JP2003035114A

JP2003035114A - 可変リフトアクチュエータ

Info

Publication number: JP2003035114A
Application number: JP2002170208A
Authority: JP
Inventors: Zheng Lou; ロウゼン
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Visteon Global Technologies Inc
Priority date: 2001-06-12
Filing date: 2002-06-11
Publication date: 2003-02-07
Also published as: US20020184996A1; US6584885B2; EP1270881A1

Abstract

(57)【要約】【課題】エンジン弁のリフトとタイミングを独立して
制御するアクチュエータを提供する。【解決手段】アクチュエータは、シリンダと、第１、
第２、第３のポートと、アクチュエーションピストン
と、制御ピストンと、制御ばねとを有する。シリンダは
長手方向の軸を定義し、第１及び第２の端部を有する。
第１のポートはシリンダの第１の端部に連絡し、第２の
ポートはシリンダの第２の端部に連絡し、第３のポート
は第１及び第２の端部の間のシリンダに連絡している。
アクチュエーションピストンは、シリンダ内に配置さ
れ、長手方向の軸に沿って、第１及び第２の方向に動き
うる。アクチュエーションピストンは第１及び第２のサ
イドを有する。制御ピストンも、シリンダ内に配置さ
れ、長手方向の軸に沿って、第１及び第２の方向に動き
うる。制御ピストンは第１及び第２のサイドを有し、制
御ピストンの第１のサイドはアクチュエーションピスト
ンの第２のサイドに対向している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、一般に、アクチュエータ及びそ
れに関連する方法と、そのアクチュエータを制御するシ
ステムに係り、特に、独立のリフトとタイミングの制御
を提供するアクチュエータに関する。

【０００２】

【背景技術】一般に、可変のリフト及び／又は可変のタ
イミングを用いることによって、エンジン弁を能動的に
制御するために種々のシステムを使用することができ、
それによって、エンジン性能、燃料経済、排気の減少等
の面で種々の改善をすることができる。制御又はアクチ
ュエータの手段により、それらのシステムは、機械式、
電気液圧式(electrohydraulic)、電気機械式等に分類で
きる。制御の程度によって、それらは、可変弁リフト・
タイミング（ＶＶＬＴ)、可変弁タイミング（ＶＶＴ)、
可変弁リフト（ＶＶＬ)に分類できる。

【０００３】エンジン弁のリフト及びタイミングはどち
らも何らかの機械システムで制御できる。しかし一般
に、リフトとタイミングの制御は独立でなく、典型的に
はこれらのシステムは一つの自由度しか持たない。従っ
てそのようなシステムはそれ自体ＶＶＬＴでなく、可変
弁アクチュエーション（ＶＶＡ)と呼ぶ方が適当であ
る。電気機械式ＶＶＴシステムでは一般に、機械式ＶＶ
ＬＴシステムにおけるカムを電気機械アクチュエータで
置き換える。しかしそのようなシステムは可変リフトを
提供しない。

【０００４】これとは違って、電気液圧式ＶＶＬＴシス
テムは、電気液圧弁で制御され、一般に、独立のタイミ
ングとリフトの制御ができ、それによって、制御能力及
び出力密度を高めることができる。しかし、典型的な電
気液圧式ＶＶＬＴシステムは一般に複雑であり、製造価
格が高く、典型的には、比較的複雑であるが故に、機械
式システムに比べて信頼性が低く、頑丈でもない。

【０００５】真のＶＶＬＴシステムは二つの自由度を有
し、エンジン制御ストラテジの開発に対して最大限の柔
軟性を提供する。典型的には、そのようなシステムで
は、各エンジン弁又は各対のエンジン弁ごとに少なくと
も２個の高性能電気液圧流れ制御弁と、一つの高速応答
位置検出制御システムが必要であり、それによって、高
価で複雑なものとなっている。

【０００６】こうした理由から、典型的な制御システム
では、多量生産用の単純でコスト効果の高い設計で、エ
ンジン弁のリフトとタイミングを独立に制御できない。
更に、非液圧システムでは、エンジン弁が適当に着座す
るように長手方向に機械的調整を行うラッシュ(lash)調
整が困難なことがありうる。

【０００７】

【発明の概要】本発明の一つの態様においては、簡単に
述べると、アクチュエータの一つの好ましい実施形態
は、シリンダと、第１、第２、第３のポートと、アクチ
ュエーションピストンと、制御ピストンと、制御ばねと
を有する。シリンダは長手方向の軸を定義し、第１及び
第２の端部を有する。第１のポートはシリンダの第１の
端部に連絡し、第２のポートはシリンダの第２の端部に
連絡し、第３のポートは第１及び第２の端部の間のシリ
ンダに連絡している。アクチュエーションピストンは、
シリンダ内に配置され、長手方向の軸に沿って、第１及
び第２の方向に動きうる。アクチュエーションピストン
は第１及び第２のサイドを有する。制御ピストンも、シ
リンダ内に配置され、長手方向の軸に沿って、第１及び
第２の方向に動きうる。制御ピストンは第１及び第２の
サイドを有し、制御ピストンの第１のサイドはアクチュ
エーションピストンの第２のサイドに対向している。制
御ばねは、制御ピストンを、第１及び第２の方向の少な
くとも一方に付勢している。

【０００８】一つの好ましい実施形態では、シリンダの
第１の端部とアクチュエーションピストンの第１のサイ
ドとの間に第１のチャンバが形成され、制御ピストンの
第２のサイドとシリンダの第２の端部との間に第２のチ
ャンバが形成され、前記アクチュエーションピストンの
第２のサイドと制御ピストンの第１のサイドとの間に第
３のチャンバが形成されている。いくつかの好ましい実
施形態では、第２及び第３のチャンバのうちの一方が排
出チャンバを形成し、第２及び第３のチャンバのうちの
他の一方が制御チャンバを形成する。

【０００９】一つの好ましい実施形態では、第１のポー
トは、オンオフ弁を通じて、その弁が電気的にオンにな
ったりオフになったりしたときに、流体供給組立体内の
高圧ライン及び低圧排出ラインのどちらにでも切り替え
て接続されるようになっている。従って、アクチュエー
ションのタイミングは、オンオフ弁のタイミング制御を
通じて変えられる。第２及び第３のポートのうちの一方
は、制御ポートとして構成され、制御圧力調整組立体に
接続され、従って、制御圧力の下にある。第２及び第３
のポートのうちの他の一方は、排出ポートとして構成さ
れ、排出ラインに接続されている。排出ポートと排出チ
ャンバとの間にはリフト流れ抑制器があって、これはそ
こを通る流れに対して大きな抵抗となる。リフト流れ抑
制器があるために、排出チャンバ内の圧力は、動的状況
にあっては、排出ポートの圧力とは大幅に違いうる。そ
の結果、リフト流れ抑制器は、制御ピストンが速く動く
のを困難にさせる。基準の位置では、制御ピストンは、
主に、制御圧の力と制御ばね力によってバランスしてい
る。従って、制御ピストンの基準の位置は、制御圧によ
って調整され、リフト流れ抑制器によって、位置は、動
的状況において、余りたくさんでなく、又はゆっくりと
変化する。

【００１０】一つの好ましい実施形態では、流体アクチ
ュエータは、内燃機関の吸込み弁又は排気弁の制御に利
用される。ここで、アクチュエーションピストンに接続
されたピストンロッドが、エンジン弁ステムに接続され
る。エンジン弁は、戻りばねによって押し上げられて弁
座に着座する。又、アクチュエータによって、下方に駆
動されて開く。

【００１１】本発明の他の態様として、アクチュエータ
の制御の方法も提供される。

【００１２】本発明は、他のアクチュエータや弁制御シ
ステム、及びアクチュエータ及び／又は弁エンジンを制
御する方法に比べて著しく優れている。第２の（制御）
ピストン、制御ばね、リフト流れ抑制器及び、制御圧力
ポートを、その他の部分では従来の単一ピストンロッド
流体アクチュエータと同様のものに組み入れることによ
って、タイミングとリフトを独立に制御できる簡単でし
かも頑丈なアクチュエータが提供される。特に、制御ピ
ストンの基準の位置は、主に、制御圧力と制御ばねとの
間の力のバランスによって決定される。アクチュエーシ
ョンピストンの行程即ちリフトは制御ピストンの位置に
よって決定される。アクチュエーションピストンによっ
て押されているときでも、制御ピストンは、その基準の
位置に、短時間ではあるが充分な時間、留まることがで
きる。

【００１３】更に、典型的なエンジン弁についてのアク
チュエーション時間はきわめて速く、数ミリ秒程度であ
るが、その速い時間応答は、弁のリフトを変えるために
要求されない。そうではなくて、本発明のアクチュエー
タは、リフト制御を達成するために簡単な制御ピストン
／制御ばね機構を用いる。内燃機関全体の吸入弁若しく
は排気弁又は両方の全てのアクチュエータの制御圧力を
唯一の圧力調整器で調整することができ、そのコストは
エンジン全体のものとしてかけることができる。そのア
クチュエーションの制御のために、流体アクチュエータ
１個当り唯一の簡単な切替弁が必要なだけである。複雑
な位置検出や制御は不要である。

【００１４】更に、従来のシステムでは、短時間の閉ル
ープ位置フィードバック制御を達成するために、極めて
速い液圧切替弁が必要であった。本発明の開ループ手法
では、極めて速い応答を実現するために、液圧切替弁が
不要である。本発明と更なる目的及び利点は、添付図面
を参照して、以下に示す詳細な説明により、最もよく理
解されるであろう。

【００１５】

【発明の実施の形態】まず、図１において、本発明の好
ましい実施形態はエンジン弁リフト・タイミング制御シ
ステムを提供する。このシステムは、液圧シリンダと、
二つのピストンと、これら二つのピストンの間の流体チ
ャンバに接続された抑制されない制御ポートとを用い
る。このシステムは、エンジン弁２０と、液圧アクチュ
エータ５０と、液圧供給組立体３０と、制御圧力調整組
立体４０と、オンオフ弁４６とからなる。

【００１６】液圧供給組立体３０は、液圧ポンプ３１
と、システム圧力調整弁３３と、システム圧力アキュム
レータ即ち溜め３４と、排出圧力弁３５と、排出圧力ア
キュムレータ即ち溜め３６と、流体タンク３２と、供給
ライン３７と、排出ライン３８とを含む。液圧供給組立
体３０は、システム圧力Ｐｓで必要な液流を提供し、排
出圧力Ｐｅｘｈで排出流れを受け入れる。液圧ポンプ３
１は、流体タンク３２から供給ライン３７を経由して、
このシステムの他の部分に液圧流体を送る。システム圧
力Ｐｓはシステム圧力調整弁３３を通して調整される。
システム圧力アキュムレータ３４は必須の装置ではない
が、システム圧力と流れの変動を滑らかにするのを助け
る。液圧ポンプ３１は、エネルギを節約するための可変
排水量(displacement)タイプのものでもよい。必要なら
ば、システム圧力Ｐｓを変えるために、システム圧力調
整弁３３を電気液圧調整器（図示せず）に置き換えても
よい。全体システムが適当な流れバランス及び／又は充
分な組込み容量及び追従性(compliance)を有するなら
ば、システム圧力アキュムレータ３４はなくともよい。
排出ライン３８は、排出圧力弁３５を通じて、すべての
排出流れを流体タンク３２に戻す。排出圧力弁３５は、
排出圧力Ｐｅｘｈの設定値又は最小値を維持するための
ものである。排出圧力Ｐｅｘｈは、キャビテーション及
び／又は過度の遅れを生じないでバック充填を可能とす
るために、大気圧よりも高くしてある。排出圧力弁３５
は、図１に示すようなばねで付勢する単純な逆止弁タイ
プのものでもよいし、所望により、可変制御用の電気液
圧タイプのものでもよい。排出圧力アキュムレータ３６
は必須のものではないが、システム圧力及び流れ変動を
滑らかにするのに役立つ。

【００１７】制御圧力調整組立体４０は、制御ライン３
９の可変制御圧力Ｐｃを与えるために、電気液圧調整器
４１及び、必須ではない制御圧力アキュムレータ即ち制
御圧力溜め４２を有する。この小回路(sub-circuit)が
適当な流れバランス及び／又は充分な組込み(built-in)
容量と追従性を有する場合は、制御圧力アキュムレータ
４２はなくともよい。

【００１８】オンオフ弁４６は、その負荷(load)にシス
テム圧力Ｐｓ又は排出圧力Ｐｅｘｈを提供する。図１に
示す弁４６は、通常時オフの３方向２位置オンオフソレ
ノイド弁である。ここで「通常時オフ」とは、オンオフ
弁４６のソレノイドが電気的に入でないときに、弁出力
が排出圧力Ｐｅｘｈに切り替えられていることを意味す
る。このケースでの負荷が、殆どの時間で高圧流れを必
要としないので、通常時オフ弁は、そのソレノイドによ
って必要とされる電気エネルギを節約できる。同じオン
オフ切替機能を達成するために、その他の種々の電気液
圧弁又はソレノイド弁を使用することができる。

【００１９】エンジン弁２０は、エンジン弁ヘッド２３
とエンジン弁ステム２１とを有する。エンジン弁２０
は、エンジン弁ステム２１を介して液圧アクチュエータ
５０と係合している。エンジン弁２０は、その軸に沿っ
て動く。エンジン弁２０は、図１に示すように、戻りば
ね２２によって押し上げられ、液圧アクチュエータ５０
によって下方に駆動される。完全に戻ったとき、エンジ
ン弁ヘッド２３は、エンジン弁座２４と接触してシール
する。これにより、吸入又は排気がなされる。

【００２０】液圧アクチュエータ５０は液圧シリンダ５
１を有し、液圧シリンダ５１は、長手方向の軸１０を持
ち、その液圧シリンダ５１に連絡する３個のポートを有
する。即ち、第１にアクチュエーションポート２即ちポ
ートＡ、第２に排出ポート４即ちポートＥ、第３に制御
ポート６即ちポートＣである。ここで「長手方向」とい
う表現は、長さの寸法及び／又は方向に関連するものと
して使用され、又は意味する。液圧シリンダ５１の内部
に、そしてその軸に沿って、アクチュエーションピスト
ン５２、制御ピストン５４、ピストンロッド又はステム
５３、及び制御ばね５５がある。アクチュエーションピ
ストン５２及び制御ピストン５４それぞれが、第１及び
第２のサイド７４、７５、７６、７７を有する。アクチ
ュエーションピストン５２の第２のサイド７５は、ピス
トンロッド５３の上端に接続されている。アクチュエー
ションピストンとピストンロッドは、合わせて一つの部
品として一体的に形成してもよいし、締結具等により、
又は溶接によって機械的に接続してもよい。アクチュエ
ーションピストン５２と制御ピストン５４は、それぞ
れ、シリンダ５１の上部及び下部に同軸に配置されてお
り、軸１０に沿って第１及び第２の方向に動く。二つの
ピストン５２及び５４は、図１では同じ直径を持つよう
に描かれているが、所望により、二つの別個の公称直径
を持っていてもよい。

【００２１】図１に示すように、制御ピストン５４はリ
ング状であって、その内側円筒面はピストンロッド５３
と同軸に係合し液圧シリンダ５１の内側で滑動する。図
１７Ａ乃至１９に示す他の実施形態では、ピストンロッ
ド５３はアクチュエーションピストンの第１のサイドに
接続され、シリンダの第１の端部７２を貫通して延びて
いる。再び図１において、二つのピストン５２及び５４
は、液圧シリンダ５１を三つの部屋（チャンバ）に分け
る。即ち、アクチュエーションチャンバ５９と、制御チ
ャンバ６０と、排出チャンバ６１であって、これらは、
それぞれ、ポートＡ、ポートＣ、ポートＥを通して外側
の液圧回路に連絡している。三つのチャンバ５９、６
０、６１内の内部漏れは無視できるほど小さいことが必
要である。液圧円筒５１の中間部内の環状のアンダカッ
ト６２を通じて、すべての可能性のある動作モード又は
ピストン５２及び５４の位置について、制御チャンバ６
０とポートＣの間の自由な流体接続即ち通路が確保され
る。それと同時に、アンダカット６２は、三つのチャン
バ５９、６０、６１内の適切な液圧分離即ち遮断を犠牲
にするものではない。制御ばね５５が、排出チャンバ６
１の内側で制御ピストン５４のすぐ下に配置され、その
第２のサイド７７を付勢する関係にある。

【００２２】アクチュエーションピストン５２の上端に
は緩衝突起８４があって、アクチュエーションピストン
５２の上端位置又はそれに近い位置で、緩衝突起８４は
液圧シリンダ５１の上端の緩衝キャビティ８２と適合
し、アクチュエーションチャンバ５９とポートＡの間の
直接広く開く液圧接続、即ち主要（１次的）流路１２を
閉塞する。その代わりに、或いはそれとの組合せで、液
圧流体は、１対の２次的流路を流れる。一つの２次的流
路には、厳しく抑制する緩衝抑制器８０がある。もう一
つの２次的流路には逆止弁８６があって、ポートＡから
アクチュエーションチャンバ５９への一方向の流れを許
容して逆方向は許容しない。このようにして、ポートＡ
２とアクチュエーションチャンバの間が複数の流路で連
絡されている。

【００２３】ポートＡ２はオンオフ弁４６と液圧的に接
続されている。図１に示す実施形態では、オンオフ弁４
６は、ポートＡを、従って又チャンバ５９を、電気的に
オンの時にはシステム圧力Ｐｓに切り替え、電気的にオ
フの時には排出圧力Ｐｅｘｈに切り替える。ポートＣ及
び制御チャンバ６０は流路１６と液圧的に接続されてお
り、更に、制御圧力調整組立体４０に接続され、こうし
て、これらは制御圧力Ｐｃに保持される。

【００２４】ポートＥ４は排出ライン３８と液圧的に接
続され、排出圧力Ｐｅｘｈに保持される。ポートＥ４と
排出チャンバ６１は流路１４で接続され、それらの間に
はリフト流れ抑制器６３があって、これによってポート
Ｅを通る流れが大きな抵抗を受ける。リフト流れ抑制器
６３があるために、動的状況においては、排出チャンバ
６１内の圧力は、排出圧力Ｐｅｘｈと大きく相違するこ
ともありうる。更に、リフト流れ抑制器６３があるため
に、制御ピストン５４を相当の速さで動かすのは困難で
ある。液圧流れ抑制装置又はオリフィスには一般に二つ
のタイプがある。長さと直径の比が大きく、丸い端部を
有するオリフィスは層流を促進する傾向にあり、その流
れ抵抗特性は、粘性、従って又流体温度に強く依存す
る。鋭い端部を有する短いオリフィスは、乱流を促進す
る傾向にあり、その流れ抵抗特性は、粘性、従って又流
体温度の影響を比較的受けにくい。

【００２５】制御ピストン５４は、その基準の位置で、
そしてシリンダの底部端面７３にもアクチュエーション
ピストン底部端面７５にも直接接触していない時、制御
ピストンの上端面７６における制御圧力Ｐｃによる液圧
力と、制御ピストンの底部端面７７における制御ばね５
５からの力によって、軸方向に基本的に(primarily)バ
ランスしている。制御ピストン５４は更に、２次的には
(to a lesser extent)、そしてその底部端面７７で、排
出圧力Ｐｅｘｈをも受けている。これは、通常、制御圧
力Ｐｃよりも低い。ばねの設計が与えられ、排出圧力Ｐ
ｅｘｈの値が与えられた時、制御ピストン５４の軸方向
の位置は、こうして制御圧力Ｐｃによって決定され、こ
の位置は、リフト流れ抑制器６３があるために、動的状
況においては、大きくは変わらず、ゆっくりと変わる。

【００２６】ピストンロッド５３とエンジン弁ステム２
１は、互いに力及び動作を伝達する。それらは自由に浮
動するものでもよいが、所望により、機械的に互いに締
結してもよい。浮動している場合、それらは、戻りばね
２２の上向きの力とアクチュエーションピストン５２に
おける液圧の力との適当に設計された組合せによって、
すべての動作状態で、端部６７で機械的接触が維持され
る。

【００２７】エンジン弁２０のラッシュ(lash)の調整
は、エンジン弁ヘッド２３からアクチュエーションピス
トン５２の上面７４までの軸方向の距離が、エンジン弁
座２４からシリンダ上端面７２までの軸方向の距離より
も短いことを保証することによって、達成される。言い
換えると、エンジン弁２０が着座した時に、アクチュエ
ーションチャンバ５９内の所定の移動距離がまだ存在す
る。

【００２８】図１８に示す他の実施形態では、弁ヘッド
２３の背面側ではなくて前面が弁座に着座する。この実
施形態では、戻りばね２２は、通常時に閉即ち着座位置
になるように弁ヘッド２３を付勢する。図１９に示す更
に他の実施形態では、弁ヘッド２３は、戻りばね２２に
よって付勢される結果、正常時に開即ち非着座位置にな
る。この実施形態では、アクチュエータは、弁を開く方
向ではなくて閉じる方向に作動する。

【００２９】図１に示すように、一般に、各エンジン弁
２０ごとに一つの液圧アクチュエータ５０がある。二つ
の吸入エンジン弁と二つの排気弁とを有するエンジンシ
リンダ（図示せず）では、二つのオンオフ弁があればよ
く、そのうちの一つが１対の吸入エンジン弁に供給し、
もう一つが１対の排気エンジン弁に供給する。独立の吸
入及び排気のリフト制御が必要な場合は、二つの別個の
制御圧力調整組立体４０が必要である。しかし、一つの
システム圧力Ｐｓを供給する１セットの液圧供給組立体
３０で充分である。必要により、吸入と排気のエンジン
弁のための別々に液圧アクチュエータ３０の寸法を決め
てもよい。完全に制御された１６弁４シリンダエンジン
に好適なシステム構成を図５に示す。このシステムは、
一つの液圧供給組立体３０と、二つの制御圧力調整組立
体４０と、８個のオンオフ弁４６と、１６個の液圧アク
チュエータ５０とからなる。吸入と排気のエンジン弁の
どちらか一方だけを制御する場合は、このシステムは、
１個の液圧供給組立体３０と、１個の制御圧力調整組立
体４０と、４個のオンオフ弁４６と、８個の液圧アクチ
ュエータ５０とからなる。場合によっては、１個の液圧
アクチュエータが、一つの燃焼シリンダに取り付けられ
た２個の吸入弁又は２個の排気弁を駆動してもよい。

【００３０】動作中に、図１に示すように、液圧ポンプ
３１は、液圧流体を流体タンク３２から供給ライン３７
にポンプアップする。システム圧力調整弁３３は、選択
的なシステム圧力アキュムレータ３４からの助けを得
て、供給ライン３７がシステム圧力Ｐｓにあることを保
証する。供給ライン３７内に余分な流体がある場合はそ
のすべてが、システム圧力調整弁３３を通じて流体タン
ク３２に戻される(bledback)か、又は、一時的にシステ
ム圧力アキュムレータ３４に保存される。

【００３１】選択的な制御圧力アキュムレータ４２から
の助けにより、電気液圧調整器４１は、供給ライン３７
からの流体の内のある量を制御ライン３９へ逸らせる。
ここで、流体圧力は、システム圧力Ｐｓから制御圧力Ｐ
ｃに低下する。この制御圧力Ｐｃの値は、リアルタイム
のエンジン弁リフト必要量に基づいて、制御器（図示せ
ず）によって決定される。制御圧力Ｐｃに圧流体はポー
トＣに送られる。

【００３２】図１に示すように、オンオフ弁４６は通常
時オフのタイプである。それはポートＡを、電気が入の
時には供給ライン３７に接続し、切の時には排出ライン
３８に接続する。排出圧力アキュムレータ３６は必須で
はないが、その助けにより、排出圧力弁３５が排出ライ
ン３８内の流体を、その流体が流体タンク３２に戻る前
に排出圧力Ｐｅｘｈに保持する。排出ライン３８はポー
トＥ４にも接続されている。

【００３３】図２は、液圧アクチュエータ５０及びエン
ジン弁２０の種々の動作ステージ、即ち状態Ａ，Ｂ，
Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆを示す。ここで、図の簡素化のために、
液圧回路の他の部分は省略している。説明をわかりやす
るために、すべての動作ステージで、制御圧力Ｐｃは一
つの一定の値に設定する。この圧力により、制御ピスト
ン５４は図２Ａに示す基準の位置即ち停止位置に置かれ
る。すぐあとで説明するように、実際のサイクルのある
期間、制御ピストン５４の実際の位置は、この基準位置
から少しずれる。制御ばね５５からの力とバランスさせ
る必要があるので、制御圧力Ｐｃは排出圧力Ｐｅｘｈよ
りも常に高い。図３、特に「エンジン弁開度」と書いた
線に示すように、状態Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆはそれぞ
れ、エンジン弁２０の開行程の開始、開行程の終了、停
止期間の中間、閉行程の開始、閉行程の中間、閉行程の
終了近く、である。図３は、種々の状態におけるアクチ
ュエータチャンバ、制御チャンバ及び排出チャンバ内の
圧力をも示す。

【００３４】図２Ａに示す状態Ａ即ち開行程の開始にお
いては、ポートＡがシステム圧力Ｐｓにちょうど接続さ
れたところである。緩衝キャビティ８２はポートＡと直
接接続され、その圧力はシステム圧力Ｐｓにほぼ等し
い。アクチュエーションチャンバ５９内の圧力は、実際
には、緩衝流れ抑制器８０及び逆止弁８６での圧力損失
の影響により、システム圧力Ｐｓよりも僅かに低い。こ
の圧力低下は、ポートＡからアクチュエーションチャン
バ５９への流れの殆どをまかなう緩衝逆止弁８６の存在
により、大きなものではない。アクチュエーションピス
トン５２は、エンジン弁２０を下方に、即ち第１の方向
に押し始める。但し、まだ、検出できるほどの変位はな
い。シリンダとピストンはどんな向きであってもよいこ
とはもちろんである。鉛直向きに配置してエンジン弁が
下方に動くことは図示の都合であって、限定的なもので
はない。システム圧力Ｐｓは制御圧力Ｐｃよりも相当程
度高い。これは、アクチュエーションピストン５２が、
戻りばね２２及びエンジンシリンダ圧力からの力に打ち
勝つ必要があり、しかも極めて短い時間にエンジン弁２
０を開く必要があるからである。制御チャンバ６０及び
排出チャンバ６１は、それぞれ、制御圧力Ｐｃ及び排出
圧力Ｐｅｘｈにある。

【００３５】図２Ｂに示す状態Ｂ即ち開行程の終了時に
は、ポートＡはシステム圧力Ｐｓにある。アクチュエー
ションチャンバ５９内の圧力は、システム圧力Ｐｓより
も僅かだけ低く、流れの大きい順に並べると、緩衝キャ
ビティ８２、緩衝逆止弁８６、緩衝流れ抑制器８０を通
ってくる流れがある。アクチュエーションピストン５２
は、制御ピストン５４によって許容された自由空間を通
って第１の方向に動いてきたものであって、この時点で
は制御ピストン５４と接触している。その結果、エンジ
ン弁２０もその全リフトを移動したものである。

【００３６】状態Ｂは又、停止期間の始まりであり、そ
の停止期間中は、エンジン弁２０が開状態に維持され
る。停止期間中、アクチュエーションピストン５２は、
システム圧力Ｐｓのもとで更に下方に動こうとするが、
制御ピストン５４と共に動かなければならない。リフト
流れ抑制器６３及び流体バルク係数の故に、制御ピスト
ン５４は、短時間に排出チャンバ６１内の流体を移動さ
せるには困難がある。図２Ｃに示すように、停止期間中
に、排出チャンバ６１内の圧力は、排出圧力Ｐｅｘｈよ
りも高く上昇し、制御ピストン５４、アクチュエーショ
ンピストン５２及びエンジン弁２０の下方への動きを相
当程度遅くするのを助けるのに充分な程度にまで、上昇
する。この抑制は絶対的なものではない。極めて短い停
止期間中であっても、リフト流れ抑制器６３を通る漏れ
のある量によって、又、圧力上昇による圧縮によって、
排出チャンバ６１内の流体体積は減少する。図２Ｄに示
す状態Ｄ（停止期間の最後即ち閉行程の開始）では、制
御ピストン５４の位置は、その基準(nominal)位置より
も少し低い。これにより、図３に示すように、停止期間
内に、エンジン弁２０の更なる開放（Δ）に至る。

【００３７】図２Ｄに示す状態Ｄ（閉行程の開始）で
は、ポートＡ、従って又、アクチュエーションチャンバ
５９は、システム圧力Ｐｓから排出圧力Ｐｅｘｈに切り
替えられる。排出チャンバ６１内の圧力が排出圧力Ｐｅ
ｘｈよりも相対的に高いことから、リフト流れ抑制器を
通じて排出チャンバ６１からの小流量の流れがまだ存在
する。この時点は停止期間から閉行程への移行時期であ
って、エンジン弁の動きは殆どゼロに等しい。

【００３８】図２Ｅに示すように、閉行程の中間では、
エンジン弁２０、従って又、アクチュエーションピスト
ン５２は、戻りばね２２によって、第１の方向とは逆の
第２の方向に押し戻されている。アクチュエーションピ
ストン５２の底部での制御圧力Ｐｃもこの動きを助け
る。アクチュエーションピストン６０からの接触力がな
いので、制御ピストン５４はその基準の位置に戻るが、
その動きは、リフト流れ抑制器６３を通る排出チャンバ
６１のゆっくりした背部充填(back-filling)によって妨
げられる。その結果、排出チャンバ６１内の圧力は、排
出圧力Ｐｅｘｈよりも若干低くなる。

【００３９】長期間の信頼性の高い動作のためには、軟
着陸が重要であって、即ち、エンジン弁ヘッド２３がエ
ンジン弁座２４に接触するときに相当に低速であること
が重要である。図２Ｆに示すように、緩衝突起８４は緩
衝キャビティ８２にスライドして入り込み、アクチュエ
ーションチャンバ５９から緩衝キャビティ８２を通って
ポートＡへ向かう直接流れ逃げ経路を阻止する。緩衝逆
止弁８６の方向性によって、アクチュエーションチャン
バ５９内の流体は、高抵抗の緩衝流れ抑制器８０を通っ
てしか出られない。その結果、図３に示すように、アク
チュエーションチャンバ５９内の圧力は急激に上昇す
る。これによって、アクチュエーションピストン５２と
エンジン弁２０の組立体の速度が著しく低下する。

【００４０】図２Ｇに示す状態Ｄ（閉行程の終了）で
は、エンジン弁２２が再び閉位置に戻っている。制御ピ
ストン５４はおそらくまだ基準位置に戻る途中である。
この戻り動作は、リフト流れ抑制器６３を通して排出チ
ャンバ６１の逆充填の遅れによって遅くなる。このエン
ジン弁サイクルの状態Ｇと次のエンジン弁サイクルの状
態Ａの間の閉止期間中、アクチュエーションチャンバ５
９は、排出圧力Ｐｅｘｈに接続されたまま保持される。
この期間は、制御ピストン５４がその基準位置に戻れる
だけの充分な長さでなければならない。必要により、図
４に示すように、排出チャンバ６１の逆充填を早めるた
めに、リフト流れ抑制器６３に平行に逆止弁６４を追加
してもよい。

【００４１】図１及び２に示す制御ピストン５４の基準
位置は、取りうる範囲のほぼ中央である。アクチュエー
ションピストン５２が図１に示すように休止位置に引き
込められている時に、エンジン弁リフトは制御チャンバ
高さＬｃに等しい。制御ピストン５４の基準位置は、従
って又、エンジン弁リフトは、制御圧力Ｐｃによって制
御される。制御ばね５５が直線的である場合は、エンジ
ン弁リフトＬｅｖは、図６に示すように、制御範囲内で
制御圧力Ｐｃに比例する。制御ばね５５の予備荷重をＦ
ｏとし、ばね硬さをＫｃｓとする。制御ピストン５４の
断面積をＡｃｐとする。制御ピストン５４がアクチュエ
ーションピストン５２から離れて動き始めるための制御
圧力Ｐｃの閾値Ｐｃｍｉｎは、排出圧力Ｐｅｘｈと、制
御ばね５５の予備荷重を制御ピストン５４の断面積で割
った商との和に等しい。即ち、Ｐｃｍｉｎ＝Ｐｅｘｈ＋
Ｆｏ／Ａｃｐである。Ｐｃ≦Ｐｃｍｉｎのとき、図７
に示すように、エンジン弁リフトＬｅｖはゼロである。

【００４２】図８に示すように、最大エンジンリフトＬ
ｅｖｍａｘを越えると、制御ピストン５４は液圧シリン
ダ５１の底部に固定され、制御圧力Ｐｃが更に高くなっ
ても更に下方へは動けない。Ｐｃｍａｘがこの制御圧力
Ｐｃの飽和圧力にある場合、Ｐｃｍａｘ＝Ｐｅｘｈ＋
（Ｆｏ＋ＫｃｓＬｅｖｍａｘ)／Ａｃｐである。Ｐｃ
ｍｉｎとＰｃｍａｘの間で、エンジン弁リフトＬｅｖは
次の式に示すように、制御圧力Ｐｃに比例する。：Ｌｅ
ｖ＝（Ａｃｐ（Ｐｃ−Ｐｅｘｈ）−Ｆｏ）／Ｋｃｓこ
こで、図７及び８に示すピストンロッド５３はエンジン
弁に接続されうるが、図の簡略化のために省略してある
ことは理解できよう。

【００４３】次に、図９は、本発明の他の好ましい実施
形態を示す。この実施形態と図１に示す実施形態の主な
物理的相違は、図９には戻りばね２２がない点である。
この実施形態は、アクチュエーションピストン５２の底
部にかかる制御圧力Ｐｃが、Ｐｃｍｉｎでも高速な弁閉
を保証するのに十分なほど強く、しかも、Ｐｃｍａｘで
も高速な弁開を保証するのに十分なほど弱い場合に、妥
当である。更に、戻り動作中にピストンロッド５３がエ
ンジン弁ステム２１を引き上げることができるように、
ピストンロッド５３とエンジン弁ステム２１の端部６７
は互いに機械的に結合されている必要がある。図１の戻
りばね２２が使用されるときは、それは、開行程でポテ
ンシャルエネルギを蓄積し、閉行程でそれを解放する。
これと同じことは、制御圧力Ｐｃのもとにある液圧流体
で、制御圧アキュムレータ４２を使う場合はその寸法を
適切なものとすることによって、達成できる。これは、
一つのエンジンが、開閉時間のずれた複数のシリンダを
有し、その結果、比較的低い最大流れ要求となる場合も
比較的簡単に実現できる。

【００４４】次に、図１０及び１７Ｂは、本発明の他の
好ましい実施形態を示す。この実施形態では、リフト流
れ抑制器６３は、図１及び１７Ａに示すようにポートＥ
へ導く流路に適用する代わりに、ポートＣに導く流路に
適用される。流れ抑制器がポートＣに適用されるので、
開行程でも閉行程でも制御チャンバ６０の体積は基本的
に変化しない。従って、制御ピストン５４は、動的に動
くときに、基本的にピストン５２の動きに追従する。こ
れと同時に、その基準位置は依然として制御圧力Ｐｃに
よって制御される。従って、二つのピストン５４及び５
２は、一つの大きなピストンとして一緒に動くことをイ
メージすることができる。この空想上の大きなピストン
の動きは、図１０に示すように、停止時の排出チャンバ
高さＬｅｘｈによって抑制され、それは、制御圧力Ｐｃ
によって制御される。排出チャンバ高さＬｅｘｈは制御
チャンバ高さＬｃと補完関係にある。数学的には、Ｌｅ
ｘｈ＋Ｌｃ＝Ｌｅｖｍａｘである。Ｌｃ＝０ならばＬｅ
ｘｈ＝Ｌｅｖｍａｘである。Ｌｃ＝Ｌｅｖｍａｘならば
Ｌｅｘｈ＝０である。従って、この図１０の実施形態の
エンジン弁リフトＬｅｖと制御圧力Ｐｃの間の図１１に
示す関係は、前述の図１の実施形態の図６に示した関係
と逆になっている。ここで又、Ｐｃｍｉｎ＝Ｐｅｘｈ＋
Ｆｏ／ＡｃｐかつＰｃｍａｘ＝Ｐｅｘｈ＋（Ｆｏ＋
ＫｃｓＬｅｖｍａｘ)／Ａｃｐとすると、Ｐｃ≦Ｐｃ
ｍｉｎのとき、Ｌｅｖ＝Ｌｅｖｍａｘであり、Ｐｃ≦Ｐ
ｃｍａｘのとき、Ｌｅｖ＝０であり、Ｐｃｍｉｎ＜Ｐｃ
＜Ｐｃｍａｘのとき、Ｌｅｖ＝Ｌｅｖｍａｘ−（Ａｃｐ
（Ｐｃ−Ｐｅｘｈ）−Ｆｏ）／Ｋｃｓである。従って、
図１１に示すように、ＰｃｍｉｎとＰｃｍａｘの間の制
御領域内で、エンジン弁リフトＬｅｖは制御圧力Ｐｃに
反比例する。戻りばね２２が使用されない場合は、閉鎖
力が制御ばね５５から制御ピストン５４へ伝達され、制
御チャンバ６０内の液圧流体に伝達され、最終的にアク
チュエーションピストン５２に伝達される。

【００４５】次に、図１２、１３、１７Ｃ及び１７Ｄは
本発明の他の好ましい実施形態を示す。制御ポート即ち
ポートＣ及び、排出ポート即ちポートＥの相対位置は、
図１及び１０に示す二つの実施形態、及び、図１７Ａ及
び１７Ｂに示す二つの実施形態における相対位置から切
り替えられている。図１２、１３、１７Ｃ及び１７Ｄ
で、ポートＣは軸に沿ってシリンダ５１ｃ又は５１ｄの
一端の近くにあり、ポートＥはシリンダ５１ｃ又は５１
ｄの中央の周りにある。従って、制御ピストン５４ｃ又
は５４ｄの制御チャンバ６０ｃ又は６０ｄのサイドから
の制御圧力の力をバランスさせるために、制御ピストン
５４ｃ又は５４ｄの排出チャンバ６０ｃ又は６０ｄのサ
イドに作用するように、二つのピストンの間に制御ばね
５５ｃ又は５５ｄが再配置される。図１２及び１３に示
す、そして図１７Ｄ及び１７Ｃに示す二つの実施形態
は、特に、リフト流れ抑制器６３ｃ又は６３ｄの位置が
異なる。それぞれ、ポートＥ及びポートＣである。

【００４６】図１２及び１７Ｄに示す実施形態の動作に
おいて、ポートＥにおけるリフト流れ抑制器６３ｃのた
めに、開、停止及び閉の期間中、排出チャンバ６１ｃ内
の流体体積はほぼ一定に保たれる。二つのピストン５２
ｃ及び５４ｃは、一体的に動く。従って、図１２に示す
ように、エンジン弁リフトＬｅｖは、制御圧力Ｐｃに比
例する制御チャンバ高さＬｃに等しい。機能的には、こ
の実施形態は、図１に示す実施形態と類似している。戻
りばね２２が使用されない場合は、閉止力は、制御チャ
ンバ６０ｃ内の制御圧力Ｐｃから、制御ピストン５４ｃ
に伝達され、排出チャンバ６１ｃ内の液圧流体及び制御
ばね５５ｃに伝達され、最終的に、アクチュエーション
ピストン５２ｃに伝達される。

【００４７】図１３及び１７Ｃに示す実施形態の動作に
おいて、ポートＣにおけるリフト流れ抑制器６３ｄがあ
るために、開、停止及び閉の期間に、制御チャンバ６０
ｄ内の流体体積は殆ど一定である。システムの動的動作
の間に、制御ピストン５４ｄは殆ど静止している。従っ
て、図１３に示すように、エンジン弁リフトＬｅｖは、
制御圧力Ｐｃに反比例する排出チャンバ高さＬｅｘｈに
等しい。機能的にはこの実施形態は図１０の実施形態に
類似している。戻りばね２２が使用されない場合は、全
ての閉鎖の力は制御ばね５５から動作ピストン５２ｄに
働く。

【００４８】図１４にまとめて示すように、図１、１
０、１２、１３に示した四つの好ましい実施形態は、制
御ばねとリフト流れ抑制器の種々の位置の４種類の異な
る組合せの結果である。エンジン弁リフトＬｅｖは、リ
フト流れ抑制器がポートＥに適用されるとき、制御圧力
Ｐｃに比例し、リフト流れ抑制器がポートＣに適用され
るとき、制御圧力Ｐｃに反比例する。制御圧力Ｐｃ自体
は電気液圧的圧力調整器４１によって制御され、この圧
力調整器４１は、たまたま、図１に示すのと同様に、液
圧の図示の慣習に従って、反比例の調整器であって、
その出力圧力は、そのソレノイドの制御電流に反比例す
る。その他の比例性(proportionality)（ここには図示
しない）の電気液圧調整器を選択することもできる。用
途によっては、事故によって圧力制御電流が切断された
ときに、安全上の理由からエンジンの運転を維持するた
めに、エンジン弁リフトＬｅｖがその最大値に等しいこ
とが好ましいかもしれない。この、電流とエンジン弁リ
フトの逆の関係は、反比例液圧アクチュエータと比例電
気液圧調整器との結合によって、又は、比例液圧アクチ
ュエータと反比例電気液圧調整器との結合によって、達
成することができる。他の用途のエンジン弁で、制御電
流が切れたときに閉まることが必要ならば、反比例液圧
アクチュエータと反比例電気液圧調整器との組合せ、又
は、比例液圧アクチュエータと比例電気液圧調整器との
組合せによって実現できる。

【００４９】制御された圧力源を提供するものとして、
図１、９、１０、１２、１３に示した前記液圧調整器の
他の代替手段もある。例えば、供給ライン３７から流体
を得てその圧力を低圧に下げてエネルギを無駄にする代
わりに、例えば、適当なフィードバック手段によって直
接、所望の圧力で液圧流体を配給するサーボ液圧ポンプ
（ここには図示しない）を採用することは極めて実際的
である。

【００５０】エンジン弁アクチュエーションシステムの
もう一つの重要な特徴は、その実効慣性である。図１４
にまとめた四つの実施形態のうちの二つでは、制御ピス
トンがアクチュエーションピストンと共に動的に動かな
い。その結果、アクチュエーションピストン及びエンジ
ン弁組立体に対して比較的速い応答をする。これら二つ
の実施形態のうちの一つの実施形態は、図１に詳細に示
すように、抑制されたポートＥと底部制御ばねとを有
し、他方の実施形態は、図１３に詳細に示すように、抑
制されたポートＣと中央部制御ばねとを有する。これら
二つの実施形態のどちらも、図１及び１３に詳細に示す
ように、アクチュエータは、一つの従来型ピストンと一
つのシリンダと可変ピストン行程抑制器停止器から構成
されるものと考えられる。他の二つの実施形態では、図
１０及び１２に詳細に示すように、アクチュエーション
ピストンと制御ピストンは動的に一緒に動き、そのアク
チュエータは、可変高さの一つのピストンと一つの従来
型シリンダとからなる。

【００５１】図１４にまとめられた四つの実施形態はい
ずれも戻りばねなしに設計することもできる。その場合
は、エンジン弁閉止力は、抑制されたポートＥを有する
実施形態については制御圧力Ｐｃから、抑制されたポー
トＣを有する実施形態については制御ばねから得られ
る。

【００５２】図１に示した設計のほかに、制御ピストン
５４は、図１５に示す物理的形状としてもよい。アクチ
ュエータ５０の軸に沿って充分なパッケージスペースが
ある場合は、溝５６ｈをずっと浅くしてもよく、又、ア
クチュエーションピストン５４ｉを削られていない(sol
id)リング状としてもよい。アクチュエーションピスト
ン５４ｊは更に、製造を容易にするために、図１５に示
すようにキャビティ５６ｊを有してもよい。用途によっ
ては、図１６に示すように、制御ピストン５４ｋの上端
に上端キャビティ９０即ち窪みと減衰オリフィス９２を
付加する。これらのキャビティとオリフィスは、アクチ
ュエーションピストン５２ｋの底部の底部突起８８即ち
挿入部と協働して、二つのピストン５２ｋと５４ｋの間
の衝撃力を減らすための減衰機構として機能する。他の
方法として、キャビティとオリフィスを制御ピストンの
底部に形成し、シリンダに突起を形成することも可能で
ある。アクチュエーションピストン５２ｋが下向き即ち
第１の方向に、制御ピストン５４ｋの近くに動くとき、
底部突起即ち挿入部８８が上端キャビティ即ち窪み９０
内に押し入り、作動流体を、減衰オリフィス９２を通し
て押し出す。その結果、上端キャビティ９０内の圧力が
上昇し、衝撃を緩和する。上端キャビティ９０の深さ
も、底部突起８８の高さよりも深く作られる。それによ
り、衝撃の後、減衰オリフィス９２によって、上端キャ
ビティ９０内又は二つのピストン５２ｋと５４ｋの間の
圧力が、流体シリンダの中央部内の流体チャンバ、それ
が制御チャンバであれ、排出チャンバであれ、その圧力
と実質的に等しくなる。

【００５３】緩衝逆止弁８６は一方向弁であって、開行
程の早い時期に、アクチュエーションチャンバ５９と緩
衝キャビティ８２の間の接続が緩衝突起８４によって阻
止されているときに、アクチュエーションチャンバ５９
をポートＡに開くために、主に使用される。開行程の早
い時期の比較的低速を、そして低流量を考えるならば、
弁８６はなくともよい。この低流量は、余り大きな圧力
低下なしに緩衝流れ抑制器８０によってまかなえる。開
行程に短時間入り込んで、緩衝突起８４が緩衝キャビテ
ィ８２から出ると、アクチュエーションチャンバ５９
は、緩衝キャビティ８２を通じてポートＡに広く開く。
緩衝突起８４と緩衝キャビティ８２の間の直径方向のク
リアランス及び軸方向の係合の適切な設計によって、緩
衝流れ抑制器８０も省略できる。更に、閉行程の遅い時
期に所望の緩衝効果を達成するために、そして、開行程
の早い時期に充分な流れを供給するために、緩衝突起８
４の軸に沿ってテーパ又は個別の溝を付加してもよい。
液圧シリンダ内の減衰を行う実際の方法には他にも多数
ある。これらの詳細をすべて記述することは本発明の開
示の意図するところではない。

【００５４】制御ばね５５又は戻りばね２２は一般に単
一の圧縮コイルばねとして示しているが、そのようなも
のに限定されるわけではない。どちらかのばねが、複数
のばねを有したり、一つ又は複数の他のばね構造を含ん
でいてもよい。

【００５５】更に、多くの図面や記述において、流体媒
体は液圧流体即ち液体を前提としたが、それに限定され
るものではない。同じ概念を、適当な規模で、空気のア
クチュエータやシステムに適用することができる。従っ
て、ここで使用される「流体」という言葉は、液体と気
体の両方を意味する。

【００５６】以上、本発明の好ましい実施形態を説明し
たが、当業者は、発明の概念及び範囲から離れることな
しに形状や詳細について修正できることを認識するであ
ろう。従って、上記詳細な説明は、限定的なものとして
ではなくて単なる説明のためのものであると意図された
ものであり、各請求項とそれらのすべての均等の範囲が
本発明の範囲を定義するものと意図されている。

【図面の簡単な説明】

【図１】アクチュエータ及び液圧供給システムの一つの
好ましい実施形態の模式図である。

【図２Ａ】弁行程のステージＡを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図２Ｂ】弁行程のステージＢを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図２Ｃ】弁行程のステージＣを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図２Ｄ】弁行程のステージＤを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図２Ｅ】弁行程のステージＥを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図２Ｆ】弁行程のステージＦを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図２Ｇ】弁行程のステージＧを示す模式図である。こ
のステージは図３にも表示されている。図の簡略化のた
めに、液圧供給システムは図示していない。

【図３】図１に示す実施形態のエンジン弁動作及び、種
々のチャンバ内の圧力変動の時間変化を示すグラフであ
る。

【図４】排出ポート即ちポートＥに代替の流れ抑制装置
を有するアクチュエータの他の実施形態の模式図であ
る。

【図５】１６弁４シリンダエンジン用の一つの好ましい
システムの模式図である。

【図６】図１及び１２に示す実施形態のエンジン弁リフ
トＬｅｖと制御圧力Ｐｃの間の関係を示すグラフであ
る。

【図７】Ｐｃ≦Ｐｃｍｉｎでエンジン弁リフトがゼロの
ときのアクチュエータの模式図である。

【図８】Ｐｃ≧Ｐｃｍａｘでエンジン弁リフトが最大
（Ｌｅｖｍａｘ)のときのアクチュエータの模式図であ
る。

【図９】戻りばねを有しないアクチュエータの他の実施
の形態の模式図である。

【図１０】制御ピストンの下に配置された制御ばねと、
制御ポートに配置された流れ抑制器とを有するアクチュ
エータの他の実施形態の模式図である。

【図１１】図１０及び１３に示す実施形態のエンジン弁
リフトＬｅｖと制御圧力Ｐｃの間の関係を示すグラフで
ある。

【図１２】アクチュエーションピストンと制御ピストン
の間に配置された制御ばねを有し、排出ポートに流れ抑
制器を有するアクチュエータの他の実施形態の模式図で
ある。

【図１３】アクチュエーションピストンと制御ピストン
の間に配置された制御ばねを有し、制御ポートに流れ抑
制器を有するアクチュエータの他の実施形態の模式図で
ある。

【図１４】制御ばねと流れ抑制器の異なる位置を持つ四
つの好ましい実施形態の特徴をリストに示す表である。

【図１５】種々の代替制御ピストンの設計の部分断面図
である。

【図１６】アクチュエーションピストンと制御ピストン
の間に適用した減衰機構の断面図である。

【図１７】図１７Ａは、アクチュエーションピストンの
第１のサイドに接続されたピストンロッドを有するアク
チュエータの他の実施形態の模式図である。図１７Ｂ
は、アクチュエーションピストンの第１のサイドに接続
されたピストンロッドを有し、制御ポートに流れ抑制器
を有するアクチュエータの他の実施形態の模式図であ
る。図１７Ｃは、アクチュエーションピストンの第１の
サイドに接続されたピストンロッドを有し、アクチュエ
ーションピストンと制御ピストンの間に配置された制御
ばねを有し、制御ポートに流れ抑制器を有するアクチュ
エータの他の実施形態の模式図である。図１７Ｄは、ア
クチュエーションピストンの第１のサイドに接続された
ピストンロッドを有し、アクチュエーションピストンと
制御ピストンの間に配置された制御ばねを有するアクチ
ュエータの他の実施形態の模式図である。

【図１８】アクチュエーションピストンの第１のサイド
に接続されたピストンロッドを有し、弁座に弁が着座し
ているアクチュエータの他の実施形態の模式図である。

【図１９】アクチュエーションピストンの第１のサイド
に接続されたピストンロッドを有し、弁が開位置にある
アクチュエータの他の実施形態の模式図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者ゼンロウアメリカ合衆国ミシガン州 48170 プリマスフェローズクリークドライヴ 11200 Ｆターム(参考） 3G018 AB12 BA22 DA26 DA52 DA53 DA54 DA56 DA58 DA59 DA62 DA63 FA06 FA07 GA14 3G092 AA11 DA01 DA02 DA06 DF04 DF06 DG05 FA49 FA50

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】長手方向の軸を定義し第１及び第２の端
部を有するシリンダと、前記シリンダの前記第１の端部に連絡する第１のポー
ト、前記シリンダの第２の端部に連絡する第２のポー
ト、及び、前記第１の端部と第２の端部の間で前記シリ
ンダに連絡する第３のポートと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記第１及び第２の方向の少なくとも一方に前記制御ピ
ストンを付勢する制御ばねと、を有するアクチュエータ。
【請求項２】前記制御ばねは前記制御ピストンの前記
第２のサイドを付勢するものである請求項１記載のアク
チュエータ。
【請求項３】前記制御ばねは前記制御ピストンの前記
第２のサイドと前記シリンダの前記第２の端部の間に配
置されている請求項２の発明。
【請求項４】前記制御ばねは前記制御ピストンの前記
第１のサイドを付勢するものである請求項１記載のアク
チュエータ。
【請求項５】前記制御ばねは前記制御ピストンの前記
第１のサイドと前記シリンダの前記第２の端部の間に配
置されている請求項４記載のアクチュエータ。
【請求項６】前記シリンダの前記第１の端部と前記ア
クチュエーションピストンの前記第１のサイドとの間に
形成された第１のチャンバと、前記制御ピストンの前記
第２のサイドと前記シリンダの前記第２の端部との間に
形成された第２のチャンバと、前記アクチュエーション
ピストンの前記第２のサイドと前記制御ピストンの前記
第１のサイドとの間に形成された第３のチャンバと、前
記第１のポートと前記第１のチャンバとの間の第１の流
路と、前記第２のポートと前記第２のチャンバとの間の
第２の流路と、前記第３のポートと前記第３のチャンバ
との間の第３の流路と、を更に有する、請求項１記載の
アクチュエータ。
【請求項７】前記第３の流路は、前記第２の流路より
も流体流れに対して抑制が厳しい請求項６記載のアクチ
ュエータ。
【請求項８】前記第２の流路は、前記第３の流路より
も流体流れに対して抑制が厳しい請求項６記載のアクチ
ュエータ。
【請求項９】前記シリンダは、前記アクチュエーショ
ンピストンを受け入れるような大きさの内径を有する第
１の部分と、前記制御ピストンを受け入れるような大き
さの内径を有する第２の部分と、前記第１の部分及び第
２の部分の各内径よりも大きな内径を有する第３の部分
と、を具備し、前記第２の部分が前記第２の流路に連絡
している請求項６記載のアクチュエータ。
【請求項１０】前記第１、第２及び第３のチャンバの
間に実質的な流体の連絡がない請求項６記載のアクチュ
エータ。
【請求項１１】前記第２及び第３の流路の少なくとも
一方が短いオリフィスを有する請求項６記載のアクチュ
エータ。
【請求項１２】前記第２及び第３の流路の少なくとも
一方が、第１及び第２の方向の流れを許容するように構
成され、前記第２及び第３の流路の前記少なくとも一方
が、前記第２の方向よりも前記第１の方向の流れに対し
て抑制的である請求項６記載のアクチュエータ。
【請求項１３】前記第２及び第３の流路の少なくとも
一方が並列に配置されたオリフィスと一方向弁とを有す
る請求項１２記載のアクチュエータ。
【請求項１４】前記アクチュエーションピストンの前
記第１のサイドと前記シリンダの前記第１の端部との間
で動作する緩衝装置を更に有する請求項６記載のアクチ
ュエータ。
【請求項１５】前記緩衝装置は、前記アクチュエーシ
ョンピストンの前記第１のサイドが前記シリンダの前記
第１の端部の近傍に位置するときに前記第１の流路の少
なくとも一部を閉塞する前記アクチュエーションピスト
ンの閉塞部を有し、前記第１の流路の流れが実質的に抑
制される請求項１４記載のアクチュエータ。
【請求項１６】前記第１の流路は、主要な第１の流路
と、少なくとも一つの二次的な第１の流路とを有し、前
記少なくとも一つの二次的な第１の流路は、流れに対し
て、前記主要な第１の流路よりも抑制されており、前記
閉塞部は、前記主要な第１の流路の少なくとも一部を閉
塞する請求項１５記載のアクチュエータ。
【請求項１７】前記第１の流路は複数あって、前記緩
衝装置は、前記複数の第１の流路のうちの少なくとも一
つに配置された一方向弁を有する請求項１５記載のアク
チュエータ。
【請求項１８】前記第１のポートは、流体を供給する
流体供給システムと連絡しており、前記流体供給システ
ムは、少なくとも第１と第２の位置の間で動作しうるス
イッチを有し、前記流体供給システムは、前記スイッチ
が前記第１の位置にあるときに前記流体を高圧で供給
し、又、前記スイッチが前記第２の位置にあるときに前
記流体を低圧で供給する請求項１記載のアクチュエー
タ。
【請求項１９】前記第２及び第３のポートのうちの少
なくとも一つが前記制御圧力流体源に連絡している請求
項１記載のアクチュエータ。
【請求項２０】前記制御圧力流体源の圧力を調整する
圧力調整器を更に有する請求項１９記載のアクチュエー
タ。
【請求項２１】前記第２及び第３のポートのうち少な
くとも一つは低圧源に連絡している請求項１記載のアク
チュエータ。
【請求項２２】前記アクチュエーションピストンの前
記第２のサイドに接続され、前記制御ピストン内の開口
を貫通して延びるピストンロッドを更に有し、そのピス
トンロッドが少なくとも一つのエンジン弁に接続されて
いる請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項２３】前記制御ピストンの前記第１のサイド
及び前記アクチュエーションピストンの前記第２のサイ
ドの少なくとも一方が窪みを有する請求項１記載のアク
チュエータ。
【請求項２４】前記窪みは、前記制御ピストンの前記
第１のサイドが前記アクチュエーションピストンの前記
第２のサイドに接触しているときにも、前記第３のポー
トに流体的に連絡している請求項２３記載のアクチュエ
ータ。
【請求項２５】前記制御ピストンの前記第１のサイド
と、前記窪みに係合する前記アクチュエーションピスト
ンの前記第２のサイドとのうちの少なくとも一方から延
びた少なくとも一つの挿入ポートを更に有する請求項２
３記載のアクチュエータ。
【請求項２６】前記制御ピストンの前記第２のサイド
及び前記シリンダの前記第２の端部のうちの少なくとも
一方は窪みを有する請求項１記載のアクチュエータ。
【請求項２７】前記制御ピストンの前記第２のサイド
が前記シリンダの前記第２の端部に接触しているときに
も、前記窪みが、前記第２のポートに流体的に連絡して
いる請求項２６記載のアクチュエータ。
【請求項２８】長手方向の軸を定義し第１及び第２の
端部を有するシリンダと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記シリンダの前記第１の端部と前記アクチュエーショ
ンピストンの前記第１のサイドとの間に形成されたアク
チュエーションチャンバ、前記制御ピストンの前記第２
のサイドと前記シリンダの前記第２の端部との間に形成
された排出チャンバ、及び、前記アクチュエーションピ
ストンの前記第２のサイドと前記制御ピストンの前記第
１のサイドとの間に形成された制御チャンバと、前記アクチュエーションチャンバに連絡する第１の流
路、前記排出チャンバに連絡する第２の流路、及び、前
記制御チャンバに連絡する第３の流路であって、前記第
２の流路が前記第３の流路よりも流れに対して抑制され
ている前記第１、第２及び第３の流路と、前記制御ピストンの前記第２のサイドと前記シリンダの
前記第２の端部との間に配置された制御ばねと、を有するアクチュエータ。
【請求項２９】長手方向の軸を定義し第１及び第２の
端部を有するシリンダと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記シリンダの前記第１の端部と前記アクチュエーショ
ンピストンの前記第１のサイドとの間に形成されたアク
チュエーションチャンバ、前記制御ピストンの前記第２
のサイドと前記シリンダの前記第２の端部との間に形成
された排出チャンバ、及び、前記アクチュエーションピ
ストンの前記第２のサイドと前記制御ピストンの前記第
１のサイドとの間に形成された制御チャンバと、前記アクチュエーションチャンバに連絡する第１の流
路、前記排出チャンバに連絡する第２の流路、及び、前
記制御チャンバに連絡する第３の流路であって、前記第
３の流路が前記第２の流路よりも流れに対して抑制され
ている前記第１、第２及び第３の流路と、前記制御ピストンの前記第２のサイドと前記シリンダの
前記第２の端部との間に配置された制御ばねと、を有するアクチュエータ。
【請求項３０】長手方向の軸を定義し第１及び第２の
端部を有するシリンダと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記シリンダの前記第１の端部と前記アクチュエーショ
ンピストンの前記第１のサイドとの間に形成されたアク
チュエーションチャンバ、前記制御ピストンの前記第２
のサイドと前記シリンダの前記第２の端部との間に形成
された制御チャンバ、及び、前記アクチュエーションピ
ストンの前記第２のサイドと前記制御ピストンの前記第
１のサイドとの間に形成された排出チャンバと、前記アクチュエーションチャンバに連絡する第１の流
路、前記排出チャンバに連絡する第２の流路、及び、前
記制御チャンバに連絡する第３の流路であって、前記第
３の流路が前記第２の流路よりも流れに対して抑制され
ている前記第１、第２及び第３の流路と、前記制御ピストンの前記第１のサイドと前記アクチュエ
ーションピストンの前記第２の端部との間に配置された
制御ばねと、を有するアクチュエータ。
【請求項３１】長手方向の軸を定義し第１及び第２の
端部を有するシリンダと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記シリンダの前記第１の端部と前記アクチュエーショ
ンピストンの前記第１のサイドとの間に形成されたアク
チュエーションチャンバ、前記制御ピストンの前記第２
のサイドと前記シリンダの前記第２の端部との間に形成
された制御チャンバ、及び、前記アクチュエーションピ
ストンの前記第２のサイドと前記制御ピストンの前記第
１のサイドとの間に形成された排出チャンバと、前記アクチュエーションチャンバに連絡する第１の流
路、前記排出チャンバに連絡する第２の流路、及び、前
記制御チャンバに連絡する第３の流路であって、前記第
２の流路が前記第３の流路よりも流れに対して抑制され
ている前記第１、第２及び第３の流路と、前記制御ピストンの前記第１のサイドと前記アクチュエ
ーションピストンの前記第２の端部との間に配置された
制御ばねと、を有するアクチュエータ。
【請求項３２】長手方向の軸を定義し第１及び第２の
端部を有するシリンダと、前記シリンダの前記第１の端部に連絡する第１のポート
と、前記シリンダの第２の端部に連絡する第２のポート
と、前記第１及び第２の端部の間で前記シリンダに連絡
する第３のポートと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記シリンダの前記第１の端部と前記アクチュエーショ
ンピストンの前記第２のサイドとの間に形成された第１
のチャンバ、前記制御ピストンの前記第２のサイドと前
記シリンダの前記第２の端部との間に形成された第２の
チャンバ、及び、前記アクチュエーションピストンの前
記第２のサイドと前記制御ピストンの前記第１のサイド
との間に形成された第３のチャンバと、前記制御ピストンの前記第２のサイドと係合する制御ば
ねと、を有するアクチュエータを提供する工程と、前記第１のチャンバ内の前記アクチュエーションピスト
ンの前記第１のサイドに、前記第１のポートを通じて動
く流体によって第１の圧力をかける工程と、前記第１の圧力をかけることに応じて前記アクチュエー
ションピストンを前記第１の方向に動かす工程と、前記第３のチャンバ内の前記アクチュエーションピスト
ンの前記第２のサイドに、前記第３のポートを通じて動
く流体によって第２の圧力をかける工程と、前記制御ピストンの前記第１のサイドを前記アクチュエ
ーションピストンの前記第２のサイドと係合させる工程
と、前記第２のチャンバ内の前記制御ピストンの前記第２の
サイドに、前記第２のポートを通じて動く流体によって
第３の圧力をかける工程と、前記制御ばねによって、前記制御ピストンの前記第２の
サイドを付勢する工程と、を有するアクチュエータの制御方法。
【請求項３３】前記第１の圧力が前記第２の圧力より
も高い請求項３２記載のアクチュエータの制御方法。
【請求項３４】前記第１のチャンバ内の前記アクチュ
エーションピストンの前記第１のサイドにかかる前記第
１の圧力を取り除き、前記第１のポートを通じて動く流
体によって第４の圧力をかける工程を更に有する、請求
項３２の発明。
【請求項３５】前記アクチュエーションピストンの前
記第２のサイドを戻りばねによって付勢する工程を更に
有する請求項３４記載のアクチュエータの制御方法。
【請求項３６】前記アクチュエーションピストンは、
前記アクチュエーションピストンの前記第２のサイドに
接続されたピストンロッドを有し、前記アクチュエーシ
ョンピストンの前記第２のサイドを付勢する工程は、前
記戻りばねによって前記ピストンロッドを付勢する工程
を含む請求項３５記載のアクチュエータの制御方法。
【請求項３７】前記制御ピストンの前記第１のサイド
と前記アクチュエーションピストンの前記第２のサイド
との係合を解く工程を更に有する請求項３４記載のアク
チュエータの制御方法。
【請求項３８】長手方向の軸を定義し第１及び第２の
端部を有するシリンダと、前記シリンダの前記第１の端部に連絡する第１のポート
と、前記シリンダの第２の端部に連絡する第２のポート
と、前記第１及び第２の端部の間で前記シリンダに連絡
する第３のポートと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有するアクチュエーションピストンと、前記シリンダ内に配置され、前記長手方向の軸に沿って
第１及び第２の方向に動くことができて、第１及び第２
のサイドを有する制御ピストンであって、前記制御ピス
トンの前記第１のサイドが前記アクチュエーションピス
トンの前記第２のサイドに対向する、前記制御ピストン
と、前記シリンダの前記第１の端部と前記アクチュエーショ
ンピストンの前記第２のサイドとの間に形成された第１
のチャンバ、前記制御ピストンの前記第２のサイドと前
記シリンダの前記第２の端部との間に形成された第２の
チャンバ、及び、前記アクチュエーションピストンの前
記第２のサイドと前記制御ピストンの前記第１のサイド
との間に形成された第３のチャンバと、前記制御ピストンと前記アクチュエーションピストンと
の間に配置された制御ばねと、を有するアクチュエータを提供する工程と、前記第１のチャンバ内の前記アクチュエーションピスト
ンの前記第１のサイドに、前記第１のポートを通じて動
く流体によって第１の圧力をかける工程と、前記第１の
圧力をかけることに応じて前記アクチュエーションピス
トンを前記第１の方向に動かす工程と、前記第３のチャンバ内の前記アクチュエーションピスト
ンの前記第２のサイドに、前記第３のポートを通じて動
く流体によって第２の圧力をかける工程と、前記アクチュエーションピストンの前記第２のサイドに
係合した前記制御ばねによって、前記制御ピストンの前
記第１のサイドを付勢する工程と、前記第２のチャンバ内の前記制御ピストンの前記第２の
サイドに、前記第２のポートを通じて動く流体によって
第３の圧力をかける工程と、を有するアクチュエータの制御方法。
【請求項３９】前記第１の圧力は前記第３の圧力より
も高い請求項３８記載のアクチュエータの制御方法。
【請求項４０】前記シリンダの前記第２の端部を前記
制御ピストンの前記第２のサイドに係合させる工程を更
に有する請求項３８記載のアクチュエータの制御方法。
【請求項４１】前記第１のチャンバ内の前記アクチュ
エーションピストンの前記第１のサイドにかかる前記第
１の圧力を取り除き、前記第１のポートを通じて動く流
体によって第４の圧力をかける工程を更に有する、請求
項３８の発明。
【請求項４２】前記アクチュエーションピストンの前
記第２のサイドを戻りばねによって付勢する工程を更に
有する請求項４１記載のアクチュエータの制御方法。
【請求項４３】前記アクチュエーションピストンは、
前記アクチュエーションピストンの前記第２のサイドに
接続されたピストンロッドを有し、前記アクチュエーシ
ョンピストンの前記第２のサイドを付勢する前記工程
は、前記戻りばねによって前記ピストンロッドを付勢す
る工程を含む請求項４２記載のアクチュエータの制御方
法。
【請求項４４】前記制御ピストンの前記第２のサイド
と前記シリンダの前記第２の端部との係合を解く工程を
更に有する請求項４０記載のアクチュエータの制御方
法。