(57)【要約】  記載された態様は、規制された流体流を供給する弁を含む。弁は、入口と出口とを有する弁ハウジングを備える。弁ハウジングは、弁の入口と出口との間に配置される弁座を備える。弁座は、座開口寸法によって規定される座開口を有し、弁座は、弁ハウジングに関して固定される。弁は、さらに、弁の弁座と出口との間に配置されるポペットを備え、ポペットは、弁座と対向する座面を有している。座面は、入口端部に向かって配置される座開口寸法よりも大きなポペット大寸法から、出口端部に向かって配置される座開口寸法よりも小さいポペット小寸法まで先細になっている。弁は、さらに、ポペットと作動的に結合されたプランジャ、並びに、プランジャと作動的に結合された弁チャンバ内のソレノイドを備える。【選択図】図１
2021504654.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
規制された流体流を供給する弁であって、
弁ハウジングであって、前記弁ハウジングは、流体を受け入れる入口端部における入口と、規制された流体流を供給する出口端部における出口と、を有し、前記弁ハウジングの構造は弁チャンバを規定する、前記弁ハウジングと、
前記弁の前記入口と前記出口との間に配置される弁座であって、前記弁座は、座開口寸法によって規定される座開口を有し、前記弁座は、前記弁ハウジングに関して固定される、前記弁座と、
前記弁の前記弁座と前記出口との間に配置されるポペットであって、前記ポペットは、前記弁座と対向する座面と、前記出口端部と対向する出口面とを有し、前記座面は、
前記入口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも大きなポペット大寸法から
前記出口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも小さいポペット小寸法まで先細になっており、前記ポペットは、前記弁ハウジングに関して移動可能であるように構成される、前記ポペットと、
前記ポペットと作動的に結合されたプランジャであって、前記プランジャは、前記入口端部に向かって配置され、前記プランジャは、前記弁ハウジングに関して移動可能である、前記プランジャと、
前記プランジャと作動的に結合された前記弁チャンバ内のソレノイドであって、前記ソレノイドは少なくとも前記プランジャ上に変位力を供給する、前記ソレノイドとを備えている、弁。
【請求項２】
前記ポペットは、円錐形面を備え、前記弁座は円錐形面を備え、これらの円錐形面は、一方が他方に対してかみ合うように形成されている、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記ポペットは、前記弁座から汚染物のサイズよりも大きな量までオフセットされるように形成されている、請求項１に記載の弁。
【請求項４】
前記ポペットは、前記弁座から０．００５インチよりも大きな量までオフセットされるように形成されている、請求項３に記載の弁。
【請求項５】
前記ポペットは、前記弁座から前記ソレノイドの作動に基づいて可変な距離までオフセットされるように形成されている、請求項１に記載の弁。
【請求項６】
請求項１に記載の前記弁を備える弁システムであって、
さらに、タービンからの抽気分配を制御する抽気弁を備え、前記弁は前記抽気弁の作動を制御する、弁システム
【請求項７】
方法であって、
弁座、ポペット及びアクチュエータを含む弁を準備するステップであって、前記弁座は前記弁の入口と出口との間に配置され、前記弁座は座開口寸法によって規定される座開口を有し、前記弁座は前記弁に対して固定され、前記ポペットは、前記弁座と対向する座面と前記出口に向かって配置される出口面とを有し、前記座面は、前記入口に向かって配置される前記座開口寸法よりも大きなポペット大寸法から、前記出口に向かって配置される前記座開口寸法よりも小さなポペット小寸法まで先細にされ、前記ポペットは弁ハウジングに対して移動可能であり、前記アクチュエータは、前記ポペットと作動的に結合される、前記準備するステップと、
前記ポペットの前記座面を、開作動中に前記弁座から少なくともオフセット距離動かさせることにより前記弁を開くように、前記アクチュエータを作動させるステップとを備える、方法。
【請求項８】
前記ポペットの前記座面を、閉動作中に少なくともオフセット距離だけ前記弁座に戻させることにより前記弁を閉じるように、前記アクチュエータの作動を弱めるステップをさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項９】
前記アクチュエータと前記ポペットとの間でプローブを提供するステップをさらに備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１０】
前記プローブは、前記ポペットに関して固定されている、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記弁ハウジングは、前記入口と前記出口とのまわりに弁チャンバを規定する、請求項７に記載の方法。
【請求項１２】
さらに、タービンからの抽気の分配を制御する抽気弁をさらに設けるステップと、
前記抽気弁の位置を制御するように前記弁の位置を制御するステップと、を備える、請求項７に記載の方法。
【請求項１３】
規制された流体流を供給する弁システムであって、
システムハウジングであって、システム入口端部において加圧流体を受け入れるシステム入口と、システム出口端部において規制された流体流を提供するシステム出口とを有する、前記システムハウジングと、
前記システムハウジング内に配置されキャビティを有するピストンアセンブリであって、前記キャビティはベントへの流体連通を有し、前記ピストンアセンブリは、流体流を規制するように構成された、前記ピストンアセンブリと、
前記流体連通を制御すると共に前記ピストンアセンブリの位置を制御する弁であって、前記弁は、
弁ハウジングであって、前記弁ハウジングは、流体を受け入れる第１端部における弁入口と、規制された流体流を供給する第２端部における弁出口と、を有し、前記弁ハウジングの構造は弁チャンバを規定する、前記弁ハウジングと、
前記弁入口と前記弁出口との間に配置される弁座であって、前記弁座は、座開口寸法によって規定される座開口を有し、前記弁座は、前記弁ハウジングに関して固定される、前記弁座と、
前記弁座と前記弁出口との間に配置されるポペットであって、前記ポペットは、前記弁座と対向する座面と、弁出口端部と対向する出口面とを有し、前記座面は、弁入口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも大きなポペット大寸法から、前記弁出口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも小さいポペット小寸法まで先細になっており、前記ポペットは、前記弁ハウジングに関して移動可能である、前記ポペットと、
前記ポペットと作動的に結合されたプランジャであって、前記プランジャは、前記弁入口端部に向かって配置され、前記プランジャは、前記弁ハウジングに関して移動可能である、前記プランジャと、
前記プランジャと作動的に結合された前記弁チャンバ内のソレノイドであって、前記ソレノイドは少なくとも前記プランジャ上に変位力を供給する、前記ソレノイドとを備えている、弁システム。
【請求項１４】
前記プランジャは、前記ポペットに関して固定されている、請求項１３に記載の弁システム。
【請求項１５】
前記ポペットは、前記弁座から汚染物のサイズよりも大きな量までオフセットされるように形成されている、請求項１３に記載の弁システム。
【請求項１６】
前記ポペットは、前記弁座から０．００５インチよりも大きな量までオフセットされるように形成されている、請求項１５に記載の弁システム。
【請求項１７】
前記ポペットは、円錐形面を備え、前記弁座は円錐形面を備え、これらの円錐形面は、一方が他方に対してかみ合うように形成されている、請求項１３に記載の弁システム。
【請求項１８】
前記ポペットは、前記弁座から汚染物のサイズよりも大きな量までオフセットされるように形成されている、請求項１３に記載の弁システム。
【請求項１９】
前記ポペットは、前記弁座から前記ソレノイドの作動に基づいて可変な距離までオフセットされるように形成されている、請求項１３に記載の弁システム。
【請求項２０】
さらに、少なくとも１つのリリーフ弁を備える、請求項１３に記載の弁システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この出願は、２０１７年１１月２１日に出願された米国仮特許出願第６２／５８９，２００号に優先権を主張し、この米国仮特許出願の全体の開示が、この明細書に完全に記載されているかのように、全ての目的のために完全に援用され組込まれる。
【０００２】
本開示は、概して、ポペット弁システムを実施するための装置及び方法に関する。具体的には、本開示は、より大きなクリアランス寸法を提供する方法で開くように構成されたポペット弁システム及び方法に関する。 さらに、本開示は、弁システムの制御のためにより大きなクリアランス寸法を提供する方法で開くように構成されたポペット弁システム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
圧力調整弁は、加圧流体を使用して空気圧システムを駆動する幅広いさまざまな領域で多くの用途がある。 これらのシステムは通常、遠隔操作を可能にするために電子システムを通じて制御される１つ以上の圧力調整バルブを必要とする。これらの圧力調整弁の１つの用途は、例えば、タービンエンジンを利用する航空機システムにおけるものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これらの圧力調整弁は、エンジンカウルの除氷等、航空機に不可欠な機能で使用されるため、故障に対してより耐性のある弁を圧力調整弁として導入することが重要である。このような故障の１つには、弁可動部品間に異物のデブリ等の汚染物質が存在するために弁が閉じないか、適切に着座できない再着座故障が含まれる。このような汚染物質は、オープン環境で動作しているシステムに簡単に導入される可能性がある。
【０００５】
したがって、故障への耐性がありつつも、コンパクトで且つ軽量である圧力調整弁システムが必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
従って、本明細書の詳細な説明がよりよく理解されることができ、さらに、技術分野への現在の貢献がよりよく理解されることができるように、開示の特定の態様がさらに広く概説されている。もちろん、以下で記載される本開示の追加の態様があり、これも本願に添付された特許請求の範囲の主題を形成する。
【０００７】
一態様においては、ポペット弁は、流体を受け入れる入口端部における入口と、規制された流体流を供給する出口端部における出口と、を有している弁ハウジングとを含む。弁ハウジングの構造は少なくとも弁チャンバを規定する。弁座は、前記弁の入口と出口との間に配置され、座開口寸法によって規定される座開口を有している。弁座は、弁ハウジングに関して固定される。前記弁は、さらに、前記弁の前記弁座と前記出口との間に配置されるポペットを備えている。前記ポペットは、前記弁座と対向する座面と、前記出口端部と対向する出口面とを有している。前記座面は、前記入口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも大きなポペット大寸法から、前記出口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも小さいポペット小寸法まで先細になっている。前記ポペットは、前記弁ハウジングに関して移動可能である。前記弁は、さらに、前記ポペットと作動的に結合されたプランジャを備えている。前記プランジャは、前記入口端部に向かって配置され、前記プランジャは、前記弁ハウジングに関して移動可能である。前記弁は、さらに、前記プランジャと作動的に結合された前記弁チャンバ内のソレノイドを備え、前記ソレノイドは少なくとも前記プランジャ上に変位力を供給する。
【０００８】
他の一態様においては、弁を使用するための方法は、弁座、ポペット及びアクチュエータを含む弁を準備するステップを備える。前記弁座は前記弁の入口と出口との間に配置され、座開口寸法によって規定される座開口を有している。前記弁座は前記弁に対して固定されている。前記ポペットは、前記弁座と対向する座面と前記出口に向かって配置される出口面とを有している。前記座面は、前記入口端部に向かって配置される前記座開口寸法よりも大きなポペット大寸法から、前記出口に向かって配置される前記座開口寸法よりも小さなポペット小寸法まで先細にされる。前記ポペットは弁ハウジングに対して移動可能である。前記アクチュエータは、前記ポペットと作動的に結合される。前記方法は、さらに、前記ポペットの前記座面を、開口作動中に前記弁座から少なくともオフセット距離動かせることにより前記弁を開くように、前記アクチュエータを作動させる（起動させる動作エネルギを与える）ステップを備える。
【０００９】
いくつかの態様においては、記載されているようなポペット弁は、規制された流体流を提供する弁システムと共に使用されることができる。そのようなシステムは、本明細書に開示されたポペット弁を含む弁によって制御されるピストン組立体を含むことができる。
【００１０】
さらなる態様においては、記載されているようなポペット弁は、規制された流体流を提供する冗長系の弁システムと共に使用されることができる。そのような冗長系の弁システムは、本明細書に開示されている１つ又は複数のポペット弁を含む弁によって制御される２つ又は３つ以上のピストン組立体を含むことができる。
【００１１】
この点について、本開示の少なくとも１つの態様を詳細に説明する前に、本開示は、その応用において、以下の詳細な説明に記載され又は図面に図示された、構造の詳細及び構成要素の配置に限定されることなく、理解されるべきである。本開示は、記載されたものに加えた態様のものとでき、様々な方法で実践および実行されることができる。また、本明細書ならびに要約に用いられた表現及び用語は、詳細な説明の記載を目的としたものであり、限定する目的と見なされるべきではない。
【００１２】
従って、当業者は、本開示の基礎となる概念が、本開示のいくつかの目的を実行するための他の構造、方法、およびシステムの設計の基礎として容易に利用できることを認識する。従って、本開示の精神および範囲から逸脱しない限り、請求項はそのような均等な構成を含むものとして見なされることが重要である。
【００１３】
従って、本明細書における詳細な説明がよりよく理解できるように、及び、技術への本貢献をよりよく認識できるように、本開示の特定の態様がいくぶん広く概説されている。もちろん、本開示のさらなる態様が以下に記載されており、この本開示のさらなる態様は、本願に添付される特許請求の範囲の主題を形成している。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、例示のボール弁を示している。
【図２】図２は、本開示によるポペット弁の部分断面図を示している。
【図３】図３は、閉位置にある図２のポペット弁の部分断面図を示している。
【図４】図４は、開位置にある図２のポペット弁の部分断面図を示している。
【図５】図５は、本開示の一態様において、抽気がタービンエンジンからサイフォンにより吸い上げられている状態のタービンエンジンの概略図を示している。
【図６】図６は、本開示の一態様において、下流弁が規制されたり開いたりする冗長系の弁システムの断面図を示している。
【図７】図７は、本開示による単一系の弁システムの断面図を示している。
【図８】図７の単一系の弁システムの斜視図を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
圧力調整弁は、加圧流体を使用して空気圧システムを駆動させるさまざまな分野で多くの用途を有している。これらのシステムは一般的には、遠隔操作を可能にするために電子システムを通じて制御される１つ又は２つ以上の圧力調整弁を必要とする。これらの圧力調整弁についての１つの用途は、タービンエンジンを利用する航空機システムにおけるものである。
【００１６】
飛行中の寒冷な環境条件により、航空機は、エンジンカウル、翼等の航空機の外装部の除氷を行うために、タービンエンジンからの抽気をしばしば使用する。この抽気は、キャビンの与圧を維持し、窓の除氷を行い、キャビンと荷物区画の温度の維持、エジェクターシートの機能の補助、吹き出しフラップへの空気の供給、風防ガラス吹き出し機構への空気の供給等にも使用できる。例えば、エンジンカウルの除氷には、通常、スロットル設定や着氷条件等の変動を補償するように抽気を規制するため、このシステムを自動的に又は航空機のコックピットから制御できるようにする圧力調整弁が必要とされる。いくつかの態様では、自動制御は、集中保守システム、飛行警告システム、飛行管理システム、コンピュータシステム、特定用途向け集積回路（ASIC）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（FPGA）、コントローラ、マイクロプロセッサ等からなることができる。
【００１７】
これらの弁は、性能の信頼性が高く、軽量で、コンパクトなサイズである必要がある。一態様では、この弁は自己動力式である。 一態様では、弁は、弁を作動させるためのエネルギーを供給するために、システム自体の内部で生成された圧力を使用して動力を供給される。
【００１８】
本明細書における「一態様」、「一つの態様」、「他の態様」、「一つ又は複数の態様」等への言及は、その態様に関連して記載された特定の特徴、構造、又は特性が、開示の少なくとも一つの態様に含まれることを意味している。例えば、明細書内の様々な箇所における「一つの態様内」の出現は、必ずしもすべて同じ態様を指しているわけではなく、また、他の態様と相互に排他的な別個のまたは代替の態様を指しているわけでもない。さらに、様々な特徴が記載され、これらはいくつかの態様によって示されることができ且つ他の態様によって示されないことができる。同様に、様々な要件が記載され、これらはいくつかの態様に要求され且つ他の態様に要求されないことができる。
【００１９】
本明細書で使用される場合、「作動的に結合された」という語句は、協調して作動するが、物理的に接触している必要はない構成要素を述べている。作動的に結合されたコンポーネントは、相補的な方法で作動することができ、又は、互いに直接に作動する又は個々の動作を通じて一定の距離で作動することができる。作動的に結合された別個の構成要素は、特定の動作条件中には一定の距離で配置され、他の動作条件中に接触させられてもよいので、そのような配置もまた除外されていない。
【００２０】
図１は、ボール弁（ボールバルブ）の一例を示している。特に、図１は、ボール弁１を使用する例示的なシステムの一部を示している。ボール弁１は、例えば、ベント（通気孔）２を通る流体の流れを許容する又は制限するように規制する及び開くようになっている。ボール弁１は、ソレノイド作動弁又は別の類似の弁であってもよい。関連する弁システムを通過する流体の流れを規制するようにボール弁１が使用されない場合、ボール８はベント２への連通部４をブロックする。ボール弁１が作動しているとき、ボール８は、ボール弁１によって作動され、ボール８をボール弁１内で延伸させ、連通部４を通って流れる流体がベント２まで通って移動することを可能にする。
【００２１】
図１に示されるようなボール弁システムの１つの欠点は、閉じたときにボール８がその上に静置される弁座６からボール８への距離が変位することである。いくつかの態様では、ボール８は、閉じたときにボール８がその上に静置される弁座から０．００５インチだけの変位とできる。そのような実施態様では、粒子状物質の小さな小片がボール８と弁座６との間にくさび止めされた状態になり、ボール８が閉位置に戻るのを妨げる可能性がある。言い換えれば、ボール８は、弁座６に完全に戻ることができず、ボール弁１の完全な閉止が妨げられる。ボール８の動きの範囲が限られているため、連通部４を通して噴出されたデブリ（又はボール弁１が閉じているときにベント２を通して蓄積する可能性があるデブリ）が故障のリスクを生じさせる。
【００２２】
図２は、本開示によるポペット弁の部分断面図を示す。図３は、閉位置にある図２のポペット弁の部分断面図を示し、図４は、開位置にある図２のポペット弁の部分断面図を示す。特に、図２、図３、及び図４は、ポペット２４０を使用する代替弁２００を示している。より具体的には、代替弁２００は、少なくとも弁室２１４を規定する弁ハウジング２０２を含む。弁ハウジング２０２は、入口端部２０６における入口２０８と、出口端部２１０におけるベント２１２とを含むことができる。弁ハウジング２０２は、概ね円筒形であり、金属材料、合成材料、又は他の材料から構成されることができる。弁ハウジング２０２は、流体（加圧又は非加圧）が弁２００を通って流れることを選択的に可能にするように形成され、流体の流れは、弁２００によって規制（調整）されることができる。弁座２０４は、弁ハウジング２０２と一体であるか、又はこれと連結され、弁２００を通る流体の流れの経路に沿って入口２０８とベント２１２との間に配置されることができる。
【００２３】
弁２００はまた、ポペット２４０を弁座２０４に向かって、又は弁座２０４から離れるように移動させることによって弁２００を開閉させるためのアクチュエータ２５０を含むことができる。アクチュエータ２５０は、シャフト２６０などを通って、ポペット２４０上に直接作用できる。さまざまな態様では、アクチュエータ２５０は、ソレノイド２５２である。ソレノイド２５２は、可動スラグ２５６又は類似の構造の周りに巻かれ得る電磁誘導コイル２５４を含むことができる電気機械式ソレノイドであってもよい。可動スラグ２５６は、鋼、鉄などで形成できる。ソレノイド２５２は、固定コア２５８をさらに含むことができる。最後に、ソレノイド２５２は、ポペット２４０が閉位置にあることを可能にする位置にシャフト２６０を付勢するように形成されたコアスプリング２６２をさらに含んでもよい。ソレノイド２５２の他の実施態様も同様に想定される。さらに、ソレノイド２５２の代わりに他のタイプのアクチュエータが利用されてもよい。
【００２４】
弁２００は、図２に示されるように、ポペット２４０を閉位置に付勢するようにポペット２４０の背面に係合するばね２７０をさらに含んでもよい。特に、ばね２７０は、ポペット２４０に力を加えて、ポペット２４０を閉位置に向かって付勢できる。図３に示すように、弁座２０４は、座開口寸法２１６によって規定される座開口を有することができ、座開口寸法は、弁室２１４の少なくとも１つの寸法を表している。ポペット２４０は、弁２００が閉じているときに弁座２０４と接触する座面２４２を含むことができる。ポペット２４０はまた、座面２４２と反対側の弁面２４４を含むことができる。ポペット２４０は、概ね円錐形の構造であり、弁座２０４は、対応する円錐形の表面を有することができる。しかしながら、他の形状の表面も同様に想定される。座面２４２は、座開口寸法２１６よりも大きなポペット大寸法２４６によって規定されてもよい。いくつかの態様では、座面２４２は、その断面をポペット小寸法２４８まで先細に形成させる、段状に形成される、さもなければ別の方法で減少させることができ、ポペット小寸法２４８は座開口寸法２１６よりも小さく、従って、座開口寸法２１６に対して低干渉又は無干渉の相対移動が可能とできる。これに関して、ポペット２４０は、弁ハウジング２０２に対して移動可能であり、ポペット２４０は、弁座２０４から離れて弁２００を開き（図４参照）、ポペット２４０は、ついで、戻って弁２００を閉じる（図３参照）。これに関して、図３は、弁座２０４上に着座したポペット２４０を示している。図４は、弁座２０４からオフセット距離２１８だけ動かされたポペット２４０を示している。
【００２５】
いくつかの態様では、シャフト２６０は、入口端部２０６及び／又はポペット小寸法２４８に向けられてポペット２４０と結合されてもよい。シャフト２６０は、例えば、プランジャ、プローブ、又は構成要素を通してリンク又は延びるための他の適切な構造とできる。シャフト２６０は、弁ハウジング２０２に対して移動可能とでき、ポペット２４０に対して移動可能又は固定されることができる。いくつかの態様では、シャフト２６０は、作動されたときのみポペット２４０と係合する分離構造であってもよい。他の態様では、シャフト２６０は、ポペット２４０と一体であってもよく、したがって常に取り付けられていてもよい。
【００２６】
特定の態様では、シャフト２６０は、作動状態に基づいて弁２００内でのその動きを促進させるような方法でポペット２４０と作動的に結合されてもよい。連続した作動中に、アクチュエータ２５０が作動されてもよく、ポペット２４０がその弁座２０４から適切に変位され、所望の流れを可能にすることができる。例えば、所望の流れを提供するために、主弁ピストン（例えば、以下で論じられるピストンアセンブリ５４６）を適切に配置する。これは、通常の作動モードとして規定できる。作動が（例えば、外来の異物のデブリによって）中断されるとき、主弁が閉止されることができ、アクチュエータ２５０が係合されて、ポペット２４０をその弁座２０４からさらに（例えば、シャフト２６０を介して）押し離して、連続した作動に戻る前に（例えば、外来の異物のデブリを取り除くように空間と圧力を作り出すように）流れを増加させることができる。これは、クリーニング作動モードとして規定できる。
【００２７】
アクチュエータ２５０（及び／又は他の構成要素）は、ポペット２４０を弁座２０４から移動させて弁２００を開弁させ、オフセット距離２１８によって少なくとも部分的に規定される流れる流体のための空間を作り出し、この作り出される空間は、ポペット２４０が押される変位距離２２０（図４に図示される）によって決まる。ポペット２４０の動きは、平均的な汚染物質又はありうる最大の汚染物質が通って流れることを可能にするのに十分なオフセット距離２１８までの一定レベルのクリアランスを提供するように制御されることができる。これに関して、「平均的な汚染物質のサイズ」は、例えば作動環境におけるダスト、炭素、砂、泥、又は他の物質の平均的なサイズ等、弁２００の特定の用途における粒子状物質の平均的なサイズとすることができる。これは実験的に決定してもよく、又はアプリケーションプログラムに基づいて見積もられてもよい。
最大の許容される汚染物質のサイズは、座面２４２の上流の最小のクリアランスのサイズよりも小さい又は等しいサイズであり、最大の許容される汚染物質のサイズは、例えば、弁室２１４（ポペット２４０の包含がその中で干渉をもたらすかそうでないか）、入口２０８、より大きな汚染物質が座面２４２に到達したり、弁座２０４から離れてポペット２４０が詰まって動かなくなるリスクを防ぐであろう他の構成要素、の寸法の大きさによって規定される。いくつかの態様では、ポペット２４０は、弁座２０４から０．００５インチ（図１のようなボール弁によって通常提供されるクリアランス）よりも大きな値までオフセットされる（例えば、オフセット距離２１８を作り出すために移動される）ように構成できる。
代替の態様又は補足的な態様では、ポペット２４０は、弁座２０４からほぼ０．０４インチ又は任意の他の距離までオフセットされるように構成されることができる。いくつかの態様では、変位距離２２０（及びそれに応じたオフセット距離２１８）は、アクチュエータ２５０に基づいて可変とでき、オフセット距離２１８の増加又は減少を可能にする。
【００２８】
特定の態様では、弁２００は、センサを含むか、又はセンサと作動的に結合されることができる。一態様では、センサは、ポペット２４０の位置を測定するための位置センサであり得る。これに関して、位置センサは、ポペット２４０が閉じられるべきときのポペット２４０の実際の位置を測定し、その測定位置をポペット２４０の所望の閉じた位置を示す値と比較することができる。実際の位置が所望の閉じた位置と同じでない場合、又は閾値内にない場合は、センサーとコントローラーを組合せて弁の故障の可能性を判断できる。位置センサーは、容量性トランスデューサー、容量性変位センサー、渦電流センサー、格子センサー、ホール効果センサー、誘導型非接触位置センサー、線形可変差動変圧器（LVDT）、多軸変位トランスデューサー、フォトダイオードアレイ、圧電トランスデューサー（圧電素子）、電位差計、近接センサー（光学式）、ロータリーエンコーダー（角度式）、ストリングポテンショメーター等の１つ又は２つ以上であってもよい。
【００２９】
一態様では、センサは、ポペット２４０の位置を測定するためのフローセンサであってもよい。これに関して、フローセンサは、ポペット２４０が閉じられるべきときに、ポペット２４０の実際の流量を測定し、その測定した値をポペット２４０が所望の閉じられた状態にある流量を示す値と比較することができる。実際の流量がポペットが所望の閉じた状態にあるときの流量と同じでない場合、又は閾値内にない場合は、センサーとコントローラーとを組合わせて、弁の故障の可能性を判断できる。
【００３０】
他のタイプのセンサが、アクチュエータ２５０が押す動作を停止した場合のポペット２４０の再着座に対する抵抗等の弁の故障を判定するために利用できる。これに応答して、コントローラは、弁２００、特にアクチュエータ２５０を操作して、オフセット距離２１８を増加又は減少させて、検出された詰まり又は汚染物質を取り除くことができる。一態様では、コントローラは、センサに応答して、クリーニング作動モードで作動できる。このような方法では、通常の作動モードで第１オフセット距離を使用したり、クリーニング作動モード（例えば、デブリ取り除きモード）において第１オフセット距離よりも大きな第２オフセット距離に移行する等、異なる作動モードを用いることができる。
【００３１】
図２〜図４におけるような態様は、対称性又は均等性を示唆する２次元の方法で示されているが、ポペット２４０、弁室２１４、及び他の構成要素の代替の配置及び形状が、本発明の範囲又は精神から逸脱することなく用いられることできることが理解される。
【００３２】
図５は、本開示の一態様により、抽気がタービンエンジンからサイフォン作用により吸い上げられているタービンエンジンの概略図を示している。これに関して、上記に開示されているポペット弁は、様々な異なるシステム及び技術において用いられることができる。一例を提供するため、図５は、タービンエンジン３０２及び流体接続を含むことができるシステム３００を示し、このシステム３００においてタービンエンジン３０２からの抽気がサイフォン作用により吸い出されて他の目的のために利用されている。タービンエンジン３０２は、ターボジェットエンジン、ターボプロップエンジン、ターボシャフトエンジン、プロップファンエンジン、又は当技術分野で知られている他の空気吸入ジェットエンジンであってもよい。空気がファン３０８でタービンエンジン３０２に入ると、空気は圧縮機３１４を通って移動し、圧縮機３１４で空気は例えば約１２５０°Ｆの温度及び約３５０ｐｓｉの圧力まで加熱及び加圧された状態となる。圧縮機３１４を通過する空気の一部は、出口３３２及び／又は出口３３４においてサイフォンにより吸い出されることができる。
【００３３】
タービンエンジン３０２は、導管３３６に沿って第１逆止弁３０６と流体連通することができる。続いて、圧縮機３１４からの空気及び／又は導管３３８によって供給されるファン３０８からの空気により抽気の一部を冷却するための予冷器３０４があってもよい。続いて、抽気は、弁システムに入り、弁システムは、圧力に基づいて抽気の流量を規制すると共に、出口３１６及び/又は出口３１８においてエンジンカウル、ウイング等の除氷などの他の目的のために抽気を導く。抽気はまた、出口３２０を通じて供給されてもよい。この抽気は、キャビンの気圧の維持、ウィンドウの除氷、キャビンと荷物室の温度の維持、エジェクターシートの機能の補助、ウインドシールドからの雨水の吹き飛ばし、フラップを風で動かす等にも使用できる。この弁システムは、図７及び図８に示されるような単一の弁システム５００、又は図６に示されるような冗長系（二重系）の弁システム４００であってもよい。これに関して、本開示では、冗長系の弁システム４００のような弁システムについて述べる。しかしながら、本開示は、単一の弁システム５００を含む他のタイプの弁システムにおいても同様に適用できる。
【００３４】
冗長系の弁システム４００は、予冷器３０４の下流にあるように図５に示されているが、いくつかの応用では、予冷器３０４は必須でなくてもよく、冗長系の弁システム４００は、タービンエンジン３０２に直接連結されて、圧縮機３１４によって加圧された空気をサイフォンにより吸い上げてもよい。
【００３５】
システム３００は、さらに、エンジンスターター３２４、高圧遮断弁３２６、プレクーラーエキゾースト３２８、及びファン空気弁３２２を含んでもよい。システム３００は、制御モジュール３４０として実装されるコントローラをさらに含むことができる。
【００３６】
制御モジュール３４０は、温度センサー３３０からの温度を検知でき、冗長系の弁システム４００の多数の領域の圧力を検知でき、冗長系の弁システム４００の多数の領域の温度を検知でき、冗長系の弁システム４００の構成要素の位置を検知でき、ファン空気弁３２２を制御でき、高圧遮断弁３２６を制御できる。制御モジュール３４０は、冗長系の弁システム４００、単一弁システム５００、及び／又は代替弁２００をさらに制御してもよい。制御モジュール３４０は、本明細書で規定されているような専用ハードウェアにより実行されてもよく、また、システム構成要素を制御してもよく、及び／又は制御ライン３４４によりセンサー入力を受信してもよい。制御モジュール３４０は、冗長系の弁システム４００の弁が故障した場合にこれを検知し、さらに冗長系の弁システム４００の第２の弁を制御することができる。制御モジュール３４０は、中央処理装置（ＣＰＵ）、メモリ、及び通信ユニットを含んでもよい。ＣＰＵは、例えば、適切にプログラムされた汎用マイクロプロセッサ、専用マイクロプロセッサ、デジタルシグナルプロセッサ、プログラム可能マイクロコントローラ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、プログラマブルロジックデバイス（ＰＬＤ）等の、既知の又は便利な形式のプロセッサ及び／又はコントローラを含んでもよく、又はそのような装置の２つ又は３つ以上の組合せであってもよい。一態様では、制御モジュール３４０は、弁２００のコントローラの機能を実行できるようにしてもよい。
【００３７】
図６は、本開示の一態様による、下流側弁が規制したり開いたりする冗長系の弁システムの断面図を示している。特に、図６は、冗長系の弁システム４００をより詳細に示し、本明細書に開示されるポペット弁のより具体的であるが非限定的な実施例を示している。混乱を避けるために、ポペット弁の構成要素と同様の名前を有する冗長系の弁システムの構成要素は、冗長系の弁システムの構成要素に言及するとき、「システム」の構成要素と称されることがある。同様に、ポペット弁の構成要素は、冗長系の弁システムの図、他の文脈又は他の態様のいずれに含まれているかによらず、「弁」の構成要素と称されることができる。
【００３８】
本開示の態様による冗長系の弁システム４００においては、弁２００は、規制できると共に開くことができる。冗長系の弁システム４００は、入口４１０及び出口４２６を有するハウジング４３２を含むことができる。続いて、出口４２６は、出口３１６及び／又は出口３１８に連結できる。ハウジング４３２の入口４１０の端部に向けられてその近くに、第１ピストンアセンブリ４３４が設けられる。第１ピストンアセンブリ４３４は、ハウジング４３２の中心線に沿って長手方向に移動できる。第１ピストンアセンブリ４３４は、第１キャビティ４４０を有することができ、第１キャビティ４４０は、出口４２６と流体連通している。第１キャビティ４４０は、連結部４２５、調整器サーボ４１４、調整器ベローズ４１２、及び連結部４２４を介して出口４２６と流体的に連結されてもよい。第１ピストンアセンブリ４３４は、また、制御オリフィス４３０を含むことができ、制御オリフィス４３０は、第１ピストンアセンブリ４３４の入口４１０と第１キャビティ４４０との間に空気式の連結部を提供する。
【００３９】
連結部４２５に沿って、上流側弁４０２が設けられてもよい。上流側弁４０２は、ソレノイド作動弁又は技術的に知られている他の同様の弁であってもよい。上流側弁４０２は、ボール４１６がボールキャビティ４４４内に静止し、連結部４２５をブロックしないように作動されることができる。上流側弁４０２は、また、ボール４１６が連結部４２５を通って下降移動し、連結部４２５をブロックして上流側弁４０２を閉じるように作動されてもよい。
【００４０】
代替の態様では、上流側弁４０２は、図２に示されるポペット２４０及び弁座２０４と同様の構造を有するポペット及び対応する弁座で実施されてもよい。
【００４１】
冗長系の弁システム４００は、また、冗長系の弁システム４００の出口４２６の端部に向けられてその近くに第２ピストンアセンブリ４４６を含むことができる。第２ピストンアセンブリ４４６は、ハウジング４３２の中心線に沿って長手方向に移動できる。第２ピストンアセンブリ４４６は、入口オリフィス４０８を通して抽気の流れを受け入れることができる。第２ピストンアセンブリ４４６は、第２キャビティ４５２ならびに内面４４８及び外面４５０を有することができる。第２キャビティ４５２は、連結部４５４を介してベント２１２と流体連通している。ベント２１２は、大気圧状態にベントを行う。ベント２１２は、弁２００によって制御されてもよい。
【００４２】
弁２００が、冗長系の弁システム４００を通る抽気を調整するために使用されない場合、ポペット２４０は、第２キャビティ４５２からベント２１２への連通部分を遮断する。弁２００が作動している場合、ポペット２４０は弁２００によって作動され、ポペット２４０を延伸させ、第２キャビティ４５２を連結部４５４を介してベント２１２までベントさせる。ポペット２４０は、デブリ又は汚染物がポペット２４０及びベント２１２から離れて吹き飛ぶのを可能にするのに十分な量だけ弁座から変位でき、それにより、作動中にポペット２４０を動かなくさせる干渉を防ぐことができる。いくつかの態様では、ポペット２４０は、弁座から０．００５インチより大きなオフセット距離まで変位できる。代替の又は補足的な態様においては、関連する弁座からのポペット２４０のオフセット距離は、約０．０４インチとできる。代替又は補足的な態様では、ポペット２４０のオフセット距離は、ポペット２４０と作動的に結合されたアクチュエータの作動又はこのアクチュエータへの信号に応じて可変とできる。
【００４３】
通常の作動下では、弁２００は、冗長系の弁システム４００を通る抽気の流れを遮断するか又は他の方法で制御するために使用されることができる。冗長系の弁システム４００は、入口４１０で調整されていない抽気を受け入れ、出口４２６で調整された抽気の流れを供給できる。抽気の流れを遮断するか又は他の方法で制御するために弁２００が使用される場合、上流側弁４０２は、ボール４１６がボールキャビティ４４４内に静止するように作動される。入口で受け入れられた抽気は、一般的には、例えば約３５０ｐｓｉの圧力で約１２５０°Ｆの温度を有することができる。抽気が入口４１０から入るとき、抽気は制御オリフィス４３０を通って流れる。抽気からの圧力は、第１ピストンアセンブリ４３４の第１面４３６及び第２面４３８に作用する。
【００４４】
ボール４１６が連結部４２５をブロックしないように、上流側弁４０２が作動される場合、連結部４２５、調整器サーボ４１４、調整器ベローズ４１２、及び連結部４２４を介して入口４１０と出口４２６との間に流体連通がなされる。出口４２６は入口４１０よりも低圧であるため、第１面４３６上の圧力は、第２面４３８上且つ第１ピストンアセンブリ４３４の第１キャビティ４４０の内側の圧力よりも大きくなり得る。この圧力の差により、第１ピストンアセンブリ４３４は、冗長系の弁システム４００の出口４２６に向かって作動され、通路４４２を作り出す。抽気は、入口４１０を通り、通路４４２を通って第２ピストンアセンブリ４４６に向かって流れることができる。
【００４５】
抽気を出口４２６から排出させることが望まれる場合、ポペット２４０がベント２１２をブロックするように弁２００が作動される。そうでなければ抽気は大気圧状態まで排出されるであろう。連結部４５４を介する第２キャビティ４５２とベント２１２との間の流体連通は、閉鎖される。入口４１０からの抽気は、入口オリフィス４０８を通って第２のピストンアセンブリ４４６の第２キャビティ４５２内に流入する。内面４４８への圧力は、外面４５０への圧力よりも大きく、第２のピストンアセンブリ４４６を出口４２６に向けて作動させる。これにより、エントランス４６２に抽気用の通路が作られる。これにより、抽気が通路４６０を通り、エントランス４６２を通って流れ、出口４２６から外に出ることが可能となる。
【００４６】
入口４１０と出口４２６との間の流体連通はまた、冗長系の弁システム４００を通る抽気の流れを制御するためのフィードバック機構として作動することができる。これは、第２のピストンアセンブリ４４６が開いた状態でロックされている場合、又は仮に通路４６０を通る空気の流れをリリーフ弁４０６によって設定されたリリーフ圧力より下に規制することができない場合、に望ましい場合がある。冗長系の弁システム４００から流出する抽気の流れが増加する場合、出口４２６での圧力も増加する。連結部４２４及び４２５は、第１キャビティ４４０へのフィードバック通路を作り出している。出口４２６での圧力の増加は、第１キャビティ４４０内側の圧力を増加させ、第１ピストンアセンブリ４３４の第２面４３８上に進行を遅らせる力（抑制力）を生成する。第１ピストンアセンブリ４３４は、入口に向かって作動され、通路４４２を通る抽気の流れを制限することができる。
【００４７】
調整器サーボ４１４及び調整器ベローズ４１２は、また、第１キャビティ４４０内のフィードバック圧力を制御するために使用されてもよい。調整器サーボ４１４は、制御モジュール３４０から調整器ベローズ４１２を作動させるためのアナログ又はデジタル入力信号を受信する電気流体サーボ弁であり得る。調整器ベローズ４１２は、出口４２６から連結部４２４及び４２５を介してフィードバック圧力を調整する際に調整器サーボ４１４を制御するために使用されてもよい。調整器ベローズ４１２は、冗長系の弁システム４００を通る抽気の所望の流れに応じて、出口４２６からのフィードバック圧力を減少又は増加させるように作動されることができる。
【００４８】
弁２００が抽気の流れを緩和するように使用され、出口４２６を通る抽気の流れを止めることが望まれるとき、ポペット２４０が弁２００に向けて作動され、第２キャビティ４５２とベント２１２との間の流体連通を開くように、弁２００が作動される。ベント２１２は大気圧に排出するので、第２キャビティ４５２の内部の圧力は、出口４２６の圧力よりも低くなる。第２ピストンアセンブリ４４６の外面４５０への圧力は、第２のピストンアセンブリ４４６の内面４４８への圧力よりも大きくなる。第２のピストンアセンブリ４４６は、冗長系の弁システム４００の入口４１０の端部に向かって作動される。これにより、エントランス４６２が閉止され、第２ピストンアセンブリ４４６を通過する抽気の流れが規制される。
【００４９】
先のいくつかの設計では、第１キャビティ４４０と、第１ピストンアセンブリ４３４と第２ピストンアセンブリ４４６との間のハウジング４３２に沿ったポイントとの間に流体連通があった。この状況では、第１キャビティ４４０へのフィードバック抽気の圧力は比較的高くなる。これにより、第１ピストンアセンブリ４３４を閉止させ、入口４１０における抽気の流れを停止させる。次に、これにより、流体接続ポイントにおける圧力を低下させることとなり、第１ピストンアセンブリ４３４を再び開くようにさせることとなる。このプロセスは、第１ピストンアセンブリ４３４の開放／閉止において振動を引き起こすことを繰り返させ、このような振動が、システムに余分な摩耗や摩滅を不必要にもたらすこととなる。連結部４２４及び４２５を介して出口４２６との流体連通を確立することにより、出口４２６の圧力は、入口４１０における圧力よりも著しく低いままとなる。これにより、第１キャビティ４４０内の圧力により第１ピストンアセンブリ４３４が不必要に開いたり閉じたりすることを防止する。
【００５０】
第２のピストンアセンブリ４４６が故障した事象においては、第２のピストンアセンブリ４４６は開いた状態とならなくなる。通路４６０は、第２ピストンアセンブリ４４６を通過する抽気の流れを可能にできる。第１キャビティ４４０と出口４２６との間の流体連通のため、第１キャビティ４４０内の圧力は、入口４１０での圧力と比較して低くなる。第１面４３６への圧力は、第２の面４３８への圧力よりも大きく、これにより、第１ピストンアセンブリ４３４を開位置へと作動させる。これにより、抽気を通路４４２を通って流すことが可能になる。抽気は、通路４６０を通って第２のピストンアセンブリ４４６を通り越し、出口４２６から出続ける。
【００５１】
出口４２６から流出する抽気の流れを規制することが望ましい場合、上流側弁４０２が作動され、ボール４１６により連結部４２５をブロックさせることができる。連結部４２５をブロックすることにより、第１キャビティ４４０と出口４２６との間の流体連通を閉止することができる。ここで、抽気が入口４１０から制御オリフィス４３０を通って第１キャビティ４４０内に流入する場合、第１キャビティ４４０内部の圧力は、入口４１０における圧力とおおよそ同等になる。第１面４３６に対する圧力は、第２面４３８に対する圧力におおよそ等しい。第２面４３８のより大きな表面積のために、第１ピストンアセンブリ４３４は、入口に向かって作動でき、通路４４２をシール（密封）できる。通路４４２をシールすることにより、入口４１０から冗長系の弁システム４００を通る抽気の流れが停止される。
【００５２】
図７は、本開示による単一の弁システムの断面図を示す。図８は、図７の単一弁システムの斜視図を示している。特に、図７は、本開示による例示的な単一弁システム５００を示している。弁システム５００は、弁２００と作動的に結合されたピストンアセンブリ５４６を含んでいる。ピストンアセンブリ５４６は、ハウジング５３２の一端部に入口５１０を含み、反対側の端部に出口５２６を含む。ピストンアセンブリ５４６は、通路５６０及びエントランス５６２に隣接するキャビティ５５２の境界を定める内面５４８及び内面５５０を有する。キャビティ５５２は、その反対側において、入口オリフィス５０８と作動的に結合されている。連結部５５４は、キャビティ５５２を、ポペット２４０及びベント２１２を含む弁２００に連結させる。図７に関して説明された上記の構造のすべては、図６に関して上述された明細書の記載に関連する関連構造と一貫する方法で作動させてもよい。
【００５３】
従って、遮断に対して抵抗性があるが、コンパクト且つ軽量であり、単一弁システム、冗長系の弁システム、及び他の応用用途で利用できる、圧力調整弁システムが開示されている。圧力調整弁システムによって制御された抽気は、カウルの除氷、キャビンの気圧の維持、ウィンドウの除氷、キャビンと荷物室の温度の維持、エジェクターシートの機能の補助、吹き出しフラップ用の空気の供給、ウインドシールドのブロー機構用の空気の供給等に使用できる。開示された弁は、動作の信頼性が高く、軽量で、コンパクトなサイズである。これらの弁は、弁を作動させるためのエネルギーを供給するためにシステム自身の内部で生成された圧力を使用することにより、自己に動力供給できる。
【００５４】
さらに、本開示の様々な態様によれば、本明細書で記載されている方法は、プロセッサ、マイクロプロセッサ、コンピュータ、PC、半導体、特定用途向け集積回路（ASIC）、プログラマブルロジックアレイ、クラウドコンピューティングデバイス、及び本明細書で記載された方法を実行するように構成された他のハードウェアデバイス、を含むがこれらに限定されない特定用途ハードウェアの実施による作動を想定している。
【００５５】
上述のシステムに加えて、弁を操作するための方法等、様々な方法が本明細書において開示されている。一態様では、方法は、弁座、ポペット、及びアクチュエータを含む弁を提供するステップを備えることができる。弁座は、弁の入口と出口との間に配置されることができ、弁座は、座開口寸法によって規定される座開口を有することができる。弁座は弁に対して固定される。ポペットは、弁座に対向する座面と出口端部に対向する出口面を含み、座面は、入口端部に向かって配置された座開口部寸法よりも大きいポペット大寸法から、出口端部に向かって配置された座開口寸法より小さいポペット小寸法に向けて先細となっている。ポペットは、弁ハウジングに対して移動可能であり、アクチュエータは、ポペットと作動可能に連結されている。いったんこの構造又は類似の構造が提供されると、方法は、さらに、開き動作中にポペットの座面を弁座から少なくともオフセット距離だけ移動させることによって弁を開くようにアクチュエータを付勢させることを含む。いくつかの態様では、方法は、閉じ動作中にポペットの座面を少なくともオフセット距離だけ弁座に戻させることにより、弁を閉じるアクチュエータへの付勢を解消させることをさらに備えることができる。代替又は補足的な態様は、アクチュエータとポペットとの間にプローブを提供することを含んでもよい。
【００５６】
本開示の多くの特徴及び利点は詳細な説明から明らかであり、したがって、本開示の真の精神及び範囲に含まれる本開示の全てのこのような特徴及び利点は、特許請求の範囲によってカバーされる。さらに、本開示には、本譲受人に譲渡された2016年2月12日に出願された米国特許出願第15/042,644号の全体が援用により組み込まれている。さらに、多数の修正及び変形が当業者には容易に思い浮かぶため、本開示を図示及び記載されたまさにその構造及び動作に限定することは望ましくなく、したがって、すべての適切な修正及び均等物が、本開示の範囲内にあるものとして参照されることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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