(57)【要約】  流路を遮断および解放するためのバルブ（１）であって、電磁的なアクチュエータユニット（５）と；電磁的なアクチュエータユニット（５）によって軸方向で可動なアーマチュア（８）と、流路を遮断および解放するように形成された、アーマチュア（８）に接続されている閉鎖体（１０）と；少なくともアーマチュア（８）と、閉鎖体（１０）の、アーマチュア（８）に接続された第１の軸方向端部（２０）とを収容するハウジング（２）と；バルブ（１）の閉鎖位置で、閉鎖体（１０）の第２の軸方向端部（２２）が、ばね装置（１７）によって押し付けられるバルブシート（１６）を形成するハウジング部分（１８）と、を有しており、ばね装置（１７）は少なくとも、第１のばねレートでバルブ（１）の全閉位置からバルブ（１）の部分開放された中間位置まで圧縮可能なばね（３２，３４）と、第２のばねレートでバルブ（１）の部分開放された中間位置からバルブ（１）の全開位置まで圧縮可能なばね（３２，３４）と、を有しており、第１のばねレートは第２のばねレートと異なっている、バルブ（１）。
2021535984.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流路を遮断および解放するためのバルブ（１）であって、
電磁的なアクチュエータユニット（５）と、
前記電磁的なアクチュエータユニット（５）によって軸方向で可動なアーマチュア（８）と、流路を遮断および解放するように形成された、前記アーマチュア（８）に接続されている閉鎖体（１０）と、
少なくとも前記アーマチュア（８）と、前記閉鎖体（１０）の、前記アーマチュア（８）に接続された第１の軸方向端部（２０）とを収容するハウジング（２）と、
前記バルブ（１）の閉鎖位置で、前記閉鎖体（１０）の第２の軸方向端部（２２）が、ばね装置（１７）によって押し付けられるバルブシート（１６）を形成するハウジング部分（１８）と、
を有しており、
前記ばね装置（１７）は少なくとも、第１のばねレートで前記バルブ（１）の全閉位置から前記バルブ（１）の部分開放された中間位置まで圧縮可能なばね（３２，３４）と、第２のばねレートで前記バルブ（１）の部分開放された中間位置から前記バルブ（１）の全開位置まで圧縮可能なばね（３２，３４）と、を有しており、
前記第１のばねレートは前記第２のばねレートと異なっている、バルブ（１）。
【請求項２】
前記第２のばねレートは、前記第１のばねレートよりも大きい、請求項１記載のバルブ（１）。
【請求項３】
前記ばね装置（１７）は少なくとも、前記第１のばねレートで圧縮可能な第１のばね（３２）と、前記第２のばねレートで圧縮可能な第２のばね（３４）とを有している、請求項１または２記載のバルブ（１）。
【請求項４】
前記第１のばね（３２）と前記第２のばね（３４）とは同軸に配置されている、請求項３記載のバルブ（１）。
【請求項５】
前記第２のばね（３４）は、前記第１のばね（３２）よりも小さい直径を有している、請求項４記載のバルブ（１）。
【請求項６】
前記第１のばね（３２）は、前記閉鎖体（１０）の底面（１２）に支持されており、前記第２のばね（３４）は、前記第１のばね（３２）の内側で、該第１のばねに対して同軸に配置されたカラー（３０）に支持されており、前記閉鎖体（１０）の前記底面（１２）には、前記第２のばね（３４）の圧縮中に前記カラー（３０）に接触するストッパ（３６）が配置されている、請求項３から５までのいずれか１項記載のバルブ（１）。
【請求項７】
前記ばね装置（１７）は、第１のばねレートで前記閉鎖体（１０）の中間位置まで圧縮可能であり、次いで第２のばねレートで圧縮可能である単一のばねを含み、前記第１のばねレートは前記第２のばねレートよりも小さい、請求項１または２記載のバルブ（１）。
【請求項８】
前記アクチュエータユニット（５）は、第１の力Ｆ１または第２の力Ｆ２を前記アーマチュア（８）に加えるために駆動制御可能であり、Ｆ１とＦ２とは等しくない、請求項１から７までのいずれか１項記載のバルブ（１）。
【請求項９】
ターボチャージャ装置を備えた自動車であって、コンプレッサを備えた吸気側と、タービンを備えたタービン側とを有しており、前記吸気側には、前記コンプレッサへのバイパス管路が設けられており、前記バイパス管路には、前記バイパス管路を解放または遮断するために、請求項１から８までのいずれか１項記載のバルブ（１）が配置されている、自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁的なアクチュエータユニットによって操作可能な、流路を遮断および解放するためのバルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなバルブは、自動車のターボチャージャで、惰走運転中に吸気側へのバイパスを解放するために、ブローオフバルブとして使用される。低回転数でのターボチャージャのタービンの急激な制動を阻止するために、さらに迅速な始動を保証するために、バルブの迅速な開閉過程が求められる。
【０００３】
通常、ターボチャージャにおけるバルブは、伝動装置を備えた駆動モータによって操作されるスロットルバルブとして、またはスライドバルブもしくはピストンバルブとして形成されている。ダイヤフラムバルブも普及している。この場合、スロットルバルブは、相応のセンサ装置によって調節することができ、バイパス管路の部分開放を可能とする、フラップの中間位置をとることができるという利点を有している。しかしながら、このためには、著しい技術的な手間が必要となる。
【０００４】
これに対して、スライドバルブまたはピストンバルブには、これらが特に簡単に構成され、したがって安価であり、さらには良好な反応特性を有しているという利点がある。しかしながら、従来の形式では、スライドバルブまたはピストンバルブは、全閉位置または全開位置しかとることができない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
そこで、本発明の根底にある課題は、自動車のターボチャージャにおけるブローオフバルブとしての使用のために適していると同時に、簡単に構成され、確実に作動し、バイパス管路における質量流量を確実に制御することができる、流路を遮断および解放するためのバルブを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、独立請求項の対象によって解決される。好適な別の構成は、従属請求項に記載されている。
【０００７】
本発明の一態様によれば、流路を遮断および解放するためのバルブであって、電磁的なアクチュエータユニットと、電磁的なアクチュエータユニットによって、バルブの長手方向軸線の方向に軸方向で可動なアーマチュアと、流路を遮断および解放するように形成された、アーマチュアに接続されている閉鎖体とを有しているバルブが提供される。さらにこのバルブは、少なくともアーマチュアと、閉鎖体の、アーマチュアに接続された第１の軸方向端部とを収容するハウジングと、バルブの閉鎖位置で、閉鎖体の第２の軸方向端部が、ばね装置によって押し付けられるバルブシートを形成するハウジング部分と、を有している。
【０００８】
ばね装置は少なくとも、第１のばねレートでバルブの全閉位置からバルブの部分開放された中間位置まで圧縮可能なばねと、第２のばねレートでバルブの部分開放された中間位置からバルブの全開位置まで圧縮可能なばねと、を有している。この場合、第１のばねレートは第２のばねレートと異なっている。
【０００９】
ばね剛性、ばね硬さ、またはばね定数とも呼ばれる、ばねのばねレートは、ばねの変位を生じさせるための、ばねに作用する力の特性を規定する。ばねレートは、様々なファクタに依存しており、特に使用されるばねの材料および形式に依存する。
【００１０】
このバルブは、流路が部分的に遮断されており、これによって、全開位置に対して減じられた質量流量がバイパス管路を通って流れる、閉鎖体の中間位置をとることを、技術的に特に簡単に可能にするという利点を有している。
【００１１】
この場合、中間位置は、ばね装置が２つの異なるばねレートで圧縮可能であることにより得られ、特に第２のばねレートは第１のばねレートよりも大きい。すなわち、ばねは、バルブの全閉位置を起点として、まずは比較的小さな第１の力によって、部分的に開放される中間位置まで圧縮可能であり、第１の力よりも大きな第２の力がばねに加えられて初めて、バルブの全開位置に到達することができる。
【００１２】
好適には、電磁的なアクチュエータユニットを、このアクチュエータユニットがまずは比較的小さい第１の力Ｆ１を、アーマチュアに加え、ひいては閉鎖体によって圧縮されるばねに提供するように、駆動制御することができる。第１の力Ｆ１は、この場合、第１のばねレートを有するばねによって加えられる反力を克服するためには十分であるが、第２のばねレートを有するばねによって加えられる反力を克服するためには十分でないように設定されている。したがって、第１の力Ｆ１に関しては、
Ｄ１・ΔＬ１≦Ｆ１＜Ｄ２・ΔＬ２
が当てはまる。ここで、Ｄ１およびＤ２は、第１のばねレートまたは第２のばねレートを意味しており、ΔＬ１およびΔＬ２は、磁力の影響下でのばね装置の変位を表しており、この場合特に、ΔＬ１は、所望の中間位置に達するまでのばね装置の変位を表している。
【００１３】
このような形式の駆動制御により、閉鎖体は、単に部分開放された中間位置へと動かされる。
【００１４】
特に、より高い電圧をかけることにより、または電圧の相応のパルス幅変調により、十分に高い第２の力Ｆ２が加えられて初めて、閉鎖体は、中間位置から全開位置へと動くことができる。この場合、より大きな第２の力は、第２のばねレートを有するばねにより加えられる力を克服するために十分であるように設定される。
【００１５】
したがって、バルブは、閉鎖体が特に簡単に中間位置をとることができるという利点を有している。この場合、例えばセンサのように、技術的に手間のかかる装置を省くことができる。中間位置は、相応のばねレートの選択により予め規定されており、電磁的なアクチュエータユニットによって相応に駆動制御される。異なるばねレートにより、特に明確に中間位置が予め規定され、閉鎖体の特に正確な位置決めが行われる。
【００１６】
一実施形態によると、ばね装置には、異なるばねレートを有した複数のばねが使用される。このために、ばね装置は少なくとも、第１のばねレートで圧縮可能な第１のばねと、第２のばねレートで圧縮可能な第２のばねとを有している。この場合、閉鎖体の摺動に必要な力においては、第１段階でまず、中間位置が達成されるまで第１のばねが圧縮されなければならないことにより跳躍が生じ、中間位置では第２のばねはまだ圧縮されていないが、閉鎖体への反力を加え始める。続いて、バルブをさらに開放するために、今やばね装置のより高い反力を克服しなければならないので、電磁的なアクチュエータユニットによって、より高い力が加えられなければならない。
【００１７】
特に、第１のばねと第２のばねとは同軸に配置されていてよく、特にバルブの長手方向軸線を中心として対称的に配置されたコイルばねとして形成されていてよい。このような配置では、中間位置と全開位置との間では、両ばねは並列に接続されていてよく、閉鎖体に加えられる戻し力は累積される。このような配置は、所要構成スペースが僅かであるという利点を有している。
【００１８】
代替的に、両ばねはまたは複数のばねは直列に接続されていてもよい。
【００１９】
ばねの並列接続では、特に、第２のばねは、第１のばねよりも小さい直径を有していてよい、すなわち、第１のばねの内側に配置されていてよい。しかしながら、第１のばねが第２のばねよりも小さい直径を有している逆の配置も考えられる。このような実施形態は、例えば閉鎖体の構造によっては好適である。
【００２０】
一実施形態によれば、第１のばねは、閉鎖体の底面に支持されており、第２のばねは、第１のばねの内側で、第１のばねに対して同軸に配置されたカラーに支持されており、このカラーは軸方向で摺動可能である。閉鎖体の底面には、第２のばねの圧縮中にカラーに接触する、環状のまたは部分的に環状のウェブの形態のストッパが配置されている。
【００２１】
特に簡単かつコンパクトなこの実施形態では、電磁的なアクチュエータユニットが第１の磁力を提供したときに、第１のばねが圧縮される。ストッパがカラーに接触するまで閉鎖体が軸方向で摺動すると、中間位置に到達する。この中間位置では、第２のばねが、相応に高い磁力によってしか克服することができない反力を、カラーとストッパとを介して閉鎖体に加え始める。
【００２２】
しかしながら、ばね装置は、異なるばねレートで圧縮可能であるような性質をもった単一のばねを有することもできる。例えば、プログレッシブ巻線を備えたばねを使用することができる。
【００２３】
したがって、一実施形態によれば、ばね装置は、第１のばねレートで中間位置まで圧縮可能であり、次いで第２のばねレートで圧縮可能である単一のばねを有しており、特に第１のばねレートは第２のばねレートよりも小さい。
【００２４】
この場合、ばねレートの連続的な上昇も考えられ、かつ／または３つ以上の異なるばねレートも考えられる。
【００２５】
一実施形態によれば、アクチュエータユニットは、第１の力Ｆ１または第２の力Ｆ２をアーマチュアに加えるために駆動制御可能であり、この場合、Ｆ１とＦ２とは等しくない。
【００２６】
本発明の一態様によれば、ターボチャージャ装置を備えた自動車であって、コンプレッサを備えた吸気側と、タービンを備えたタービン側とを有しており、吸気側には、コンプレッサへのバイパス管路が設けられており、バイパス管路には、バイパス管路を解放または遮断するための説明したバルブが配置されている、自動車が提供される。
【００２７】
本発明の実施形態は、添付の図面に基づき詳しく説明される。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態によるバルブを閉鎖位置で概略的に示す縦断面図である。
【図２】図１のバルブを、部分開放された中間位置で概略的に示す図である。
【図３】図１のバルブを、全開位置で概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１には、本発明の実施形態による、車両のターボチャージャ（図示せず）用のブローオフバルブとして形成されたバルブ１が閉鎖位置で概略的に示されている。バルブ１は図１では、全ての図面と同様に縦断面図で示されており、すなわちバルブの長手方向軸線に対して平行に切断されている。
【００３０】
バルブ１はハウジング２を有しており、ハウジングは、孔を有する一体成形されたフランジを備えており、孔を介してハウジング２は、バイパス管路４の領域でターボチャージャ（図示せず）に取り付けられている。図示した組付け状態では、ハウジング２に、バルブ１の第２のハウジング部分４２が接続されている。
【００３１】
代替的に、ハウジング部分４２は、そして別のハウジング部分１８も、ハウジング２に一体に形成されていてもよい。
【００３２】
ハウジング２内には、コイル６と、アーマチュア８に接続された金属ピン７とを備えた電磁的なアクチュエータユニット５が配置されている。ピン７は、上側の軸受２４と下側の軸受２６とによって、ハウジング２内に軸方向摺動可能に支持されており、ポット状の閉鎖体１０に堅固に接続されている。
【００３３】
ピストンとして働くポット状の閉鎖体１０は、バイパス管路４を遮断または解放するために、バルブシート１６と協働する。このために、閉鎖体１０はリング状のシール面１４を有しており、このシール面は、バルブシート１６と協働して、バイパス管路４の横断面をシールする。ばね装置１７は、閉鎖体１０をバルブシート１６の方向に押す。ばね装置１７によって生成される力に抗しては、バルブ１が作動されていない場合には、管路４内の圧力に基づき閉鎖体１０の底面１２に作用する力のみが作用する。
【００３４】
閉鎖体１０は、ハウジング部分４２に対して、Ｖ字型のプロフィールを有するリング状のシール部材３８によって、シールされている。
【００３５】
図示した実施形態では、ばね装置１７は、第１のばね３２と第２のばね３４とを有している。第１のばね３２と第２のばね３４とは、バルブ１の長手方向軸線Ｌに対して同軸に配置され、コイルばねとして形成されており、第２のばね３４は、第１のばね３２よりも小さい直径を有しており、第１のばね３２の内側に配置されている。第１のばね３２と第２のばね３４とは、ばねレートＤ１またはＤ２を有している。
【００３６】
第２のばね３４は第１のばね３２よりも短く形成されている。第１のばね３２は、一方の端部では、閉鎖体１０の底面１２に支持されており、他方の端部では、長手方向軸線Ｌに対して同心的にハウジング２内に配置されているリングディスク４０に支持されている。第２のばね３４は、一方の端部では同様にリングディスク４０に支持されていているが、他方の端部では、ガイドスリーブ２８によって保持されているカラー３０に支持されている。
【００３７】
ガイドスリーブ２８は、ピン７およびアーマチュア８に対して同軸にハウジング２内に、軸方向に摺動可能に配置されている。ガイドスリーブ２８は、ピン７およびアーマチュア８に対しても相対的に、軸方向に摺動可能である。ガイドスリーブには、下側の軸受２６を保持し、さらにはカラー３０を支持するという役割がある。
【００３８】
閉鎖体１０の底面１２には、部分的に破断されて、半径方向で取り囲むウェブの形態のストッパ３６が、長手方向軸線Ｌに対して同軸に配置されている。この場合、長手方向軸線Ｌに対するストッパ３６の間隔は、長手方向軸線Ｌに対するカラー３０の間隔に実質的に相当しており、これによりストッパ３６を、軸方向での閉鎖体１０の摺動により、カラー３０に接触させることができる。
【００３９】
両ばね３２，３４は共に、ばね装置１７を形成する。ばね装置１７は、図示した実施形態では、２つの異なるばねレートを有している。図１に示したバルブ１の閉鎖位置から、ばね装置１７が圧縮された場合には、まずは第１のばね３２のみが圧縮されるのでこのばね３２のばねレートＤ１が有効となる。しかしながら、バルブ１がさらに開かれ、規定された中間位置を越えると同時に第２のばね３４も圧縮され、これにより全体としてばね定数Ｄ１＋Ｄ２が有効になる。この過程を、図２および図３に基づき詳しく説明する。
【００４０】
図２には、図１のバルブ１が部分開放位置で示されており、この位置では、バイパス管路４は部分的に解放されている、すなわちこのバイパス管路によって質量流量を減らすことができる。部分開放位置に到達するためには、第１のばね３２を圧縮させるのに十分な磁力を発生させる電圧を電磁コイル６に加える。これによりバルブ１は、ストッパ３６がカラー３０の下面に当接するまで開く。この位置は図２に示されている。
【００４１】
しかしながら、この位置では、バルブ１のさらなる開放のためには、もはや第１のばね３２の反力だけでなく、今や並列に接続されている第２のばね３４によるさらなる反力も克服しなければならないので、閉鎖体１０の軸方向の運動は停止される。すなわち、ストッパ３６とカラー３０とが接触していることにより、バルブのさらなる開放のためには、今や両ばね３２，３４が圧縮されなければならず、このためにはより高い磁力が必要である。
【００４２】
したがって、バイパス管路４を部分的にのみ解放させるべき場合には、第１のばね３２の反力を克服して、図２に示した中間位置に達するのに十分であるが、第２のばね３４の付加的な反力を克服し、図３に示した全開位置に達するためには低すぎる電圧をコイル６にかける。
【００４３】
したがって、図２に示した中間位置から、図３に示したバルブ１の全開位置に達するために、アクチュエータユニット５によってより高い磁力が提供される。このために、例えばより高い電圧がかけられる。磁力が、今や並列に接続されている両ばね３２，３４により加えられる反力を克服するために十分であると、閉鎖体１０は、バイパス管路４を完全に解放するまで軸方向に移動する。このバルブ１の位置は図３に示されている。
【００４４】
したがって、バルブ１によって、全閉位置および全開位置だけでなく、中間位置も得られる。ばね装置１７が、３つ以上の異なるばね定数を有するように形成されている場合、さらなる中間位置も考えられ、これらの中間位置の間では、通常、ばね定数は段階的に上昇する。
【００４５】
電磁的なアクチュエータユニット５は、ばね装置１７のその都度の反力を克服するために相応に駆動制御される。このようにして、閉鎖体１０の、目的に応じて駆動制御可能な規定された１つ以上の中間位置を有したブローオフバルブを、位置センサを省いて１つの電磁弁によって提供することができる。
【図１】
2021535984.tif 000003
【図２】
2021535984.tif 000004
【図３】
2021535984.tif 000005
【国際調査報告】
2021535984.tif 000006
2021535984.tif 000007
2021535984.tif 000008
2021535984.tif 000009
2021535984.tif 000010