(57)【要約】  ターボチャージャ（３）を備えた内燃機関（２）のための空気制御弁装置（１）であって、空気制御弁装置（１）は、ターボチャージャのチャージャ圧縮ポンプの吐出側（５）と吸込側（６）の間のバイパス通路（４）に配置されており、ケーシング（７）が設けられており、該ケーシングは、コイル（９）と、ヨーク（１０）と、コアエレメント（１１）とを備えた電磁的な駆動ユニット（８）と、ケーシング（７）内で可動の弁ユニット（１２）とを有しており、該可動の弁ユニット（１２）を非給電状態で閉鎖位置に保持する手段（１３）が設けられており、少なくとも１つの圧力補償開口（１４）が可動の弁ユニット（１２）に設けられている形式のものにおいて、少なくとも１つの圧力補償開口（１４）が、少なくとも１つの切替機構（１５）によって閉鎖可能である。
2009513880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ（３）を備えた内燃機関（２）のための空気制御弁装置（１）であって、空気制御弁装置（１）は、ターボチャージャのチャージャ圧縮ポンプの吐出側（５）と吸込側（６）の間のバイパス通路（４）に配置されており、ケーシング（７）が設けられており、該ケーシングは、コイル（９）と、ヨーク（１０）と、コアエレメント（１１）とを備えた電磁的な駆動ユニット（８）と、ケーシング（７）内で可動の弁ユニット（１２）とを有しており、該可動の弁ユニット（１２）を非給電状態で閉鎖位置に保持する手段（１３）が設けられており、少なくとも１つの圧力補償開口（１４）が可動の弁ユニット（１２）に設けられている形式のものにおいて、
少なくとも１つの圧力補償開口（１４）が、少なくとも１つの切替機構（１５）によって閉鎖可能であることを特徴とする、内燃機関（２）のための空気制御弁装置（１）。
【請求項２】
可動弁ユニット（１２）が、第１の可動子エレメント（１６）として形成された弁ロッドを有しており、該弁ロッドは、これに接続された第１の弁閉鎖体（１７）を有しており、第１の弁閉鎖体（１７）は、ほぼ円筒状の中央エレメント（１８）と、第１のシールエレメント（２０）を介してケーシング（７）に結合されている第１のアームエレメント（１９）と、第２のシールエレメント（２２）を介して第１の弁座（２３）に対応する第２のアームエレメント（２１）とから成っている、請求項１記載の空気制御弁装置。
【請求項３】
可動弁ユニット（１２）が、コアエレメント（１１）に支持されているばねエレメント（２４）によってプレロードをかけられている、請求項１又は２記載の空気制御弁装置。
【請求項４】
切替機構（１５）が弁プランジャとして形成されており、該弁プランジャはガイドブシュ（２５）によってコアエレメント（１１）と弁ロッド（１６）内に可動に支承されており、第１の弁閉鎖体（１７）に位置する端部が、第２の弁閉鎖体（２６）を有しており、第２の弁閉鎖体（２６）が、ガイドブシュ（２５）に配置された第２の弁座（２７）に、圧力補償開口（１４）が閉鎖可能であるように当接する、請求項２又は３記載の空気制御弁装置。
【請求項５】
弁プランジャ（１５）が、コアエレメント（１１）と作用結合する第２の可動子エレメント（２８）を有している、請求項４記載の空気制御弁装置。
【請求項６】
第２の可動子エレメント（２８）が、コアエレメント（１１）の、可動弁ユニット（１２）とは反対の側に配置されている、請求項５記載の空気制御弁装置。
【請求項７】
第２の可動子エレメント（２８）が、第１の可動子エレメント（１６）よりも僅かな質量及びコアエレメント（１１）までの距離を有しており、これにより、第２の可動子エレメント（２８）が第１の可動子エレメント（１６）よりも迅速に操作される、請求項５又は６記載の空気制御弁装置。
【請求項８】
第２の可動子エレメント（２８）が、給電状態でコイル（９）のケーシング部分（３０）に当接するストッパ（２９）を有している、請求項４から７までのいずれか１項記載の空気制御弁装置。
【請求項９】
第２の弁閉鎖体（２６）が、第２の弁座（２７）に支持されている第２のばねエレメント（３１）によってプレロードをかけられている、請求項４から８までのいずれか１項記載の空気制御弁装置。
【請求項１０】
中央エレメント（１８）が、内側に向けられた第１の縁部エレメント（３２）を有しており、第２の弁座（２７）が、外側に向けられた第２の縁部エレメント（３３）を有しており、これら縁部エレメントは、非給電状態で流体的に互いに接触している、請求項４から９までのいずれか１項記載の空気制御弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の形式のターボチャージャを備えた内燃機関のためのスラスト型空気制御弁装置(Schubumluftventilvorrichtung)に関する。
【０００２】
このような形式の空気制御弁装置は例えばＤＥ１００２００４１Ｃ２号明細書に記載されている。ターボチャージャのチャージャ圧縮ポンプの吐出側と吸込側のバイパス管路による接続は、内燃機関の高負荷からエンジンブレーキ運転への移行のために必要であり、これにより、チャージャ圧縮ポンプから、閉じられたスロットルバルブへの高い圧送が防止され、これにより生じるポンプ作用と、ターボ回転数の突然の著しい低下、及びその結果生じる熱力学的な問題を防止している。ＤＥ１００２００４Ｃ２号明細書に記載のスラスト型空気交換弁は、圧力補償開口を有しており、これにより、チャージャ圧縮ポンプの吐出側と吸込側との間の差圧にも関わらず、弁閉鎖体における閉鎖位置で圧力均衡が存在していることが保証されている。これにより、ターボチャージャ内の高い圧力のもとでも、圧力補償により、空気交換弁のために弱い閉鎖ばねしか必要でないという利点が得られる。弱い閉鎖ばねは、克服するために比較的弱いアクチュエータしか必要ではないので、構成スペースとコストを減じることができる。
【０００３】
しかしながらこのような形式の圧力補償式の空気交換弁は、余剰力が僅かであることに基づき、弁閉鎖体におけるスリップスティック現象が生じる恐れがあるという欠点を有している。即ち、開放点が、種々様々なパラメータ（シール面の押圧力、温度、摩擦パラメータ）により、限られた範囲でしか再現可能ではない。確実な開放を保証するためには、駆動ユニットによる比較的高い力が必要である。
【０００４】
本発明の課題は、圧力を補償し、かつ、スリップスティック現象も回避するような空気制御弁装置を提供することである。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部により解決される。少なくとも１つの圧力補償開口が少なくとも１つの切替機構により閉鎖可能であることにより、空気制御弁装置の開放過程中の圧力補償機能が無効にできるので、吐出側での高い圧力により弁の開放を助成することができる。可動弁ユニットが、第１の可動子エレメントとして形成された弁ロッドを有しており、この弁ロッドが、これに接続された第１の弁閉鎖体を有していて、この場合、第１の弁閉鎖体が、ほぼ円筒状の中央エレメントと、第１のシールエレメントを介してケーシングに結合されている第１のアームエレメントと、第２のシールエレメントを介して第１の弁に対応する第２のアームエレメントとから成っていることにより、空気制御弁装置の特にコンパクトな構成形式が可能である。このような理由から、可動弁ユニットは、コアエレメントに支持されている第１のばねエレメントによってプレロードをかけられていても有利である。
【０００６】
切替機構が弁プランジャとして形成されており、該弁プランジャはガイドブシュによってコアエレメントと弁ロッドと内に可動に支承されており、第１の弁閉鎖体に位置する端部が、第２の弁閉鎖体を有しており、第２の弁閉鎖体が、ガイドブシュに配置された第２の弁座に、圧力補償開口が閉鎖可能であるように当接すると特に有利である。この場合、弁プランジャが、コアエレメントと作用結合する第２の可動子エレメントを有していて良い。この場合、第２の可動子エレメントが、コアエレメントの、可動弁ユニットとは反対の側に配置されていると、構成スペース的に特に有利である。
【０００７】
簡単に空気制御弁装置の制御を行うことができるように、第２の可動子エレメントが、第１の可動子エレメントよりも僅かな質量及びコアエレメントまでの距離を有しており、これにより、第２の可動子エレメントが第１の可動子エレメントよりも迅速に操作される。この場合、第２の可動子エレメントが、給電状態でコイルのケーシング部分に当接するストッパを有している。第２の弁閉鎖体が、第２の弁座に支持されている第２のばねエレメントによってプレロードをかけられていても良い。
【０００８】
中央エレメントが、内側に向けられた第１の縁部エレメントを有しており、第２の弁座が、外側に向けられた第２の縁部エレメントを有しており、これら縁部エレメントは、非給電状態で流体的に互いに接触していると特に有利である。
【０００９】
このようにして、空気制御弁装置の開放運動中に、バイパス管路と、空気制御弁装置の内側領域との間の圧力補償を行うことができる。
【００１０】
以下に本発明の実施例を図面につき説明する。
【００１１】
図１には、ターボオットー式内燃機関が概略的に示されている。ターボチャージャ３を備えた内燃機関２のためのスラスト型空気制御弁装置１は、ターボチャージャ３のチャージャ圧縮ポンプの吐出側５と吸込側６の間のバイパス通路４に配置されている。この場合、吸込側６から周囲の空気が吸い込まれ、ターボチャージャ３によって圧縮され、次いで内燃機関２に供給される。内燃機関２に供給される吸込空気の制御はスロットルバルブ（詳しく図示せず）によって行われる。例えば突然のブレーキによりスロットルバルブが急に閉鎖する際に、引き続き回転するターボチャージャ３による、閉鎖したスロットルバルブへのポンプ作用を防止するためにバイパス通路４を設けることが公知である。このバイパス通路４を介して圧縮された吸込空気は再び、ターボチャージャ３の手前の吸込側６の領域に戻される。このような空気戻し案内を制御するために、バイパス通路４には空気制御弁装置１が設けられている。
【００１２】
図２には、本発明による空気制御弁装置１が、非給電状態で示されている。即ち空気制御弁装置１は圧力ｐ１を有する吐出側５を、圧力ｐ２を有する吸込側６に対して閉鎖している。空気制御弁装置１はこの場合、以下のように構成されている。複数の部分から形成することができるケーシング７は、コイル９と、ヨーク１０と、コアエレメント１１とを有した電磁的な駆動ユニット８を有している。電磁的な駆動ユニット８によりケーシング７内で可動弁ユニット１２を駆動することができる。この場合、可動弁ユニット１２を非給電状態で閉鎖位置に保つばね１３が設けられている。圧力補償開口１４を介して、弁ユニット１２内に形成された圧力と、吐出側５の圧力ｐ１との間の圧力均衡が保証される。当接面積を適当に選択することにより公知のように、当接面に作用する力が互いに相殺されることが保証される。このようにして、ばね１３のばね力を比較的小さく選択することができる。さらに、可動弁ユニット１２は、第１の可動子エレメント１６として形成される弁ロッドを有しており、この弁ロッドにはこれに続く第１の弁閉鎖体１７が設けられていることが示されている。この第１の弁閉鎖体１７は、主として、円筒状の中央エレメント１８と、第１のアームエレメント１９とから成っていて、この第１のアームエレメント１９は、第１のシールエレメント２０を介して、第１の弁閉鎖体１７がケーシング７の壁に流体的に接するように結合されている。さらに第２のアームエレメント２１が設けられており、この第２のアームエレメント２１は、第２のシールエレメント２２を介して第１の弁座２３に、非給電状態で、吐出側５が吸込側６から流体的に分離されているように対応している。
【００１３】
この場合、円筒状の中央エレメント１８には、コアエレメント１１に支持されている第１のばねエレメント２４が、可動弁ユニット１２が閉鎖位置でプレロードをかけられているように支持されている。
【００１４】
この実施例では、切替機構１５が弁プランジャとして形成されていて、この弁プランジャは、コアエレメント１１と弁ロッド１６内のガイドブシュ２５内で可動に支承されている。この場合、弁プランジャ１５は、第１の弁閉鎖体１７の端部に位置する第２の弁閉鎖体２６を有しており、この第２の弁閉鎖体２６は、ガイドブシュ２５に配置された第２の弁座２７に、圧力補償開口１４を閉鎖することができるように当接する。図示の状態では、空気制御弁装置１は閉じられており、相応に圧力補償開口１４も開放されている。
【００１５】
唯１つのコアエレメント１３によって可動弁ユニット１２と切替機構１５とを動かすために、切替機構１５は第２の可動子エレメント２８を有している。この可動子エレメント２８は、コアエレメント１１の、可動弁ユニット１２とは反対の側に配置されている。この実施例では、第２の可動子エレメント２８はさらに１つの当接部２９を有しており、この当接部は、給電状態で、コイル９のケーシング部分３０に当接する。
【００１６】
第２の弁閉鎖体２６は非給電状態で開放位置に留まるために、第２のばねエレメント３１によってプレロードをかけられており、この第２のばねエレメント３１は、第２の弁座２７に支持されている。
【００１７】
図３には、本発明による空気制御弁装置１が開放状態で示されている。この開放位置に達するためには、図２の弁位置を起点として、コイル９に給電し、これにより第２の可動子エレメント２８が、可動弁ユニット１２よりも質量が僅かであり、コアエレメント１１までの距離が短いことにより、より迅速にコアエレメント１１に引きつけられ、弁閉鎖体２６と共に圧力補償開口１４を閉鎖する。このようにして、吐出側５に形成された圧力ｐ１が、空気制御弁装置１の開放運動を助成する。同時に、可動弁ユニット１２もコアエレメント１１によって引き付けられる。一緒に摺動することにより空気制御弁装置１において形成される対向圧力を防止するために、中央エレメント１８は、内側に向けられた第１の縁部エレメント３２を有しており、第２の弁座２７が、外側に向けられた第２の縁部エレメント３３を有している。これらの縁部エレメント３２，３３は、非給電状態で流体的に互いに当接しているが、給電状態では、空気制御弁装置１の内側と外側の間の圧力補償を行うことができる。
【００１８】
スロットルバルブが再び解放されると、空気制御弁装置１の給電は遮断され、ばねエレメント２６，３１は、空気制御弁装置１を再び図２に示された出発位置にもたらす。
【００１９】
このような形式の空気制御弁装置は基本的に、別のエンジンにおいても使用することができ、ターボオットー式エンジンでの使用に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ターボオットー式内燃機関の一例を概略的に示した図である。
【図２】非給電状態にある本発明による空気制御弁装置を示した断面図である。
【図３】給電状態にある本発明による空気制御弁装置を示した断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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