JP2016160934A

JP2016160934A - 予燃焼室のガスバルブ

Info

Publication number: JP2016160934A
Application number: JP2016031915A
Authority: JP
Inventors: ヤコブラファエル; Raphael Jacob
Original assignee: GE Jenbacher GmbH and Co OHG
Current assignee: Innio Jenbacher GmbH and Co OG
Priority date: 2015-02-27
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2016-09-05
Also published as: CA2921629C; CA2921629A1; US10184386B2; CN106014695B; EP3061961B1; KR20160105316A; AU2016201132A1; BR102016003825A2; EP3061961A1; US20160252005A1; AT516621B1; CN106014695A; AT516621A4

Abstract

【課題】最新技術をしのいで改良されている予燃焼室のガスバルブ、および予燃焼室のガスバルブを製造するための工程を提供する。【解決手段】バルブ本体（２４）と、少なくとも１つのバルブばね（１５）と、少なくとも１つのバルブニードル（１４）とを含む予燃焼室のガスバルブ（５）であって、バルブ本体（２４）は、動作状態においてガスにより作用される下部空間（２１）と、内部に前記バルブばね（１５）が配置される上部空間（２２）とを有しており、上部空間（２２）は、プレス式プラグ（１７）によって閉鎖される。【選択図】図５ａ

Description

本発明は、請求項１の分類記載部分（ｃｌａｓｓｉｆｙｉｎｇｐｏｒｔｉｏｎ、特徴部分）に記されている特徴を有する予燃焼室（ｐｒｅ−ｃｈａｍｂｅｒ、副室）のガスバルブ、およびこのような予燃焼室のガスバルブを製造するための工程（プロセス）に関する。

所定のボア（約１５０ｍｍ）（ｂｏｒｅ、内径）を超えると、（ガス）内燃機関に点火増強用の予燃焼室が取り付けられる。予燃焼室内へ突き出す点火源は、そこに存在しかつフラッシュ式予燃焼室の場合には比較的高濃度である混合気に点火し、これにより、点火フレアが予燃焼室から主燃焼室へ移ってそこに存在する混合気に点火する。

予燃焼室へ燃料を供給する設計概念は、様々なものが存在する。非フラッシュ式の予燃焼室の場合、混合気は、圧縮行程において主燃焼室から予燃焼室内へと推進される。

フラッシュ式予燃焼室の場合には、予燃焼室に燃料が追加的に供給される可能性もある。この別々の燃料供給は、予燃焼室のガスバルブによって実行される。このバルブは、シリンダヘッド内へ直に、またはスパークプラグ・スリーブ内に配置されることが可能である。

本発明と同種の一般的な発明対象に関するＥＰ０４８０５４５号（特許文献１、ヤンマーディーゼルエンジン株式会社）は、燃料ガスが通路（１８）を通って供給される予燃焼室のガスバルブを開示している。この構造体は、互いに嵌合される複数のスリーブ形同心部材（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）を備える。ガス供給は、部分的に、このスリーブ形部材の壁内の深いボア（ｂｏｒｅ、穴）によって実行される。

特開平０４−７１２５６号公報（特許文献２）は、上部空洞（ｃａｖｉｔｙ）がスリーブで作られる予燃焼室のガスバルブを示している。ＷＯ２００４／０９９５８４（特許文献３）には、バルブばねが作動する上部空洞の閉鎖方法が見えない予燃焼室のガスバルブが示されている。

米国特許第２，６（特許文献４）は、上部の空洞が、バルブ本体にねじ込まれるプラグによって閉鎖される予燃焼室のガスバルブを教示している。

欧州特許第０４８０５４５号明細書日本国特開平０４−１７１２５６号公報国際公開第２００４／０９９５８４号パンフレット米国登録特許第２，６６７，１５５号明細書

本発明の目的は、最新技術をしのいで改良されている予燃焼室のガスバルブ、および予燃焼室のガスバルブを製造するための工程を提供することにある。

この目的は、請求項１に記載されている特徴を有する予燃焼室のガスバルブ、および請求項９または請求項１０に記載されているその製造工程によって達成される。効果的な構成は、従属請求項に列挙されている。

本発明によれば、バルブ本体における、バルブばね（ｖａｌｖｅｓｐｒｉｎｇ）が配置される空間は、プレス式プラグ（ｐｒｅｓｓｅｄｐｌｕｇ）によって閉鎖されることが規定されている。これは、最新技術をしのぐ実質的な構造的改良を表す。最新技術から知られる予燃焼室のガスバルブは、スリーブによって閉鎖されるが、これは、芯出し（ｃｅｎｔｅｒｉｎｇ）のための複雑で高価なステップ（ｓｔｅｐｓ）の製造を必要とする。

バルブニードル（ｖａｌｖｅｎｅｅｄｌｅ）を弁座（ｖａｌｖｅｓｅａｔ、バルブシート）に対して固定する（ｂｒａｃｉｎｇ、支持する）ためには、予燃焼室のガスバルブのバルブ本体へと導入されることが可能でありかつバルブニードルへ接続されるキャップ（ｃａｐ）が使用されるものと規定することができる。

好ましくは、キャップは、予燃焼室のガスバルブの開放状態において、バルブ本体に当接（ｂｅａｒａｇａｉｎｓｔ）するものと規定することができる。これにより、必然的に、バルブニードルの動きは、十分に画定された端位置を有する、という特定の優位な点が生じる。突合わせ部は、好ましくは、予燃焼室のガスバルブの上部空間が直径の異なる少なくとも２つの部分を有し、この場合、キャップは、直径が大きい方の部分において移動可能であって、予燃焼室のガスバルブの開放位置に達すると、直径が大きい方の部分と直径が小さい方の部分との間に形成されるショルダ（ｓｈｏｌｄｅｒ、肩部）上に存在するような方法で、形成されることが可能である。望ましくは、バルブばねは、直径が小さい方の部分内に配置される。その場合、直径が小さい方の部分には、バルブばねのための案内（ｇｕｉｄａｎｃｅ）が提供される。さらに、これにより、特に小型化した構造体および製造の容易さが保証される。

部材（好ましくは、少なくともハウジング（ｈｏｕｓｉｎｇ、筐体））は、耐久性のために、硬化されることが可能である。ハウジングが二部構造であれば、硬化は、溶接をさらに困難にする。他の接合処置は、何れも、利用可能な空間の観点から困難である。接続部は、封止されかつ固定（ｆｉｘ）されなければならなくなる。したがって、ハウジングは、一体構造であることが好ましい。

好ましくは、バルブ本体は、一体式（ｏｎｅｐｉｅｃｅ）であると規定することができる。この変形例は、こうして製造される予燃焼室のガスバルブが特に頑丈であるという理由で、特に効果的である。製造においては、高価な組立てステップも省略される。

バルブニードルの案内は、同時に予燃焼室のガスバルブのハウジングも形成するバルブ本体によって実行される、と規定することができる。これにより、特に効果的な部材の統合効果が提供される。したがって、バルブ本体は、複数の機能を達成する。

予燃焼室のガスバルブのバルブヘッドの座（ｓｅａｔ）と予燃焼室のガスバルブの、予燃焼室への開口（ｔｈｅｍｏｕｔｈｏｐｅｎｉｎｇ、マウス開口）との間、または予燃焼室のガスバルブのバルブヘッドの座と予燃焼室のガスバルブの通路への開口との間には、空間が存在する、と規定することができる。好ましくは、この空間は、予燃焼室へ向かって狭まるまさに略洋梨形（ｐｅａｒ−ｓｈａｐｅｄ）の構造であることが規定される。

また、予燃焼室のガスバルブを製造するための工程に関しても、保護が請求される。

これに基づき、上部空間を閉鎖するために、プラグがバルブ本体へ、プレス接続（ｐｒｅｓｓｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ、加圧接続）によって接続されることが規定される。

代替的に、または追加的に、バルブばねを弁座に固定する（ブレースする）キャップは、予燃焼室のガスバルブのバルブニードルへ、ビーム溶接（ｂｅａｍｗｅｌｄｉｎｇ）によって接続されることが規定される。

本発明を、図面によってさらに詳細に例示する。

スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。スパークプラグ・スリーブを示す。ガス供給概念に関する詳細を示す。ガス供給概念に関する詳細を示す。ガス供給概念に関する詳細を示す。ガス供給概念に関する詳細を示す。ガス供給概念に関する詳細を示す。予燃焼室のガスバルブを示す。予燃焼室のガスバルブの変形例を示す。

図１ａ〜図１ｃは、第１の例によるスパークプラグ・スリーブ４を３つの図で示している。スパークプラグ・スリーブ４は、据付け状態において、シリンダヘッド２内へ嵌合されている。

したがって、図１ａは、スパークプラグ６（不図示）および予燃焼室のガスバルブ５を収容する空洞７を介する縦断面（長手軸断面、ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｅｃｔｉｏｎ）を示している。本実施形態における空洞７は、スパークプラグ・スリーブ４内に設けられている。

空洞７は、一方で、スパークプラグ６を受け入れるために、対称軸Ｓ１を中心に同軸である、シリンダ部分より成るシャフトを含む。

空洞７は、さらに、予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるための、対称軸Ｓ２を有するボア１０を有する。

通路８は、予燃焼室のガスバルブ５から予燃焼室３へ繋がる。予燃焼室３は、一方に、実際の空洞、換言すれば、内部で混合気の点火が行われる中空空間、を備える。当然ながら、予燃焼室３は、物理的な部品（ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ）でもある。本実施形態において、予燃焼室３は、スパークプラグ・スリーブ４とは分離された部品の形式であって、スパークプラグ・スリーブ４へ例えば加圧によって連接（ｃｏｎｎｅｃｔ）される。

明瞭さのために図示されていないスパークプラグ６は、予燃焼室３と面一（ｆｌｕｓｈ）になって終わり、かつその電極が予燃焼室３内へ突き出すようにして、対称軸Ｓ１と同軸のシャフトによりスパークプラグ・スリーブ４内へ導入される。予燃焼室３には、予燃焼室のガスバルブ５により、通路８を通じて燃焼ガスが混入される。予燃焼室３における点火後、点火された混合気は、フロー移動ボア９を通って主燃焼室（不図示）へと移動する。

図１ｂは、図１ａにおける図の平面図を示す。並列する円筒シャフトは、スパークプラグ６および予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるために空洞７内に配置されていることが分かる。スパークプラグ６は、図１ａを参照して説明したように、図示されていない。予燃焼室のガスバルブ５内に、予燃焼室のガスバルブ５をスパークプラグ・スリーブ４内へねじ込む八角形を見ることができる。本実施形態では、最大ボア径Ｄ１（内径Ｄ１）の空洞７が存在しているが、平面図において、これは、スパークプラグ６および予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるためのボア（穴）に外接している。言い替えれば、この実施形態では、スパークプラグ６および予燃焼室のガスバルブ５に共通のシャフトが存在する。直径Ｄ１であるこの最大ボアの中心線は、対称軸Ｓ１と対称軸Ｓ２との間に存在する。共通のシャフトは、スパークプラグ６および予燃焼室のガスバルブ５の取り付けに関して優位点を有するが、残りの壁厚が僅かでしかないことに起因して、スパークプラグ・スリーブ４を弱める。

図１ｃは、本実施形態のスパークプラグ・スリーブ４を示す斜視図である。

図２ａ〜図２ｃは、さらなる実施形態によるスパークプラグ・スリーブ４を示す様々な図である。

図１ａ〜図１ｃの実施形態では、空洞７が、その最大直径において、スパークプラグを受け入れるためのボア（穴）、さらに予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるためのボア（穴）の双方に外接する円筒部分を有するが、本実施形態において、空洞７の最大直径は、もはやスパークプラグ・スリーブ４のボア全体を包囲しない。そうではなく、予燃焼室のガスバルブ５のボア１０は、その上側部分が、最大直径であるスパークプラグのボア１１を通り抜ける。これは、特に、図２ｂおよび図２ｃにおける図から明白となるであろう。したがって、平面図（図２ｂ）では、予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるためのボア１０と、スパークプラグ６を受け入れるためのボアとが重なり合っている。

図３ａ〜図３ｃでは、さらなる例を示している。この場合も、予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるためのボアは、空洞７の最大直径によって外接されていない。言い替えれば、この場合もやはり、スパークプラグ６を受け入れるためのボア（穴）および予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるためのボアは、互いに通り抜け合う。図２ａ〜図２ｃに示されている実施形態に比較すると、この場合の空洞７は、輪郭が変更されている。この場合、空洞７の輪郭は、スパークプラグ６および予燃焼室のガスバルブ５を受け入れるための円筒ボアが互いに流動的に混和し合うような形状である。言い替えれば、図２ａ〜図２ｃの実施形態における鋭い移行部（ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ）が、ここでは、２つのボア（穴）の移行部における滑らかな丸みに代わっている。

図４ａは、スパークプラグ・スリーブ４に沿った断面を示していて、断面は、予燃焼室のガスバルブ５へのガス供給をはっきりと例示するように位置合わせされている。図４ｂには、断面線が略示されている。ガス供給路１２が、予燃焼室のガスバルブ５を支えるボア１０へと開放される状態を見ることができる。ボア１０は、予燃焼室のガスバルブ５と共に、ガス供給路１２がその内部へと開放される環状通路１３を形成する。流入するガスは、ボア１０（穴１０）および予燃焼室のガスバルブ５によ（ａｎｎｕｌａｒｐａｓｓａｇｅ１３）り形成される環状通路１３から予燃焼室のガスバルブ５内へと一様に案内される。

図４ｃは、スパークプラグ・スリーブ４に沿った縦断面を示している。断面線は、図４ｄに見ることができる。図４ｃから分かるように、この場合のセクショニングは、ガス供給路１２の、対称軸Ｓ１に対して平行に延びる部分も見ることができるように選択されている。

図４ｅは、予燃焼室のガスバルブ５およびそのガス供給の配置を示す等角斜視図である。ガス供給は、ガス供給路１２の水平部分および垂直部分によって提供される。

図５ａは、予燃焼室のガスバルブ５を示す断面図である。環状通路１３が、空洞７の壁１０と予燃焼室のガスバルブ５の外部輪郭との間に形成されることをはっきりと見ることができる。壁１０は、シリンダヘッド２自体、または、シリンダヘッド２内へ嵌合されるスパークプラグ・スリーブ４の何れかによって形成されることが可能である。

バルブニードル１４は、ばね１５によってその座に固定（ブレース）される。キャップ１６は、ばね１５を包含し、かつバルブニードル１４へ連接される。この接続は、好ましくは、ビーム溶接によって行われることが可能である。

本実施形態は、予燃焼室のガスバルブ５の開放状態において、キャップ１６がバルブ本体２４に突合せ関係（ａｂｕｔｍｅｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐ）で当接する、特に好ましい状況を示している。これにより、必然的に、バルブニードル１４の動きは、十分に画定された端位置（ｅｎｄｐｏｓｉｔｉｏｎ）を有する、という特定の優位な点が生じる。この目的に沿って、予燃焼室のガスバルブ５の上部空間２２は、直径が異なる２つの円筒部分に細分されている。キャップ１６は、予燃焼室のガスバルブ５の長手軸方向の本図では右へ、換言すればプラグ１７の方向へ移動可能である。予燃焼室のガスバルブ５の開放位置に達すると、キャップ１６は、空間２２における直径が大きい方の部分と直径が小さい方の部分との間に形成されるショルダと突合せ関係になる。バルブばね１５は、空間２２の直径が小さい方の部分内に配置されている。プラグ１７は、空間２２を閉鎖し、かつ予燃焼室のガスバルブ５を上側へ密封する。本例の場合、プラグ１７は、バルブ本体２４と、プレス嵌めによって接続されている。バルブ本体２４は、一体式に、シリンダヘッド２内の弁座を起点に弁座とは反対向き（ｆａｃｉｎｇａｗａｙ、外側に向かって）の（予燃焼室のガスバルブ５の）端まで延びる。

弁座の直前には、さらなる空間２１が設けられている。空間２１には、環状の間隙１３から延びる通路２０によってガスが供給される。

予燃焼室のガスバルブ５のバルブヘッドの座（ｓｅａｔ）と予燃焼室のガスバルブ５の、予燃焼室３への開口（ｍｏｕｔｈｏｐｅｎｉｎｇ）との間、または予燃焼室のガスバルブ５のバルブヘッドの座と予燃焼室のガスバルブ５の通路８への開口との間には、さらなる空間２３が配置されている。本図では円筒形であるが、空間２３は、他の形状を想定することもできる。例えば、これは、洋梨形の構造であってもよい。

空洞７に対する環状通路１３のシーリングは、Ｏ−リング１８によって半径方向に実行される。これらのＯ−リングは、突起１９によって形成される環状の受容手段内に配置される。したがって、ここに示されている予燃焼室のガスバルブ５のシーリングの概念は、予燃焼室のガスバルブ５のシーリングが半径方向に実行される、換言すれば、予燃焼室のガスバルブ５の外面によって実行されることを規定する。

環状の間隙１３に面する突起１９の側面（ｆｌａｎｋ、フランク）もまた、環状の間隙１３を画定している。したがって、突起１９は、一方で、この場合はＯ−リングの形式であるシーラントの受け入れを提供する機能を実行し、他方で、突起１９は、環状の間隙１３を画定もする。

図５ｂは、空間２３が、予燃焼室３へ向かって狭まるまさに実質的に洋梨形の構造である、図５ａの変形例を示している。この構造は、流体の観点から特に効果的である。

１：内燃機関
２：シリンダヘッド
３：予燃焼室
４：スパークプラグ・スリーブ
５：予燃焼室のガスバルブ
６：スパークプラグ
７：空洞
８：通路
９：フロー移動ボア（穴）
１０：空洞７の壁
１１：スパークプラグのボア（穴）
１２：ガス供給路
１３：環状通路
１４：バルブニードル
１５：バルブばね
１６：キャップ
１７：プラグ
１８：Ｏ−リング
１９：突起
２０：ガス通路
２１：予燃焼室のガスバルブの下部空洞
２２：予燃焼室のガスバルブの上部空洞
２３：空間
２４：バルブ本体
Ｓ１：対称軸
Ｓ２：対称軸

Claims

バルブ本体（２４）と、少なくとも１つのバルブばね（１５）と、少なくとも１つのバルブニードル（１４）と、を含む予燃焼室のガスバルブ（５）であって、前記バルブ本体（２４）が、動作状態においてガスにより作用される下部空間（２１）と、内部に前記バルブばね（１５）が配置される上部空間（２２）と、を有し、前記上部空間（２２）が、プレス式のプラグ（１７）によって閉鎖されることを特徴とする予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記バルブ本体（２４）は、前記シリンダヘッド（２）内の弁座から、前記弁座の、前記予燃焼室のガスバルブ（５）とは反対向きの端まで一体式に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記バルブニードル（１４）を弁座に対して固定するために、前記予燃焼室のガスバルブ（５）の前記バルブ本体（２４）へと導入されることが可能であり、かつ前記バルブニードル（１４）へ接続されるキャップ（１６）が設けられることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記キャップ（１６）は、前記予燃焼室のガスバルブ（５）の開放状態において、前記バルブ本体（２４）に突合せ状態で当接することを特徴とする請求項３に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記バルブ本体（２４）は一体式であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記バルブニードル（１４）の案内は、同時に前記予燃焼室のガスバルブ（５）のハウジングをも形成する前記バルブ本体（２４）自体によって実行されることを特徴とする請求項５に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記予燃焼室のガスバルブ（５）のバルブヘッドの座と前記予燃焼室のガスバルブ（５）の、予燃焼室（３）への開口との間、または前記予燃焼室のガスバルブ（５）の前記バルブヘッドの前記座と前記予燃焼室のガスバルブ（５）の通路（８）への開口との間に、空間（２３）が設けられることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記空間（２３）は、前記予燃焼室（３）へ向かって狭まる略洋梨形の構造であることを特徴とする請求項７に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
前記予燃焼室のガスバルブ（５）は、その外部輪郭に少なくとも１つの突起（１９）を有しており、当該少なくとも１つの突起（１９）は、環状通路（１３）へ向かうその側面もまた前記環状通路（１３）を画定し、かつその他方の側面に前記予燃焼室のガスバルブ（５）を収容する空洞（７）の壁（１０）から前記予燃焼室のガスバルブ（５）を密封するためのシーラントが当接することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）。
バルブ本体（２４）を含む予燃焼室のガスバルブ（５）で、好ましくは請求項１から９のいずれか１項に記載の予燃焼室のガスバルブ（５）を製造するための工程であって、前記バルブ本体（２４）は、動作状態においてガスにより作用される下部空間（２１）と、内部にバルブばね（１５）が配置される上部空間（２２）とを有しており、前記上部空間（２２）を閉鎖するために、プラグ（１７）が前記バルブ本体（２４）へプレス接続またはねじ接続によって接続されることを特徴とする工程。
バルブニードル（１４）を弁座に対して固定するためのバルブばね（１５）を含む予燃焼室のガスバルブ（５）であって、好ましくは請求項１から請求項８までのうちの少なくとも１つに記載の予燃焼室のガスバルブ（５）を製造するための工程であって、前記バルブばね（１５）を前記弁座に対して固定するためのキャップ（１６）が前記予燃焼室のガスバルブ（５）の前記バルブニードル（１４）へビーム溶接によって連接されることを特徴とする工程。