JP2018534480A - 流体供給システム - Google Patents

Abstract

本発明は、流体供給システム（１）に関する。本発明によると、制御チャネル（６）に設けられ、第１および第２位置の間を移動可能なバルブ体（８）を有するバイパスバルブ（７）が設けられる。バルブ体（８）は、制御チャネル（６）を第１および第２空間（１０，１１）に分けていて、第１空間（１０）を第２空間（１１）に連通させる漏れ開口（１２）を有する。第２空間（１１）には、バルブ体（８）をその第２位置に向けて付勢するばね要素（１３）が設けられている。第２空間（１１）は、漏れチャネル（１４）を介して流体タンク（９）に連通している。漏れチェネル（１４）には、漏れチャネル（１４）を少なくとも部分的に開閉するための切替可能なバルブ（１５）が設けられている。検出装置（１６）と、所定の状態に到達した場合にバルブ（１５）を閉じ、それにより漏れチャネル（１４）を塞ぐ制御装置（１８）とが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、請求項１の前提部に係るコンポーネントを備えた流体供給システムに関する。本発明は、また、この種の流体供給システムを少なくとも１つ備えた内燃エンジンに関する。

独国特許出願公開第１９９４３２９４号明細書には、内燃エンジンの一般的な流体供給システムが開示されている。この流体供給システムは、フィルタ装置と、当該フィルタ装置の上流に設けられ、流体回路において温度に応じてオン状態に切替可能な冷却器とを備える。ここで、下側および上側の温度範囲では、体積流れの少なくとも主要部分が冷却器を流通する一方、下側および上側の温度範囲の間に位置する中間の温度範囲では、体積流れのせいぜい一部分が冷却器を流通する。これにより、内燃エンジンの動作条件に対して流体の温度を最適に調節することができる。

独国特許出願公開第１９９０２４０８号明細書より、流体力学的変換器を備えた自動車用の自動変速機が知られている。当該変換器は、主圧力バルブを介して圧縮油ポンプによって油を供給され、ここで変換器安全バルブによって変換器の上流で油圧が制限され、また潤滑油ラインが油供給ラインから分岐している。当該潤滑油ラインは、潤滑バルブを有していて、さらに油冷却器が設けられている。この油冷却器は、油ラインにおいて、主圧力バルブと潤滑油ラインの分岐ラインとの間に配置されていて、またバイパスを有しており、そこでの流速が制御または調節される。

内燃エンジンにおける流体供給システム、例えば油フィルタモジュールは、通常、運転中の高温に起因するダメージから流体、特に油を保護するための冷却器を備える。しかしながら、冷間状態では、変更される流れ特性のために低温流体の圧力損失が大きくなる。なぜなら、所定の温度に達しない場合に流体の流れを冷却器の下流に流す一方、当該所定の温度に達した場合にのみ当該流体の流れを冷却器に案内する、膨張要素を有するバイパスバルブが通常は設けられているためである。このことは、例えば、冷間状態においても内燃エンジンや軸受箇所のそれ相応の潤滑を実現すべきことを意味する。

上述の膨張要素に代わるものとして、いわゆるバイメタルまたはＦＧＬスイッチを使用することもできる。ここで、全ての温度に依存するバイパス回路は、使用されるスイッチ、例えば膨張要素のために比較的複雑かつ高価であり、また特定の慣性を有するために高速スイッチングには適さない。さらに、いわゆるワックス膨張要素を有するバイパスバルブは、とりわけ、動作ストロークを実現するために少なくとも１０ケルビンの温度差を必要とする。

したがって、本発明の課題は、特に構造的にシンプルでありかつ廉価で高速スイッチング設計に適したバイパス回路を備えた改善された流体供給システムを提供することである。

本発明によると、この課題は独立請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、バイパス回路に対して、これまで用いられていた膨張要素ではなく切替可能なバルブ、特にソレノイドバルブを用いるが、その比較的小さな動作ストロークに鑑みて、当該バルブをバイパスバルブのバルブ体の切替えに直接用いるのではなく、バイパスバルブのバルブ体を切り替えるために必要な圧力状態に影響する漏れチャネルを開閉するために用いるという基本思想に基づく。したがって、本発明によって設けられるバルブは、バルブ体それ自体を動かすのではなく、バイパスバルブのバルブ体の高速運動をもたらす圧力状態にシンプルに影響を及ぼす。ここで、本発明に係る流体供給システムは、コンポーネント、例えば流体をフィルタ処理するためのフィルタ装置または流体を冷却するための冷却器と、このコンポーネントをバイパスするバイパスチャネルとを備える。ここで、バルブ体を有するバイパスバルブが制御チャネルに設けられており、当該バルブ体は、少なくとも、コンポーネントに対する流体供給流れを遮断する第１位置と、バイパスチャネルを通る流体流れを遮断する第２位置と（その逆であってもよい）の間を移動可能である。ここで、当該２つの位置の間における中間位置も当然に実現可能であり、そのような中間位置では、コンポーネントに対する部分的な流体供給流れと、バイパスチャネルを通る部分的な流体流れとが流れる。ここで、バイパスバルブのバルブ体は、制御チャネルを第１および第２チャンバに分けていて、第１チャンバを第２チャンバに連通させる漏れチャネルを有する。第２チャンバには、バルブ体をその第２位置に向けて付勢するばね要素が設けられており、第２チャンバは、漏れチャネルを介して流体タンクに連通している。本発明に係る切替可能なバルブ、特にソレノイドバルブは、それによって漏れチャネルが開閉され得るものであって、当該漏れチャネルに設けられている。また、流体の特性、例えば温度を検出して検出値を制御装置に送る検出装置も設けられている。そして、当該制御装置は、所定の温度に到達したときにバルブを閉じ、それにより漏れチャネルを塞ぐように設計されている。ここで、検出装置および制御装置は、もちろん、膨張要素に組み込まれていてもよい。本発明に係る流体供給システムによると、高速スイッチングのバイパスバルブを構造的にシンプルかつ低コストに作り出すことができる。当該バイパスバルブのスイッチング動作は、ばね要素のばね力と、バルブの位置と、第１および第２チャンバにおける流体の圧力とにもっぱら依存する。ここで、膨張要素と比べて、バルブは比較的高速に切替可能であり、それにより第２チャンバにおける圧力状態に比較的速やかに影響が及び、その結果、第１および第２チャンバの間の圧力差およびばね力により、バルブ体の、およびしたがってバイパスバルブの高速スイッチングを実現できる。ここで、バルブの非常に小さなバルブストロークが漏れチャネルを塞ぐのに十分であることは大きな利点であり、当該バルブストロークはこの種のバルブによって実現可能である。なぜなら、漏れチャネルの断面は、制御チャネルと比べてずっと小さいためである。バルブのまたはそのバルブ体の比較的小さな駆動動作により、制御チャネルの大きな断面が、したがってバイパスバルブのバルブ体を介して切り替えられ得る。

本発明に係る解決策の有利な態様では、流体供給システムは、潤滑剤供給システムとして、特に油供給システムとして設計されている。特に油フィルタモジュールの場合、冷間状態での油の粘度は、油冷却器を介してそれを輸送するのを何としても避ける必要があることを意味しており、そのために本発明に係るバイパスバルブを、この場合に、冷間および温間状態の両方において、例えば内燃エンジンまたはその他軸受箇所の急速かつ効果的な潤滑をもたらすために使用することが有利である。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、検出装置は、温度検出装置として構成され、制御装置は、温度Ｔ≧１１７℃に到達したときにバルブを閉じるように構成されている。他方、Ｔ≦１１７℃の温度では、バルブが開いたままとなり、その結果、漏れ流れが流体タンク、特に油タンクへ流れ、また制御チャネルにおける第１および第２チャンバの間の圧力差によって、バイパスバルブのバルブ体は、ばね力に抗して第１位置へ押しやられる。所定の温度１１７℃に到達した場合、バルブによって漏れチャネルが閉じられ、そのため当該漏れチャネルを介して流体タンクにそれ以上は流体が流れ込まなくなる。漏れチャネルが塞がれた後、第２チャンバにおける圧力は、第１チャンバにおける圧力に到達するまで上昇し、その後は、ばね要素のばね力のみがバルブ体の移動の原因となる。この場合、第１および第２チャンバにおける２つの圧力は互いに相殺する。ばね要素のばね力により、バイパスバルブのバルブ体は、バイパスに対するバイパスチャネルが閉じられかつコンポーネントに対する流体チャネルが開かれる第２位置へ動かされる。この状態では、流体流れはそれによりコンポーネントを介して導かれる。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、バルブ体は、バイパスチャネルに対する第１開口と、コンポーネントに対する第２開口とを側壁に有するバルブピストンとして構成されている。しかしながら、このことは、比較的容易かつ低コストに製造可能でありかつ第１および第２チャンバにおける圧力状態を比較的速やかに促進し得る本発明に係るバルブ体の実施可能な実施形態を示しているのみである。この目的のために、漏れ開口は、例えばバルブピストンの底部に設けられている。

本発明に係る解決策の有利な態様では、バルブピストンまたはバルブ体それ自体は、金属または樹脂でできている。ここで、金属に係る実施形態は、特に浸食的な流体に対する高い抵抗を実現する。これに対し、樹脂でできたバルブピストンまたはバルブ体の実施形態によると、比較的低コストな製造を実現することができる。

本発明に係る解決策の有利な実施形態では、バルブは、ソレノイドバルブ、電気的スイッチ、バイメタルスイッチ、および／または膨張要素を有するか、またはそれらとして構成されている。ソレノイドバルブとして、バイメタルスイッチとして、または電気的スイッチとしての実施形態は、とりわけ、比較的高速なスイッチング、およびしたがって高速な応答を可能とする。

コンポーネントは、有利には、冷却器、変速機、またはフィルタ装置として構成されていてもよい。この非限定的な列挙は、特に内燃エンジンの場合において、本発明に係る流体供給システムに対して存在する様々なアプリケーションを例示するものである。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したあるいは後述する特徴が、それぞれに示す組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてまたは単独でも利用可能であることは明らかである。

図１は、所定の特性を下回る流れ特性を伴う、本発明に係る流体供給システムを示す図である。 図２は、図１と同様の図であるが、所定の特性を上回る流れ特性を伴うものである。 図３は、所定の特性を下回る流れ特性を伴う、異なるバルブを備えた本発明に係る流体供給システムを示す図である。 図４は、図３と同様の図であるが、所定の特性を上回る流れ特性を伴うものである。

以下、本発明の好ましい例示的な実施形態について、図示すると共により詳細に説明する。ここで、同じ参照番号は、同一のもしくは類似のまたは機能的に同一の構成要素を示す。

図１〜図４に示すように、特に内燃エンジン用の本発明に係る流体供給システム１、例えば潤滑剤供給システム、特に油供給システム３は、コンポーネント５と、これをバイパスするバイパス４とを備える。コンポーネント５は、例えば、冷却器、変速機、またはフィルタ装置として設計されていてもよい。図１〜図４によると、この例では、コンポーネント５に対する流体チャネル２１と、バイパス４に対するバイパスチャネル２２のみが示されており、そのことは、実際のコンポーネント５が図示の像平面の下流に位置することを意味している。ここで、バルブ体８を有するバイパスバルブ７が、制御チャネル６に設けられており、当該バルブ体は、コンポーネント５に対する流体チャネル２１を遮断する第１位置（図１および図３を参照）と、バイパスチャネル２２を遮断する第２位置（図２および図４を参照）との間を移動可能に構成されている。ここで、制御チャネル６は、不図示の流体ポンプを介して流体タンク９に間接的につながっている。

制御チャネル６についてより詳しく見ると、バルブ体８は、当該制御チャネル６を第１チャンバ１０と第２チャンバ１１とに分けていて、第１チャンバ１０を第２チャンバ１１に連通させる漏れ開口１２を有する。また、第２チャンバ１１には、バルブ体８を図２および図４に示す第２位置に向けて付勢するばね要素１３が設けられている。さらに、第２チャンバ１１は、漏れチャネル１４を介して流体タンク９に連通しており、漏れチャネル１４には、当該漏れチャネル１４を少なくとも部分的に開閉するためのバルブ１５、特にソレノイドバルブが設けられている。ここで、図１および図３によると、バルブ１５は、第２チャンバ１１を流体タンク９に連通させる開位置において示されている。このとき、流体タンク９は、漏れチャネル１４を介して常圧状態になる。これに対して、図２および図４には、閉位置にあるバルブ１５が示されている。ここで、原則として、バルブ１５は、ソレノイドバルブ、電気的スイッチ、バイメタルスイッチ、および／または膨張要素２３（図３および図４を参照）であってもよい。ソレノイドバルブ、バイメタルスイッチ、または電気的スイッチとしての実施形態によると、とりわけ、比較的高速なスイッチングおよびそれゆえに高速な応答を実現することができる。

また、図１および図２に示す本発明に係る流体供給システム１は、検出装置１６、例えば温度センサを有する温度検出装置を備える。この検出装置１６は、流体１７、例えば油または潤滑剤の特性、特に温度を検出して、検出値を制御装置１８に送る。そして、制御装置１８は、所定の特性、例えば所定の温度Ｔに到達すると、バルブ１５を閉じて漏れチャネル１４を遮断するように構成されている。このために、制御装置１８は、当然にバルブ１５に接続されている。

図３および図４によると、検出装置１６および制御装置１８は、膨張要素２３に組み込まれているか、または当該要素によって構成されている。そのため、別個の検出装置１６および別個の制御装置１８を省略することができ、それによりコスト的な利点が生まれる。

図１〜図４では、検出装置１６は、温度検出装置（膨張要素２３も温度を検出する）として構成されていて、したがって流体１７の温度を検出する。ここで、所定の温度Ｔは、例えば、１１７℃以上であってもよい（Ｔ≧１１７℃）。そのため、図１および図３では、温度Ｔ＜１１７℃における本発明に係る流体供給システム１の状態が示され、図２および図４では、温度Ｔ≧１１７℃における状態が示されている。

バルブ体８についてより詳しく見ると、当該バルブ体は、側壁に第１開口１９および第２開口２０を有していることがわかる。ここで、バルブ体８の切替設定に応じて、第１開口１９は、バイパス４に対するバイパスチャネル２２と連通する一方、第２開口２０は、第２位置においてコンポーネント５に対する流体チャネル２１と連通する。ここで、漏れ開口１２は、バルブ体８の底部に設けられている。バルブ体それ自体は、例えば、金属または樹脂でできていてもよく、ここで、金属の実施形態は、任意の流体１７に対する特に優れた耐性をもたらす一方、樹脂の実施形態は、比較的低コストに製造可能である。

ここで、本発明に係る流体供給システム１は、図１〜図４に示すように、温度検出装置として構成された検出装置１６を伴って次のように動作する。

温度Ｔ＜１１７℃では、図１および図３に係る状況が生まれ、温度検出装置１６（または図３における膨張要素２３）が当該温度を検出し、それを制御装置１８に送り、そして当該制御装置１８がバルブ１５を開状態に保つ。制御チャネル６に流入する流体１７は、それにより第１チャンバ１０において圧力Ｐ₁を生じさせる。このとき、当該流体１７は、漏れ開口１２を介して第２チャンバ１１に流入し、そして第２チャンバ１１および漏れチャネル１４を介して流体タンク９に流入することができる。ここで、流体タンク９は、通常、常圧状態にあるが、バルブ１５のバルブ体８’が例えば絞りとして構成されていてもよく、そのため第２チャンバ１１では大気圧が生じずに第１チャンバ１０に存在する圧力Ｐ₁よりも低い圧力Ｐ₂のみが生じる。したがって、第１チャンバ１０と第２チャンバ１１との間には、ばね要素１３のばね力に抗する圧力差ΔＰが存在する。この例において、下方からバルブ体８に作用する力Ｆ₁は、Ｆ₁＝Ｐ₁・Ａ_{（valve body）}−ΔＰ・Ａ_{（valve body）}の式を用いて求められる一方、上方からバルブ体８に作用する力Ｆ₂は、Ｆ₂＝ΔＰ・Ａ_{（valve body）}＋Ｆ_（spring）のように求められる。ここで、Ｆ₁＞Ｆ₂である。

このことは、バルブ体８が、側壁に形成された第１開口１９が例えばフィルタ装置につながるバイパスチャネル２２と連通し、流体１７がバイパス４に流入可能となるまで上方に移動するということである。また、流体１７のわずかな漏れ流れが、漏れ開口１２を介して第２チャンバ１１に、さらに漏れチャネル１４を介して流体タンク９に到達し得る。

１１７℃以上の所定の温度Ｔに達した場合、バイパスバルブ７が図２および図４に示す位置に切り替わる。なぜなら、所定の温度Ｔに達した場合には、制御装置１８が対応する信号をバルブ１５に送り、そして当該バルブ１５がバルブ体８’をその閉位置に動かして漏れチャネル１４を塞ぐためである。バルブ１５がソレノイドバルブとして、または電子切替バルブとして構成されている場合、その開閉を比較的素早く実行できる一方、膨張要素２３を有するバルブ１５の場合、遅めの開閉が行われる。後者では、別個の検出装置１６および同様に別個の制御装置１８や関連する配線を省略することができる。なぜなら、この場合、これらは膨張要素２３によって提供され、そのことがコスト的な利点をもたらす。

ここで、漏れチャネル１４が制御チャネル６と比べて実質的に小さい断面積を有するため、小さなバルブストロークを呈すると共に高速スイッチングのバルブ１５が使用される。バルブ１５が閉じると、第２チャンバ１１における圧力Ｐ₂が第１チャンバ１０における圧力Ｐ₁まで上昇し、ΔＰが０になる。この場合、圧力によってバイパスバルブ７のバルブ体８が移動することがなくなる。なぜなら、圧力に依存してバルブ体８に下方から作用する力Ｆ₁が、もっぱら圧力に依存してバルブ体８に上方から作用する力Ｆ₂と釣り合うためである。これにも関わらず、バルブ体８に上方から作用する力Ｆ₂は力Ｆ₁よりも当然に大きい。なぜなら、ばね要素１３による力Ｆ_（spring）も加えてバルブ体８に上方から作用するためである。したがって、図２および図４に示す状態では、Ｆ₂＞Ｆ₁の関係が成立する。ここで、Ｆ₂＝Ｐ₂・Ａ_{（valve body）}＋Ｆ_（spring）、かつＦ₁＝Ｐ₁・Ａ_{（valve body）}である。

本発明に係るバイパスバルブ７および本発明に係る流体供給システム１によると、バイパスバルブ７のバルブ体８を、流体圧力Ｐ₁，Ｐ₂を介してかつバルブ１５のバルブ体８’の位置を介して、ばね力Ｆ_（spring）によって制御することができる。バルブ１５が開いているか閉じているかに応じて、狙いとする設計により、バルブ体８に設けられたばね要素１３のばね力Ｆ_（spring）によってバイパス４へのバイパスチャネル２２が開閉され得る。

バルブ１５は、ソレノイドバルブとしてまたは電子切替バルブとして構成されている限りにおいて、フェールセーフ機能を有するものとして構成されていてももちろんよい。換言すれば、当該バルブ１５は、図１および図３に示す（開）状態に動くためにエネルギーを与えられなければならない。バルブ１５は、閉状態においてエネルギーを遮断されたままである。そのことは、流体１７または油が常にコンポーネント５を介して導かれ、損傷が回避され得ることを意味する。

図１および図４に示す所定の温度Ｔ＝１１７℃は、例えば、流体１７としての油に適用される温度のみを当然に示している。もちろん、その他のパラメータが検出変数として使用されてもよい。

本発明に係る流体供給システム１によると、バイパスバルブ７の比較的高速なスイッチングが可能となり、このために比較的大きなバルブストロークを要する駆動装置を必要としない。なぜなら、漏れチャネル１４においてバルブ体８を制御するためのバルブ１５のバルブストロークは、圧力状態Ｐ₁，Ｐ₂に影響を及ぼすことによってバイパスバルブ７を制御するのに全くもって十分であるためである。バルブ１５に電子切替バルブまたはソレノイドバルブが使用される場合、バイパスバルブ７を制御するためのワックス膨張要素と比較して、当該バイパスバルブ７の実質的により高速な応答を実現することができる。同時に、これによって一層の低コスト化および構造的にシンプルな設計を実現できる。

本発明は、請求項１の前提部に係るコンポーネントを備えた流体供給システムに関する。本発明は、また、この種の流体供給システムを少なくとも１つ備えた内燃エンジンに関する。

独国特許出願公開第１９９４３２９４号明細書には、内燃エンジンの流体供給システムが開示されている。この流体供給システムは、フィルタ装置と、当該フィルタ装置の上流に設けられ、流体回路において温度に応じてオン状態に切替可能な冷却器とを備える。ここで、下側および上側の温度範囲では、体積流れの少なくとも主要部分が冷却器を流通する一方、下側および上側の温度範囲の間に位置する中間の温度範囲では、体積流れのせいぜい一部分が冷却器を流通する。これにより、内燃エンジンの動作条件に対して流体の温度を最適に調節することができる。

独国特許出願公開第１９９０２４０８号明細書より、流体力学的変換器を備えた自動車用の自動変速機が知られている。当該変換器は、主圧力バルブを介して圧縮油ポンプによって油を供給され、ここで変換器安全バルブによって変換器の上流で油圧が制限され、また潤滑油ラインが油供給ラインから分岐している。当該潤滑油ラインは、潤滑バルブを有していて、さらに油冷却器が設けられている。この油冷却器は、油ラインにおいて、主圧力バルブと潤滑油ラインの分岐ラインとの間に配置されていて、またバイパスを有しており、そこでの流速が制御または調節される。

仏国特許出願公開第２６５５７０２号明細書には、コンポーネントを備えた流体供給システムが開示されている。ここで、制御チャネルに配置されたバルブ体を有するバイパスバルブであって、少なくとも、コンポーネントに対する流体チャネルを塞ぐ第１位置と、コンポーネントをバイパスするバイパスチャネルを塞ぐ第２位置との間を移動可能なバイパスバルブが設けられている。バルブ体それ自体は、制御チャネルを第１チャンバと第２チャンバとに分けていて、また、第１チャンバを第２チャンバに連通させる漏れ開口を有する。ここで、第２チャンバには、バルブ体をその第２位置に向けて付勢するばね要素が設けられている。また、第２チャンバは、漏れチャネルを介して流体タンクに連通しており、漏れチャネルには、当該漏れチャネルを少なくとも部分的に開閉するための切替可能なバルブが設けられている。また、流体の特性を検出して検出値を制御装置に送る少なくとも１つの検出装置がさらに設けられている。そして、当該制御装置は、所定の特性に到達した場合にバルブを閉じ、それにより漏れチャネルを塞ぐように構成されている。

国際公開第２０１５／１７２７９２号パンフレットより、コンポーネントを備えた別の流体供給システムが知られている。

制御チャネルと、当該チャネルに配置されたバイパスバルブとを備えた流体供給システムが、特開昭６２−２４８８１２号公報から知られている。バイパスバルブは、少なくとも、コンポーネントに対する流体チャネルを遮断する第１位置と、コンポーネントをバイパスするバイパスチャネルを遮断する第２位置との間を移動可能なバルブ体を有する。ここで、バルブ体は、制御チャネルを第１および第２チャンバに分けていて、また、第１チャンバを第２チャンバに連通させる漏れ開口を有する。

内燃エンジンにおける流体供給システム、例えば油フィルタモジュールは、通常、運転中の高温に起因するダメージから流体、特に油を保護するための冷却器を備える。しかしながら、冷間状態では、変更される流れ特性のために低温流体の圧力損失が大きくなる。なぜなら、所定の温度に達しない場合に流体の流れを冷却器の下流に流す一方、当該所定の温度に達した場合にのみ当該流体の流れを冷却器に案内する、膨張要素を有するバイパスバルブが通常は設けられているためである。このことは、例えば、冷間状態においても内燃エンジンや軸受箇所のそれ相応の潤滑を実現すべきことを意味する。

上述の膨張要素に代わるものとして、いわゆるバイメタルまたはＦＧＬスイッチを使用することもできる。ここで、全ての温度に依存するバイパス回路は、使用されるスイッチ、例えば膨張要素のために比較的複雑かつ高価であり、また特定の慣性を有するために高速スイッチングには適さない。さらに、いわゆるワックス膨張要素を有するバイパスバルブは、とりわけ、動作ストロークを実現するために少なくとも１０ケルビンの温度差を必要とする。

したがって、本発明の課題は、特に構造的にシンプルでありかつ廉価で高速スイッチング設計に適したバイパス回路を備えた改善された流体供給システムを提供することである。

本発明によると、この課題は独立請求項１の主題によって解決される。有利な実施形態は、従属請求項の主題である。

本発明は、バイパス回路に対して、これまで用いられていた膨張要素ではなく切替可能なバルブ、特にソレノイドバルブを用いるが、その比較的小さな動作ストロークに鑑みて、当該バルブをバイパスバルブのバルブ体の切替えに直接用いるのではなく、バイパスバルブのバルブ体を切り替えるために必要な圧力状態に影響する漏れチャネルを開閉するために用いるという基本思想に基づく。したがって、本発明によって設けられるバルブは、バルブ体それ自体を動かすのではなく、バイパスバルブのバルブ体の高速運動をもたらす圧力状態にシンプルに影響を及ぼす。ここで、本発明に係る流体供給システムは、コンポーネント、例えば流体をフィルタ処理するためのフィルタ装置または流体を冷却するための冷却器と、このコンポーネントをバイパスするバイパスチャネルとを備える。ここで、バルブ体を有するバイパスバルブが制御チャネルに設けられており、当該バルブ体は、少なくとも、コンポーネントに対する流体供給流れを遮断する第１位置と、バイパスチャネルを通る流体流れを遮断する第２位置と（その逆であってもよい）の間を移動可能である。ここで、当該２つの位置の間における中間位置も当然に実現可能であり、そのような中間位置では、コンポーネントに対する部分的な流体供給流れと、バイパスチャネルを通る部分的な流体流れとが流れる。ここで、バイパスバルブのバルブ体は、制御チャネルを第１および第２チャンバに分けていて、第１チャンバを第２チャンバに連通させる漏れチャネルを有する。第２チャンバには、バルブ体をその第２位置に向けて付勢するばね要素が設けられており、第２チャンバは、漏れチャネルを介して流体タンクに連通している。本発明に係る切替可能なバルブ、特にソレノイドバルブは、それによって漏れチャネルが開閉され得るものであって、当該漏れチャネルに設けられている。また、流体の特性、例えば温度を検出して検出値を制御装置に送る検出装置も設けられている。そして、当該制御装置は、所定の温度に到達したときにバルブを閉じ、それにより漏れチャネルを塞ぐように設計されている。ここで、検出装置および制御装置は、もちろん、膨張要素に組み込まれていてもよい。本発明に係る流体供給システムによると、高速スイッチングのバイパスバルブを構造的にシンプルかつ低コストに作り出すことができる。当該バイパスバルブのスイッチング動作は、ばね要素のばね力と、バルブの位置と、第１および第２チャンバにおける流体の圧力とにもっぱら依存する。ここで、膨張要素と比べて、バルブは比較的高速に切替可能であり、それにより第２チャンバにおける圧力状態に比較的速やかに影響が及び、その結果、第１および第２チャンバの間の圧力差およびばね力により、バルブ体の、およびしたがってバイパスバルブの高速スイッチングを実現できる。ここで、バルブの非常に小さなバルブストロークが漏れチャネルを塞ぐのに十分であることは大きな利点であり、当該バルブストロークはこの種のバルブによって実現可能である。なぜなら、漏れチャネルの断面は、制御チャネルと比べてずっと小さいためである。バルブのまたはそのバルブ体の比較的小さな駆動動作により、制御チャネルの大きな断面が、したがってバイパスバルブのバルブ体を介して切り替えられ得る。

本発明に係る解決策の有利な態様では、流体供給システムは、潤滑剤供給システムとして、特に油供給システムとして設計されている。特に油フィルタモジュールの場合、冷間状態での油の粘度は、油冷却器を介してそれを輸送するのを何としても避ける必要があることを意味しており、そのために本発明に係るバイパスバルブを、この場合に、冷間および温間状態の両方において、例えば内燃エンジンまたはその他軸受箇所の急速かつ効果的な潤滑をもたらすために使用することが有利である。

本発明に係る解決策の別の有利な実施形態では、検出装置は、温度検出装置として構成され、制御装置は、温度Ｔ≧１１７℃に到達したときにバルブを閉じるように構成されている。他方、Ｔ≦１１７℃の温度では、バルブが開いたままとなり、その結果、漏れ流れが流体タンク、特に油タンクへ流れ、また制御チャネルにおける第１および第２チャンバの間の圧力差によって、バイパスバルブのバルブ体は、ばね力に抗して第１位置へ押しやられる。所定の温度１１７℃に到達した場合、バルブによって漏れチャネルが閉じられ、そのため当該漏れチャネルを介して流体タンクにそれ以上は流体が流れ込まなくなる。漏れチャネルが塞がれた後、第２チャンバにおける圧力は、第１チャンバにおける圧力に到達するまで上昇し、その後は、ばね要素のばね力のみがバルブ体の移動の原因となる。この場合、第１および第２チャンバにおける２つの圧力は互いに相殺する。ばね要素のばね力により、バイパスバルブのバルブ体は、バイパスに対するバイパスチャネルが閉じられかつコンポーネントに対する流体チャネルが開かれる第２位置へ動かされる。この状態では、流体流れはそれによりコンポーネントを介して導かれる。

本発明によると、バルブ体は、バイパスチャネルに対する第１開口と、コンポーネントに対する第２開口とを側壁に有するバルブピストンとして構成されている。しかしながら、このことは、比較的容易かつ低コストに製造可能でありかつ第１および第２チャンバにおける圧力状態を比較的速やかに促進し得る本発明に係るバルブ体の実施可能な実施形態を示しているのみである。この目的のために、漏れ開口は、例えばバルブピストンの底部に設けられている。

本発明に係る解決策の有利な態様では、バルブピストンまたはバルブ体それ自体は、金属または樹脂でできている。ここで、金属に係る実施形態は、特に浸食的な流体に対する高い抵抗を実現する。これに対し、樹脂でできたバルブピストンまたはバルブ体の実施形態によると、比較的低コストな製造を実現することができる。

本発明によると、バルブは、ソレノイドバルブを有するか、またはソレノイドバルブとして構成されている。ソレノイドバルブとしての実施形態は、とりわけ、比較的高速なスイッチング、およびしたがって高速な応答を可能とする。

コンポーネントは、有利には、冷却器、変速機、またはフィルタ装置として構成されていてもよい。この非限定的な列挙は、特に内燃エンジンの場合において、本発明に係る流体供給システムに対して存在する様々なアプリケーションを例示するものである。

本発明の別の重要な特徴および利点は、従属請求項から、図面から、および図面を参照した関連する図の説明から明らかになるだろう。

上述したあるいは後述する特徴が、それぞれに示す組合せにおいてのみでなく、本発明の範囲を逸脱することなく、他の組合せにおいてまたは単独でも利用可能であることは明らかである。

図１は、所定の特性を下回る流れ特性を伴う、本発明に係る流体供給システムを示す図である。 図２は、図１と同様の図であるが、所定の特性を上回る流れ特性を伴うものである。 図３は、所定の特性を下回る流れ特性を伴う、異なるバルブを備えた本発明に係る流体供給システムを示す図である。 図４は、図３と同様の図であるが、所定の特性を上回る流れ特性を伴うものである。

以下、本発明の好ましい例示的な実施形態について、図示すると共により詳細に説明する。ここで、同じ参照番号は、同一のもしくは類似のまたは機能的に同一の構成要素を示す。

図１〜図４に示すように、特に内燃エンジン用の本発明に係る流体供給システム１、例えば潤滑剤供給システム、特に油供給システム３は、コンポーネント５と、これをバイパスするバイパス４とを備える。コンポーネント５は、例えば、冷却器、変速機、またはフィルタ装置として設計されていてもよい。図１〜図４によると、この例では、コンポーネント５に対する流体チャネル２１と、バイパス４に対するバイパスチャネル２２のみが示されており、そのことは、実際のコンポーネント５が図示の像平面の下流に位置することを意味している。ここで、バルブ体８を有するバイパスバルブ７が、制御チャネル６に設けられており、当該バルブ体は、コンポーネント５に対する流体チャネル２１を遮断する第１位置（図１および図３を参照）と、バイパスチャネル２２を遮断する第２位置（図２および図４を参照）との間を移動可能に構成されている。ここで、制御チャネル６は、不図示の流体ポンプを介して流体タンク９に間接的につながっている。

制御チャネル６についてより詳しく見ると、バルブ体８は、当該制御チャネル６を第１チャンバ１０と第２チャンバ１１とに分けていて、第１チャンバ１０を第２チャンバ１１に連通させる漏れ開口１２を有する。また、第２チャンバ１１には、バルブ体８を図２および図４に示す第２位置に向けて付勢するばね要素１３が設けられている。さらに、第２チャンバ１１は、漏れチャネル１４を介して流体タンク９に連通しており、漏れチャネル１４には、当該漏れチャネル１４を少なくとも部分的に開閉するためのバルブ１５、特にソレノイドバルブが設けられている。ここで、図１および図３によると、バルブ１５は、第２チャンバ１１を流体タンク９に連通させる開位置において示されている。このとき、流体タンク９は、漏れチャネル１４を介して常圧状態になる。これに対して、図２および図４には、閉位置にあるバルブ１５が示されている。ここで、原則として、バルブ１５は、ソレノイドバルブ、電気的スイッチ、バイメタルスイッチ、および／または膨張要素２３（図３および図４を参照）であってもよい。ソレノイドバルブ、バイメタルスイッチ、または電気的スイッチとしての実施形態によると、とりわけ、比較的高速なスイッチングおよびそれゆえに高速な応答を実現することができる。

また、図１および図２に示す本発明に係る流体供給システム１は、検出装置１６、例えば温度センサを有する温度検出装置を備える。この検出装置１６は、流体１７、例えば油または潤滑剤の特性、特に温度を検出して、検出値を制御装置１８に送る。そして、制御装置１８は、所定の特性、例えば所定の温度Ｔに到達すると、バルブ１５を閉じて漏れチャネル１４を遮断するように構成されている。このために、制御装置１８は、当然にバルブ１５に接続されている。

図３および図４によると、検出装置１６および制御装置１８は、膨張要素２３に組み込まれているか、または当該要素によって構成されている。そのため、別個の検出装置１６および別個の制御装置１８を省略することができ、それによりコスト的な利点が生まれる。

図１〜図４では、検出装置１６は、温度検出装置（膨張要素２３も温度を検出する）として構成されていて、したがって流体１７の温度を検出する。ここで、所定の温度Ｔは、例えば、１１７℃以上であってもよい（Ｔ≧１１７℃）。そのため、図１および図３では、温度Ｔ＜１１７℃における本発明に係る流体供給システム１の状態が示され、図２および図４では、温度Ｔ≧１１７℃における状態が示されている。

バルブ体８についてより詳しく見ると、当該バルブ体は、側壁に第１開口１９および第２開口２０を有していることがわかる。ここで、バルブ体８の切替設定に応じて、第１開口１９は、バイパス４に対するバイパスチャネル２２と連通する一方、第２開口２０は、第２位置においてコンポーネント５に対する流体チャネル２１と連通する。ここで、漏れ開口１２は、バルブ体８の底部に設けられている。バルブ体それ自体は、例えば、金属または樹脂でできていてもよく、ここで、金属の実施形態は、任意の流体１７に対する特に優れた耐性をもたらす一方、樹脂の実施形態は、比較的低コストに製造可能である。

ここで、本発明に係る流体供給システム１は、図１〜図４に示すように、温度検出装置として構成された検出装置１６を伴って次のように動作する。

温度Ｔ＜１１７℃では、図１および図３に係る状況が生まれ、温度検出装置１６（または図３における膨張要素２３）が当該温度を検出し、それを制御装置１８に送り、そして当該制御装置１８がバルブ１５を開状態に保つ。制御チャネル６に流入する流体１７は、それにより第１チャンバ１０において圧力Ｐ1を生じさせる。このとき、当該流体１７は、漏れ開口１２を介して第２チャンバ１１に流入し、そして第２チャンバ１１および漏れチャネル１４を介して流体タンク９に流入することができる。ここで、流体タンク９は、通常、常圧状態にあるが、バルブ１５のバルブ体８’が例えば絞りとして構成されていてもよく、そのため第２チャンバ１１では大気圧が生じずに第１チャンバ１０に存在する圧力Ｐ1よりも低い圧力Ｐ2のみが生じる。したがって、第１チャンバ１０と第２チャンバ１１との間には、ばね要素１３のばね力に抗する圧力差ΔＰが存在する。この例において、下方からバルブ体８に作用する力Ｆ1は、Ｆ1＝Ｐ1・Ａ（valve body）−ΔＰ・Ａ（valve body）の式を用いて求められる一方、上方からバルブ体８に作用する力Ｆ2は、Ｆ2＝ΔＰ・Ａ（valve body）＋Ｆ（spring）のように求められる。ここで、Ｆ1＞Ｆ2である。

このことは、バルブ体８が、側壁に形成された第１開口１９が例えばフィルタ装置につながるバイパスチャネル２２と連通し、流体１７がバイパス４に流入可能となるまで上方に移動するということである。また、流体１７のわずかな漏れ流れが、漏れ開口１２を介して第２チャンバ１１に、さらに漏れチャネル１４を介して流体タンク９に到達し得る。

１１７℃以上の所定の温度Ｔに達した場合、バイパスバルブ７が図２および図４に示す位置に切り替わる。なぜなら、所定の温度Ｔに達した場合には、制御装置１８が対応する信号をバルブ１５に送り、そして当該バルブ１５がバルブ体８’をその閉位置に動かして漏れチャネル１４を塞ぐためである。バルブ１５がソレノイドバルブとして、または電子切替バルブとして構成されている場合、その開閉を比較的素早く実行できる一方、膨張要素２３を有するバルブ１５の場合、遅めの開閉が行われる。後者では、別個の検出装置１６および同様に別個の制御装置１８や関連する配線を省略することができる。なぜなら、この場合、これらは膨張要素２３によって提供され、そのことがコスト的な利点をもたらす。

ここで、漏れチャネル１４が制御チャネル６と比べて実質的に小さい断面積を有するため、小さなバルブストロークを呈すると共に高速スイッチングのバルブ１５が使用される。バルブ１５が閉じると、第２チャンバ１１における圧力Ｐ2が第１チャンバ１０における圧力Ｐ1まで上昇し、ΔＰが０になる。この場合、圧力によってバイパスバルブ７のバルブ体８が移動することがなくなる。なぜなら、圧力に依存してバルブ体８に下方から作用する力Ｆ1が、もっぱら圧力に依存してバルブ体８に上方から作用する力Ｆ2と釣り合うためである。これにも関わらず、バルブ体８に上方から作用する力Ｆ2は力Ｆ1よりも当然に大きい。なぜなら、ばね要素１３による力Ｆ（spring）も加えてバルブ体８に上方から作用するためである。したがって、図２および図４に示す状態では、Ｆ2＞Ｆ1の関係が成立する。ここで、Ｆ2＝Ｐ2・Ａ（valve body）＋Ｆ（spring）、かつＦ1＝Ｐ1・Ａ（valve body）である。

本発明に係るバイパスバルブ７および本発明に係る流体供給システム１によると、バイパスバルブ７のバルブ体８を、流体圧力Ｐ1，Ｐ2を介してかつバルブ１５のバルブ体８’の位置を介して、ばね力Ｆ（spring）によって制御することができる。バルブ１５が開いているか閉じているかに応じて、狙いとする設計により、バルブ体８に設けられたばね要素１３のばね力Ｆ（spring）によってバイパス４へのバイパスチャネル２２が開閉され得る。

バルブ１５は、ソレノイドバルブとしてまたは電子切替バルブとして構成されている限りにおいて、フェールセーフ機能を有するものとして構成されていてももちろんよい。換言すれば、当該バルブ１５は、図１および図３に示す（開）状態に動くためにエネルギーを与えられなければならない。バルブ１５は、閉状態においてエネルギーを遮断されたままである。そのことは、流体１７または油が常にコンポーネント５を介して導かれ、損傷が回避され得ることを意味する。

図１および図４に示す所定の温度Ｔ＝１１７℃は、例えば、流体１７としての油に適用される温度のみを当然に示している。もちろん、その他のパラメータが検出変数として使用されてもよい。

本発明に係る流体供給システム１によると、バイパスバルブ７の比較的高速なスイッチングが可能となり、このために比較的大きなバルブストロークを要する駆動装置を必要としない。なぜなら、漏れチャネル１４においてバルブ体８を制御するためのバルブ１５のバルブストロークは、圧力状態Ｐ1，Ｐ2に影響を及ぼすことによってバイパスバルブ７を制御するのに全くもって十分であるためである。バルブ１５に電子切替バルブまたはソレノイドバルブが使用される場合、バイパスバルブ７を制御するためのワックス膨張要素と比較して、当該バイパスバルブ７の実質的により高速な応答を実現することができる。同時に、これによって一層の低コスト化および構造的にシンプルな設計を実現できる。

Claims (9)

1. コンポーネント（５）を備えた流体供給システム（１）であって、
   制御チャネル（６）に設けられたバルブ体（８）を有するバイパスバルブ（７）を備え、
   上記バルブ体は、少なくとも、上記コンポーネント（５）に対する流体チャネル（２１）を遮断する第１位置と、上記コンポーネント（５）をバイパスするバイパスチャネル（２２）を遮断する第２位置との間を移動可能であり、
   上記バルブ体（８）は、上記制御チャネル（６）を第１および第２チャンバ（１０，１１）に分けていて、上記第１チャンバ（１０）を上記第２チャンバ（１１）に連通させる漏れ開口（１２）を有し、
   上記第２チャンバ（１１）に設けられ、上記バルブ体（８）を上記第２位置に向けて付勢するばね要素（１３）を備え、
   上記第２チャンバ（１１）は、漏れチャネル（１４）を介して流体タンク（９）に連通しており、
   上記漏れチャネル（１４）に設けられ、上記漏れチャネル（１４）を少なくとも部分的に開閉するための切替可能なバルブ（１５）と、
   流体（１７）の特性を検出して検出値を制御装置（１８）に送る少なくとも１つの検出装置（１６）とを備え、
   上記制御装置（１８）は、所定の特性に到達すると上記バルブ（１５）を閉じ、それにより上記漏れチャネル（１４）を塞ぐように設計されている
   ことを特徴とする流体供給システム。
2. 請求項１において、
   上記流体供給システム（１）は、潤滑剤供給システムとして、特に油供給システム（３）として設計されている
   ことを特徴とする流体供給システム。
3. 請求項１または２において、
   上記検出装置（１６）は、温度検出装置として構成され、
   上記制御装置（１８）は、温度Ｔが１１７℃以上に到達したら上記バルブ（１５）を閉じるように構成されている
   ことを特徴とする流体供給システム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項において、
   上記バルブ体（８）は、上記バイパスチャネル（２２）に対する第１開口（１９）と、上記コンポーネント（５）に対する第２開口（２０）とを側壁に有するバルブピストンとして構成されている
   ことを特徴とする流体供給システム。
5. 請求項４において、
   上記漏れ開口（１２）は、上記バルブピストンの底部に設けられている
   ことを特徴とする流体供給システム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   上記バルブ体（８）は、金属または樹脂でできている
   ことを特徴とする流体供給システム。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   上記バルブ（１５）は、ソレノイドバルブ、電気的スイッチ、バイメタルスイッチ、および／または膨張要素を有する
   ことを特徴とする流体供給システム。
8. 請求項１〜７のいずれか１項において、
   上記コンポーネント（５）は、冷却器、変速機、またはフィルタ装置として構成されている
   ことを特徴とする流体供給システム。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の流体供給システム（１）を備えた内燃エンジン（２）。