JP5916844B2 - 内燃機関用の弁装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関用の弁装置であって、ハウジングを備え、該ハウジング内に少なくとも１つの流入部と流出部とが形成されており、少なくとも１つの通過開口を備え、該通過開口を介して前記少なくとも１つの流入部が、前記少なくとも１つの流出部に、流体接続可能（流体が流通するように接続可能）であり、少なくとも１つの弁閉鎖部材を備え、該弁閉鎖部材を介して前記通過開口が制御可能であり、アクチュエータによって並進的に運動可能な弁ロッドを備え、該弁ロッドに前記少なくとも１つの弁閉鎖部材が配置されており、ばねを備え、該ばねが前記弁ロッドを取り囲んでいて、該ばねの第１の端部が、前記少なくとも１つの弁閉鎖部材に支持されていて、反対の側の第２の端部が、ストッパエレメントに支持されており、さらに支持エレメントを備え、該支持エレメントが、ほぼ前記ばねを取り囲んでいる、内燃機関用の弁装置に関する。

このような弁装置は、特に排ガス中の有害物質の低減のために内燃機関内の再循環された排ガス流を制御するために使用される。この場合、ばねエレメントを介して、弁閉鎖部材が、対応する弁座に押圧されることが確保される。シリンダの排ガス流出部のすぐ背後または吸気管の範囲、低圧経路または高圧経路、排ガスクーラの手間または背後などの排ガス再循環弁の種々の取付け個所に応じて、排ガス再循環弁は種々異なる負荷にさらされている。すなわち、シリンダの排ガス流出部のすぐ近くでは、高い熱負荷が生ぜしめられ、それに対して、排ガスクーラの背後では、比較的高い煤汚れ傾向が予想され得る。

また、２方向切換弁も知られている。この２方向切換弁を介して選択的に、制御された排ガス流が排ガスクーラまたはバイパス通路を介して案内され得るので、排ガスクーラの背後に配置された弁が、使用された排ガス再循環経路に応じて交互に高温の排ガスと低温の排ガスとにさらされる。

このような形式の弁は、たとえばドイツ連邦共和国特許出願公開第１９７３３９６４号明細書に基づき公知である。この公知の弁は排ガスクーラの下流側もしくはバイパス管路の下流側に配置されていて、アクチュエータを有する。このアクチュエータを介して弁ロッドが運動可能であり、この弁ロッドに２つの弁閉鎖部材が摺動可能に配置されている。両弁閉鎖部材の間には、１つのばねが配置されており、このばねを介して両弁閉鎖部材は、弁ロッドに形成されたストッパに向かって負荷もしくは押圧される。両弁閉鎖部材は円錐状に形成されていて、操作されていない状態では、ばねの圧力によって、対応する弁座に接触している。アクチュエータが操作されると、方向に応じて両弁閉鎖部材のいずれか一方の弁閉鎖部材がストッパによって弁座からばね力に抗して持ち上げられ、他方の弁閉鎖部材は引き続きばね力により弁座に押圧される。こうして、操作方向に応じて選択的にバイパス通路または排ガスクーラ流出部のいずれかの流通横断面を制御することができる。しかし、流通される範囲の中央に配置されたばねは、高い熱負荷および発生した汚染にさらされている。

さらに、欧州特許第１８５９１５６号明細書に開示されている弁装置では、このように形成された弁のばねが、ベローズとして形成された補償エレメントによって取り囲まれている。この補償エレメントの軸方向の両端部はそれぞれ弁ポペットに結合されている。この補償エレメントは、これによって取り囲まれた室内に真空を発生させ、これにより両弁ポペットが同時にその弁座から持ち上げられ得るようにするために働くとされている。このベローズは、たしかにばねとこの弁ロッド範囲とを汚染からも保護するが、しかしその機能性は、高い熱負荷を受けた場合には、もはや与えられていない。

したがって、高い熱負荷を受けた場合にも、煤汚染された周辺環境においても、故障なく機能するような弁装置を提供するという課題が課せられる。この場合、弁ロッドの特にスライド式の案内のために働く範囲の付着ならびにばねの熱的な過負荷も回避されることが望まれる。

この課題は、独立形式の請求項に記載の特徴を具備した弁装置により解決される。前記エレメントが、主として、互いに内外に係合し半径方向で閉じられた２つの周面により形成されており、両周面のうち第１の周面は前記少なくとも１つの弁閉鎖部材に接触していて、該弁閉鎖部材と共に運動可能であり、第２の周面は前記ストッパエレメントに接触しており、前記弁閉鎖部材は前記ストッパエレメントに対して相対的に運動可能であることにより、弁ロッドおよびばねは、排ガス流からシールドされる。直接の流過が行われず、その結果、熱負荷の低減および汚染低減が得られる。

互いに内外に係合し半径方向で閉じられた前記周面のうち一方の周面が、他方の周面内に配置されており、この他方の周面の内径が、一方の周面の外径よりも大きく形成されていると有利である。こうして、両周面の間のひっかかりが阻止される。それにもかかわらず、両保護エレメントの間の良好なシール作用が生じ、これにより汚染粒子の侵入が著しく減じられる。

特に有利な構成では、互いに内外に係合し半径方向で閉じられた前記周面が、ポット状の構成部分によって形成されており、該ポット状の構成部分の底部を貫いて前記弁ロッドが貫通している。このことは保護エレメントの取付けを容易にする。

別の改良形では、ポット状の構成部分が深絞り成形部品である。このような深絞り成形部品は特に廉価に製造可能である。

本発明のさらに別の有利な構成では、前記ばねが、前記ポット状の構成部分の底部を第１の側では前記ストッパエレメントに押圧しており、反対の側の第２の側では前記弁閉鎖部材に押圧している。こうして、弁閉鎖部材に対する材料接続的な結合を形成したり、付加的な固定手段を使用したりすることなく、ポット状の構成部分を所定の位置に保持することができる。

前記弁閉鎖部材は前記弁ロッドに沿って並進運動可能に配置されていて、前記ばねを介して、前記弁ロッドに結合されているストッパの方向に押圧されていると有利である。これにより、閉じられた状態での弁座における弁閉鎖部材のしっかりとした座着を確保することができる。

さらに別の特に有利な構成では、前記弁ロッドの端部が、雄ねじ山を有していて、該雄ねじ山に、前記ストッパとして働くナットが被せられて螺合されている。このねじにより、弁ロッドに沿った弁閉鎖部材の位置を変えることができるので、弁座の位置に対して最適にストッパを位置決めすることができる。

さらに別の特に有利な構成では、前記弁ロッドに、前記ばねのためのストッパエレメントとして働く第２の弁閉鎖部材が、前記第１の弁閉鎖部材から間隔を置いて配置されており、第２の弁閉鎖部材を介して、第２の流入部または流出部に通じた第２の通過開口が制御可能である。こうして、選択的に制御可能である２つの通過部を備えた、組み合わされた排ガス再循環・バイパス弁を提供することができる。

第１および第２の両弁閉鎖部材がそれぞれ切欠きを有し、該切欠きは、前記ポット状の構成部分の底部に対応する形状を有し、該切欠き内に前記ポット状の構成部分が突入していると有利である。こうして、組立て時に弁閉鎖部材に保護エレメントを簡単に位置決めしかつ前取付けすることができる。保護エレメントの傾動が信頼性良く阻止される。

さらに、前記両弁閉鎖部材に、前記ばねの内部にまで延びる環状の突出部が形成されていると有利である。これらの突出部により、ばねの屈曲が阻止される。これらの突出部は、延長された案内範囲を形成する。

別の改良形では、前記両弁閉鎖部材が、前記弁ロッドに沿って並進的に摺動可能に配置されていて、前記両弁閉鎖部材の間の前記ばねによってそれぞれ逆向きに、前記両弁閉鎖部材の、前記ばねとは反対の側で前記弁ロッドに形成されているストッパの方向に押圧されている。こうして、流通横断面の選択的な制御が行われると同時に、それぞれ閉鎖された通路の密な閉鎖が得られる。さらに、保護エレメントの内室と外側の室との間の比較的高いシール性が提供される。また、弁閉鎖部材も前記ばねによって、それぞれ対応する弁座の方向に押圧されている。

このような弁装置は熱的に高度な負荷耐性を有するので、排ガス流出部のすぐ背後に配置され得る。なぜならば、前記周面を介して熱の導出が行われるからである。粒子汚染された周辺部により、機能性が制限されない。なぜならば、弁閉鎖部材がスライドしなければならない弁ロッド範囲は、汚染された周辺部と接触しないからである。こうして、周辺部の厳格な影響因子が存在する条件においても長い寿命を有する弁装置が提供される。

以下に、本発明の実施形態を図面につき詳しく説明する。

本発明による弁装置を側方から見た断面図である。

本発明による装置は、ハウジング２を有する。このハウジング２内には、２つの流入部４，６と、両流入部４，６の間の中央に配置された１つの流出部８とが形成されている。流入部４，６と流出部８との間では、ハウジング２に２つの通過開口１０，１２形成されており、これらの通過開口１０，１２を介して、両流入部４，６から流出部８への流体接続が形成され得る。

これらの通過開口１０，１２は、それぞれ半径方向で第１の弁座１４および第２の弁座１６により画定される。第１の弁座１４および第２の弁座１６は、第１の弁閉鎖部材１８および第２の弁閉鎖部材２０とそれぞれ協働し、これにより、両通過開口１０，１２の流通可能となる自由横断面の大きさが制御される。

両弁閉鎖部材１８，２０は１つの弁ロッド２２に配置されている。この弁ロッド２２に沿って両弁閉鎖部材１８，２０は並進的にスライドすることができる。可能となるスライド運動の長さは、第１の弁閉鎖部材１８のための第１のストッパ２４と、第２の弁閉鎖部材２０のための第２のストッパ２６とによって制限される。第１のストッパ２４はナット２８により調節可能に形成される。このナット２８は弁ロッド２２の端部に設けられた雄ねじ山３０に被されて螺合される。こうして、ナット２８が弁ロッド２２に沿ってどこまで螺入されるかに応じて、組立て時に、弁ロッド２２に固定的に形成された第２のストッパ２６に対する間隔を拡大または減少させることができる。

両弁閉鎖部材１８，２０の間には、ばね３２が緊締されている。このばね３２の第１の端部は第１の弁閉鎖部材１８をナット２８に押圧し、反対の側の第２の端部は第２の弁閉鎖部材２０を第２のストッパ２６に押圧する。ばね３２を収容するためには、弁閉鎖部材１８，２０にそれぞれ、ばね３２に向けられた切欠き３４，３６が形成されている。これらの切欠き３４，３６の外径は、ばね３２の外径よりも少しだけ大きく形成されている。さらに、弁閉鎖部材１８，２０には、それぞれ１つの環状の突出部３８，４０が形成されている。この突出部３８，４０は弁ロッド２２を取り囲んでいて、ばね３２の内部にまで延びている。突出部３８，４０の外径は、ばね３２の内径よりも相応して少しだけ小さく形成されている。

弁閉鎖部材１８，２０は、ばね３２に対して拡張した区分を有しており、この区分によって弁閉鎖部材１８，２０は、対応して成形された弁座１４，１６に載着されている。その場合、両ストッパ２４，２６の間隔は、両弁座１４，１６の間隔に対して、弁ロッド２２の休止位置においてばね３２が両弁閉鎖部材１８，２０を両弁座１４，１６に押圧し、両ストッパ２４，２６に対する小さな間隔が存在するように調整されている。

本発明によれば、ばね３２は２つのポット状の構成部分４２，４４によって取り囲まれている。これらのポット状の構成部分４２，４４は、深絞り成形部品として製造されていて、保護エレメントとして働く。ポット状の構成部分４２，４４の周面４６，４８は、ばね３２を半径方向で完全に取り囲んでいる。ポット状の構成部分４２，４４の底部５０，５２は真ん中に孔を有しており、この孔を貫いて、弁ロッド２２と突出部３８，４０とが貫通している。両底部５０，５２は弁閉鎖部材１８，２０に設けられたそれぞれ対応する切欠き３４，３６内に載置されているので、ばね３２は直接に各弁閉鎖部材１８，２０に載着されているのではなく、ポット状の構成部分４２，４４の各底部５０，５２を弁閉鎖部材１８，２０に向かって押圧している。

本実施形態では、両弁閉鎖部材１８，２０の両切欠き３４，３６が同じ大きさに形成されている。第１のポット状の構成部分４２は、切欠き３４から突出した位置のすぐ上に拡張部５４を有しており、この拡張部５４を起点として、周面４６は他方のポット状の構成部分４４に向かって再び中空円筒状に延びていて、ただし少しだけ大きな直径を持って延びている。この端部の直径は、この端部の内径が第２のポット状の構成部分４４の外径よりも少しだけ大きくなるように設定されている。このことは、第２のポット状の構成部分４４を第１のポット状の構成部分４２内に押し込むことができることを意味する。この場合、一方では軸方向整合誤差が生じた場合でもひっかかりが回避され、他方ではシール作用が得られるように配慮しなければならない。

弁ロッド２２の駆動は、公知の形式で電動モータ式のアクチュエータ５６を介して行われる。このアクチュエータ５６の出力軸５８には、偏心体６０が配置されており、この偏心体６０に設けられた出力ジャーナル６２には、玉軸受け６４が取り付けられている。この玉軸受け６４は、カップリングエレメント６８に設けられたゲートガイド６６内を回転する。カップリングエレメント６８には、弁ロッド２２が取り付けられている。

弁ロッド２２は、ハウジング２に設けられた孔７０を貫通している。この場合、この孔７０内には、弁ロッド２２を取り囲むように、上下に配置された２つのシールリング７２，７４が配置されている。両シールリング７２，７４はシールドエレメント７６に載置されており、このシールドエレメント７６は、段付き孔として形成された孔７０から、弁ロッド２２を取り囲むように第２の流入部６の範囲へ延びている。このシールドエレメント７６は、一方では弁ロッド２２を案内するために働き、他方ではその端部に減径部もしくはくびれ部７８を有していて、このくびれ部７８によって流れ抵抗は弁ロッド２２に沿って高められるので、弁ロッド２２に沿った流れが著しく減じられる。このくびれ部７８の内径は、たとえば弁ロッド２２の外径よりも約０.５ｍｍ大きく形成されている。

アクチュエータ５６が、図示の位置から時計回り方向に回転させられると、玉軸受け６４はカップリングエレメント６８を下方に押圧し、ひいては弁ロッド２２を下方に押圧する。その結果、第２のストッパ２６が第２の弁閉鎖部材２０を押圧し、この第２の弁閉鎖部材２０はばね力に抗して第２の弁座１６から引き離される。相応して、たとえば冷却された排ガスが、第２の流入部６から流出部８に流入し得る。

第２の弁閉鎖部材２０が第２の弁座１６から引き離された場合、第１の弁閉鎖部材１８は、下方に向かって退避することができないので、第１の弁座１４に載置されたままとなる。これにより、流通可能な通過開口１２の大きさは自由に制御可能となる。第１の弁閉鎖部材１８がこの位置に留まることができるようにするために、この第１の弁閉鎖部材１８はスライド式に弁ロッド２２に配置されている。すなわち、弁ロッド２２は運動時に第１の弁閉鎖部材１８に設けられた孔を通ってスライドする。

さらに、第２の弁閉鎖部材２０を第２の弁座１６から引き離すことにより、両弁閉鎖部材１８，２０の相互間隔が減じられるので、ばね３２は圧縮される。この圧縮の際に、第２のポット状の構成部分４４は第１のポット状の構成部分４２内に滑り込むので、ばね３２はいかなる位置においても完全に取り囲まれたままとなる。高温の排ガス流は相応して直接にばね３２とは接触しない。その代わりに、熱は少なくとも部分的に、保護エレメントであるポット状の構成部分４２，４４と弁閉鎖部材１８，２０とを介してハウジング２へ導出され得る。また、汚染粒子もばねの範囲もしくは弁閉鎖部材１８，２０が弁ロッド２２に沿ってスライドする範囲には流入しない。

アクチェエータ５６が再び逆の方向に回転させられると、第２の弁閉鎖部材２０は再びその第２の弁座１６に載置するまで戻る。この場合、ばね３２の弛緩が行われ、両ポット状の構成部分４２，４４のオーバラップ範囲は再び減じられ、最終的には初期位置が達成される。

アクチュエータ５６を引き続き回転させることにより、弁ロッド２２は上方に向かってアクチュエータ５６の方向に運動させられる。これにより、ナット２８は第１の弁閉鎖部材１８を第１の弁座１４から引き離し、それに対して、ばね３２は引き続き第２の弁閉鎖部材２０をその第２の弁座１６に押圧し、弁ロッド２２は第２の弁閉鎖部材２０に設けられた孔を通って上方に向かってスライドする。ばね３２は、前で説明したのと同様に新たに圧縮される。こうして、第１の通過開口１０が制御され、この第１の通過開口１０を介して、たとえば、排ガスクーラを迂回したバイパス通路から第１の流入部４を介して流出部８に通じる流体接続が形成される。

この場合にも、ばね３２と弁ロッド２２のスライド範囲とは、熱負荷ならびに排ガス流による汚染粒子に対してシールドされる。相応して、より好都合なばね素材を使用することができる。弁閉鎖部材が弁ロッド２２にひっかかったままとなることも、同じく阻止される。相応して、高い寿命および機能性を備えた、廉価に製造可能な弁装置が提供される。

もちろん、本出願の保護範囲は前記実施形態に限定されるものではない。すなわち、１つの弁閉鎖部材しか有しない弁装置に対しても、両保護エレメントを配置することが好都合である。この場合には、上側のエレメントが、本実施形態では第２の弁閉鎖部材であるストッパエレメントに不動に固定される。その場合、機能は第１の弁閉鎖部材の前記機能に制限されており、この場合、ばねは戻しエレメントとして働くことになる。別の構造上の変更も、当然ながら考えられる。

Claims (12)

1. 内燃機関用の弁装置であって、
   ハウジング（２）を備え、該ハウジング（２）内に少なくとも１つの流入部（４，６）と流出部（８）とが形成されており、
   少なくとも１つの通過開口（１０，１２）を備え、該通過開口（１０，１２）を介して前記少なくとも１つの流入部（４，６）が、前記少なくとも１つの流出部（８）に流体接続可能であり、
   少なくとも１つの弁閉鎖部材（１８，２０）を備え、該弁閉鎖部材（１８，２０）を介して前記通過開口（１０，１２）が制御可能であり、
   アクチュエータ（５６）によって並進的に運動可能な１つの弁ロッド（２２）を備え、該弁ロッド（２２）に前記少なくとも１つの弁閉鎖部材（１８，２０）が配置されており、
   ばね（３２）を備え、該ばね（３２）が前記弁ロッド（２２）を取り囲んでいて、該ばね（３２）の第１の端部が、前記１つの弁閉鎖部材（１８）に支持されていて、反対の側の第２の端部が、ストッパエレメント（２０）に支持されており、
   さらに、ほぼ前記ばね（３２）を取り囲むエレメントを備える、
   内燃機関用の弁装置において、
   前記ばね（３２）を取り囲むエレメントが、主として、互いに内外に係合し半径方向で閉じられた２つの周面（４６，４８）により形成されており、両周面のうち第１の周面（４６）は前記少なくとも１つの弁閉鎖部材（１８）に接触していて、該弁閉鎖部材（１８）と共に運動可能であり、第２の周面（４８）は前記ストッパエレメント（２０）に接触しており、前記弁閉鎖部材（１８）は前記ストッパエレメント（２０）に対して相対的に運動可能であることを特徴とする、内燃機関用の弁装置。
2. 互いに内外に係合し半径方向で閉じられた前記周面（４６，４８）のうち一方の周面（４８）は、他方の周面（４６）内に配置されており、該他方の周面（４６）の内径は、前記一方の周面（４８）の外径よりも大きく形成されている、請求項１記載の内燃機関用の弁装置。
3. 互いに内外に係合し半径方向で閉じられた前記周面（４６，４８）が、ポット状の構成部分（４２，４４）に形成されており、該ポット状の構成部分（４２，４４）の底部（５０，５２）を貫いて前記弁ロッド（２２）が貫通している、請求項１または２記載の内燃機関用の弁装置。
4. 前記ポット状の構成部分（４２，４４）は深絞り成形部品である、請求項３記載の内燃機関用の弁装置。
5. 前記ばね（３２）は、前記ポット状の構成部分（４２，４４）の底部（５０，５２）を第１の側では前記ストッパエレメント（２０）に押圧しており、反対の側の第２の側では前記弁閉鎖部材（１８）に押圧している、請求項３または４記載の内燃機関用の弁装置。
6. 前記弁閉鎖部材（１８）は前記弁ロッド（２２）に沿って並進運動可能に配置されていて、前記ばね（３２）を介して、前記弁ロッド（２２）に結合されているストッパ（２４）の方向に押圧されている、請求項１から５までのいずれか１項記載の内燃機関用の弁装置。
7. 前記弁ロッド（２２）の端部が、雄ねじ山（３０）を有していて、該雄ねじ山（３０）に、前記ストッパ（２４）として働くナット（２８）が螺合されている、請求項６記載の内燃機関用の弁装置。
8. 前記弁ロッド（２２）に、前記ばね（３２）のためのストッパエレメントとして働く第２の弁閉鎖部材（２０）が、第１の弁閉鎖部材（１８）から間隔を置いて配置されており、該第２の弁閉鎖部材（２０）を介して、第２の流入部（６）または流出部に通じた第２の通過開口（１２）が制御可能である、請求項１から７までのいずれか１項記載の内燃機関用の弁装置。
9. 前記両弁閉鎖部材（１８，２０）が切欠き（３４，３６）を有し、該切欠き（３４，３６）は、前記ポット状の構成部分（４２，４４）の底部（５０，５２）に対応する形状を有し、該切欠き（３４，３６）内に前記ポット状の構成部分（４２，４４）が突入している、請求項８記載の内燃機関用の弁装置。
10. 前記両弁閉鎖部材（１８，２０）に、前記ばね（３２）の内部にまで延びる環状の突出部（３８，４０）が形成されている、請求項８または９記載の内燃機関用の弁装置。
11. 前記両弁閉鎖部材（１８，２０）は前記弁ロッド（２２）に沿って並進的に摺動可能に配置されていて、前記両弁閉鎖部材（１８，２０）の間の前記ばね（３２）によってそれぞれ逆向きに、前記両弁閉鎖部材（１８，２０）の、前記ばね（３２）とは反対の側で前記弁ロッド（２２）に形成されているストッパ（２４，２６）の方向に押圧されている、請求項８から１０までのいずれか１項記載の内燃機関用の弁装置。
12. 前記両弁閉鎖部材（１８，２０）は、前記ばね（３２）によって、それぞれ対応する弁座（１４，１６）の方向に押圧されている、請求項８から１１までのいずれか１項記載の内燃機関用の弁装置。

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