JP2002513899A - ガス状流体用電磁弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ガス状流体用の電磁弁は、作動時に弁を機械的に開閉する電磁力を生じさせる電磁回路（１３、１２、１７）の組み合わせから成り、可動ディスク形部材（１７）は少なくともその一部分が、前記電磁回路に具備され、そのディスク形部材（１７）が前記ディスク形部材の面に対し垂直方向に直線動作するように案内される。弁は更に、弁を機械的に開閉させるディスク形部材と共働する弁座（２１、２４）と、ディスク形部材（１７）に作用する弾性手段（１５）と、下流圧力における変動に関係なく、弁を開けてガスを流す、ガスの流れに関する音の状態を作る弁座の直ぐ下流に配置され限定部の形をした測定手段（２３）とから成る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 （技術分野） 本発明は、ガス状流体用の電磁弁に関するものである。この型式の弁は、内燃
エンジン用ガス状燃料の電磁弁として特別な利用法がある。従って本発明は、ま
たその様な弁を一つあるいは幾つか備えた内燃エンジンに関連する。

【０００２】 （背景技術） 自動車のような内燃エンジンからの排気ガスによって大気汚染が生じる問題に
より、科学者と自動車製造業者が、新しい燃料及び、瞬間圧縮天然ガスまたは液
化石油ガス（LPG）のような別の燃料を捜し求めている。その燃料は汚染ガス温
室効果ガスの放出を潜在的に相当減らすものである。

【０００３】 しかし内燃エンジンのため、これらの新しい燃料を計量及び注入する現在の解
決手段は、普通の石油に使用される解決手段と同等な能力を未だもたらしてはい
ない。

【０００４】 内燃エンジンに空気を入れて、ガス状燃料を混合及び計量する既知の燃料シス
テムに関する原理は、ベンチュリ効果または燃料の連続注入を基本にしている。
それらのシステムは、典型的に有効な相当数の機械的構成要素を有しているが、
エンジンに関して燃料に必要とされる以前の重要な変形例を満足させるのに、適
切な応答時間をもたらしてはいない。

【０００５】 従って、ガス状燃料用のこれら既知の注入システムが、例えばラムダ形プロー
ブを備えたスリーウェイ触媒コンバーターに付随する排気ガス浄化システムと共
に動作しているとき、それらの特徴では、空気のメンテナンスに関し、排気ガス
を最適に洗浄するため、速度及びエンジン負荷が急速に推移する間は、燃料の割
合を任意の値にできない。

【０００６】 （発明の開示） 本発明の目的は、多くの産業上の応用例に利用することができるような、通常
のガス状流体用の電磁弁を備えることであり、その場合は応答時間が極めて短い
簡単な耐磨耗弁が必要である。

【０００７】 本発明の別の目的は、例えば内燃エンジンに対するガス状燃料に電磁注入弁を
備えることである。その様な注入弁は、内燃エンジンの入口或いは入口マニホル
ドに装着することができる。弁の短い応答時間により、脈動モードで作動し得る
。

【０００８】 ガス状燃料用の従来の注入システムに関する応答時間の総計は、単一または複
数のアクチュエータの動作に関連しており、それらのアクチュエータは、燃料と
、ガス混合物を入口管またはマニホルドを介して、各シリンダーに送る時間と、
燃料を供給管を介してマニホルドへ送る指標とを計るため使用される。

【０００９】 上記及び更なる目的は本発明によって達成され、それは、 作動時に弁を機械的に開閉する電磁力を生じさせる電磁回路と、 少なくとも一部が前記電磁回路に具備される可動ディスクを形成する部材及び、
前記ディスク形部材の表面に対し垂直方向に直線動作するように案内するディス
ク形部材と、 弁を機械的に閉じてシールするディスク形部材と共働する弁座と、 ディスク形部材に作用する弾性手段と、 前記弁座の下流に配置され、直径が好ましくは、時間の関数として、弁が下流圧
力に関係なく、その開位置にある間、通過するガスの量を正確に調整できるよう
にする、ガス流に関する音域（sonic section）を確定する。

【００１０】 本発明による弁に関する重要な利点は、単に一つの（二つとみなすとバネの）
移動部分を有し、低慣性で、応答時間が極めて短く、耐磨耗性が高いことである
。

【００１１】 この型式の弁は、内燃エンジン用のガス状燃料のための注入弁として使用され
る時、ガスを空気の流れに注入するため脈動モードを使用できるようにし、空気
の流れは入口または入口マニホルドを介して、二つの流れを最適に混合すること
ができる内燃エンジンに導入される。

【００１２】 非常に簡単だが、独特な設計によって、信頼性と寿命が優れたものになる。

【００１３】 （発明を実施するための最良の形態） 別の目的において、本発明の使用及び利点は、その部分を形成する添付図面を
参照して、進行する説明を読むことによって、明らかになるであろう。

【００１４】 ここで本発明を、特定の実施例により更に説明する。

【００１５】 図１は、本発明によるガス状流体用の電磁弁を介した断面を示している。この
弁の特定の例は、内燃エンジン用のガス状燃料のため、電磁注入弁として使用さ
れ得る。その性能によって、特定の応用例が、エンジン内への圧力で、ガス状燃
料の間接脈動注入（indirect, palsating injection）を行うため、制御される
。間接注入は、ガス状燃料が単一或いは複数のシリンダーに供給される空気の流
れに加えられることにより、行われる注入に関連する。燃料システムに関する応
答時間の全体にわたり、非常に短くするため、弁がモーターの入口の非常に近く
に装着され得る。多重シリンダーエンジンには、共通の弁が、全てのシリンダー
に使用され得て、マニホルドを介して各個々の入口に、空気−ガス混合物を分配
する。別の形態では、各シリンダに対して一つの分離弁が、各入口に近いマニホ
ルドに装着され得る。これによって、各個々のシリンダーにとって有利なことに
、燃料を個別に計量する。

【００１６】 一般的な設計の電磁弁１０は、固定電機子１２を有する電磁回路と、前記電磁
回路の可動部分を形成するディスク形部材１７から成る。ディスク形部材の一部
分だけが、磁界を導くことができる必要があることは明らかであろう。ソレノイ
ドコイル１３は、固定電機子１２における環状溝に配置されている。ソレノイド
コイル上には電気接続部３３が配置されており、電気接続部は、ディスク形部材
１７を変位させる磁力を発生させることによって、電磁弁を作動させることがで
きる電気エネルギーを受ける。

【００１７】 環状弁座２４は、ディスク形部材と共働するように配置されており、この実施
例では、弁が作動していない時、例えばバネ１５の形をした弾性部材が、ディス
ク形部材を弁座２４と接触させるように偏倚する。ゆえに弁は、通常は閉じられ
ている。この型式の一般的な目的の弁は、勿論普通に開けられるように設計され
ている。

【００１８】 図示した実施例において、ディスク形部材１７は円形であり、同軸円筒状案内
部材またはシャフト３４を備えており、その案内部材またはシャフトは、前記デ
ィスク形部材がディスクの表面に対し垂直方向の動きを案内するため、ディスク
形成部材の上面に対し垂直に配置されかつ固定されている。

【００１９】 ディスク形部材１７の案内部材３４は、本実施例において、固定電機子１２の
中心部における適切な摺動軸受１４に配置されている。軸受は、自己潤滑型であ
り得る。

【００２０】 弾性部材１５は、この場合、案内部材と固定電機子との間に配置されている。
図１に示された実施例では、案内部材３４が管を形成し、その円筒状内部３５が
、バネ１５の形の前記弾性部材の下方部分を受けるように配置される。バネ１５
の上部は、電機子１２の中心部における円筒状キャビティ３７に配置されている
。案内部材の円筒状外面は、軸受１４において摺動し、その動作時にディスク形
部材１７を案内する。

【００２１】 本発明による弁の別の実施例において、ディスク形部材は、前記ディスクの周
縁部で案内され得る。その場合は中心案内部材３４がなく、共働する摺動軸受１
４が必要とされる。また弾性手段１５は勿論、ディスク形部材の周縁部に配置さ
れ、バネの形である必要はない。それが例えばエラスティック材料によるリング
の形であり得ることは充分理解されるであろう。

【００２２】 圧力ガスが急に弁の入口２６に入る時、 応答時間の値を小さく保つため、始
動時にディスクの両側で、常に同じ圧力にすることは重要である。これは例えば
、弁の本体におけるバイパス溝により、ディスクの両側を空気的に連結させるこ
とで、達成され得る。ディスクにおける適切な孔は、同じ結果をもたらす。また
ガスを、ディスクと弁ハウジングの内面との間のディスク縁部の周囲を循環させ
得る。ディスク形部材に両側で圧力を早く平衡にするため、ディスクの周縁部か
ら始まる放射状スロットを少なくとも一つ備えた薄いディスクを、ディスク形部
材１７の頂部に配置することができる。

【００２３】 図１〜３に図示された本発明による弁の特定の実施例において、注入弁として
の使用に関し、ディスク形部材が僅か0.3mm動くだけであり、縁部の周りのガス
の乱れは、取るに足らない程度である。

【００２４】 またディスク１７は、図１に示されたものよりも相当小さな直径を有し、周縁
部にインペラー翼を備え得る。

【００２５】 図示した実施例において、電磁回路が動作して、ディスク形部材を図１の上方
へ移動させて、弁を開ける。

【００２６】 燃料のガス状流体用の入力開口部２６が、注入弁の本体１８の両側に配置され
ている。入口開口部は当然、異なった配置をしている。

【００２７】 環状弁座２４は静止状態で、ディスク形部材１７の下面に対してシールする。
好ましくは、例えばポリマーのような何らかのエラスティック材料によるリング
２１が、弁座を形成する。これは、一方でソレノイド１３の作動を停めることに
より、ディスクが弁座上に配置する時、衝撃エネルギーを吸収し、他方で弁が閉
められた時、ガス状流体が入口２６から弁を介して出口導管３６へ循環できなく
なるように、弁のシールを優れたものにできる。

【００２８】 ソレノイド１３を電気的に作動すると、少なくとも一部分が電磁回路に具備さ
れたディスク形部材１７は、図１において下方位置から上方位置へ移動し、ガス
状流体の流れを入口導管２６からディスクの下に配置された同軸環状キャビティ
２７を介して、更にディスクと環状弁座との間を、下流路２３そして出口導管３
６の方向に通過させる。弁の流路２３の部分領域は、弁を介するガス状流体のソ
ニックフローを得るため、本実施例において正確に画定される。これによって、
エンジンが運転サイクルの間、圧力が相当変化しても、注入弁として利用するの
に非常に重要な弁の下流側の圧力と、流量は無関係になることは明らかである。
同時に弁座２４とディスクとの間の開口部が弁の全開位置で、孔２３においてソ
ニックフローを生じさせる孔２３の領域よりも、かなり大きなるように画定され
る。従ってガス状流体の流れは単に、弁１０の入口へのガス状流体の圧力による
ものである。

【００２９】 好ましい実施例において、ディスク形部材１７は、図２に示されたように、そ
の下面に、放射状に配置された溝２５を備えている。それらの溝は、傾斜部分を
有しており、その傾斜部分は、ガス状流体が、入口導管２６から弁を介して出口
導管３６へ循環する時、ディスク１７を回転させる。ディスク１７の段階的な回
転は、弁座２４の磨耗を均等にするため、閉位置で弁座２４に接触する領域にあ
るディスク１７、ディスク１７上の案内部材３４、そして摺動軸受１４に加わる
。

【００３０】 またディスクの回転は、ディスク１７の下面及び上面に関して傾斜した側壁を
有する貫通孔または、ディスク１７で放射状に配置され且つ傾斜部分を有するス
ロット２８によって行われ得る。

【００３１】 弁座と共働するディスクの中心領域を除いて、ディスク１７の主要部を下げる
ため、ディスク材料は取り外しできる。

【００３２】 弁が内燃エンジン３８用の注入弁として使用される時、ソレノイド１３の導電
体３３が、弁を作動させる制御信号を送る制御ユニット３９に接続され得る。好
ましくはエンジンに配置された多数のプローブ４０、４１、...が、制御ユニッ
トに供給される関連制御パラメータを測定して、同じく適切な制御アルゴリズム
による計算が行われ、有効な制御信号を発生させる。.この装置は、ガス状燃料
の注入を、継続時間と回数を変えて、すなわち量と段階を変えて行う。注入弁は
、ゆえに燃料をエンジンのサイクルのどの特定の状況、エンジンの各（複数の）
入口弁が閉まっている時でも、分配する。適切な空気−ガス混合物は、その様な
場合、各弁が次に開くのを待つマニホルドに、一時的に貯められる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるガス状流体用の電磁弁を介した断面図

【図２】 ディスク形部材１７の下面の一実施例

【図３】 図２によるディスク形部材１７を介した断面図

【図４】 ディスク形部材の別の実施例

【図５】 ディスク形部材の別の実施例

【図６】 本発明による注入弁を備えた内燃エンジン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＢ，ＢＧ ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ， ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ，ＨＵ，ＩＬ，ＩＳ，Ｊ Ｐ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ， ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，Ｓ Ｅ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ ，ＵＧ，ＵＳ，ＵＺ，ＶＮ Ｆターム(参考） 3G066 AB05 AC10 BA19 BA46 CC01 CC16 CC18 CC20 CC42 CE22 3H106 DA07 DA13 DA23 DB02 DB12 DB26 DB32 DB34 DD03 GA15 GB11 GC07 KK17 5E048 AA04 AA08 AB01 AD07 BA01

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガス状流体用の電磁弁であり、 作動時に、弁を機械的に開閉する電磁力を生じさせる電磁回路（１３、１２、１
   ７）の組み合わせと、弁を機械的に開閉させるディスク形部材と共働する弁座（
   ２１、２４）と、ディスク形部材（１７）に作用する弾性手段（１５）と、下流
   圧力における変動に関係なく、弁を開けてガスを流す、ガスの流れに関する音の
   状態を作る弁座の直ぐ下流に配置され限定部の形をした測定手段（２３）とから
   成り、可動ディスク形部材（１７）は少なくともその一部分が、前記電磁回路に
   具備され、そのディスク形部材（１７）が前記ディスク形部材の面に対し垂直方
   向に直線動作するように案内されることを特徴とする電磁弁。
2. 【請求項２】 前記可動ディスク形部材（１７）が、円形をしており、固定
   電機子（１２）の中心部で適切な軸受（１４）に配置されたディスク形部材（１
   ７）の上面に対し垂直に配置され且つ、固定されたシャフト（３４）または同軸
   円筒状案内部材を、ディスクの面に対し垂直方向に前記ディスク形部材の動作を
   案内するため備えることを特徴とする請求項１に記載の電磁弁。
3. 【請求項３】 前記摺動軸受（１４）が潤滑剤を必要としないことを特徴と
   する請求項２に記載の電磁弁。
4. 【請求項４】 弁座（２４）が環状形で、静止状態でディスク形部材（１７
   ）の下面に対しシールすることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記
   載の電磁弁。
5. 【請求項５】 前記弁座（２４）が、一方でソレノイド（１３）の使用を止
   めることにより、ディスクが弁座上に配置する時、衝撃エネルギーを吸収し、他
   方で閉じられた時、弁をシールするエラスティック材料によるリング（２１）を
   備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の電磁弁。
6. 【請求項６】 前記弾性手段（１５）が、ディスク形部材（１７）の中心部
   に配置されたバネの形をしていることを特徴とする請求項１から５のいずれか一
   項に記載の電磁弁。
7. 【請求項７】 前記ディスク形部材（１７）が、その下面で放射状に配置さ
   れた溝（２５）を備え、その溝が入口導管（２６）から弁を介して、出口導管（
   ３６）へと循環する時、ディスク（１７）を回転させる傾斜部分を有することを
   特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の電磁弁。
8. 【請求項８】 前記ディスク形部材（１７）が、該ディスク（１７）に放射
   状配置されたスロット（２８）を備え、ガス状流体が入口導管（２６）から弁を
   介して、出口導管（３６）へと循環する時、該ディスク（１７）を回転させる傾
   斜部分を有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の電磁弁
   。
9. 【請求項９】 前記ディスク形部材（１７）が、該ディスク（１７）の下面
   と上面に対して傾斜した側壁を有し、ガス状流体が入口導管（２６）から弁を介
   して出口導管（３６）へと循環する時、該ディスク（１７）を回転させる貫通孔
   （２８）を少なくとも一つ備えることを特徴とする請求項１から８のいずれか一
   項に記載の電磁弁。
10. 【請求項１０】 ガス状燃料用の注入弁を少なくとも一つ備えた内燃エンジ
    ンであり、 注入弁が作動時に、弁を機械的に開閉する電磁力を生じさせる電磁回路（１３、
    １２、１７）の組み合わせと、弁を機械的に開閉させるディスク形部材と共働す
    る弁座（２１、２４）と、ディスク形部材（１７）に作用する弾性手段（１５）
    と、下流圧力における変動に関係なく、弁を開けてガスを流す、ガスの流れに関
    する音の状態を作る弁座の直ぐ下流に配置され限定部の形をした測定手段（２３
    ）とから成り、可動ディスク形部材（１７）は少なくともその一部分が、前記電
    磁回路に具備され、そのディスク形部材（１７）が前記ディスク形部材の面に対
    し垂直方向に直線動作するように案内されることを特徴とする内燃エンジン。
11. 【請求項１１】少なくとも一つのプローブ（４０、４１）が、関連する制御
    パラメータを測定し、対応する電気信号を制御ユニット（３９）に供給するため
    、エンジンに配置され、制御ユニットが、同じく適切な制御アルゴリズムにより
    、有効な制御信号を計算して、それが前記電磁回路（１３、１２、１７）の一部
    を形成する作動コイル（１３）における電気接続部（３３）に送られて、電磁弁
    を作動させ、予定量のガス状燃料を、エンジンのサイクルのどのような特定の状
    態においても、前記エンジンに供給される空気に注入することができることを特
    徴とする請求項１０に記載の内燃エンジン。