JP2002530602A - 制御可能なリード弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は流動媒体、特にガスに影響を及ぼすための弁に関する。この弁は、少なくとも１つの流路（４）を有し、この流路の開口は弁座（７）として形成され、更に少なくとも１個の弁体（８）を備え、この弁体は端側を挟持した弾性アーム（９）の自由端に配置され、更に少なくとも１個の電磁石（１１，１２）を備え、この電磁石はアーマチュアとして形成された弾性アーム（９）の範囲（１３）に作用し、制御装置（２５）を介して電流を電磁石に供給する際に電磁石が弁体（７）をその閉鎖位置または開放位置に動かす。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 ピストン式圧縮機では一般的に、圧力制御される流入弁と、圧力制御される排
出弁が使用される。流量の制御はこれらの公知の弁によって、複数のシリンダを
備えたピストン式圧縮機の場合にのみおよびシリンダの停止によって大まかに行
うことができる。この種の弁装置は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第２３
５７５７８号公報から推察することができる。この弁構造体は入口側と出口側に
、逆止弁として形成されたリード弁を備えている。入口弁のリードとして作用す
るアクチュエータにより、１個または複数個のシリンダを開放保持することがで
き、それによって当該のシリンダによる媒体の搬送および圧縮が行われない。

【０００２】 公知の弁装置の他の欠点は、弁装置の開放運動と閉鎖運動を制御することがで
きないことにある。特に排出弁の場合、圧縮ストロークにおいてシリンダ内室の
圧力が系の圧力側よりも高いときにのみ排出弁が開放する。圧縮ストロークの終
わり頃に、シリンダ内室と圧力室の間の圧力がほぼ平衡するや否や、弾性リード
はその弾性力に基づいて閉鎖方向に移動する。この場合、搬送される媒体の或る
程度の緩衝作用に基づいて弁リードは直ちにシール面に接触しない。更に、はね
返りが生じるので、圧力室内の圧力レベルを少しだけ下回るときに初めて、弁が
閉じる。これにより必然的に、圧縮すべき媒体の容積が圧力室からシリンダ室に
再び戻り、圧縮機の効率が低下することになる。

【０００３】 圧縮機においては更に、存在する圧力降下を適切に利用できるようにするため
に、存在する圧力差に非常に迅速に応答しなければならない弁の他の用途がある
。

【０００４】 本発明の根底をなす課題は、前述の欠点が回避される、迅速に切換えられるリ
ード弁（リーフ弁）を提供することである。

【０００５】 この課題は本発明に従い、少なくとも１つの流路を有し、この流路の開口が弁
座として形成され、更に少なくとも１個の弁体を備え、この弁体が端側を挟持し
た弾性アームの自由端に配置され、更に少なくとも１個の電磁石を備え、この電
磁石がアーマチュアとして形成された弾性アームの範囲に作用し、制御装置を介
して電流を電磁石に供給する際に電磁石が弁体をその閉鎖位置または開放位置に
動かす、流動媒体、特にガスに影響を及ぼすための弁によって解決される。この
ように形成された弁は従来のリード弁に対して次のような利点を有する。すなわ
ち、弁リード全体と、弁板上のその載置面が弁座としての働きをしないで、弁座
として形成された流路の開口と協働する特別な弁体が設けられているという利点
を有する。弾性アームの一部がアーマチュアとして形成されているので、切換え
に応じて、弁体の運動に適切に影響を与え、弁の切換え時間に影響を与えること
ができる。磁力の作用によって閉鎖するときに、例えばはね返りを阻止すること
ができ、同時にこのようなリード弁の弁体は小さな質量を有する。弁は形成に応
じて適切にかつ実際に圧力に左右されずに完全開放または完全閉鎖可能である。

【０００６】 この場合、本発明の第１の実施形では、弁体がその弾性アームと共に逆止弁と
して形成され、流動媒体の圧力によって開放可能であり、弾性力と磁力の作用に
よって閉鎖可能である。この実施形の場合、本発明による弁の開放は普通の逆止
弁と同様に行われる。しかし、閉鎖の場合には、磁力を適切に投入することによ
り、閉鎖速度と閉鎖時点に影響を与えることができる。例えば、まだ小さな圧力
差で流路内に残留流れが存在するときに、閉鎖運動を開始することができる。

【０００７】 本発明による弁装置の他の実施形では、弁体がその弾性アームと共に逆止弁と
して形成され、磁力の作用によって弾性力に抗して開放可能である。逆止弁のこ
の実施形の場合、弁体の両側で圧力が平衡するときに既に、所属の電磁石に電流
を供給することにより、弁を開放することができる。この装置の他の利点は、流
れに開始時に既に弁開口の横断面全体が開放されるので、流動媒体の摩擦、ひい
てはそれに伴う加熱が低減されることにある。

【０００８】 本発明による弁は逆止弁として形成可能である。この逆止弁の場合、互いに向
き合っている２個の電磁石が設けられているので、電磁石に適切に電流を供給す
ると、開放運動と閉鎖運動に影響を与えることができる。

【０００９】 本発明の他の実施形では、互いに間隔をおいて配置された２個の電磁石が設け
られ、電磁石が制御装置を介して交互に電流を供給可能であり、弁体が中央位置
からそれぞれ弾性力の作用に抗して磁力によって完全に開放した位置と完全に閉
じた位置に移動可能である。この構造は、適切に制御しかつ電磁石に電流を適切
に供給すると、非常に短い切換え時間でかつ高い切換え周波数で弁を適切に制御
開閉することができる。この場合、電流供給を適切に制御することにより、開放
開始と閉鎖開始をそれぞれ設定することができる。この構造の場合、弾性アーム
は実際には、アーマチュアが電流の遮断後その都度保持磁石の磁極面から離れる
のを加速する戻しばねの意味を有する。弾性アームは更に、アーマチュアの支持
体としての働きをする。例えばピストン式圧縮機の排出弁として使用する場合、
弾性アームの弾性強度は非常に小さく設定可能である。というのは、開放位置で
、弁座を通って流れる媒体が弁体の開放方向に力を加えるからである。ピストン
式圧縮機の場合圧力平衡時または媒体の流れがまだ少し残っているときに、閉鎖
が行われるので、この場合にも、弾性力は閉鎖力としてあまり重要ではない。と
いうのは、開放方向に作用する流れの力がほぼ零まで低下し、弁閉鎖時に圧力室
の高い圧力が閉鎖体を閉鎖位置に保持するからである。

【００１０】 本発明の好ましい実施形では、アーマチュアが幅を拡張した弾性アームの部分
面によって形成されている。それによって、動かすべき質量が大幅に低下し、弁
体を操作するために必要な電磁石を、アーマチュアに対して小さな隙間間隔で配
置することができる。

【００１１】 本発明の実施形では更に、２つの圧力室を互いに分離する基板が設けられ、こ
の基板が互いに間隔をおいて配置された複数の流路を備え、基板の少なくとも一
方の側において各々の流路に、アーマチュアと弁体を備えた弾性アームが設けら
れ、すべてのアーマチュアを操作するために少なくとも１個の磁石が設けられて
いるこ。このような構造により、小さなスペースに多数の流路を設けることがで
きる。この流路はそれぞれ、直径が１０ｍｍのときに、１，０００〜１，６００
ｌ／ｈのオーダーの流量を可能にする。

【００１２】 他の実施形と本発明の用途は、従属請求項と、実施の形態の概略図に関連する
次の説明から明らかになる。

【００１３】 図１には、隔壁３によって互いに分離された第１の圧力室１と第２の圧力室２
が示してある。両圧力室１，２は隔壁３内に配置された流路４を介して互いに接
続されている。流動媒体、例えばガスが周期的な圧力差によって矢印５の方向に
この流路を流れる。

【００１４】 圧力室２内の流路４の開口６は例えば円錐状または球冠状の旋削部の形をした
弁座７として形成されている。

【００１５】 弁座７には弁体８が付設されている。この弁体は端側を挟持した弾性アーム９
の自由端に設けられている。

【００１６】 弁は更に、２個の電磁石１１，１２を備えている。この電磁石はその磁極面１
０が互いに間隔をおいて向き合っている。この場合、磁極面１０に付設された弾
性アーム（ばねアーム）９の範囲１３はアーマチュアの働きをする。

【００１７】 図示した実施の形態の場合、電磁石１１，１２が消勢されたときに、アーマチ
ュアとしての働きをする弾性アーム９の範囲１３が中央位置にあるので、これに
対応して弁体８は弁座７に対して中間の間隔の位置にある。この場合、下側にあ
る電磁石は閉鎖磁石としての働きをし、上側にある電磁石１２は開放磁石として
の働きをする。それによって、電磁石に電流を供給すると、弁体８は弁座７に当
たり、弁が閉じるかまたは弁座７から離れ、弁が開放する。

【００１８】 圧力室２の圧力が圧力室１の圧力よりも高いと、閉鎖磁石１１の磁力によって
補助しないで、弁体８は逆止弁またはリード弁のように弁座７に押し付けられる
。圧力室１内の媒体の圧力が高められると、圧力平衡状態を越えた後で、媒体は
圧力室１から圧力室２に流れる。ここで、圧力室１内の超過圧力（圧力室２内の
圧力よりも高い圧力）の高さに依存しないで、弁開口を完全に開放させるために
、例えば圧力平衡が達成される直前または圧力平衡が達成されるときに開放磁石
１２に電流が供給されるので、圧力室１内の超過圧力の発生開始時に、流動媒体
は流路４を通って圧力室２に流入することができる。

【００１９】 圧力室１内の圧力が再び低下すると、圧力平衡状態に達する直前および最終的
には圧力平衡状態に達するときに、開放磁石１２が消勢され、閉鎖磁石１１に電
流が供給されるので、弁体８は磁力の作用によって弁座７の方に引き戻され、圧
力室２から、低下した圧を有する圧力室１への媒体の逆流が防止される。

【００２０】 この弁構造体が非常に小さな振動質量を有するので、開閉の際に非常に短い（
迅速な）応答時間が達成可能であり、しかも非常に高い切換え周波数を有する操
作が可能である。前述の説明から容易に判るように、弾性力が弁体８を弁座７に
押し付けるように、弁体８を備えた弾性アーム９を挟持することができる。それ
によって、開放磁石１２によって適切に制御開放可能であり、かつ閉鎖磁石１１
に電流を供給することにより、場合によってはまだ存在する流路４内の残留流れ
に抗して非常に短い切換え時間で閉鎖可能である逆止弁が形成される。用途に応
じて、開放磁石１２のみまたは閉鎖磁石１１のみを設けることができる。この場
合、前述のように、静止位置で閉じるかまたは静止位置で開放するように、逆止
弁を形成することができる。この場合、両磁極面の間の間隔を非常に狭くするこ
とができ、磁力をアーマチュアに直接作用させることができるという利点がある
。

【００２１】 図２には、ピストン式圧縮機の排出弁としての上記弁の用途が概略的に示して
ある。図３に関連して図２から判るように、シリンダヘッド１４の隔壁３．１内
に、複数の流路４、例えば６個の流路（図３参照）が周囲に均一に分配されて配
置されている。これに応じて、弁体８を備えた６本の弾性アーム９が設けられて
いる。図３の平面図から判るように、弾性アームは半径方向内側に向くように配
置され、シリンダヘッド１４によってしっかりと挟持されている。図３の平面図
から判るように、この実施の形態の場合、弾性アーム９は電磁石１１，１２に付
設された、アーマチュアとしての働きをするその範囲１３が広い幅を有するよう
に形成されているので、打ち抜き部品として形成されているにもかかわらず、各
々の弾性アームは個別のアーマチュアを備えている。この形状の場合、各々の弾
性アームのために別々の開放磁石および閉鎖磁石を設ける必要がなく、図２から
判るように、開放磁石および閉鎖磁石として、１個のリング状磁石を設けること
ができる。

【００２２】 隔壁３の上方にはヘッド部分１５が設けられている。このヘッド部分は流路４
の開口を覆う環状室２．１を備えている。この環状室は出口１６を備え、図１の
圧力室２の機能を有する。隔壁３の上方においてシリンダ軸線１７と同軸に中央
室１８が設けられている。この中央室１８はポペット弁として形成された流入弁
２０を介してシリンダ室１．１に接続されている。このシリンダ室は図１の圧力
室１の機能を有する。流入弁２０は制御可能なアクチュエータ２１に連結されて
いるので、流入弁２０は吸込みストローク時に開放し、圧縮ストローク時に閉じ
ることができる。

【００２３】 流入弁２０用のアクチュエータは電磁駆動装置として形成可能である。この電
磁駆動装置は閉鎖磁石１１や開放磁石１２と同様に制御装置を介して制御可能で
ある。

【００２４】 シリンダ直径が小さい場合にも、弁体８のために充分なストロークを供するこ
とができるようにするために、図３の半径方向配置から出発して、弾性アーム９
を半径方向−接線方向に配置することができる。これは図３と同様な平面図であ
る図４に示してある。アーマチュアとして機能する弾性アーム９の拡張部１３は
シリンダ軸線１７に対して同心的な円部分として形成されている。従って、この
配置構造の場合にも、リング状の開放磁石および閉鎖磁石を設けることができる
。

【００２５】 図１に基づいて構造と機能を説明した弁は、可動質量が小さいため、非常に短
い切換え時間を可能にするので、このような弁は圧力の零レベルを中心に変動す
る脈動ガス流によって負圧を発生するために使用可能である。

【００２６】 吸気通路内のスロットル弁によって空気供給量を変更するピストン式内燃機関
の場合には、スロットル弁の適当な位置で負圧が生じるが、例えばブレーキブー
スタのために使用可能な負圧を発生するために、スロットル弁を持たないエンジ
ンの場合には基本的にこのようにして負圧を発生することができない。しかし、
スロットル弁を持たないエンジンの場合には、吸気弁の周期的な開放のために、
圧力が脈動し零レベルを下回まわる空気流が吸気通路内に発生する。

【００２７】 図５に示すように、図１に基づいて説明した種類の弁構造体は、ピストン式内
燃機関の吸気通路２２と次のように関連づけられている。すなわち、吸気通路２
２が図１の圧力室１を形成し、流路４．１を介して、負圧によって操作可能であ
る略示した装置２６に接続され、そして弁体８．１の図示した付設構造では、弁
体が弾性アーム９．１を介して閉鎖位置の方に弁座７．１に押し付け可能であり
、吸気通路２２内に負圧が存在して、弁に通じる流入通路４．１の開口７．２の
範囲に負圧の圧力波が存在するときに、開放磁石として機能する電磁石１２．１
を操作することにより、弁が開放するように関連づけられている。この相対的な
圧力パルスが設定可能な値以下になるや否や、開放磁石１２．１が消勢されるの
で、弾性的なアーム９．１の弾性力の作用を受けて弁体８．１は再び弁座７．１
に載り、弁を閉じる。この場合、吸気通路内の後続の圧力上昇は閉鎖作用を補助
するので、圧力低下の場合にのみ弁は開放し、圧力室２として機能する負圧装置
２３は排気される。

【００２８】 電磁石１２．１の電流供給は適当な制御装置２５を介して行うことができる。
この制御装置は吸気通路２２内の圧力センサ２７を介して空気流の圧力変化を検
出する。圧力センサ２７は、負圧装置２３に通じる開口における圧力レベルを検
出するために、できるだけ流入通路４．１に密接するように配置されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】 弁の基本構造を示す図である。

【図２】 ピストン式圧縮機における弁の用途を示す図である。

【図３】 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って弁装置を見た図である。

【図４】 図３のばね装置の変形を示す図である。

【図５】 圧力変動によって負圧を発生するための制御弁としての用途を示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 シェービッツ・ミヒャエル ドイツ連邦共和国、Ｄ−52249 エシュヴ ァイラー、マールストラーセ、８ (72)発明者 ピッシンガー・マルティーン ドイツ連邦共和国、Ｄ−52072 アーヘン、 グリューネンターラー・ストラーセ、64 (72)発明者 デュスマン・マルクス ドイツ連邦共和国、Ｄ−52222 シュトル ベルク、ヘルツォークストラーセ、26 Ｆターム(参考） 3H003 AA02 AC00 CC04 CC11 CF01 3H106 DA07 DB03 DB22 DB26 DB33 DC02 DC17 DD03 EE04 GA15 GA24 KK01

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも１つの流路（４）を有し、この流路の開口が弁座
   （７）として形成され、更に少なくとも１個の弁体（８）を備え、この弁体が端
   側を挟持した弾性アーム（９）の自由端に配置され、更に少なくとも１個の電磁
   石（１１，１２）を備え、この電磁石がアーマチュアとして形成された弾性アー
   ム（９）の範囲（１３）に作用し、制御装置（２５）を介して電流を電磁石に供
   給する際に電磁石が弁体（７）をその閉鎖位置または開放位置に動かすことを特
   徴とする、流動媒体、特にガスに影響を及ぼすための弁。
2. 【請求項２】 弁体（７）がその弾性アーム（９）と共に逆止弁として形成
   され、流動媒体の圧力によって開放可能であり、弾性力と磁力の作用によって閉
   鎖可能であることを特徴とする請求項１記載の弁。
3. 【請求項３】 弁体（７）がその弾性アーム（９）と共に逆止弁として形成
   され、磁力の作用によって弾性力に抗して開放可能であることを特徴とする請求
   項１または２記載の弁。
4. 【請求項４】 互いに間隔をおいて配置された２個の電磁石（１１，１２）
   が設けられ、この電磁石が制御装置（２５）を介して交互に電流を供給可能であ
   り、弁体（７）が中央位置からそれぞれ弾性力の作用に抗して磁力によって完全
   に開放した位置と完全に閉じた位置に移動可能であることを特徴とする請求項１
   〜３のいずれか一つに記載の弁。
5. 【請求項５】 アーマチュアが幅を拡張した弾性アーム（９）の部分面（１
   ３）によって形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記
   載の弁。
6. 【請求項６】 アーマチュアがアーム（９）の挟持端部と弁体（７）の間に
   配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の弁。
7. 【請求項７】 ２つの圧力室（１，２）を互いに分離する隔壁（３．１）が
   設けられ、この隔壁が互いに間隔をおいて配置された複数の流路（４）を備え、
   隔壁（３．１）の一方の側において各々の流路（４）に、アーマチュアと弁体（
   ８）を備えた弾性アーム（９）が設けられ、すべてのアーマチュアを操作するた
   めに少なくとも１個の磁石（１１，１２）が設けられていることを特徴とする請
   求項１〜６のいずれか一つに記載の弁。
8. 【請求項８】 ピストン式圧縮機の流入弁およびまたは排出弁として使用さ
   れることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の弁。
9. 【請求項９】 正圧および負圧を有する脈動するガス流と関連して、圧力室
   （２）内に負圧を発生するための圧力補正器として使用されることを特徴とする
   請求項１〜８のいずれか一つに記載の弁。
10. 【請求項１０】 電磁石（１１，１２）に電流を供給するための制御装置（
    ２５）が少なくとも１個の圧力センサ（２７）に接続されていることを特徴とす
    る請求項１〜９のいずれか一つに記載の弁。