JP2005528563A - 圧力パルス発生方法及び圧力パルス発生装置 - Google Patents

Abstract

圧力パルス発生装置は、圧力流体供給部７と、圧力流体排出部８と、圧力流体回路２と、弁室４内に移動可能に配設された弁体３とを備えている。圧力流体回路２は、第１流路１８と第２流路１９とを備え、それら第１流路及び第２流路１８、１９は、弁体３の互いに反対側に夫々接続している。弁室４は、弁体３の一方の側に設けられた開口２１を備え、この開口２１は、第１流路１８に接続しており、この開口２１を介して弁室４から圧力流体が流出できるようにしてある。弁体３は、第１流路及び第２流路１８、１９内の圧力流体の作用を受けて第１位置と第２位置とへ移動され、第１位置においては開口２１を閉塞し、第２位置においては開口２１を開放して圧力流体を流出させるように構成されている。この圧力パルス発生装置は、弁室４の上流側にある第２流路１９を介した弁室４と圧力流体供給部７との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするように構成された第１弁要素９、１０を備えている。

Description

本願は、圧力パルス発生装置内の圧力流体の流れを制御する方法に関し、より詳しくは請求項１の前提部分に記載した種類の方法に関する。
本発明は更に、圧力パルス発生装置に関し、より詳しくは独立請求項である請求項１２の前提部分に記載した種類の装置に関する。

本発明は、圧力パルスを発生させることを要するあらゆる技術分野において利用可能である。また特に、本発明は、高速で圧力パルスを発生させることを要する用途や、個々の圧力パルスを高精度の発生タイミングで発生させることを要する用途に、好適に利用し得るものである。

圧力パルスを利用する技術分野としては、内燃エンジンの技術分野がある。内燃エンジンに関しては、吸気バルブ、排気バルブ、ないしは燃料噴射バルブを作動させ、制御するための方式として、従来、カムシャフトを用いてエンジンのピストンの運動をそれらバルブに伝達するという方式が採られてきたが、この従来の方式に代えて、圧力パルスを利用してそれらバルブを作動させ、制御するという方式を採用することができる。また、本発明は更に、内燃エンジンのシリンダの圧縮比を可変とするために装備されているピストンを作動させ、制御するためにも利用し得るものである。

それゆえ、以下の説明においては、内燃エンジンの燃焼室の吸気バルブないし排気バルブを作動させ、制御するという目的に、本発明を適用する場合に即して説明を進めて行くが、ただし、斯かる用途は、本発明の多くの用途のうちの１つの具体例を示すものであって、本発明の用途が斯かる用途に限定されるというものではない。

エンジンの運転中にバルブ開閉タイミングを変化させ得るようにすることが望ましいことは、ピストン式内燃エンジンの設計者の間では何年も前から周知の事実であり、これが望ましいのは、それによって、燃費改善やエミッション低減などに大きな効果がもたらされるからである。

そのため、バルブ開閉タイミングを可変にするために、カムシャフトを用いてエンジンのバルブを開閉する従来の方式に代えて、ソレノイドを用いてエンジンのバルブを作動させ、制御する方式を実現しようとして、これまでに多大の努力が払われてきた。しかしながら、この方式に付随する短所として、バルブを非常な高速で作動させる能力が必要とされるため、使用するソレノイドに対する要求条件があまりにも過酷であるということがあった。個々のソレノイドによって運動を生じさせなければならない質量は、バルブの質量に応じたものとなる。また、バルブは、ソレノイドによって作動させることができるように、適当な磁性材料で製作せねばならず、そのような材料を使用することでバルブの質量は大きくならざるを得ない。そのため、バルブをより大きな磁力が得られるようなものにしようとすると、その結果としてバルブの重量が増大し、そのために、更に大きく強力なソレノイドが必要になるという悪循環に陥ることもあった。従って、この方式では、エンジンのバルブを十分な高速で作動させ、制御することのできる、経済的且つ実際的な解決法を実現することは困難である。更に、周知のごとく、ソレノイドは消磁状態から励磁状態へ移行させるにも、また、励磁状態から消磁状態へ移行させるにも、ある程度の時間がかかるという不都合がある。

エンジンのバルブに必要とされる運動を、油圧的に発生させるということに関しても、多くの研究がなされてきた。最近では、特に自動車メーカーが、この方式の試験をさかんに行っている。この方式では、圧油などの圧力流体により、エンジンのバルブを運動させる。そのため、使用する圧力パルス発生装置には、高速でしかも高精度のバルブの運動を発生させることのできる圧力パルスを送出する能力が要求される。本発明者の知る限り、従来の圧力パルス発生装置のうちには、現在の２ストロークエンジンないし４ストロークエンジンのエンジン回転数に対応して、バルブを良好に制御することのできる性能を備えたものは存在していない。斯かる性能を備えた圧力パルス発生装置を実現する上で障害となっているのは、例えば、この種の圧力パルス発生装置に必要とされている弁機構の開閉を高速で行わせることが困難であることにある。尚、最近の２ストロークエンジンでは、バルブの代わりにポートを使用したものがあるが、本発明は、４ストロークエンジンと同様に２ストロークエンジンにもバルブ方式を採用することを可能にするものである。

また、これに関連して、斯かる発力パルス発生装置は、コンパクトなものとして、内燃エンジンに適用したときに大きな空間を必要としないものとすべきである。

本発明の目的の１つは、非常な高速且つ非常な高精度で圧力流体パルスを発生させることのできる方法及び装置を提供することにある。
本発明の更なる目的は、圧力流体の使用効率をできるだけ大きくして、即ち、圧力流体回路内において圧力流体損失ができるだけ発生しないようにして、高速且つ高精度で圧力パルスを送出することのできる方法及び装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は、できるだけ少ない部品点数で、またできるだけ簡明な構造の部品を使用して、また特に、使用するソレノイドの個数をできるだけ低減して、高速且つ高精度で圧力パルスを発生することのできる方法及び装置を提供することにある。

本発明の更なる目的は、内燃エンジンにおいて、吸気バルブ、排気バルブ、噴射バルブ（燃料噴射バルブまたは注水噴射バルブ）を作動させ、また制御するために使用することのできる、圧力パルス発生のための方法及び装置を提供することにある。また更に、本発明は、内燃エンジンの圧縮比を可変にするためのピストンの駆動装置としても機能し得るものである。

本発明の更なる目的は、本発明に係る方法に従って動作する本発明に係る装置によって内燃エンジンのバルブを制御することにより、その内燃エンジンの動作を２ストローク動作と４ストローク動作との間の切換え可能にすることのできる、圧力パルス発生のための方法及び装置を提供することにある。

本発明の主たる目的は、本明細書の冒頭に記載した種類の方法であって、しかも本願の請求項１の特徴部分に記載した特徴を備えた方法によって達成され、また、本明細書の冒頭に記載した種類の装置であって、しかも本願の請求項１２の特徴部分に記載した特徴を備えた装置によって達成される。

従属請求項である請求項２〜１１は、本発明の種々の目的を達成する上で有用な、好適な実施の形態に係る方法を記載したものである。
従属請求項である請求項１３〜２５は、本発明の種々の目的を達成する上で有用な、好適な実施の形態に係る装置を記載したものである。

本発明に係る方法及び装置のその他の特徴及び利点は、以下の詳細な説明により明らかとなる。

以下に添付図面を参照しつつ、本発明を、その具体的な実施の形態に即して説明して行く。
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る装置を示した図である。この装置１は、圧力流体回路２、第１弁室４内に配設された第１弁体３、第２弁室６内に配設された第２弁体５、圧力流体供給部７、圧力流体排出部８、第１ソレノイド９とこの第１ソレノイド９により駆動される第３弁体１０とから成る第１弁機構、それに、第２ソレノイド１１とこの第２ソレノイド１１により駆動される第４弁体１２とから成る第２弁機構を備えている。

この装置１は更に、シリンダ１３と、このシリンダ１３内に移動可能に配設されたピストン１４とを備えている。圧力流体回路２は、ピストン１４の一方の側に接続しており、そこへ圧力流体パルスを供給することによって、ピストン１４を移動させるように機能する。ピストン１４は、バルブステム１６を介してバルブ１７に連結されており、このバルブ１７は、内燃エンジンの燃焼室に装備された吸気バルブないし排気バルブなどである。ただし、ピストン１４が連結されるバルブ１７は、吸気バルブないし排気バルブに限られるものではなく、例えば、内燃エンジンの燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射バルブとすることもあり、或いはまた、ピストン１４を、圧縮比を可変にするために内燃エンジンの燃焼室に装備したシリンダの中に配設されたピストンに連結することもあり、或いはまた、ピストン１４が、斯かる圧縮比可変用ピストンそれ自体を構成しているようにすることもある。そして、内燃エンジンのシリンダに対する、そのバルブないし圧縮比可変用ピストンの相対的な位置を、圧力流体パルスによって制御する。

この装置１に使用する圧力流体は、気体とすることが好ましく、気体のうちでも特に、空気や二酸化炭素を使用することが好ましい。この装置１を上述した用途に用いる場合には、圧力流体供給部７は、内燃エンジンに装備したタンク付のコンプレッサから成るものとすることが好ましく、また、内燃エンジンに装備した圧力タンクだけから成るものとしてもよい。一方、圧力流体排出部８は、そのようなコンプレッサが発生する圧力や、そのような圧力タンク内の圧力より低い圧力の箇所であれば、どのような箇所であっても構わない。

圧力流体回路２は、第１流路１８と第２流路１９とを備えている。第１流路１８及び第２流路１９は、それらの一端が圧力流体供給部７に接続しており、それらの他端が第１弁室４内に配設されている第１弁体３の互いに反対側に夫々接続している。第１弁室４内の第１弁体３の一方の側に、接続流路２０の一端が接続しており、この接続流路２０の他端は圧力流体排出部８に接続している。第１弁体３の他方の側に、開口２１が形成されており、この開口２１の周縁部によって、第１弁体３が着座する弁座が形成されている。第１弁室４は、圧力流体回路２の高圧側であり、この第１弁室４は、開口２１を介してシリンダ室１５に連通可能とされている。第１流路１８は、第１弁体３の両側のうち、開口２１が設けられている側において、第１弁室４に接続している。

図示例の装置１では、第１流路１８を介した第１弁室４と圧力流体供給部７との間の接続経路は、常に連通状態にある。
装置１は更に、第３流路２２と第４流路２３とを備えている。第３流路２２はその一端が圧力流体排出部８に接続し、第４流路２３はその一端が圧力流体供給部７に接続している。また、第３流路２２の他端と第４流路２３の他端とは、第２弁室６内の第２弁体５の互いに反対側に夫々接続している。圧力流体排出部８に、第５流路２４の一端が接続しており、この第５流路２４の他端は第２弁室６内の第２弁体５の一方の側に接続している。第２弁体５の他方の側に、開口２５が形成されており、この開口２５の周縁部によって、第２弁体５が着座する弁座が形成されている。第２弁室６は、圧力流体回路２の低圧側であり、この第２弁室６は、開口２５を介してシリンダ室１５に連通可能とされている。

第３流路２２は、第２弁体５の両側のうち開口２５が設けられている方の側において、第２弁室６に接続している。第１弁体３及び第２弁体５は、その弁体の表面のうち、圧力流体回路２内の圧力流体からその表面に作用する圧力の方向が閉弁方向となる表面の面積が、それら各弁体３、５が各開口２１、２５の周縁部に着座していてそれら各開口２１、２５を閉塞しているるときに弁室４及び弁室５内にあって圧力流体の圧力が逆方向に作用する表面の面積より大きくしてある。更に、開口２１、２５の面積は、各弁体３、５の先に述べた方の表面（圧力流体回路２内の圧力流体からその表面に作用する圧力の方向が閉弁方向となる表面）の面積より小さくしてある。尚、各弁体３、５は、ディスクバルブとして構成されている。

図示例の装置１では、第３流路２２を介した第２弁室６と圧力流体排出部８との間の接続経路は、常に連通状態にある。
装置１は、電気駆動式の第１弁要素及び第２弁要素を備えており、それらのうち第１弁要素は、第１弁室４と圧力流体供給部７との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための弁要素であり、また第２弁要素は、上述した接続流路２０を介した第１弁室４と圧力流体排出部８との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための弁要素である。第１弁要素及び第２弁要素は、第１ソレノイド９とこの第１ソレノイド９により駆動される弁体１０とで構成されており、弁体１０は、常時付勢されているスライド弁として構成されている。それら２つの弁要素は、第１弁要素が連通状態にあるときに第２弁要素が遮断状態にあり、逆に第１弁要素が遮断状態にあるときに第２弁要素が連通状態にあるように構成される。これを実現するには、弁体１０に少なくとも１つの流通開口（不図示）を形成し、第１ソレノイド９を付勢状態にしたならば、その流通開口が、接続流路２０と第２流路１９とのうちの一方の流路内に位置し（このとき、その流路と流通開口とは完全に位置が揃わなくてもよいが、ただし、完全に位置が揃うようにすることが好ましい）、第１ソレノイド９を消勢状態にしたならば、その流通開口が、接続流路２０と第２流路１９とのうちの他方の流路内に位置するようにすればよい。

この装置は、第１ソレノイド９を消勢状態にしたときに、第１弁体１０を移動させるためのばね要素２６を備えている。これについては後に詳述する。
図６〜図１０に示した別の実施の形態に係る装置は、接続流路２０を介した第１弁室４と圧力流体排出部８との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための第３弁要素を備えており、この第３弁要素は、第２ソレノイド１１とこの第２ソレノイドに組合わされた弁体１２とで構成されている。また、この第３弁要素は、第２弁要素の上流側に設けられている。この第３弁要素は、第２ソレノイド１１を付勢状態にしたならば接続流路２０を連通状態にし、第２ソレノイド１１を消勢状態にしたならば接続流路２０を遮断状態にする。

図面に示したどの実施の形態に係る装置１も、更に、第４流路２３を介した圧力流体供給部７と第２弁室６との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための第４弁要素を備えており、この第４弁要素は、第２ソレノイド１１とこの第２ソレノイドに組合わされた弁体１２とで構成されている。更に、装置１は、第２弁室６と圧力流体排出部８との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための第５弁要素を備えており、この第５弁要素もまた、第２ソレノイドとこの第２ソレノイドに組合わされた弁体１２とで構成されている。第４弁要素及び第５弁要素は、第４弁要素が連通状態にあるときには第５弁要素が遮断状態にあり、逆に第４弁要素が遮断状態にあるときには第５弁要素が連通状態にあるように構成されている。これを可能にするには、弁体１２に少なくとも１つの流通開口を形成し、第２ソレノイド１１を付勢状態にしたならば、その流通開口が、第４流路２３と第５流路２４とのうちの一方の流路内に位置し、第２ソレノイド１１を消勢状態にしたならば、その流通開口が、第４流路２３と第５流路２４とのうちの他方の流路内に位置するようにすればよい。

図７〜図１０に示した実施の形態では、第４弁要素が、第４流路２３を介した圧力流体供給部７と第２弁室６との間の接続経路を連通状態にし、またそれに伴って、第５弁要素が、第５流路２４を介した圧力流体排出部８と第２弁室６との間の接続経路を遮断状態にしたときに、第３弁要素が接続流路２０を連通状態にするように構成されている。

この装置は、第２ソレノイド１１を消勢状態にしたときに、第２弁体１２を移動させるためのばね要素２７を備えている。これについては後に詳述する。
図９〜図１０に示した第３の実施の形態に係る装置は、第１弁室４と圧力流体供給部７とを接続している第６流路２８を備えると共に、この第６流路２８を介した第１弁室４と圧力流体供給部７との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための第６弁要素を備えており、この第６弁要素は、第２ソレノイド１１とこの第２ソレノイドに組合わされた弁体１２とで構成されている。そして、第５弁要素が連通状態にあり、それに伴って第４弁要素が遮断状態にあるときに、第６弁要素が連通状態にあるように構成されている。

更に、この装置は、作動ピストン１６の位置、またはこの作動ピストン１６に連結されている部材の位置を検出するためのセンサ２９を備えており、このセンサ２９は例えば光センサや電磁誘導センサなどで構成される。センサ２９は、制御装置（不図示）に接続されており、この接続装置は、センサ２９から入力される信号に基づいて、第１ソレノイド及び第２ソレノイド１１を付勢状態ないし消勢状態にする。更に、この装置は、内燃エンジンの、この装置を装備したシリンダの状態を検出するセンサ（不図示）を備えている。このセンサも、上述した制御装置に接続されており、制御装置は、このセンサから得られる信号を考慮して、第１ソレノイド９及び第２ソレノイド１１を制御することができる。

既述のごとく、図示例の装置１は、ばね要素２６、２７を備えている。ばね要素２６、２７は、付勢状態のソレノイド９、１１によって移動させられていた弁体１０、１２を、ソレノイド９、１１が消勢状態にされて、ソレノイド９、１１から弁体１０、１２に作用していた力が消滅したときに、最初の位置へ復帰させるように機能するものである。図示例の装置１におけるばね要素２６、２７は、圧力流体を利用して構成されている。即ち、接続流路を介して、弁体１０、１２の高圧側受圧面を、圧力流体供給部７に接続することによって、それら弁体１０、１２の高圧側受圧面に圧力流体供給部７の圧力を常時作用させており、また、別の接続流路を介して、弁体１０、１２の高圧側受圧面とは逆向きの低圧側受圧面を、圧力流体排出部８に接続することによって、それら弁体１０、１２の低圧側受圧面に圧力流体排出部８の圧力を常時作用させている。そして、高圧側受圧面に作用する圧力の向きが、ソレノイド９、１１から弁体１０、１２に作用する力の向きと逆向きになるようにしてあり、それによって、ソレノイド９、１１が消勢状態となったときに、弁体１０、１２を最初の位置へ復帰させることができるようにしている。また、別構成例として、圧力流体排出部８の圧力が大気圧より高いという条件の下に、弁体の低圧側受圧面を大気圧に接続し、弁体の高圧側受圧面を圧力流体排出部８に接続した構成としてもよい（ここでは、高圧側受圧面と低圧側受圧面は、面積が等しいものとしている）。

この装置は、以上に説明した構成要素に加えて更に、制動及びロックの機能を提供する少なくとも１つの油圧機構を備えたものとすることが好ましい。斯かる油圧機構は油圧回路を備えたものであり、その油圧回路は、一端が圧力発生部（不図示）に接続し他端がチャンバ３１に接続した接続流路３０を含むものである。尚、ここでいう圧力発生部とは、例えば内燃エンジンのオイルポンプなどである。アクチュエータピストン１４の移動行程のうちの少なくとも一部分において、アクチュエータピストン１４に連結されたピストンロッド３２がチャンバ３１の中に突入しているように構成し、特に、アクチュエータピストン１４に連結された吸気バルブ１７が、シリンダ頂部の弁座に着座した基本位置にあるときに、ピストンロッド３２がチャンバ３１の中に突入しているように構成することが好ましい。また、この装置は、逆止弁として構成した弁機構４１を備えており、この弁機構４１は、圧力発生部から接続流路３０を介してチャンバ３１へ流入する方向の圧油の流れを許容し、これと逆方向の圧油の流れを阻止するように機能するものである。更に、チャンバ３１と油圧回路の低圧部３４とを接続する下流側の接続流路３３を備えており、ここでいう低圧部３４とは、例えば内燃エンジンのオイルパンなどである。

チャンバ３１は絞り部３４を備えており、移動するピストンロッド３２は、この絞り部３４を貫通して延在している。そして、絞り部３４とピストンロッド３４との間に画成される隙間の断面積が、ピストンロッド３２がチャンバ３１の中に突入するにつれて減少するように、絞り部３４またはピストンロッド３４の形状を定めるようにしている。例えば図示例においては、ピストンロッド３２の先端部分を円錐形に形成することによって、これを達成している。斯かる構成によれば、アクチュエータピストン１４の移動につれて、ピストンロッド３２によってチャンバ３１の中へ押し出される圧油が通過する隙間の断面積が次第に小さくなって行くことから、制動効果が次第に大きくなるという効果が得られる。この制動に伴って圧油は加熱されるが、加熱されて高温になった圧油は、下流側の接続流路３３を介して排出される。

この装置は、油圧回路の下流側の接続流路３３を連通状態及び遮断状態にするように動作する弁機構３５を備えており、この弁機構３５は、圧力に応動するスレーブ弁として構成されている。弁機構３５は、第７流路３６を介して第２弁室６に接続しており、また、この第７流路３６を介して第４流路及び第５流路に連通している。第４流路は、第２弁室６と圧力流体供給部７との間を接続している圧力流体の流路であり、連通及び遮断される流路である。第５流路は、第２弁室６と圧力流体排出部８との間を接続している圧力流体の流路であり、連通及び遮断される流路である。第７流路３６内の圧力流体の圧力は、弁機構３５を、閉弁方向へ押圧するように作用する。弁機構３５の、第７流路３６内の圧力流体の圧力が作用する表面と反対側の表面には、その圧力と逆向きの力が作用しており、この逆向きの力は、油圧回路の下流側の接続流路３３内の圧油の圧力である。そして、弁機構３５が閉弁位置へ移動されたならば、下流側の接続流路３３が遮断状態になる。圧力流体の圧力の大きさ、油圧回路の圧油の圧力の大きさ、弁機構３５の表面のうち圧力流体の圧力が作用する受圧面の面積、それに、弁機構３５の表面のうち油圧回路の圧油の圧力が作用する受圧面の面積は、第７流路３６が圧力流体排出部８に連通したときにスレーブ弁３５が接続流路３３を連通状態にし、一方、第７流路３６が圧力流体供給部７に連通したときにスレーブ弁３５が接続流路３３を遮断状態にするように、適切な圧力の大きさ及び受圧面の面積にしてある。

以下に、図１〜図５を参照して、本発明の第１の実施の形態に係る装置の動作サイクルについて説明する。
図１は、始点位置にある装置の状態を示した図であり、この状態では、２つのソレノイド９、１１は消勢状態とされており、それらソレノイド９、１１に組合わされた２つの弁体１０、１２は非作動状態にあり、そのため、内燃エンジンのバルブ１７は、弁座に着座した基本位置にある。圧力流体供給部７は、第１弁体３の両側において第１弁室４に連通しており、第１弁体３は、開口２１と反対側の受圧面の面積が、開口２１の側の受圧面の面積より大きく形成されているため、第１弁体３は閉弁状態にある。同様に、圧力流体排出部８は、第２弁体５の両側において第２弁室６に連通しているため、第２弁体５は閉弁状態にあり、第２弁室６に形成されている開口２５を閉塞している。

図２は、内燃エンジンのシリンダ内のピストンの位置を検出するセンサからの検出信号に基づいて制御装置が出力した付勢指令信号に従って、第１ソレノイド９が付勢状態にされた直後の、装置の状態を示した図である。第１ソレノイド９が付勢状態にされているため、この第１ソレノイド９に組合わされた弁体１０が、第２流路を介した第１弁室４と圧力流体供給部７との間の接続経路を遮断状態にしている。一方、第１弁体３には、第１流路１８を介して圧力流体の圧力が作用しており、その圧力によって、第１弁体３は、開口２１から離されている。そのため、圧力流体がチャンバ１５へ流入して、アクチュエータピストン１４及びバルブ１７を基本位置から移動させている。バルブ１７には、一般的に行われているように、バルブスプリング４０から付勢力が作用するようにしてあり、バルブ１７は、このバルブスプリング４０の弾発力に抗して、基本位置から離れて移動している。

更に、第２ソレノイド１１も付勢状態にされており、そのため、第４流路２３を介した圧力流体供給部７と第２弁室６との間の接続経路が連通状態にされている。その結果、第２弁体５は、第２弁室６の開口２５に押付けられて、この開口２５を閉塞している。もしかりに、この状態にあるときに、第２弁体５が開口２５を閉塞していなかったならば、チャンバ１５内の圧力流体が開口２５を通って第２弁室６へ流出してしまうことになり、第２弁体５はそれを阻止しているのである。

図３は、続く次の段階における状態を示した図である。この段階においては、第１ソレノイド９が消勢状態にされており、そのため、この第１ソレノイド９に組合わされた弁体１０が、ばね要素２６の作用を受けて基本位置へ押し戻されている。また、第１弁要素によって、第２流路１９を介した第１弁室４と圧力流体供給部７との間の接続経路が連通状態に戻されており、その結果、第１弁室４内の第１弁体３が最初の位置へ押し戻されて、第１開口２１を閉塞している。ただし、チャンバ１５内へ流入した圧力流体が膨張し続けているために、また、運動している部品の慣性エネルギのために、アクチュエータピストン１４及びバルブ１７は、更に移動し続けている。

このとき、スレーブ弁３５は、第７流路３６と第４流路２３とを介して圧力流体供給部７に連通しているため、油圧回路の圧油は、下流側の接続流路３３を介して流出することが阻止されており、一方で、上流側の接続流路３０を介して流入することは可能な状態におかれている。そのため、油圧回路は、バルブ１７が最遠隔位置である下死点に達したときに、その位置にバルブ１７をロックするための、ロック機構として機能できる状態にあり、スレーブ弁３５が再び開弁状態になるまで、油圧回路はこの状態に維持される。

図４は、アクチュエータピストン１４が更に下方へ移動して、アクチュエータピストン１４に連結されたバルブ１７が、最遠隔位置へ達した状態を示した図である。バルブ１７は、第２ソレノイドが消勢状態にされるまで、この位置にロックされている。

図５は、続く次の段階にある装置の状態を示した図である。この段階においては、第２ソレノイド１１が消勢状態にされており、そのため、この第２ソレノイドに組合わされた弁体１２が、それに装備されたばね要素２７の作用によって、最初の位置へ押し戻されており、その結果、第５流路２４を介した第２弁室６と圧力流体排出部８との間の接続経路が連通状態に戻されている。第２弁室６内に配設されている第２弁体５は、チャンバ１５内の圧力流体の圧力に押されて開口２５から離されており、そのため、チャンバ１５内にあった圧力流体が、第３流路２２を通って圧力流体排出部８へ流出することができ、それに伴って、アクチュエータピストン１４とそれに連結したバルブ１７とが、基本位置へ向かって戻りつつある。

このとき、スレーブ弁３５は、既に開弁位置へ戻されており、なぜならば、この時点では、第７流路３６は第５流路２４を介して圧力流体排出部８に連通しているからである。そして、スレーブ弁３５は、開弁状態にあるため、もはや、バルブ１７を最遠隔位置にロックしてはいない。

チャンバ１５内の圧力が低下して、バルブ１７が基本位置へ戻ったならば、第２弁体５は、重力の影響によって、及び／または、この第２弁体５の上側が再び圧力流体供給部７に連通することによって、閉弁状態となる。これによって、装置は図１に示した始点位置に戻ったことになり、次回のサイクルを開始することができる。

添付図面からも理解できるように、弁体１０や、弁体１２は、一般的に、図示例のようにただ１つの流通開口を備えた構成とせずに、それら各弁体が連通状態及び遮断状態とする複数の流路に対応した複数の流通開口を備えた構成とすることもでき、そのような構成は、本願の開示に基づいて容易に実現することができる。

また、これも容易に理解できることであるが、使用するソレノイドは、突き出し型のソレノイドとすることもでき、引き込み型のソレノイドとすることもできる。
本発明に係る装置を圧縮比可変機構に適用する場合には、バルブ１７を、圧縮比可変機構のピストンに替えればよい。この場合のピストンとは、燃焼室に直接的に連通させたシリンダの中に配設されるピストンである。また、本発明に係る装置を噴射バルブに適用する場合には、バルブ１７を、その噴射バルブのピストンに替えればよい。

本発明に係る装置は更に、エアモータなどをはじめとする、気体パルスを機械的運動に変換する装置に供給するための、気体パルスないしエアパルスを発生させるために利用することもでき、本発明に係る装置を用いて気体を膨張させることで、そのような気体パルスないしエアパルスを発生させることが可能である。

本発明の特に顕著な利点の１つとして、圧力流体回路２に含まれる幾本もの流路を連通状態及び遮断状態にするために使用する、ソレノイドとそれに付随する弁体とから成る弁機構の個数を、できる限り低減したということがある。即ち、１個のソレノイド９を使用して、それに組合わせた弁体１０を移動させることで、第２流路１９と、接続流路２０との、２本の流路の連通及び遮断を行っている。また、別の１個のソレノイド１１を使用して、それに組合せた弁体１２を移動させることで、第４流路２３と、第５流路２４との、２本の流路の連通及び遮断、ないしは、それら２本の流路に更に、接続流路２０と、第６流路２８とを加えた、４本の流路の連通及び遮断を行っている。

本発明の第１の実施の形態に係る装置を示した模式的断面図であり、同装置が基本位置にあるときの状態を示した図である。 図１の装置を示した図１と同様の図であり、同装置が第１段階にあるときの状態を示した図である。 図１及び図２の装置を示した図であり、第１段階の終了時点における同装置の状態を示した図である。 図１〜図３の装置を示した図であり、図３の状態から更に運動している状態を示した図である。 図１〜図４の装置を示した図であり、同装置が第２段階にあるときの状態を示した図である。 本発明に係る装置の回路の一部分の別構成例を示した図である。 図６の回路を組込んだ、本発明の第２の実施の形態に係る装置を示した図であり、同装置が第１段階にあるときの状態を示した図である。 図７の装置を示した図であり、同装置が第２段階にあるときの状態を示した図である。 本発明の第３の実施の形態に係る装置を示した図であり、同装置が第１段階にあるときの状態を示した図である。 図９の装置を示した図であり、同装置が第２段階にあるときの状態を示した図である。

Claims (25)

1. 圧力パルス発生装置内の圧力流体の流れを制御する方法であって、
   前記圧力パルス発生装置は、圧力流体回路（２）を備えており、
   前記圧力流体回路（２）は、その第１端が圧力流体供給部（７）に接続し、その第２端が圧力流体排出部（８）に接続しており、
   前記圧力流体回路（２）は、第１流路（１８）と第２流路（１９）とを備え、それら第１流路及び第２流路（１８、１９）は、それらの一端が前記圧力流体供給部（７）に接続し、それらの他端が弁室（４）内に移動可能に配設されている弁体（３）の互いに反対側に夫々接続しており、
   前記弁室（４）は、前記弁体（３）の一方の側に設けられた開口（２１）を備え、該開口（２１）は、前記第１流路（１８）に接続しており、該開口（２１）を介して前記弁室（４）から圧力流体が流出できるようにしてあり、
   前記弁体（３）は、前記第１流路及び前記第２流路（１８、１９）内の圧力流体の作用を受けて第１位置と第２位置とへ移動され、前記第１位置においては前記開口（２１）を閉塞し、前記第２位置においては前記開口（２１）を開放して圧力流体を流出させるように構成されている、前記圧力パルス発生装置内の圧力流体の流れを制御する前記方法において、
   第１段階において、前記開口（２１）から圧力パルスを送出させるために、前記第１流路（１８）を介した前記圧力流体供給部（７）と前記弁室（４）との間の接続経路を連通状態にすると同時に、前記第２流路（１９）を介した前記弁室（４）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を遮断状態にすることを特徴とする方法。
2. 第２段階において、圧力パルスを遮断するために、前記第２流路（１９）を介した前記圧力流体供給部（７）と前記第２弁室（４）との間の接続経路を連通状態にする請求項１記載の方法。
3. 接続流路（２０）を介して前記弁室（４）と前記圧力流体排出部（８）とが接続されており、前記第１段階においては、前記接続流路（２０）を介した前記弁室（４）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態に維持し、前記第２段階においては、前記弁室（４）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を遮断状態に維持する請求項１又は２記載の方法。
4. 前記圧力流体回路（２）は、第３流路（２２）と第４流路（２３）とを備え、それら第３流路及び第４流路（２２、２３）は、第２弁室（６）内に移動可能に配設されている第２弁体（５）の互いに反対側に夫々接続しており、
   前記第２弁室（６）は、前記第２弁体（５）の一方の側に設けられた開口（２５）を備え、該開口（２５）は、前記第３流路（２２）に接続しており、該開口（２５）を介して圧力流体が該第２弁室（６）に流出入できるようにしてあり、
   前記第２弁体（５）は、前記第３流路及び前記第４流路（２２、２３）内の圧力流体の作用を受けて第１位置と第２位置とへ移動可能であり、前記第１位置においては前記開口（２５）を閉塞し、前記第２位置においては前記開口（２５）を開放して圧力流体を流出入させるように構成されており、
   前記第１段階において、前記第４流路（２３）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を連通状態に維持する請求項１乃至３の何れか１項記載の方法。
5. 前記第２段階において、並びに、その後、次回の前記第１段階に入るまで、前記第４流路（２３）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を遮断状態に維持する請求項４記載の方法。
6. 前記第４流路を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を遮断状態にするときに、前記第３流路（２２）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態にする請求項４又は５記載の方法。
7. 前記圧力流体回路（２）は、第５流路（２４）を備えており、該第５流路（２４）は、その一端が前記圧力流体排出部（８）に接続し、その他端が前記第２弁体（５）の前記第４流路（２３）が接続しているのと同じ側において前記第２弁室（６）に接続しており、前記第２弁室（６）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を遮断状態にするときに、前記第５流路（２４）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態にする請求項４乃至６の何れか１項記載の方法。
8. 前記２つの開口（２１、２５）は、シリンダ空間（１５）に接続しており、それら２つの開口（２１、２５）が該シリンダ空間（１５）に接続している接続位置は、該シリンダ空間（１５）内に移動可能に配設されたピストン（１４）の互いに同一の側であり、前記ピストン（１４）は、内燃エンジンの吸気バルブないし排気バルブ（１７）に連結されているか、または、内燃エンジンの燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射バルブ（１７）に連結されているか、または、内燃エンジンの燃焼室の圧縮比を可変にするために該燃焼室に装備されたシリンダの中に配設されたピストンに連結されているか、または、斯かる圧縮比可変用ピストンそれ自体を構成しており、前記内燃エンジンのシリンダに対する前記バルブ（１７）ないし前記圧縮比可変用ピストンの相対的な位置を、前記開口（２１、２５）から供給する圧力流体パルスにより制御する請求項１乃至７の何れか１項記載の方法。
9. 前記圧力流体回路（２）内に配設されているソレノイド制御式の弁体（１０、１２）を用いて、それら弁体（１０、１２）に組合わされたソレノイド（９、１１）を作動させることによって、前記圧力流体回路（２）内の接続経路を連通状態及び遮断状態にする請求項１乃至８の何れか１項記載の方法。
10. 前記内燃エンジンの前記シリンダ内に配設されているピストンの位置をセンサを用いて検出し、該ピストンの検出位置に基づいて、前記圧力流体回路（２）内の接続経路を連通状態及び遮断状態にする請求項８又は９記載の方法。
11. 前記第２流路（１９）を介した前記第１弁室（４）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を遮断状態にするとき、または遮断状態に維持しているときに、第６流路（２８）を介した前記第１弁室（４）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を連通状態にし、または連通状態に維持し、前記第１段階において前記接続流路（２０）を介した前記第１弁室（４）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態にするときに、前記第６流路（２８）を介した接続経路を遮断状態にする請求項３乃至１０の何れか１項記載の方法。
12. 圧力パルス発生装置であって、
    該圧力パルス発生装置は、圧力流体供給部（７）と圧力流体排出部（８）とを備えており、
    該圧力パルス発生装置は、圧力流体回路（２）を備えており、
    該圧力パルス発生装置は、弁室（４）内に移動可能に配設された弁体（３）を備えており、
    前記圧力流体回路（２）は、第１流路（１８）と第２流路（１９）とを備え、それら第１流路及び第２流路（１８、１９）は、前記弁体（３）の互いに反対側に夫々接続しており、
    前記弁室（４）は、前記弁体（３）の一方の側に設けられた開口（２１）を備え、該開口（２１）は、前記第１流路（１８）に接続しており、該開口（２１）を介して前記弁室（４）から圧力流体が流出できるようにしてあり、
    前記弁体（３）は、前記第１流路及び前記第２流路（１８、１９）内の圧力流体の作用を受けて第１位置と第２位置とへ移動され、前記第１位置においては前記開口（２１）を閉塞し、前記第２位置においては前記開口（２１）を開放して圧力流体を流出させるように構成されている、前記圧力パルス発生装置において、
    該圧力パルス発生装置は、前記弁室（４）の上流側にある前記第２流路（１９）を介した前記弁室（４）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするように構成された第１弁要素（９、１０）を備えている、
    ことを特徴とする圧力パルス発生装置。
13. 該圧力パルス発生装置は、接続流路（２０）を備えており、該接続流路（２０）は、その一端が前記弁室（４）の前記第２流路（１９）が接続した側に接続し、その他端が前記圧力流体排出部（８）に接続しており、
    該圧力パルス発生装置は、前記接続流路（２０）を介した前記弁室（４）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするように構成された第２弁要素（９、１０）備えている、
    請求項１２記載の圧力パルス発生装置。
14. 前記接続流路（２０）と前記第２流路（１９）とは、少なくとも部分的に並設されており、前記第１弁要素と前記第２弁要素とは、同一の弁体（９、１０）により構成されている請求項１２又は１３記載の圧力パルス発生装置。
15. 該圧力パルス発生装置は、前記接続流路（２０）を介した前記第１弁室（４）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするように構成された第３弁要素を備えている請求項１３又は１４記載の圧力パルス発生装置。
16. 該圧力パルス発生装置は、第２弁室（６）内に移動可能に配設された第２弁体（５）を備えており、
    前記圧力流体回路（２）は、第３流路（２２）と第４流路（２３）とを備え、それら第３流路及び第４流路（２２、２３）は、前記第２弁室（６）内の前記第２弁体（５）の互いに反対側に夫々接続しており、
    前記第２弁室（６）は、前記第２弁体（５）の一方の側に設けられた開口（２５）を備え、該開口（２５）は、前記第３流路（２２）に接続しており、該開口（２５）を介して圧力流体が該第２弁室（６）に流出入できるようにしてあり、
    前記第２弁体（５）は、前記第３流路及び前記第４流路（２２、２３）内の圧力流体の作用を受けて第１位置と第２位置とへ移動可能であり、前記第１位置においては前記開口（２５）を閉塞し、前記第２位置においては前記開口（２５）を開放して圧力流体を流出入させるように構成されており、
    前記第３流路（２２）は、その一端が前記第２弁室（６）に接続し、その他端が前記圧力流体排出部（８）に接続しており、前記第４流路（２３）は、その一端が前記第２弁室（６）に接続し、その他端が前記圧力流体供給部（７）に接続しており、
    該圧力パルス発生装置は、前記第４流路（２３）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための第４弁要素を備えている、
    請求項１２乃至１５の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。
17. 前記圧力流体回路（２）は、第５流路（２４）を備えており、該第５流路（２４）は、その一端が前記圧力流体排出部（８）に接続し、その他端が前記第２弁体（５）の前記第４流路（２３）が接続しているのと同じ側において前記第２弁室（６）に接続しており、
    前記圧力流体回路（２）は、第５弁要素（１１、１２）を備えており、該第５弁要素（１１、１２）は、前記第４流路（２３）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路が遮断状態になるときに、前記第５流路（２４）を介した前記第２弁室（６）と前記圧力流体排出部（８）との間の接続経路を連通状態にするように構成されている、
    請求項１６記載の圧力パルス発生装置。
18. 前記第４流路（２３）と前記第５流路（２４）とは、少なくとも部分的に並設されており、前記第４弁要素と前記第５弁要素とは、同一の弁体（１１、１２）により構成されている請求項１７記載の圧力パルス発生装置。
19. 一端が前記第１弁室（４）に接続し他端が前記圧力流体排出部（８）に接続した前記接続流路（２０）は、少なくとも部分的に前記第５流路（２４）に対して並設されており、前記第３弁要素と前記第５弁要素とは、同一の弁体（１１、１２）により構成されている請求項１５乃至１８の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。
20. 前記第３弁要素、前記第４弁要素、及び前記第５弁要素は、同一の弁体（１１、１２）により構成されており、該弁体（１１、１２）は、前記接続流路（２０）内、前記第４流路（２３）内、及び前記第５流路（２４）内において同時に移動するように構成されている請求項１５乃至１９の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。
21. 前記第１弁体（３）と前記第２弁体（５）との少なくとも一方は、当該弁体の表面のうち、前記開口（２１、２５）の方を向き前記流路内の圧力流体に対して露出している表面の面積が、その表面とは反対側を向き前記流路内の圧力流体に対して露出している表面の面積より小さい請求項１２乃至１９の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。
22. 前記第１弁室（４）の前記開口（２１）と、前記第２弁室（６）の前記開口（２５）とは、シリンダ空間（１５）へ開口しており、それら開口（２１、２５）が該シリンダ空間（１５）へ開口している開口位置は、該シリンダ空間（１５）内に移動可能に配設されているピストン（１４）の互いに同一の側であり、
    前記ピストン（１４）は、内燃エンジンの吸気バルブないし排気バルブ（１７）に連結されているか、または、内燃エンジンの燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射バルブ（１７）に連結されているか、または、内燃エンジンの燃焼室の圧縮比を可変にするために該燃焼室に装備されたシリンダの中に配設されたピストンに連結されているか、または、斯かる圧縮比可変用ピストンそれ自体を構成しており、
    前記内燃エンジンのシリンダに対する前記バルブないし前記圧縮比可変用ピストンの相対的な位置が、前記開口（２１、２５）から供給される圧力流体パルスにより制御されるようにしてある、
    請求項１２乃至２１の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。
23. 前記弁要素、または、前記第１弁要素、前記第２弁要素、前記第３弁要素、前記第４弁要素、及び前記第５弁要素のうちの少なくとも１つの弁要素が、ソレノイド駆動式の弁体（１０、１２）で構成されている請求項１２乃至２２の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。
24. 前記第４流路及び前記第５流路（２３、２４）は、圧力流体により制御されるスレーブ弁（３５）に接続しており、該スレーブ弁（３５）は、前記ピストン（１４）を油圧で制動及び／またはロックする油圧機構から圧油が流出することを許容及び遮断する弁である請求項２２又は２３記載の圧力パルス発生装置。
25. 該圧力パルス発生装置は、前記第１弁室（４）と前記圧力流体供給部（７）とを接続している第６流路（２８）と、該第６流路（２８）を介した前記第１弁室（４）と前記圧力流体供給部（７）との間の接続経路を連通状態及び遮断状態にするための第６弁要素（１１、１２）とを備えている請求項１２乃至２４の何れか１項記載の圧力パルス発生装置。

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