(57)【要約】  本発明は、弁装置（２２）であって、ハウジング（３０）と、流れ通路（３８）と、該流れ通路（３８）に配置された弁体（３６）とを備え、該弁体（３６）は、シール部分（３４）を有し、該シール部分（３４）は、弁装置（２２）の閉鎖時に、ハウジング側のシール座（３２）に接触しており、シール部分（３４）とシール座（３２）とは、共にシール領域（４２）を形成しており、弁装置（２２）の閉鎖時に、流れ通路（３８）内でシール領域（４２）の直ぐ上流側に、泡壊室（４４）が存在しており、該泡壊室（４４）は、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して少なくともほぼ垂直な制限壁（４８）と、該制限壁（４８）に対して所定の角度を成して配置された衝突壁（４６）とによって画定されている弁装置に関する。本発明では、制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも長く形成されている。
2016500146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁装置（２２）であって、
ハウジング（３０）と、流れ通路（３８）と、該流れ通路（３８）に配置された弁体（３６）とを備え、該弁体（３６）は、シール部分（３４）を有し、該シール部分（３４）は、弁装置（２２）の閉鎖時に、ハウジング側のシール座（３２）に接触しており、
シール部分（３４）とシール座（３２）とは、共にシール領域（４２）を形成しており、
弁装置（２２）の閉鎖時に、流れ通路（３８）内でシール領域（４２）の直ぐ上流側に、泡壊室（４４）が存在しており、該泡壊室（４４）は、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して少なくともほぼ垂直な制限壁（４８）と、該制限壁（４８）に対して所定の角度を成して配置された衝突壁（４６）とによって画定されている弁装置において、
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも長く形成されていることを特徴とする、弁装置。
【請求項２】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍ、特に少なくとも３ｍｍだけ長く形成されている、請求項１記載の弁装置。
【請求項３】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも１．２の係数、特に少なくとも１．５の係数だけ長く形成されている、請求項１または２記載の弁装置。
【請求項４】
制限壁（４８）は、環状ディスク状であり、好ましくは、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して同心である、請求項１から３までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項５】
衝突壁（４６）は、中空円筒状であり、好ましくは、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して同心である、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項６】
シール座（３２）に、制限壁（４８）と反対の側で、弁装置（２２）の開放時にシール領域（４２）に形成される流体の流れ方向（６２）に対して少なくとも部分的に傾けられた流れ案内面（６４）が続いており、衝突壁（４６）と、シール座（３２）と、流れ案内面（６４）とは、共にハウジング側の突出部（６６）を形成している、請求項１から５までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項７】
流れ案内面（６４）は、流体の流れ方向（６２）に対して少なくとも１０°、好ましくは少なくとも２０°だけ傾けられている、請求項６記載の弁装置。
【請求項８】
流れ案内面（６４）は、流体の流れ方向（６２）に対して多くとも９０°、好ましくは多くとも７０°だけ傾けられている、請求項６または７記載の弁装置。
【請求項９】
内燃機関の燃料システム（１０）の高圧ポンプ（２４）であって、
該高圧ポンプ（２４）の圧送室（２３）から燃料を流出させるための流出弁を有する高圧ポンプにおいて、
前記流出弁は、請求項１から８までの少なくとも１項記載の弁装置（２２）を有するかまたは弁装置（２２）として形成されていることを特徴とする、高圧ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念部に記載の弁装置ならびに請求項９の上位概念部に記載の高圧ポンプに関する。
【０００２】
背景技術
弁装置、たとえば内燃機関の燃料システムの高圧ポンプの流出弁は、市場から知られている。しばしば、このような弁装置は弁体を有している。この弁体はシール部分でハウジング側のシール座に当接し、これによって、弁装置を閉鎖することができる。この弁装置の閉鎖された状態では、弁装置に接続されたハイドロリック管路内に圧力脈動が生じ、これによって、シール部分もしくはシール座の領域に液体蒸気（「蒸気泡」）が発生してしまう。この蒸気泡の破裂時には、ハウジングおよび／または弁体の周辺の部分に、いわゆる「キャビテーション壊食」が生じる。
【０００３】
独国特許出願公開第１０２０１１００４９９３号明細書は、シール座とシール部分とをキャビテーション壊食に対して防護するために、流量制御弁に泡壊室を設けることを提案している。
【０００４】
これを起点として、本発明の根底にある課題は、キャビテーション壊食に対して一層改善された防護が可能となる弁装置を提供することである。
【０００５】
発明の開示
本発明の根底にある問題は、請求項１に記載の弁装置ならびに請求項９に記載の高圧ポンプによって解決される。有利な改良態様は、従属請求項に記載されている。さらに、本発明にとって重要な多数の特徴が、以下の説明および図面に認められる。これらの特徴は、単独でも、種々異なる組合せでも、それをさらに明示的に説明することなしに、本発明にとって重要となり得る。
【０００６】
本発明に係る弁装置は、この弁装置のシール座および／またはシール部分の領域でのキャビテーション壊食に対する耐久性が大幅に改善されるという利点を有している。この場合、流れ通路に沿った流量係数もしくは圧力勾配ならびに弁装置の弁ストローク、弁切換時間および疲れ限度は、ほぼ不変のままである。
【０００７】
本発明に係る弁装置は、特に逆止弁である。
【０００８】
本発明は、一方では、シール部分とシール座とにより形成されたシール領域でのキャビテーション壊食に対する高い耐久性と、他方では、弁装置の高い流量係数とが、互いに矛盾した要求となってしまうという考えから出発している。確かに、シール領域によって、直前に設けられた面取り部または丸み付け部の上流側において弁装置の流量係数を、ストローク不変のまま高めることが可能である。しかしながら、これによって、弁装置の閉鎖時に、シール部分とシール座との間に、横断面で見て楔状のギャップが形成される。キャビテーション効果に基づき形成される、各圧力に関連した流体の気泡は、この楔状のギャップ内で最終的にひいては比較的急速に崩壊される。これによって、シール部分および／またはシール座が壊食してしまう。
【０００９】
本発明によれば、制限壁が、衝突壁よりも長く形成されている。これによって、細長い泡壊室の形の失速縁部が提供される。したがって、流体の流れが、泡壊室の領域でシール部分もしくはシール座に対して平行にかつ完全にまた少なくともほぼ完全に変向させられ、これによって、シール領域がその全横断面において通流される。こうして、高い流量係数が維持され、同時にキャビテーション壊食に対する特に高い防護が達成される。これによって、特に長い寿命を有する弁装置を提供することができる。さらに、比較的狭幅のシール座を設けることができる。これによって、弁装置のシール作用も、弁装置の音響的な特性も改善される。
【００１０】
制限壁は、弁体の運動軸線に対して少なくともほぼ垂直に延びている。本発明の範囲内では、「ほぼ垂直」とは、特に「９０°の角度の意味での垂直」を意味しているものの、好ましくは、９０°の角度を基準として最大±２０°、特に最大±１０°だけずれた延び方向も意味している。
【００１１】
本発明の好適な態様では、制限壁が、衝突壁よりも少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも２ｍｍ、特に少なくとも３ｍｍだけ長く形成されている。この値によって、最適な流量係数とキャビテーション壊食に対する高い防護とを互いに組み合わせることが可能となる。
【００１２】
前述した利点は、制限壁が、衝突壁よりも少なくとも１．２の係数、特に少なくとも１．５の係数だけ長く形成されていることによっても達成することができる。
【００１３】
弁体の運動軸線に対して平行な方向から、弁体の運動軸線に対して半径方向への流体の特に良好な変向は、制限壁が、環状ディスク状であり、好ましくは、弁体の運動軸線に対して同心である場合に達成される。
【００１４】
キャビテーション壊食に対する防護の更なる改善は、衝突壁が、中空円筒状であり、好ましくは、弁体の運動軸線に対して同心であることによって達成することができる。
【００１５】
本発明の特に好適な態様は、シール座に、制限壁と反対の側で、弁装置の開放時にシール領域に形成される流体の流れ方向に対して少なくとも部分的に傾けられた流れ案内面が続いており、衝突壁と、シール座と、流れ案内面とが、共にハウジング側の突出部を形成していることを提案している。流れ案内面によって、渦流形成と、これに相応した流れ損失とを伴って生じる「死水域」を阻止することが可能となる。
【００１６】
流れ案内面は、平らに形成されていてもよいし、丸み付けられていてもよく、好ましくは流れ方向に対して少なくとも１０°、好ましくは少なくとも２０°だけ傾けられている。
【００１７】
流れの失速を回避するためには、流れ案内面が、流体の流れ方向に対して多くとも９０°、好ましくは多くとも７０°だけ傾けられていると好適である。
【００１８】
別の好適な態様は、弁体が、板状、円筒状、ボール状または円錐状に形成されているかまたは弁装置が、円錐状の弁体と円錐状の弁座とから成る弁であることを提案している。弁体もしくは弁装置のこの幾何学形状に対して、本発明を有利に使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】高圧ポンプと弁装置とを備えた燃料システムの簡単な概略図である。
【図２】閉鎖された状態における図１に示した弁装置の実施の形態の簡単な断面図である。
【図３】図２に符号ＩＩＩで示した区分の拡大図である。
【００２０】
以下に、本発明の実施の形態の一例を図面を参照しながら説明する。
【００２１】
図１には、内燃機関の燃料システム１０が極めて簡単な図で示してある。燃料タンク１２から、燃料がプレフィードポンプ１６によって、吸込み管路１４と、低圧管路１８と、流入弁２０とを介して、高圧ポンプ２４の圧送室２３に供給される。
【００２２】
流入弁２０は、たとえば流量制御弁であり、電磁石によって操作可能である。電磁石に対して択一的に、たとえばピエゾアクチュエータまたはハイドロリックアクチュエータが使用されてもよい。
【００２３】
高圧ポンプ２４は流出弁を有している。この流出弁は、以下で詳細に説明する弁装置２２の形態で形成されている。この弁装置２２は高圧管路２６を介して高圧蓄圧器２８に連通している。
【００２４】
燃料システム１０の運転時には、プレフィードポンプ１６が燃料を燃料タンク１２から低圧管路１８内に圧送する。その際、流入弁２０が、高圧ポンプ２４の圧送室２３に供給される燃料量を決定する。
【００２５】
弁装置２２の機能は、高圧ポンプ２４の圧送段階で開放して、圧送室２３と高圧蓄圧器２８との間に流体接続路を形成し、これによって、高圧蓄圧器２８を、加圧された流体で満たすことができるようにすることにある。高圧ポンプ２４の吸込み段階では、高圧蓄圧器２８から圧送室２３内への流体の望ましくない逆流を阻止するために、弁装置２２が閉鎖されている。
【００２６】
図２には、図１に示した弁装置２２の実施の形態が簡単な断面図で示してある。図面に示した弁装置２２のエレメントは、主として、長手方向軸線２９を中心として回転対称的に形成されていて、ハウジング３０を含んでいる。このハウジング３０は、弁装置２２の閉鎖時に弁体３６のシール部分３４が接触するシール座３２を備えている。
【００２７】
弁装置２２は、シール座３２の上流側に、長手方向軸線２９に対して平行に延びる流れ通路３８を有している。
【００２８】
シール座３２とシール部分３４とは、面状にかつ互いに平行に形成されていて、共にシール領域４２を形成している。このシール領域４２の上流側で流れ通路３８の下流側には、ハウジング３０に設けられた段状の凹部によって、泡壊室４４が形成されている。この泡壊室４４は、シール領域４２もしくはシール領域４２の平面から直角に延びる衝突壁４６と、この衝突壁４６に対して所定の角度を成して延びる、特に垂直な制限壁４８とによって画定されている。
【００２９】
この制限壁４８は運動軸線５０に対して垂直に延びており、この運動軸線５０に沿って弁体３６が、弁装置２２の開閉のために運動可能となる。運動軸線５０と長手方向軸線２９とは、好ましくは互いに平行であり、特に互いに合致している。
【００３０】
流体、特に燃料は、まず、流れ通路３８の内部で長手方向軸線２９に対してほぼ平行に流れ、その後、弁体３６の手前で半径方向外向きに変向させられる。流れのこの変向は、流れ通路３８を端部側において画定する縁部５２の下流側で比較的早期にかつ少ない損失で、泡壊室４４のハイドロリック作用によって行われる。
【００３１】
さらに、弁装置２２は、弁体３６に閉鎖力を加える弁ばね５４を有している。この弁ばね５４は、ハウジング３０に結合されたかまたはハウジング３０と一体に形成された支持エレメント５６に支持されている。
【００３２】
弁体３６を運動軸線５０に沿ってガイドするためには、ハウジング３０に結合されたかまたはハウジング３０と一体に形成されたガイドエレメント５８が設けられている。
【００３３】
流れ通路３８、泡壊室４４および／またはシール座３２は、ハウジング３０によって形成されていてもよいし、図２に示したように、ハウジング３０に固く結合されたハウジング挿入体６０によって形成されていてもよい。
【００３４】
弁装置２２の開放された状態では、流体、特に燃料が、シール領域４２において流体の流れ方向６２（図３参照）に流れる。シール座３２の、衝突壁４６と反対の側では、シール座３２に流れ案内面６４が続いている。
【００３５】
衝突壁４６と、シール座３２と、流れ案内面６４とは、共にハウジング側の突出部６６を形成している。流れ案内面６４は、流体の流れ方向６２に対して相対的に０°〜９０°、好ましくは約１０°〜約８０°、特に約２０°〜約７０°の角度６８だけ傾けられている。
【００３６】
制限壁４８は、好ましくは円環ディスク状に形成されていて、半径方向で測定された長さ７０を有している。
【００３７】
衝突壁４６は中空円筒状であり、好ましくは、弁体３６の運動軸線５０に対して同心である。衝突壁４６は、弁体３６の運動軸線５０に対して平行に測定された長さ７２を有している。
【００３８】
シール座３２は、好ましくは円環ディスク状に形成されていて、半径方向で測定された長さ７４を有している。
【００３９】
制限壁４８の長さ７０は、衝突壁４６の長さ７２よりも大きく設定されている。たとえば、長さ７０は、図２に示したように、長さ７２よりも係数２〜３だけ大きく設定されている。
【００４０】
好ましくは、制限壁４８の長さ７０が、シール座３２の長さ７４よりも大きく設定されている。たとえば、長さ７０は、図２に示したように、長さ７４よりも係数２〜３だけ大きく設定されている。
【００４１】
図２に示したように、弁体３６がシール部分３４でシール座３２に接触している場合には、流体の流れが遮断されている。燃料システム１０の運転の間、流れ通路３８の終端領域では、流れ方向で見て弁体３６の手前に蒸気泡（図示せず）が形成されてしまう。この蒸気泡は、圧力脈動の結果としてのキャビテーション効果に基づき発生する。蒸気泡は、弁体３６に比較的大きな面で接触するかまたは少なくとも密集して弁体３６に隣接する。
【００４２】
このような蒸気泡の破裂時には、その際に生じる応力が、弁体３６もしくは衝突壁４６と、弁体３６のシール部分３４に対して平行な制限壁４８との比較的大きな面に分散され、これによって、キャビテーション壊食が大幅に減じられる。特に弁装置２２は、蒸気泡の周辺に、特にキャビテーション壊食を受けやすい狭められた（楔状の）空間部分を有していない。
【図１】
2016500146.tif 000003
【図２】
2016500146.tif 000004
【図３】
2016500146.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成27年5月26日(2015.5.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
弁装置（２２）であって、
ハウジング（３０）と、流れ通路（３８）と、該流れ通路（３８）に配置された弁体（３６）とを備え、該弁体（３６）は、シール部分（３４）を有し、該シール部分（３４）は、弁装置（２２）の閉鎖時に、ハウジング側のシール座（３２）に接触しており、
シール部分（３４）とシール座（３２）とは、共にシール領域（４２）を形成しており、
弁装置（２２）の閉鎖時に、流れ通路（３８）内でシール領域（４２）の直ぐ上流側に、泡壊室（４４）が存在しており、該泡壊室（４４）は、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して少なくともほぼ垂直な制限壁（４８）と、該制限壁（４８）に対して所定の角度を成して配置された衝突壁（４６）とによって画定されている弁装置において、
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも長く形成されていることを特徴とする、弁装置。
【請求項２】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも１ｍｍだけ長く形成されている、請求項１記載の弁装置。
【請求項３】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも２ｍｍだけ長く形成されている、請求項１記載の弁装置。
【請求項４】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも３ｍｍだけ長く形成されている、請求項１記載の弁装置。
【請求項５】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも１．２の係数だけ長く形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項６】
制限壁（４８）は、衝突壁（４６）よりも少なくとも１．５の係数だけ長く形成されている、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項７】
制限壁（４８）は、環状ディスク状である、請求項１から６までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項８】
制限壁（４８）は、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して同心である、請求項７記載の弁装置。
【請求項９】
衝突壁（４６）は、中空円筒状である、請求項１から８までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項１０】
衝突壁（４６）は、弁体（３６）の運動軸線（５０）に対して同心である、請求項９記載の弁装置。
【請求項１１】
シール座（３２）に、制限壁（４８）と反対の側で、弁装置（２２）の開放時にシール領域（４２）に形成される流体の流れ方向（６２）に対して少なくとも部分的に傾けられた流れ案内面（６４）が続いており、衝突壁（４６）と、シール座（３２）と、流れ案内面（６４）とは、共にハウジング側の突出部（６６）を形成している、請求項１から１０までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項１２】
流れ案内面（６４）は、流体の流れ方向（６２）に対して少なくとも１０°だけ傾けられている、請求項１１記載の弁装置。
【請求項１３】
流れ案内面（６４）は、流体の流れ方向（６２）に対して少なくとも２０°だけ傾けられている、請求項１１記載の弁装置。
【請求項１４】
流れ案内面（６４）は、流体の流れ方向（６２）に対して多くとも９０°だけ傾けられている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項１５】
流れ案内面（６４）は、流体の流れ方向（６２）に対して多くとも７０°だけ傾けられている、請求項１１から１３までのいずれか１項記載の弁装置。
【請求項１６】
内燃機関の燃料システム（１０）の高圧ポンプ（２４）であって、
該高圧ポンプ（２４）の圧送室（２３）から燃料を流出させるための流出弁を有する高圧ポンプにおいて、
前記流出弁は、請求項１から１５までのいずれか１項記載の弁装置（２２）を有するかまたは弁装置（２２）として形成されていることを特徴とする、内燃機関の燃料システムの高圧ポンプ。
【国際調査報告】
2016500146.tif 000006
2016500146.tif 000007
2016500146.tif 000008
2016500146.tif 000009