JP6788946B2 - ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の前提部の特徴を有する内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁に関する。

特許文献１によれば、弁ハウジングに配置された弁座体およびこの弁座体に対して相対的にストローク運動可能な閉鎖体を有するガス弁、特にガス状の媒体のための調量弁が公知である。ガス弁の耐久性を改善するために、この印刷物では、弁座への閉鎖体に対する衝突速度および／または衝突エネルギを低減させる衝突体が提案される。これによれば、衝突体が減衰作用を有していて、閉鎖時に閉鎖体が弁座体に対して制動されずにぶつかることを阻止する。このような形式で、閉鎖体および弁座体のそれぞれの接触面の領域内における摩耗が減少され、これによって耐用年数が延長される。公知のガス弁は、特に内燃機関のためのガス吸入バルブであり、これは内燃機関の燃焼室内または前置された吸気通路内に燃焼ガスを噴射するために用いられる。

独国特許出願公開第１０２０１４２１９０１９号明細書

前記従来技術から出発して、本発明の課題は、高い耐用年数を有していると同時に簡単かつ安価に製造可能な、内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁を提供することである。

この課題を解決するために、請求項１の特徴を有する電磁式に操作可能な弁が提案される。本発明の好適な発展形態様は従属請求項に記載されている。

内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための、提案された電磁式に操作可能な弁は、弁ハウジングと、この弁ハウジングに接続された弁座体とを有していて、この弁座体内に少なくとも１つの吐出孔が形成されている。さらに、この弁は、プレート状または皿状の弁閉鎖部材を有していて、この弁閉鎖部材が、少なくとも１つの吐出孔を開放および閉鎖するために弁座体に対してストローク運動可能に前記弁ハウジング内に収容されている。本発明によれば、プレート状または皿状の弁閉鎖部材は、弁座体と接触可能な、剛性の低下された外側の縁部領域を有している。剛性は、外側の縁部領域が所定の可撓性若しくは弾性的な変形可能性を有する程度にまで、残りの弁閉鎖部材に対して低下されている。これは、弁閉鎖部材が閉鎖時に傾き、外側の縁部領域を介して弁座体に当接するときに、特に有利である。何故ならば、これにより、運動エネルギの一部は変形エネルギに変換され、ストッパ領域内の弁座体の負荷はより小さくなるからである。特にストッパ領域内の弁座体の面圧縮は減少される。これにより他方では、弁の摩耗の減少若しくは耐用年数の延長が得られる。

製造および／または組立に起因する公差に基づいて、ほとんど常に、弁閉鎖部材は閉鎖時に少なくとも僅かに傾いた位置を占める。従って、本発明の前記利点は、例外的な場合にだけではなく、規則的に効果を発揮する。

好適には、弁閉鎖部材は、剛性の低下された環状の外側の縁部領域を有している。このような形式で、弁閉鎖部材のすべての外側の縁部領域は、弁閉鎖部材が閉鎖時にどの方向に傾くかに関係なく、高い摩耗から保護される。

弁閉鎖部材の外側の縁部領域の低下された剛性は、形状および／または材料に基づくものであってよい。例えば、弁閉鎖部材は、縁部が所定の可撓性を有するように構成された縁部幾何学形状を有していてよい。選択的にまたは補足的に、縁部はその後ろに位置する縁部領域を含んで、可撓性の材料より製作されていてよい。

好適な形式で、縁部領域の剛性は、弁の閉鎖時の想定された衝突速度および／または弁閉鎖部材の想定された傾きに適合される。２つのパラメータは、シミュレーションおよび／または実験によって算出され得る。所望の剛性が算出されていれば、縁部領域の形状および／または材料が決定され得る。この場合、縁部領域は、剛性が低下されているにも拘わらず、弁座体に当接する際の負荷に耐えるために、十分に高い機械的な強度を有することを、考慮する必要がある。

本発明の第１の好適な実施形態によれば、弁閉鎖部材は、低下された剛性を有する外側の縁部領域を形成するために、半径方向外方に延在するつばを有している。つばの寸法および／または横断面形状を介して、剛性を適切に制御することができる。それと同時に、つばは簡単かつ安価に製作することができる。つばが、弁閉鎖部材の製造時に既に、特に成形時に一緒に形成できない場合、つばは、材料除去法、例えば旋盤加工により後から製作されてよい。

さらに、弁閉鎖部材は、低下された剛性を有する外側の縁部領域を形成するために、段付けされた外側輪郭を有していてよい。段付けされた外側輪郭は、同様に特に簡単かつ安価に旋盤加工によって製作可能である。例えば、段付けされた外側輪郭を有する弁閉鎖部材は２つのつば区分を有しており、これらのつば区分は、軸方向で互いに間隔を保っている。

本発明の好適な別の実施態様によれば、弁閉鎖部材は、外側の縁部領域を形成するために、弁閉鎖部材と比較して低い剛性を有する環状体と摩擦結合式、形状結合式および／または素材結合式に結合されている。低い剛性は、特に材料に基づくものであってよい。何故ならば環状体は残りの弁閉鎖部材とは別個に制作され得るからである。続いて行われる、環状体と弁閉鎖部材の摩擦結合式、形状結合式および／または素材結合式の結合によって、簡単に取り付けることができる複合体が得られる。

外側の縁部領域の低下された剛性が形状に基づくものであるかおよび／または材料に基づくものであるかとは無関係に、縁部領域は弁閉鎖部材のシール面に関連して同一平面に形成されているかまたは配置されていることが提案される。これによって、外側の縁部領域は、弁閉鎖部材の傾きが僅かであっても、まず最初に弁座体に当接することが保証されている。弁閉鎖部材が弁座体に対して正確に平行に整列されていれば、弁閉鎖部材はシール面全体に亘って弁座体に当接する。

好適な形式で、弁座体内に形成された少なくとも１つの吐出孔が円弧状に延在するスリットとして構成されている。このような形式で、比較的大きい流出横断面が得られる。好適な形式で、ガス弁の開放時に流量をさらに増やすために、複数の吐出孔が互いに同心的に配置されている。

弁座体内に形成された少なくとも１つの吐出孔の流出性を改善するために、弁閉鎖部材内に少なくとも１つの通路孔が形成されていることが提案される。この通路孔は好適には円弧状に延在するスリットとして構成されていて、このスリットは弁座体の少なくとも１つの吐出孔に対して半径方向でずらして配置されている。このような形式で、弁が常に確実に、つまり弁座体に対する弁閉鎖部材の角度位置とは無関係に、閉鎖することが保証されている。

本発明の発展形態様では、弁閉鎖部材が、少なくとも部分的にプレート状または皿状に構成された可動子によって形成されているかまたは可動子に接続されていることが提案されている。可動子が同時にプレート状または皿状の弁閉鎖部材を構成していれば、必要な構成部分の数は減少され得る。同時に特にコンパクトに構成された配置が得られる。可動子が別個に構成されていることによって、可動子の機能に正確に適合された別個の材料を使用することができる。特に良好な磁気特性を有する材料が、特に選定され得る。

さらに好適には、弁閉鎖部材が弁座体の方向に少なくとも１つのばねのばね力によって直接的または間接的に負荷されている。少なくとも１つのばねのばね力は、通電されていない状態でガス弁を閉鎖保持する。開放させるためには、電磁石のマグネットコイルが通電される必要があるので、次のような磁界、つまり、その磁力が可動子を弁閉鎖部材と共に少なくとも１つのばねのばね力に抗して引き寄せる磁界が生ぜしめられる。この場合、弁閉鎖部材は弁座体から持ち上がり、少なくとも１つの吐出孔を開放する。

本発明による弁の概略的な縦断面図である。 図１の可動子構造群の、変形可能な縁部領域の範囲の図１の部分の拡大した概略的な平面図である。 選択的な実施例の拡大した部分図である。

以下に、本発明の好適な実施例を添付の図面を用いて詳しく説明する。

ガス状の媒体、特にガス状の燃料のための、図１に示した電磁式の弁は、概ね中空円筒形の弁ハウジング１を有しており、この弁ハウジング１内に、プレート状の弁座体２がはめ込まれている。弁座体２内に、円弧状に延在し、かつ同心的に配置された複数の吐出孔３が形成されており、これらの吐出孔３を介してガス状の媒体が弁の開放時に送出可能である。図１では閉鎖された弁が示されている。

閉鎖位置で、吐出孔３は弁閉鎖部材４によって閉鎖され、この弁閉鎖部材４は、同様にプレート状に構成されていて、その弁座体２に向いた側の端面にシール面９を有している。シール面９は、同心的に配置され、かつ円弧状に延在する複数の通路孔１０によって貫通されており、これらの通路孔１０は、弁座体２の吐出孔３に対して半径方向でずらして配置されている。これによって、弁閉鎖部材４が弁座体２に当接すると、シール面９が吐出孔３を気密に閉鎖することが保証されている。

弁を開放するために、マグネットコイル１３が通電され、マグネットコイル１３の磁力が、弁閉鎖部材４に堅固に結合された可動子１１に作用する。マグネットコイル１３が通電されると、可動子１１および弁閉鎖部材４は一緒に、マグネットコイル１３を包囲するマグネット本体１４の方向に移動する。可動子１１および弁閉鎖部材４の運動は、ばね１２のばね力に抗して行われ、このばね１２は、弁閉鎖部材に支えられていて、この弁閉鎖部材を弁座体２に向かって軸方向に付勢する。マグネットコイル１３の通電が終了されると、ばね１２は弁閉鎖部材４を可動子１１と共にその初期位置へ戻し、弁を閉鎖する。

弁の閉鎖時に、弁閉鎖部材４は傾くので、まず最初に弁閉鎖部材４の外側の縁部領域５が弁座体２にぶつかる。高められた面圧に基づいて弁座体２の負荷が高められるのを阻止するために、図１に示した弁の弁閉鎖部材４は外側の縁部領域５を有しており、この外側の縁部領域５はつば６によって形成されており、このつば６は形状に基づいて弁閉鎖部材４と比較してより低い剛性を有している。つば６は、旋盤加工によって形成されている段付けされた外側輪郭７の構成部分である（図２も参照）。

図３には、本発明による弁のための弁閉鎖部材４の外側の縁部領域５の選択的な実施例が示されている。ここでは、外側の縁部領域５の低い剛性は環状体８によってもたらされ、この環状体８は、弁閉鎖部材４に堅固に結合されていて、少なくとも僅かに弾性的に変形可能な材料より形成されている。弁閉鎖部材４がまず外側の縁部領域５と共に弁座体２にぶつかると、運動エネルギの一部が変形エネルギに変換されるので、弁座体２の負荷は低下される。その結果、弁の摩耗は減少され、耐用年数は延長される。

図３に示された環状体８の横断面形状は一例として選択されているだけである。変化形は、請求項１の特徴が実現される限り可能である。

１ 弁ハウジング
２ 弁座体
３ 吐出孔
４ 弁閉鎖部材
５ 縁部領域
６ つば
７ 外側輪郭
８ 環状体
９ シール面
１０ 通路孔
１１ 可動子
１２ ばね
１３ マグネットコイル

Claims (8)

1. 内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁であって、弁ハウジング（１）と、該弁ハウジング（１）に接続された弁座体（２）とを有していて、該弁座体（２）内に少なくとも１つの吐出孔（３）が形成されており、さらにプレート状または皿状の弁閉鎖部材（４）を有していて、該弁閉鎖部材（４）が、少なくとも１つの吐出孔（３）を開放および閉鎖するために前記弁座体（２）に対してストローク運動可能に前記弁ハウジング（１）内に収容されている形式のものにおいて、
   プレート状または皿状の前記弁閉鎖部材（４）が、前記弁座体（２）と接触可能な、剛性の低下された外側の縁部領域（５）を有し、
   前記弁閉鎖部材（４）が、前記縁部領域（５）を形成するために、半径方向外方に延在するつば（６）および／または段付けされた外側輪郭（７）を有していることを特徴とする、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
2. 内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁であって、弁ハウジング（１）と、該弁ハウジング（１）に接続された弁座体（２）とを有していて、該弁座体（２）内に少なくとも１つの吐出孔（３）が形成されており、さらにプレート状または皿状の弁閉鎖部材（４）を有していて、該弁閉鎖部材（４）が、少なくとも１つの吐出孔（３）を開放および閉鎖するために前記弁座体（２）に対してストローク運動可能に前記弁ハウジング（１）内に収容されている形式のものにおいて、
   プレート状または皿状の前記弁閉鎖部材（４）が、前記弁座体（２）と接触可能な、剛性の低下された外側の縁部領域（５）を有し、
   前記弁閉鎖部材（４）が、前記縁部領域（５）を形成するために、前記弁閉鎖部材（４）と比較して低い剛性を有する環状体（８）と摩擦結合式、形状結合式および／または素材結合式に結合されていることを特徴とする、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
3. 内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁であって、弁ハウジング（１）と、該弁ハウジング（１）に接続された弁座体（２）とを有していて、該弁座体（２）内に少なくとも１つの吐出孔（３）が形成されており、さらにプレート状または皿状の弁閉鎖部材（４）を有していて、該弁閉鎖部材（４）が、少なくとも１つの吐出孔（３）を開放および閉鎖するために前記弁座体（２）に対してストローク運動可能に前記弁ハウジング（１）内に収容されている形式のものにおいて、
   プレート状または皿状の前記弁閉鎖部材（４）が、前記弁座体（２）と接触可能な、剛性の低下された外側の縁部領域（５）を有し、
   前記縁部領域（５）が、前記弁閉鎖部材（４）のシール面（９）に関連して同一平面に形成されているかまたは配置されていることを特徴とする、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
4. 内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁であって、弁ハウジング（１）と、該弁ハウジング（１）に接続された弁座体（２）とを有していて、該弁座体（２）内に少なくとも１つの吐出孔（３）が形成されており、さらにプレート状または皿状の弁閉鎖部材（４）を有していて、該弁閉鎖部材（４）が、少なくとも１つの吐出孔（３）を開放および閉鎖するために前記弁座体（２）に対してストローク運動可能に前記弁ハウジング（１）内に収容されている形式のものにおいて、
   プレート状または皿状の前記弁閉鎖部材（４）が、前記弁座体（２）と接触可能な、剛性の低下された外側の縁部領域（５）を有し、
   前記弁座体（２）内に形成された少なくとも１つの吐出孔（３）が円弧状に延在するスリットとして構成されており、複数の前記吐出孔（３）が互いに同心的に配置されていることを特徴とする、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
5. 内燃機関の吸気管路内にガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁であって、弁ハウジング（１）と、該弁ハウジング（１）に接続された弁座体（２）とを有していて、該弁座体（２）内に少なくとも１つの吐出孔（３）が形成されており、さらにプレート状または皿状の弁閉鎖部材（４）を有していて、該弁閉鎖部材（４）が、少なくとも１つの吐出孔（３）を開放および閉鎖するために前記弁座体（２）に対してストローク運動可能に前記弁ハウジング（１）内に収容されている形式のものにおいて、
   プレート状または皿状の前記弁閉鎖部材（４）が、前記弁座体（２）と接触可能な、剛性の低下された外側の縁部領域（５）を有し、
   前記弁閉鎖部材（４）内に少なくとも１つの通路孔（１０）が形成されており、該通路は円弧状に延在するスリットとして構成されていて、このスリットが前記弁座体（２）の少なくとも１つの前記吐出孔（３）に対して半径方向でずらして配置されていることを特徴とする、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
6. 前記弁閉鎖部材（４）が、少なくとも部分的にプレート状または皿状に構成された可動子（１１）によって形成されているかまたは可動子（１１）に接続されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか１項記載の、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
7. 前記弁閉鎖部材（４）が、前記弁座体（２）の方向に少なくとも１つのばね（１２）のばね力によって直接的または間接的に負荷されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか１項記載の、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。
8. 前記縁部領域（５）の低下された剛性が、形状に基づいておよび／または材料に基づいていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか１項記載の、ガスを吹き込むための電磁式に操作可能な弁。

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