JP2016513205A - ガスを吹き込むための弁 - Google Patents

Abstract

本発明は、内燃機関（１０）に用いられる、ガス状の燃料を吹き込むための弁（２００）であって、該弁（２００）が、ハウジング（２０１）を備えており、該ハウジング（２０１）が、その長手方向の延在（Ａ−Ａ）に関して、ガス状の燃料のための流入区分（２０３）および流出区分（２０４）と、流入区分（２０３）と流出区分（２０４）との間に位置する駆動部材区分（２０２）とを有しており、第１の調整要素（２０９）が設けられており、該第１の調整要素（２０９）が、流入区分（２０３）に対応配置されていて、第１の調整要素（２０９）の切換位置に関連して、ガス状の燃料の供給を許容するかまたは阻止するようになっている、ガス状の燃料を吹き込むための弁に関する。第２の調整要素（２１０）が設けられており、該第２の調整要素（２１０）が、流出区分（２０４）に対応配置されていて、第２の調整要素（２１０）の切換位置に関連して、ガス状の燃料の放出を許容するかまたは阻止するようになっている。１つの作動駆動部材（２０６）が設けられており、該作動駆動部材（２０６）が、駆動部材区分（２０２）内に配置されていて、両調整要素（２０９，２１０）に連結されており、両調整要素（２０９，２１０）が、互いに独立して開放位置にもたらされるようになっている。

Description

本発明は、請求項１記載の、内燃機関の燃焼室内にガスを吹き込むための弁に関する。

近年の内燃機関には、公知の液状の燃料、たとえばガソリンまたはディーゼルのほかに、経済的なかつ環境政策上の理由から、ガス状の燃料、特に天然ガス（圧縮天然ガス：ＣＮＧ）もますます使用されるようになってきている。まだ広い範囲にわたって整備されていない天然ガス供給スタンドに対するインフラストラクチャに基づき、液状の燃料とガス状の燃料とが度々使用され、内燃機関が両燃料で選択的に運転されるようになっている。これは、単に一種類の燃料によるモノバレント運転と異なり、内燃機関のバイバレント運転と呼ばれている。

このような内燃機関のガス供給システムは、通常、ガス貯蔵器と、遮断弁と、温度・圧力センサと、減圧器または圧力調整器と、内燃機関のシリンダの数に対応した数のガス吹込み弁と、相応の流体管路と、電子式の制御装置とを有している。

天然ガスは、通常、１つ以上のボンベ内に最大２００ｂａｒの圧力で貯蔵される。この圧力は、減圧器または電気式の圧力調整器によって、ガス吹込み弁の入口に対する低い値に減少させられる。ガスが内燃機関の吸気管内に吹き込まれる場合（ポート噴射時）には、吹込み弁の特性に関連して、典型的な圧力値が２〜８ｂａｒの範囲内に設定される。

内燃機関の燃焼室内への燃料の直接的な噴射が提供する利点、たとえば、より少ないエミッションおよび低減された燃料消費率に鑑みて、天然ガスを内燃機関の燃焼室内に直接的に吹き込むことを可能にするシステムが公知である。しかしながら、このことを実現するためには、レールもしくはガス吹込み弁に加えられる天然ガスの圧力が、天然ガスの吸気管噴射時の圧力よりも高く設定されなければならない。この場合には、典型的な値が５〜２０ｂａｒの範囲内にあり、これによって、所要ガス量を、吸気管噴射に対して提供される期間よりも短い期間内で供給することができる。

ガス吹込み弁は、通常、いわゆる「電磁弁」として形成されている。この電磁弁には、アクチュエータとしてソレノイドコイルが設けられており、調整要素としてノズルニードルが設けられている。ソレノイドコイルとノズルニードルとは、電気的な制御に関連して、ガスを内燃機関の燃焼室内に放出するかまたはガス流れを阻止する。

ガス吹込み弁では、可能な燃料通流量の限界に即座にぶつかってしまう。なぜならば、液状の燃料に比べて少ないガスのエネルギ密度に基づき、弁の開放期間が同じ場合には、内燃機関の規定の出力を達成するために、液液体噴射弁よりも大きな開放横断面が必要となるからである。この必要となる開放横断面は、ノズルニードルのストロークの増大または弁ポペットの拡径によって実現することができる。しかしながら、この弁ポペットのより大きな直径は、これによって、弁ポペットに作用するガス力も高まってしまうという欠点を有している。

ストロークの増大の結果、ソレノイドコイルと、このソレノイドコイルにより操作可能な調整要素との間の間隔が大きくなればなるほど、調整要素を離反させることができる磁力はますます小さくなってしまう。これは、設定された供給電圧、設定された供給電流ならびに付与されたガス圧では、通流量が規定の量を上回ることができないことを意味している。

したがって、内燃機関の燃焼室内にガスを直接噴射するためには、外向き、すなわち、燃焼室内に向かって開放する弁ニードルを有するガス吹込み弁が使用される。このことは、供給すべきガスに対する流れ抵抗の減少に加えて、燃焼の間、内燃機関の燃焼室内のガス力が、戻しばねのばね力に対して付加的に弁開口を塞ぐという更なる利点を有している。

このようなガス吹込み弁における問題は、弁ニードルのシール座が、シリンダの燃焼室内の高い燃焼温度にさらされていて、したがって、シール座に用いられる材料として、良シール性の材料、たとえばプラスチックまたはゴムを排除している点にある。これによって、規定「ＥＣＥ Ｒ １１０」に準じて設定されている、ＣＮＧ装置の構成要素に対する封止要求を満たすことが困難となってしまう。さらに、必要となる高いシール力に基づき、シール座が、弁の閉鎖時に、高められた摩耗を被ってしまう。この摩耗を最小限に抑えるために、シール座および弁ポペットには高価な材料対が使用される。その上、このような高強度の材料対は、弁ニードルの衝突を招く傾向にある。

独国特許第１０２００９０１２６８８号明細書には、ガスを吹き込むための弁が記載されている。この弁は、少ない磁力で操作することができる。このために、調整要素と閉鎖要素とが設けられている。閉鎖位置では、調整要素がソレノイドコイルに対して少ない間隔を有している。調整要素は閉鎖要素に作用結合されており、これによって、ソレノイドコイルへの通電時に、調整要素が閉鎖要素をソレノイドコイルに向かって一緒に運動させるようになっている。さらに、閉鎖要素はソレノイドコイルの磁力によって、調整要素の運動に左右されずに、開放位置にまでソレノイドコイルにさらに近づけられる。調整要素と閉鎖要素とを設けることにより、調整要素の最初の運動と、この運動に結び付けられた閉鎖要素の運動とによって、弁の放出開口を開放することが可能となる。この場合、調整要素と閉鎖要素とが位置している放出室内の圧力が減少させられる。これによって、ガス圧と、これに関連した、閉鎖要素に加えられる力とが減少させられている。したがって、放出開口が完全に開放されている開放位置への閉鎖要素の更なる運動を少ない磁力で達成することができる。

独国特許第１０２００９０１２６８９号明細書に基づき、内燃機関の燃焼室内にガスを放出するための弁が公知である。この公知の弁はハウジングを有している。このハウジング内には、放出室が設けられている。この放出室は放出開口を有している。ハウジング内には、アクチュエータ、特にコイルと磁気的な閉鎖要素とを備えた電磁弁が配置されている。閉鎖要素は放出開口に対応配置されている。アクチュエータの操作に関して、閉鎖要素が放出開口を開閉する。閉鎖要素はハウジングのガイド内にガイドされている。閉鎖要素は放出室を通って放出開口にガイドされている。閉鎖位置では、閉鎖要素に放出室内で閉鎖要素の運動方向に対して側方からしかガス圧で荷重が加えられていない。したがって、閉鎖要素が少ない抵抗圧で閉鎖位置から開放位置に運動可能となる。これによって、閉鎖要素を運動させるために、より低出力のアクチュエータを使用することができる。

本発明の課題は、内燃機関の燃焼室内にガス状の燃料を直接的に吹き込むための改善された弁を提供することである。

この課題は、独立請求項の特徴によって解決される。有利な態様は、従属請求項に記載してある。

本発明は、内燃機関に用いられる、ガス状の燃料を吹き込むための弁において、ハウジングが、その長手方向の延在に関して、ガス状の燃料のための流入区分および流出区分と、流入区分と流出区分との間に位置する駆動部材区分とを有している点で優れている。第１の調整要素が、流入区分に対応配置されていて、第１の調整要素の切換位置に関連して、ガス状の燃料の供給を許容するかまたは阻止する。流出区分に対応配置された第２の調整要素が、この第２の調整要素の切換位置に関連して、ガス状の燃料の放出を許容するかまたは阻止する。１つの作動駆動部材が設けられており、この作動駆動部材が、駆動部材区分内に配置されていて、両調整要素に連結されており、両調整要素が、互いに独立して開放位置にもたらされるようになっている。

１つの態様によれば、両調整要素に対する作動駆動部材として、ソレノイドコイルが用いられる。これによって、ガス吹込み弁の極めて簡単かつ頑丈で廉価な構造が得られる。

一方の第１の調整要素が閉鎖体によって、圧力下で流入区分に加えられるガスに対する封止を引き受けていて、他方の第２の調整要素が別の閉鎖体によって、流出区分で内燃機関の燃焼室内に対する封止を形成している、ただ１つの作動駆動部材によって互いに独立して操作可能な２つの調整要素の使用によって、両閉鎖体および／または両閉鎖体のシール座に種々異なる材料を使用することが可能となる。

流入区分に設けられたシール座は、流出区分に設けられたシール座に形成されるような高い温度にさらされていないので、流入区分における第１の調整要素の閉鎖体および／またはそのシール面を、有利には極めて良封止性でフレキシブルであるものの、それにもかかわらず、廉価な材料、たとえばエラストマ、プラスチックまたはゴム部材から製造することができる。これによって、内燃機関に用いられるガス供給システムに課せられる予め法規された封止要求を簡単な手段で満たすことができる。

本発明の態様によれば、第１の調整要素に第１のばねエレメントによって予荷重が加えられ、これによって、第１の調整要素の閉鎖位置で第１の調整要素の閉鎖体がシール座に向かって押圧されている。第１のばねエレメントのばね定数は、通常、レールから供給されるガスの作用圧に関連して選択される。これによって、ガス吹込み弁の、いわゆる「低温端」における封止が簡単に達成される。

本発明の別の態様によれば、第２の調整要素に第２のばねエレメントによって予荷重が加えられ、これによって、第２の調整要素の閉鎖位置で第２の調整要素の閉鎖体が、流出区分に設けられたシール座に向かって押圧されている。第２の調整要素の閉鎖体は、ガス吹込み弁の閉鎖位置の間、ガス状の燃料の高い圧力に耐えることはなく、内燃機関の燃焼室に対する封止を形成しさえすればよいので、ここでは、第１のばねエレメントよりも小さなばね定数を有するばねエレメントを使用することができる。

第２の調整要素は、外向きに開放する弁ニードルとして形成されているので、ガス状の燃料の吹込みが行われない時間中には、燃焼室内のガス圧によって、付加的に、閉鎖要素の開放方向と逆方向へのシール力が加えられる。したがって、ガス吹込み弁の、いわゆる「高温端」に配置された閉鎖要素もしくはそのシール面に、封止に課せられる高められた要求を満たさない材料を使用することができる。これによって、ガス吹込み弁が廉価に実現される。

さらに、両調整要素の運動の少なくとも部分的な切離しによって、ガス吹込み弁の開放動作を少ない力で操作することができることが達成される。作動駆動部材の作動時には、まず、流入区分における第１の調整要素だけがそのシール座から離反させられ、ひいては、部分的に開放される。このとき、第２の調整要素はまだ運動させられないので、このためには、小さな力で十分である。第１のばねエレメントの反力が上回られさえすればよい。

第１の調整要素がガス状の燃料のための流入開口を部分的に開放した後初めて、第２の調整要素も作動駆動部材によって開放方向に運動させられる。この運動は、圧力下でガス吹込み弁内に流入するガスによって付加的にアシストされる。これによって、ガス吹込み弁の時期正確な開放が達成される。このことは、特に内燃機関の燃焼室内への燃料の正確な混加に繋がる。

本発明の更なる利点および態様は、以下の実施の形態の説明および図面から明らかである。

ガス供給システムを備えた内燃機関のブロック図である。 ガス供給システムのガス吹込み弁を閉鎖位置で概略的に示す図である。 ガス供給システムのガス吹込み弁を開放位置で概略的に示す図である。

全ての図面を通じて、同一の構造および／または機能を有するエレメントには、同じ符号が付してある。

図１には、燃料としての天然ガスで運転され、内部で混合気が形成される内燃機関１０が概略図で示してある。この内燃機関１０は、特に吸気系統１１と、複数のシリンダ１３を備えたエンジンブロック１２と、排気系統１４とを有している。内燃機関１０には、吸気系統１１を介して、ガス／空気混合気を燃焼させるために必要となる新空気が供給される。燃焼排ガスは、排気系統１４内に配置された少なくとも１つの排ガス触媒と、消音器とを通って周辺に流出する。

内燃機関１０を燃料で運転するために、公知の構造のガス供給システム１００が設けられている。

天然ガスは、一般的に１つ以上のボンベ附属品の形態の耐高圧性のタンクとして実現されたガス貯蔵器１０１内に、設定された圧力、たとえば２００ｂａｒの圧力で貯蔵されている。

ガス状の燃料は、高圧管路１０２と、遮断弁１０３と、減圧器または圧力調整器１０４とを介して低圧管路１０５に供給される。

遮断弁１０３を介して、ガス貯蔵器１０１からのガスの取出しを遮断することができる。このことは、たとえば内燃機関１０を停止する際またはバイバレント型の内燃機関で別種の燃料に切り換える際に必要となる。減圧器または圧力調整器１０４は、ガス圧を、低圧管路１０５に対して必要となる値、たとえば５〜２０ｂａｒに減少させるために働く。ガス状の燃料のための燃料処理装置のこのような圧力調整ユニットは、独国特許出願公開第１９５２４４１３号明細書に基づき公知である。この公知の圧力調整ユニットは、電子式の制御ユニットによりタイミングパルスで制御される電磁弁を有している。この電磁弁を介して、低圧側に、正確な圧力レベルと正確な通流量とを達成することができる。

低圧管路１０５は、燃料蓄え器として働く燃料レール１０６に接続されている。この燃料レール１０６からは、シリンダ１３の数に対応した数の供給管路１１２が分岐している。この供給管路１１２の自由端には、それぞれ１つのガス吹込み弁２００が設けられていて、このガス吹込み弁２００の相応の電気的な制御時に、ガスが内燃機関１０の各燃焼室内に直接的に吹き込まれるようになっている。

さらに、内燃機関１０のガス供給システム１００は、高圧側におけるガスの温度Ｔ＿Ｈを検出するための温度センサ１０７と、高圧側におけるガスの圧力ｐ＿Ｈを検出するための圧力センサ１０８と、低圧側におけるガスの温度Ｔ＿Ｎを検出するための温度センサ１０９と、低圧側におけるガスの圧力ｐ＿Ｎを検出するための圧力センサ１１０と、低圧管路１０５に燃料レール１０６の近くで配置された過圧弁１１１とを有している。

さらに、制御装置３０が設けられている。この制御装置３０には、種々異なる測定量を検出して、これらの測定量の測定値をそれぞれ求める複数のセンサが対応配置されている。制御装置３０は、複数の測定量のうちの少なくとも１つの測定量に関連して作動量を求め、その後、この作動量が１つ以上の作動信号に変換され、これによって、調整要素が、対応した作動駆動部材を用いて制御されるようになっている。

センサは、特にアクセルペダル１６の位置を検出するペダル位置センサ１５、内燃機関１０の負荷を表す信号を検出する負荷センサ（たとえば空気質量計または吸気管圧センサ）１７、内燃機関の回転数に対応したクランク角を検出するクランク角センサ１８、ガス供給システム１００の高圧側における温度センサ１０７と圧力センサ１０８ならびにガス供給システム１００の低圧側における温度センサ１０９と圧力センサ１１０である。本発明の実施の形態に応じて、上述したセンサの任意のサブセットが設けられていてもよいし、図１に符号ＥＳで共通して示した信号を有する付加的なセンサが設けられていてもよい。

調整要素は、たとえば、吸気系統１１内に設けられたスロットルバルブ、ガス／空気混合気に点火するために働く点火プラグ、ガス吹込み弁２００、遮断弁１０３、圧力調整器または減圧器１０４ならびに過圧弁１１１である。内燃機関１０を運転するために必要となるものの、明示的には図示していない別の調整要素のための別の信号は、図１に符号ＡＳで共通して示してある。

制御装置３０は、ガスで運転される内燃機関１０を制御するための装置に相当していて、エンジン制御装置と呼ばれることもある。特に内燃機関１０の運転状態に関連して、ガス供給システム１００内の圧力の目標値が規定され、ガス供給システム１００内の圧力を調整するために、圧力センサ１０８，１１０および温度センサ１０７，１０９の信号が評価されて、遮断弁１０３、減圧器または圧力調整器１０４および過圧弁１１１のための作動信号が発生させられる。択一的には、過圧弁１１１が、純粋に機械式の過圧弁として形成されていてもよい。

さらに、制御装置３０は、複数のデータ、たとえば内燃機関１０の回転数、要求されているトルクおよび／または負荷から、ガス状の燃料の所要噴射量、噴射期間および噴射開始時期および／または噴射終了時期を算出する。これに関連して、ガスの状態量、特に温度および圧力を考慮して、ガス吹込み弁２００に制御信号が送出され、これによって、正確な量のガスが燃焼空気に供給される。

以下に、図１に示したガス供給システム１００に使用される吹込み弁２００の構造および機能形式を詳しく説明する。

図２には、ガス吹込み弁２００が閉鎖位置で概略的に示してある。このガス吹込み弁２００は、複数の部分から成る、好ましくは金属材料製のハウジング２０１を有しており、これによって、このハウジング２０１内に位置する個々の構成要素を容易に組み付けることができる。ハウジング２０１の内部への、以下に詳しく説明する構成要素の組付け後、ハウジング２０１は流体密に組み立てられ、たとえば溶接される。図面を見やすくする理由に基づき、個々のハウジング部分は、それぞれ別個に示しておらず、図面には、ハウジング２０１が、組み立てられた状態で一体の構成部材として示してある。

ハウジング２０１は、ほぼ軸対称に形成されている。この場合、ハウジング２０１の長手方向軸線は、符号Ａ−Ａで示してある。矢印記号は、以下で「ガス」と略称するガス状の燃料の流れ方向を表している。ハウジング２０１はその長手方向軸線Ａ−Ａを基準として、駆動部材区分２０２と、この駆動部材区分２０２に隣接した、ガスのための上流側の流入区分２０３と、駆動部材区分２０２に隣接した、ガスのための下流側の流出区分２０４とを有している。駆動部材区分２０２は、ほかの両区分２０３，２０４に比べて長手方向軸線Ａ−Ａに対して横方向に大きな幅を有している。駆動部材区分２０２内には、円筒状の室２０５が設けられている。この室２０５内には、２つの調整要素２０９，２１０に対する作動駆動部材として働くソレノイドコイル２０６が挿入されている。このソレノイドコイル２０６は、概略的に図示したにすぎない電気的な線路２０７を介して制御装置３０（図１参照）に接続されている。

流入区分２０３は接続片２０８を有している。この接続片２０８には、ガスのための供給管路１１２が接続されており、これによって、必要に際して、ガスが、閉鎖可能な流入開口２３５を介してガス吹込み弁２００内に流入することができる。

第１の調整要素２０９は、上流側の流入区分２０３の内部に配置されていて、円筒状のベースボディ２１５を有している。このベースボディ２１５は、流入開口２３５の側の端部に、円筒状のベースボディ２１５に比べて拡幅されたきのこ状の閉鎖体２１１を有している。この閉鎖体２１１のシール面２１２は、上流側の流入区分２０３に設けられた流入開口２３５における対応するシール面２１３と協働する。円筒状のベースボディ２１５の、閉鎖体２１１と反対側の端部には、強磁性の材料から成るアーマチュアプレート２３０が設けられている。このアーマチュアプレート２３０は、室２０５の内部に位置している。アーマチュアプレート２３０の半径方向の延在幅は、ソレノイドコイル２０６の半径方向の延在幅にほぼ相当している。

ソレノイドコイル２０６とアーマチュアプレート２３０とを収容している駆動部材区分２０２は、上流側の流入区分２０３の側で、半径方向内向きに突出したフランジ２１４によって画定され、これによって、残された貫通開口２３７が、第１の調整要素２０９の円筒状のベースボディ２１５に対する軸方向のガイドとして働く。円筒状のベースボディ２１５に対応配置された第１のばねエレメント２１６、好ましくは、ベースボディ２１５を取り囲む圧縮コイルばねは、一方では、フランジ２１４の、アーマチュアプレート２３０と反対側の面に支持されていて、他方では、閉鎖体２１１に支持されており、これによって、ばねエレメント２１６のばね力が第１の調整要素２０９に予荷重を加え、閉鎖体２１１がそのシール面２１２で流入区分２０３のシール面２１３に押し付けられる。

第１のばねエレメント２１６のばね定数は、ガス吹込み弁２００の閉鎖位置、すなわち、ソレノイドコイル２０６が通電されていない状態で、流入開口２３５におけるガスの圧力に抗して作用するばね力で十分であるように設定されており、これによって、ガスがガス吹込み弁２００内に流入し得ないようになっている。すなわち、第１の調整要素２０９は、ガス吹込み弁２００内へのガス流れを制御するために働く。

第１のばねエレメント２１６のばね力によって、同時に、アーマチュアプレート２３０がソレノイドコイル２０６の端面から間隔を置いて配置されている。以下で「空隙」とも呼ぶ形成された間隔は、符号Ｈで示してある。

アーマチュアプレート２３０は、長手方向軸線Ａ−Ａに沿って延びる燃料通路２１７を有している。この燃料通路２１７は、円筒状のベースボディ２１５内に少なくとも部分的に延びている。燃料通路２１７からは、長手方向軸線Ａ−Ａを基準として、流入区分２０３内でフランジ２１４の上流側の一箇所に、円筒状のベースボディ２１５の外面に通じる半径方向の孔２１８が延びており、これによって、円筒状のベースボディ２１５の外面と流入区分２０３の内壁とから形成された流入室２１９と、燃料通路２１７との間に、流れ接続部が形成されている。

第２の調整要素２１０も同じく円筒状のベースボディ２２０を有していて、少なくとも部分的に下流側の流出区分２０４の内部に配置されている。円筒状のベースボディ２２０の上側の区分は、ソレノイドコイル２０６に設けられた中心の孔２２１を通して案内されていて、その自由端にフランジ２２２を有している。このフランジ２２２は非磁性の材料から成っていてもよいし、強磁性の材料から成っていてもよい。

アーマチュアプレート２３０の、ソレノイドコイル２０６に向けられた端面には、円筒状の室２２３が設けられている。この室２２３の半径方向の寸法は、フランジ２２２の半径方向の寸法に相当しており、室２２３の軸方向の深さは、フランジ２２２の軸方向の高さよりも幾分大きく寸法設定されており、これによって、ガス吹込み弁２００の閉鎖位置で室２２３の底部とフランジ２２２の端面との間に、以下で「空隙ｈ」とも呼ぶ間隔が残されている。

円筒状のベースボディ２２０の、フランジ２２２と反対側の端部には、弁ポペットの形態の閉鎖体２２４が形成されている。この閉鎖体２２４のシール面２２５は、下流側の流出区分２０４に設けられた対応するシール面２２６と協働する。閉鎖体２２４と両シール面２２５，２２６とは、内燃機関１０の燃焼室内の圧力にさらされている。

ソレノイドコイル２０６に設けられた孔２２１による円筒状のベースボディ２２０のガイドに対して付加的に、この円筒状のベースボディ２２０は、流出区分２０４の上側の部分の範囲内に、外向きに突出したガイドフランジ２２７を有している。このガイドフランジ２２７は流出区分２０４の内壁に支持されていて、円筒状のベースボディ２２０のためのガイド面を形成している。流出区分２０４の下側の部分の範囲内では、流出区分２０４の内壁から、所定の半径方向の幅を備えて全周にわたって延びる互いに間隔を置いて配置された２つのガイドウェブ２２８，２２９が突出している。両ガイドウェブ２２８，２２９は、円筒状のベースボディ２２０の外側輪郭に当て付けられていて、これによって、同じくガイド面を形成していて、ひいては、第２の調整要素２１０の軸方向運動の間のガイドをさらにアシストしていて、特に第２の調整要素２１０の引っ掛かりまたは支（つか）えを阻止している。

第２の調整要素２１０の円筒状のベースボディ２２０は、軸方向に延びる燃料通路２３１を有している。この燃料通路２３１はフランジ２２２をも貫いていて、閉鎖要素２２４の近くにまで達してはいるが、この閉鎖要素２２４を貫いてはいない。むしろ、長手方向軸線Ａ−Ａを基準として、ガイドウェブ２２９よりも下流側の一箇所で、円筒状のベースボディ２２０の外面に通じる半径方向の孔２３２が分岐しており、これによって、燃料通路２３１と、円筒状のベースボディ２２０の外面、ガイドウェブ２２９および閉鎖体２２４により画定された放出室２３３との間に、流れ接続部が形成されている。第２の調整要素２１０の円筒状のベースボディ２２０の燃料通路２３１は、第１の調整要素２０９の円筒状のベースボディ２１５の燃料通路２１７に整合しており、これによって、第１の調整要素２０９と第２の調整要素２１０との間に、ガスのための流れ接続部が形成されている。

第２の調整要素２１０にも、第２のばねエレメント２３４によって予荷重が加えられ、これによって、ガス吹込み弁２００の閉鎖位置、すなわち、ソレノイドコイル２０６が通電されていない状態で閉鎖体２２４にシール座が形成される。このためには、たとえば圧縮コイルばねが用いられる。この圧縮コイルばねは、一方では、ベースボディ２２０に一体成形されたガイドフランジ２２７の、ソレノイドコイル２０６と反対側の肩部に支持されていて、他方では、ガイドウェブ２２８の、ソレノイドコイル２０６の側の肩部に支持されている。第２の調整要素２１０に予荷重を加え、ひいては、シール面２２５，２２６同士を当て付ける第２のばねエレメント２３４のばね定数は、第１の調整要素２０９の第１のばねエレメント２１６のばね定数よりも小さく選択されてよい。なぜならば、第２の調整要素２１０は、閉鎖位置の間、ガス圧にさらされていないからである。第２の調整要素２１０は、燃焼室内へのガスの放出を制御するために働く。

以下に、上述したガス吹込み弁２００の機能形式を詳しく説明する。

ソレノイドコイル２０６に電気的な線路２０７を介して電圧が印加されると、磁力の発生に基づき、第１の調整要素２０９のアーマチュアプレート２３０が、第１のばねエレメント２１６の予荷重力に抗してソレノイドコイル２０６に吸い寄せられる。第１の調整要素２０９の軸方向の運動によって、閉鎖体２１１が流入区分２０３のシール面２１３から幾分離反させられる。これによって、ガスが、供給管路１１２と流入開口２３５とを介して流入室２１９内に流入することができ、そこから、半径方向の孔２１８を介して第１の調整要素２０９の燃料通路２１７内に達し、引き続き、第２の調整要素２１０の燃料通路２３１内に達することができる。

第１の調整要素２０９がすでにソレノイドコイル２０６の方向に運動させられている間、第２の調整要素２１０はまだその閉鎖位置にとどまっている。アーマチュアプレート２３０の進行距離が、室２０５の底部とフランジ２２２の端面との間の間隔ｈ（空隙）に等しくなった場合に初めて、フランジ２２２の端面が室２０５の底部に当て付けられ、その後、アーマチュアプレート２３０が第２の調整要素２１０を第２のばねエレメント２３４のばね力に抗して下方に押圧し、これによって、閉鎖体２２４がそのシール座から離反し始める。同時に、第１の調整要素２０９がさらに開放され、アーマチュアプレート２３０が間隔Ｈを完全に通過して、ソレノイドコイル２０６の端面に当て付けられる。したがって、第１の閉鎖体２１１と第２の閉鎖体２２４とが開放位置に位置している。ガスは、燃料通路２３１から半径方向の孔２３２を介して放出室２３３内に達し、そこから、外向き、すなわち、燃焼室の方向に離反させられた閉鎖体２２４と、流出区分２０４のシール面２２６とにより画定された環状ギャップ２３６を介して内燃機関１０の燃焼室内に達する。

図３には、ガス吹込み弁２００が開放位置で示してある。なお、矢印記号はガス流れ方向を表している。

開放位置では、流出区分２０４に大きな有効流れ横断面が開放されており、これによって、結果的に、ガスの通流量が高められている。ただ１つのソレノイドコイル２０６によって少なくとも部分的に互いに独立して操作される２つの別個の調整要素２０９，２１０を備えた上述した実施の形態に基づき、ソレノイドコイル２０６のための電気的な出力を比較的少なくして、比較的大きなガス圧に打ち勝つことができ、高い通流量を実現することができる。

電気的な線路２０７を介したソレノイドコイル２０６への通電が遮断されると、第１のばねエレメント２１６のばね力に基づき、第１の調整要素２０９の閉鎖体２１１がそのシール面２１２で流入区分２０３のシール面２１３に当て付けられ、ガス吹込み弁２００内への更なるガス流れが確実に阻止される。さらに、第２の調整要素２１０が、ばねエレメント２３４のばね力の作用下で、図２に示したように、出発位置に戻される。

さらに、室２２３の底部とフランジ２２２の端面との間の空隙ｈは、クリアランス補償の機能を有している。なぜならば、さもないと、調整要素２１０のフランジ２２２が室２２３の底部に突き当たってしまうため、閉鎖体２２４が流出区分２０４をもはやシールしなくなってしまう恐れがあるからである。

本発明に係るガス吹込み弁２００を、純粋なガス運転（モノバレント運転）に対して設計された内燃機関の範囲内で説明した。しかしながら、本発明に係るガス吹込み弁２００は、バイバレント運転、すなわち、二種類の燃料、たとえばガソリンおよびガスの燃焼に対して設計された内燃機関でも使用可能である。後者の形態では、ガス状の燃料のための上述した燃料供給システムに加えて、付加的に、ガソリン運転のための従来の燃料供給システムが設けられている。

内燃機関のこのようなバイフューエル運転に用いられる制御装置は、両種の燃料の噴射の制御および／または調整を引き受けている。

さらに、本発明に係るガス吹込み弁２００を備えた上述したガス供給システムを後付け解決手段として、工場渡しでモノバレント運転のために別種の燃料、たとえばガソリンを有する車両に使用することが可能である。この形態では、ガス運転のための制御装置３０が付加エンジン制御装置として働く。この付加エンジン制御装置は、好適には、電子的なデータバス、たとえばＣＡＮバスを介してガソリン運転のためのエンジン制御装置と通信し、データおよび信号を交換する。

１０ 内燃機関
１１ 吸気系統
１２ エンジンブロック
１３ シリンダ
１４ 排気系統
１５ ペダル位置センサ
１６ アクセルペダル
１７ 負荷センサ
１８ クランク角センサ
３０ 制御装置
１００ ガス供給システム
１０１ ガス貯蔵器
１０２ 高圧管路
１０３ 遮断弁
１０４ 減圧器、圧力調整器
１０５ 低圧管路
１０６ 燃料レール
１０７ 高圧側の温度センサ
１０８ 高圧側の圧力センサ
１０９ 低圧側の温度センサ
１１０ 低圧側の圧力センサ
１１１ 過圧弁
１１２ 供給管路
２００ ガス吹込み弁
２０１ ガス吹込み弁のハウジング
２０２ ハウジングの駆動部材区分
２０３ ハウジングの流入区分
２０４ ハウジングの流出区分
２０５ 室
２０６ 作動駆動部材、ソレノイドコイル
２０７ 電気的な線路
２０８ 接続片
２０９ 第１の調整要素
２１０ 第２の調整要素
２１１ 第１の調整要素の閉鎖体
２１２ 第１の調整要素の閉鎖体のシール面
２１３ 流入範囲のシール面
２１４ フランジ
２１５ 第１の調整要素の円筒状のベースボディ
２１６ 第１のばねエレメント、圧縮コイルばね
２１７ 燃料通路
２１８ 半径方向の孔
２１９ 流入室
２２０ 第２の調整要素円筒状のベースボディ
２２１ ソレノイドコイルの中心の孔
２２２ 第２の調整要素のフランジ
２２３ アーマチュアプレートに設けられた室
２２４ 第２の調整要素の閉鎖体、弁ポペット
２２５ 第２の調整要素の閉鎖体のシール面
２２６ 流出範囲のシール面
２２７ ガイドフランジ
２２８ ガイドウェブ
２２９ ガイドウェブ
２３０ アーマチュアプレート
２３１ 燃料通路
２３２ 半径方向の孔
２３３ 放出室
２３４ 第２のばねエレメント、圧縮コイルばね
２３５ 流入開口
２３６ 流出範囲に設けられた環状ギャップ
２３７ 貫通開口
Ａ−Ａ 長手方向軸線
ＡＳ 出力信号
ＥＳ 入力信号
ｈ フランジと室２２３の底部との間の間隔、空隙
Ｈ ソレノイドコイルとアーマチュアプレートとの間の間隔、空隙
Ｔ＿Ｈ 高圧側におけるガスの温度
Ｔ＿Ｎ 低圧側におけるガスの温度
ｐ＿Ｈ 高圧側におけるガスの圧力
ｐ＿Ｎ 低圧側におけるガスの圧力

Claims (15)

1. 内燃機関（１０）に用いられる、ガス状の燃料を吹き込むための弁（２００）において、該弁（２００）が、
   ハウジング（２０１）を備えており、該ハウジング（２０１）が、その長手方向の延在（Ａ−Ａ）に関して、ガス状の燃料のための流入区分（２０３）および流出区分（２０４）と、流入区分（２０３）と流出区分（２０４）との間に位置する駆動部材区分（２０２）とを有しており、
   第１の調整要素（２０９）を備えており、該第１の調整要素（２０９）が、流入区分（２０３）に対応配置されていて、第１の調整要素（２０９）の切換位置に関連して、ガス状の燃料の供給を許容するかまたは阻止するようになっており、
   第２の調整要素（２１０）を備えており、該第２の調整要素（２１０）が、流出区分（２０４）に対応配置されていて、第２の調整要素（２１０）の切換位置に関連して、ガス状の燃料の放出を許容するかまたは阻止するようになっており、
   １つの作動駆動部材（２０６）を備えており、該作動駆動部材（２０６）が、駆動部材区分（２０２）内に配置されていて、両調整要素（２０９，２１０）に連結されており、両調整要素（２０９，２１０）が、互いに独立して開放位置にもたらされるようになっていることを特徴とする、ガス状の燃料を吹き込むための弁。
2. 作動駆動部材（２０６）が、ソレノイドコイルの形態で形成されており、該ソレノイドコイルが、駆動部材区分（２０２）の室（２０５）内に配置されていて、中心の孔（２２１）を有している、請求項１記載の弁。
3. 第１の調整要素（２０９）が、円筒状のベースボディ（２１５）を有しており、ソレノイドコイル（２０６）に向けられた自由端に、強磁性の材料から成るアーマチュアプレート（２３０）が形成されており、該アーマチュアプレート（２３０）が、第１の調整要素（２０９）の閉鎖位置でソレノイドコイル（２０６）の端面に対して所定の間隔（Ｈ）をとっている、請求項２記載の弁。
4. 第１の調整要素（２０９）が、流入区分（２０３）の流入開口（２３５）に向けられた端面側に閉鎖体（２１１）を有しており、該閉鎖体（２１１）が、第１の調整要素（２０９）の閉鎖位置で第１のばねエレメント（２１６）によってシール座（２１２，２１３）に向かって押圧されている、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁。
5. 第１の調整要素（２０９）の円筒状のベースボディ（２１５）に燃料通路（２１８，２１７）が設けられており、該燃料通路（２１８，２１７）が、流入区分（２０３）内に存在する流入室（２１９）を出発点としてアーマチュアプレート（２３０）に向かって延びていて、該アーマチュアプレート（２３０）を中心で横断している、請求項３または４記載の弁。
6. アーマチュアプレート（２３０）に室（２２３）が設けられている、請求項３記載の弁。
7. 第２の調整要素（２１０）が、円筒状のベースボディ（２２０）を有しており、該円筒状のベースボディ（２２０）の一区分が、ソレノイドコイル（２０６）の中心の孔（２２１）を通してガイドされており、円筒状のベースボディ（２２０）の、中心の孔（２２１）を越えて張り出した端部に、部分的にアーマチュアプレート（２３０）の室（２２３）内に突き出たフランジ（２２２）が一体成形されており、これによって、第２の調整要素（２１０）の閉鎖位置でフランジ（２２２）の端面と室（２２３）の底部との間に第２の間隔（ｈ）が残されている、請求項２から６までのいずれか１項記載の弁。
8. 第２の調整要素（２１０）の、流出区分（２０４）の内部の放出室（２３３）の側の端部に、弁ポペットの形態の第２の閉鎖体（２２４）が形成されており、該第２の閉鎖体（２２４）が、第２の調整要素（２１０）の閉鎖位置で第２のばねエレメント（２３４）によってシール座（２２５，２２６）に向かって押圧されている、請求項１から７までのいずれか１項記載の弁。
9. 円筒状のベースボディ（２２０）内に、軸方向に延びる燃料通路（２３１）が設けられており、該燃料通路（２３１）が、フランジ（２２２）の端面から閉鎖体（２２４）の近くにまで延びていて、該閉鎖体（２２４）の近くで、円筒状のベースボディ（２２０）の外面に通じる半径方向に延びる孔（２３２）に連通しており、これによって、放出室（２３３）への流れ接続部が形成されている、請求項７記載の弁。
10. 第１の調整要素（２０９）の円筒状のベースボディ（２１５）内に延びる燃料通路（２１７）と、第２の調整要素（２１９）の円筒状のベースボディ（２２０）内に延びる燃料通路（２３１）との間に、流れ接続部が存在している、請求項５から９までのいずれか１項記載の弁。
11. 第２の調整要素（２１０）の円筒状のベースボディ（２２０）が、流出区分（２０４）の内壁に配置された少なくとも１つのガイドウェブ（２２８，２２９）によって、軸方向の運動に関してガイドされている、請求項１から１０までのいずれか１項記載の弁。
12. 第２の調整要素（２１０）の円筒状のベースボディ（２２０）が、全周にわたって延びるフランジ（２２７）を有しており、該フランジ（２２７）が、流出区分（２０４）の内壁に支持されており、これによって、第２の調整要素（２１０）が、軸方向の運動に関してガイドされている、請求項１から１１までのいずれか１項記載の弁。
13. 流入区分（２０３）のシール面（２１３）と、少なくとも第１の調整要素（２０９）の閉鎖体（２１１）のシール面（２１２）とが、エラストマ材料を含んでいる、請求項４記載の弁。
14. 流入区分（２０３）内の第１のばねエレメント（２１６）のばね定数が、流出区分（２０４）内の第２のばねエレメント（２３４）のばね定数よりも大きく設定されている、請求項４および８記載の弁。
15. フランジ（２２２）が、強磁性の材料から成っている、請求項７記載の弁。

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