(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス源からの需要体に対するガスの流動を制御するソレノイドアセンブリであって、
長手方向軸、第１のセクション、および第２のセクションを画成するハウジングを備え、
前記第１のセクションはソレノイドを備え、該ソレノイドは管状コア（１００）、磁界を誘導するためのコイル（１４０）であって、前記コア（１００）上に巻き回されたコイル（１４０）、および前記コア（１００）内に配置された磁極片（１２０）を備え、
前記第２のセクションは、前記ガス源と流体連絡するための第１の入口（２４）を画成するとともに、さらに前記需要体と流体連絡するための出口（１１）を画成し、該出口（１１）は前記需要体と連結する形状のアダプタ（１０）内に存在し、
前記第２のセクションはさらに主チャンバ（５１）を画成し、該主チャンバ（５１）は内側セクションと外側セクションとを有し、該外側セクションが前記ガス源と前記第１の入口（２４）を介して流体連絡しており、かつ前記出口（１１）と主チャンバオリフィス（５２）を介して流体連絡しており、
前記第２のセクションはパイロットチャンバ（２８ａ）を画成し、該パイロットチャンバ（２８ａ）は内側セクションと外側セクションとを有し、該外側セクションは前記主チャンバ（５１）の内側セクションと主チャネル（２２ｅ）を介して流体連絡しており、
前記の第２のセクションはさらに、パイロットチャネル（２２ｂ）を画成し、該パイロットチャネル（２２ｂ）は該パイロットチャンバと前記出口（１１）との間で、前記ハウジングにより画成されるパイロットチャンバベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）を介して流体連絡しており、
前記パイロットチャンバ（２８ａ）内の開位置および閉位置の間で滑動動作するパイロットピストン（７０）、および主チャンバ（５１）内の開位置および閉位置の間で動作する主ピストン（３０）を備え、該主ピストン（３０）は前面（５３）および裏面（５４）を有し、該裏面（５４）は前記主チャンバ（５１）の内側セクションに近接し、該主ピストン（３０）は前記主チャンバオリフィス（５２）を介する前記主チャンバ（５１）と前記出口（１１）との間の流体の流動を前記主ピストン（３０）が閉位置にあるときに停止し、
前記主ピストン（３０）は、前記主ピストン（３０）と前記主チャンバ（５１）の壁（２１ａ）の間の断面環状領域（２１ａ，３１）を通る流動を拘束する形状を有し、前記断面環状領域内の流動の有効断面積が前記パイロットチャンバベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）内の最小断面積よりも小さい、ソレノイドアセンブリ。
【請求項２】
前記パイロットピストン（７０）が前記ソレノイドの活性化の際に該パイロット開位置に移動し、それにより前記主チャンバ（５１）と前記出口（１１）との間でかつそれにより前記第１の入口（２４）および出口（１１）の間で前記主オリフィス（５２）を介して流体連絡を可能にし、
前記パイロットピストン（７０）は前記ソレノイドの不活性化の際に前記パイロット閉位置に移動し、かつそれにより前記流体の流れを前記パイロットチャンバベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）内に閉じ込め、かつ
前記パイロットピストン（７０）が開位置に移動する際に、前記主ピストン（３０）は前記主チャンバ（５１）内に配置されて前記主開位置に移動して前記第１の入口（２４）および出口（１１）の間の流体連絡を可能にする請求項１記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項３】
前記主ピストン（３０）を前記主閉位置に向けてバイアスするピストン戻しばね（５０）をさらに備える請求項２記載のソレノイドアセンプリ。
【請求項４】
パイロットピストン（７０）をパイロット閉位置に向けてバイアスするピストン戻しばね（９０）をさらに備える請求項３記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項５】
前記主ピストン（３０）により画成される移動並進軸が前記パイロットピストン（７０）により画成される移動並進軸に平行である請求項４記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項６】
前記ハウジングが前記主チャンバ（５１）の前記外側に近接して搭載された主シール（４０）を備え、
前記外側セクション（３１）に近接する前記主チャンバ（５１）の端部に当接する閉位置に前記主ピストン（３０）があるときに、前記主シール（４０）が、前記主チャンバ（５１）から前記出口（１１）への前記流体の流れを停止し、かつ 前記主シール（４０）が硬質エラストマーとして知られる材料のクラスから選ばれる材料からなる請求項５記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項７】
前記主シール（４０）が前記主ピストン（３０）の前面（５３）に面する前記ハウジング上に搭載されている請求項６記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項８】
前記主シール（４０）が前記主ピストン（３０）の前面（５３）に搭載されている請求項６記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項９】
前記パイロットピストン（７０）がパイロットピストン本体と、該ピストン本体の前記パイロットチャンバ（２８ａ）の前面に近接する一端上に搭載されたパイロットシール（８０）とを画成し、 前記パイロットセクション前端に近接する前記パイロットチャンバ（２８ａ）の端部に当接する閉位置に前記パイロットピストン（７０）があるときに、前記パイロットシール（８０）が、前記パイロットチャンバ（２８ａ）から前記パイロットチャネル（２２ｂ）への前記流体の流れを停止し、かつ 前記パイロットシール（８０）が硬質エラストマーとして知られる材料のクラスから選ばれる材料からなる請求項７または８記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項１０】
前記主チャンバ（５１）の前記外側セクション（３１）が第１のボア（２１ｂ）を画成し、前記内側セクションが前記第１のボア（２１ｂ）の直径よりも小さい所定直径の同心軸の第２のボア（２１ｃ）を画成し、前記第２のボア（２１ｃ）がさらに前記主ピストン（３０）の裏面（５４）に近接する端面により画成され、
前記主ピストン（３０）が、前記主ピストン（３０）と前記第２のボア（２１ｃ）の壁（２１ｂ）との間の断面環状領域（２１ｂ，３１）が前記主チャネル（２２ｅ）または前記パイロットチャネルベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）内の最小断面積よりも小さい断面積を有するような所定の外径を有し、かつ、
その際、前記出口（１１）からの流体流の存在下に前記ソレノイドが活性化されると、前記パイロットピストン（７０）は前記パイロット開位置に移動し、かつ前記主ピストン（３０）は閉位置にあり、流体が加圧下に前記第１の入口（２４）から前記主ピストン（３０）と前記第２のボア（２１ｂ）との間の領域を通って、前記主チャネル（２２ｅ）を通って前記パイロットチャンバ（２８ａ）に、そしてさらに、前記パイロットチャネルベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）を通って流れるようになり、前記流体は主チャネル（２２ｅ）または前記パイロットチャネルベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）を通って、前記主ピストン（３０）と前記第２のボア（２１ｃ）との間の環状領域（２１ｂ，３１）を通るよりも遅く流れ、それにより主ピストン（３０）の裏面（５４）において圧力差を創出し、該圧力差により、前記主ピストン（３０）が前記主開位置に移動して前記第１の入り口（２４）が前記出口（１１）と流体連絡する請求項７〜９のいずれか一項に記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項１１】
前記主ピストン（３０）がリング・グランド（３３１ａ）を有し、該リング・グランド（３３１ａ）が前記主ピストン（３０）の前面（５３）と裏面（５４）との間の流体の流れを拘束するためのピストンリング（３３１ｂ）を受け、かつ
前記ピストンリング（３３１ｂ）が前記主チャネル（２２ｅ）または前記パイロットチャネルベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）の最小断面積よりも小さい所定の面積の間隙を画成し、
その際、前記出口（１１）からの流体流の存在下に前記ソレノイドが活性化されると、前記パイロットピストン（７０）はパイロット開位置に移動し、前記主ピストン（３０）は閉位置にあり、流体が加圧下に前記第１の入口（２４）から、さらに前記パイロットチャネルベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）を通って流れ、前記流体は、前記主チャネル（２２ｅ）または前記パイロットチャネルベント経路（２２ｅ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）を通って、前記ピストンリング（３３１ｂ）の間隙を通るよりも遅く流れ、それによりピストンリング（３３１ｂ）の両端間に圧力差を創出し、該圧力差により、前記主ピストン（３０）が前記主開位置に移動して前記第１の入口（２４）が前記出口（１１）と直接流体連絡する請求項７〜９のいずれか一項に記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項１２】
前記アダプタ（１０、２１０）は、前記ソレノイドアセンブリを搭載するためのねじ切り（１２）を有する基体部材（１２ａ）と、前記ハウジングに取り付けるためのねじ切り（１５）を有する保持部材（１５ａ）と、前記アダプタ（１０、２１０）により画成される中央キャビティ（１１ａ）を備え、該キャビティ（１１ａ）は主ピストン（３０）が開位置にあるときに前記出口（１１）と前記主オリフィス（５２）を通して流体連絡している請求項１０または１１に記載のソレノイドアセンブリ。
【請求項１３】
前記基体部材（１２ａ）は燃料マニホルドに接続され、前記アダプタ（２１０）は
前記アダプタ（２１０）により画成される環状溝（２３４ａ）であって、ガス源に連絡している溝（２３４ａ）と、
第２の入口を画成する複数のチャネル（２３４ｂ）であって、前記環状溝（２３４ａ）と前記主チャンバ（２２１ａ）の前記外側セクションとの間に流体連絡を与えるチャネル（２３４ｂ）とをさらに備える請求項１２記載のソレノイドアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（技術分野）
本発明は圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とする乗物等様の燃料システムに関する。特に本発明はＣＮＧを燃料とする乗物等様の燃料流を制御するソレノイドアセンブリに関する。
【０００２】
（背景技術）
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）が乗物の燃料として用いられるときは、３１，０００ｋＰａ（４、５００ｐｓｉｇ）もの高圧で圧肉シリンダ内に貯蔵される。燃料ポンプがないので、シリンダからエンジンの燃料系へのＣＮＧの流通を開始および停止するのに電気ソレノイドが用いられている。乗物に迅速に燃料を再供給することを保証するために、かつ低シリンダ圧で操作できるように、そのようなソレノイドは大きなオリフィスを必要とする。３．８１ｍｍ〜６．３５ｍｍ（０．１５０〜０．２５０インチ）のオリフィスが一般的である。特に、３１，０００ｋＰａ（４、５００ｐｓｉｇ）では６．３５ｍｍ（０．２５０インチ）のソレノイドを開くのに９９、８ｋｇ（２２０ｌｂｓ）の力が必要である。そのような力は合理的な大きさの、１２Ｖ直流（ＤＣ）で直接動作するソレノイドの能力を超えている。
【０００３】
従って、パイロット操作ソレノイドが使用されている。そのようなソレノイドは小さなオリフィス（典型的には直径０．３８〜０．７６ｍｍ［０．０１５〜０．０３０インチ］）を開く直接動作部分（パイロットステージ）を有する。その小オリフィスは下流のシステムに対して圧力（流れ）を供給する。ひとたびパイロット流が上流および下流の圧力をほぼ等しくすると、大（主）ステージが開く。この主ステージは直径３．８１ｍｍ〜６．３５ｍｍ（０．１５０インチ〜０．２５０インチ）のオリフィスを有する。パイロットステージと主ステージを連結するために機械式および空圧式手段の双方が用いられる。これらの系は大型の高価なソレノイドコイルを必要とし、顕著な量の熱を発生する。さらに、それらは低シリンダ圧では主ステージが開くのが遅く、運転者の不満が嵩じる（エンジンはスロットルが効かなくなる）。
【０００４】
そのようなソレノイドは瞬間的に（例えば、２５０ミリ秒未満で）開くのが理想的である。さらに、それらは厚肉シリンダの首部の内側に設置される。そのような「内側」設置は物理的な酷使（正常および衝突の双方）からそれらを保護し、また環境に対する障害（塩の噴霧、石の撥ね上げ）を防止する。しかしながら、従前のソレノイドはたいてい大きすぎて一般的シリンダの首部内に適合しない。（注：一般的シリンダの首部の開口部は２１．３４ｍｍ［０．８４０インチ］と小さいことがある。）
【０００５】
そのようなソレノイドは乗物の設計者が選ぶ２つの共通の流れに適合することができるものであるのが理想的である。一つの系、構成１、はマスターシリンダ内側のガスに接続するソレノイドの入口を有する。その場合マスターシリンダはソレノイドを通じて燃料が再供給され、その主ピストンは逆流防止弁として動作する。
【０００６】
構成２では、ソレノイドは搭載貯蔵シリンダのすべてに共通な外側マニホルド（燃料レール）から供給を受ける。その場合、ソレノイドは一つのシリンダ（例えば、マスターシリンダ）の内側に設置されるが、その入口はシリンダ内のガスとは分離されている。すなわち、その入口は外側の燃料レールに接続される。その場合、マスターシリンダはソレノイドを通して燃料供給を受けることはない。もっとも普通のそれはこれらの構成の両方に対応することができない。
【０００７】
もっとも普通のソレノイドはゴム製のオリフィスシールを使用しており、これらシールは製造品質の問題を生じやすく、使用時の信頼性の問題も生じやすい。ソレノイドがシリンダ内側に配置されていると、ガス充填衝撃（高速かつ−１２３℃［華氏−１９０度］と冷たい）によりコイルの先開き（ｃｏｉｌ ｌｅａｄｓ）が生じることがある。コイルのワイヤがガス衝風から遮蔽され、および／またはガス衝風の通路がそれらを逸れているのが理想的である。さらに、多くの一般的なソレノイドは主密封面を、充填ガスが直接エラストマー面に衝突するように設置している。この状態はそれらのソレノイドの推定耐用年数と信頼性の両方を低下させる。
【０００８】
（発明の要約）
本発明は上記問題点のすべてに取り組む、電気的に操作されるパイロット型、「瞬間開始（ｉｎｓｔａｎｔ−ｏｎ）」ソレノイドを提供する。本発明の利点は下記を含むがそれらに限定されない。
操作： 瞬間開始（例えば２５０ｍ−ｓｅｃ未満）
寸法： 直径２１．３４ｍｍ（０．８４０インチ）未満 流路： 構成１または２に適合性 電源： 低出力連続使用型１２Ｖ直流（ＤＣ）コイル オリフィスシール： 硬質エラストマー（例えばテフロン（登録商標）［ＰＷ１］ベスペル）
シール位置： 充填ガスが衝突しない ワイヤ遮蔽： コイルワイヤはソレノイド内側に導かれている 本発明はまた設計が簡潔であり、高価な道具立てを必要としない。
【０００９】
第１の形態において、本発明はマスターシリンダ内のガスにより作動され、かつ燃料再供給逆止弁として動作する。第２の形態において、本発明はシリンダ内に設置されるようにわずかに改変され、一方外側燃料レールにより作動される。
【００１０】
構成１
本発明は主ピストンとパイロットピストンとを有し、これらは好ましくは相互に一列をなしている。本発明の一実施形態によれば、主ピストン３０はその孔に緊密に適合しており、環状の間隙領域５２（２１ａと３１の間）が好ましくは直径約０．５６ｍｍ（０．００２２インチ）のオリフィスと同等である。この環状の間隙領域５２を主チャンバオリフィスという。直接動作パイロットピストン７０は流体に出口への経路を開き、その有効流動面積は典型的には直径約０．７６ｍｍ（０．０３０インチ）である。パイロットピストン７０は主ピストン３０の「裏面」５４を（例えば、低圧の）出口ポート１１に接続する。その結果、パイロットが開くとすぐに主ピストンの両端間に大きな差圧が生じ、入口圧力の如何にかかわらずそれを開く。２つのピストンが空圧式に連結されているので、コイルの力として必要とされるのはパイロットピストンを開くのに必要とされる力（０．３８ｍｍ［０．０１５インチ］のオリフィスに対して３１，０００ｋＰａ［４、５００ｐｓｉｇ］で０．３６１ｋｇ［０．７９５ｌｂｓ］）のみである。従って、低圧連続稼働コイル、例えば１２Ｖ直流（ＤＣ）コイルを使用することができる。実際、ソレノイドを長く薄い設計にすると非常に低い出力密度（ｗａｔｔ／ｉｎ２）が得られ、ソレノイドが低温で動作するようになる。
【００１１】
図１を参照すると、本発明のソレノイド・アセンブリは本体２０内の（半径方向に穿孔された孔であってもよい）一連のチャネル２４を通してマスターシリンダからガスを受け取る。ソレノイドがオフならば、図示のようにスプリング５０が作動して主ピストン３０をその閉（非流通）位置に押し下げる。そのピストン上のランド部（肩部）２５ａが主シール４０に対向して配置されており、ガス密封シールを提供している。このオフ状態では、スプリング９０はまたパイロットピストン７０をその閉（非流通）位置に移動させる。パイロットピストン内に収容されているパイロットシール８０は本体２０の隆起シーリング表面に対してシールし、パイロット・オリフィス・チャネル２２ｂを通してガスが流通するのを防止する。なお、このオフ状態では、入出力差圧が両ピストンを閉じるのを助けるように動作する。
【００１２】
コイル巻線１４０が付勢されると、パイロットピストン７０が開き、主ピストン３０の裏面５４が出口チャネル１１に下記経路：チャネル２２ｅ、パイロット・オリフィス・チャネル２２ｂ、チャネル２２ｃ、チャネル２２ａ、コネクタ・チャネル４６、チャネル１７、およびチャネル１８を介して接続される。主ピストン３０の両端間に生じた差圧はこのピストンをその開位置に押しやる。チャネル２２ｃは固定保持器付き玉型（ｐｅｒｍａｎｅｎｔ ｂａｌｌ ａｎｄ ｃｕｐ ｔｙｐｅ）のプラグ６０によりシールされている。このアセンブリはシリンダ弁（本発明の一部ではない）にアダプタ１０の端部において、もっとも典型的にはねじにより、接続されている。磁極片１２０、管状強磁性体（例えば、磁鉄鋼）コイルカバー１３０およびフラックスワッシャー（ｆｌｕｘ ｗａｓｈｅｒ）１１０とでコイルの磁束通路を完成している。
【００１３】
さて、図１および図２を参照すると、このアセンブリはアダプタ１０によりシリンダ弁（本発明の一部ではない）に取り付けられているのが好ましく、典型的には基体部材１２ａのねじ切り１２を用いて接続を確実にしている。Ｏ−リング・グランド１３に対向して動作するＯ−リング１４ａとシリンダ弁内のコンパニオン・グランドとでアダプタを外側からの漏れに対してシールしている。アダプタ１０により画成された中央キャビティ１１ａが出口チャネル１１と流体連絡している。ソレノイドからのガス流があれば出口チャネル１１から外へ流れ、そしてシリンダ弁内に流れる。この場合、アダプタ１０の保持部材１５ａのねじ切り１５が本体２０内のねじ２３と噛み合い、しっかりと相互に固定する。Ｏ−リング１４ｂはグランド１６および２３ａに対向して動作し、アダプタを本体２０に対してシールする。チャネル１８は出口チャネル１１をチャネル１７に接続する。アダプタ１０の肩部が本体２０のコンパニオン肩部２５と係合し、１０と２０が相互にねじ止めされているときには、積極停止を与える。肩部１９および２５ａは主シール４０のためのシール面を提供している。
【００１４】
チャネル２２ａは本体２０内の環状溝２６と交差する。これにより２２ａからの「逃しガス（ｖｅｎｔｉｎｇ ｇａｓ）」のために、アダプタ１０と本体２０との締めつけの程度がどのようであってもシール４０内のコネクタ・チャネル４６との常時接続が確実になる（図１）。本体２０は主ピストン３０のための３段ボア（２１ａ−２１ｂ−２１ｃ）を含んでいるのが好ましい。マスターシリンダからのガスは本体２０の入口２４（典型的には約４〜６個の等間隔に配置された孔）を通してボア領域２１ａに入る。ボア２１ａとピストンの外径３１との間の環状領域５２はパイロットチャンバを通る下流と比べて流れに対して非拘束的であるような寸法となっている。この環状領域５２は主チャンバオリフィスに相当する。ボアセクション２１ｂはピストンの外径３２と小さな間隙を生じるような寸法となっている。この小間隙（典型的には０．１３ｍｍ［０．００５インチ］）の間隙はボア２１ｃ（主室の後部として知られる）とピストンの外径３２との間の狭い間隙にデブリが移入する可能性を最低限にする。２１ｃと３２との間の間隙は小さい（約０．０２５ｍｍ［０．００１インチ］未満である）ため、環状間隙を通る等価流通領域は約０．６４ｍｍ（０．０２５）インチ未満である。例えば、２１ｃ＝０．２４９インチ、および３２＝６．３５ｍｍ（０．２５０インチ）であるならば、環状間隙は０．５６ｍｍ（０．０２２インチ）のオリフィスと等価であり、これは０．８９ｍｍ［０．０３５インチ］のパイロット・オリフィス・チャネル２２ｂにより完全にガス抜きされる。
【００１５】
ピストン３０のばねポケット３３が主戻しばね５０を保持するように動作するのが好ましい。ボア２１ａ−２１ｂ−２１ｃ内の段差は、ピストンのばねポケット端がボア２１ｃの端部を打つ前に大きいピストン径３１がボア２１ｂ（積極的停止）の端部に対向して配置される様に選定されるのが好ましい。主チャネルとしても知られるチャネル２２ｅを介してボア２８ａがパイロットピストン７０に接続されている（図１参照）。ソレノイドがオフのときは、パイロットピストンシール８０（図１）は好ましくは従来の円錐シート２８ｂに対向して配置され、出口への漏れを防止している。コイルが付勢されると、パイロットピストン７０とシール８０とがそれらの開位置に移動し、パイロットボア２８ａからパイロット・オリフィス・チャネル２２ｂに流れることを可能にする。この逃されたガスは次いで順にチャネル２２ｂからチャネル２２ｃ、チャネル２２ａ、コネクタ・チャネル４６、チャネル１７、およびチャネル１８を通過して出口チャネル１１内に流入する。このパイロットチャンバベント経路（２２ａ−２８ａ−２２ｂ−２２ｃ−２２ａ−４６−１７−１８−１１）により、主ピストン３０の裏面に出口圧力が存在するようにしている。ピストン３０はその長さ方向にわたって入口−出口圧力差があり、その圧力差により主ピストン３０がその開位置に押しやられる。チャネル２２ｂは好ましくは保持器付き玉型プラグ６０により漏れがないようにシールされており、このプラグ６０はソケット２２ｄ内に設置されている。漏れがシール４０を通過する可能性があるが、これを４５における本体２０の縁部の外周の締めつけ動作により防止するのが好ましい（図３参照）。
【００１６】
ソレノイドについては、コイル１４０がコアチューブ１００上に巻回されているのが好ましい。このコイル端部ワイヤは本体２０内のチャネル２９ａを通る経路をとるのが好ましい。ワイヤは２９ａに拡大開口部２９ｂにおいて入り、拡大出口領域２９ｃにおいて出る。チャネル２９ａは入口２４の中間に配置され、ガス衝風からさらにコイルカバー１３０の底部縁１３２により保護されているのが好ましい（図３参照）。本体２０内のねじ２７ａはねじ１０２（図３）と噛み合いコアチューブを保持する。Ｏ−リング・グランド２７ｂとＯ−リング２７ｃ はシール本体２０をコアチューブ１００に対してシールする。肩部２７ｄはそれが２０にねじ止めされている間、１００に対して積極的停止を与える。
【００１７】
ガス源を再供給する間、すべてのガス流のパターンが逆転される。ガスは出口チャネル１１に入り、主ピストン３０に衝突してそれを開く。次いで、このガスは転回し、入口２４を通ってシリンダ内に出る。特筆すべきは、充填ガスが主シール４０に衝突しないことである。従って、燃料の再供給工程によりその期待耐用年数が減少することはない。
【００１８】
図３を参照すると、パイロットピストン７０の外径７１はコアチューブ１００の中心ボア１０１内に載っている。この製品に期待される製造量が少ないため、コアチューブ１００は典型的には真鍮製である。合理的な半径方向の間隙（例えば０．１３ｍｍ［０．００５インチ］）にすることにより、空隙を最低限にする一方、製造費を制限する。ポケット７２はパイロットシール８０を受け、このパイロットシールは多数の公知手段により固定することができる。シール８０の外径８１は軽くプレスすることによりポケット７２内に適合されるように選ばれる。典型的な固定方法は８０の垂直基準（図示しない）において７０および８０を通る１．５９ｍｍ（１／１６インチ）ＳＡＥばねピンを使用する。シール面８２は平坦であり、バリや半径方向の掻き傷がなく、２８ｂの水平面に対して良好なシールを形成する。ばねポケット７３はパイロットピストンがばね９０を戻すための場所を提供している。
【００１９】
コアチューブ１００のグランド１０３はＯ−リング２７ｂと動作してコア１００を２０にシールする。平坦な底部縁１０４はＯ−リング・グランドを完成するとともに、コアチューブ１００が２０にねじ止めされているときは積極的停止装置として働く。面１０４の末端は外径１０６であり、この外径はコイルのリード線が入口領域２９ｂを過ぎてそのなかに入る経路をとる余裕を残すように選ばれる。さもなければ、コアチューブ１００の外側は外径１０７であり、この外径はコイルが巻き取られる外径である。フラックスワッシャー１１０は、磁鉄鋼が１００の頂部から設置され、外径１０７の底部に対向して配置され、１０５において堅固に配置されている。フラックスワッシャー１１０の内径１１１は軽くプレスしただけで１０７に適合するように選ばれる。外径１１２はコイルカバー１３０の内径１１３とぴったりと適合するように選ばれる。ポケット１１４は１１０内に設けられ、コイル端子リード線１４６をカバー１３０を設置する前に経路決定することができる。このポケットが必要なのはコイルリード線１４６の位置が入口領域２９ｂの位置と精確に一致しないことがあるからである。そのような場合、リード線１４６はポケット１１４内を迂回して領域２９ｂに入る。
【００２０】
また、コスト低減のために、コイルはコアチューブ１００上に直接巻き回すのが好ましい。プラスチック絶縁体１４３をボア１０７の上部に設置し、フラックスワッシャー１１０の上面に対向して配置する。第２の同様なプラスチック絶縁体１４２をボア１０７の頂端に設置する。磁極片１２０、典型的には磁鉄鋼を１００に肩部１２５が積極的停止装置となるまでねじ止めする。絶縁体１４２を上方に移動して１２０に対向して配置する。絶縁テープ１４４を外径１０７の上に被せ、磁性捲線１４１を適用する。公称設計は２８ ａｗｇ 銅磁性捲線を１０層備え、１０３０回捲き、抵抗１１オームである。次いで、磁性捲線１４１をプラスチック絶縁銅ワイヤ１４６に取り付ける。
【００２１】
磁極片１２０は２つの孔１２８を有し、締めつけを提供している。スロット１２７はＥ−型スナップリング（図示しない）を設置するためのものである。あるいはまた、波形座金とスナップリングの両方を使用してもよい。磁極片の外径１２６はコイルカバー１３０とぴったりと適合するように選ばれる。コイルカバー１３０は典型的には磁鉄鋼製の強磁性チューブである。このチューブを適切な長さに切断した後、一方のチューブの一端をロールがけして、リップ１３１を形成する。このＥ−型スナップリングをリップ１３１と係合させてコイルカバーを適切な位置にクランプする。
【００２２】
構成２
上記の設計を調整して背景技術の項で説明した構成２の形態に適合させることができる。すなわち、この第２の実施形態において、ガス入口は外側にあり、マスターシリンダはソレノイドを通して再充填されず、ソレノイドは燃料再供給時に逆止弁として動作しない（図４参照）。この場合、ガス入口および出口は単一接続により生じる必要がある。これを達成するために、側面入口、中心出口構造が選ばれ、Ｏ−リングシールが入口と出口を分離している。具体的には、アダプタ１０をアダプタ２１０で置き換えた。アダプタ２１０は環状溝２３４ａを有し、この溝がシリンダ弁の単一ポート側のポートから導入されるガスを受ける。Ｏ−リング２３４ｃはアダプタ２１０のシールとして動作し、入口出口ポートが隔離された状態に保たれる。溝２３４ａはいくつかのチャネル２３４ｂにより交差され、それにより導入されたガスを主ピストン・キャビティ２２１ａに経路をとらせる。典型的には約５つの均等な間隔の孔２３４ｂがある。
【００２３】
シール４０（図１）の主チャンバオリフィス５２をシールする機能はシール２４０により置き換えることができる。このシール２４０は主ピストン内に移動するのが好ましい。適切なシール面２１０ａをアダプタ２１０に機械加工し、これに対して２４０をシールする。主ピストン３０（図１）はピストン２３０により置き換えられ、このピストン２３０はシール２４０を保持するように改変されている。このシールは種々の公知手段により適切な位置に保持することができ、１．５９ｍｍ（１／１６インチ）ＳＡＥばねピンがもっとも普通の選択である（図示しない）。本体２２０で本体２０（図１）を置き換えると、若干の差があるだけである。シール２４０をピストン内に移動するように適合するために、外径２３１を外径３１（図２）より少し大きくする。主ピストン・キャビティ２２１ａと外径２３１との間の環状間隙（２２１ａ，２３１）を同様に流れに対して非拘束的になるように選ぶ。前記と同じように、ボア２２１ｂをボア２２１ｃ−ピストン外径２３２の狭い空隙領域内にデブリが移入する機会を最低限にするように選ぶ。２２１ｃと２３２の直径は２１ｃと３２と同様にできる。
新しいシール２４５はシール４０がガス逃し経路をシールする特長をとる。シール２４５は本質的にシール４０の狭い変形例である。シール２４５のチャネル２４６は逃がすガスをチャネル２２２ａからアダプタ２１０のチャネル２１７、２１８に連絡させる。直径２２１ａの大きさにより、ワイヤ出口点２９ｃは上方に移動してワイヤ出口点２２９ｃとなる必要がある。同様に、２２１ａの寸法を適合するために、チャネル２２ａはチャネル２２２ａとなり、これは許容し得る肉厚を保証する角度で配置されている。ガス出口チャネル１１はガス出口チャネル２１１となる。上述の点以外については、構成２のソレノイドはこれらの実施形態において構成１に対するものと同様に構成することができる。
【００２４】
ピストンリングの実施形態
図５は本発明のコイルおよび主ピストン部品の別の実施形態を示す。図示のコイルの形態はねじの首部の寸法が大きいシリンダ（例えば、５０．８０ｍｍ［２インチねじ］）に適用可能である。図示したこの別の主ピストン形態は本発明の任意の用途に適用可能であり、汚れや極端な温度に対してより耐性が強い
【００２５】
図５に示すソレノイド弁は図１、図２および図３に示すものと実質的に同じであるが、ここに示す実施形態は図４に示す形式にも等しく適用可能である。しかしながら、３段ボアは差圧が創出される方法により、この場合は不必要であり、２段ボアで十分である。
【００２６】
図示のように、本体３２０はボア３２１ａ、３２１ｂおよび３２１ｃを有する。主ピストン３３０は本体３２０内の中心ボア３２１ｂ内を滑動する。シリンダからのガスはボア領域３２１ｂに入り、主ピストン３３０が開いていれば、ボア領域３２１ａを通りアダプタ１０内の出口チャネル１１に向けて通過する。主ピストン３３０が閉じていると、図示のように、ガス流はシール４０に対向して配置されている主ピストン３３０により阻止される。
【００２７】
主ピストン３３０はボア領域３２１ｂ内を滑動する外径３３１を有する。これら２つの部品は典型的には比較的大きな間隙を有し、汚れや極端な温度に対する耐性がより良好となる。ピストンの３３１部分はまたピストン・リング・グランド３３１ａを有し、これはピストンリング３３１ｂを受容する。リング３３１ｂは金属製またはプラスチック製の構築物のいずれでもよい。企図する用途において、リングはストロークおよび圧カサイクルが通常の耐用年数においてはわずか５０、０００回であってもよい。従って、磨耗および強度特性は大きな問題とならない。適当なリングは市販されているかまたは容易に製造することができる。リング３３１ｂの寸法はボア３２１ｂと一致し、ピストンに設置したときにリングに小さな間隙を持つようにする。この間隙はソレノイドが任意の入力圧力で迅速に開くのに必要とされる流動拘束を創出するような寸法とする。例えば、ボア（３２１ｂ）が０．５２ｍｍ（０．３７５インチ）であり、ピストン（３３１ａ）が９．３５ｍｍ（０．３６８インチ）であり、リング端間の角度間隙が１６°とすると流動面積が０．３８ｍｍ（０．０１５インチ）オリフィスと同等となる。リング間隙、リング厚、リング材料（降伏強さ）、およびピストン−ボア間隙を、リングが開く際（例えば、短時間の間リング両面間に大きな差圧が存在する場合）にリングが遊び間隙内に押し出されないことを保証するように選ばれる。ピストンをボア間隙に対して調整することにより、本発明のコンタミネーションおよび熱膨張率の差に対するゆとりを向上させることができる。
【００２８】
図５はまたより簡便なコイル構築方法の使用を示す。図示のように、応力緩和ワイヤ出口付きプラスチック被覆成形コイルを使用する。シリンダ状コイルカバーの代わりに定コストＣ−形「ヨーク」を磁束戻し経路に使用する。このアプローチはより低コストであるがスペースを少し余分に必要とするため、ガスシリンダねじのサイズがより大きいものに適用可能である。
【００２９】
コイル４４０は磁性ワイヤ４４１をスプール形ボビン４４２に巻き回したものである。このアセンブリはプラスチックで被覆成形し（４４３）、環境に対する裕度を与える。被覆成形内で膨れ４４４を生じることで、コイルの磁性ワイヤをリード線４４６と接続するワイヤ端部４４５を収容する。充填時のワイヤをガス衝風から保護するために、リード線４４６を本体３２０に適当なケーブル挟み（図示しない）により保持する。すなわち、それらを本体に対して半径方向の充填／放出孔同士の間で保持する。コアチューブ４００は図１のコアチューブ１００よりも短いが、これはワイヤの経路決定と部品（フラックスワッシャー）１１０が省略されているからである。コアチューブ４００内の肩部４０４は強度の要請に基づいて寸法取りされる。磁極片４２０は若干小さく、磁束ヨーク４３０のコンパニオン孔と係合する寸法となっている。図示のように、磁極４２０はグランドを有し、外部のＥ−リング（スナップリング）を受容し、ヨーク４３０を保持する。ヨーク４３０は磁束戻し経路として働き、適当な磁鉄鋼またはステンレススチールから作製される。パイロットピストン３７０は戻しばね３９０に対向して動作するが、これはコアチューブ４００の長さに合致するようにより短くなっている。
【００３０】
ソレノイドの動作は上述と同様である。コイル４４０が付勢されると、パイロットピストン３７０がばね３９０に打ち勝ち、上方に移動してその開位置につく。３２１ａ、３２１ｂおよび３２１ｃはチャンバである。チャンバ３２１ｂおよび３２１ｃ内のガスは（例えば低圧の）下流部分へ、パイロットチャンバベント経路としても知られる、接続経路３２２ｅ−３２２ｂ−３２２ｃ−３２２ａ−４６−１７−１８−１１を介して排出される。ピストンリング間隙の領域はパイロットチャンバベント経路を通る有効流通領域よりもずっと小さいので、排出された圧力は十分に置き換えられない。従って、リング３３１ｂの両端間に大きな差圧が存在し、ピストン３３１を上方に押しやってその開位置につける。
【００３１】
当業者には明らかなように、３段ボアは、差圧が創出される仕方により主チャンバ５１には不必要であり、２段ボアで十分であるが３段も同様に動作する。
【００３２】
図１〜５において、コネクタ・チャネル４６をオリフィスシール４０を貫通して穿孔されたものとして図示した。本発明の他の実施形態においては、コネクタ・チャネル２２ａはオリフィスシールをバイパスするように配置して硬質エラストマーオリフィスシールと接触しないようにして、コネクタ・チャネル４６が必要でないようにすることもできる。
【００３３】
すべての形態（図１〜図５）において、パイロットおよび主ピストン３７０、３３０は空圧式に連結されている。その結果、主ピストン３３０の位置は、ソレノイドが連続的に付勢されていても、入口圧力、出口圧力、および流量によって変化する。流量が多いと、主ピストン３３０は全開位置に保持される。流量が少ないと、主ピストン３３０は開と閉との間の位置に移動しようとし、低圧ドロップ弁として動作する。流動の全くない条件下では、主ピストンは閉位置に移動し、下流の系によって再び流通が必要とされるまでそこにとどまる。例えば、ピストン３３０が全開で直径３２１ｂが９．５２ｍｍ（０．３７５インチ）であるとき、ばね３５０からの負荷が０．４９９ｋｇ（１．１１ｂｓ）であるならば、入出力差圧は６８．６ｋＰａ（９．９５ｐｓｉ）となる。この特徴は十分にガス状燃料噴射装置に適用可能である。
【００３４】
上述の説明は乗り物用の圧縮天然ガスについて記載したが、当業者には明らかなように本発明は任意の加圧気体の流動制御に等しく使用可能である。
【００３５】
上述の説明は単なる例示の好適な実施形態に関するものである。本発明について多くの変形は当業者には自明であり、そのような自明な変形例も、明記されていると否とにかかわらず、本明細書において説明され、特許請求の範囲において請求されている本発明の範囲内である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  図１は本発明の第１の実施形態の全体的断面図示す。
【図２】  第２図は本発明の第１の実施形態の別の詳細な断面図である。
【図３】  図３は本発明の第１の実施形態のさらに詳細な断面図である。
【図４】  図４は本発明の第２の実施形態の詳細な断面図である。
【図５】  図５は本発明の第１の実施形態の詳細な断面図である。
【符号の説明】
１０  アダプタ
１１  出口ポート（出口、出口チャネル）
１１ａ  中央キャビティ
１２  ねじ
１２ａ  基体部材
１３  Ｏ−リング・グランド
１４ａ、１４ｂ  Ｏ−リング
１５  ねじ
１５ａ  保持部材
１６，２１ａ  グランド
１７、１８  チャネル
１９，２５ａ  肩部
２０  本体
２１ａ、２１ｂ、２１ｃ  ボア（ボア領域、ボアセクション）
２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｅ  チャネル
２２ｄ  ソケット
２３、２７ａ、１０２  ねじ
２４  チャネル（入口）
２６  環状溝
２７ｂ、２７ｃ  Ｏ−リング・グランド（Ｏ−リング）
２７ｄ  肩部
２８ａ  ボア
２８ｂ  円錐シート（水平面）
２９ａ  チャネル
２９ｂ  入口領域（拡大開口部）
２９ｃ  拡大出口領域（ワイヤ出口点）
３０  主ピストン
３１、３２  ピストンの外径（ピストン径）
３３  ばねポケット
４０  主シール
４６  コネクタ・チャネル
５０  スプリング（主戻しばね）
５１  主チャンバ
５２  主チャンバオリフィス
５３  前面
５４  裏面
６０  （保持器付き玉型）プラグ
７０  パイロットピストン
７２  ポケット
７３  ばねポケット
８０  パイロットシール
８１  シール外径
８２  シール面
９０  スプリング（ばね）
１００  コアチューブ
１０１  中心ボア
１０２  ねじ
１０３  グランド
１０４  底部縁（面）
１０７  コアチューブの外径
１１０  フラックスワッシャー
１１１  フラックスワッシャーの内径
１１２  フラックスワッシャーの外径
１１３  コイルカバーの内径
１１４  ポケット
１２０  磁極片
１２５  肩部
１２６  磁極片の外径
１２７  スロット
１２８  孔
１３０  コイルカバー
１３１  リップ
１３２  底部縁
１４０  コイル
１４１  磁性捲線
１４２、１４３  （プラスチック）絶縁体
１４４  絶縁テープ
１４６  コイル端子リード線（プラスチック絶縁銅ワイヤ）
２１０  アダプタ
２１０ａ  シール面
２１１  ガス出口チャネル
２１７、２１８  チャネル
２２０  本体
２２１ａ  主ピストン・キャビティ（直径）
２２１ｂ、２２１ｃ  ボア
２２２ａ  チャネル
２２９ｃ  ワイヤ出口点
２３０  主ピストン
２３１  外径
２３２  ピストン外径
２３４ａ  環状溝
２３４ｃ  Ｏ−リング
２３４ｂ  チャネル（孔）
２４０、２４５  シール
２４６  チャネル
３２０  本体
３２１ａ、３２１ｃ  チャンバ
３２１ｂ  中心ボア（ボア領域）
３３０  主ピストン
３３１  主ピストンの外径
３３１ａ  ピストン・リング・グランド
３３１ｂ  ピストンリング
３７０  パイロットピストン
３９０  戻しばね
４００  コアチューブ
４０４  肩部
４２０  磁極片
４３０  ヨーク
４４０  コイル
４４１  磁性ワイヤ
４４２  ボビン
４４３  被覆成形
４４４  膨れ
４４５  ワイヤ端部
４４６  リード線
【図２】
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【図３】
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【図１】
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【図４】
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【図５】
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