阀，在形成有导入口和排出口的主体的内部包括调压阀，所述调压阀由阀轴、阀座和排出压力调节单元构成，其中，所述阀轴设置成与阀芯同轴并能沿着轴线方向往复动作，所述阀座具有能与所述阀芯紧贴的阀座座面，所述排出压力调节单元通过使所述阀轴往复动作以使所述阀芯与所述阀座之间的距离变化，以对流体的排出压力进行调节，通过所述调压阀将从所述导入口导入的高压流体减压并调节以作为设定压力的减压流体从所述排出口排出，其特征在于，所述排出压力调节单元具有：电动马达；以及阀轴移动结构，所述阀轴移动结构通过所述电动马达的驱动而动作以使所述阀轴沿着轴线方向移动，由此，对所述阀芯与所述阀座之间的距离进行改变，基于配置成与所述排出口串联或并联并对所述减压流体的压力进行检测的压力传感器的值，一边通过所述电动马达使所述阀轴移动结构动作，一边以使所述减压流体的压力维持所述设定压力的方式进行所述调压阀的打开、关闭。

这样，通过并非通过调压弹簧对排出压力进行调节的方式，而是采用一边基于由传感器检测出的减压流体的压力驱动电动马达并对其进行控制，一边进行设置于阀轴的阀芯的打开、关闭动作以将排出压力维持为设定压力的方式，一边能灵活地对应要求流量的变动，一边能自动地维持所设定的各种各样的排出压力。

此外，在所述调节器中，所述电动马达是AC伺服马达或DC无刷马达，所述阀轴移动结构是由台形阳螺纹和台形阴螺纹的组合而成的输送螺纹，其中，所述台形阳螺纹附设成与所述阀轴同轴，并形成于配置成能沿着轴线方向移动且无法转动的圆柱状的运动轴的外周面，所述台形阴螺纹形成于与所述运动轴外嵌的圆筒状构件的内周面并与所述台形阳螺纹啮合，输送螺纹通过所述电动马达的驱动使所述台形阴螺纹转动，从而一边使所述台形阳螺纹不转动而是沿着轴线方向动作一边使所述阀轴移动，在此情况下，能在使调节器不过度变大的情况下，使阀轴在短时间内移动并准确地停止在开阀位置或闭阀位置。

除此以外，形成有所述台形阴螺纹的圆筒状构件在与电动马达的转子一体，在此情况下，通过调节器与电动马达同轴且构成为一体，能将包括电动马达的调节器的尺寸控制得紧凑。

另外，在包括上述输送螺纹的调节器中，构成所述输送螺纹的台形阳螺纹和台形阴螺纹中的任一方或两方由自润滑性树脂制成，在此情况下，能无需在螺纹彼此的啮合部处注入油的工夫，而以低成本长期间地维持阀的顺畅的打开、关闭动作。

发明效果

根据一边基于检测出的排出压力驱动电动马达并对其进行控制，一边进行调压阀的打开、关闭以将排出压力维持在设定压力的本发明，能一边对应要求流量的变动，一边自动地维持指定的各种各样的排出压力。

附图说明

图1是表示本发明的第一实施方式的电子控制式调节器的闭阀状态的纵剖视图。

图2是表示图1的电子控制式调节器的开阀状态的纵剖视图。

图3是图2的A-A线剖视图。

图4是包括图1的电子控制式调节器的发动机的燃料供给系统的功能框图。

图5是表示本发明的第二实施方式的电子控制式调节器的开阀状态的纵剖视图。

图6是表示图5的电子控制式调节器的闭阀状态的纵剖视图。

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。另外，在本发明中，所谓的自润滑性树脂是指像聚缩醛树脂、单体浇铸尼龙(日文：モノマーキャストナイロン)、氟树脂、超高分子量聚乙烯那样，通过使表面的自润滑性比其他的一般的树脂原材料的自润滑性高，以在构件彼此的滑动部或摩擦部处无需润滑油或润滑剂，或是使润滑油或润滑剂设为最小限度的树脂原材料。

图1表示本发明的第一实施方式的电子控制式调节器1A的闭阀状态，图2表示开阀状态。设想这种电子控制式调节器1A主要在气体燃料等的供给系统等中用作一边将作为高压流体的气体燃料减压成规定压力一边送出的减压单元。

若将其结构进行大体拆分说明，则在金属制且形成为圆柱状的主体10A的内部中，由导入高压流体的导入口11至调压阀20的高压部2A、从所述调压阀20至排出减压流体的排出口12的排出部3A和用于将对所述调压阀20进行操作并排出的减压流体的压力减压并调节成设定压力的压力控制部4A构成。

所述调压阀20由阀轴21、圆圈状的阀座23和排出压力调节单元构成，其中，所述阀轴21设置成与伞状的阀芯22同轴并能沿着轴线方向往复动作，所述阀座23具有能与所述阀芯22紧贴的阀座座面24并且在中心形成有阀孔25，所述排出压力调节单元通过使所述阀轴21往复动作以使所述阀芯22与所述阀座23之间的距离变化，从而对排出压力进行调节。

所述排出压力调节单元由电动马达30、驱动所述电动马达30并对其进行控制的驱动器40和将所述阀轴21的前端侧插入到在端部形成的连结孔51而与所述阀轴21同轴地连结的运动轴50构成，一边通过被电子控制的所述电动马达30的驱动使配置于所述排出压力调节单元下侧的所述阀轴21的所述阀芯22相对于所述阀座23的阀座座面24在所述阀芯22与所述阀座座面24紧贴的闭阀位置(图1)和所述阀芯22与所述阀座座面24分开的开阀位置(图2)之间沿着轴线方向往复动作而使开口部面积变化，一边自动地调节成使排出的减压流体的压力与设定压力相等，这一点是本发明的最大的特征部分。

所述排出压力调节单元包括用于通过所述电动马达30的驱动而动作以使所述阀轴21沿着轴向移动的后述的阀轴移动结构，基于通过连通孔13连接于所述阀孔25下游侧的所述排出口12的压力传感器设置部14内的对减压流体的压力进行检测的压力传感器(未图示)的值，一边通过所述电动马达30使阀轴移动结构动作，一边以将排出的减压流体的压力维持为设定压力的方式进行所述调压阀20的打开、关闭。

另外，压力传感器的设置部位并不局限于所述压力传感器设置部14内，只要配置成能与所述排出口12串联或并联并对排出压力进行检测即可，能设置于减压流体被送出的路径上的任意部位。

这样，根据本实施方式的电子控制式调节器1A，通过并非像以往的调节器那样通过调压弹簧对排出压力进行调节的方式，而是采用基于由压力传感器检测出的排出压力驱动所述电动马达30并对其进行控制以使所述阀轴21沿着轴线方向往复动作来将所述调压阀20打开、关闭(使开口部面积变化)从而对排出压力进行调节的方式，能在消除以往的调节器中的问题点的、因在要求流量大的情况下压力下降变大且在要求流量小的情况下压力下降变小而使排出压力范围和要求流量范围机械性受限这样的问题的同时，无需更换部件，通过一个产品便能对应各种各样的要求压力和要求流量。

另外，在本实施方式中，作为构成所述排出压力调节单元的一部分的所述电动马达30，使用控制性优异的AC伺服马达，能实现由所述驱动器40进行的驱动控制且能实现迅速且准确的旋转角定位，但也可以使用DC无刷马达来代替所述AC伺服马达。

此外，在本实施方式的电子控制式调节器1A中，所述阀轴移动结构是由台形阳螺纹61和台形阴螺纹62组合而成的输送螺纹60，其中，所述台形阳螺纹61形成于在阀轴21的前端侧设置的圆柱状的运动轴50A的外周面，所述台形阴螺纹62形成于作为构成所述电动马达30的一部分的圆筒状的构件即转子33的内周面，并与台形阳螺纹61啮合，输送螺纹60构成为通过所述电动马达30的驱动使与所述转子33的内周面侧一体的所述台形阴螺纹62在所述台形阳螺纹61的周围转动。

关于所述输送螺纹60，优选的是，构成所述输送螺纹60的所述台形阳螺纹61和所述台形阴螺纹62中的任一方或两方由自润滑性树脂原材料成型。由此，无需在所述台形阳螺纹61与所述台形阴螺纹62的啮合部处注入润滑油，容易以低成本长期间地维持阀顺畅的打开、关闭动作。

此外，所述运动轴50A为如下结构，在与所述连结孔51相反一侧的端部处形成有在内周面形成平面部分的插入孔52，将基端72固定于所述主体10A并在前端73的外周面形成平面部分74的止转轴70以能沿着轴线方向自由滑动的方式插入到所述插入孔52(参照图3)，并通过相互的平面部分紧贴以对运动轴50A中的旋转动作进行限制并转换为轴线方向的直线动作，并由此使由所述连结孔51连结的所述阀轴21移动。

此外，通过将所述阀座23的所述阀座座面24的阀座直径与所述阀芯22的有效直径设为大致相同，容易实现所使用的所述电动马达30的小型化和所述电子控制式调节器1A的紧凑化。

对所述电子控制式调节器1A中的所述压力控制部4A的结构进行更详细地说明。

内置于在所述主体10A上部侧形成的收纳室5的所述电动马达30如上所述使用控制性优异的AC伺服马达。在所述收纳室5的内周侧配设有多个以卷绕的状态对绕组32进行支承的定子31，以与各个定子31相对的方式将多个磁体34配设于外周侧的大致圆筒状的转子33配设成使其中心轴线与所述阀轴21相同地转动。

所述转子33被配设于其上下两端侧的滑动轴承35、36轴支承，在通过给与所述磁体34相对的所述绕组32通电以产生的磁力的作用下转动，并驱动所述电动马达30。另外，通过在所述滑动轴承35、36的原材料使用表面润滑性能优异的自润滑性树脂，能无需定期地对该摩擦部分注入油地长期间地确保所述转子33的顺畅的转动。

在所述定子31的上方配置有用于所述转子33的轴伸出和用于安装磁极位置传感器37的罩38，并且在所述转子33的上方配设有磁体39，能与在所述定子31中流通的电流所产生的磁极一起，通过所述磁极位置传感器37对所述转子33的旋转位置进行检测。

此外，在所述磁极位置传感器37的上方配设有马达驱动用的所述驱动器40，所述驱动器40通过端子41与所述绕组32连接，并且使外部输入用的外部端子42露出到所述主体10A的外部。

接着，参照图1至图3的剖视图以及图4的功能框图对本实施方式的作用进行说明。

如图1所示，在初始状态下，所述阀轴21被配设于基端侧的弹簧26上推，使得所述阀芯22一边与所述阀座23的阀座座面24紧贴一边闭阀。另外，标记“27”是用于将所述阀座23按压并保持的弹簧。

此外，在使用所述电子控制式调节器1A时，如图4所示，目标压力(Pref)指令从作为电子控制单元的发动机控制单元100经由所述外部端子42输入到所述驱动器40。此时，在目标压力(Pref)与由压力传感器101检测出的排出压力值(Pout)的关系为Pref＞Pout的情况下，通过在所述定子31的绕组32施加电流，以使所述转子33朝下推所述运动轴50A的方向旋转，所述阀轴21的阀芯22也随之被下推，从而变成图2所示的那样的开阀状态。

相反地，在目标压力(Pref)与排出压力值(Pout)的关系为Pref＜Pout的情况下，通过使所述转子33朝上推的方向转动，以使所述阀轴21的阀芯22也随之被上推，从而变成图1所示的那样的闭阀状态。

通过执行上述那样的控制而使所述调压阀20打开、关闭(使开口部的面积变化)，能将排出压力维持为指定的目标压力。此外，通过输入与调节器的使用条件对应的目标设定压力，还能自由地改变排出压力。

另外，也可以如图4所示将对经过油过滤器102之后的流体的压力进行检测的压力传感器103替换所述压力传感器101，或者与所述压力传感器101结合一起使用。

图5表示本发明第二实施方式的电子控制式调节器1B的闭阀状态，图6表示开阀状态。设想所述电子控制式调节器1B与所述电子控制式调节器1A同样地，主要在气体燃料等的供给系统等中用作一边将高压流体即气体燃料减压成规定压力一边送出的减压单元。

若对其结构进行大体拆分说明，则在金属制且形成为圆柱状的主体10B的内部中，由导入高压流体的导入口11至调压阀80的高压部2B、从所述调压阀80至排出减压流体的排出口12的排出部3B和用于将对所述调压阀80进行操作并排出的减压流体的压力减压并调节成设定压力的压力控制部4B构成，这一点也与所述电子控制式调节器1A相同。

所述调压阀80由筒状的阀轴81、圆环状的阀座84和排出压力调节单元构成，其中，所述阀轴81设置成与圆环状的阀芯82同轴并能沿着轴线方向往复动作，且具有能供流体经过的通路83，所述阀座84具有能与所述阀芯82紧贴的阀座座面85，所述排出压力调节单元通过使所述阀轴81往复动作以使所述阀芯82与所述阀座84之间的距离变化，从而对流体的排出压力进行调节。

所述排出压力调节单元由电动马达30、驱动所述电动马达30并对其进行控制的驱动器40和与所述阀轴81形成为一体的运动轴50B构成，一边通过被电子控制的电动马达30的驱动使贯穿所述排出压力调节单元而配置的所述阀轴81的所述阀芯82相对于所述阀座83的阀座座面84在所述阀芯82与所述阀座座面84紧贴的闭阀位置(图5)和所述阀芯82与所述阀座座面84分开的开阀位置(图6)之间沿着轴线方向往复动作以使开口部面积变化，一边自动地调节成使排出的减压流体的压力与设定压力相等，这一点也与所述电子控制式调节器1A相同。

所述排出压力调节单元包括用于通过所述电动马达30的驱动而动作以使所述阀轴81沿着轴向移动的后述的阀轴移动结构,基于在所述阀轴81下游侧(经过所述通路83之后)减压流体被送出的路径上的对排出压力进行检测的压力传感器(未图示)的值，一边通过所述电动马达30使阀轴移动结构动作，一边以使排出的减压流体的压力维持为设定压力的方式进行所述调压阀80的打开、关闭。

本实施方式的电子控制式调节器1B中的阀轴移动结构是由台形阳螺纹61和台形阴螺纹62组合而成的输送螺纹60，其中，所述台形阳螺纹61形成于与所述阀轴81的外周形成为一体的圆柱状的运动轴50的外周面，所述台形阴螺纹62形成于构成所述电动马达30的一部分的圆筒状的构件即所述转子33的内周面，并与台形阳螺纹61啮合，所述输送螺纹60构成为通过所述电动马达30的驱动使与所述转子33的内周面侧一体的所述台形阴螺纹62在所述台形阳螺纹61的周围转动。

此外，与所述运动轴50B一体的所述阀轴81为如下结构，具有：止转突起91，所述止转突起91在与所述阀芯82相反一侧的端部处突出设置于周向外侧；以及止转引导件92，所述止转引导件92以夹着所述止转突起91的方式突出设置于所述主体10A一侧，通过所述止转突起91与所述止转引导件92接触以对所述运动轴50B中的旋转动作进行限制并转换为轴线方向的直线动作，由此，使与所述运动轴50B一体的所述阀轴81移动。

此外，通过将所述阀座84的所述阀座座面85的阀座直径与所述阀芯82的有效直径设为大致相同，容易实现所使用的所述电动马达30的小型化和所述电子控制式调节器1B的紧凑化。

这样，根据本实施方式的电子控制式调节器1B，通过并非像以往的调节器那样利用对管状的阀轴施加排出压力的载荷与经由阀轴配设于相反一侧的调压弹簧的载荷之间的平衡来进行调节的方式，而是与上述的电子控制式调节器1A同样地，采用基于由压力传感器检测出的排出压力驱动所述电动马达30并对其进行控制以使所述阀轴81沿着轴线方向往复动作来将所述调压阀80打开、关闭(使开口部面积变化)从而对排出压力进行调节的方式，能在消除以往的调节器中的问题点的、因在要求流量大的情况下压力下降变大且在要求流量小的情况下压力下降变小而使排出压力范围和要求流量范围机械性受限这样的问题的同时，无需更换部件，通过一个产品便能对应各种各样的要求压力和要求流量。

所述电子控制式调节器1A和所述电子控制式调节器1B存在各自的阀芯和阀轴的结构相反的关系，但在任一实施方式中均能获得本发明的优异的效果。

如上所述，关于调节器，根据本发明，一边能对应要求流量的变动，一边能自动地维持为指定的各种各样的排出压力。

(符号说明)

1A、1B电子控制式调节器；2A、2B高压部；3A、3B排出部；4A、4B压力控制部；5收纳室；10A、10B主体；11导入口；12排出口；13连通孔；14压力传感器设置部；20调压阀；21阀轴；22阀芯；23阀座；24阀座座面；25阀孔；26、27弹簧；30电动马达；31定子；32绕组；33转子；34磁体；35滑动轴承；36滑动轴承；37磁极位置传感器；38罩；39磁体；40驱动器；41端子；42外部端子；50A、50B运动轴；51连结孔；52插入孔；60输送螺纹；61台形阳螺纹；62台形阴螺纹；71止转轴；72基端；73前端；74平面部；80调压阀；81阀轴；82阀芯；83通路；84阀座；85阀座座面；91止转突起；92止转引导件；100发动机控制单元；101、103压力传感器；102油过滤器。