JP6817436B2 - ガスを配量するための弁 - Google Patents

Description

本発明は、好ましくはガスおよびガス状燃料を配量するために使用されるような、ガスを配量するための弁に関するものである。

ガスを配量するための弁は従来技術から公知であり、たとえば特許文献１から公知である。このようなガス弁は、好ましくは、内燃機関に供給されるべきガス状燃料を配量するために使用される。この場合、ガス状燃料はピストンの運動に同調して正確な時点で且つ適正な配量でそれぞれの燃焼室内へもたらされねばならない。ガス状燃料の密度は薄いので、燃焼室内に適当なエネルギー量を提供するためには、比較的多めの配量が行われなければならない。それ故、公知のガス弁は比較的大きな複数の噴射穴を有しており、この場合、これらの噴射穴を制御するために、弁の内部に配置され、閉鎖ばねの力に抗して電磁石により長手方向に移動可能である可動な弁頭が用いられる。弁頭は弁密封面と協働して、その移動の際に複数の噴射穴を開閉させ、これらの噴射穴を通じてガス状燃料または他のガスが噴射される。

弁頭は、好ましくはフラットに形成され、電磁石を通電した時に、ストッパーに当接するまで弁密封面から離間するように引っ張られる。このストッパーは種々に形成されていてよく、磁気アーマチュアまたは弁頭のいずれかに形成されていてよく、このことは、特に、正確な配量を目的として特定の貫流横断面を制御するために弁頭の最大ストロークを正確に調整すべき場合に有利である。この場合、弁頭は接触エッジに当接する。というのは、平らな止め面の上に弁頭を正確に同様に平らに載置することは製造技術上実質的に達成できず、しかも磁気アーマチュアの運動によって常にわずかな傾斜位置が起こりうるからである。これに対応して、常に止め面の部分領域で最初に接触することになり、したがって大きな機械的荷重が発生する接触エッジが形成されることになる。その結果、局部的に高い面圧がこの接触エッジに発生し、これが弁の作動時間にわたって摩耗を引き起こし、よって開放横断面を拡大させ、したがってガスの噴射を増加させる。

独国特許出願公開第１０２０１４２２６４２１Ａ１号明細書

これに対し、本発明によるガス状燃料を配量するための弁は、接触エッジの領域での荷重が軽減され、したがってガス弁は全寿命にわたってガス状燃料の正確な配分を可能にするという利点を有している。このため、ガスを配量するための弁は、弁頭を長手方向に可動に内設したハウジングを有し、弁頭は、配量ガスのための少なくとも１つの貫通穴を開閉するために弁座面と協働する密封面を備えている。この場合弁頭は、密封面に対向している面でもって、該弁頭の開口位置で止め面に当接する。止め面には、可撓性接触エッジが形成されている。

弁頭が当接する可撓性接触エッジを形成することにより、面圧が適当になり、よって接触エッジの領域での機械的荷重が軽減され、このことは全寿命にわたって摩耗を軽減させ、よって弁頭の最大ストロークを一定に保持する。最大ストロークはガス状燃料の最大貫流横断面を定義し、よって貫流抵抗を定義するので、ガス状燃料のコンスタントな配量を確保することができる。

第１の有利な構成では、止め面は、ハウジング内に配置されている止め円板に形成され、該止め円板は中央穴を有し、可撓性接触エッジはこの中央穴の領域に形成されている。止め円板の中央穴は、好ましくは、弁を用いて配量すべきガス状燃料またはガスを誘導するために用いられ、これによって、中央穴への止め円板の移行部には、対応的に高い機械的荷重が発生するエッジが常に形成されることになる。中央穴の領域に可撓性接触エッジが形成されていれば、まさにこの高荷重領域がより好適に保護され、対応的に弁の寿命が向上する。

更なる有利な構成では、止め円板の中央穴に、周回するように延在する環状溝が形成されている。有利な態様では、この環状溝により環状細条部が形成され、この環状細条部に可撓性接触エッジが形成されている。環状溝の深さおよび止め円板の側面に対する近さによって、接触エッジの可撓性を調整することができ、その結果所望の機械的減衰が発生する。

更なる有利な構成では、弁頭は、電磁石と協働する磁気アーマチュアと結合されている。これにより、磁気アーマチュアは電磁石を通電することによって移動することができ、このとき磁気アーマチュアは対応的に弁頭を移動させ、その結果このようにして弁頭の長手方向移動が実施され得る。

更なる有利な構成では、止め円板は中央穴内に磁気アーマチュアを有し、このことは弁の省スペースな構成を可能にする。

更なる有利な構成では、弁頭内に複数の環状穴が形成され、これら環状穴を通じて、配量すべきガスが貫通穴へ流動することができる。複数の環状穴（これらの間に細条部が残っている）は、弁頭の比較的少ない移動によって大きな流動横断面を開閉させる可能性を生じさせ、これによって所望の、必要な大きさの貫流横断面が提供され、しかも弁頭の十分高い安定性が得られる。

更なる有利な構成では、弁頭は１つまたは複数の閉鎖ばねによって閉鎖力で弁座面の方向に付勢される。これによって、電磁石が通電されていなければ、すなわち特に弁がオフ状態であれば、弁頭が貫流穴を常に閉鎖することが保証されている。

図には、本発明による弁の一実施形態が図示されている。
主要な構成要素のみを図示した、本発明による弁の縦断面図である。 従来技術による可撓性接触エッジの領域の部分拡大図である。 本発明による実施形態の、図２ａと同じ部分拡大図である。

図１には、本発明によるガスを配量するための弁が縦断面図で図示されている。弁はハウジング１を有し、該ハウジングは保持体２を含み、該保持体は締め付けスリーブ６を介して弁座板５と結合されている。締め付けスリーブ６内には、図で下端に出口穴１５が形成され、該出口穴を介して、配量すべきガスが弁から排出される。さらに、保持体２と弁座板５との間に間隔保持円板４と当接円板３とが配置され、該間隔保持円板と当接円板とは複数の締め付けピン１３によって互いに締め付け固定され、これによって堅固な複合体を形成している。当接円板３と間隔保持円板４と弁座板５とから成る複合体は、締め付けスリーブ６を介して、保持体２の内部に配置されている電磁石１０に対し締め付け固定される。これによってすべての構成要素は、すなわち電磁石１０と止め円板３と間隔保持円板４と弁座板５とは、ハウジング１内に定置に固定されている。

電磁石１０は、磁心１１と、磁心１１の内部に配置されている磁気コイル１２とから成る。したがって、磁気コイル１２を通電することにより、止め円板３の中央穴２１内に可動に配置されている磁気アーマチュア８に磁力が作用する。磁気アーマチュア８は弁板７と固定結合され、その際ボルト１６による結合部が形成され、該ボルトは、磁気アーマチュア８および弁頭７内部の中央に配置されて、保持要素１７の介在のもとに弁頭７を磁気アーマチュア８に対し締め付け固定する。

弁座板５には複数の貫通穴２０が形成され、これらの貫通穴は穿孔部として形成され、弁座板５の上面に設けた環状穴２５と結合されている。環状穴２５（これらの環状穴の間にそれぞれ細条部が残り、図１では横断面でのみこれらの環状穴が見える）は、大きな貫流横断面を提供し、該貫流横断面を通じて、配量すべきガスが環状穴２５を介して貫通穴２０内へ流入することができる。これは、特に、大量のガスまたはガス状燃料を配量すべき場合に重要である。これらの貫通穴２０または環状穴２５を開閉させるために弁頭７を使用し、その弁座板５側の側面は密封面２３として形成されている。弁頭７にも環状穴３３が形成され、これらの環状穴は弁座板５の環状穴２５に対しずらして配置されており、その結果環状穴３３は、弁座板５の環状穴２５の間に残っている細条部に当接する。これによって弁座板５内の環状穴２５は、弁頭７が弁座板５上に載置されると直ちに閉鎖される。ガス状燃料または配量すべきガスをさらに誘導するために、弁頭７内に形成されて環状穴３３と結合されているガス貫通部２２を用いる。

弁頭７が弁座板５の弁座面２４に当接していれば、止め円板３と弁頭７との間に、弁頭７の最大ストロークを定義する隙間が残る。その際、弁頭７は複数の閉鎖ばね２６の力によって弁座板５の方向に閉鎖力で付勢され、この場合閉鎖ばね２６は弁頭７内の収容部２７で収容されている。ガスを噴射すべき場合は、電磁石１０が通電されて、磁気アーマチュア８を電磁石１０の方向へ引っ張る。これによって弁頭７も弁座板５から離間するように引っ張られ、その結果この時点でガスはガス貫通部２２と、環状穴３３と、他の環状穴２５と、貫通穴２０とを通って出口穴１５内へ流入することができる。弁頭７の運動は、該弁頭７が止め円板３の止め面２８に当接するまでの間続行され、したがって磁気アーマチュア８の運動も続行される。前記最大ストロークによって定義される、弁頭７と弁座板５との間に残っている開口横断面は、ガスまたはガス状燃料の可能な流動横断面を定義し、このことは、ガスの圧力が一定の場合、弁が特定の時間開いて、その後再び閉じることで、正確な配量を可能にする。

止め円板３内部の中央穴２１への移行部には、可撓性接触エッジ３０が形成されている。磁気アーマチュア８が弁頭７に及ぼす力により、弁頭７は、止め円板３に対し常にわずかに傾斜位置を占めているため、当初接触エッジ３０の片側に着座し、その結果この個所で弁頭７と止め円板３との間に最大機械的荷重が発生する。可撓性接触エッジ３０を形成するため、環状溝３１が中央穴２１の内面に形成されている。環状溝３１の厚さと幅および止め面２８に対する間隔とを介して、可撓性接触エッジ３０の可撓性を調整することができる。弁頭７が止め円板３に当接すれば、可撓性接触エッジ３０は容易に撓むので、この個所での機械的過荷重が軽減され、このことが摩耗を軽減させ、対応的に弁の寿命を向上させる。これに関して図２ａには可撓性エッジの領域での部分拡大図が示されている。なお、図２ａは止め円板３内部の中央穴への移行部に堅固なエッジが形成されている従来技術から公知の状態を示すもので、図２ｂは本発明による弁における可撓性接触エッジ３０の本発明による構成を示し、この部分は図１においてＩＩで示されている。

可撓性接触エッジ３０の剛性または可撓性は、予想される弁頭７の衝突速度に適合されねばならず、これは実験または演算および環状溝３１の適宜な構成によって行うことができる。荷重に耐えるために一方では十分な強度を有し、他方では十分な可撓性を有する、可撓性接触エッジに必要な可撓性が達成される限りにおいては、図示した環状溝３１の形態以外にも該環状溝３１の他の構成も可能である。また、可撓性接触エッジ３１を残りの止め円板とは異なる材料から製造して、適当な材料選択を介して必要な可撓性を達成することも可能である。

１ ハウジング
３ 止め円板
７ 弁頭
８ 磁気アーマチュア
１０ 電磁石
２０ 貫通穴
２１ 中央穴
２３ 密封面
２４ 弁座面
２５ 環状穴
２６ 閉鎖ばね
２８ 止め面
３０ 可撓性接触エッジ
３１ 環状溝

Claims (6)

1. ガスを配量するための弁であって、弁頭（７）を長手方向に可動に内設したハウジング（１）を備え、前記弁頭（７）に、配量すべき前記ガスのための少なくとも１つの貫通穴（２０）を開閉するために弁座面（２４）と協働する密封面（２３）が形成され、前記弁頭（７）が、前記密封面（２３）に対向している面でもって、該弁頭の開口位置で止め面（２８）に当接する前記弁において、
   前記止め面（２８）が、前記ハウジング（１）内に配置されている止め円板（３）に形成され、該止め円板（３）が中央穴（２１）を有し、
   前記中央穴（２１）の内周面に、周回するように延在する環状溝（３１）が形成され、
   前記止め円板（３）における、前記止め面（２８）と前記環状溝（３１）との間に、環状細条部が形成され、
   前記環状細状部は、前記弁頭（７）が前記止め面（２８）に当接する際に撓むことが可能な可撓性エッジ（３０）であることを特徴とする弁。
2. 前記弁頭（７）が、電磁石（１０）と協働する磁気アーマチュア（８）と結合されていることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
3. 前記磁気アーマチュア（８）が前記中央穴（２１）内に配置されていることを特徴とする、請求項２に記載の弁。
4. 前記弁頭（７）内に複数の環状穴（２５）が形成され、これら環状穴を通じて、配量すべきガスが前記貫通穴（２０）へ流動することができることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
5. 前記弁頭（７）が１つの閉鎖ばね（２６）または複数の閉鎖ばね（２６）によって閉鎖力で前記弁座面（２４）の方向に付勢されていることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
6. 前記ガスは、ガス状燃料であることを特徴とする、請求項１に記載の弁。

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