(57)【要約】 【課題】  早い応答で容積変化をし、しかも２００ＭＰａを超える圧力波動に充分に耐えられる小型の装置を実現すること【解決手段】  粒体のゴム質外殻の直径が１２ｍｍ以下で厚さが直径の１／１０以上かつ２ｍｍ以下であって、耐熱性、耐油性および耐久性に富むフッ素ゴムなどで構成された中空の球状のバルーンまたはカプセル状の小円盤体を形成し、その中に適当な初期圧力で不活性ガスを封入して高圧に耐えて座屈を生じない弾性を有する粒体の弾性受圧粒体２１となし、弾性受圧粒体２１を単数または複数個液体管路に連結した部分に入れて配置し、管路にかかる液体圧力に応じて弾性のある弾性受圧粒体２１が体積を変化させて液体圧力の波動を吸収し、圧力波動を減衰させる【選択図】  図１
2006258150.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
粒体のゴム質外殻の直径が１２ｍｍ以下で厚さが直径の１／１０以上かつ２ｍｍ以下であって、耐熱性、耐油性および耐久性に富むフッ素ゴムなどで構成された中空の球状のバルーンまたはカプセル状の小円盤体を形成し、その中に適当な初期圧力で不活性ガスを封入して高圧に耐えて座屈を生じない弾性を有する粒体の弾性受圧粒体となし、弾性受圧粒体を単数または複数個液体管路に連結した部分に入れて配置し、管路にかかる液体圧力に応じて弾性のある弾性受圧粒体が体積を変化させて液体圧力の波動を吸収し、圧力波動を減衰させる圧力波動減衰装置。
【請求項２】
請求項１の弾性受圧粒体を入れた圧力波動減衰装置において不活性ガスを封入する適当な初期圧力として管路の常用使用圧力に対応して弾性受圧粒体のその１／１０ないし１／５０程度の範囲で０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの高い封入圧とし、高い使用液体圧において適当な粒体体積を維持して、使用液体圧力の変化に対応して弾性受圧粒体の粒体の有効な体積変化が確保できるようにした圧力波動減衰装置。
【請求項３】
請求項１、または２の弾性受圧粒体を入れた圧力波動減衰装置において粒体の外殻を貫通するＣｕ、Ａｌなど熱伝導の良い材料で作られた１ｍｍ以下の径の短線を平衡的に２本以上耐圧気密に配置して粒体内部の温度をできるだけ外部液体温度に近づけるように構成した圧力波動減衰装置。
【請求項４】
請求項１および２、３の圧力波動減衰装置において管路の側壁に固定されたメッシュによって単数または複数個の弾性受圧粒体を保持し管路の圧力変化や流れの変動によっても定められた位置近傍から移動しないで、しかも管路の液体圧力を弾性油圧粒体の粒体の全表面で抵抗無く受けられるようにした圧力波動減衰装置。
【請求項５】
請求項１、および２、３の圧力波動減衰装置において管路の液体圧力の波動発生源および波動の反射端面との位置関係が最適になるように考慮し、平均的流量に応じた管路断面積よりも大きな断面積の管路の位置に弾性球状体または弾性円盤体などの弾性受圧粒体の群を単数または複数にして組み合わせて適正に配置した圧力波動減衰装置。
【請求項６】
弾性を有する材料からなる外殻に不活性ガスを封入してなる弾性受圧粒体を管路または前記管路に連通する部分に配置してなることを特徴とする圧力波動減衰装置。
【請求項７】
弾性を有する材料からなる外殻に不活性ガスを封入してなり、管路内に配置可能であることを特徴とする管路の圧力波動減衰用弾性受圧粒体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
内燃エンジンなどの燃料液体あるいは作動油などを加圧して利用する装置を用いる全ての産業とくに自動車産業に係わる。
【背景技術】
【０００２】
液体の管路系において圧力波動を減衰させる装置としては管路の外壁を構成する部分に硬質で耐圧性のある厚さのゴムチューブなどが用いられてきたが、接続部を含めて耐圧強度と流量・流速・体積変化量の限界から１００ＭＰａ以上の振幅の波動に対して充分な効果をもつ小型の圧力波動減衰装置は無かった。また圧力波動の大きな管路では剛性を高く維持するために管の肉厚をかなり大きく製作する必要が生じて、コスト、空間の必要性、利便性などで大きな制約を生じることがあった。さらにゴム質およびガス体が大きな圧力変化を繰り返し受けるときの発熱対策も講じられていなかった。
【０００３】
またゴムチューブを使用しない圧力波動減衰装置としては、特許文献１に記載されたものがあるが、この特許文献１に記載した装置はフッ素ゴムの弾性体からなる独立気泡を有する発泡体を圧力回路中に配置したものである。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４‐８３７７２
【０００５】
しかしながら、この特許文献１に記載された装置では、独立気泡の大きさ及び分布を制御できないので、性能を一定することが難しい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体管路における圧力波動には種々あるが、概して体積弾性率が大きいことや圧力伝播の速度が速いことなどから圧力波動の振幅は大きく、圧力最大値や周波数領域も高いのが普通である。これに対応して早い応答で容積変化をし、しかも２００ＭＰａを超える圧力波動に充分に耐えられる小型の装置を実現することが課題である。とくにコモンレールと称されるような高圧での蓄圧管路についても配置空間や形状の制約を緩和することが大きな課題である。また、圧力の大きな変動に伴うゴム管やガス体などの発熱を処理することも一つの課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
管路の中で満たされた液体の一部の液体が噴射その他の要因で急激な容積変化をパルス状に生じると管内の圧力は対応して急激に変化をするが、静的には管路の液体を含めた管路内全体の見かけ上の体積弾性率に応じて振幅が定まる。動的には振動現象となり減衰はするが圧力変化は複雑な経過をたどる。このとき管路の中に圧力変化に応じて体積の変化する球状または円盤状の粒体が存在すると液体の容積変化に対応する圧力変化は基本的には大幅に緩和され小さくなる。管路の中でパルス状の容積変化を生じる位置の近くに圧力変化に即応して体積変化する球体または円盤体等の立体形状の弾性受圧粒体を配置することにより、管路内の圧力変化の振幅を小さくし、大きな圧力振動を早急に減衰させる。この圧力で体積の変化する球体として外殻が弾性のあるゴム質で構成され、内部に特性の変化が少なくゴム質に対してそのガスの透過性がない安定な気体を封入した構造を選んだ。
【０００８】
この弾性粒体は圧力変化に応じて圧縮膨張の急速な変化を繰り返すので、それ自体および内部ガスからの発熱があり外側から液体により冷却される必要がある。そのためにゴム質の耐熱性が重要で内部のガスも安定な成分でなければならない。とくに繰り返し変形に対する耐久性が重要でゴム材質とガスの安定性が重要である。ゴム材質は熱伝導性が良くないために内部の発熱を外側の液体に伝導するため特に熱伝導性の良いＣｕなどを利用し、外殻を貫通させて内部からの熱伝達を大きく改善する手段を講じた。
【０００９】
さらに粒体の形状としても座屈（バックリング）を生じ難い厚みと径の関係を選択する必要があった。また内部に封入するガスの大気圧環境での初期圧は球状の場合０．５ＭＰａ以上が望ましいが、円盤状では０．４ＭＰａ以上にすることは常圧での膨らみが大きくなりやや難点を生じることがある。
【００１０】
こうした波動減衰装置の効果は圧力波動発生源との関係も影響があるが、原則的にはできるだけ波動減衰装置と波動発生源は近接した位置が望ましい。配置の関係では管路の耐圧性や容積を考慮するとともに、少なくとも平均流速あるいは瞬間流速などから必要とされる管路断面積よりも大きな管路断面積の位置に体積変化する球体または円盤体を配置することが必要である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によると高圧で剛性の極めて大きな液体管路において、液体の一部が噴射などで流出した場合液体圧力が急激に減少するときに、管路内部に置かれた弾性受圧粒体の球状粒体の体積が圧力変化に即応して極めて短時間内に増大し圧力波動の振幅を減少させ、振動的な圧力波動を短時間内で減衰させる効果がある。これによって液体圧力を噴射などが短時間周期で繰り返される場合にもほぼ一定な圧力条件を保つことができる。とくに例えば噴射間隔を０．１ｍｓ程度に短くする場合０．０２ｍｓ程度の短い時間で圧力変化への対応が可能であり、安定した制御可能な噴射が実現できる。
【００１２】
また噴射管系の構成においても本装置を利用することにより、ある程度柔軟な送油管と剛性の高い噴射配管の関係において噴射配管系を比較的短くすることが可能になり、送油管によって比較的自由な配管ができる効果がある。さらに圧力波動あるいはその吸収に対応した熱発生に対して弾性受圧粒体の粒体の内側と外側の伝熱を熱伝導の良い線材の利用により改善して、温度上昇をかなり抑制し粒体の弾性特性の安定化を図ることができた。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の実施例は図１の模式的な解説図によって説明する。液体管路１０では高圧の液体１１を充満してその液体を送る送油管１２と接続して噴射配管１３が配置され、短い噴射弁導管１４を経由して高圧噴射弁１５に連結される。噴射配管１３の内部に本発明の弾性受圧粒体２１を封入した圧力波動減衰装置２０が設置してある。図２には弾性受圧粒体２１を切断した状態が図解されており、弾性受圧粒体２１は球状体、円盤状体その他の立体形状をなしている。図２に示す弾性受圧粒体２１は球状体をなしていて、ゴム質の外殻２２の内部２４には不活性ガス例えばＮ２が適切な圧力で平衡を保ちながら満たされている。弾性受圧粒体２１のゴム質の外殻２２の直径が１２ｍｍ以下で厚さが直径の１／１０以上かつ２ｍｍ以下であって、耐熱性、耐油性および耐久性に富むフッ素ゴムなどで構成された中空の球状のバルーンまたはカプセル状の小円盤体を形成し、その中に適当な初期圧力で不活性ガスを封入して高圧に耐えて座屈を生じない弾性を有する粒体となし、粒体を単数または複数個液体管路１０に連結した部分に入れて配置し、管路にかかる液体圧力に応じて弾性のある粒体が体積を変化させて液体圧力の波動を吸収し、圧力波動を減衰させる。弾性受圧粒体２１を入れた圧力波動減衰装置２０において弾性受圧粒体２１に不活性ガスを封入する適当な初期圧力として管路の常用使用圧力に対応してその１／１０ないし１／５０程度を目途として０．５ＭＰａ〜５ＭＰａの高い封入圧とし、高い使用液体圧において適当な粒体体積を維持して、使用液体圧力の変化に対応して粒体の有効な体積変化が確保できるようにする。圧力波動減衰装置２０では管路の液体圧力の波動発生源および波動の反射端面との位置関係が最適になるように考慮し、平均的流量に応じた管路断面積よりも大きな断面積の管路の位置に弾性球状体または弾性円盤体などの弾性受圧粒体の群を単数または複数にして組み合わせて適正に配置する。
【００１４】
高圧の液体１１が例えば２００ＭＰａに保たれていて噴射弁１５により０．１ｍｓの開弁時間に１０ｍｍ３を噴射・吐出すると圧力波動減衰装置２０がなければ、単に噴射配管１３と噴射弁配管１４の固い剛性の体積弾性率だけに応じて１６０ＭＰａ程度にかなり大きく液体の圧力が低下し、これが起振源となって振動的な圧力波動を短時間継続する。圧力波動減衰装置２０が噴射配管１３内部で噴射弁導管１４に近接して存在すれば、例えば０．０２ｍｓの間に液体１１の圧力は２００ＭＰａから１９０ＭＰａに低下し、これに応じて弾性受圧粒体２１の体積変化が複数個の合計でほぼ１０ｍｍ３程度生じ液体の圧力変化は１０ＭＰａくらいに留まる。このパルス状の圧力変化に続く振動的な圧力波動の振幅も小さくなる。送油管１２からの液体流量はほぼ同じになるが噴射配管１３や噴射弁導管１４の圧力波動の振幅が小さくなり、ほぼ一定近くに保たれるようになる。
【００１５】
メッシュ２５は弾性受圧粒体２１を適切な位置に保持するために設けられており、液体１１の流れや圧力には影響しないようにしてある。例えば管路の側壁に固定されたメッシュによって単数または複数個の弾性受圧粒体を保持し管路の圧力変化や流れの変動によっても定められた位置近傍から移動しないで、しかも管路の液体圧力を弾性受圧粒体の粒体の全表面で抵抗無く受けられるようにする。また弾性受圧粒体２１は必要に応じて複数個を一組として利用する。それぞれの弾性受圧粒体はゴム質の外殻２２がある程度の受圧体として作用する。勿論内外の圧力を受けて弾性変形するとともに内部圧力や温度を平衡させるものであるが、熱的な時定数は大きい。弾性受圧粒体２１には熱伝導を良くするために伝熱部材２３が外殻２２の内外を耐圧気密に貫通して配置してあり粒体内部の熱を液体側に伝達し易くしている。伝熱部材２３は弾性受圧粒体内部の温度をできるだけ外部液体温度に近づけるように構成し、Ｃｕ，Ａｌなどの熱伝導の良い材質で作られた１ｍｍ以下の径の短線からなり、１個の弾性受圧粒体に対して２本以上使用し、かつ図１の符号２１´で示すように平衡的に配置することが好ましい。一方、圧力関係は常に極めて短い時定数で平衡状態に達している。
【００１６】
図２には一個の球状の弾性受圧粒体の圧力による変形状態を解説している。例えば大気圧条件から２００ＭＰａ程度に周囲の液体が加圧されると粒体内部のガスの体積は初期圧が５ＭＰａとしてもほぼ初期状態の１０分の１以下、直径として１／２．２以下になる。加圧の速度や経過時間により温度上昇が異なり、内部体積も影響され、また外殻の圧縮変形による支持力増加もあるけれども、内部ガスの圧力が主に液体圧力に対応する。図２では初期の液体圧が常圧の場合  ａ）、２００ＭＰａの圧力がかかった場合  ｂ）、噴射により圧力が１９０ＭＰａになった状態  ｃ）を模式的に示している。外殻２２の縮小が液体圧力の変化比に対して少ない範囲にすることが初期のガス封入圧を高くした効果であり、使用状態での容量変化をある程度大きくするための工夫である。このために高圧条件には粒体として球状粒体が適している。
【００１７】
粒体内部のガスは断熱的に圧縮と膨張を繰り返すのでそれ自体からの温度上昇が生じる。さらにゴム質は熱伝導が良くないために内部に熱が蓄積されるだけでなく、ゴム自体が変形を繰り返すことにより発熱する。この発熱はゴムの熱特性にも影響するが、内部ガスの圧力にも関係するのでできるだけ外部の液体に伝熱するようにＣｕなど熱伝導の良い材質の２本の伝熱部材２３で平衡を保ちながら外殻を貫通させてある。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】高圧の液体を入れた噴射配管内部に圧力波動減衰装置を装着した解説図。
【図２】弾性受圧粒体２１の圧力による変化の図解で、ａ）は液体圧力が初期大気圧状態、ｂ）は２００ＭＰａ加圧された状態、ｃ）は使用条件において圧力が変動し体積が増加した１９０ＭＰａの状態。
【符号の説明】
【００１９】
１０  液体の管路  
１１  高圧な液体
１２  送油管
１３  噴射配管
１４  噴射弁導管
１５  噴射弁
２０  圧力波動減衰装置
２１  弾性受圧粒体
２２  弾性受圧粒体の外殻
２３  伝熱部材  
２４  弾性受圧粒体内部
２５  保持用のメッシュ
【図１】
2006258150.tif 000003
【図２】
2006258150.tif 000004