JP3897311B2 - ガス弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部に記載した燃焼機関の吸気口内に配置されるガス弁（gas valve）に関するものである。
ＷＯ９４／１５０９２には、内燃機関のガス噴射装置用の一般的レイアウトが説明されている。
内燃機関内へガス状媒体を導入する場合には、極めて精密な計量が要求される一方、この目的に使用される弁は、できるだけ頑丈でなければならない。燃料の連続的な噴射を実施するためには種々の試みがなされている。それにより、一方では、各個のシリンダに対する燃料の更に一層正確な計量が保証され、他方では、特にガス噴射の間の逆火の危険が存在しなくなる。
逆火は、特に、始動時に、燃焼可能な混合気が吸気口に完全に充填され、吸気弁（intake valve）が開弁され、更に、始動時に、前記吸気弁に関係する点火プラグが発火した場合に、発生する。この結果、吸気口またはエアフィルタにかなりの損傷が生じる。吸気弁に出来るだけ接近して連続的な噴射を行うことで、吸気マニホルド内の燃料量を、かなり低減でき、その結果、逆火の影響が除去されるか、もしくは少なくとも制限される。
吸気弁の出来るだけ近くに燃料を導入することで、内燃機関は、アクセルペダルの動きに特に迅速に反応することになる。
しかし、連続的な噴射を利用する場合、各シリンダは、当該吸気弁の開弁時間以内に、１作動サイクルに必要な全ガス量を噴射可能な別々の弁を必要とする。
最大の計量精度は、各エンジンに要求される噴射時間が、吸気弁の開弁時間に等しいか、またはそれ以下の場合に達せられる。
このことは、一方では、各弁の計量精度が特に高くなければならないことを意味し、他方では、費用を出来るだけ低額にして、連続的な噴射を経済的に実行可能な形式で可能にしなければならないことを意味している。
この結果、この種の弁は、簡単な形式で異なる内燃機関に適合させ得ることが必要となる。
前述の目的は、請求項１の特徴部を有する前述のようなガス弁によって達成される。
本発明は、流過するガス量を大幅に規定するパラメータである弁揚程が、弁体の弁揚程を規定する２個の平行なプレートの間に弁体を挟み込むことによって簡単に調節可能にすることができる、との認識に基づいている。これら平行な２個のプレートの間隔は、調節リングによって固定される。
ガス弁を異なる内燃機関に適合させねばならない場合には、この調節リングは簡単により厚くするか、より薄くすることができる。
弁揚程は、ガスの噴射時間が比較的短く、流過しなければならないガス量が比較的多量であるため、極めて重要である。
典型例では、ガス弁は、噴射時間の２５％の間、少なくとも部分的に開弁した位置にある。
弁体の典型的な弁揚程は０．２５ｍｍである。
本発明の一好適実施例によれば、ガスは、調節リングの周部に配置された一連の半径方向吸気口を通過し、環状ダクトを介して噴射される。
作動部（actuating part）は、好ましくは電気的な形態を有し、弁ハウジングに対して並進する態様（translational manner）で配置された作動ロッドを含み、弁体と反対側の端部には強磁性部材を備え、該強磁性部材が、コイルと相互作用するように配置され、さらに作動部材（actuating element)には、戻し手段が配置されている。
弁ハウジングの残りの部分に対する弁体／作動ロッドの案内に関連して生じ得る問題は、その箇所にダイアフラムを配置することで解決できる。作動ロッドには、更に別のダイアフラムを備えることによって、これらのダイアフラムを案内に利用できる。つまり、滑り接触軸受けを備える必要がない。この点は、蒸気状ＬＰＧまたはガス状ＬＮＧを用いる場合に生じる潤滑の問題が避けられる点で特に重要である。
既述の作動コイルは、先行技術により公知のどのような形式で設計してもよいが、好ましくは、周囲に巻線を配置した強磁性のコアを有して、該コアが自由端面を有するようにし、また作動部材は、前記コアの自由端面と相互作用するように設計された端面を備えた円筒形部材を含むものがいい。
また、好ましくは、前記戻し手段は、強磁性部材に作用するばねを含んでいる。このばねは、かなりの負荷を吸収するのに役立つ。３０００〜４０００ｍ／ｓ²の加速は異常ではない。指摘すべき点は、既述の作動ロッドも減衰特性および弾性特性を有している点である。
以下で本発明を図示の一実施例について更に詳しく説明する。
図面：
図１は本発明によるガス弁を閉位置で示した断面図。
図２は、図１のガス弁を開位置で示した部分断面図。
図面には、本発明によるガス弁が符号１で示されている。このガス弁は、内燃機関の吸気マニホルド内に配置され、ガスを吐出する目的のものである。このガス弁は、液化燃料ガスが液状で噴射される設計のものとは異なっている。吸気マニホルドは符号２で示されている。複数のガス弁を組付け可能な種々の孔を備えることのできる燃料レール３が、この吸気マニホルドに配置されている。これらのガス弁は、先行技術のどのような公知形式で固定してもよい。
ガス弁の吐出管路（discharge port）１１は、吸気マニホルドに開口している。吐出管路１１は、他方の側が弁座板８の開口１０内に開口している。弁体９は密封状態でこの弁座板８に隣接してもいい。弁体９は、弁室２３内に収容され、該弁室は既述の弁座板８と、ストッパ板２４と、調節リング５とによって境界を定められている。弁座板８とストッパ板２４との間隔は、調節リング５の厚さによって決定される。この弁座板とストッパ板の間の間隔、ひいては弁体９の弁揚程は、調節リングを交換することによって変更可能である。
調節リング５は、燃料レール３に結合される環状ダクト７に開口する孔６を有している。
弁体９は作動ロッド（actuating rod）１２と結合されている。これは、鋼製ロッドでもよく、±３ｍｍの直径を有している。この作動ロッドは、ダイアフラム１３、１４を有する弁ハウジング２５に固定されている。双方のダイアフラム１３、１４は孔を有している。シールは種々のＯリングにより行なわれる。作動ロッド１２は、孔１６内を並進運動する円筒形の強磁性部材１５に結合されている。強磁性部材１５は、コイルのコア１９と相互作用する。コイルは、全体を符号１７で示され、巻線１８を有している。このコイルの電源は符号２２で示してある。さらに、調節ねじ２１によって設定できる初期応力（prestressing）を有するばね２０は、円筒形の強磁性部材１５に作用する。
弁体９と弁室２３内の排気開口（exhaust opening）１０の配置を選択することによって、吸気路（intake）４からのガス圧は、閉方向で弁体に作用する力を発生させる。弁体と弁座板との間のシールは、特に簡単に実現できる。なぜなら、弁座板は単に平らな形状を有するだけだからである。作動ロッド１２は一定度の弾性特性を有しており、このことは、特に、弁の開閉時に重要となる。
一例を挙げると、ガス弁は、吸気マニホルド内の圧力が２．２バールであるときに吸気路４内の８バールの圧力で作動した（過給機関）。
開口１０の面積は、弁体９の弁揚程が０．２５ｍｍであるときに約１０ｍｍ²であった。
ここに用いたガス弁を連続噴射に使用する場合には、通常の利点に加えて、更に、特に始動時に、内燃機関の最初の１、２回転の間、ガスが噴射されないように制御装置を設計することができる。この間に、コンピュータ制御装置は、内燃機関のすべてのパラメータを最適に設定できる。その後にはじめて、燃料噴射が行われる。
図面から分かるように、本発明によるガス弁は、特にコンパクトかつ平らな設計が可能である。こうすることで、ガス弁は、新たに設計される吸気マニホルドに使用可能のみならず、現在設置されているものにも改装されることが可能である。
弁座板８は、弁体９のシール部材として、またストッパとして同時に役立っている。
前記のガス弁は、特に簡単かつ安価に製作できる。吐出量も、付加的な出費なしに、調節リングを変更することによって容易に変更でき、その結果、吐出量が利用可能な吸気期に対応することができる。
以上のことから、これまで説明したガス弁には数多くの変化形が可能であることが分かるだろう。それらすべての変化形は請求の範囲に記載された本出願の枠内に含まれるものである。

Claims (7)

1. 内燃機関の吸気口内に配置するガス弁（１）であって、吐出管路（１１）と弁体（９）とを含み、該管路が、一方では前記吸気口に、他方では吐出開口（１０）のところで弁室（２３）に接続でき、該弁室が、ガス供給源に接続される供給管路（７）の吸気開口（６）を備えており、また前記弁体（９）が、吐出開口（１０）を遮断し、かつ前記弁室内に移動可能に配置され、コイルにより励起される作動部に接続され、供給管路と吐出管路との間に配置されている形式のものにおいて、
   前記弁体（９）が、２個のプレート（８、２４）の間に隙間をもって保持され、該隙間が弁体の行程を決定し、かつ前記プレートが交換可能の調節リング（５）によって離間して保持されていることを特徴とするガス弁。
2. 前記調節リングが、その周部に沿って一連の半径方向吸気口を備えている請求項１に記載されたガス弁。
3. 前記作動部が作動ロッド（１２）から成り、該作動ロッドが、弁ハウジングに対して並進形式で配置され、前記弁体と反対側の端部に強磁性部材（１５）を備え、該強磁性部材がコイル（１７）と相互作用するように配置されており、戻し手段が作動部材（２０、２１）上に配置されている請求項１または請求項２に記載されたガス弁。
4. 作動ロッドの案内手段がダイアフラム（１３）を含んでいる請求項３に記載されたガス弁。
5. 作動ロッドが、両端部近くでダイアフラム（１３、１４）に固定されている請求項３または請求項４に記載されたガス弁。
6. 前記コイルが、巻線（１８）が周囲に配置された強磁性のコア（１９）を含み、該コアが自由端面を有しており、前記作動部材が、コアの自由端面と相互作用するように設計された端面を有する円筒形部を含む請求項３から請求項５までのいずれか１項に記載されたガス弁。
7. 前記戻し手段が、強磁性部材（１５）に作用するばねを含んでいる請求項３から請求項６までのいずれか１項に記載されたガス弁。

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