JP6549386B2

JP6549386B2 - 流体作動バルブ

Info

Publication number: JP6549386B2
Application number: JP2015030347A
Authority: JP
Inventors: ロベルト・マイヤー; クリスティアン・ステルツレ
Original assignee: MAN Energy Solutions SE
Current assignee: MAN Energy Solutions SE
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2035-02-19
Also published as: JP2015178898A; FI20155105A; KR20150098588A; CN104863766B; DE102014002262A1; CN104863766A; FI128242B; KR102179979B1

Description

本発明は、特許請求の範囲の請求項１のプリアンブルに記載の流体作動バルブおよびその請求項９のプリアンブルに記載の流体作動バルブに関するものである。

燃料噴射バルブとして構成される流体作動バルブは、弁座を提供するバルブハウジングを備える。該バルブハウジング内では、弁座と相互作用するとともにノズルニードルとして設計されたバルブ本体がガイドされる。バルブハウジング内では、バルブ本体と相互作用する作動要素がさらにガイドされる。該作動要素は、作動要素が該作動要素のスプリングプレートと接触するスプリング要素のばね力を掛けられてバルブ本体を閉ポジションとなるよう弁座に押し付ける様式で、バルブ本体と相互作用する。特に既定の流圧がバルブ本体に掛かる場合、該流圧は、スプリング要素のバネ力に抗して、バルブ本体を弁座から持ち上げることができる。このときバルブのバネ要素は、バルブハウジングによって規定されるスプリングチャンバ内に配置されており、その中でスプリング要素は、その第１の端部において作動要素のスプリングプレート上に該スプリング要素自体を支持するとともに、その第２の端部においてスラスト要素上に該スプリング要素自体を支持する。スラスト要素は、調節ねじを介して作動でき、かつ部分的にバルブのいわゆるランス穴内に突出する。バルブの作動中に、漏出流体をスプリングチャンバ内に回収できる。漏出液は、スプリングチャンバからランス空間へ、そしてランス空間から漏出ラインを介してバルブから排出できる。実際に公知のそうした流体作動バルブには、スプリングチャンバ内に配置されたスプリング要素が破損のリスクにさらされ、その結果としてスプリング要素が損傷したり壊れたりし得るという問題がある。そのため、スプリング要素が損傷するリスクが低減された新しいタイプの流体作動バルブが必要とされている。

これを端に発し、本発明は新しいタイプの流体作動バルブを考案することを目的としている。

本発明の第１の態様によれば、上記課題は、特許請求の範囲の請求項１に記載の流体作動バルブによって解決される。

本発明の第１の態様によれば、少なくとも１つの穴が、作動要素のスプリングプレートに導入されており、該穴は、バルブハウジングのスプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間と、バルブハウジングのスプリングチャンバのうちスプリングプレートの第２の側に位置する部分空間とを接続する。

特にスプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間とスプリングチャンバのうちスプリングプレートの第２の側に位置する部分空間とを接続する少なくとも１つの穴が作動要素のスプリングプレートに導入される場合、バルブの切替中または開放中の作動要素のポンプ作用を大いに防止でき、ひいては該ポンプ作用によって引き起こされる漏出流体が、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間内に入り込むことを大幅に防止できる。このためバルブの開放中のスプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間内の圧力増加を避けることができ、それによってスプリング要素が破損するリスクを大きく低減できる。

優先的には複数の穴がスプリングプレートに導入されており、これら穴は、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの上側に位置する部分空間と、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの下側に位置する部分空間とを接続する。このためバルブの開放中の作動要素のポンプ作用を効果的に低減することができ、スプリング要素が破損するリスクを効果的に低減できる。

有利なさらなる展開形態によれば、スプリングプレートには、一側においてスプリングプレートの長手方向にかつスプリングチャンバの長手方向に延在する中央穴と、他側においてスプリングプレートの長手方向に交差するようにかつスプリングチャンバの長手方向に交差するように延在する複数の斜め穴とが導入される。中央穴は、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの上側に位置する第１の部分空間に通じている。斜め穴は、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの下側に位置する第２の部分空間に通じている。このとき中央穴は、スプリングプレートのスプリングガイドを貫通する。このようにして、スプリング要素が破損するリスクをさらに下げるために、バルブの開放中の作動要素のポンプ作用が効果的に低減される。

有利なさらなる展開形態によれば、作動要素のスプリング要素は、その第１の端部において作動要素のスプリングプレートと接触し、かつその第２の端部において調節ねじと相互作用するスラスト要素と接触する。スラスト要素内には、該スラスト要素の長手方向に延在する穴が導入されており、この穴はスプリングチャンバをランス穴と結合しており、該ランス穴から漏出ラインが分岐している。

スプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間がランス穴に結合される際に通るスラスト要素に導入される穴のおかげで、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間内に集められた漏出流体を、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間からランス穴の方へつまり漏出ラインの方へ特に効果的に排出できる。その結果、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間内にもたらされる圧力も同様に低減できる。こうした方法により、スプリング要素が破損するリスクをさらに低減できる。

本発明の第２の態様によれば、上記課題は、特許請求の範囲の請求項９に記載の流体作動バルブによって解決される。

本発明の第２の態様によれば、バルブハウジングのスプリングチャンバつまりスプリングチャンバのうちのスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間は、バルブハウジングを貫通して延在する穴を介して漏出液排出部に直接結合されている。この場合、バルブハウジングを貫通して延在する１つの穴あるいは複数の穴のそれぞれは、作動要素のポンプ作用によってスプリングチャンバのうちのスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間内に入り込む漏出流体を上記１つの穴あるいは複数の穴を介してバルブの切替時間または開放時間内にスプリングチャンバ内から完全に排出できる様式で、寸法決めされている。

それ自体のみであるいは本発明の第１の態様と組み合わせて利用可能な本発明の第２の態様によれば、スプリングチャンバ内に配置されるスプリング要素が破損するリスクを低減させるために、バルブの開放中、スプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間内にもたらされる圧力も効果的に低減できる。切替サイクル中にスプリングチャンバ内に入り込む漏出流体は、その切替時間内に、バルブハウジングを貫通する少なくとも１つの穴を介してスプリングチャンバからつまりスプリングチャンバのうちスプリングプレートの第１の側に位置する部分空間から直接排出できる。

本発明の好ましいさらなる展開形態は特許請求の範囲に記載の従属請求項および以下の説明から得られる。本発明の例示的な実施形態について図面を参照して詳細に説明する。なお本発明は図面に限定されるものではない。

部分断面図になされた本発明に基づく第１のバルブの詳細を示す図である。図１の細部IIを示す断面図である。図１の細部IIIを示す断面図である。部分断面図になされた本発明に基づく第２のバルブの詳細を示す図である。図４の線V−Vによる断面図である。

本発明は、流体作動バルブに関するものであり、特に大型ディーゼルエンジンの燃料供給システムのための燃料噴射バルブ、とりわけ重油燃料で作動する船舶のためのディーゼルエンジンの燃料供給システムのための燃料噴射バルブに関するものである。

図１には燃料噴射バルブ１の部分断面の詳細が図示される。該燃料噴射バルブ１はレセプタクル２内に配置される。レセプタクル２は内燃機関のシリンダヘッドとすることができる。図１の燃料噴射バルブ１はバルブハウジング３を備える。例示的に図示される実施形態ではバルブハウジング３は、ともに螺合される２つのセクション４、５から組み立てられる。図１に図示されるバルブハウジング３の上部セクションが、図１に図示される下部セクション５内にねじ込まれて、所定の部分まで下部セクション５内に突出する。

バルブハウジング３内では、図３ではバルブハウジング３の下部セクション５内では、ノズルニードルとして構成されたバルブ本体６がガイドされて、バルブハウジング３の下部セクション５によって提供される弁座と相互作用する。さらにバルブハウジング３内では、つまり図１ではバルブハウジング３の上部セクション４内では、バルブ本体６と相互作用する作動要素７がガイドされる。作動要素７は、バルブ本体６に作用する作動プッシュロッド８と、スプリングプレート９とを備える。このときバルブハウジング３のスプリングチャンバ１０内に配置されるスプリング要素１１は、その第１の端部において作動要素７のスプリングプレート９上で自身（つまりスプリング要素１１自体）を支持する。

第１の端部の反対側に配置される第２の端部において、スプリング要素１１は、スラスト要素１２上で自身を支持する。このとき調整ねじ（図示せず）が該スラスト要素と相互作用しており、該調節ねじを介して作動要素７に作用するスプリング要素１１のばね力を調整できる。

スプリングチャンバ１０は、作動要素７のスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５と、スプリングプレート９の第２の側に位置する部分空間１６と、に区分される。スプリング要素１１は、スプリングチャンバのうち第１の側に位置する部分空間１５内に収容される。

バルブハウジング３には、つまりバルブハウジング３の上部セクション４には、ランス穴１３がさらに導入される。該ランス穴１３内にはスラスト要素１２が部分的に配置されるか、あるいはスラスト要素１２は所定の部分までランス穴１３を通って延在する。ランス穴１３を用いることによって、燃料がランス穴１３から燃料供給ライン１４を通りノズルニードルとして実現されたバルブ本体６へ供給されるように、燃料を燃料バルブ１に供給できる。

作動要素７は、作動要素７がスプリング要素１１によって提供されるばね力を掛けられてバルブ本体を弁座に押し付けてバルブを閉ポジションへもたらす様式で、ノズルニードルとして設計されるバルブ本体６と相互作用する。特に適切な燃料圧力または流圧がスプリング本体６に付与されると、燃料バルブ１を開放させるために、バルブ本体６をスプリング要素のばね力に抗して弁座から持ち上げることができる。

燃料バルブ１の作動中、スプリングチャンバ１０からの燃料の流出がランス穴１３内に流入可能な場合に、燃料がランス穴１３から漏出ライン（図１には図示せず）を経て燃料バルブ１から排出されるように、漏出流体または漏出燃料は、スプリングチャンバ１０内に流入できる。

燃料バルブ１が開放されると、作動要素７がスプリング要素１１のばね力に抗して上方に移動させられ、それによりスプリングチャンバ１０内にある燃料、つまりスプリングチャンバ１０のうち作動要素７のスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５内にある燃料は、圧縮される。これは、スプリングチャンバ１０のうち作動要素７のスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５内での圧力増加を引き起こし、その結果としてスプリング１１の損傷が引き起こされることがある。さらに燃料バルブ１の切替中つまり燃料バルブ１の開放中には、作動要素７のポンプ作用による付加的な燃料が、スプリングチャンバ１０内につまりスプリングチャンバ１０のうち作動要素７のスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５内に入り込む。作動要素７の構成部品もバルブ１の開放中に同様に圧縮されるため、その結果、スプリングチャンバ１０のうち作動要素７のスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５内の圧力がさらに高められる。スプリングチャンバ１０内のそうした圧力の増加はスプリング要素１１に負荷を掛けるため、従来技術に基づくスプリング要素１１はキャビテーションに起因する損傷のリスクにさらされる。

スプリング要素１１に関してキャビテーションに起因する破損のリスクを防止するために、本発明の第１の態様に基づいて作動要素７のスプリングプレート９に少なくとも１つの穴が導入される。この穴は、スプリングチャンバ１０のうちスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５を、スプリングチャンバ１０のうちスプリングチャンバの第２の側に位置する部分空間１６と接続する。そのため、図２の詳細図から明らかなように、スプリングチャンバ１０のうち作動要素のスプリングプレート９の上側に位置する部分空間１５をスプリングチャンバ１０のうち作動要素７のスプリングプレート９の下側に位置する部分空間１６と接続する複数の穴１７、１８が作動要素７のスプリングプレート９に導入される。

このようにスプリングプレート９の長手方向にかつスプリングチャンバ１０の長手方向に延在する中央穴１７がスプリングプレート９に導入される。中央穴１７は、スプリングチャンバ１０のうちスプリングプレート９の上側に位置する部分空間１５に通じている。さらに複数の斜め穴１８がスプリングプレート９に導入されている。斜め穴１８は、スプリングプレート９の長手方向に交差するようにかつスプリングチャンバ１０の長手方向に交差するように延在する。これら斜め穴１８は、スプリングチャンバ１０のうちスプリングプレート９の下側に配置される部分空間１６に通じている。この場合、中央穴１７と斜め穴１８は互いに連通しており、そのためスプリングチャンバ１０の部分空間１５は、これら穴１７、１８を介してスプリングチャンバ１０の部分空間１６に接続される。

スプリングチャンバ１０の２つの部分空間１５、１６が、作動要素７のスプリングプレート９における穴１７、１８を介して接続されているため、燃料バルブ１の開放中の作動要素７のポンプ作用が効果的に低減され、作動要素７のポンプ作用に起因するバルブ１の開放中に残留し得る漏出燃料は多い場合でも少量しかスプリングチャンバ１０内に（つまりスプリングチャンバ１０のうち作動要素７のスプリングプレート９の第１の側に位置する部分空間１５内に）入り込まない。このためスプリングチャンバ１０内の圧力増加、ひいてはスプリングチャンバ１０のうちスプリング要素１１が内部に配置されるとともにバルブディスク９の上側に位置する部分空間１５内の圧力増加を、効果的に妨げることができる。このようにしてスプリング要素１１に関するキャビテーションに起因する破損のリスクを低減できる。

上述のようにスプリング要素１１は、その第１の端部において作動要素７のスプリングプレート９上で自身つまりスプリング要素１１自体を支持し、その第２の端部においてスラスト要素１２上で自身つまりスプリング要素１１自体を支持する。図１から明らかなように、スプリング要素１１は、作動要素７のスプリングプレート９の領域およびスラスト要素１２の領域の両方において、スプリングガイド１９および２０を介してガイドされる。スプリングプレート９のスプリングガイド１９をスプリングプレート９の中央穴１７が貫通する。

図２から明らかなように、作動要素７のスプリングプレート９のスプリングガイド１９は面取り部２１を備える。面取り部２１は、作動要素７の長手方向について、好ましくは１０°から３０°の、特に約２０°の角度αを含む。作動要素７のスプリングプレート９のスプリングガイド１９の上記領域における面取り部２１は、スプリング要素１１に作用する力を低減させ、それにより燃料バルブ１のスプリング要素１１が破損するリスクをさらに小さくできる。

本発明の第１の態様のさらなる有利な展開形態によれば、スラスト要素の長手方向に延在する穴２２が、スラスト要素１２の端部のうちスプリング要素１１に面する端部に導入される。この穴２２を経て、スプリングチャンバ１０つまり該スプリングチャンバ１０のうちスプリングプレート９の上側に位置する部分空間１５が、ランス穴１３と結合されるかまたは該ランス穴１３と接続される。スプリングチャンバ１０（つまりスプリングチャンバ１０内の上側部分空間１５）内に集められた漏出燃料は、漏出燃料をランス穴１３を起点として漏出ラインを介してバルブ１１から排出するために、スラスト部品１２における上記穴２２を介してランス穴１３内に効果的に排出できる。このように漏出流体または漏出燃料は、とりわけバルブの切替中あるいはバルブの開放中に、スプリングチャンバ１０からまたはスプリングチャンバ１０の部分空間１５からスラスト部品１２における穴２２を介してランス穴１３内へ排出でき、その結果、スプリングチャンバ１０の部分空間１５内の圧力増加を妨げることが可能となる。それゆえスプリング要素１１に関してキャビテーションに起因する破損のリスクをさらに小さくできる。

本発明の第２の態様に基づく流体作動バルブ１が図４および図５に示される。なお図４および図５のバルブ１に関し、図１から図３のバルブ１と同様のアセンブリについては同様の参照符号を使用する。不必要な繰り返しを避けるため、そうした同様のアセンブリについては上述の説明を参照されたい。以下では、図４および図５のバルブ１のうち図１から図３のバルブとは異なる部分についてのみ詳細に説明する。

注目すべきことに、本発明の２つの態様は互いに組み合わせられてバルブ１に利用することもできる。なお２つ態様またはその特徴部もまた、それら自体によってまたは互いとは関わりなくバルブ１に利用することもできる。

図４および図５の燃料噴射バルブ１の場合において、バルブハウジング３のスプリングチャンバ１０つまりスプリングチャンバ１０のうち作動要素７のバルブディスク９の第１の側つまり上側に位置する部分空間１５は、バルブハウジング３を貫通する少なくとも１つの穴を介して（優先的には複数の穴を介して）、図４によれば漏出流体または漏出燃料を排出する環状空間２４である漏出液排出部に直接連結されている。環状空間２４は、バルブ１のバルブハウジング３とレセプタクル２との間に形成されている。例示的に図示される実施形態では、４つの穴２３がバルブハウジング３につまりバルブハウジング３の上部セクション４に導入されている。これら穴２３は、スプリングチャンバ１０のうちスプリングプレート９の第１の側つまり上側に位置する部分空間１５を環状空間２４に直接結合する。この場合、穴２３は、バルブハウジング３の長手方向に対して斜めに延在する。

これら穴２３の断面は、作動要素７のポンプ作用によってスプリングチャンバ１０内につまりスプリングチャンバ１０の部分空間１５内に供給される漏出流体または漏出燃料を、バルブ１の切替時間内で（つまりバルブ１の開放に必要な時間内で）スプリングチャンバ１０の部分空間１５から穴２３を介して環状空間２４内に直接かつ完全に排出できる様式で、寸法決めされる。このためスプリングチャンバ１０のうち、スプリングプレート９の第１の側つまり上側に位置するとともにスプリング要素１１が収容される部分空間１５内の圧力増加が非常に効果的に妨げられ、スプリング要素１１のキャビテーションに起因する破損のリスクが低減される。

１バルブ
２レセプタクル
３バルブハウジング
４セクション
５セクション
６バルブ本体
７作動要素
８作動プッシュロッド
９スプリングプレート
１０スプリングチャンバ
１１スプリング要素
１２スラスト要素
１３ランス穴
１４燃料ライン
１５部分空間
１６部分空間
１７中央穴
１８斜め穴
１９スプリングガイド
２０スプリングガイド
２１面取り部
２２穴
２３穴
２４環状空間

Claims

バルブハウジング（３）を有する流体作動バルブであって、
前記バルブハウジング（３）内では、一側においてバルブ本体（６）が弁座と協働し、かつ他側では作動要素（７）がガイドされており、
前記作動要素（７）は、前記作動要素（７）のスプリングプレート（９）に接触するスプリング要素（１１）のばね力によって前記作動要素（７）が前記バルブ本体（６）を閉ポジションとなるように前記弁座に押し付ける様式で、バルブ本体（６）と相互作用する一方で、バルブ本体（６）に掛かる流圧が、前記スプリング要素（１１）のばね力に抗してバルブ本体（６）を前記弁座から持ち上げ、かつ、
漏出流体が、前記スプリング要素（１１）を収容する前記バルブハウジング（３）のスプリングチャンバ（１０）内に集められ、かつ漏出ラインを経て前記バルブから排出可能である、流体作動バルブにおいて、
少なくとも１つの穴（１７、１８）が、前記作動要素（７）のスプリングプレート（９）内に導入されており、前記穴（１７、１８）は、前記スプリングチャンバ（１０）のうち前記スプリングプレート（９）の第１の側に位置する部分空間（１５）と、前記スプリングチャンバ（１０）のうち前記スプリングプレート（９）の第２の側に位置する部分空間（１６）とを接続し、
前記スプリング要素（１１）は、第１の端部において、前記作動要素（７）の前記スプリングプレート（９）と接触し、かつ第２の端部において、調節ねじと相互作用するスラスト要素（１２）と接触しており、前記スラスト要素（１２）内には、該スラスト要素（１２）の長手方向に延在する穴が導入されており、この穴は、前記スプリングチャンバ（１０）をランス穴（１３）と結合しており、前記ランス穴（１３）から前記漏出ラインが分岐していることを特徴とする流体作動バルブ。
前記穴（１７、１８）は、前記スプリングチャンバ（１０）のうち前記スプリングプレート（９）の上側に位置する部分空間（１５）と、前記スプリングチャンバ（１０）のうち前記スプリングプレート（９）の下側に位置する部分空間（１６）とを接続することを特徴とする請求項１に記載のバルブ。
前記作動要素（７）の前記スプリングプレート（９）には複数の穴（１７、１８）が導入されており、これら穴（１７、１８）は、前記スプリングチャンバ（１０）のうち前記スプリングプレート（９）の第１の側に位置する部分空間（１５）と、前記スプリングチャンバ（１０）のうち前記スプリングプレート（９）の第２の側に位置する部分空間（１６）とを接続することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のバルブ。
前記スプリングプレート（９）には、一側においては前記スプリングプレート（９）の長手方向にかつ前記スプリングチャンバ（１０）の長手方向に延在する中央穴（１７）が、他側においては前記スプリングプレート（９）の長手方向に交差するようにかつ前記スプリングチャンバ（１０）の長手方向に交差するように延在する複数の斜め穴（１８）が導入されており、
前記中央穴（１７）は、前記スプリングチャンバ（１０）の前記第１の部分空間（１５）に通じており、かつ前記斜め穴（１８）は、前記スプリングチャンバ（１０）の前記第２の部分空間（１６）に通じていることを特徴とする請求項２および請求項３に記載のバルブ。
前記中央穴（１７）は、前記スプリングプレート（９）のスプリングガイド（１９）を貫通することを特徴とする請求項４に記載のバルブ。
前記スプリングガイド（１９）は、１０°から３０°の角度を伴う面取り部（２１）を備えることを特徴とする請求項５に記載のバルブ。
前記バルブハウジング（３）の前記スプリングチャンバ（１０）が、前記バルブハウジング（３）を貫通して延在する少なくとも１つの穴（２３）を介して漏出液排出部に直接結合されていることを特徴とする請求項１に記載の流体作動バルブ。
前記バルブハウジング（３）の前記スプリングチャンバ（１０）、つまり前記スプリングチャンバ（１０）のうちの前記スプリングプレート（９）の上側に位置する部分空間（１５）は、前記バルブハウジング（３）を貫通して延在する前記少なくとも１つの穴（２３）を介して、漏出流体を排出する環状空間（２４）に直接結合されており、
前記環状空間（２４）は、前記バルブハウジング（３）と、前記バルブを収容するレセプタクル（２）と、の間に形成されていることを特徴とする請求項７に記載のバルブ。
前記バルブハウジング（３）を貫通して延在する前記少なくとも１つの穴（２３）は、前記作動要素（７）のポンプ作用により前記スプリングチャンバ（１０）内に入り込む漏出流体を、前記バルブの切替時間内で、前記スプリングチャンバ（１０）内から前記少なくとも１つの穴（２３）を介して排出できる様式で、寸法決めされていることを特徴とする請求項７または請求項８に記載のバルブ。