JP2014177942A - システムの流体供給を制御する装置 - Google Patents

Abstract

【課題】一層の簡素化を実現すると共に更なる製造コスト低減を図ったシステムの流体供給を制御する装置を提供する。
【解決手段】インレット８と、加圧された流体のアウトレット１０と、供給インレット８と排出アウトレット１０とを接続しているメインダクト１１と、制御手段とを備えている装置において、供給インレット８を排出アウトレット１０に接続している補助ダクト１２と、メインダクト１１における流れを遮断している移動封止要素１４と、補助ダクトにおける流れを遮断することができる封止手段と、供給インレット８に接続された移動封止要素１４と封止手段との間の案内チャンバ１８と、を更に備えている。封止手段が閉じた状態では、移動封止要素１４が供給インレット８と排出アウトレット１０との間の流体の循環を遮断し、封止手段が開放された状態では、移動封止要素が供給インレット８と排出アウトレット１０との間での流体の流れを可能としている。
【選択図】図１

Description

本発明はシステムの流体供給を制御する装置、例えば内燃機関のピストン冷却ノズルにオイルを供給する装置に関する。

特許文献１には、システムの流体供給を制御する装置、特に内燃機関のピストン冷却ノズルに供給するために用いられる装置であって、封止要素（sealing element）が設けられたバルブを備えている。このバルブの開弁は最小圧力値よりも高い流体圧力によって制御される。また、このバルブの閉弁は、最小値よりも低い値への圧力低下によって、あるいはバルブの閉弁を生ずるべく封止要素の表面上への加圧流体の噴射することによって制御される。このような流体の噴射は電磁弁によって制御される。封止要素の第２の表面上に加圧流体を搬送するために、二次的通路がケーシングに形成されている。封止要素の開放に抗する圧力が生じるのを避けるために、大気圧に連通する通気口（air vent）を封止要素のレベルに設ける必要がある。

このような装置は十分満足できるものであり、特に自動車の分野において、製造コストの低減及びシステムの簡素化が図られている。

仏国特許第２９３５７７１号明細書

その結果、本発明の目的は、従来の制御装置に対し、一層の簡素化を実現すると共に更なる製造コスト低減を図ったシステムの流体供給を制御する装置を提案することにある。

前述した目的は、加圧された流体を供給する供給インレットと、流体が供給されるシステムへの排出アウトレットと、前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間のメインダクトと、前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間に介在され、前記メインダクトを介した前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間の流体的な連通を断続する（interrupt or enable）ことができる移動封止要素と、前記供給インレットと前記排出アウトレットとを接続している二次的通路（secondary channel）と、補助ダクト（secondary duct）内に配され、コマンドに応じて前記補助ダクトを閉鎖することができる封止手段と、を備え、前記移動封止要素は、前記封止手段によって、前記補助ダクト内で流体的に常時前記供給インレットと連通している案内チャンバを画定することにより達成される。前記封止手段が前記二次的通路内で流れを閉鎖する際には、流体は前記移動封止要素に変形（strain）を与え、これにより前記移動封止要素が前記メインダクトを閉鎖する。前記封止手段が前記二次的通路内で流れを許容する際には、前記封止手段は前記メインダクト内での流れを可能とするように移動する。

換言すると、制御装置は、流体の圧力が制御を支援するために用いられ、封止手段を駆動するアクチュエータの大きさを実質的に低減することを可能とするように形成されている。封止手段については小さなサイズのアクチュエータ、例えば小さいサイズの電磁弁を使用する一方で、特に重要な区域及び／またはかなりのストロークに亘って移動する際には、大きなサイズの封止要素を用いることが可能である。

更に、本装置は、大気圧への通気口を必要としないので簡素化を実現することができる。

二次的通路に実装された封止手段の制御は、全開若しくは全閉とすることもできるし、比例的に開放する手段を用いることにより、二次的通路を全開するか部分的に開放して制御装置の部分的な開閉を得ることにより、ノズルあるいは他の装置による調節可能な供給を提供することもできる。

従って、本発明の主題は、加圧された流体源からシステムへの流体の供給を制御するための装置であって、加圧された流体を供給する供給インレットと、加圧された流体を排出する排出アウトレットと、前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間のメインダクトと、制御手段とを備えている装置において、
− 前記供給インレットを前記排出アウトレットに接続している補助ダクトと、
− 前記メインダクトにおける流れを遮断することができる移動封止要素であって、該移動封止要素は第１端部及び第２端部を備えており、前記移動封止要素の前記第１端部が、前記供給インレットのレベルで流体の圧力を受けるようになっており、前記移動封止要素は前記第１端部によって、前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間の連通を遮断した状態でバルブシートに着座している、移動封止要素と、
− 前記補助ダクトにおける流れを遮断することができる封止手段と、
− 前記移動封止要素の前記第２端部及び前記封止手段によって画定された案内チャンバと、
− 該案内チャンバと前記供給インレットとの間の常時連通手段と、
を更に備え、
加圧された流体が接触する前記移動封止要素の前記第１端部の表面及び前記第２端部の表面、並びに前記補助ダクトの第２部分の通路部分は、前記封止手段が閉じた状態においては、前記移動封止要素がそのバルブシートに当接した状態に保たれて前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間の流体の循環を遮断しており、前記封止手段が開放された状態においては、前記移動封止要素がそのバルブシートから離間して前記供給インレットと前記排出アウトレットとの間での流体の流れを可能としている。

例えば前記移動封止要素は、前記第１端部を前記第２端部に接続している貫通通路を備え、前記案内チャンバと前記供給インレットとの間の常時連通を確保している。

前記封止手段は、例えば封止要素と、該封止要素を閉位置と開位置との間で移動させるアクチュエータ等を具備することができる。

前記封止要素は制御ニードルバルブであって良い。

実施例においては、前記アクチュエータは全開または全閉させるものであって良い。

別な実施形態においては、前記アクチュエータは比例制御を行うものであって良い。

有利には、前記封止手段は電磁弁で構成される。

本発明の別な主題は、内燃機関の少なくとも１つのピストンを冷却するためのシステムであって、本発明による少なくとも１つの制御装置を備え、前記制御装置の前記供給インレットは加圧された流体源に接続されており、前記排出アウトレットは少なくとも１つの冷却ノズルに接続されている。

本発明は以下の記述及び添付図面から良好に理解されるであろう。

本発明の実施例の制御装置の概略断面図であって、ノズルが流体の供給を行っていない位置にある様子を示すものである。 図１の制御装置において、流体の供給に関してノズルが中間位置にある様子を示す概略断面図である。 図１の制御装置において、ノズルが流体の供給を行う位置にある様子を示す概略断面図である。 図１の制御装置において、流体の供給に関してノズルが遮断位置にある様子を示す概略断面図である。

以下の説明にあっては、制御装置は、内燃機関のピストン冷却ノズルへの供給装置に適用されるものである。しかしながら本発明は、流体が用いられ、この流体の供給を制御する必要のある全ての技術分野に適用可能なものである。更に、説明を簡単にするために「オイル」という用語が制御装置を循環している流体を示すために用いられているが、本発明はオイルの供給に限定されるものではなく、他の任意の流体にも使用可能なものである。

図１〜図４に示された制御装置２は、加圧されたオイル源と少なくとも１つの冷却ノズルとの間に配されており、オイルノズルの圧力源が概略的に表されている。冷却ノズルは、内燃機関のピストン（不図示）の底部に対してオイルを噴射することを意図したものである。制御装置２は、１つまたは複数のノズルの加圧されたオイルの供給を制御している。

ノズルのオイル供給を制御する場合には、制御装置はクランクケースに固定される。

制御装置は供給インレット８（以下、「インレット」）及び排出アウトレット１０（以下、「アウトレット」）を備えている。インレット８は加圧されたオイル源（不図示）、例えばオイルポンプに接続されるものであり、アウトレット１０は、少なくとも１つの冷却ノズル（不図示）に接続されるものである。インレット８とアウトレット１０とは、メインダクト１１によって接続されている。

制御装置は更に、インレット８とアウトレット１０との間に介在し、インレット８とアウトレット１０との間での流体的な連通を制御する手段を備えている。

制御手段は、インレット８とアウトレット１０との間のメインダクト１１内に配され、インレット８とアウトレット１０との間の連通を制御している。制御手段は、インレット８とアウトレット１０とを接続している補助ダクト（secondary duct）１２、この補助ダクト１２内に配された封止手段１６を備えており、インレット８と封止手段１６との間に位置している第１部分１２．１、及び封止手段１６と排出アウトレット１０との間に位置している第２部分１２．２が画定されている。

制御手段は、第１部分１２．１内で移動する移動封止要素１４を備えており、この移動封止要素１４は、インレット８に並んで形成された（line）バルブシート１７上に位置するように設けられている。この移動封止要素１４は、長手方向軸線Ｘを有し、第１部分１２．１内をこの軸線Ｘに沿って移動可能とされている。

案内チャンバ（pilot chamber）１８が、移動封止要素１４と封止手段１６との間に配されている。

案内チャンバ１８は、常時インレット８と連通している。実施例においては、移動封止要素１４は通路２０を備え、インレット８と案内チャンバ１８との常時連通を確保している。また実施例においては、通路２０は移動封止要素１４の軸線Ｘと同軸に形成されているが、移動封止要素１４の軸線Ｘに関してオフセットして形成することも可能である。

補助ダクト１２の第２部分１２．２は、案内チャンバ１８におけるアウトレット１０への流量が、インレット８における案内チャンバ１８への流量よりも大きくなるように形成されている。例えば、補助ダクト１２の第２部分１２．２の通路の区域は、移動封止要素１４に通じる通路の区域よりも大きくされている。

実施例においては、封止手段１６は、アクチュエータによって移動可能な制御ニードルバルブである。封止手段は、例えば電磁弁とすることも可能である。コマンドに応じて流体の流れを断続することができる任意の手段を用いることが可能である。例えば、圧電性アクチュエータまたは油圧アクチュエータを用いることも想定可能である。用途によっては、手動制御の封止手段も用いることができる。

移動封止要素１４は、インレット８で流体圧力を受ける第１長手端部１４．１と、案内チャンバ１８内で流体圧力を受ける第２長手端部１４．２とを備えている。加圧されたオイルに曝される第２長手端部１４．２の表面は、加圧された流体に曝される第１長手端部１４．１の表面よりも大きくされており、これにより、インレット８及び案内チャンバ１８に同じ圧力が存在する場合には、移動封止要素１４は押し戻されてバルブシート１７に着座し、インレット８とアウトレット１０との間の連通を遮断する。

実施例においては、第１長手端部１４．１は先端を切欠かれた円錐形状を成しており、封止手段がシート部から離間した場合に流体に曝される封止手段の第１長手端部１４．１は、封止要素の第２端部のそれと同じ表面である。しかしながらオイルの流れ及び損失水頭により、メインダクト１１における圧力は、インレット８の圧力となっている案内チャンバ１８の圧力よりも低くなっている。他の形状を有する封止要素も本発明の範囲を逸脱するものではない。

本発明による制御装置の作動について、以下に説明する。

流体を冷却ノズルに供給するための用途においては、制御装置は通常、（図３に示されるように）オープンの状態にあり、冷却ノズルへの供給が可能となっている。他の用途については、通常はクローズの状態とし、供給を遮断されていて構わない。

図１に示されるように供給が遮断されている位置では、ニードルバルブ１６は、案内チャンバ１８から補助ダクト１２の第２部分１２．２への流れを遮断している。インレット８と案内チャンバ１８との間での常時連通、及びニードルバルブのクローズ状態により、案内チャンバ１８内におけるオイル圧力は、インレット８でのオイル圧力に等しい。案内チャンバ１８内のオイルに接している移動封止要素１４の第２長手端部１４．２の表面は、インレット８でオイルに接している移動封止要素１４の第１長手端部１４．１の表面よりも大きく、案内チャンバ１８内でオイルによって移動封止要素１４に生じる力は、移動封止要素１４をバルブシート１７に向けて付勢する。これにより、インレット８とアウトレット１０との間の連通は遮断される。ノズルにはオイルは供給されない。

冷却ノズルにオイルを供給することが必要となった場合、制御ニードルバルブは摺動し、案内チャンバ１８と補助ダクト１２の第２部分１２．２とを連通可能とする（図２参照）。この連通により、第２部分１２．２を介して案内チャンバ内の流体のアウトレット１０への流れが生じる。更に、第２部分１２．２を通過する流量は案内チャンバ１８におけるインレット８の流量よりも大きく、案内チャンバ１８内の圧力は、排出アウトレット１０の方向に第２部分１２．２を通過する流れによって低下し、従ってインレットからアウトレットへと圧力は低下していく。そして移動封止要素１４の第１端部に付与される供給インレット８のレベルでのオイル圧力は、案内チャンバ１８内の移動封止要素１４の第２端部に付与されるオイル圧力よりも大きく、これにより加圧されたオイルによって移動封止要素１４の第１長手端部１４．１に付与される力は、案内チャンバ１８内に収容されているオイルによって移動封止要素１４の第２長手端部１４．２に付与される力よりも大きい。このため移動封止要素１４は、案内チャンバ１８の容積を減らすように補助ダクト１２の第１部分１２．１内へ移動する。移動封止要素１４は、動圧及び静圧によってバルブシート１７から遠ざかるように移動し、この結果、メインダクト１１を介して供給インレット８から排出アウトレット１０へのオイルの流れを可能とする（図３参照）。

ノズルのオイル供給を遮断することが決定された場合、制御ニードルバルブは再び補助ダクト１２の第１部分１２．１と第２部分１２．２との間の連通を遮断するように摺動される（図４参照）。案内チャンバ１８には移動封止要素１４を貫通している通路を介して常にオイルが供給されているが、このオイルは第２部分１２．２を通じて排出されることはない。案内チャンバ１８内の圧力は、供給インレット８の圧力に達するまで増加する。オイルの流れ及び損失水頭により、メインダクト１１における圧力は、インレット８の圧力となっている案内チャンバ１８の圧力よりも低くなっており、このため移動封止要素１４にかかるバルブシート１７の方向への力によって、流体の通路は完全に遮断される。従って、供給インレット８と排出アウトレット１０との間の流れは再び遮断される（図１参照）。

実施例においては、封止手段の開閉については、全開または全閉の状態のみとなっているが、封止手段を比例的に開放する手段を用いることにより、案内チャンバ１８と補助ダクト１２の第２部分１２．２との間で部分的な連通を提供しても構わない。

本発明によれば、封止手段については非常に小さなストローク及びサイズを維持する一方で、移動封止要素を大きなサイズとするか、及び／または重要なストロークをさせて良い。なぜなら封止要素の制御は案内チャンバ内の圧力によって支援されるからである。そして制御装置を非常に小型化することが可能となる。

更に、供給インレットと排出アウトレットとの間に二次的通路を備え、大気圧への通気口を必要としないので、制御装置の簡素化を実現することができる。製造コストも低減される。

更に、本発明の装置は、既存の冷却回路に簡単に実装することができる。

本発明の装置は、特に内燃機関の１つまたは複数のピストン冷却ノズルの流体の供給を制御するのに好適である。しかしながら本発明の装置は、流体を用いて供給の制御を必要とする全てのシステムに適用され得ることは理解されるべきである。

２ 制御装置
８ 供給インレット
１０ 排出アウトレット
１１ メインダクト
１２ 補助ダクト
１２．１ 補助ダクトの第１部分
１２．２ 補助ダクトの第２部分
１４ 移動封止要素
１４．１ 移動封止要素の第１長手端部
１４．２ 移動封止要素の第２長手端部
１６ 封止手段
１７ バルブシート
１８ 案内チャンバ
２０ 移動封止要素の通路
Ｘ 移動封止要素の軸線

Claims (8)

1. 加圧された流体源からシステムへの流体の供給を制御するための装置であって、加圧された流体を供給する供給インレット（８）と、加圧された流体を排出する排出アウトレット（１０）と、前記供給インレット（８）と前記排出アウトレット（１０）との間のメインダクト（１１）と、制御手段とを備えている装置において、
   − 前記供給インレット（８）を前記排出アウトレット（１０）に接続している補助ダクト（１２）と、
   − 前記メインダクト（１１）における流れを遮断することができる移動封止要素（１４）であって、該移動封止要素（１４）は第１端部（１４．１）及び第２端部（１４．２）を備えており、前記移動封止要素（１４）の前記第１端部（１４．１）が、前記供給インレット（８）のレベルで流体の圧力を受けるようになっており、前記移動封止要素（１４）は前記第１端部（１４．１）によって、前記供給インレット（８）と前記排出アウトレット（１０）との間の連通を遮断した状態でバルブシート（１７）に着座している、移動封止要素（１４）と、
   − 前記補助ダクトにおける流れを遮断することができる封止手段と、
   − 前記移動封止要素（１４）の前記第２端部（１４．２）及び前記封止手段によって画定された案内チャンバ（１８）と、
   − 該案内チャンバ（１８）と前記供給インレット（８）との間の常時連通手段と、
   を更に備え、
   加圧された流体が接触する前記移動封止要素の前記第１端部（１４．１）の表面及び前記第２端部（１４．２）の表面、並びに前記補助ダクトの第２部分（１２．１）の通路部分は、前記封止手段が閉じた状態においては、前記移動封止要素（１４）がそのバルブシート（１７）に当接した状態に保たれて前記供給インレット（８）と前記排出アウトレット（１０）との間の流体の循環を遮断しており、前記封止手段が開放された状態においては、前記移動封止要素がそのバルブシート（１７）から離間して前記供給インレット（８）と前記排出アウトレット（１０）との間での流体の流れを可能としている、ことを特徴とする制御装置。
2. 前記移動封止要素（１４）は、前記第１端部（１４．１）を前記第２端部（１４．２）に接続している貫通通路を備え、前記案内チャンバ（１８）と前記供給インレット（８）との間の常時連通を確保している、ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記封止手段は、封止要素と、該封止要素を閉位置と開位置との間で移動させるアクチュエータ等を備えた、ことを特徴とする請求項１または２に記載の制御装置。
4. 前記封止要素は制御ニードルバルブである、ことを特徴とする請求項３に記載の制御装置。
5. 前記アクチュエータは全開または全閉させるものである、ことを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
6. 前記アクチュエータは比例制御を行うものである、ことを特徴とする請求項３または４に記載の制御装置。
7. 前記封止手段は電磁弁で構成される、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の制御装置。
8. 内燃機関の少なくとも１つのピストンを冷却するためのシステムであって、請求項１〜７のいずれか一項に記載の制御装置を備え、前記制御装置の前記供給インレット（８）は加圧された流体源に接続されており、前記排出アウトレット（１０）は少なくとも１つの冷却ノズルに接続されている、ことを特徴とするシステム。

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