JPH10318104A - 流体制御弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、開閉操作を行なう高圧流体の一部
を制御流体として利用して弁開閉制御を行なう流体制御
弁において、一系統のみの始動弁制御流体ラインによ
り、開弁及び閉弁を確実に行ない得る流体制御弁を提供
する。 【解決手段】 本発明は第１のピストン１に開弁方向に
流体圧を付勢する制御流体圧室Ａに供給された制御流体
圧１０２により第２のピストン２が第２の圧力室Ｄ側に
移動する事により、第１の通路２４を閉塞して第２の通
路２５を開放して第１の圧力室Ｂの高圧流体を大気開放
し、一方、前記制御流体圧室Ａに供給された制御流体圧
１０２の開放によりに第２のピストン２が制御流体圧受
圧部側に移動する事により、第２の通路２５を閉塞し、
第１の通路２４を開放して第１の圧力室Ｂに高圧流体を
導入させることを特徴とする流体制御弁装置を提案す
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、開閉操作を行なう
高圧流体の一部を制御流体として利用して弁開閉制御を
行なう流体制御弁に係り、特に空気圧始動式内燃機関の
始動空気システムの始動弁として好適に適用される流体
制御弁に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の内燃機関の始動弁及び始動空気シ
ステムを、図６、図７及び図８に示す。図７に示すよう
に、空気圧始動式内燃機関では、内燃機関始動時に始動
空気タンク１００より始動弁１０を通り、内燃機関２０
のシリンダ内へ供給された高圧始動空気１０１が、ピス
トン４０を押し下げることにより、内燃機関を回転さ
せ、その後、燃料を投入することにより、内燃機関を始
動させる。始動弁１０は内燃機関への始動空気の供給／
遮断を行なっており、始動空気タンク１００より供給さ
れた高圧空気が始動弁コントロール装置１１０により吐
出タイミングが調整された始動弁制御（コントロール）
空気１０２、１０３を始動弁制御部に供給することによ
り始動弁１０の開閉動作が行なわれる。

【０００３】かかる始動空気システムは船舶用内燃機関
等に多く使われるが、船舶用内燃機関においては、該始
動空気システムは単に内燃機関の始動のための装置では
なく、内燃機関を逆回転させる場合は内燃機関を停止さ
せる機能も持っている為に、船の発進、停船操作のため
の重要なシステムである。また、前記システムに使用さ
れる始動弁は内燃機関を確実に始動又は停止させるた
め、始動弁の開閉タイミングを確実にコントロールする
必要がある。

【０００４】かかる要請の為に図６及び図８に示す始動
弁が実用化されている。図６の始動弁１０は、内燃機関
２０のシリンダ内燃焼室と連通する通路２１、２２部間
に気密的に装着されており、その部品構成として、高圧
流体１０１を通路２１より導入する通路４１及び４２を
有し、その上部に後記する第１のピストン１’により仕
切られる第１の制御流体圧室Ａ’と第２の制御室Ｂ’及
びその下側の高圧流体圧室Ｃを構成するための段差円筒
状のシリンダ空間を有する弁箱４と、前記弁箱４内に軸
線方向に沿って摺動自在に介装され弁箱４の通路４１を
介して連通する高圧流体通路２１及び２２間を開閉操作
する弁体３０と、前記弁体３０の上端より垂直に延伸し
弁箱４上面側より突設する弁棒３と、前記弁棒３に環装
され前記段差円筒状のシリンダ空間内を摺動自在に配設
され、前記したように第１の制御流体圧室Ａ’と第２の
制御流体圧室Ｂ’及びその下側の高圧流体圧室Ｃを仕切
るピストン１’とを具えている。

【０００５】そして前記ピストン１’の頂部は前記弁棒
３を囲繞するごとく筒状に垂直に延伸させて弁箱４上面
側より突設させ、弁棒３上端のネジ刻設位置まで延伸さ
せ、ばね６及びワッシャ５１（ばね受け）を介して弁棒
３上端に固定ナット５を螺着させる。この結果、前記ピ
ストン１’と、弁体３０は一体化しピストン１’の往復
動に追従して弁体３０が開閉操作を行なう。

【０００６】かかる構成において始動弁制御空気（開弁
空気）１０２が制御室Ａ’に供給されると、ばね６力に
抗してピストン１’とこれに追従して弁体３０が押し下
げられることにより始動弁１０（高圧流体通路２１及び
２２間）が開き、始動空気１０１が内燃機関２０のシリ
ンダ内へ供給される。その後、ある時期に、始動弁制御
空気（開弁空気）１０２が始動弁コントロール装置３０
より大気開放され、始動弁制御空気（閉弁空気）１０３
が始動弁１０の制御流体圧室Ｂ’に供給されることによ
り、ばね６力との協動作業により始動弁ピストン１’が
押し上げられ、始動弁１０は閉弁する。

【０００７】図８は図６の始動弁１０において、始動弁
閉弁制御空気ライン１０３を省略し、代わりに、閉弁ば
ね６の付勢力を強くすることで閉弁操作を行なう始動弁
を示しているが、閉弁ばね６の付勢力のみでは始動弁の
開閉操作の確実性の面で問題があり、確実に始動弁が閉
まらない場合は、シリンダ内の燃焼火炎が始動空気管へ
入ってしまい、最悪の場合、始動空気管の爆発の恐れが
あり、船舶の場合では発停船不能となるケースも考えら
れる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】従って始動弁の開閉操
作、特に閉弁操作は内燃機関の始動、停止において非常
に重要であるが、開弁操作と閉弁操作を行なう始動弁コ
ントロール装置は各シリンダに対し２系統の制御機能を
持たせる必要がある。また、確実な閉弁操作を行なうに
は図６に示すように始動弁制御空気ラインは各シリンダ
に対し、それぞれ２系統の配管を行なう必要がある。

【０００９】本発明は、開閉操作を行なう高圧流体の一
部を制御流体として利用して弁開閉制御を行なう流体制
御弁において、一系統のみの始動弁制御流体ラインによ
り、開弁及び閉弁を確実に行ない得る流体制御弁を提供
することを目的とし、特に空気圧始動式内燃機関の始動
空気システムの始動弁として好適に適用される流体制御
弁を提供することを目的としている。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、高圧流体を供
給する高圧流体供給源１００と、高圧流体通路２１、２
２を開閉する弁体３０と、高圧流体供給源１００からの
高圧流体により弁体３０の開閉を制御する制御流体圧供
給制御手段１１０と、弁体３０と当接し弁体３０を開閉
する第１のピストン１と、前記制御手段１１０からの制
御流体圧が供給され、前記第１のピストン１に開弁方向
に流体圧を付勢する制御流体圧室Ａと、前記第１のピス
トン１を介して制御流体圧室Ａと対向する位置に形成さ
れ、前記第１のピストン１に開弁方向に流体圧を付勢す
る第１の圧力室Ｂを具えた流体制御弁装置において、前
記第１のピストン１の制御流体圧受圧側に摺動自在に配
設された第２のピストン２と、該第２のピストン２を介
して制御流体圧受圧部と対向する位置に形成され、該制
御流体圧受圧部面積より小なる受圧面積を有する第２の
圧力室Ｄと、該第２の圧力室Ｄを介して高圧流体通路２
１〜４２〜Ｃ側より第１の圧力室Ｂに高圧流体を導入す
る第１の通路２４と、前記第１の圧力室Ｂと大気開放部
２３を連通する第２の通路２５とを具え、前記制御流体
圧室Ａに供給された制御流体圧１０２により第２のピス
トン２が第２の圧力室Ｄ側に移動する事により、第１の
通路２４を閉塞して第２の通路２５を開放して第１の圧
力室Ｂの高圧流体を大気開放し、一方、前記制御流体圧
室Ａに供給された制御流体圧１０２の開放によりに第２
のピストン２が制御流体圧受圧部側に移動する事によ
り、第２の通路２５を閉塞して第１の通路２４を開放し
て第１の圧力室Ｂに高圧流体を導入させることを特徴と
する流体制御弁装置を提案する。

【００１１】本発明を具体的に説明するに、例えば前記
制御弁１０を内燃機関の始動弁として適用した場合にお
いて、図１に示すように内燃機関の始動スタンバイ時
は、始動空気が始動弁１０の高圧流体室Ｃまで供給され
ているため、高圧の始動空気は高圧流体室Ｃから通路２
４を経て第２の圧力室Ｄに入り、リング状の第２のピス
トン２を押し上げ第１の通路２５を開放且つ第２の通路
２６を閉塞して、この結果第１の圧力室Ｂに高圧空気が
供給され、始動弁の弁体３０は閉状態となる。

【００１２】一方、始動空気と同一圧力である始動弁制
御空気が制御流体圧室Ａに供給されると、（制御流体圧
室Ａ側の受圧面積）＞（第２の圧力室Ｄ側の受圧面積）
に設定されている第２のピストン２が下降し、第１の圧
力室Ｂの空気圧は第１の通路２４を閉塞且つ第２の通路
２５を開放して大気開放され、この結果第１のピストン
１が押し下げられ、始動弁の弁体３０が開放されて高圧
始動空気が内燃機関２０のシリンダ内に供給される。始
動弁１０の制御空気１０２が停止し大気開放されると、
始動空気圧の作用している高圧流体室Ｃの圧力が第２の
圧力室Ｄに伝達され、第２のピストン２を押上げて第１
の通路２４を開放且つ第２の通路２５を閉塞して、第１
の圧力室Ｂに始動空気が供給され、始動弁１０は閉ま
り、始動スタンバイ時の状態に戻る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態を例示的に詳しく説明する。但しこの実施
形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、そ
の相対的配置等は特に特定的な記載がないかぎりは、こ
の発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説
明例にすぎない。図１乃至図５に本発明の第１実施例を
示す。図１は弁閉時の状態を示す始動弁（始動スタンバ
イ時）、図２は弁開時の状態を始動弁を夫々示し、図３
及び図４は夫々図１、図２の第１のピストン部１の詳細
を示す断面図。図５は本実施形態に係る始動弁を用いた
内燃機関の始動空気システムを示している。

【００１４】始動弁１０は、図６と同様に、高圧流体通
路４１及び４２を有し、その上部に後記する第１のピス
トン１により仕切られる制御流体圧室Ａと該流体圧室Ａ
より小の受圧面積の第１の圧力室Ｂ及びその下側の高圧
流体圧力室Ｃを構成する段差円筒状のシリンダ空間を有
する弁箱４と、前記弁箱４内に軸線方向に沿って摺動自
在に介装され弁箱４の通路４１を介して連通する高圧流
体通路２１及び２２間を開閉操作する弁体３０と、前記
弁体３０の上端より垂直に延伸し弁箱４上面側より突設
する弁棒３と、前記弁棒３に環装され前記段差円筒状の
シリンダ空間内を摺動自在に配設され、前記したように
制御流体圧室Ａと第１の圧力室Ｂ及びその下側の高圧流
体圧力室Ｃを仕切る第１のピストン体１とを具えてい
る。そして前記ピストン体１の頂部は前記弁棒３を囲繞
するごとく筒状に垂直に延伸させて弁箱４上面側より突
設させ、弁棒３上端のネジ刻設位置まで延伸させ、ばね
６及びワッシャ５１（ばね受け）を介して弁棒３上端に
固定ナット５を螺着させる。

【００１５】この結果前記第１のピストン１と、弁体３
０は一体化しピストンの往復動に追従して弁体３０が開
閉操作を行なう。前記第１のピストン１上面の制御流体
圧室Ａ側には片側Ｌ字状のリング状段差溝が凹設されて
おり、該段差溝に摺動自在に第２のピストン２を嵌合さ
せる。第２のピストン２はその底面側に第２の圧力室Ｄ
を形成するとともに上面側（制御流体圧室Ａ側）の受圧
面積を底面側（第２の圧力室Ｄ側）の受圧面積より大に
設定する。第２の圧力室Ｄと高圧流体室Ｃ間及び第２の
圧力室Ｄと第１の圧力室Ｂ間には夫々連通孔２４ａ、２
４ｂを設け第２の圧力室Ｄを介して高圧流体室Ｃ側より
第１の圧力室Ｂに高圧流体を導入する第１の通路２４と
して機能させている。

【００１６】また、又第２のピストン２２の下側胴部外
周面に空気通路溝２５ａ、内周面に空気通路溝２５ｂを
設け、この溝２５ａと溝２５ｂとを連通する空気通路穴
２５ｃを設けている。又弁棒３の中心軸上には大気開放
空気通路２３を穿孔し、第１のピストン１に連通させた
連通孔２５ｄを介して前記溝２５ｂと連通させ、前記第
１の圧力室Ｂと大気開放部２３とを連通する第２の通路
２５として機能させている。なお、第１のピストン１上
面に取り付けられているリング７はリング状の第２のピ
ストン２のストッパである。

【００１７】次に作動原理につき図１〜図５に基づいて
説明する。 １．内燃機関始動スタンバイ時 図１及び図３及び図５をもとに説明する。始動空気タン
ク１００より供給された始動空気１０１が、通路２１、
弁箱４の通路４２を通り高圧流体室Ｃに供給される。始
動空気１０１は連通孔２４ａを通り、リング状の第２の
ピストン２を押し上げ、開口された連通孔２４ｂを通
り、第１の圧力室Ｂに供給される。供給された始動空気
１０１は第１のピストン１を押し上げ、これに追従して
弁棒３および弁体３０を押し上げ、これにより始動弁１
０は閉状態となる。

【００１８】２．始動弁制御空気供給時 図２、図４及び図５をもとに説明する。内燃機関の始動
は、始動弁コントロール装置１１０により各シリンダに
適切なタイミングで始動弁制御（コントロール）空気１
０２が供給されることにより行われる。始動弁コントロ
ール装置１１０へは始動空気１０１と同様の高圧空気が
始動空気タンク１００より供給されている。始動弁制御
空気１０２が、始動弁１０の制御流体圧室Ａに供給され
ると、始動弁制御空気１０２の圧力＝始動空気１０１の
圧力であることから、リング状の第２のピストン２は、
（制御流体圧室Ａ側の受圧面積）＞（第２の圧力室Ｄ側
の受圧面積）に設定してあることにより、第２の圧力室
Ｄ側からの押し上げ力に打ち勝ち、リング状の第２のピ
ストン２は下方へ押し下げられる。これにより、第１の
ピストン１の連通孔２４ｂは高圧流体室Ｃ、連通孔２４
ａから遮断され、第１の圧力室Ｂの空気圧力は連通孔２
４ｂ、リング状の第２のピストン２の空気通路溝２５
ａ、連通孔２５ｃ、空気通路溝２５ｂの順に通って、第
１のピストン１の連通孔２５ｄを経て、弁棒３の大気開
放穴２３より大気開放される。

【００１９】よって、第１のピストン１は始動弁制御空
気１０２の圧力により押し下げられ、弁棒３が押し下げ
られ、始動弁１０が開状態となり始動空気１０１が内燃
機関２０のシリンダ内に供給され、ピストン４０を押し
下げることにより、内燃機関が回転する。なお、その
後、適切なタイミングに燃料を投入することで、内燃機
関が始動する。

【００２０】３．始動弁閉作動時 始動弁制御空気１０２の供給を停止し、空気圧力を大気
開放する操作を始動弁コントロール装置１１０により行
うことにより、制御流体圧室Ａの圧力は大気圧となり、
始動空気１０１が供給されている高圧流体室Ｃの圧力が
第２の圧力室Ｄへ伝達され、第２のピストン２を押し上
げるとともに、第１の圧力室Ｂに始動空気１０１が供給
されて、始動弁は図１、図３に示すような内燃機関始動
スタンバイ時の状態に戻る。

【００２１】

【発明の効果】以上記載の如く、かかる発明によれば一
系統の制御流体圧（開弁制御流体）のみの制御を行えば
良いため、従来の二系統の始動弁コントロール装置に対
し、半数の制御流体圧のＯＮ／ＯＦＦタイミング制御と
なり、コントロール装置の簡素化、小型化が可能とな
る。また前記流体制御弁の制御流体ライン（配管）が半
減できるため、簡素化が図れる。更に前記流体制御弁を
内燃機関の始動弁として適用した場合に始動空気（制御
空気）消費量の低減が図られ、補機の容量を小さくする
ことが可能となるとともに、内燃機関始動空気システム
の簡素化、小型化を図りながらも、内燃機関始動の安全
性を従来の二系統のものと同等とすることが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態にかかる弁閉時の状態を
示す始動弁（始動スタンバイ時）の全体断面図である。

【図２】本発明の第１実施形態にかかる弁開時の状態を
示す始動弁の全体断面図である。

【図３】図１の第１のピストンの詳細を示す要部断面図
である。

【図４】図２の第１のピストンの詳細を示す要部断面図
である。

【図５】図３は本実施形態にかかる始動弁を用いた内燃
機関の始動空気システムを示している。

【図６】従来の２系統制御空気用始動弁の全体断面図で
ある。

【図７】従来の２系統内燃機関始動空気システムの図で
ある。

【図８】従来の１系統制御空気用始動弁の全体断面図で
ある。

【符号の説明】

１ 第１のピストン ２ 第２のピストン ３ 弁棒 ３０ 弁体 ４ 弁箱 ５ ナット ６ バネ １０ 始動弁 ２０ 内燃機関 １００ 始動弁コントロール装置 １０１ 始動空気 １０２ 始動弁制御空気

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高圧流体を供給する高圧流体供給源と、
   高圧流体通路を開閉する弁体と、高圧流体供給源からの
   高圧流体により弁体の開閉を制御する制御流体圧供給制
   御手段と、弁体と当接し弁体を開閉する第１のピストン
   と、前記制御手段からの制御流体圧が供給され、前記第
   １のピストンに開弁方向に流体圧を付勢する制御流体圧
   室と、前記第１のピストンを介して制御流体圧室と対向
   する位置に形成され、第１のピストンに開弁方向に流体
   圧を付勢する第１の圧力室を具えた流体制御弁装置にお
   いて、 前記第１のピストンの制御流体圧受圧側に摺動自在に配
   設された第２のピストンと、 該第２のピストンを介して制御流体圧受圧部と対向する
   位置に形成され、該制御流体圧受圧部面積より小なる受
   圧面積を有する第２の圧力室と、 該第２の圧力室を介して高圧流体通路側より第１の圧力
   室に高圧流体を導入する第１の通路と、 前記第１の圧力室と大気開放部とを連通する第２の通路
   とを具え、 前記制御流体圧室に供給された制御流体圧により第２の
   ピストンが第２の圧力室側に移動する事により、第１の
   通路を閉塞且つ第２の通路を開放して第１の圧力室の高
   圧流体を大気開放し、 一方、前記制御流体圧室に供給された制御流体圧の開放
   によりに第２のピストンが制御流体圧受圧部側に移動す
   る事により、第２の通路を閉塞且つ第１の通路を開放し
   て第１の圧力室に高圧流体を導入させることを特徴とす
   る流体制御弁装置。