JP2014515461A - 圧力パルス発生器 - Google Patents

Abstract

圧力パルス発生器は、シリンダ（２）と、シリンダ（２）に接続する本体（９）と、シリンダ（２）から圧力シンクＬＰまで延在する第１のチャンネル（１５）と、シリンダ（２）から圧力源ＨＰまで延在する第２のチャンネル（４）を有する圧力流体回路と、変位可能に配置されているアクチュエータピストン（３）と、第２のチャンネル（４）に配置され、第２のチャンネル（４）の圧力流体流を開口または閉鎖する制御可能な第１の弁体（５）と、弁体（５）を制御するための電子素子（７）と、第２のチャンネル（４）に配置され、または第２のチャンネル（４）まで配置され、チャンネル（４）を開口または閉鎖するための第２の弁体（８）とを備える。第２の弁体（８）は、アクチュエータピストン（３）にしっかりと接続する要素である。
【選択図】図１

Description

本発明は圧力パルス発生器に関する。

本発明は、内部または外部熱源を有するエンジンの吸入弁および排出弁の制御に適している。２ストロークエンジンでは、気体の交換は、シリンダヘッドの弁を介して行うことができる。４ストロークエンジンでは、カム軸を排除することができる。２ストロークおよび４ストロークエンジンでは、可変圧縮を用いることが可能である。これらのエンジンは特に好ましい適用である。

圧力パルス発生器のアクチュエータピストンに作用する圧力流体は、好ましい設計においては空気であるが、別の気体も用いることができる。

本発明において、弁体が開口および閉鎖していると記載され、述べているときは、チャンネル内の圧力流体が弁体が配置されている位置を通過して流れるために、弁体が開口および閉鎖していることを意味する。開口および閉鎖位置の意味は、それぞれ、対応する方法で理解されるべきである。電子素子が本明細書で用いられるときは、将来に向けた表現の一種であり、今日の電子磁石の作用を含む。

特許文献１および特許文献２は燃焼エンジンの吸入弁および排出弁を制御するための圧力パルス発生器を開示する。特許文献１は４つの電子磁石を必要とし、特許文献２は２つの電子磁石を必要とする。上記特許の原理は複雑なため、弁制御が不安定になり、不要に高い製造費が生じる。本発明は１つの電子磁石のみを用い、弁制御を安定させ、製造費を減少させる新規の原理を示す。

スウェーデン特許出願第ＳＥ０２０１６１３−７号 スウェーデン特許出願第ＳＥ０００２５９７−３号

本発明の目的は、従来技術における上記の問題を回避することである。
本目的は圧力パルス発生器によって実現される。電子素子を起動するとき、圧力パルス発生器は、第１の弁体が、圧力流体を排出するために第１のチャンネルを閉鎖し続け、圧力流体を充填するために第２のチャンネルを開口させ続ける位置まで、第１の弁体を変位させ、それと同時に第２の弁体は圧力流体を充填するために第２のチャンネルを開口し続ける。

油圧ロックによって、アクチュエータピストンと、それに伴ってエンジン弁も、適切に長期間、第２の遠隔位置に維持される。第３のチャンネルは作動液を排出するために閉鎖される。作動液はチェック弁を通過して、第２の弁体の変位によって生成される容積を充填する。遠隔折り返し点まで移動されると、弁体は、完全なアクチュエータピストンによってその位置でロックされる。電子素子が停止状態にされると、第１の弁体は開始位置まで戻り、第３のチャンネルを開口し、作動液を排出し、完全なアクチュエータピストンを備える第２の弁体は第１の位置である定位置に戻ることができる。

起点となる定位置では、第２の弁体は圧力流体流に対して開口し、第１の弁体は圧力流体流に対して開口する。それによって、圧力流体がアクチュエータピストンに作用する間に、調整されたシリンダのアクチュエータピストンの変位が起こり、したがって、第２の弁体は一定の変位後に、圧力流体流がアクチュエータピストンに作用するように閉鎖する。このように、任意の定位置からのアクチュエータピストンの一定長の変位があり、これが圧力パルス長を決定する。第１の弁体は電子素子制御の弁体であり、圧力流体の流れのために開口し、したがって圧力パルスを起動するように制御される。圧力流体は、定位置から一定の変位後、機械的に第２の弁体によって切断される。圧力パルス長は第１の弁体と第２の弁体が圧力流体を切断する点との間の距離である。パルス長は毎回電子磁石が起動されるときに、等しく安定していることに留意すべきである。パルス長と弁揚程との間には直接的な関係があり、つまり、アクチュエータピストンが変位すると、エンジン弁がその代わりとなる。

別の弁体、アクチュエータピストン軸はアクチュエータピストンにしっかりと接続する部分において狭いことを特徴とする。狭小部分は、アクチュエータピストンにおいて、またはアクチュエータピストンに隣接して導入され、アクチュエータピストンからより遠隔な位置にあるアクチュエータピストン軸の幅広部分に向かって一定の長さを有する。狭小部分の長さは、変位におけるアクチュエータピストンの速度と共に、圧力流体がシリンダに流入し、アクチュエータピストン上に作用する時間を決定する。アクチュエータピストン軸はチャンネル内で前後に移動し、狭小部分の上にあるアクチュエータピストン軸の幅広部分は、チャンネルの直径に調整された直径を有し、それによって、圧力流体はアクチュエータピストンに向かって、アクチュエータピストン軸の狭小部分を通って下に流れることができるが、反対方向には流れることはできない。

アクチュエータピストンは機械または空気ばねによって定位置でプレテンショニングを維持される。機械または空気ばねは、カム軸によって制御される弁がエンジン弁を閉鎖し続けるように、またはエンジン弁を開口後に閉鎖位置まで戻すのと同じ方法で作用する。圧力流体の圧力パルスは、上記の仕様によりエンジン弁を開口するように作用し、ばねがエンジン弁を閉鎖するようにする作用に対向する。アクチュエータピストンの遠隔折り返し点、弁揚程の位置を決定するのは、主に開口および閉鎖力と、流体内の一定の圧力での圧力流体パルスの期間との関係である。これによって、エンジン弁も存在する。

アクチュエータピストンを定位置まで戻すために、アクチュエータピストンが往復するシリンダの頂点で終わる排出チャンネルがある。圧力パルスが発生し、アクチュエータピストンが遠隔折り返し点まで変位する間に、この排出チャンネルは閉鎖される。本発明の特徴的な部分は、第１の弁体がアクチュエータピストンまでの流れのために開口するのと同時に、第１の弁体は排出チャンネルによって、シリンダから流出する流れのために閉鎖するということである。アクチュエータピストンが戻るべきであるとき、または戻るとき、アクチュエータピストンは、アクチュエータピストンを移動するために、したがってエンジン弁を開口するために導入される圧力流体を排出するために開口される。

第２の弁体、アクチュエータピストン軸は、チャンネル内を延在する。アクチュエータピストンの定位置では、第２のチャンネルはこのチャンネルに側部から接続する。この部分は、アクチュエータピストン軸が狭い場所である。この第２のチャンネルでは、第１の弁体は、アクチュエータピストン軸の狭小部分に向かって流れる圧力流体のために開口または閉鎖するように配置される。電子磁石を起動すると、狭小部分に向かって流れる圧力流体のために開口し、圧力流体はさらに狭小部分に沿って、シリンダを下り、アクチュエータピストンの上側部まで流れ、アクチュエータピストンおよび付随する電動弁を開口部まで移動し、空気を取り入れて燃焼させ、または気体を排出する。アクチュエータピストンおよび電動弁が定位置まで戻るべきであるとき、または戻るとき、電子磁石は停止状態にされ、アクチュエータピストン軸の狭小部分が、圧力流体が別の方法で別の接続チャンネルからアクチュエータピストンに向かって流れる位置まで戻るとき、第１の弁体は第２の接続チャンネルを閉鎖させられ、それによって圧力流体は再びシリンダ内を下がって流れることができない。電子磁石が停止状態にされると、アクチュエータピストンは開口し、アクチュエータピストンを変位し、したがってエンジン弁を開口するためにシリンダに提供された圧力流体が排出される。

本発明による圧力パルス発生器は、電子素子を起動するときに起動される油圧ロックと、遠隔折り返し点まで変位される第１の弁体と第２の弁体とを備えていてもよい。表示によると、第１の弁体の変位は、電子素子を起動することによって生じ、作動液の流れのために閉鎖し、電子素子を停止状態にすると、作動液の流れのために開口する。

本発明による圧力パルス発生器が第１の位置、つまり定位置にあるときの部分断面側面図である。 本発明による圧力パルス発生器が第２の位置、つまり遠隔位置にあるときの部分断面側面図である。 油圧ロックを有する圧力パルス発生器が第１の位置にあるときを示す。 油圧ロックを有する圧力パルス発生器が第２の位置にあるときの同様の図である。

図１は、２ストロークまたは４ストローク内燃焼機関のための弁アクチュエータの一部である、本発明による圧力パルス発生器を備えるシリンダヘッド１を開示する。シリンダヘッド下部には、燃焼チャンバ１３がある。ポペット弁は、チャンネル１４による燃焼チャンバへの流れまたは燃焼チャンバからの流れのために燃焼チャンバを閉鎖する。油圧回路１０は、従来技術によると、ポペット弁が閉鎖されるべき瞬間および閉鎖する瞬間に、適切な程度までポペット弁を遮断する作用を実行する。アクチュエータピストン３を有するシリンダ２は、シリンダヘッドに含まれてもよく、またはシリンダヘッド上に取り付けられてもよい。圧力パルス発生器はシリンダ２上の本体９内にある。

圧力パルス発生器は、シリンダ２と、シリンダ２内で変位可能なアクチュエータピストン３と、シリンダ２まで延在する第２のチャンネル４を有する圧力流体回路と、電子素子によって制御されるチャンネル４内の第１の弁体５であって、弁体５の開口部６を介して、チャンネル４内の圧力流体の流れを開口し、または閉鎖する第１の弁体５と、チャンネルを開口または閉鎖するために同じくチャンネル４内にある別の弁体８とを備える。弁体８は、アクチュエータピストン３にしっかりと接続する幅広部分８’と、狭小部分８”とを備える。アクチュエータピストン３はポペット弁１１の軸上にあり、またはポペット弁１１の軸にしっかりと接続する。チャンネル４は、２つの部分チャンネル４’および４”を備える。側部から出る部分チャンネル４”は部分チャンネル４’に向かう。第２の弁体８はチャンネル４’内で変位可能である。弁体の幅広部分８’はチャンネル４’の直径に対応する直径を有する。弁体８の狭小部分８”は、部分チャンネル４’と４”との交点と、シリンダ２内に入るチャンネル４の端部との間の距離と等しいか、またはそれより長い伸長部を有する。図はエンジン弁１１およびアクチュエータ弁３の最初の位置、つまり一方の端部位置、または定位置を開示する。この位置では、第２の弁体の狭小部分８”は、部分チャンネル４’内で部分チャンネル４”の開口部の外側にあり、圧力流体がチャンネルからシリンダ２に流入するように開口し続ける。ここで、第１の弁体５を起動する電子素子７は図に簡単に示すように、直接弁体に作用してもよく、またはいわゆるパイロット−スレーブ機能を用いて間接的に作用してもよいことに言及すべきである。また、電子素子という表現は、コンピュータベースの制御システムからの信号によって起動され、それによって変位を実行する素子を意味することにも言及すべきである。今日の電子磁石は典型的な電子素子であるが、電子磁石の作用に対応する別の解決法につながる開発が進行中である。ここでの目的は、電子素子を起動することによって、規定の開始位置からの変位が一方向に向かって発生し、電子素子を停止状態にすると、変位は開始位置に戻る別の方向に向かうことである。

第１の弁体５が電子素子７によって起動され、弁体の開口部６によって第２のチャンネル４の高圧源ＨＰから圧力流体を流すために開口されると、圧力流体はアクチュエータピストン３に向かって作用し、図１に示すように第１の位置、つまり定位置から、図２に示すように第２の位置、つまり遠隔位置までアクチュエータピストン３を変位する。２つの位置はピストンの端部位置である。第２の位置まで変位する間に、弁体の幅広部分８’は部分チャンネル４”の開口部４’のすぐ前に配置され、チャンネル４内の継続した圧力流体流のために閉鎖する。

ポペット弁を燃焼チャンバに向けて閉鎖し続けるために、ポペット弁は、機械ばね１２または別の種類のばね、たとえば空気ばねによって定位置に向かう方向に軸で前もって締められる。アクチュエータピストンは、図に示すように、弁軸にしっかりと接続されてもよいが、ここで不図示の変形例において、事前に締められた弁軸上にあってもよい。本発明から逸脱せずに、異なる解決法を開発してもよい。

シリンダ２は第１のチャンネル１５を有し、電子素子７を起動し、それに伴ってアクチュエータピストン３が変位するときに、シリンダに提供された圧力流体を排出する。排出は低圧源ＬＰに起こり、アクチュエータピストンを、ばね１２の助けを受けてその定位置に戻すために必要である。第１の弁体が、圧力流体がシリンダまで別のチャンネル４によって流れるように開口していた場合は、図２に示すように、第１の弁体はまた、圧力流体が第１のチャンネル１５によってＬＰまで排除されるように閉鎖される。チャンネル４内の流れのための開口は、チャンネル１５に排除するために閉鎖する前に起こってはならず、開口は閉鎖後に起こるべきである。さもないと、アクチュエータピストン３が変位するようにアクチュエータピストン３に完全な効果を与える前に圧力流体を失う危険性がある。

好ましい実施形態では、適切なソフトウェアを有する適切な電子ベースの制御システムが存在する。適切な制御システムは、電子素子７に圧力パルス発生器を起動させ、排出弁および吸入弁１１をそれぞれ繰り返し開口および閉鎖するために用いられる圧力パルスをエンジンの燃焼チャンバまで届け、気体交換を実行する。好ましい実施形態では、各電子素子７は長期間にわたって起動状態を維持され、アクチュエータピストン３は、第１の弁体５が開口して、圧力流体を排出する前に遠隔折り返し点に到達する。アクチュエータピストンが定位置に向かって戻る途中で、十分な量の圧力流体を排出し、望まない逆流が起こらないようにするために十分な時間がある時点以降に、電子素子を停止状態にすべきではない。

圧力パルスが発生し、エンジン弁１１を定位置から開口変位に遠ざける。変位がばね１２の影響によって停止するときは、エンジン弁は遠隔位置に到達しており、直ちに定位置に向かって戻り始める。定位置を離れる時間、および定位置に再び戻る時間、期間は、数ミリ秒に到達してもよい。短期間となる大きな弁の揚程によって、良好な気体交換および高速回転が可能となる。圧力パルス発生器が、アクチュエータピストンを遠隔位置にロックするために前述の油圧回路を有する場合は、アクチュエータピストンは、電子素子を停止状態にする前に、定位置に向かう回復変位を開始することはできない。第１の弁体を開始位置から変位させるためには電子素子を起動しなければならず、弁体を開始位置に戻すためには電子素子を停止状態にしなければならない。

図１−図４による圧力パルス発生器は概略的に示されるが、不図示にも関わらず、一定の詳細が存在するように提供されることを強調すべきである。したがって、エンジン弁を閉鎖するときの油圧回路の遮断作用の原理は図示されず、電子素子を停止状態にした後に第１の弁体を戻すためにばねが配置されていることも図示されない。

図３では、圧力パルス発生器を有するシリンダヘッド１を示す。本発明が４ストローク駆動に適用されるとき、および２ストロークおよび４ストロークエンジン両方の可変圧縮では、油圧回路１０は排出弁のための好ましい実施形態に完成される。可変圧縮では、エンジン弁は変位しないが、シリンダヘッド１の燃焼チャンバ１３のヘッドのピストン（付図示）は変異する。

油圧回路は、チェック弁１８と、第１の弁体５の第３のチャンネル１６において開口部とを備える。電子素子７が起動されると、第１の弁体の変位によってチャンネル１６の開口部が閉鎖され、作動液が回路１０から流出する。前述のように、第２の弁体は第１の弁体の変位の結果として変位され、作動液はチェック弁１８を通過し、生成される空間１７を充填する。アクチュエータ弁が遠隔位置に到達すると、ばね１２はアクチュエータ弁を定位置に戻すことはできない。作動液が空間１７から外に出る方法がないためである。これはチェック弁とともに第１の弁体が空間１７からの流出のために閉鎖するためであり、図４に示す。

本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、以下の請求項の範囲内で修正可能である。

Claims (5)

1. 圧力パルス発生器であって、
   シリンダ（２）と、
   前記シリンダ（２）から圧力シンクＬＰまで延在する第１のチャンネル（１５）と、
   圧力源ＨＰから前記シリンダ（２）まで延在する第２のチャンネル（４）と、
   前記チャンネル（４）に配置され、前記チャンネル（４）の圧力流体流を開口または閉鎖するための制御可能な第１の弁体（５）と、
   前記弁体（５）を制御するための電子素子（７）と、
   前記シリンダ（２）に変位可能に配置されているアクチュエータピストン（３）と、
   前記シリンダ（２）内に適用され、ばね作用を用いて前記アクチュエータピストン（３）を定位置に維持し、前記アクチュエータピストンが前記定位置を離れた後に、前記アクチュエータピストンを前記定位置に戻すためのばね（１２）と、
   前記アクチュエータピストンにしっかりと接続され、前記チャンネル（４）に、または前記チャンネル（４）内に配置され、前記第２のチャンネル（４）を開口または閉鎖するための第２の弁体（８）と、
   を備える圧力パルス発生器であって、
   電子素子（７）を起動するとき、前記第１の弁体（５）は、前記第１のチャンネル（１５）を開口し続け、前記第２のチャンネル（４）を閉鎖し続ける開始位置から、前記第２の弁体（８）が前記チャンネル（４）を開口し続けるのと同時に、前記第１のチャンネル（１５）を閉鎖し続け、前記第２のチャンネル（４）を開口し続ける位置まで変位し、前記圧力源ＨＰからの圧力流体の圧力パルスが発生し、付随する第２の弁体（８）を備える前記アクチュエータピストン（３）を前記定位置から前記遠隔位置に向かって変位させ、前記第２の弁体（８）の前記変位中に前記第２のチャンネル（４）は閉鎖し、したがって前記圧力パルスを終了させ、前記第１の弁体（５）は、前記電子素子（７）が停止状態にされ、前記第１の弁体（５）が開始位置に戻るまで、前記第１のチャンネル（１５）を前記シリンダ（２）からの圧力流体の排出のために閉鎖し続けさせることを特徴とする、
   圧力パルス発生器。
2. 請求項１に記載の圧力パルス発生器であって、
   チェック弁（１８）を備える油圧回路（１０）と、
   作動液を排出するための第３のチャンネル（１６）と、
   も含む圧力パルス発生器であって、
   前記電子素子（７）を起動するとき、前記第１の弁体（５）は、開始位置から、前記第２の弁体（８）が前記チャンネル（４）を開口し続けるのと同時に、前記第１のチャンネル（１５）を閉鎖し続け、前記第２のチャンネル（４）を開口し続け、前記第３のチャンネル（１６）を閉鎖し続ける位置まで変位し、前記圧力源ＨＰからの圧力流体の圧力パルスが発生し、付随する第２の弁体（８）を備える前記アクチュエータピストン（３）を前記定位置から前記遠隔位置に向かって変位させ、前記変位中に、作動液が前記チェック弁（１８）を通って、前記第２の弁体（８）の前記変位によって生成されるチャンバ（１７）に流入し、前記遠隔位置が達成されるとき、前記電子素子（７）が停止状態にされるまで、前記チャンバ（１７）は作動液の流出を遮断し、それによって、前記第１の弁体（５）は開始位置まで戻り、前記第３のチャンネル（１６）は作動液が前記チャンバ（１７）から流出するように開口し、前記アクチュエータピストンは定位置まで戻ることができることを特徴とする、
   圧力パルス発生器。
3. 請求項１または２に記載の圧力パルス発生器であって、
   前記アクチュエータピストンの前記定位置において、前記第１の弁体（５）は、前記第１のチャンネル（１５）によって、圧力流体流が前記シリンダ（２）から流出するために閉鎖するように配置され、その後、または同時に、前記第２のチャンネル（４）によって、圧力流体を前記シリンダ（２）に流入するために開口するように配置されることを特徴とする、
   圧力パルス発生器。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧力パルス発生器であって、
   前記第２のチャンネル（４）は２つの部分チャンネル（４’、４”）からなり、前記第２の部分チャンネル（４”）は前記高圧源ＨＰから前記第１の部分チャンネル（４’）までつながり、前記第２の弁体（８）は変位可能に配置され、前記第２の弁体（８）は前記定位置で、前記第２の部分チャンネル（４”）に対向して配置される狭小部分（８”）を含み、前記狭小部分は伸長部を有し、前記伸長部は、前記シリンダ（２）の前記第１の部分チャンネル（４’）の前記開口部と前記第１の部分チャンネル（４’）内の前記第２の部分チャンネル（４”）の前記開口部との間の距離と等しいか、またはそれより長いことを特徴とする、
   圧力パルス発生器。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載の圧力パルス発生器であって、
   エンジン弁（１１）を有する弁アクチュエータに含まれ、前記アクチュエータピストン（３）は前記エンジン弁上に存在するか、または前記エンジン弁にしっかりと接続することを特徴とする、
   圧力パルス発生器。

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