(57)【要約】【課題】本発明はブローオフバルブとして使用できるバイパス弁に関する。閉鎖位置又は開放位置で力もしくは圧力平衡化作用を発揮するバイパス弁（１）は公知である。このバイパス弁（１）を開放する場合には弁閉鎖体（３）と弁座（２０）との間のギャップ（２５）には力平衡を破壊し、ひいては可動な弁ユニット（２）を閉鎖方向に負荷する比較的に低い圧力が発生する。本発明の課題はこれを回避することである。【解決手段】本発明によれば弁内部における室（７，８）内へ低下させられた圧力が導入され、閉鎖しようとする力がはっきりと低減されるように圧力平衡化開口（２４）が構成されるかもしくはギャップ（２５）に対し配置されている。【効果】本発明の構成によって前記形式のバイパス弁の開放時間ははっきりと短縮される。【選択図】図３
2007071207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のためのバイパス弁であって、バイパス通路を制御しかつ調節ユニットを介して並進的に可動である弁ユニットを有し、該弁ユニットが弁座と協働して、圧力の比較的に高い領域を圧力の比較的に低い領域から分離することができ、可動な前記弁ユニットが圧力平衡化開口を有し、該圧力平衡化開口を介して圧力の高い方の領域又は圧力の低い方の領域が当該バイパス弁の少なくとも１つの内室と接続可能である形式のバイパス弁において、当該バイパス弁（１）が開放する場合に前記少なくとも１つの内室（７，８）に、閉じられた状態で支配する圧力に比較して低下させられた圧力が導入されるように前記圧力平衡化開口（２４）が配置されているか又は構成されていることを特徴とする、内燃機関のためのバイパス弁。
【請求項２】
前記弁閉鎖体（３）において前記圧力平衡化開口（２４）が前記弁閉鎖体（３）と前記弁座（２０）との間に配置されている、請求項１記載のバイパス弁。
【請求項３】
前記圧力平衡化開口（２４）が前記弁閉鎖体（３）から前記ギャップ（２５）内へ突入する小管（２７）によって形成されている、請求項２記載のバイパス弁。
【請求項４】
前記圧力平衡化開口（２４）が流体の流動方向で前記ギャップ（２５）の下流側で前記弁閉鎖体（３）に配置されかつ前記圧力平衡化開口（２４）のすぐ上流側に流動邪魔体（２６）が配置されている、請求項１記載のバイパス弁。
【請求項５】
前記圧力平衡化開口（２４）が少なくとも前記ギャップ（２５）に向いた側にて軸方向に前記閉鎖体（３）を介してバイパス通路内に突入しかつ流動邪魔体（２６）を形成する小管（２７）によって形成されている、請求項４記載のバイパス弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関のためのバイパス弁であって、バイパス通路を制御しかつ調節ユニットを介して並進的に可動な弁ユニットを有し、該弁ユニットが弁座と協働して圧力の高い方の領域を圧力の低い方の領域から分離する弁閉鎖体を備えており、前記可動な弁ユニットが圧力平衡化開口を有し、該圧力平衡化開口を介して圧力が高い方の領域又は圧力の低い方の領域が当該バイパス弁の少なくとも１つの内室と接続可能である形式のものに関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力が高い方の領域が圧力の低い方の領域から弁によって分離可能であってかつこの弁と接続可能である前記形式のバイパス弁は例えば、ターボチャージャを有する内燃機関のためのブローオフバルブとして公知である。このバイパス弁はターボチャージャの吐出し側を吸込み側と接続し、これにより特に内燃機関の高い負荷状態からエンジンブレーキ運転状態へ移行した場合にターボチャージャのポンピング作用が回避させられる。
【０００３】
ＤＥ１００２００４１Ｃ２号明細書にはターボチャージャの吐出し側を吸込み側と接続するためのバイパス弁であって、駆動ユニットを用いて移動可能な、磁気回路の可動子として構成された弁棒を有し、該弁棒が弁閉鎖部分と結合されており、弁ヘッドと弁棒とが圧力平衡化孔を有しているバイパス弁が開示されている。前記圧力平衡化孔は可動な弁ユニットにおいて、バイパス通路を閉鎖する状態と開放する状態で弁ユニットに軸方向で作用する空気圧力に関して力の平衡化を達成するために役立つ。このためには弁の外側の力作用の面にほぼ相応する力作用の面が弁ケーシングの内室に配置されており、同じ面に作用する同じ圧力によって力の平衡化が行なわれるようになっている。
【０００４】
前記圧力平衡化開口が配置されているにも拘らずこのようなバイパス弁の開放時間は依然として長すぎる。又、力が平衡化された弁を作動するための電磁的な調節ユニットに必要な大きさも理論的な大きさを上回る。
【特許文献１】ＤＥ１００２００４１Ｃ２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の課題は、開放時間が公知の弁に比較してさらに短縮され、同時に調節ユニットの大きさもしくは調節ユニットによって消費される力が減じられたバイパス弁を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の課題は、冒頭に述べた形式のバイパス弁において、当該バイパス弁が開放する場合に、前記少なくとも１つの室に、バイパス弁が閉じた状態で支配する低下させられた圧力が導入可能であるように前記圧力平衡化開口が配置されるか又は構成されていることによって解決された。圧力平衡化開口が前記の如く配置されかつ構成されることによって、開閉の間もほぼ圧力の平衡化された弁を得ることが可能になった。開放する場合には弁閉鎖体と弁座との間のギャップにおいては小さな流過横断面によって高い流速、ひいては低い空気圧が発生する。本発明によればほぼ同じ大きさの低下させられた圧力がバイパス弁における反対に作用する対応する面に導かれる。したがって開放もしくは閉鎖過程に際して空気圧に関してほぼ力の平衡化されたバイパス弁が得られる。これによって約３００から４００ｍｓまでの開放時間は５０ｍｓまで減じられ、ひいてはターボチャージャの短時的なポンピング作用が回避される。
【０００７】
有利な１実施例においては弁閉鎖体における圧力平衡化開口は弁閉鎖体と弁座との間のギャップの領域に配置されている。これによりそれぞれギャップを支配する圧力が前記室に導かれかつ弁ユニットの向き合った側に反対方向で作用する。
【０００８】
有利には圧力平衡化開口は軸方向で弁閉鎖体から前記ギャップへ突入する小管によって形成される。この小管を導入することによって閉鎖体と弁座との間の横断面が付加的に狭められ、小管の開口の下には局部的な最小圧力が形成される。この最小圧力は小管を介して弁ユニットの反対側に導かれ、これによりそこで閉鎖方向に作用する圧力は著しく低減させられる。
【０００９】
選択的な実施例においては圧力平衡化開口は流体の流れ方向で前記ギャップの下流側で弁閉鎖体に配置され、圧力平衡化開口の直前には流動邪魔体が配置されている。圧力平衡化開口を前記ギャップの直後に配置し、かつ同時に流動邪魔体を配置することによって圧力平衡化開口には弁の開放に際して比較的に高い速度の流れがあるようになる。小管開口自体は風影に存在するので小管の開口における圧力は公知構造に比較して減少する。これによって動的な状態でも、すなわち弁が開放する場合でもほぼ圧力平衡化が達成される。さらにこのような構成によっても開放時間は１００ｍｓよりも短縮される。
【００１０】
別の実施例においては圧力平衡化開口は、少なくともギャップに向いた側にて軸方向で閉鎖体を介して通路内へ突入しかつ流動邪魔体を形成する小管によって形成されている。小管を用いた前記構成によって弁閉鎖体の特に簡単な構成が得られる。この場合、開放速度のはっきりとした上昇は維持される。
【００１１】
本発明による構成によってはバイパス弁の開放速度ははっきりと上昇させられる。このためにはわずかな調節力しか必要ではない。したがって例えば電磁的な調節ユニットは小さく構成することができる。このようなバイパス弁は内燃機関のターボチャージャのためのブローオフ弁に適している。この場合、ターボチャージャの短期的なポンピング作用は短い開放時間によって確実に回避される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１に示されたバイパス弁１は公知技術に相応するブローオフバルブとして役立つ。該バイパス弁１は可動な弁ユニット２から成り、弁ユニット２は主として弁閉鎖体３と該弁閉鎖体３とに結合された可動子４とから成っている。弁閉鎖体３の周囲にはダイヤフラム５が配置され、該ダイヤフラム５は外周部で当該バイパス弁１のケーシング６に固定されかつその内周部で弁閉鎖体３と結合され、ケーシング６内に室７を構成している。この室７はバイパス弁１のコア９と可動子4との間に形成された室８と流体的に結合されている。コア９の周囲にはバイパス弁１を作動するためのコイル１０が配置されている。可動子４のコイル１０並びにコア９並びに帰還接続板１１はバイパス弁１内に統合された調節ユニット１２の磁気回路を形成する。
【００１３】
コア９にはコイルばね１３が支えられ、当該コイルばね１３は、コア９の孔内に固定された弁棒１４の周囲に配置されている。コイルばね１３の反対側の端部は弁棒１４の上に滑動するように配置されかつ可動子４によって取囲まれた案内スリーブ１５に支えられている。したがって可動子４、ひいては弁ユニット２には閉鎖方向に予荷重がかけられている。したがってコイル１０に電圧がかけられた場合には弁ユニット２を開放方向に動かすためにばね１３の力が克服されなければならない。弁閉鎖体３は弁ヘッド１６と、弁ヘッド１６に取付けられたシールリップ１７と、弁閉鎖体３を可動子4に結合する結合エレメント１８とから成っている。この結合エレメント１８は球状ヘッド１９を有している。この球状ヘッド１９を介し弁ヘッド１６はカルダン式に結合エレメント１８に結合されている。したがって弁座２０の領域における非一様性と製作誤差とは弁ヘッド１６の軽い傾動によって補償される。
【００１４】
弁座２０はこの実施例の場合はバイパス通路を介して迂回可能であるターボチャージャのケーシング２１に配置されている。弁ユニット２が弁座２０の上に下降されると、バイパス通路はシールリップ１７によって閉じられ、ひいてはより高い圧力Ｐ２が支配しているターボチャージャの吐出し側２２は低い圧力Ｐ′が支配する吸込み側２３から分離される。バイパス弁１の簡易化された開放のためには圧力平衡化開口２４が弁ユニット３に配置されている。この圧力平衡化開口２４は弁ヘッド１６と弁エレメント１８とを通って延在しかつターボチャージャの吸込み側と室７，８との間に流体的な結合を形成する。これによって、バイパス弁１が閉じられた場合には、圧力Ｐ２とＰ１がそれぞれ反対側から作用する有効面の大きさが同じであるという条件で、可動な弁ユニット２における力の平衡化が得られる。このためにはシールリップ１７は中心軸Ｘに対し、有効なダイヤフラム面の外縁と等しい半径方向の間隔をおいて配置されている。この結果、圧力Ｐ１が弁閉鎖体３にて、吸込み側２３で弁１の開放方向にシールリップ１７までの面に作用する一方、室７，８においては、反対方向で、つまり閉鎖方向で弁ユニット２に作用する圧力Ｐ１が支配している。
【００１５】
この圧力Ｐ１は圧力平衡化開口２４を介して室７と８に導かれかつそこに同じ有効な力の作用面を有している。これらの面は可動子４とダイヤフラム５もしくは結合エレメント１８によって形成されている。これによってバイパス弁１が閉じられている場合も完全に開かれている場合にも力の平衡化が弁ユニット２に直接的に又は間接的に作用する圧力に関して存在していることになる。したがって調節ユニット１２は開放のためには単にばね１３の力を克服するだけでよい。
【００１６】
図２に示された本発明によるバイパス弁１はほぼ同じ構造を有しているので同じ部分には図１の符号を援用する。
【００１７】
図２に示されたバイパス弁１を作動する場合には、弁１の開放過程で、可動な弁ユニット２が図示の位置にある状態で空気流が弁座２０と弁ヘッド１６との間のギャップ２５を流れることが分かる。この流れによってギャップ２５においては先に述べた圧力がはっきりと低下する。したがって弁ユニット２における力の平衡が妨げられかつ付加的な力が閉鎖方向で弁ユニット２に作用する。何故ならば室７と８には引続き圧力Ｐ１が支配しているのに対し、ギャップ２５、ひいては弁閉鎖体３には流れによる著しく低い圧力Ｐ３が作用するからである。これを回避するためには、流れ方向で見てギャップ２５のすぐ下流に流動邪魔体２６が配置され、これによって圧力平衡化開口２４にある流れが異なるように圧力平衡化開口２４が構成されている。圧力平衡化開口２４はギャップ２５を流れる空気流の風影に位置している。これによって圧力平衡化開口２４における圧力は、図１の構成に対して、ギャップ２５における圧力Ｐ３にほぼ相応する。この圧力が室７に伝達されかつ室７と８とにおける有効な圧力が減じられるように低下させられる。
【００１８】
図示の構成では流動邪魔体２６並びに圧力平衡化開口２４は４つの小管２７によって形成されている。図面には４つの小管２７の内、２つしか示されていない。このような構成によって開放の間も得ようとする圧力平衡によって著しく迅速な弁の開放が達成される。
【００１９】
付加的に、図３に示された弁の場合には弁閉鎖体の幾何学的形状がより多くの横断面が提供されるように変化させられている。これによりギャップ２５における速度が減じられ、ひいては弁閉鎖体３と弁座２０との間には図２に示された構成におけるよりもいくらか高い圧力が生じる。これによっても弁内部にて室７，８において作用する圧力の閉鎖作用は減退させられる。
【００２０】
もちろん図示の実施例は互いに組合わせることもできる。例えば図３の実施例による小管端部は流れから斜めにそむけられて構成されることができる。これにより室７に導入された低い圧力の効果を増強することができる。
【００２１】
弁における比較的に低い有効な圧力を形成する前記圧力平衡化開口は例えば電磁的に作動されない他の弁においても機能し、調節力を減退させ、開放時間を最短化できることは言うまでもない。又、このようなバイパス弁をダイヤフラムなしで構成することも考えられる。この場合には同じ有効な力作用面が室７と８もしくは弁ヘッド１６にて、力平衡化のために維持される必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】断面された公知技術のバイパス弁の部分的側面図。
【図２】本発明の１実施例であるバイパス弁の部分的側面図。
【図３】本発明の選択的な別の実施例であるバイパス弁の部分的な側面図。
【符号の説明】
【００２３】
１  バイパス弁、  ２  弁ユニット、  ３  弁閉鎖体、  ４  可動子、  ５  ダイヤフラム、  ６  ケーシング、  ７  室、  ８  室、  ９  コア、  １０  コイル、  １１  帰還接続板、  １２  調節ユニット、  １３  コイルばね、  １４  弁棒、  １５  案内スリーブ、  １６  弁ヘッド、  １７  シールリップ、  １８  結合エレメント、  １９  球状ヘッド、  ２０  弁座、  ２１  ケーシング、  ２２  吐出し側、  ２３  吸込み側、  ２４  圧力平衡化開口、  ２５  ギャップ、  ２６  流動邪魔体、  ２７  小管
【図１】
2007071207.tif 000003
【図２】
2007071207.tif 000004
【図３】
2007071207.tif 000005