JPH10141528A - 直動式安全弁及び同安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジン - Google Patents

直動式安全弁及び同安全弁を有する往復動ピストン式内燃エンジン

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JPH10141528A
JPH10141528A JP29454197A JP29454197A JPH10141528A JP H10141528 A JPH10141528 A JP H10141528A JP 29454197 A JP29454197 A JP 29454197A JP 29454197 A JP29454197 A JP 29454197A JP H10141528 A JPH10141528 A JP H10141528A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】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。 【解決手段】直動式安全弁は弁ハウジング1と、弁座3
6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。本発明の往復動
ピストン式内燃エンジンは前記の安全弁を有する。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。

Description

【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(Hubkolbenbrennkraftmas
chine)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な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。
また、前記の装置は媒体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
は噴射システムまたは類似するシステムである装置を提
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1
2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1
3に設けられている。休止部材6はハウジング中央部1
2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F
2+F3は媒体の圧力及び弁板28の表面積の積である力
1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
4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
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5
2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7
3を有する中空円筒状セクション72は円錐状突起部7
1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6
5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7
2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82,8
4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1
06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3
6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。

Claims (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加圧媒体のための入口開口(15,6
    6)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;43,45,4
    6,47)は媒体の圧力による加圧が可能な直動式安全
    弁。
  2. 【請求項2】 前記装置(3,6,7,8;43,4
    5,46,47)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。
  3. 【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。
  4. 【請求項4】 前記装置(3,6,7,8;43,4
    5,46,47)は媒体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)とを有する請求
    項1乃至3のいずれか一項に記載の弁。
  5. 【請求項5】 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4のいずれか一項に記載の弁。
  6. 【請求項6】 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5のいずれか一項に記載の弁。
  7. 【請求項7】 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6
    のいずれか一項に記載の弁。
  8. 【請求項8】 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7のいずれか
    一項に記載の弁。
  9. 【請求項9】 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1乃至8のい
    ずれか一項に記載の弁。
  10. 【請求項10】 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6のいずれか一項に記載の
    弁。
  11. 【請求項11】 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10のい
    ずれか一項に記載の弁。
  12. 【請求項12】 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11に
    記載の弁。
  13. 【請求項13】 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12のいずれか一項に記載の
    弁。
  14. 【請求項14】 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13のいずれか一
    項に記載の弁。
  15. 【請求項15】 請求項1乃至12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または類似するシステムである
    装置。
  16. 【請求項16】 請求項1乃至15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。
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