JP2010539379A - ストレイン型アクチュエータを備えた直接作動式弁及びその作動方法 - Google Patents
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Abstract
Description
Claims (76)
- 弁部材を作動させて前記弁部材が弁座に接触する閉鎖位置と前記弁部材が前記弁座から間隔を置いて位置する開放位置との間で動かすようアクチュエータドライバにより作動可能なストレイン型アクチュエータを有する直接作動式弁を作動させる方法であって、前記方法は、前記ストレイン型アクチュエータからの変位量を前記弁部材に伝達するステップと、予荷重圧縮応力を前記アクチュエータに加えることにより所定の最小応力よりも大きな圧縮応力を前記アクチュエータに加えた状態に維持するステップと、(a)前記開放位置と前記閉鎖位置との間で動く際の前記弁部材の加速度及び減速度、及び(b)前記弁座に接触する直前における前記弁部材の速度のうちの少なくとも一方を所定の限度未満に制限するステップとを有する、方法。
- 前記予荷重圧縮応力をばねにより機械的に加えるステップを更に有する、請求項1記載の方法。
- 前記アクチュエータは、圧電素子から成る、請求項1記載の方法。
- 前記予荷重圧縮応力は、4MPa以上である、請求項3記載の方法。
- 前記所定最小応力は、少なくとも1MPaである、請求項3記載の方法。
- 前記アクチュエータは、磁わい素子から成る、請求項1記載の方法。
- 前記予荷重圧縮応力は、10MPa〜14MPaである、請求項6記載の方法。
- 前記所定最小応力は、少なくとも5MPaである、請求項6記載の方法。
- 前記弁座への接触直前における前記弁部材の速度を毎秒1メートル未満に減少させるステップを更に有する、請求項1記載の方法。
- 前記弁部材の加速度及び減速度を制限して前記アクチュエータに加わる前記圧縮応力が前記所定最小圧力よりも大きく維持させるようにするステップを更に有する、請求項1記載の方法。
- 前記制限ステップにおける前記所定限度は、前記所定最小応力の関数としてあらかじめ決定され、所定最小圧力を大きくすると、所定限度を大きくすることができる、請求項1記載の方法。
- 弁部材を作動させて前記弁部材が弁座に接触する閉鎖位置と前記弁部材が前記弁座から間隔を置いて位置する開放位置との間で動かすようアクチュエータドライバにより作動可能なストレイン型アクチュエータを有する直接作動式弁を作動させる方法であって、前記方法は、前記ストレイン型アクチュエータからの変位量を前記弁部材に伝達するステップと、所定の最小応力よりも大きな圧縮応力を前記アクチュエータに加えた状態に維持する予荷重圧縮応力を前記アクチュエータに加えるステップと、前記アクチュエータドライバからの信号を整形することにより前記弁部材を前記開放位置から前記閉鎖位置までの閉鎖ケーブルにわたって作動させて前記弁部材が前記閉鎖距離の大部分にわたって動いたときの前記信号の第1の部分に関し、前記信号は、第1の経時平均速度において大きさが変化し、前記第1の経時平均速度は、前記信号の第2の部分中における第2の経時平均速度よりも高く、前記第2の部分は、前記弁部材と前記弁座の接触状態が復元されると終了するようにするステップとを有する、方法。
- 前記信号は、時間に対してプロットされた信号大きさの少なくとも2つの別々の勾配を有するよう整形され、前記信号の前記第1の部分は、前記第2の部分よりも急な勾配を有する、請求項12記載の方法。
- 前記信号は、前記第1の部分では一定の勾配を有する、請求項13記載の方法。
- 前記信号は、前記第2の部分では一定の勾配を有する、請求項13記載の方法。
- 前記信号は、少なくとも3つの別々の勾配を有するよう整形され、第1のセグメントは、最も急な勾配を有し、連続して位置する勾配は、次第に緩やかになっている、請求項12記載の方法。
- 前記信号は、時間の経過につれてステップ状に整形され、前記第1の部分の連続して並んだステップは、前記第2の部分の連続して並んだステップと比較して、一ステップから次のステップまでにおける信号の大きさの変化が大きい、請求項12記載の方法。
- 前記信号は、勾配の緩やかな第2の部分に移行する勾配の急な第1の部分を有する連続曲線を辿るよう整形される、請求項12記載の方法。
- 前記信号は、1/xの関数として整形され、xは、時間である、請求項18記載の方法。
- 前記直接作動式弁を用いて、プロセス流体が前記弁部材と前記弁座との間で流れるときに気相の状態にある前記プロセス流体の流量を調整するステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 前記直接作動式弁を用いて燃料を内燃エンジン内に噴射するステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 前記燃料は、前記直接作動式弁から前記内燃エンジンの燃焼室中に噴射される、請求項21記載の方法。
- 少なくとも10:1の圧縮比で前記エンジンを作動させるステップを更に有する、請求項22記載の方法。
- 少なくとも14:1の圧縮比で前記エンジンを作動させるステップを更に有する、請求項22記載の方法。
- 前記ストレイン型アクチュエータは、圧電素子から成り、前記アクチュエータドライバは、前記圧電素子に印加される電圧を制御し、前記方法は、前記アクチュエータドライバをプログラムして電圧の大きさを変化させるステップを有する、請求項12記載の方法。
- 前記ストレイン型アクチュエータは、磁わい素子から成り、前記アクチュエータドライバは、前記磁わい素子中に差し向けられる磁界の強さを変化させるよう電磁コイルに流される電流を制御し、前記方法は、前記アクチュエータドライバをプログラムして電流の大きさを変化させるステップを有する、請求項12記載の方法。
- 前記予荷重圧縮応力は、前記アクチュエータに加えられる圧縮応力を所定の最小応力よりも高く維持する、請求項12記載の方法。
- 前記アクチュエータは、圧電素子から成る、請求項27記載の方法。
- 前記予荷重は、少なくとも4MPaである、請求項28記載の方法。
- 前記所定最小応力は、1MPa以上である、請求項28記載の方法。
- 前記アクチュエータは、磁わい素子から成る、請求項27記載の方法。
- 前記予荷重は、10MPa〜14MPaである、請求項31記載の方法。
- 前記所定最小応力は、5MPa以上である、請求項31記載の方法。
- 前記第1の部分に関する持続時間が0.1ミリ秒未満であるという指令を出すステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 前記第2の部分に関する持続時間が0.9ミリ秒未満であるという指令を出すステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 前記信号の前記第1の部分中、前記弁部材の加速度を所定値未満に制限するステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 加速度に対する制限は、前記所定最小応力の関数として定められる、請求項36記載の方法。
- 前記信号の前記第1の部分から前記信号の前記第2の部分に移行する際、前記弁部材の減速度を所定値未満に制限するステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 減速度に関する制限は、前記所定最小応力の関数として定められる、請求項38記載の方法。
- 前記弁部材の絶対速度を所定速度未満に制限するステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 絶対速度に関する制限は、前記所定最小応力の関数として定められる、請求項40記載の方法。
- 前記弁部材が前記弁座に当たって閉じる直前において、前記弁部材は、1.0m/s以下の速度で動いている、請求項12記載の方法。
- 前記第2の部分中に前記直接作動式弁を通って流れる流体の質量流量を前記直接作動式弁を通る設計最大流体質量流量の20%未満に制限するステップを更に有する、請求項12記載の方法。
- 前記ストレイン型アクチュエータからの変位量を前記弁部材に伝達するステップは、変位量を受動型油圧リンクにより伝達するステップを更に有する、請求項1記載の方法。
- 前記受動型油圧リンクは、異なる時点で異なる値を取るよう制御可能な速度又は流れ抵抗を有するスマート流体である作動油で満たされ、前記方法は、前記弁が作動されているとき及び前記弁が開放状態にあるとき、高い粘度又は高い流れ抵抗を有し、前記弁が閉鎖されている状態では低い粘度又は低い流れ抵抗を有するよう前記作動油を制御するステップを更に有する、請求項44記載の方法。
- 直接作動式弁であって、
弁体を有し、前記弁体は、ノズル端部及び前記弁体内に設けられていて、供給レールからのプロセス流体を前記ノズル端部内に設けられているノズルキャビティに送り出す流体通路を有し、
前記弁体内に配置された弁部材を有し、前記弁部材は、前記弁部材を前記ノズル端部と関連した弁座に着座させると、プロセス流体が前記ノズルキャビティから少なくとも1つのノズルオリフィスに流れるのが阻止される閉鎖位置と、前記弁部材を前記弁座から離昇させると、プロセス流体が前記ノズルキャビティから前記少なくとも1つのノズルオリフィスを通って流れることができる開放位置との間で流れることができ、
圧縮応力があらかじめ加えられたストレイン型アクチュエータを有し、前記ストレイン型アクチュエータは、アクチュエータ信号に応答して変化する長さを有することにより直線変位量を生じさせるよう作動可能であり、
前記ストレイン型アクチュエータからの前記直線変位量を前記弁部材に伝達する伝達要素を有し、
前記アクチュエータ信号を変調して前記弁部材を前記開放位置と前記閉鎖位置との間で動かすと共にかかる運動の加速度及び減速度を互いに交差していない所定限度に制御するようプログラムされたアクチュエータドライバを有し、次いで、前記弁部材を閉鎖運動の際に前記開放位置のうちの1つから前記閉鎖位置に動かす際、前記アクチュエータ信号は、前記閉鎖運動の終わりの近くと比較して、前記閉鎖運動の始めにおいて高い割合で大きさが変化する、直接作動式弁。 - 前記アクチュエータドライバは、前記閉鎖運動のための所定の信号でプログラムされ、それにより、前記弁部材は、前記閉鎖運動の第1の部分の間、前記閉鎖位置に向かって加速し、前記閉鎖運動の第2の部分の間、減速し、前記第1の部分は、0.1ミリ秒未満の持続時間を有し、前記第2の部分は、0.9ミリ秒未満の持続時間を有する、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記第1の部分を終了させたり前記第2の部分を開始させたりするタイミングは、前記第2の部分中に前記弁を通るプロセス流体質量流量を前記直接作動式弁を通る前記設計最大流体質量流量の20%未満に制限するようあらかじめ定められている、請求項47記載の直接作動式弁。
- 前記アクチュエータドライバは、前記弁部材の絶対速度を所定速度未満に制限するようプログラムされている、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記弁部材が前記弁座に当たって閉じる直前において、前記弁部材は、1.0m/s以下の速度で動いている、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記ストレイン型アクチュエータは、少なくとも1つの圧電素子から成る、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記アクチュエータには少なくとも4MPaの圧縮応力があらかじめ加えられている、請求項51記載の直接作動式弁。
- 前記ストレイン型アクチュエータは、電磁コイルの近くに配置された磁わい部材から成り、前記磁わい部材は、前記電磁コイルを付勢すると、磁界にさらされる、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記アクチュエータには10MPa〜14MPaの圧縮応力があらかじめ加えられている、請求項53記載の直接作動式弁。
- 前記プロセス流体は、前記プロセス流体が前記弁部材と前記弁座との間を流れるときには気相の状態にある、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記直接作動式弁は、噴射弁であり、前記弁部材は、前記ノズル端部から内方且つこれから遠ざかって動いて開くことができ、前記ノズル端部は、前記弁部材が前記弁座に接触する場所から見て下流側に位置するオリフィスを有し、前記プロセス流体は、前記弁部材を前記弁座から離昇させると、前記オリフィスから噴霧可能である、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記ノズル端部にはサックが設けられている、請求項56記載の直接作動式弁。
- 前記伝達要素は、受動型油圧リンクを含む、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記油圧リンクは、ダイラタント流体である作動油で満たされている、請求項58記載の直接作動式弁。
- 前記油圧リンクは、磁界を加えることにより変化させることができる粘度を有するスマート流体である作動油で満たされており、前記直接作動式弁は、前記磁界を発生させる電磁石を更に有する、請求項58記載の直接作動式弁。
- 前記油圧リンクは、電界をかけることにより変化させることができるよう流れ抵抗を有するスマート流体である作動油で満たされており、前記直接作動式弁は、前記電界を発生させる電気回路を更に有する、請求項58記載の直接作動式弁。
- 前記受動型油圧リンクは、シリンダ内に設けられたピストンと、前記ピストンを貫通して設けられていて、前記ピストンの一方の側に位置する空間を前記ピストンの反対側に流体結合する少なくとも1つのオリフィスとを有する、請求項58記載の直接作動式弁。
- 前記プロセス流体は、内燃エンジン内で燃焼可能な燃料である、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記ノズル端部は、前記内燃エンジンの燃焼室内に配置されるようになっており、前記燃料は、前記燃焼室内に直接噴射可能である、請求項63記載の直接作動式弁。
- 前記受動型油圧リンクは、シリンダ内に配置されたピストンを有し、作動油が、前記ピストンの互いに反対側で前記シリンダ内に収容され、前記ピストンの一方の側から前記ピストンの他方の側への作動油の流れは、前記ピストンと前記シリンダとの間の隙間又は前記ピストンを貫通して設けられたオリフィス及び流体通路によって絞られる、請求項58記載の直接作動式弁。
- 前記所定限度は、前記所定の圧縮応力の関数として定められる、請求項46記載の直接作動式弁。
- 前記予荷重を前記アクチュエータに加えるばねが、開放位置から前記閉鎖位置に動いているときの前記弁部材と同一の方向に力を及ぼして前記伝達要素を押す、請求項46記載の直接作動式弁。
- 直接作動式弁であって、
弁体を有し、前記弁体は、ノズル端部及び前記弁体内に設けられていて、供給レールからのプロセス流体を前記ノズル端部内に設けられているノズルキャビティに送り出す流体通路を有し、
前記弁体内に配置された弁部材を有し、前記弁部材は、前記弁部材を前記ノズル端部と関連した弁座に着座させると、プロセス流体が前記ノズルキャビティから少なくとも1つのノズルオリフィスに流れるのが阻止される閉鎖位置と、前記弁部材を前記弁座から離昇させると、プロセス流体が前記ノズルキャビティから前記少なくとも1つのノズルオリフィスを通って流れることができる開放位置との間で流れることができ、
所定の最小応力よりも大きく維持された圧縮応力があらかじめ加えられたストレイン型アクチュエータを有し、前記ストレイン型アクチュエータは、アクチュエータ信号に応答して変化する長さを有することにより直線変位量を生じさせるよう作動可能であり、
前記ストレイン型アクチュエータからの前記直線変位量を前記弁部材に伝達する伝達要素を有し、
前記アクチュエータ信号を変調して前記弁部材を前記開放位置と前記閉鎖位置との間で動かすと共に(a)前記開放位置と前記閉鎖位置との間で動く際の前記弁部材の加速度及び減速度、及び(b)前記弁座に接触する直前における前記弁部材の速度のうちの少なくとも一方を所定の限度未満に制限するようプログラムされたアクチュエータドライバを有する、直接作動式弁。 - 前記弁体と前記ストレイン型アクチュエータとの間に設けられたばねが、前記圧縮応力を前記ストレイン型アクチュエータに加える、請求項68記載の直接作動式弁。
- 前記伝達要素は、受動型油圧リンクを含む、請求項68記載の直接作動式弁。
- 前記油圧リンクは、ダイラタント流体である作動油で満たされている、請求項70記載の直接作動式弁。
- 前記油圧リンクは、磁界を加えることにより変化させることができる粘度を有するスマート流体である作動油で満たされており、前記直接作動式弁は、前記磁界を発生させる電磁石を更に有する、請求項70記載の直接作動式弁。
- 前記油圧リンクは、電界をかけることにより変化させることができるよう流れ抵抗を有するスマート流体である作動油で満たされており、前記直接作動式弁は、前記電界を発生させる電気回路を更に有する、請求項70記載の直接作動式弁。
- 前記受動型油圧リンクは、シリンダ内に設けられたピストンと、前記ピストンを貫通して設けられていて、前記ピストンの一方の側に位置する空間を前記ピストンの反対側に流体結合する少なくとも1つのオリフィスとを有する、請求項70記載の直接作動式弁。
- 前記弁部材を閉鎖運動の際、前記開放位置のうちの1つから前記閉鎖位置に動かす際、前記アクチュエータドライバは、前記閉鎖運動の終わりの近くと比較して、前記閉鎖運動の始めにおいて高い割合で前記アクチュエータ信号の大きさを減少させるようプログラムされている、請求項68記載の直接作動式弁。
- 前記所定限度は、前記所定最小応力の関数として定められる、請求項68記載の直接作動式弁。
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