(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧媒体のための入口開口（１５，６６）及び出口開口（１６，５７）を備えたハウジング（１）と、弁座（３６，６５）と、弁体（２，４２）と、媒体の圧力から独立した着座力を形成するための弁バネ（５，４４）とを有する直動式安全弁であって、前記弁体（２，４２）に対して動作可能に結合された装置（３，６，７，８；４３，４５，４６，４７）を有し、媒体の圧力に基づく着座力を形成し、かつ媒体の圧力を制限すべく前記装置（３，６，７，８；４３，４５，４６，４７）は媒体の圧力による加圧が可能であって、かつ長手方向に弾性変形可能な中空体（３，４３）と、媒体の圧力を制限する手段（６，７，８）とを有する直動式安全弁。
【請求項２】
前記装置（３，６，７，８；４３，４５，４６，４７）は弁ハウジング（１，４１）内に配置されている請求項１に記載の弁。
【請求項３】
前記弁ハウジング（１）は剛性を備えた中央部（１２）を有する請求項１または２に記載の弁。
【請求項４】
少なくとも１つの膜（４）を有し、前記膜（４）は弁ハウジング（１）を弁体（２）に対して接続し、かつ弁ハウジング（１）内にチャンバ（３５）を形成し、前記チャンバ（３５）は媒体による加圧が可能な請求項１乃至３のいずれか一項に記載の弁。
【請求項５】
前記中空体（３，４３）は円筒状をなすとともに、一端が弁体（２，４２）に対して結合され、他端が閉鎖部材（３２，８５）に対して結合されている請求項１乃至４のいずれか一項に記載の弁。
【請求項６】
前記弁体（２，４２）は平坦または円錐状の弁座当接面を形成し、さらに前記弁体（２，４２）は前記中空体（３，４３）を媒体で加圧すべく軸方向に貫通して延びるボア（３０，７６）を有する請求項１乃至５のいずれか一項に記載の弁。
【請求項７】
前記中空体（３）は弾性変形可能な薄壁を備えた管（３１）を有する請求項１乃至６のいずれか一項に記載の弁。
【請求項８】
前記管（３１）の壁及び中央部（１２）の壁は実質的に同一の長さを有する請求項７に記載の弁。
【請求項９】
前記中空体（４３）は複数の部品から構成されている請求項１乃至５のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１０】
前記中空体（３，４３）は第１の空間（７６，８９）を有し、同第１の空間（７６，８９）は入口開口（１５）に連通している請求項１乃至９のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１１】
前記第１の空間（７６，８９）は吐出する媒体とは異なる媒体で充填されている請求項１０に記載の弁。
【請求項１２】
前記中空体（４３）の周囲に伝熱のための媒体を収容する第２の空間を有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１３】
前記媒体の入口の領域内に配置された逆止弁（４８）を有する請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の弁。
【請求項１４】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の安全弁を用いて媒体圧力を制御する装置であって、前記装置は噴射システムである装置。
【請求項１５】
請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は加圧媒体のための入口開口及び出口開口を備えたハウジングと、弁座と、弁体と、媒体の圧力から独立した着座力を形成するための弁バネとを有する直動式安全弁と、同安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジン（Hubkolbenbrennkraftmaschine）とに関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
従来の前記の安全弁は入口開口及び出口開口を有する弁ハウジングと、入口開口の領域内に形成された弁座と、同弁座と協働する弁体と、同弁体を弁座に対して付勢する弁バネとを有する。
【０００３】
高圧媒体を使用する場合、同高圧媒体で加圧していない状態における弁バネの付勢力は座面の損傷を招来し得る。この損傷を防止すべく大きな座面が提供されている。
【０００４】
直動式安全弁の開閉誤差は座面の加圧面に対する比に依存していることが知られている。即ち、座面が大きくなるに従って誤差が増大する。これは従来の直動式安全弁の問題点といえる。別の問題点としては、弁閉鎖時における弁の高い衝突速度に起因して、従来の安全弁は複数のブローオフを繰り返した後で正確に機能しなくなる点が挙げられる。
【０００５】
本発明の目的は前記の従来の問題点を解決するとともに、正確に定められた媒体圧力で開閉する直動式安全弁と、同安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジンとを提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は加圧媒体のための入口開口及び出口開口を備えたハウジングと、弁座と、弁体と、媒体の圧力から独立した着座力を形成するための弁バネとを有する直動式安全弁であって、弁体に対して動作可能に結合された装置を有し、媒体の圧力に基づく着座力を形成し、かつ媒体の圧力を制限すべく装置は媒体の圧力による加圧が可能であって、かつ長手方向に弾性変形可能な中空体と、媒体の圧力を制限する手段とを有する直動式安全弁を提供する。前記の装置は弁ハウジング内に配置可能である。更に、弁ハウジングは剛性を備えた中央部を有し得る。本発明の安全弁は少なくとも１つの膜を有し得る。同膜は弁ハウジングを弁体に対して接続し、かつ弁ハウジング内にチャンバを形成し、同チャンバは媒体による加圧が可能である。中空体は円筒状をなすとともに、一端が弁体に対して結合され、他端が閉鎖部材に対して結合されている。弁体は平坦または円錐状の弁座当接面、即ち弁座に対して当接する面を形成し、さらに弁体は中空体を媒体で加圧すべく軸方向に貫通して延びるボアを有し得る。中空体は弾性変形可能な薄壁を備えた管を有し得る。管の壁及び中央部の壁は実質的に同一の長さを有し得る。中空体は複数の部品から構成可能である。中空体は第１の空間を有し、同第１の空間は入口開口に連通可能である。第１の空間は吐出する媒体とは異なる媒体で充填可能である。本発明の安全弁は伝熱のための媒体を収容する第２の空間を有し得る。更に、安全弁は媒体の入口の領域内に配置された逆止弁を有し得る。
【０００７】
更に、本発明の目的を達成すべく前記の安全弁を用いて媒体圧力を制御する装置であって、同装置は噴射システムを提供する。更に、本発明の安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジンを提供する。
【０００８】
本発明の安全弁の着座力は媒体の圧力に基づいて変化する。この結果、過度の着座圧の形成を全てのケースにおいて防止し、かつ十分な密閉性を恒久的に保証する範囲内に維持された差力Ｆ5を用いることにより、小さな座面を提供し得る。大きな加圧面を選択するため、小さなストローク（例：０．１ｍｍ）が実現される。この結果、閉鎖時における弁体の衝突速度が小さくなる。これは弁の迅速な応答と、弁板から弁座に加わる過負荷を防止することによる弁の長寿命とを実現する。
【０００９】
弁の最大ストロークは約０．１ｍｍに達するため、媒体内に含まれる０．１ｍｍより大きい粒子は開放された弁を通過できない。弁座の真下に侵入した更に小さな粒子は開口を通って排出されるか、または大きな閉鎖力によって弁の閉鎖時に破壊される。また、弁座部分は硬く形成することが好ましい。弁ストロークが小さいことにより、弁は汚染に対して敏感でなくなる。
【００１０】
管の壁及び中央部の壁をほぼ同一の長さにすることは効果的である。管及び中央部の間の空間を環状間隙とし、かつ伝熱のための媒体を同環状間隙内に配置した場合、中央部及び管の温度及び長手方向の膨張をそれぞれ等しく維持し得る。これにより、過剰の着座圧の形成が防止できる。これを実現すべく、少なくとも中央部は絶縁層を外側に有し得る。弁体は膜によって弁ハウジング内の中心に正確に保持されている。これにより、媒体を充填し得るチャンバが形成される。
【００１１】
好ましい態様において、中空体は複数の部品から形成されている。中空体の複数の部品は加圧媒体で加圧するチャンバを密閉する一方で、膜状セクションにおいてネジで互いに結合されている。このため、中空体の長手方向における膨張は更に大きくなる。これは弁の構造的長さを短くする。
【００１２】
逆止弁を入口の領域内に配置した際、逆止弁の正常な機能が保証される。このため、逆止弁の入口領域内への配置は効果的である。これにより、吐出する媒体を収容するための体積を非常に小さくし得る。この結果、圧力の上下動とともに僅かな温度上昇が発生するのみである。これは安全弁の開放圧に好ましい作用を有する。
【００１３】
媒体の注入が可能なチャンバは弁ハウジングの残りの部分から密閉されている、即ち、間隙は媒体によって充填されていない。このため、弁は乾燥した媒体によってブロックされることがない。
【００１４】
圧力に依存した着座力に起因して、本発明の弁は往復動ピストン式内燃エンジンに特に適する。しかし、本発明の弁の使用は往復動ピストン式内燃エンジンに限定されない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１に示すように、安全弁は弁ハウジング１、弁体２、中空体３、膜４、弁バネ５、支持部材、即ち休止部材６、第２の弁バネ７及び調整部材８を有する。弁ハウジング１は円筒状をなし、かつ接続部１１、中央部１２及び端部１３を有する。接続部１１はカップ状をなし、かつ肩部１４を開放端に有する。接続部１１は媒体の入口開口１５及び出口開口１６を有する。入口開口１５は基部１７の中心に形成され、出口開口１６は壁１８に形成されている。中央部１２の一方の端部は開放され、他方の端部は中心ボア２３を有する壁２２によって部分的に閉鎖されている。更に、中央部１２はセクション２４を有する。セクション２４は環状をなし、かつ内側に向かって延びている。端部１３はカップ状をなし、かつボア２５を基部２６に有する。ネジ山がボア２５の内周面に螺刻されている。弁体２は円筒状をなす第１のセクション２７と、フランジ２９を含む第２のセクションとを有する。第１のセクション２７の端面は弁板２８を形成している。第２のセクションの端面は中空体３を閉鎖している。更に、弁体２は軸方向に沿って延びる貫通ボア３０を有する。中空体３は管３１及び閉鎖部３２からなる。管３１の壁厚は中央部１２の壁厚より実質的に小さい。閉鎖部３２は管３１の一端を閉鎖している。管３１の他端は弁体２に対して結合されている。この結果、媒体による加圧が可能なチャンバ３３を有する閉鎖ユニットが形成される。
【００１６】
閉鎖ユニットは弁ハウジング１内に配置されており、弁体２は端面２８を介して入口開口１５を閉鎖し、さらに弁体２の反対側に位置する中空体３の端部はボア２３内に挿入されている。膜４は接続部１１及び中央部１２の間に配置され、かつ閉鎖ユニットを弁ハウジング１に対して接続している。更に、膜４は媒体による加圧が可能なチャンバ３５を形成している。弁バネ５は環状セクション２４及びフランジ２９の間に配置されている。更に、弁バネ５は弁体２を弁座３６に対して付勢しており、同弁座３６は接続部１１の内側において入口開口１５の領域内に形成されている。休止部材６、第２の弁バネ７及び調整部材８は弁ハウジング１の端部１３に設けられている。休止部材６はハウジング中央部１２の壁２２に当接している。閉鎖ユニットは空間を休止部材６及び中空体３の間に形成する長さを有する。
【００１７】
図４及び図５は中空体の閉鎖部の例をそれぞれ示す。
直動式安全弁の動作を図１〜図３に基づいて以下に詳述する。
弁バネ５は媒体の圧力から独立した閉鎖力Ｆ2を形成する。第２のバネ７は閉鎖力Ｆ4を形成する。閉鎖力Ｆ4及び閉鎖力Ｆ2は所望の応答圧力にそれぞれ一致している。動作中、力Ｆ1が弁板２８上に作用する。力Ｆ1は媒体の圧力及び弁板２８の表面積の積に一致する。媒体はチャンバ３３内にも流入する。これにより、チャンバ３３の内部圧力Ｆ3が増大した際、薄壁を備えた管３１は変形して長手方向に延伸する。管３１が延伸して間隙３４を塞いだ後、同管３１の延伸は比較的厚い壁を備えた弁ハウジング１によって制限される。管の変形の制限が増大した場合、軸方向に作用する力Ｆ3も増大する（図２参照）。これにより、媒体の圧力に基づいて変化する着座力Ｆ2＋Ｆ3が形成される。着座力Ｆ2＋Ｆ3は媒体の圧力及び弁板２８の表面積の積である力Ｆ1に対抗して作用する。力Ｆ3の作用を力Ｆ1の作用に対してほぼ平行に変化させるべく、同力Ｆ3の作用を管壁厚を適切に選択することによって設定する（図３参照）。着座圧Ｆ5は力Ｆ2及び力Ｆ3の和から力Ｆ1を差し引いた値である。従って、力Ｆ5は弁の動作圧全体にわたってほぼ一定に維持される。この結果、弁は媒体の全ての圧力範囲において適切に閉鎖された状態に維持される。従って、公称圧力を越す圧力の上下動がシステム内に発生した際に、弁における流体の不透過性を維持する装置を効果的に実現できる。この結果、着座圧が小さ過ぎる場合に、連続的に漏出する媒体によって弁座が侵食されることにより、弁が時間の経過とともに漏れやすくなる状態が防止される。媒体の圧力が所望の応答圧力に達した際、薄壁管３１内の力Ｆ3はバネ７が形成する力Ｆ4に等しくなる。そして、閉鎖部材３２を備えた中空体３によって休止部材６が持ち上げられる。媒体の圧力の増加が継続した場合、力Ｆ1は第２のバネ７の力Ｆ4より大きくなる。第２のバネ７の剛性は管３１の剛性より更に小さいため、同バネ７は急激に圧縮される。そして、休止部材６は弁ハウジング１の中央部１２に位置する当接部としての壁２２から離間する方向に持ち上げられる。この結果、弁はブローオフを開始する。この場合、軸方向に高い剛性を有していた厚い壁を備えたハウジングは薄壁を備えた管３１より更に柔軟に動作する。
【００１８】
図６は好ましい実施の形態に基づく安全弁を示し、同安全弁は組付けられた状態にある。図６に示すように、安全弁は弁ハウジング４１、弁体４２、中空体４３、第１の弁バネ４４、支持部材４５、第２の弁バネ４６、位置決め部材４７、逆止弁４８及びプラグ４９を有する。弁ハウジング４１は複数のネジ５３によって互いに連結された下部５１及び上部５２を有する。第１の円筒状凹部５４、第２の円筒状凹部５５及び円筒状チャネル５６は下部５１に設けられている。更に、円筒状チャネル５６は第１の凹部５４及び第２の凹部５５を連通している。前記の複数の凹部及びチャネルは中心軸（図示略）上にそれぞれ位置決めされている。放射方向に沿って延びる開口５７は下部５１の壁のうちの上部５２への遷移領域に形成され、かつブローオフ開口を構成している。ネジ山を内周面上に螺刻したセクション５８は第２の凹部５５の内周壁の先端部分に形成されている。上部５２及び下部５１を中心に位置決めすべく、上部５２は下部５１の第１の凹部５４内に挿入するスピゴット５９を有する。スピゴット５９の自由面６０は第１の凹部５４を閉鎖している。第３の凹部６１は上部５２に設けられ、かつ３つのセクション６２，６３，６４を有する。第１のセクション６２はスピゴット５９の自由面６０内に開放されており、これによって形成されたエッジは弁座６５を形成している。第２のセクション６３は第１のセクション６２より大きい内径を有し、かつ第１のセクション６２に隣接している。放射方向に沿って延びるボアは第２のセクション６３の壁内に形成され、かつ弁入口６６を構成している。第３のセクション６４は内周面上に螺刻されたネジ山を有する。
【００１９】
弁体４２は実質的に円筒状をなし、かつ円錐状突起部７１を有する。円錐状突起部７１は弁座６５に対する当接と、同弁座６５からの離間とが可能である。放射方向に沿って延出した２つの膜状セクション７３を有する中空円筒状セクション７２は円錐状突起部７１の真下に形成されている。２つの膜状セクション７３は２つの密閉チャンバを形成し、かつ弁体４２を弁座６５に対して中心に位置決めしている。前記のディスク状セクションに代えて、適切な手段によって突起部に固定された２つの膜を使用し得る。円筒状セクション７４は円錐状突起部７１の上方に隣接して設けられている。更に、別の円筒状セクション７５が円筒状セクション７４に続いて形成されている。弁体４２は中空円筒状セクション７２内の凹部を中空円筒状セクション７５に対して連通するボア７６を有する。中空体４３は接続部８１、中央部８３び端部８５を含む複数の部品から形成されている。接続部８１は弁体４２の中空円筒状セクション７２内に密閉して配置され、かつディスク形膜状セクション８２を有する。中央部８３は膜状セクション８２，８４を両端にそれぞれ有する。端部８５は膜状セクション８４を一端に有する。前記の複数の膜状セクションは空間を互いに対向する２つの面の間にそれぞれ形成している。この空間は互いに接する複数の周辺部によって囲まれている。中空体４３の複数の部品８１，８３，８５はモジュールを形成すべく複数のネジ８６と、複数のワッシャ８７と、ネジ山を螺刻した部分８８（図７及び図８参照）とによって互いに連結されている。中心ボア８９は接続部８１及び中央部８３内にそれぞれ形成され、かつ互いに連通されている。更に、同中心ボア８９は弁体４２内のボア７６に連通され、かつ第１の空間を形成している。ボア７６は逆止弁４８によって中空円筒状セクション７５の一方の端部において閉鎖されている。複数のボア７６，８９によって形成された第１の空間は吐出する媒体より高い密度または異なるコンシステンシーを有する媒体によって充填されている。例えば、吐出する媒体が重油である場合、第１の空間をグリセリンで充填する。中央部８３、接続部８１及び端部８５は第２の空間を周囲に形成すべく設計されており、同第２の空間は伝熱のための媒体で充填されている。
【００２０】
図９に示すように、逆止弁４８は弁体４２の中空円筒状セクション７５の周縁部に形成されている第１の弁座１０１と、貫通ボア１０２を備え、かつ第１の弁座１０１と協働する第１の弁体１０３と、第１の弁体１０３を閉鎖位置に保持する第１の弁バネ１０４と、第１の弁バネ１０４を支持し、かつ第１の弁体１０３のストロークを制限する当接部材１０５と、ボールの形態をなし、かつ第２の弁座１０７と協働する第２の弁体１０６と、一端が弁体４２の中空円筒状セクション７５の基部において支持され、かつ他端がボール１０６に当接する第２の弁バネ１０８とを有する。
【００２１】
逆止弁４８は２方向に開放される。媒体の圧力が増大した際、ボール１０６は第２の弁座１０７から離間する方向に移動する。そして、媒体の圧力が低下した場合、第１の弁体１０３は弁座１０１から離間する方向に持ち上げられる。前記の例において、逆止弁はグリセリンが第１の空間７６，８９から流出することを防止している。更に、重油のブローオフ時に、同逆止弁は重油及びグリセリンの混合物が流出することを防止する。逆止弁４８は高温に露出される入口６６の領域内に配置されている。これは逆止弁の応答を保証する効果を有する。比較的低い温度の場合、逆止弁は故障可能であり、特に重油を使用した際に故障が発生し得る。
【００２２】
直動式安全弁は弁ハウジング１と、弁座３６と、弁体２と、媒体の圧力から独立した着座力を形成するための弁バネ５と、媒体の圧力を用いて加圧可能であって、かつ媒体の圧力に依存する着座力を形成すべく弁体２に結合された中空体３と、ブローオフ圧力を調整するための第２の弁バネ７とを有する。
【００２３】
媒体の圧力によって形成された着座力により、小さな座面を提供し得る。従って、弁は媒体の正確に定められた圧力において動作する。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、従来の問題点を解決し、かつ正確に定められた媒体圧力で開閉する直動式安全弁と、同安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジンとを提供するという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に基づく直動式安全弁の縦断面図。
【図２】媒体の圧力の関数としての力の変化を示すグラフ。
【図３】媒体の圧力の関数としての弁座における力の変化を示すグラフ。
【図４】中空体の１つの例を示す部分縦断面図。
【図５】中空体の別の例を示す部分縦断面図。
【図６】第２の実施の形態に基づく直動式安全弁の縦断面図。
【図７】中空体内に配置された支持リングの平面図。
【図８】中空体内に配置され、かつネジ山を螺刻された部分の平面図。
【図９】図６の“Ａ"で示す部分を拡大した拡大部分縦断面図。
【符号の説明】
１…弁ハウジング、２，４２…弁体、４…膜、３，４３…中空体、５，４４…弁バネ、６…媒体の圧力を制限する手段としての支持部材、７…媒体の圧力を制限する手段としての弁バネ、８…媒体の圧力を調整する手段としての調整部材、１２…中央部、１５，６６…入口開口、１６，５７…出口開口、３０，７６…ボア、３１…管、３２，８５…閉鎖部材、３５…チャンバ、３６，６５…弁座、７６，８９…第１の空間、４８…逆止弁。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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