JP2001511862A - 流体作動式バルブアッセンブリ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 長手方向軸（16）に沿って延びるシリンダ（14）を規定するハウジング（12）を有する、流体作動式バルブアッセンブリ（10）である。ピストン（18）は、第１端位置と第２端位置との間の、長手方向軸（16）に沿ったシリンダ（14）における往復運動のために配置される。流体入り口（22）は、シリンダにおいて作動チャンバー（20）への流体の流入を可能にし、それによりピストンをその第１端位置からその第２端位置まで変位させる。アッセンブリは、バルブ閉鎖部材（30）にピストン（18）を接続する接続手段（36）をさらに含み、ピストンがその第１端位置にある時は、バルブ閉鎖部材は開位置にあり、ピストンがその第２端位置にある時は、バルブ閉鎖部材はバルブシート（32）とシール係合する。ピストン（18）およびバルブ閉鎖部材（30）のストローク長の差を補償するために、接続手段（36）は、作動チャンバー（20）の流体圧に依存して可変な長さを有する。

Description

【発明の詳細な説明】 流体作動式バルブアッセンブリ 技術分野 本発明は、請求項１の前文に従った、流体作動式バルブアッセンブリに関する ものである。 本発明は、ディーゼルエンジン式車両においてＥＧＲバルブを作動させるため の、流体作動式バルブアッセンブリの用途に、更に関連する。 発明の背景 バルブアッセンブリのような液圧式アクチュエータまたは圧縮空気作動式アク チュエータの必要性は、多くの技術分野に存在する。従来型アクチュエータは、 ピストンがシリンダ内での往復運動のために配置され、アクチュエータロッドと 協働するピストンは、相対位置が可変となる構成要素に接続される。バルブアッ センブリでは、このような構成要素はバルブ閉鎖部材である。典型例では、ピス トンには少なくとも１つのピストンリングが設けられ、ピストンを越えて作動流 体が漏れないことを確実にする。多くの適用例において、ピストンリングは、ラ バーまたはプラスチック材料のような柔軟な弾性材料から作成される。しかしな がら、アクチュエータが高温を受けることがある作動環境にあっては、低溶融点 を有する材料を使用することは不可能である。このような場合、従来は、例えば 、ばね鋼から作られたピストンリングを採用することが必要であった。 しかし、バネ鋼でさえ、それが受け得る温度に関しては制限がある。例えば、 特殊な注意がされない限り、内燃機関の排気マニホールドの付近でこのようなア クチュエータを使用することは、不可能である。 ピストンリングを必要としないピストンを採用する流体作動式アクチュエータ は、本件出願人の名の、SE 9604287-4に記述される。上記文献では、ピストンの 第１領域がピストンハウジングの第１バルブシートとシール係合状態にある第１ 端位置に、バネ手段がピストンを維持する。空気がピストンに作用し、かつ、 バネ手段のバネ力に打ち勝つことにより、ハウジングにおいて第２バルブシート とピストンの第２領域がシール係合状態にある第２端位置まで、ピストンを変位 させるように、アクチュエータは空気をシリンダに通すことにより、作動させら れる。ピストンにその第１端位置を再度採らせるために、空気がシリンダから排 出され、バネ手段がピストンを押し第１バルブシートとシール係合状態にする。 SE 9604287-4のアクチュエータがバルブ閉鎖部材を作動させるために使用され る場合、バルブ閉鎖部材は、アクチュエータロッドを介してピストンに接続され る。ピストンがその第２端位置にある時に、バルブ閉鎖部材がそのバルブシート をシール係合することを確実にするためには、ピストンのストロークがバルブ閉 鎖部材のストロークに厳密には対応し得なくても、アクチュエータロッドは、可 撓性のある連結により、ピストンと協働する。可撓性のある連結は螺旋バネを利 用し、ピストンに相対してアクチュエータロッドの軸方向変位を可能にする。 SE 9604287-4に開示されたアクチュエータは、従来型アクチュエータに勝るか なりの利点を提供するが、その動作はバネ手段の存在に依存して、バルブ閉鎖部 材のそのバルブシートとのシール係合ならびに、アクチュエータの戻り動作も、 両方とも、確実に行う。 発明の要旨 本発明の目的は、過酷な環境で使用するのに適した流体作動式バルブアッセン ブリを提供することであり、その動作は、ピストンに作用するばね手段には依存 しない。 この目的は、請求項１に従ったバルブアッセンブリにより、達成される。 本発明に従ってバルブアッセンブリの好ましい実施態様は、従属請求項に詳細 が記載される。 本発明は、特に排気ガス再循環バルブとして、ディーゼルエンジン式車両にお ける請求の範囲に記載されたバルブアッセンブリの用途に、更に関連する。 図面の簡単な説明 本発明は、例示の目的で、および添付の図面を参照して、以下に更に詳細に記 載される。 図１は、第１端位置における、本発明に従った流体作動式バルブアッセンブリ の概略断面図である。 図２は、バルブアッセンブリが第２端位置にあるが、図１に対応する概略断面 図である。そして、 図３は、本発明に従った複数のバルブアッセンブリを装備したディーゼルエン ジンの、概略平面図である。 好ましい実施態様の詳細な説明 図面においては、参照番号10は一般に、本発明に従った流体作動式バルブアッ センブリを示す。バルブアッセンブリ10は、長手方向軸16に沿って延びるシリン ダ14を規定するハウジング12を備える。ピストン18は、長手方向軸16に沿ったシ リンダにおける往復運動のために配置される。ピストン18は、例えば圧縮空気の ような、流体入り口22を介してシリンダ14における作動チャンバー20に導入され る作動用流体により駆動されるように配置される。図１および図２に示される実 施態様においては、流体入り口22は、ハウジング12の１つの軸方向端部を閉鎖す る端部キャップ24に設けられる。従って、作動チャンバー20は、端部キャップ24 およびピストン18により境界設定されたシリンダの体積により規定される。 作動用流体の導入により、ピストン18は、ピストンが入り口22に隣接して存す る第１端位置から、入り口から遠隔の第２端位置まで変位される。第１端位置で は、ピストン18はシリンダ14の第１シール表面26にシール接触する。例示の実施 態様では、シール表面は代わりにハウジング内部の分離挿入部に設けられ得るこ とが理解されるが、第１シール表面は、ハウジング12の薄層化された壁領域の内 側に屈曲することにより、形成するのが有利である。第２端位置では、図２に示 されるように、ピストン18は第２シール表面28にシール接触する。例示の実施態 様では、第２シール表面28は、シリンダ14の直径を絞ったセクションにより設け られたショルダーの形態を呈する。あるいは、シリンダ14はその長さ部分に沿っ て実質的に均一な直径を有し得るが、ハウジング内部の分離挿入部に第２シール 表面が設けられる。 ピストン18のその第１端位置からその第２端位置までの変位は、図１に示され る、バルブ閉鎖部材30がハウジング12内部で軸方向の或る距離分収容される開位 置から、図２に示される、バルブ閉鎖部材が入り口22の反対側でハウジングの軸 方向端部の近くでバルブシート32にシール係合する閉位置までの、バルブ閉鎖部 材30の変位を実施するために利用される。従って、ピストン18の第２端位置にお いて、バルブ閉鎖部材30はハウジングの端部で端部開口部34をシールする一方、 その開位置において、バルブ閉鎖部材は、ハウジング12において１つ以上の周辺 方向開口部35と連絡状態にある端部開口部34を設置する。 ピストンのストロークを閉鎖部材のストロークと厳密に同一にする必要無しに 、ピストンがその第２端位置に達した場合に、バルブ閉鎖部材30がバルブシート 32にシール係合するのを確実にするために、ピストンは、可変長さの接続手段36 を介してバルブ閉鎖部材に接続される。好ましい実施態様において、また、図１ および図２に例示されたように、接続手段は、例えば、スチールから作られる、 可撓性のあるベローズである。あるいは、接続手段は、２つ以上の比較的変位可 能な同心管を備えた入れ子式配置であり得る。 接続手段36は、環状断面を有し得、そのそれぞれの端部でピストンおよびバル ブ閉鎖手段へ有利にレーザ溶着される。従って、軸方向では、接続手段36は、一 方端でバルブ閉鎖部材30により閉鎖される内部チャンバー38を規定する。接続手 段の可撓的性質のため、内部チャンバー38の圧力の増大は、接続手段の長さを増 大させる傾向がある。言い換えると、ピストン18からのバルブ閉鎖部材30の距離 は増大する。 内部チャンバー38の圧力は、入り口圧力により、すなわち、作動チャンバー20 の圧力により、有利に決定される。このような事例では、図１および図２に例示 されるように、ピストン18には１つ以上の貫通穴40が設けられ、それにより、内 部チャンバー38が作動チャンバー20と連絡できるようにする。 上述の流体作動式バルブアッセンブリ10の動作は、ここで図１および図２を参 照しながら説明されるが、この場合、アッセンブリの端部開口部34は内燃機関の 排気マニホールド42と連絡し、周辺開口部35は排気ガス再循環パイプ44と連絡す る。 加圧流体がシリンダ14の作動チャンバー20に供給されない場合、排気マニホー ルド42における背圧は、バルブ閉鎖部材30とピストン18の下側に作用し、ピスト ンをその第１端位置に向けて変位させ、それをそこに維持する。従って、バルブ 閉鎖部材30はその開位置を採ることにより、排気マニホールド42を再循環パイプ 44に接続する。 端部開口部34を閉鎖することにより排気ガスの再循環を阻止することが望まれ る場合、圧縮空気は流体入り口22を介して、作動チャンバー20に導入される。圧 縮空気はとりわけピストン18に作用し、ピストンをその第１端位置からその第２ 端位置まで、迅速に移動させる。内部チャンバー38は作動チャンバー20と連絡す るので、圧縮空気はバルブ閉鎖部材30にも作用して、ピストンおよびバルブ閉鎖 部材がベローズ36により接続されるという事実ならびに、バルブ閉鎖部材30が端 部開口部34に向けて変位することを確実にする。 ベローズ36の可撓的性質のため、ピストン18が第２シール表面28に接触するそ の第２端位置に達すると、バルブ閉鎖部材30がバルブシート32にシール係合する まで、内部チャンバー38の空気圧はベローズ36を拡張させる。これは、勿論、ピ ストンのストロークがバルブ閉鎖部材のストロークよりも小さい場合の事例であ る。この逆が真である場合、バルブ閉鎖部材がバルブシート32と係合すると、ピ ストン18に作用する空気圧がベローズを圧縮させ、ピストンはその第２端位置に 達し得る。 本発明に従った流体作動式バルブアッセンブリの典型的応用例においては、ピ ストン18は約50mmの直径と約20mmのストロークを有し得る。ベローズ36は約30mm の非加圧長さを有し得る。ピストン18とバルブ閉鎖部材30との間のストローク長 の差に適合させるために、ベローズが約0.3mmその長さを変化させることができ れば、通常は十分である。ベローズの長さのこの比較的わずかな変化は、ベロー ズにかかる歪みが相応して小さく、そのようであるからベローズの有効な長い動 作寿命が確保できることを、確実にする。 ピストン18またはバルブ閉鎖部材30がシリンダ内で動かなくなるという起こり そうもない事態には、ベローズ36に不必要な歪みがかからないのを確実にできる ことが有利である。言い換えると、ピストンがその第１端位置と第２端位置の間 の中間で万一動かなくなる場合は、内部チャンバー38で作用する空気圧はベロー ズをなんとか拡張しようとし、バルブ閉鎖部材を端部開口部34に接近させる。ベ ローズのかかる拡張があるとすると、ベローズを酷く弱化させ得る。 従って、本発明の好ましい実施態様においては、図１に例示されるように、バ ルブアッセンブリには、ピストン18をバルブ閉鎖部材30に接続する拡張抑制手段 46が設けられる。有利なことに、拡張抑制手段46は、内部チャンバー38を通過す る。拡張抑制手段は、スチールロッドの実質的に円筒型構成であり得る。拡張抑 制手段の第１端は、ピストンの貫通穴40内の円周方向に延びる切り込み５０に配 置された、複数の半径方向に延びる突起部48を有する。対応する様式で、拡張抑 制手段46の第２端は、バルブ閉鎖部材30の内部ボアにおける切り込み部54に配置 される、複数の半径方向に延びる突起部52を有する。切り込み部50、54の少なく とも一方は、各突起部の軸方向伸張よりも大きい軸方向伸張を有することにより 、ベローズが拡張できる量を制限する。 上記から、本発明に従ったバルブアッセンブリがきわめてわずかな構成要素か ら構成され得ることは、明白である。ピストンはその端部位置のいずれか一方を 占有するにすぎないので、ピストンの両端部位置の間のピストンの変位動作中は 、ピストンとシリンダとの間にシールを設ける必要が無い。このようであるから 、ピストンリングの必要は無く、バルブアッセンブリは高温に耐えることができ る。このように、本発明に従ったバルブアッセンブリは、内燃機関用のＥＧＲバ ルブとしての使用に秀でて好適である。 ディーゼルエンジン56は図３に概略的に例示されるが、同エンジンには、一連 に接続される、本発明の複数のバルブアッセンブリ10ａ、10ｂ、10ｃが設けられ る。エンジンは、吸気マニホールド58、排気マニホールド42、および排気ガス再 循環（ＥＧＲ）パイプ44を有する。ガス流が流れるために開放されたＥＧＲパイ プ44の領域は、バルブアッセンブリ10ａ、10ｂ、および10ｃにより制御される。 第１バルブアッセンブリ10ａは0％または33％かいずれかの開領域を設け、一方 第２バルブアッセンブリ10ｂは0％または67％いずれかの開領域を設けるのが有 利である。閉位置にある第３のバルブアッセンブリ10cは10％の開領域を設け、 その開位置にある場合は、100％の開放領域を設ける。 従って、全てのバルブが閉鎖されると、ＥＧＲパイプに沿ったガス流は存在し なくなる。第１バルブアッセンブリ10ａのみが開放されている時は、10％の開領 域が晒される。第１バルブアッセンブリと第３バルブアッセンブリの両方が開放 されている時は、33％の開領域が晒される。第２バルブアッセンブリおよび第３ バルブアッセンブリのみが開放されている場合、67％の開領域が晒される。最終 的に、全てのバルブアッセンブリが開放された場合は、100％の開放領域が晒さ れる。この様式では、ＥＧＲパイプの多様な開放度が、可変変位量の使用に訴え る必要も無しに達成され得る。当然ながら、第３のバルブアッセンブリ10ｃは単 一通路に沿った流れを制御するために使用されるにすぎないので、SE 9604287-4 に開示されるタイプのものであり得る。 本発明は上述の、および図面に例示された実施態様に限定されず、添付の請求 の範囲内で変更され得る。例えば、或る特定の実施態様では、ピストンには、そ れでもピストンとシリンダ壁との間で作動用流体の漏出を可能にするガイドリン グが設けられてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １. 流体作動式バルブアッセンブリ（10）であって、 長手方向軸（16）に沿って延びるシリンダ（14）を規定するハウジング（12） と、 第１端位置と第２端位置との間で、該長手方向軸（16）に沿って該シリンダ（ 14）における往復運動のために配置されたピストン（18）と、 該シリンダにおいて作動チャンバー（20）への流体の流入を可能とし、該第１ 端位置から該第２端位置まで該ピストンを変位させる流体入り口（22）と、 該ピストン（18）をバルブ閉鎖部材（30）に接続し、該ピストンが該第１端位 置にある時は、該バルブ閉鎖部材が開位置にあり、該ピストンが該第２端位置に ある時は、該バルブ閉鎖手段がバルブシート（32）にシール係合する接続装置(3 6)を備え、 該接続手段（36）は、該作動チャンバー（20）における流体圧に依存して可変 である長さを有することを特徴とする、バルブアッセンブリ。 ２. 前記接続手段（36）は環状断面を有し、そのため該接続手段が内部チャ ンバー（38）を軸方向に規定することを特徴とする、請求項１に記載のバルブア ッセンブリ。 ３. 前記ピストン（18）は、前記内部チャンバー（38）と協働する、少なく とも１つの貫通穴（40）を有することを特徴とする、請求項２に記載のバルブア ッセンブリ。 ４. 前記接続手段（36）は可撓性のあるベローズであることを特徴とする、 請求項１から請求項３のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。 ５. 前記可撓性のあるベローズ（36）はスチールから作製されることを特徴 とする、請求項４に記載のバルブアッセンブリ。 ６. 拡張抑制手段（46）が、前記バルブ閉鎖部材（30）に前記ピストン（18 ）を接続することを特徴とする、請求項１から請求項５のうちのいずれかひとつ に記載のバルブアッセンブリ。 ７. 前記拡張抑制手段（46）は、前記内部チャンバー（38）を通過すること を特徴とする、請求項６に記載のバルブアッセンブリ。 ８. 前記バルブ閉鎖部材（30）は、内燃機関（56）の排気ガス再循環パイプ （44）に排気マニホールド（42）を選択的に接続することを特徴とする、請求項 １から請求項７のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。 ９. ディーゼルエンジン型車両においてＥＧＲバルブを作動させるための、 請求項１から請求項８のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリの使 用。 10．一連に接続され、ディーゼル型車両において排気ガスの再循環の量を制御 するための、請求項１から請求項８のうちのいずれかひとつに記載の、複数のバ ルブアッセンブリ（10ａ、10ｂ、10ｃ）の使用。