JP2005241011A - 弁 - Google Patents

Abstract

【課題】公知の弁を改良して、製作コストを引き下げるとともに、弁の切換時間を短くかつ再現可能にする。
【解決手段】弁閉鎖体（３）が二部分、すなわち第１の閉鎖体区分（３．１）と第２の閉鎖体区分（３．２）とにより形成されており、第１の閉鎖体区分（３．１）と第２の閉鎖体区分（３．２）との間に、シールエレメント（１９）が設けられており、該シールエレメント（１９）が制御室（１１）をアクチュエータ室（１０）に対して気密に封止するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、弁閉鎖体を備えた弁であって、弁閉鎖体がアクチュエータに作用結合されていて、弁座と協働するようになっており、アクチュエータがアクチュエータ室内に配置されており、かつ弁座が制御室内に配置されている形式のものに関する。

アクチュエータに作用結合されていて、弁座と協働するようになっている弁閉鎖体を備えた弁は既に公知である。弁のハウジングはアクチュエータ室および制御室を有している。アクチュエータ室はガイド通路を介して制御室に接続されている。弁閉鎖体はガイド通路内に支承されている。ガイド通路と弁閉鎖体との間の、大きな軸方向長さを有する極めて狭隘なガイドギャップが制御室を封止するために設けられていてもよい。これにより、圧力媒体が制御室からアクチュエータ室内に達することがなくなる。狭隘なガイドギャップは例えば、磁石プランジャを磁石ポットに対してかつ弁閉鎖体を弁座に対して正確に整合するために役立つ。この弁の場合、弁座、ガイド通路および弁閉鎖体は位置および形状の点で互いに正確に適合されねばならない。真円度誤差または位置誤差は弁の非密性またはそれどころか弁の引っ掛かりに至る。これらの高い要求により、この種の弁は極めて手間がかかり、高価に製作されねばならない。
ドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６０４７号明細書

したがって本発明の課題は、冒頭で述べた形式の弁を改良して、製作コストを引き下げるとともに、弁の切換時間を短くかつ再現可能にすることである。

上記課題を解決した本発明の構成によれば、弁閉鎖体が二部分、すなわち第１の閉鎖体区分と第２の閉鎖体区分とにより形成されており、第１の閉鎖体区分と第２の閉鎖体区分との間に、シールエレメントが設けられており、該シールエレメントが制御室をアクチュエータ室に対して気密に封止するようにした。

本発明のよる弁は、簡単に製作コストが節減されるという利点を有している。さらに、本発明のように構成されていると、圧力媒体が制御室からアクチュエータ室内に達することがなくなるので、短くて再現可能な切換時間が達成可能である。

請求項２以下に記載された手段により、請求項１に記載された弁の、有利な構成および改善が可能である。

シールエレメントが弁室内に配置されていて、弁室を、互いに密に隔離された２つのチャンバに分割しており、第１のチャンバがアクチュエータ室に流動接続されていると、特に有利である。これにより、アクチュエータ室は簡単に、制御室からの圧力媒体に対して封止される。

有利な実施例によれば、シールエレメントが、例えばエラストマまたは鋼から製作されている弾性的なシールダイヤフラムである。

第１の閉鎖体区分が第１の端面でもって、シールエレメントの、アクチュエータ室側の面に当て付けられており、第２の閉鎖体区分が第２の端面でもって、シールエレメントの、制御室側の面に当て付けられていると、極めて有利である。これにより、第１の閉鎖体区分のストロークが完全に第２の閉鎖体区分に伝達されることが保証されている。

さらに、第２の閉鎖体区分が、弁閉鎖体の開弁方向に対して横方向で移動可能であると有利である。このようにして、形状公差および位置公差に対する要求が明らかに引き下げられるので、弁の各部分は僅かな製作手間および僅かなコストで製作可能である。

また、第１の閉鎖体区分がアクチュエータ室を起点としてガイド通路を通して弁室内にまで延びていると有利である。ガイド通路と弁閉鎖体との間の狭隘なガイドギャップは磁石プランジャを位置に関して正確に、磁石ポットに対してポジショニングし、弁閉鎖体をガイドする。

さらに、第２の閉鎖体区分が弁室を起点として減圧通路を通して制御室内に延びており、流出通路内にまで弁座の下流側で達すると有利である。それというのも、この構成により、弁室内の圧力が制御室内の圧力に対して、圧力損失の発生により減じられるからである。

さらに、弁室内の圧力が、減圧通路と第２の閉鎖体区分との間のシールギャップにより、制御室内の圧力に対して減じられていると有利である。それというのも、このようにして、シールエレメントの機械的な圧力負荷が減じられていて、その結果、シールエレメントが極めて肉薄に、フレキシブルに、かつ安価に構成可能であるからである。

有利な構成によれば、アクチュエータが、界磁コイルおよび磁石プランジャを備えた電磁石である。それというのも、電磁石はアクチュエータの、特に安価な実施形態であるからである。

以下に図面を参照しながら本発明の実施例について説明する。

図面には、本発明による弁が示されている。この弁は例えば内燃機関のためのガス交換弁を制御するための装置において２ポート２位置切換弁として、例えばガス交換弁を調節するための液圧ピストンを制御するために使用されることができる。

ガス交換弁を制御するための装置は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６０４７号明細書から公知である。上記明細書の内容は本願の開示の前提的な部分である。

ただし、本発明による弁は一般的に、体積流量を制御するために使用されることができる。

本発明による弁は、アクチュエータハウジング１．１および制御ハウジング１．２を備えたハウジング１を有している。アクチュエータハウジング１．１と制御ハウジング１．２とは例えば接合面７で密に互いに結合されている。

アクチュエータハウジング１．１には、アクチュエータ２がアクチュエータ室１０内に、弁閉鎖体３を軸方向で調節するために配置されている。アクチュエータ２は例えば、界磁コイル５および磁石プランジャ６から成る電磁石４である。ただし、弁閉鎖体３が、電磁石とは別のアクチュエータにより調節されてもよいのは明らかである。電磁石４は界磁コイル５および磁石プランジャ６を、いわゆる「磁石ポット」８内に有している。磁石ポット８は例えばアクチュエータハウジング１．１の部分である。磁石プランジャ６は磁石ポット８内でリング状に界磁コイル５により包囲されている。

制御ハウジング１．２は制御室１１を有している。制御室１１内には、圧力下にある圧力媒体が存在している。これに対して、アクチュエータハウジング１．１のアクチュエータ室１０内には、圧力媒体が入っていない。

本発明による弁は入口通路１５、出口通路１６および漏れ出口２０を有している。入口通路１５、出口通路１６および漏れ出口２０は例えば制御ハウジング１．２に設けられている。入口通路１５および出口通路１６はそれぞれ制御ハウジング１．２の制御室１１に流動接続されている、つまり流体が往来できるように接続されている。

入口通路１５は上流側で例えば圧力管路１７に流動接続されており、出口通路１６は下流側で制御管路１８に流動接続されている。圧力管路１７は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６０４７号明細書によれば、上流側で高圧ポンプ３２に接続されている。高圧ポンプ３２は圧力媒体、例えばオイルを、高圧下で本発明による弁および制御管路１８を介して、ガス交換弁を制御する液圧ピストン３３へと圧送する。制御管路１８は例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９８２６０４７号明細書によれば、下流側で液圧ピストン３３に接続されている。

漏れ出口２０は例えば漏れ管路４６を介して、圧力媒体を蓄えるための貯蔵容器４７に接続されている。

入口通路１５は制御室１１に、例えば弁軸線２５に対して横方向で開口する。制御室１１を起点として、流出通路３４が弁軸線２５の方向で延びている。流出通路３４は出口通路１６に開口している。流出通路３４の、制御室１１側の端部に、第１の肩部２６が形成されており、第１の肩部２６に、弁座１２が設けられている。

弁座１２は例えば円錐形に構成されている。弁閉鎖体３は、弁座１２と協働する段部３．３で例えば球形に形成されており、弁座１２と相俟って球／円錐座を形成する。ただし、円錐／円錐座またはこれに類するものが設けられていてもよいことは明らかである。球／円錐座または円錐／円錐座により、弁閉鎖体３と弁座１２との間の線接触が達成される。線接触は、閉じた弁の、極めて良好な封止を保証する。

本発明により、弁閉鎖体３は二部分、すなわち第１の閉鎖体区分３．１および第２の閉鎖体区分３．２により形成されている。第１の閉鎖体区分３．１は、第２の閉鎖体区分３．２側の第１の端面２１を有しており、第２の閉鎖体区分３．２は、第１の閉鎖体区分３．２側の第２の端面２２を有している。第１の閉鎖体区分３．１はアクチュエータ２に作用結合されており、第２の閉鎖体区分３．２は弁座１２と協働する。弁閉鎖体３は第１の閉鎖体区分３．１および第２の閉鎖体区分３．２により、例えば円筒状にスプールとして形成されている。

弁閉鎖体３の開弁方向および閉弁方向は弁軸線２５の方向で延びている。

第１の閉鎖体区分３．１は例えば磁石プランジャ６に機械的に結合されており、アクチュエータ室１０を起点として、磁石ポット８のポット底部９に設けられた第１のガイド通路１３を通して弁室３０内にまで延びている。ガイド通路１３の直径は少なくとも部分的に、第１の閉鎖体区分３．１の直径よりも僅かばかり大きい。その結果、狭隘なガイドギャップ２９がガイド通路１３と第１の閉鎖体区分３．１との間に形成されている。狭隘なガイドギャップ２９が有する役割は、磁石プランジャ６を位置に関して正確に、磁石ポット８に対してポジショニングし、かつ弁閉鎖体３をガイドすることである。

弁室３０は例えば円筒形に形成されており、アクチュエータハウジング１．１と制御ハウジング１．２とにより、例えばポット底部９と、アクチュエータハウジング１．１の、ポット底部９に配置された第２の肩部３６と、制御ハウジング１．２の、ポット底部９に対向して位置する第３の端面３８に配置された第３の肩部３７と、第３の端面３８とにより画定されている。

第２の閉鎖体区分３．２は弁室３０を起点として減圧通路３９を通して制御室１１内に延びており、例えば流出通路３４内にまで達する。出口通路１６は流出通路３４を起点として、弁軸線２５に対して横方向で延びている。

第２の閉鎖体区分３．２は弁軸線２５の方向で、横方向で流出通路３４に開口する出口通路１６を超えるところにまで達する。第２の閉鎖体区分３．２は例えば、弁座１２と協働する段部３．３の下流側で細くなっている。これにより、圧力媒体は弁の開弁時に制御室１１から、流出通路３４と第２の閉鎖体区分３．２との間の流出ギャップ４４を通して流出することができる。

圧力媒体を流出ギャップ４４から出口通路１６内へと変向するために、第２の閉鎖体区分３．２は出口通路１６の近傍で拡張されて、出口通路１６の下側でシール区分３．４において流出通路３４の内壁に達するようになっている。このようにして、第２の閉鎖体区分３．２は流出通路３４を、シール区分３．４の下側で弁軸線２５の方向で閉鎖して封止する。その結果、すべての圧力媒体は出口通路１６内へと変向される。第２の閉鎖体区分３．２のシール区分３．４の下側で、流出通路３４の延長部は弁軸線２５の方向で漏れ出口２０を形成する。漏れ出口２０は漏れ管路４６を介して貯蔵容器４７に接続されている。

減圧通路３９は、弁室３０内の圧力を制御室１１内の圧力に対して明らかに減じるために役立つ。このために、減圧通路３９と第２の閉鎖体区分３．２との間に、十分に小さなシールギャップ４０が設けられている。これにより、制御室１１と弁室３０との間の圧力差に応じた圧力損失が生ぜしめられる。さらに、減圧通路３９は、第２の閉鎖体区分３．２をガイドする機能を有している。

第２の閉鎖体区分３．２は減圧通路３９内でシールギャップ４０の大きさ分だけ、弁軸線２５に対して横方向で移動可能である。このようにして、製造に起因する偏心誤差が補償されることができる。

本発明により、第１の閉鎖体区分３．１の第１の端面２１と、第２の閉鎖体区分３．２の第２の端面２２との間に、シールエレメント１９が設けられている。シールエレメント１９は弁室３０をアクチュエータ室１０に対して気密に封止する。こうして、圧力媒体が制御室１１からアクチュエータ室１０に達することがなくなるので、短くて再現可能な切換時間が達成可能である。

有利な構成によれば、シールエレメント１９は弁室３０内に配置されている。弁室３０はシールエレメント１９により、互いに密に隔離された２つのチャンバに分割されている。第１のチャンバ５１はアクチュエータ室１０に流動接続されており、第２のチャンバ５２はシールギャップ４０により制御室１１に対して封止されている。

シールエレメント１９は例えば弾性的なシールダイヤフラムである。シールダイヤフラムは例えばエラストマ、プラスチックまたは金属、例えば鋼から製作されている。

シールエレメント１９は第１の閉鎖体区分３．１の第１の端面２１および第２の閉鎖体区分３．２の第２の端面２２を起点として、弁軸線２５に対して横方向で外側に向かって延びており、かつ弁室３０の内壁４３の領域でハウジング１に固定されている。シールエレメント１９は例えばアクチュエータハウジング１．１と制御ハウジング１．２との間の接合面７で、例えばアクチュエータハウジング１．１の第２の肩部３６と制御ハウジング１．２の第３の肩部３７との間で固く締め付けられている。シールエレメント１９の、アクチュエータ室１０側の面には、例えば大気圧が支配する。

制御室１１を起点として、圧力媒体の、僅かな漏れ量がシールギャップ４０を通して弁室３０内に達する。弁室３０内の圧力媒体の圧力はシールギャップ４０の圧力損失の分だけ減じられている。弁室３０内の、僅かな圧力により、シールエレメント１９は機械的に僅かばかり負荷されているにすぎないので、薄壁に、フレキシブルにかつ安価に形成されることができる。シールエレメント１９は制御室１１および弁室３０をアクチュエータ室１０に対して簡単に封止することを可能にする。弁室３０内の圧力媒体は、第２の閉鎖体区分３．２内に設けられた戻し通路４５を介して漏れ出口２０へと流動し、漏れ管路４６を介して貯蔵容器４７へと戻される。

弁閉鎖体３には、ばねエレメント２３が作用する。ばねエレメント２３は弁閉鎖体３を、弁座１２とは反対の方向に押圧する。その結果、第２の閉鎖体区分３．２は第２の端面２２でもって常にシールエレメント１９に当て付けられており、シールエレメント１９は常に第１の閉鎖体区分３．１の第１の端面２１に当て付けられている。このようにして、アクチュエータ２のストロークが第１の閉鎖体区分３．１を介して完全に第２の閉鎖体区分３．２に伝達されることが保証されている。ばねエレメント２３は例えばコイルばねである。ばねエレメント２３は例えば漏れ出口２０内でシール区分の下側に配置されており、一端でもって、例えば弁閉鎖体３の、出口通路１６側の端部に存在する、第２の閉鎖体区分３．２の第４の端面５０に当て付けられている。

磁石プランジャ６、第１のガイド通路１３、第１の閉鎖体区分３．１、第２の閉鎖体区分３．２、減圧通路３９、ばねエレメント２３および弁座１２は例えば弁軸線２５に関して互いに同心的に配置されている。アクチュエータ２はばねエレメント２３との協働下で、第１の閉鎖体区分３．１および第２の閉鎖体区分３．２を備えた弁閉鎖体３を、弁の開弁および閉弁のために弁軸線２５の方向で運動させることができる。

製作に起因する偏心誤差は、第２の閉鎖体区分３．２の、弁閉鎖体３の開弁方向２５に対して横方向での移動可能性により補償されることができる。

本発明による弁は例えば、アクチュエータ２をオフにすると開弁され、アクチュエータ２をオンにすると閉弁されるが、ばねエレメント２３の作用方向を逆転させればこの関係を逆にすることもできる。

界磁コイル５を通電すると、磁界が磁石ポット８に生ぜしめられ、磁石ポット８が磁石プランジャ６を例えば磁石ポット８のポット底部９の方向で引き寄せる。第１の閉鎖体区分３．１が磁石プランジャ６に機械的に連結されているので、第１の閉鎖体区分３．１は磁石プランジャ６と同じ大きさのストロークを弁座１２の方向で実施し、ストロークを、ばねエレメント２３の力に抗して完全に第２の閉鎖体区分３．２に伝達する。

弁閉鎖体３が第２の閉鎖体区分３．２でもって弁座１２に当て付けられている限り、弁は閉鎖されている。その結果、圧力媒体が制御室１１から出口通路１６へと達することはあり得ない。

界磁コイル５の通電が遮断されると、磁界がもはや有効でなくなるので、弁閉鎖体３は、戻しばねとして働くばねエレメント２３により弁座１２から離間させられて、再度その出発位置へと復帰させられる。その結果、弁は再び開弁される。

弁の開弁時、圧力媒体は入口通路１５を介して制御室１１内に流入し、制御室１１から流出通路３４および出口通路１６を介して制御管路１８内に液圧ピストン３３の方向で流動する。

弁閉鎖体３が二部分から構成されたことと、第２の閉鎖体区分３．２が横方向運動可能性を有していることとにより、第１の閉鎖体区分３．１と第２の閉鎖体区分３．２との間の、より大きな位置のずれも補償されることができ、その結果、狭い形状公差および位置公差は不要であり、弁の製作コストは下げられる。背景技術に対して、狭い形状公差および位置公差が回避され、より大きな形状公差および位置公差に替えられることができる。

本発明による弁の一実施例を示す図である。

符号の説明

１ ハウジング、 １．１ アクチュエータハウジング、 １．２ 制御ハウジング、 ２ アクチュエータ、 ３ 弁閉鎖体、 ３．１ 第１の閉鎖体区分、 ３．２ 第２の閉鎖体区分、 ３．３ 段部、 ３．４ シール区分、 ４ 電磁石、 ５ 界磁コイル、 ６ 磁石プランジャ、 ７ 接合面、 ８ 磁石ポット、 ９ ポット底部、 １０ アクチュエータ室、 １１ 制御室、 １２ 弁座、 １３ ガイド通路、 １５ 入口通路、 １６ 出口通路、 １７ 圧力管路、 １８ 制御管路、 １９ シールエレメント、 ２０ 漏れ出口、 ２１ 第１の端面、 ２２ 第２の端面、 ２３ ばねエレメント、 ２５ 弁軸線、 ２６ 第１の肩部、 ２９ ガイドギャップ、 ３０ 弁室、 ３２ 高圧ポンプ、 ３３ 液圧ピストン、 ３４ 流出通路、 ３６ 第２の肩部、 ３７ 第３の肩部、 ３８ 第３の端面、 ３９ 減圧通路、 ４０ シールギャップ、 ４３ 内壁、 ４４ 流出ギャップ、 ４５ 戻し通路、 ４６ 漏れ管路、 ４７ 貯蔵容器、 ５０ 第４の端面、 ５１ 第１のチャンバ、 ５２ 第２のチャンバ

Claims (10)

1. 弁閉鎖体を備えた弁であって、弁閉鎖体がアクチュエータに作用結合されていて、弁座と協働するようになっており、アクチュエータがアクチュエータ室内に配置されており、かつ弁座が制御室内に配置されている形式のものにおいて、弁閉鎖体（３）が二部分、すなわち第１の閉鎖体区分（３．１）と第２の閉鎖体区分（３．２）とにより形成されており、第１の閉鎖体区分（３．１）と第２の閉鎖体区分（３．２）との間に、シールエレメント（１９）が設けられており、該シールエレメント（１９）が制御室（１１）をアクチュエータ室（１０）に対して気密に封止するようになっていることを特徴とする弁。
2. シールエレメント（１９）が弁室（３０）内に配置されていて、弁室（３０）を、互いに密に隔離された２つのチャンバ（５１，５２）に分割しており、第１のチャンバ（５１）がアクチュエータ室（１０）に流動接続されている、請求項１記載の弁。
3. シールエレメント（１９）が、弾性的なシールダイヤフラムである、請求項１記載の弁。
4. シールエレメント（１９）がエラストマまたは鋼から製作されている、請求項１記載の弁。
5. 第１の閉鎖体区分（３．１）が第１の端面（２１）でもって、シールエレメント（１９）の、アクチュエータ室（１０）側の面に当て付けられており、第２の閉鎖体区分（３．２）が第２の端面（２２）でもって、シールエレメント（１９）の、制御室（１１）側の面に当て付けられている、請求項１記載の弁。
6. 第２の閉鎖体区分（３．２）が、弁閉鎖体（３）の開弁方向に対して横方向で移動可能である、請求項１記載の弁。
7. 第１の閉鎖体区分（３．１）がアクチュエータ室（１０）を起点としてガイド通路（１３）を通して弁室（３０）内にまで延びている、請求項２記載の弁。
8. 第２の閉鎖体区分（３．２）が弁室（３０）を起点として減圧通路（３９）を通して制御室（１１）内に延びており、流出通路（３４）内にまで弁座（１２）の下流側で達する、請求項２記載の弁。
9. 弁室（３０）内の圧力が、減圧通路（３９）と第２の閉鎖体区分（３．２）との間のシールギャップ（４０）により、制御室（１１）内の圧力に対して減じられている、請求項２記載の弁。
10. アクチュエータ（２）が、界磁コイル（５）および磁石プランジャ（６）を備えた電磁石（４）である、請求項１記載の弁。

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