JP2007162705A - 組み込まれたリリーフバルブを有する圧力調整ピストン - Google Patents

Abstract

【課題】閉じたクランクケースを有するディーゼル内燃機関で特に有用な圧力調整バルブが提供される。
【解決手段】バルブは、内部移動可能ピストン（２０）を有するボンネット（６２）へ結合されたボディー（１０）を含む。移動可能ピストン（２０）は、圧力変化に応答して流体のフローを調節することによって、クランクケース内で実質的に一定の圧力を維持する。ピストン（２０）は、更に、一体化されたリリーフバルブ（４４）を含み、クランクケース圧力が圧力調整バルブの所定の限界を超える過剰圧力を防止する。
【選択図】図１

Description

（関連出願への相互参照）
本願は、２０００年５月２５日に出願された暫定出願第６０／２０７，０７９号の優先権を主張する。

本発明は、一般的には機関のバルブ装置に関し、更に具体的には、組み込みリリーフバルブを有する圧力調整ピストンバルブに関する。

機関の製造業者が排出物を削減するにつれて、大気へ発散されるクランクケース吹き抜けが、全体の排出物の大きな割合を占めるようになった。クランクケース吹き抜けは、燃焼ガスが、ピストンリングを通り越してクランクケースの中へ吹き込まれるとき、高圧下でオイルミストで汚染されるとき生成される。機関の全体の排出物を更に削減するため、これらのガスを空気取り入れシステムの中へ追いやることが必要になった。閉じたシステムでは、この汚染された吹き抜けは、機関取り入れシステムによって取り込まれる。

閉じたクランクケースへの関心は、規制当局及び事業者の双方によって喚起されつつある。１９９８年１月１日現在で、米国環境保護庁（ＥＰＡ）は、全てのガス燃料交通路機関は、閉じたクランクケースを備えることを要求した。ディーゼル機関のクランクケースを閉じることに関する特別の規制はまだ存在しないが、排出物を削減する全体的な動きは、クランクケースの閉止について、大方の機関及び機器製造業者の更なる関心を喚起している。

閉じたクランクケースシステムでは、クランクケース吹き抜けガスは、本来的にクランクケース圧力の上昇を生じ、機関取り入れシステムへ戻される必要がある。クランクケース圧力の過度の変化は、シールを破損し、オイルの損失を生じる。圧力調整器によってクランクケース圧力の変化を最小にする必要性が認められる。更に、調整器自身によって補償されることのできないクランクケース内の過剰圧力に対処するためのリリーフバルブの必要性が認められる。

本発明は、前述した１つまたは複数の問題を克服すること、または問題の効果を少なくとも減少することに向けられる。

本発明の１つの態様は、ボディー、移動可能ピストン、及びリリーフバルブを含む圧力調整バルブを提供する。ボディーは、その中に通じる流体通路を有する。移動可能ピストンは、ボディーの中に配置され、該ピストンに加えられた圧力に応答して移動可能であり、流体通路を通る流体のフローを調節する。リリーフバルブはピストンと一体化（ｉｎｔｅｇｒａｌ）されている。ピストン内の少なくとも１つの孔は、所定レベルの圧力がピストン上に加えられたときリリーフ通路へ露出される。

本発明の他の態様は、上方ボディー部分、下方ボディー部分、移動可能ピストン、及びスプールを含む圧力調整バルブを提供する。上方ボディー部分は、クランクケースと流体連通する。上方ボディー部分から流体的に絶縁され、中に通じる下方ボディー流体通路を有する下方ボディー部分は、クランクケース及び真空源と連通する。移動可能ピストンは、上方ボディー部分の中に配置される。ピストンは、該ピストンに加えられた圧力に応答して移動可能であり、下方ボディー流体通路を通る流体のフローを調節する。スプールは、ピストンへ接続され、上方ボディー部分を通って下方ボディー部分へ伸びる。

更に、本発明の他の態様は、内燃機関のクランクケース内で圧力を調整する方法を提供する。この方法は、クランクケース圧力に応答するクランクケースバルブを設けて、クランクケース圧力の変化がクランクケースバルブへ伝えられるようにし、クランクケースバルブを通るフローを調節して、対応的にクランクケース圧力を変更し、所定量の圧力が加えられたとき、クランクケースバルブと一体化されたリリーフバルブを介してクランクケース内の過剰圧力を緩和することを含む。

前述した概要は、ここで開示される発明の各々の可能な実施形態または全ての態様の概要化を意図するものではなく、単に添付の特許請求の範囲を概要化したものである。

本発明の前記の概要、好ましい実施形態、及び他の特徴または態様は、以下の詳細な説明を読み図面を参照することで明らかになるであろう。

本発明は、様々な修正及び代替形式を取ることができるが、本発明の特別の実施形態が例として図示され、ここで詳細に説明される。図面及び説明の記述は、どんな形であれ本発明の幅、または範囲の限定を意図するものではない。むしろ、それらは、米国特許法第１１２条で要求されるように、本発明の特定の実施形態を参照することによって当業者へ本発明を説明するために提供される。

ここで、図面、特に図１を参照すると、本発明の１つの実施形態に従った圧力調整バルブが開示される。圧力調整バルブは、ガス機関、ディーゼル機関、発電機セット、及び他の動力機器を含む機器で使用されてよいが、これらの機器に限られない。図１で示されるように、圧力調整バルブはボディーを含み、流体通路がボディーの中を通って伸びている。流体通路は、例えば、クランクケース（図示されていない）と真空源（図示されていない）との間の流体連通を容易にする。図２に示された実施形態において、流体通路は、実質的に相互に直角の入口及び出口を有するが、必ずしもそうでなくてもよい。この開示で、後で更に詳細に説明される他の実施形態において、入口及び出口は、相互に平行に配列される。この開示の利益を有する当業者は、入口及び出口は、任意の便利な様式で配列されてよいことを理解するであろう。図１の実施形態において、圧力調整バルブを使用することは、排出物の削減を容易にする閉じたクランクケースを有するディーゼル機関（図示されていない）へ組み込まれる。

ボディーには、ボンネットが取り付けられる。ダイアフラム、好ましくは、ベロフラム社（Ｂｅｌｌｏｆｒａｍ， Ｉｎｃ．）から入手可能な転動形（ｒｏｌｌｉｎｇ）ダイアフラムが、ボディーとボンネットとの間に配置される。転動形ダイアフラムは、ボディーの中に形成された溝の中へ嵌められ、ボディーとボンネットとの間に気密シールを提供する。ボンネットは、正常動作で流体通路から絶縁されたリリーフ流体通路を含む。リリーフ流体通路は、大気へ直接導かれるか、機関の取り入れマニホルド（図示されていない）へ戻されてよい。

移動可能ピストンアセンブリは、ボディー及びボンネットの内部に配置される。ピストンアセンブリはピストンを含み、ピストンは一体化されたリリーフバルブの一部分でもある。ピストンは、少なくとも１つの孔、例えば、６つの孔を含む。これらの孔は、図５で示されるように、ピストンの外周部に沿って等間隔で配置される。ピストンは、少なくとも１つのガイド／停止脚、例えば４つのガイド／停止脚を含む。これらのガイド／停止脚は、ボンネットの中でピストンを案内し、ボンネットの傾斜壁でピストン移動を停止するため、図５で示されるように、ピストンの外周部に沿って等間隔で配置される。ピストンは、図５から図７で、或る程度詳細に示される。ピストンアセンブリは、更に、ピストンのニップルへ取り付けられたフロー形成器を含んでよい。フロー形成器は、図８及び図９で、或る程度詳細に示される。フロー形成器は、ほぼＵ形の断面を有してよく、流体通路を通る乱流を少なくすることを容易にする。ピストンの反対側のニップルは、プラグを受け取るチャネルである。プラグは、図１０で詳細に示され、ピストンへの取り付けを容易にする上昇部分を有する心棒を含む。プラグのヘッドは、バイアス部材、例えば円錐バネの第１の端を保持する。円錐バネは、リリーフ円板に隣接する第２の端を有する。リリーフ円板は、図１１及び図１２で詳細に示され、ピストンチャネルを収納する孔を含み、円錐バネの第２の端が嵌めこまれる溝を含む。リリーフ円板はＲｙｔｏｎ Ｒ−４ＸＴを含んでよいが、それに限られない。

リリーフ円板とピストンとの間に、シーリング円板がある。シーリング円板は、図１３及び図１４に示され、同様にピストンチャネルを収納する孔を有する。シーリング円板は、デュロメータ硬度を有するＢｕｎａ−Ｎコポリマーを含んでよいが、それに限られない。シーリング円板は、円錐バネによって提供される力によって、ピストンとリリーフ円板との間に挟まれる。シーリング円板は、ピストンの中の孔を密封する。十分な所定の力が、ボディーの内部からシーリング円板へ加えられると、円錐バネの力は打ち負かされて、流体通路とリリーフフロー通路との間の流体連通を可能にする。

ボディーは対向する内部壁を有する。内部壁は流体フロー通路の一部分である。内部壁の第１の端は、それぞれ、ボディー内のピストンの移動を制限する。図１において、ピストンは全開位置にあり、ガイド／停止脚は、ボンネットの傾斜壁に隣接している。ピストンは、更に、図１で示された位置と、ピストンが端に隣接する位置との間を移動してよい。ピストンが端に隣接する位置は、流体フロー通路の入口と出口との間の流体連通を閉じる位置である。バイアス部材、例えば、ピストンとボディーとの間に伸びるコイル圧縮バネは、前述したように、ピストンのガイド／停止脚がボンネットの傾斜壁に隣接するように、ピストンを開放位置へバイアスする。例えば、クランクケースまたは真空源（図示されていない）から伝えられた圧力は、正であれ負であれ、コイル圧縮バネによって供給された力を上回って、図１に示された位置、または閉止位置と図１の全開位置との間の任意の位置へピストンを移動してよい。転動形ダイアフラムは、ピストンと、ボンネット（図１に示される全開位置）、またはボディー（閉止位置）、またはボンネット及びボディーの双方との間の円環を密封する。

次に、圧力調整バルブの動作を説明する。圧力調整バルブは、例えば、閉じたクランクケース（図示されていない）を含むディーゼル機関の中に置かれてよい。ディーゼル機関が作動すると、吹き抜けが生じ、本来的に、閉じたクランクケースの中の圧力を増加させる。背景技術のセクションで説明した理由によって、クランクケース内の圧力を調整し続けることが望ましい。クランクケース圧力及びコイル圧縮バネに起因するピストン上の力が、真空源に起因するピストン上の力に対して変化するにつれて、ピストンは、ボンネットまたはボディーの端のいずれかへ有利に移動する。これが起こるとき、端とピストンとの間のギャップは、それに従って変化し、フロー形成器及び流体通路を通るフローを調整し、それによってクランクケース圧力を調整する。従って、ピストンは、クランクケース圧力、真空源、及びコイル圧縮バネによって、加えられた力に対してピストン自身を調節し、クランクケース内に実質的に一定の圧力を維持する。圧力調整バルブが動作するように意図された範囲をクランクケース圧力が超過すると、一体化されたリリーフバルブが開く。即ち、流体フロー通路とリリーフフロー通路との間の流体連通が、ピストンの孔を介して確立される。孔とシーリング円板との間のシールは破断される。なぜなら、ピストン上の圧力が十分に増加し、円錐バネによって提供されるリリーフ円板の上の力を上回るからである。

本発明の第２の実施形態が、図３、図４、及び図１５で同じように開示される。これらの図面に示された実施形態において、図１に示された全ての構成部品が圧力調整バルブの中に含まれるが、この第２の実施形態は、幾つかの修正を含む。圧力調整バルブのボディーは、上方部分及び下方部分を含む。下方部分は、実質的に相互に平行な入口及び出口を有する流体通路を含む。流体通路は、例えば、クランクケース（図示されていない）と真空源（図示されていない）との間の流体連通を容易にする。この開示の利益を有する当業者は、入口及び出口の配列が、機関パラメータに合うように、必要に応じて調節されてよいことを理解するであろう。上方部分は、入口を有する流体通路を含む。入口は、例えば、クランクケースと流体通路との間の流体連通を容易にする。フロー形成器は、乱流特性を低減するため、下方ボディーに含まれる。図３に示された実施形態において、フロー形成器はほぼＵ形であるが、直線であってもよく、または他の方法で調節されてよい。追加のフロー形成器をピストンへ付け加える必要はない。このように、追加のフロー形成器がないことは許容される。なぜなら、図３、図４、及び図１５に示される実施形態において、図１で示される実施形態に存在するような流体連通は、上方部分と下方部分との間に存在しないからである。この実施形態において、下方ボディー内のプロポーショニングスプールは、図１に示されるバルブのフロー形成器の代わりとなってよい。

図３に示される圧力調整バルブは、更に、プロポーショニングスプールを含む。プロポーショニングスプールは、第１の端をピストンへ取り付けられ、上方ボディーを通って下方ボディーの中へ伸び、そこで入口と出口を分けるフローオリフィスを通過する。プロポーショニングスプールがピストンアセンブリと一緒に移動するにつれて、フローオリフィスは開閉する。プロポーショニングスプールは、図１５で詳細に示され、第１の端をピストンへ取り付けることを容易にする溝を有する心棒を含む。プロポーショニングスプールのメインボディーは、質量を低減するための一つまたはそれ以上のスロットを有してよい。いくつかの実施形態では、成形のために壁の厚さを均一に保つ４つのフィンが存在し、それによってプロポーショニングスプールの質量を低減する。メインボディーは、入口と出口との間の流体連通を可能にし、プロポーショニングスプールのテーパ区域を接続するチャネルを有してよい。プロポーショニングスプールは、オリフィスを通るフローの量を調整するテーパ区域を示してよい。

図３を再び参照すると、Ｏリング保持器によって定位置に保持されたＯリングが、プロポーショニングスプールと上方ボディーとの間の円環を密封する。プロポーショニングスプールの第２の端と下方ボディーの中に配置されたフローオリフィスとの間のギャップは、図３で示される全開位置で最大流体フローが流体通路を通ることを可能にする。コイル圧縮バネは、ピストン、従ってプロポーショニングスプールを図示された開放位置へバイアスし、プロポーショニングスプールのテーパ区域は、最大流体フローがフローオリフィス、従って通路を通ることを可能にする。

圧力調整バルブのピストン、ダイアフラム、リリーフバルブアセンブリ、及び他の構成部品は、圧力調整バルブについて説明された対応する構成部品と同じである。

圧力調整バルブの動作は次の通りである。機関動作の間に、クランクケース及び真空源の圧力が変化するにつれて、ピストン上の力も対応して変化する。この変化する力は、コイル圧縮バネによって釣り合わされる。コイル圧縮バネは、クランクケース及び真空源の圧力によって作り出された力と大きさが等しく方向が反対の力を働かせる。これが起こるとき、ピストン、及びそれに堅く取り付けられたプロポーショニングスプールは、フローオリフィス区域を増加または減少するように有利に位置づけられ、従って流体フロー通路を通る流体フローを増加または減少する。流体通路を通る増加または減少したフローは、調整されたクランクケース圧力を生じる。ピストン、従ってプロポーショニングスプールは、クランクケース圧力、真空源圧力、及びコイル圧縮バネによって供給された力に従って自己調節し、実質的に一定の圧力をクランクケース内に維持する。圧力調整バルブが動作するように意図された範囲をクランクケース圧力が超過すると、一体化されたリリーフバルブアセンブリが有利に開く。即ち、流体フロー通路とリリーフフロー通路との間の流体連通がピストンの孔を介して確立される。孔とシーリング円板との間のシールは破断される。なぜなら、ピストン上の圧力が、円錐バネによって提供されるリリーフ円板の上の圧力を打ち負かすほど十分に増加するからである。

図１６から図１７に示される代替の実施形態において、ピストンは、分離した挿入可能プラグまたはフロー形成器を含まず、その代わりに単一の部品を含む。ピストンは、第１の端で円錐バネと出会うヘッドを第１の端に含み、一体化されたフロー形成器を第２の端に含む。この代替の実施形態は、他の実施形態のフロー形成器をオプションとして含まないが、その他の点では、リリーフバルブの動作を含み、構成部品は図１で示される実施形態と同じである。

幾つかの用途において、ピストンが動作可能である圧力は次の通りである。ピストンは、大気圧で図示される開放位置にバイアスされてよく、約２から１０インチの水圧差で比例的に閉じられてよい。クランクケース圧力が増加の傾向にあるとき、全開位置（図示される）が約１０インチの水圧に達するまで、ピストンは開くであろう。１０インチの水圧よりも大きい圧力で、リリーフバルブが開き、過剰なクランクケース圧力を放出する。しかし、この開示の利益を有する当業者は、これらの圧力範囲が単に例示的なものであること、及びバネ及びバルブは必要に応じて任意の他の圧力範囲に合うように設計されてよいことを理解するであろう。

本発明は、特定の例示的実施形態を参照して詳細に図示及び説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく形式及び詳細部分の様々な変更が可能であることを理解するであろう。前述した実施形態は、単に例示的なものとして意図されており、本発明の範囲を限定するものと考えられてはならない。

本発明の１つの態様に従ったバルブ構造の断面図である。 図１に従った構造の平面図である。 本発明の１つの態様に従った代替のバルブ構造の断面図である。 図３に従った構造の平面図である。 本発明の１つの態様に従ったバルブピストンの平面図である。 図５に従った構造の断面図である。 図６の円形区域の詳細図である。 本発明に従ったフロー形成器構造の断面図である。 図８に従った構造の平面図である。 本発明に従ったプラグの側面図である。 本発明に従ったリリーフ円板構造の平面図である。 図１１に示されたリリーフ円板の断面図である。 本発明に従ったシーリング円板構造の平面図である。 図１３に示されたシーリング円板の側面図である。 本発明に従ったプロポーショニングスプールの断面図である。 本発明に従ったバルブの代替実施形態の断面図である。 図１６に示されたバルブの平面図である。

Claims (24)

1. 圧力調整バルブであって、
   中に通じる流体通路を有するボディーと、
   前記ボディーの中に配置され、圧力に応答して移動することができ、流体通路を通る流体のフローを調節する移動可能ピストンと、
   ピストンと一体化されたリリーフバルブであって、所定レベルの圧力がピストンに加えられたとき、ピストン内の少なくとも１つの孔がリリーフ通路へ露出されるリリーフバルブとを含む圧力調整バルブ。
2. 更に、リリーフ流体通路を有するボディーに結合されたボンネットを含む、請求項１に記載の圧力調整バルブ。
3. 可変量の流体が流体通路を通るようにすることによって、移動可能ピストンの運動が圧力を調整する、請求項１に記載の圧力調整バルブ。
4. 更に、流体通路を通るフローを変えるためピストンへ取り付けられたフロー形成器を含む、請求項１に記載の圧力調整バルブ。
5. 前記リリーフバルブが、
   ピストンのチャネルの中に配置されたプラグと、
   シーリング円板に隣接したピストンリリーフ円板の中の少なくとも１つの孔に隣接したシーリング円板と、
   プラグとリリーフ円板との間に配置されたリリーフバルブバネであって、ピストン内の少なくとも１つの孔を覆う閉止密封位置へ、リリーフ円板、従ってシーリング円板をバイアスするリリーフバルブバネとを含む、請求項１に記載の圧力調整バルブ。
6. 更に、ピストンとボディーとの間に少なくとも１つのバイアス部材を含み、前記少なくとも１つのバイアス部材がピストンを開放位置へバイアスする、請求項１に記載の圧力調整バルブ。
7. 更に、ボンネットとボディーとの間にシールを含む、請求項２に記載の圧力調整バルブ。
8. 前記シールが転動形ダイアフラムを含む、請求項７に記載の圧力調整バルブ。
9. 装置が、内燃機関内のクランクケース圧力を調整するために使用される、請求項１に記載の圧力調整バルブ。
10. 前記内燃機関がディーゼル機関である、請求項９に記載の圧力調整バルブ。
11. 圧力調整バルブであって、
    クランクケースと流体連通する上方ボディー部分と、
    前記上方ボディー部分から流体的に絶縁された下方ボディー部分であって、クランクケース及び真空源と連通する、中に通じる下方ボディー流体通路を有する下方ボディー部分と、
    前記上方ボディー部分の中に配置された移動可能ピストンであって、前記下方ボディー流体通路を通る流体のフローを調節するため圧力に応答して移動できる移動可能ピストンと、
    ピストンへ接続され、前記上方ボディー部分を通って前記下方ボディー部分へ伸びるスプールとを含む、圧力調整バルブ。
12. 更に、ピストンと一体化されたリリーフバルブを含み、所定レベルの圧力がピストンに加えられたとき、ピストン内の少なくとも１つの孔が開放可能である、請求項１１に記載の圧力調整バルブ。
13. 更に、リリーフ流体通路を中に有する前記上方ボディーへ結合されたボンネットを含む、請求項１１に記載の圧力調整バルブ。
14. スプールと前記下方ボディーとの間の通路ギャップの大きさを変え、可変量の流体が前記下方ボディー流体通路を通るようにすることによって、移動可能ピストンの運動が圧力を調整する、請求項１１に記載の圧力調整バルブ。
15. 更に、前記下方ボディー流体通路を通る流体のフローを容易にするフロー形成器を前記下方ボディー部分の中に含む、請求項１１に記載の圧力調整バルブ。
16. リリーフバルブが、
    ピストンのチャネルの中に配置されたプラグと、
    ピストンの中の少なくとも１つの孔に隣接したシーリング円板と、
    シーリング円板へ隣接したリリーフ円板と
    プラグとリリーフ円板との間に配置されたリリーフバルブバネであって、ピストン内の少なくとも１つの孔を覆う閉止密封位置へ、リリーフ円板、従ってシーリング円板をバイアスするリリーフバルブバネとを含む、請求項１２に記載の圧力調整バルブ。
17. 更に、ピストンと前記上方ボディー部分との間に少なくとも１つのバネを含み、前記少なくとも１つのバネがピストンを開放位置へバイアスする、請求項１１に記載の圧力調整バルブ。
18. 更に、ボンネットと上方ボディー部分との間にシールを含む、請求項１３に記載の圧力調整バルブ。
19. シールが転動形ダイアフラムを含む、請求項１８に記載の圧力調整バルブ。
20. 装置が、内燃機関の中のクランクケース圧力を調整するために使用される、請求項１１に記載の圧力調整バルブ。
21. 前記内燃機関がディーゼル機関である、請求項２０に記載の圧力調整バルブ。
22. 内燃機関のクランクケースの中の圧力を調整する方法であって、
    クランクケース圧力に応答するクランクケースバルブを設けて、クランクケース圧力の変化がクランクケースバルブへ伝えられるようにし、
    クランクケースバルブを通るフローを調節して、対応的にクランクケース圧力を変え、
    所定量の圧力が加えられたとき、クランクケースバルブと一体化されたリリーフバルブを介してクランクケース内の過剰圧力を放出することを含む、方法。
23. クランクケースバルブが、
    流体通路を有するボディーと、
    ボディー及びボンネットの中に配置された移動可能ピストンであって、ボディーの流体通路を通る流体のフローを調節するため圧力に応答して移動可能であるピストンと、
    ピストンと一体化されたリリーフバルブであって、所定レベルの圧力がピストンに加えられたとき、ピストン内の少なくとも１つの孔がリリーフ通路へ露出されるリリーフバルブとを含む、請求項２２に記載の方法。
24. クランクケースバルブが、更に、リリーフ流体通路を中に有するボディーへ結合されたボンネットを含む、請求項２３に記載の方法。

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