(57)【要約】  本発明は、ラインシステムを開閉する弁に関し、この弁は、金属またはプラスチック製で弁座（２６）を形成する弁本体（２４）と、弁座（２６）に流体を供給するための供給ライン（２０）と、弁座（２６）から流体を排出するための排出ライン（２２）とを有するラインシステム（１８）であって、流体が供給ライン（２０）では供給圧力（ｐＶ）下にあり、排出ライン（２２）では動作圧力（ｐＮ）下にあるラインシステム（１８）と、ラインシステムを開閉するために弁座（２６）と相互作用する閉鎖要素（２８）であって、弁座（２６）と閉鎖要素（２８）との間の絞り断面（Ａ）を解放する閉鎖要素（２８）と、閉鎖要素（２８）に復元力を供給する復元要素（３２）であって、ラインシステムを閉鎖するため、該復元力が弁座（２６）に対して閉鎖要素（２８）を押圧する復元要素（３２）と、ラインシステム（１８）を閉鎖するため、閉鎖圧力（ｐＳ）下の流体が存在する圧力チャンバ（４６）と、を備える。弁（１０）は、解放された絞り断面（Ａ）の関数として、圧力チャンバ（４６）内の閉鎖圧力（ｐＳ）を供給圧力（ｐＶ）よりも低くすることができる手段（５２）を有する。本発明はさらに、上記弁を備える車両および上記弁の操作方法に関する。
2019517644.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ラインシステムを開閉する弁であって、
弁座（２６）を形成する金属またはプラスチック製の弁本体（２４）と、
弁座（２６）に流体を供給するための供給ライン（２０）と、前記弁座（２６）から流体を除去するための排出ライン（２２）とを有するラインシステム（１８）であって、流体が、前記供給ライン（２０）では供給圧力（ｐＶ）下にあり、前記排出ライン（２２）では動作圧力（ｐＮ）下にある、ラインシステム（１８）と、
前記ラインシステムを開閉するために前記弁座（２６）と協働する閉鎖要素（２８）であって、前記弁座（２６）と前記閉鎖要素（２８）との間の絞り断面（Ａ）を解放する閉鎖要素（２８）と、
前記閉鎖要素（２８）に復元力を供給する復元要素（３２）であって、前記ラインシステムを閉鎖するため、該復元力が前記弁座（２６）に対して前記閉鎖要素（２８）を押圧する復元要素（３２）と、
閉鎖圧力（ｐＳ）下の流体が存在する圧力チャンバ（４６）であって、前記ラインシステム（１８）を閉鎖するため、流体が前記閉鎖要素（２８）に閉鎖力を加える圧力チャンバ（４６）と、
を備え、
前記弁（１０）が、解放された前記絞り断面（Ａ）の関数として、前記圧力チャンバ（４６）内で閉鎖圧力（ｐＳ）を供給圧力（ｐＶ）よりも低下させることができる手段（５２）を備える、弁。
【請求項２】
前記手段（５２）が、前記閉鎖要素（２８）を貫通して前記供給ライン（２０）に連通し、前記圧力チャンバ（４６）と流体連通する導管（４４）を備えることを特徴とする、請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記弁（１０）がバイパス（５０）を備え、前記バイパスが、前記導管（４４）と、前記閉鎖要素（２８）を囲んで前記排出ライン（２２）に連通する環状スロット（４８）とを含むことを特徴とする、請求項２に記載の弁。
【請求項４】
前記手段（５２）が、前記閉鎖要素（２８）と共に絞り断面（Ａ）の領域において前記導管（４４）の少なくとも一部を形成する挿入要素（５４）を備えることを特徴とする、請求項３に記載の弁。
【請求項５】
前記閉鎖要素（２８）が、前記挿入要素（５４）が配置されている円柱状凹部（５６）を含むことを特徴とする、請求項４に記載の弁。
【請求項６】
前記挿入要素（５４）が、縦軸（Ｌ）に対して略垂直に延びる第１の軸部（６０）と、縦軸（Ｌ）に対して略平行に延びる第２の軸部（６２）とを有するＵ字状断面を有することを特徴とする、請求項５に記載の弁。
【請求項７】
前記挿入要素（５４）が、前記閉鎖要素（２８）に面し、いくつかの窪み（６４）が配置される第１の前面（６３）を有することを特徴とする、請求項４〜６のいずれか一項に記載の弁。
【請求項８】
前記第２の軸部（６２）の自由端において前記挿入要素（５４）が、前記縦軸（Ｌ）に面した斜面（６６）を有する第２の前面（６５）を形成することを特徴とする、請求項６に記載の弁。
【請求項９】
前記挿入要素（５４）が、前記閉鎖要素（２８）に対して移動可能であることを特徴とする、請求項４〜８のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１０】
前記挿入要素（５４）が、前記閉鎖要素（２８）上のいくつかのバネ（５８）によって固定されていることを特徴とする、請求項９に記載の弁。
【請求項１１】
前記弁（１０）が、縦軸（Ｌ）に沿って前記閉鎖要素（２８）を移動させるための調整装置（３６）を備えることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１２】
前記復元要素（３２）が永久磁石（３４）として設計されていることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか一項に記載の弁（１０）を備える車両。
【請求項１４】
ラインシステムを開閉する弁の操作方法であって、前記弁が、
弁座（２６）を形成する金属またはプラスチック製の弁本体（２４）と、
弁座（２６）に流体を供給するための供給ライン（２０）と、前記弁座（２６）から流体を除去するための排出ライン（２２）とを有するラインシステム（１８）であって、流体が、前記供給ライン（２０）では供給圧力（ｐＶ）下にあり、前記排出ライン（２２）では動作圧力（ｐＮ）下にあるラインシステム（１８）と、
前記ラインシステムを開閉するために前記弁座（２６）と協働する閉鎖要素（２８）と、
前記閉鎖要素（２８）に復元力を供給する復元要素（３２）であって、前記ラインシステムを閉鎖するため、該復元力が前記弁座（２６）に対して前記閉鎖要素（２８）を押圧する復元要素（３２）と、
閉鎖圧力（ｐＳ）下の流体が存在する圧力チャンバ（４６）であって、前記ラインシステム（１８）を閉鎖するため、流体が前記閉鎖要素（２８）に閉鎖力を加える圧力チャンバ（４６）と、
を備え、
前記操作方法が、
前記供給圧力（ｐＶ）が設定可能な閾値を超えたときに前記弁座（２６）と前記閉鎖要素（２８）との間の絞り断面（Ａ）を解放するステップと、
適切に設計された手段（５２）を用いて、前記圧力チャンバ内の閉鎖圧力（ｐＳ）を供給圧力（ｐＶ）よりも低くするステップと、
を備える操作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ラインシステムを開閉する弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
弁は、一般的に、可動閉鎖要素が弁座と協働するようにラインシステムを開閉することができる固定弁座を備える。このようなラインシステムは、流体を弁座に供給する供給ラインと、弁座から流体を除去する除去ラインとを備え、供給ライン内の流体は供給圧力下にあり、除去ラインでは動作圧力下にある。いくつかの用途では、供給圧力が一定の閾値を下回っている限り弁が閉鎖し、供給圧力が閾値圧力を超えるとすぐに弁を開放する必要がある。
【０００３】
この質は基本的には、調整装置の助けを借りて変換することができ、閾値を超える、または下回るときに閉鎖要素を適切に移動させることができる。たとえば、この目的で電磁弁を使用することができる。しかし、ここでは、調整装置を適切に作動させる制御装置と通信する圧力センサを設けることが必要である。これらの部品によるコスト、ケーブル配線費用、および必要な構造上のスペースに加えて、上記電磁弁は特に、その機能が適切な電流供給に依存するという欠点を有する。しかしながら、電流は、特に車両のような電気自律システムにおいて、常に供給されるとは限らない。また、電磁弁の作動に関連する電流消費は、内燃機関で作動する特定の車両の燃料消費に顕著な悪影響を及ぼす。電流消費量の増加により、電気自動車での範囲が縮小される。
【０００４】
これらの欠点に対処するために、流体制御弁が使用される。このような弁は、閉鎖要素を弁座に対して一定の復元力で押圧する復元要素を含む。流体の供給圧力が閾値を下回っている限り、弁は閉鎖したままであり、いわゆる「常閉」弁である。弁は、ここでは、供給圧力のため、復元力に対抗する流体力が閉鎖要素に加えられるように設計されている。供給圧力が閾値を超えるまで上昇すると、流体力が復元力を上回り、その結果、閉鎖要素が弁座から離れるように移動し、弁が開放される。
【０００５】
復元要素を可能な限り小さくして、構造上のスペースを節減するため、弁によっては、弁座から見て閉鎖要素の後ろに圧力チャンバが配置される。圧力チャンバは、一定圧力下で流体を充填される。この圧力は、復元要素の復元力と同じ方向に作用する閉鎖力を生じさせ、その結果、復元要素が閉鎖要素の押圧中、弁座に支持される。したがって、圧力チャンバ内の流体の圧力も、以下閉鎖圧力と称する。多くの場合、圧力チャンバは供給ラインに流体接続されるため、閉鎖圧力は供給圧力とまさに同一である。供給圧力が上昇するにつれて、閉鎖圧力も上昇する結果、閉鎖要素は弁座から比較的緩やかにしか離れないため、弁と閉鎖要素との間の絞り断面、すなわち、流体が供給ラインから除去ラインへ流れるときに流体が横切る流れの横断面は、供給圧力の上昇に伴って比較的緩やかにしか増加しない。したがって、閉鎖要素および弁座は絞りとして作用し、流体が絞り断面を流れるとき、供給圧力は動作圧力へ減圧される。減圧が大きくなるにつれ、絞り断面は小さくなる。閉鎖要素が弁座から緩やかに離れるにつれ、供給圧力の比較的広い圧力範囲にわたって供給圧力が動作圧力まで比較的大きく減圧され、高い動作圧力が望まれる多くの用途では不都合である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
したがって、本発明の実施形態の課題は、開弁中および開弁後、公知の流体制御弁と比較して、供給圧力があまり大きく減圧されず、高い動作圧力が存在するように、最初に説明したような流体制御弁を開発することである。言い換えると、所与の供給圧力において公知の流体制御弁よりも開放挙動が改良されて、より大きな絞り断面が解放され、弁を介する圧力降下が低減されるべきである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この課題は、請求項１、１２、および１３に示される特徴によって解決される。有効な実施形態は、従属請求項の主題を構成する。
本発明の実施形態は、金属またはプラスチック製で弁座を形成する弁本体と、弁座に流体を供給するための供給ラインと、弁座から流体を除去するための除去ラインとを有するラインシステムであって、流体が供給ラインでは供給圧力下にあり、除去ラインでは動作圧力下にあるラインシステムと、ラインシステムを開閉するために弁座と協働する閉鎖要素であって、弁座と閉鎖要素との間の絞り断面を解放する閉鎖要素と、閉鎖要素に復元力を供給する復元要素であって、ラインシステムを閉鎖するため、復元力が弁座に対して閉鎖要素を押圧する復元要素と、閉鎖圧力下の流体が存在する圧力チャンバであって、ラインシステムを閉鎖するため、流体が閉鎖要素に閉鎖圧力を加える圧力チャンバと、に関し、弁は、解放された絞り断面の関数として、圧力チャンバ内の閉鎖圧力を供給圧力よりも低くすることができる手段を備える。
【０００８】
前述したように、従来技術から公知の流体制御弁は、閉鎖圧力が供給圧力と同じくらい大きいため、比較的緩やかに開放される。閉鎖圧力によって加えられる閉鎖力は、流体が閉鎖要素に作用する力に抗して作用するため、流体は閉鎖圧力に抗して作用しなければならない。これとは対照的に、提案される手段は、解放される絞り断面の関数として供給圧力よりも閉鎖圧力を低くすることができる。その結果、閉鎖要素を弁座から離すのに必要な力が低下する。このため、弁が、従来の弁よりも、閾値を超える所与の圧力でより大きく開放される。より大きな開口部は、流体が絞り断面を通って流れるときに供給圧力がさほど減圧されないという効果を有する。したがって、動作圧力はそれほど大きく低下せず、これは、高い動作圧力を必要とする用途では特に有効である。
【０００９】
別の実施形態では、上記した手段は、閉鎖要素を貫通して供給ラインに連通する導管を備えることができ、この導管は圧力チャンバと流体連通する。導管は、一般的には、圧力チャンバを特に供給導管に流体接続させるため、製造が比較的簡単である。また、従来技術から公知の流体制御弁は、少なくとも部分的に利用することができる導管を既に有している。この程度まで、上記の手段を作製する追加の技術的製造費用は比較的低い。
【００１０】
さらに開発された実施形態によれば、弁はバイパスを備え、バイパスは、閉鎖要素を通って延び、供給ラインに連通する導管と、閉鎖要素を取り囲み、排出ラインに連通する環状スロットとを含む。従来技術から公知の流体制御弁は、弁座を回避しながら供給ラインを排出ラインに接続するバイパスを含む。圧力チャンバは、導管と環状スロットとの間に配置される。また、この場合、上記の手段を利用可能にする追加費用は比較的低い。
【００１１】
別の実施形態では、上記した手段は、閉鎖要素と共に、絞り断面の領域において導管の少なくとも一部を形成する挿入要素を備える。この実施形態では、導管を絞り断面の領域に容易に誘導することができる。上記の絞りにより、絞り断面内の静圧が低下する。挿入要素は、絞り断面の領域内の導管が供給導管に連通するように設計される。したがって、ベンチュリ管のように、低下した静圧が除去される。圧力チャンバは導管を介して供給導管に流体接続されているので、絞り断面の領域における導管が供給導管内に連通されるため、供給圧力ではなく低下した静圧が圧力チャンバ内に存在して、閉鎖圧力が低下する。静圧が低くなるほど、解放された絞り断面が小さくなるが、これは弁開放の開始時の場合である。したがって、弁開放の開始時に、それに起因する閉鎖圧力および閉鎖力が特に低くなるため、既知の流体制御弁と比較してより迅速に開弁する。このことから、閾値を超える所与の供給圧力では、既知の流体制御弁よりも高い動作圧力が利用可能である。さらに、導管は、追加の孔、ライン、または他の構成要素を設ける必要なく、挿入要素を用いて比較的簡単な方法で製造することができる。
【００１２】
さらに発展させた実施形態では、閉鎖要素が、挿入要素を配置する円柱状凹部を備える点で異なる。多くの場合、従来技術から既知の流体制御弁の閉鎖要素は、挿入要素を配置できるように円柱状凹部を含む。この構造に基づき、導管を非常に簡単な方法で利用することができる一方、弁に挿入要素を収容するための追加の構造的空間を必要としない。
【００１３】
別の実施形態によると、挿入要素は、縦軸に対して略垂直に延びる第１の軸部と、縦軸に略平行に延びる第２の軸部とを有するＵ字状断面を有する。Ｕ字状断面の代わりに、挿入要素をディスク状に設計することもできる。しかしながら、Ｕ字状断面は、上昇した流速が既に存在することで、静圧が低下する表面が低減されるという利点を有する。この圧力低下がなければ、望ましくない閉鎖方向へ挿入要素に力が加わることになる。また、Ｕ字状断面で材料を節約することができる。
【００１４】
さらに、挿入要素は、閉鎖要素に面し、いくつかの窪みが配置される第１の前面を有する。窪みは、導管の一部を形成し、流体がそこを流れる。窪みを設けることで、固定突起またはスペーサを設ける必要なく、挿入要素を閉鎖要素に直接接続することができる。このため、挿入要素を閉鎖要素に固定する方法が簡易化される。
【００１５】
第２の軸部の自由端の挿入要素が、縦軸に面する斜面を有する第２前面を形成する可能性がある。第２の軸部の自由端に斜面を設けることにより、絞り断面の領域において挿入要素がやや尖って延びる。これにより、第２の絞り、ひいては予備絞りが行われる結果、圧力チャンバ内の閉鎖圧力が特に急激に低下して、弁の開放挙動をさらに向上させることができる。この時点で、強い絞りは、一見したところ本発明の目的に反する動作圧力の大きな低下をもたらすことが言及される。しかしながら、弁座からの閉鎖要素の距離が増加するにつれて、絞りは減少する。その結果、動作圧力の低下は比較的短時間しか持続せず、弁座からの閉鎖要素の距離が増大すると再び補償され、一定距離では過補償される。
【００１６】
さらに発展させた実施形態では、挿入要素を閉鎖要素に対して移動させることができることを特徴とする。その結果、絞り断面を現在の供給圧力の関数として変化させることができるので、開弁直後から非常に良好な絞りを利用することができる。前述したように、特に効果的な絞りは、圧力チャンバ内の閉鎖圧力を急激に低下させる。圧力チャンバ内の閉鎖圧力を低下させることができるほど、開放挙動が良好になる。これは、開放状態において、挿入要素の前面と閉鎖要素の閉鎖面との間の距離を縮小することによって達成することができる。このようにして、予備絞りのオーバーフローの断面が減少されることで、速度を上昇させ、静圧を低下させ、圧力チャンバによって生じる復元力を低下させる。ここでは、適切な最大値は、予備絞りが主絞りになる点に略位置する（前面と閉鎖面との間の距離が約０ｍｍ）。
【００１７】
別の実施形態では、挿入要素が、閉鎖要素上のいくつかのバネによって固定されることで区別される。バネを使用することにより、たとえば、ある特性曲線を有するバネを使用するという点で、閉鎖要素に対する挿入要素の移動を単純に定義することができる。特性曲線の選択によって、一定の供給圧力で挿入要素を閉鎖要素に対してどの程度移動させるかを決定することができる。
【００１８】
さらに発展させた実施形態では、弁は、縦軸に沿って閉鎖要素を移動させるための調整装置を有する。既に幾度か述べたように、本発明は、別個の調整装置を必要としない流体制御弁に関する。しかしながら、従来技術から既知の複数の流体制御弁は、電磁弁から既知であり、アーマチュア、磁極コア、およびコイル形状を含む調整装置を備える。この調整装置は、流体制御弁がすべての条件下で確実に閉鎖されるように冗長化として使用することができる。これにより、本弁の操作安全性が向上する。
【００１９】
別の実施形態では、復元要素は永久磁石として設計される。永久磁石の重要な特徴は、永久磁石によって加えられる力が、しばしば空隙とも称される、空気または油などの磁気的に問題ない流体で満たされるスロットの大きさ、たとえば、永久磁石から放射される磁力線が交差しなければならない環状スロットの幅によって制御できることである。この質は、特に良好な開放挙動を得るため、特定の特性を調整するために使用することができる。この目的のため、開放プロセスの開始時は比較的大きな開放圧力が望ましいが、その後、できるだけ動作圧力を低下させるためには、可能な限り絞りを避けるべきである。磁力線が横断しなければならず、開放プロセス中に対応してサイズが変化するスロットの適切な配置を前提として、所望の開放挙動を調整できるように、永久磁石が閉鎖要素に及ぼす復元力を変更することができる。
【００２０】
本発明の一実施形態は、先行する請求項の１つによる弁を備える車両に関する。提案される車両で達成され得る技術的効果および利点は、提案される弁について述べられた技術的効果および利点に対応する。要約すると、本発明の弁は良好な開放挙動を可能にするため、閾値を上回る特定の供給圧力では、既知の流体制御弁よりも動作圧力が高くなることが指摘される。高い動作圧力は、たとえば、以下の条件の下で有利に使用することができる。すなわち、車両においては、モータオイルを用いて内燃機関のピストンヘッドを冷却することができる。しかしながら、ピストンヘッドの冷却は、内燃機関が所定の吸入負荷を超えて運転されている場合にのみ必要である。たとえば、始動後、特に冷間始動後および車両停止中に、ピストンヘッドの冷却は通常必要ではない。
【００２１】
本発明の弁の開口部を使用して、ピストンヘッドに対してモータオイルを噴霧して冷却する噴流を与えるための動作圧力を利用することができる。
本発明の実施例は、ラインシステムを開閉する弁を操作する方法に関し、該弁は、
弁座を形成する金属またはプラスチック製の弁本体と、
弁座に流体を供給するための供給ラインと、弁座から流体を排出するための排出ラインとを有するラインシステムであって、流体が供給ラインでは供給圧力下にあり、排出ラインでは動作圧力下にあるラインシステムと、
ラインシステムを開閉するために弁座と協働する閉鎖要素と、
閉鎖要素に復元力を供給する復元要素であって、ラインシステムを閉鎖するため、該復元力が弁座（２６）に対して閉鎖要素を押圧する復元要素と、
閉鎖圧力下の流体が存在する圧力チャンバであって、ラインシステムを閉鎖するため、流体が閉鎖要素に閉鎖力を加える圧力チャンバと、
を備え、
該方法は、
供給圧力が設定可能な閾値を超えたときに弁座と閉鎖要素との間の絞り断面を解放するステップと、
適切に設計された手段を用いて、圧力チャンバ内の閉鎖圧力を供給圧力よりも低くするステップと、
を備える。
【００２２】
提案される方法で達成できる技術的効果および利点は、提案される弁について記載された技術的効果及び利点に対応する。要約すると、本発明の弁は良好な開放挙動を可能にするため、閾値を上回る特定の供給圧力では、既知の流体制御弁よりも動作圧力が高くなることが指摘される。
【００２３】
本発明の一実施形態は、自動車分野、特にピストンヘッドの冷却用途について上述した実施形態の１つによる弁の使用に関する。提案される使用で達成できる技術的効果および利点は、提案される弁について記載される技術的効果および利点に対応する。要約すると、本発明の弁は良好な開放挙動を可能にするため、閾値を上回る特定の供給圧力では、既知の流体制御弁よりも動作圧力が高くなることが指摘される。
【００２４】
本発明の例示的実施形態について、添付図面を参照して以下に詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】閉鎖状態の本発明による流体制御弁の例示的実施形態の断面図である。
【図２】開放状態の図１に示す弁の図である。
【図３ａ）】図１で特徴付けられた領域Ｘの拡大図である。
【図３ｂ）】図３ａ）で特徴付けられた領域Ｚの拡大図である。
【図３ｃ）】図３ｂ）に類似の拡大図であるが、弁が図２による開放状態にある。
【図４】挿入要素の斜視図である。
【図５】図１で特徴付けられた領域Ｙの拡大図である。
【図６】本発明による流体制御弁の別の例示的実施形態の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
図１は、本発明による流体制御弁１０の例示的実施形態の断面図である。弁１０は、第１のハウジング部１４と第２のハウジング部１６とを有するハウジング１２を備え、ラインシステム１８は、第１のハウジング部１４内に配置され、供給ライン２０と排出ライン２２とを備える。さらに、弁本体２４が第１のハウジング部１４に配置され、弁座２６を形成する。弁本体２４は、たとえば、金属またはプラスチックから製造することができる。さらに、弁１０は、縦軸Ｌに沿って移動することができるように配置された閉鎖要素２８を含む。閉鎖要素２８は、復元要素３２、この場合、放射状に磁化された永久磁石３４と協働するアーマチュア３０に接続される。永久磁石３４は、第２のハウジング部１６の適切な形状のレセプタクル内に配置され、磁気的に問題とならないシート３５によってレセプタクル内に固定される。シート３５は、たとえば、良質鋼から製造することができる。
【００２７】
アーマチュア３０は調整装置３６の一部であり、この調整装置を用いて、閉鎖要素２８を縦軸Ｌに沿って移動させることができる。調整装置３６は、閉鎖要素２８を囲む磁極コア４０と、アーマチュア３０を囲むケース４１とをさらに備える。調整装置３６にも属するコイル本体４２が、ケース４１の放射方向外側に配置され、詳細に図示されない方法で電流を印加することによって、閉鎖要素２８を縦軸Ｌに沿って移動させることができる。しかしながら、ここでは、調整装置３６は、主として開弁圧力を上回っても弁を閉鎖するように設けられていることに留意すべきであり、閉鎖要素２８は、弁１０の開放時、流体が供給ライン２０から排出ライン２２に流れ込む非作動動作中、流体によってのみ移動される。
【００２８】
閉鎖要素２８は、閉鎖要素２８の中央を延び、縦軸Ｌに沿ってアーマチュア３０の内部に続く導管４４を備える。導管４４は、閉鎖要素２８から見て、アンカーの後端で圧力チャンバ４６に連通する。環状スロット４８が、ケース４１とアーマチュア３０との間だけでなく、閉鎖要素２８と磁極コア４０との間にも形成される。環状スロット４８は、アーマチュア３０とケース４１との間の間隔ｐ（図５参照）を有し、図示の例では０．０３〜０．０７ｍｍであるため、０．７２〜１．６８ｍｍ２の断面が達成される。さらに、アーマチュア３０と磁極コア４０との間の環状スロット４８は、アーマチュア３０の位置に応じて値ｄ１とｄ２との間で変化する距離ｄを有する。弁１０の図１に示す閉鎖状態における距離ｄ１は、図２に示す開放状態における距離ｄ２よりも明らかに小さい。
【００２９】
導管４４、圧力チャンバ４６、および環状スロット４８はバイパス５０を形成し、このバイパスによって、排出ライン２２内の供給ライン２０は閉鎖要素２８を回避して接続される。環状スロット４８は、特にケース４１とアーマチュア３０との間の構造によって調整されるが、本発明による原理を実現するには必要ではない。このため、バイパス５０を設ける必要はない。供給ライン２０と圧力チャンバ４６との間の流体連通のみを与えるだけでよい。
【００３０】
供給ライン２０に流入する流体は、供給圧力ｐＶ下にある。排出ライン２２内の流体は動作圧力ｐＮ下にあり、圧力チャンバ４６内の流体は閉鎖圧力ｐＳ下にある。
さらに、本発明の弁１０は、以下に詳細に説明するように、圧力チャンバ４６内の閉鎖圧力ｐＳを供給圧力ｐＶよりも低くすることができる手段を備える。図示される例では、手段５２は、図３ａ）に拡大して示される挿入要素５４を備える。閉鎖要素２８は、弁１０を閉じるために弁座２６と協働するＵ字状断面を自由端に有する。Ｕ字状凹部では、閉鎖要素２８が、挿入要素５４が配置される円柱状凹部５６を形成する。挿入要素５４は、図示される例では、縦軸Ｌに沿って移動できるように閉鎖要素２８上のバネ５８によって固定される。あるいは、挿入要素５４は、バネ５８を使用せずに閉鎖要素２８に直接厳重に固定することもできる。
【００３１】
挿入要素５４は、縦軸Ｌに対して略垂直に延びる第１の軸部６０と、縦軸Ｌに略平行に延びる第２の軸部６２とを含むＵ字状断面も有する。図４に示すように、挿入要素５４は、閉鎖要素２８に面する第１の前面６３に交差して延びる計４つの凹部６４を有する。
【００３２】
第２の軸部６２の自由端に配置された第２の前面６５には、挿入要素５４が縦軸Ｌに面する斜面６６を有する（特に図３ａ）〜３ｃ）を参照）。
挿入要素５４は、縦軸Ｌに平行に延びるスロット６８が第２の軸部６２と閉鎖要素２８との間に形成されるように、閉鎖要素２８に固定される。スロット６８を形成する挿入要素５４と閉鎖要素２８との間の距離ｑは、０．０７〜０．１３ｍｍであるため、１．７８〜３．３１ｍｍ２の断面が利用可能となる。特に図４から明白であるように、窪み６４は、スロット６８と導管４４との間の流体連通を確立する。
【００３３】
本発明の弁１０は、以下のように作動される。始動状態では、供給導管内の流体の供給圧力ｐＶは、たとえば０．８〜１バールであってよい一定の閾値未満である。圧力チャンバ４６は、挿入要素５４によって利用可能となるスロット６８と導管４４とを介して供給ライン２０と流体連通しているので、圧力チャンバ４６内の閉鎖圧力ｐＳは供給圧力ｐＶと正確に同一である。
【００３４】
この場合、復元要素３２によって加えられる復元力と、閉鎖圧力ｐＳによって加えられる閉鎖力との合計は、閉鎖要素２８への供給圧力の結果として流体の作用する力よりも大きい。したがって、閉鎖要素２８は弁座２６に押し付けられ、その結果、弁１０が閉鎖される。排出導管に作用する動作圧力ｐＮは０バールである。
【００３５】
供給圧力ｐＶが閾値を上回って上昇すると、閉鎖要素２８は弁座２６から離れ始める。この移動は、図３ｂ）および３ｃ）の比較から生じる。その結果、絞り断面Ａが解放され、流体を流すことができる。弁座２６から離れる閉鎖要素２８の移動の開始時、絞り断面Ａは非常に小さく、閉鎖要素２８と弁座２６とは共に絞りの効果をもたらす。復元力がアーマチュア３０に及ぼされる結果、環状スロット４８の幅ｄ１が増大するので、閉鎖要素２８は同じ供給圧力ｐＶでより大きな開口部を移動できるという点で、永久磁石３４は閉鎖要素２８の移動を支持する。このため、弁を介した沈下圧力降下が生じ、動作圧力ｐＮは上昇する。減少しているがそれにもかかわらず存在する絞りは、弁座２６および閉鎖要素２８によって画定された環状スロット４８内の静圧を低下させる。
【００３６】
図３ｂ）および３ｃ）から特に明らかなように、スロット６８は絞り断面Ａの領域で供給ライン２０と連通する。このため、低下したバックアップ圧力がスロット６８および導管４４を介して圧力チャンバ４６内に伝達され、閉鎖圧力ｐＳが低下する。この結果、圧力チャンバ４６によって閉鎖要素２８に加えられる閉鎖力も低下し、所与の供給圧力ｐＶでは、既知の弁を使用する場合よりも、復元要素３２に抗して弁座２６から遠ざかるように閉鎖要素２８をさらに移動させることができる。既知の弁は、手段５２、特に挿入要素５４を備えていないため、供給圧力ｐＶが圧力チャンバ４６内に存在して、低下させることができない。本発明による弁１０では、所与の供給圧力ｐＶで絞り断面Ａがより大きいため、絞り断面ａの通過中、動作圧力ｐＮに対する供給圧力ｐＶの絞りはより少なくなる。この効果は、永久磁石３４によってアーマチュア３０、ひいては閉鎖要素２８に加えられる復元力が、環状スロット５０の間隔ｄの増加に伴って減少するため、永久磁石３４の使用を通じてさらに強化される。その結果、所与の供給圧力ｐＶで、既知の弁よりも高い動作圧力ｐＮが存在する。
【００３７】
上述したように、挿入要素５４は、バネ５８（図３ａ参照）によって閉鎖要素２８に固定される。バネ５８の特性曲線は、弁１０の閉鎖状態において、すなわち、閉鎖要素２８が弁座２６の閉鎖面７０（図３ｃ参照）に載っているとき、挿入要素５４と閉鎖面７０との間の最小の間隔を示す間隔ｂがそれよりも低下しないように選択される。図示される例では、間隔ｂは０．０９〜０．１１ｍｍである。これにより、供給導管２０と圧力チャンバ４６との間の圧力補償が確保される。同じことが、挿入要素５４が閉鎖要素２８に厳重に固定されている場合にも同様に当てはまる。
【００３８】
上述したように、良好な開放挙動を実現するには、圧力チャンバ４４内の閉鎖圧力ｐＳを効果的に低下させるため、開放手順の開始時には比較的強い絞りが重要であるが、その後は、動作圧力ｐＮをできる限り低下させるために可能な範囲で絞りを回避すべきである。挿入要素５４が閉鎖要素２８に対して移動することができる所与の場合、挿入要素５４は、縦軸Ｌに沿って閉鎖要素２８に向かって供給圧力ｐＶの増加と共に移動し、バネ５８を圧縮する。その結果、間隔ｂが拡大するため、挿入要素５４から生じる絞り効果は減少し続け、ある時点以降、無視できるほど低くなる。これは、供給圧力ｐＶの上昇につれて、動作圧力ｐＮが弱まり続けるという結果をもたらす。言い換えると、弁１０のストロークが同一のままであると、圧力降下が低減される。また、間隔（図３ｃ））は、開放後に低減させることができる。これにより、予備絞りのオーバーフローの断面が減少する結果、速度が上昇し、静圧が低下するため、圧力チャンバによって生成される復元力が低下する。ここでの適切な最大値は略、予備絞りが主絞りになる時点（ｂおよそ０ｍｍ）である。これにより、開放挙動が向上し、所与の供給圧力でのストロークが増加する。
【００３９】
図３ｂ）および３ｃ）から特に明らかなように、挿入要素５４は、第２の軸部６２にオフセット７１を含む。オフセット７１により、スロット６８の間隔ｑは第２の軸部６２の一部にのみ存在し、スロット６８はその後に広がる。オフセットがない設計よりも間隔ｑが短くなるため、圧力損失が低減され、具体的には、好ましくない許容位置が与えられる。これにより、上述した所望の開放挙動がサポートされる。さらに、閉鎖状態の気密性を保持するための弁１０の力は、様々な許容位置で安定化される。
【００４０】
閉鎖要素２８の閉鎖面７０は、球状部分の表面の経路に従うので、凸状に湾曲する。一方、弁座２６は略平面状である。これにより、弁１０が閉鎖されたとき、線接触が生じて、面接触は生じない。線接触は、さほど厳密でない公差を使用するときでも、弁１０のより確実な閉鎖が確保されるために面接触よりも有利である。
【００４１】
図６は、本発明による流体制御弁１０の別の例示的な実施形態を示す部分斜視図であり、挿入要素５４は説明のための図示はしない。閉鎖要素２８および挿入要素５４の構成および相対的配置は、図１〜図５に示す例示的実施形態と同様である。しかしながら、この場合、弁１０を通る流れは逆方向である。図１〜図５に示す例示的実施形態では、供給ライン２０が縦軸Ｌと同心的に脱出する一方、排出ライン２２は第１のハウジング部１４から放射方向に脱出するが、他の例示的実施形態では逆である。供給ライン２０は、第１のハウジング部１４に放射方向に入り、排出ライン２２は縦軸Ｌと同心的に延びる。上記の効果を達成するためには、流体の流方向を単に逆にするだけでは不十分であり、挿入要素５４および閉鎖要素２８も同じように逆にしなければならない。この目的のため、供給ライン２０が略円柱部７２を含み、該円柱部が排出ライン２２の内側に配置され、スロット７４を介して残りの供給ライン２０と連通するように、弁座２６が変更される。図示される例では、略円柱部７２は、閉鎖要素２８からの間隔が増加するにつれて先細になる。流体は、第１のハウジング部１２まで放射方向に流れ、続いて、縦軸Ｌに略平行に、スロット７４を通って閉鎖要素２８および挿入要素５４まで流れる。流体は、絞り断面Ａを通過した後、縦軸Ｌに略平行に排出ライン２２内に流れ込み、排出ライン２２内の円柱部７２によって形成された環状チャンバ７６を通って流れ、縦軸Ｌに略平行に第１のハウジング部１４を離れる。この例示的実施形態でも、従来の流体制御弁よりも開放挙動が向上し、動作圧力ｐＮはさほど強く絞られない。
【符号の説明】
【００４２】
１０…弁、１２…ハウジング、１４…第１ハウジング部、１６…第２ハウジング部、１８…ラインシステム、２０…供給ライン、２２…排出ライン、２４…弁本体、２６…弁座、２８…閉鎖要素、３０…アーマチュア、３２…復元要素、３４…永久磁石、３５…シート、３６…調整装置、４０…磁極コア、４１…ケース、４２…コイル本体、４４…導管、４６…圧力チャンバ、４８…環状スロット、５０…バイパス、５２…手段、５４…挿入要素、５６…凹部、５８…バネ、６０…第１の軸部、６２…第２の軸部、６３…第１の前面、６４…窪み、６５…第２の前面、６６…斜面、６８…スロット、７０…閉鎖面、７１…オフセット、７２…円柱部、７４…スロット、７６…環状チャンバ、Ａ…絞り断面、ｂ…前面と閉鎖面間の間隔、ｄ…間隔、ｐＶ…供給圧力、ｐＮ…動作圧力、ｐＳ…閉鎖圧力、Ｌ…縦軸、ｐ…アーマチュアとケース間の間隔、ｑ…閉鎖要素と挿入要素間の間隔。
【図１】
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【図２】
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【図３ａ）】
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【図３ｂ）】
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【図３ｃ）】
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【図４−５】
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【図６】
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【国際調査報告】
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