JP2016524893A - 変位出力をもたらすための機構 - Google Patents
変位出力をもたらすための機構 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2016524893A JP2016524893A JP2016515317A JP2016515317A JP2016524893A JP 2016524893 A JP2016524893 A JP 2016524893A JP 2016515317 A JP2016515317 A JP 2016515317A JP 2016515317 A JP2016515317 A JP 2016515317A JP 2016524893 A JP2016524893 A JP 2016524893A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- component
- displacement
- output
- actuator
- bend
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 74
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 title claims abstract description 58
- 238000005452 bending Methods 0.000 claims abstract description 100
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims description 15
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims description 15
- 230000003014 reinforcing effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000002787 reinforcement Effects 0.000 claims description 9
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 7
- 230000033001 locomotion Effects 0.000 claims description 4
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 claims 3
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 10
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 10
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 7
- 230000003071 parasitic effect Effects 0.000 description 6
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N nitrogen oxide Inorganic materials O=[N] MWUXSHHQAYIFBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 3
- 229910000906 Bronze Inorganic materials 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N Zirconium dioxide Chemical compound O=[Zr]=O MCMNRKCIXSYSNV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 2
- 239000010974 bronze Substances 0.000 description 2
- KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N copper tin Chemical compound [Cu].[Sn] KUNSUQLRTQLHQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 2
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 2
- 230000008569 process Effects 0.000 description 2
- -1 18 / 8 SS Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 1
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000737 Duralumin Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001374 Invar Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001209 Low-carbon steel Inorganic materials 0.000 description 1
- FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N Magnesium Chemical compound [Mg] FYYHWMGAXLPEAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052581 Si3N4 Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000639 Spring steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000006094 Zerodur Substances 0.000 description 1
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 1
- 239000005331 crown glasses (windows) Substances 0.000 description 1
- 229910003460 diamond Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010432 diamond Substances 0.000 description 1
- 238000005553 drilling Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 239000002737 fuel gas Substances 0.000 description 1
- 239000005350 fused silica glass Substances 0.000 description 1
- 239000011777 magnesium Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000005459 micromachining Methods 0.000 description 1
- 238000003801 milling Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 229910010271 silicon carbide Inorganic materials 0.000 description 1
- HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N silicon carbide Chemical compound [Si+]#[C-] HBMJWWWQQXIZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N silicon nitride Chemical compound N12[Si]34N5[Si]62N3[Si]51N64 HQVNEWCFYHHQES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
- UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N tungsten carbide Chemical compound [W+]#[C-] UONOETXJSWQNOL-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
- F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
- F16K31/44—Mechanical actuating means
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
- F01L9/24—Piezoelectric actuators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/12—Transmitting gear between valve drive and valve
- F01L1/14—Tappets; Push rods
- F01L1/146—Push-rods
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/02—Valve drive
- F01L1/04—Valve drive by means of cams, camshafts, cam discs, eccentrics or the like
- F01L1/047—Camshafts
- F01L1/053—Camshafts overhead type
- F01L2001/0535—Single overhead camshafts [SOHC]
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L9/00—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically
- F01L9/20—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means
- F01L9/21—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by electric means actuated by solenoids
- F01L2009/2167—Sensing means
- F01L2009/2169—Position sensors
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2301/00—Using particular materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L2301/00—Using particular materials
- F01L2301/02—Using ceramic materials
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Valve Device For Special Equipments (AREA)
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Abstract
変位出力をもたらすための機構であって、少なくとも1つの屈曲モジュール20を備え、前記少なくとも1つの屈曲モジュールは、フレーム30と、第1の屈曲部50−1を介してフレーム30に接続されるとともに、少なくとも第2の屈曲部50−2を介して前記変位出力に接続される少なくとも1つの構成要素40とを備え、前記少なくとも1つの屈曲モジュール20がモノリシック及び/又は一体であり、各構成要素40は、少なくとも1つの構成要素40が作動されるときに前記変位出力が変位されるように独立に作動できるべく構成される、機構。【選択図】図2
Description
本発明は、変位出力をもたらすための機構に関し、特に、内燃機関におけるバルブを制御するためのシステムで用いるそのような機構に関するが、これに限定されない。
内燃機関では、一般的に管状の流路の流れ方向に対して垂直な断面積又は容積をバルブを用いて変えることによって燃料流量の制御が行なわれる。伝統的には、エンジンクランクシャフトに接続される動力伝達チェーンによって、バルブ開放タイミング及び開放サイズを制御するエンジンカムが回転される。カム動作の上がり下がりによって、各バルブが連続的に開閉し、それにより、エンジン又はピストンの動作と同期する。図1(従来技術)は、典型的なオーバーヘッドカムバルブアセンブリを描く。
しかしながら、カム外形の摩耗及び亀裂がカムの上がり下がりの減少の変化を引き起こす。この変化は、バルブ開閉、したがって燃料流量に影響を及ぼす。これは、ひいては、バルブ開放のタイミング及びサイズにおける精度の損失による不適切な燃料吸い込みと不完全な燃焼とに起因して、エンジンの性能に影響を及ぼす。更に、伝統的なカムベースのバルブ動作では、燃料の流量がカム変位のみに依存し、カムベースのバルブ制御器がエンジンに装着された後にバルブ動作により燃料の流量を制御することがほぼ不可能である。
大まかに言えば、本発明は、変位をもたらすための屈曲に基づく機構を提案する。この機構は、内燃機関で用いられると、従来のカムベースのバルブ制御よりも改善された方向性がある変位をもたらすことができ、それにより、燃料効率が向上される。機構は、屈曲接続部を備えてもよく、また、内燃機関の吸気経路又は排気経路の開放、閉鎖、及び、制御のために使用されてもよい。これは、変形機構に基づいて動作する屈曲部がバルブ変位のための方向制御と変位制御とをもたらすからである。
PZT、PMN、電歪/磁歪アクチュエータ、又は、従来のアクチュエータなどの固体アクチュエータが機構の作動のために使用されてもよい。機構は、特に、自動車、流体及び液圧システム、油及びガスシステム、船/ネーブルシステム、航空宇宙用途、及び、宇宙用途での使用に適している。実施形態は、変位/力の増幅又は減少によってバルブ動作を制御するための屈曲システムを提供し得る。機構は、エンジン燃料取り入れ口での流量の正確な制御のため、又は、なし得る最適な或いは最大の燃料のためのバルブの開閉時間の正確な制御のために使用されてもよく、それにより、バルブ動作のためのカムが無い解決策がもたらされる。
エンジンなどの原動機とは無関係にバルブを制御する或いは動作させること、及び、各バルブを他のバルブとは無関係に制御することが想定し得る。伝統的なカムベースのバルブ制御における螺旋スプリングを屈曲部と置き換えることができる。これにより、バルブ動作のために必要な空間を減らして、極めて高い設定時間を伴うバルブの制御された動きを達成できる一方、高〜中の設定時間で、バルブの加速された動きも達成できる。変位増幅に加えて力増幅も、後方座屈を回避するための補強屈曲部の使用と共に達成できる。これは、力増幅、変位増幅、及び、補強のために構成される屈曲モジュールを独立に作動させるために個々のアクチュエータを使用することによって達成されてもよい。一点作動による複数のバルブの同時の同方向又は反対方向の開閉が達成されてもよい。
本発明の第1の特定の表現では、請求項1に係る機構が提供される。
本発明の第2の特定の表現では、請求項15に係るシステムが提供される。
請求項2〜14又は16〜17のいずれかにしたがって実施形態が実施されてもよい。
ここで、本発明を完全に理解できるように、また、実用的効果に至ることができるように、本発明の単なる例示的な実施形態を非限定的な一例として説明し、その説明は例示的な添付の図面を参照する。
以下、図2〜図16を参照して、変位出力をもたらすための機構の例示的な実施形態について説明する。
機構10は、図2に示されるその最も簡単な形態において、少なくとも1つの屈曲モジュール20を備える。各屈曲モジュール20はフレーム30を備える。フレーム30は、他の構造体に装着されるように構成されてもよく、或いは、フレーム30は、望ましい場合には、他の屈曲モジュール20に対して接続されてもよい。また、屈曲モジュール20は、第1の屈曲部51を介してフレームに接続されるとともに少なくとも第2の屈曲部50−2,50−3を介して出力構成要素43に接続される少なくとも1つの構成要素40も備える。屈曲モジュール20は、一体に形成されるとともに、屈曲モジュール20が作動されるときに出力構成要素43が変位されるように独立に作動可能である。一体に形成されるとは、屈曲モジュール20が離脱可能な部品を有さずにモノリシック構造を成すことを意味する。例えば、屈曲モジュール20が単一の材料ブロックから機械加工されてもよく、或いは、部品が互いに溶接されてもよく、或いは、屈曲モジュール20が一体成形されてもよく、その他、同様になされる。このようにすると、屈曲モジュール20は、出力構成要素243の変動する或いは不正確な変位をもたらし得る任意の結合部の緩み或いは摩耗に見舞われない。
好ましくは、少なくとも1つの構成要素40のうちの1つの構成要素41は、少なくとも1つの屈曲モジュール20を作動させるべくアクチュエータ70によって作動を受けるように構成される。少なくとも1つの屈曲モジュール20は、矢印71により示される方向での少なくとも1つの屈曲モジュール20の作動が出力構成要素43を変位させるようにアクチュエータ70を使用して独立に作動できる。図示の形態では、出力構成要素43が矢印75により示される方向に変位される。屈曲モジュール20が使用される用途に応じて、例えば、内燃機関内のバルブを作動させるために屈曲モジュール20が使用される場合には、出力構成要素43の変位がバルブの開放又は閉鎖をもたらしてもよい。
使用されるアクチュエータ70は、必要に応じて作動の周波数を変えることができる精密電力増幅器を通じて動作される、例えばPZT、PMNなどの固体アクチュエータであってもよい。固体アクチュエータの代わりに、電気機械システム又は液圧アクチュエータのような任意の種類のアクチュエータが使用されてもよい。例えば、アクチュエータ70は、電気機械アクチュエータ、電磁アクチュエータ、液圧アクチュエータ、機械アクチュエータ、熱アクチュエータ、熱電アクチュエータ、光熱アクチュエータ、又は、電熱アクチュエータのうちのいずれか1つであってもよい。アクチュエータ70は、必要に応じて予め荷重が適切に付与されるとともに、大きな遊びを何ら伴うことなく屈曲モジュール20に組み付けられる。アクチュエータ70は、構成要素40が異なる速度で出力構成要素43を振動させ或いは変位させることができるようにコンピュータ制御システム内の電子機器によって制御されることが好ましい。振動の周波数は、屈曲モジュール20又はアクチュエータ70のうちのいずれか低い方の共振周波数を常に下回らなければならない。
機構10が内燃機関で使用される場合、アクチュエータ70は、好ましくは十分な燃料供給のため並びに適切な燃焼のために吸気バルブを出口バルブ開放前に数マイクロ秒/数ミリ秒にわたって停止させるべく電子機器によって制御される。電子機器システムは、燃料供給及び燃焼量に関する正確な動作のために、センサ、例えば近接センサと一体化されることが好ましい。近接センサの他、適切な場合には、温度センサ、光センサ、電荷(キャパシタンス)センサ、機械的負荷センサ、電気抵抗センサ、電流センサ、流量センサ、及び/又は、音響センサなどの他のセンサが使用されてもよい。
図3に示される1つの例において、屈曲モジュール20は、変位アクチュエータ170によって与えられる変位を増幅するように構成される変位屈曲モジュール120を備えてもよい。変位屈曲モジュール120は、変位屈曲モジュール120を作動させるために変位アクチュエータ170によって作動を受けるように構成される変位構成要素141を備える。したがって、変位構成要素141は、好ましくは、屈曲部151を介して変位屈曲モジュール120のフレーム130に接続される支持部141−bと、変位アクチュエータ170によって作動を受けるように構成される入力部141−iと、出力構成要素143に接続されるように構成される出力部141−oとを有する。
変位屈曲モジュール120が変位増幅をもたらすように、変位構成要素141の出力部141−oと支持部141−bとの間の距離は、変位構成要素141の入力部141−iと支持部141−bとの間の距離よりも大きい。
1つの形態において、変位屈曲モジュール120は、フレーム130と、3つの構成要素141,142,143と、3つの屈曲部151,152,153とを備えてもよい。フレーム130、3つの構成要素141,142,143、及び、バルブ(図示せず)は、3つの屈曲部151,152,153をそれぞれ介して相互に接続される。この例示的な形態において、第2の構成要素142は、変位構成要素141を出力構成要素143と接続するために設けられる。第2の屈曲部152は、変位構成要素141の出力部141−oを第2の構成要素142の第1の部分142−1と接続するために設けられ、一方、第2の構成要素142の第2の部分142−2は第3の屈曲部153を介して出力構成要素143に接続され、出力構成要素143は、アクチュエータ170が矢印171により示される方向に作動するときに矢印175により示される方向に変位する。
或いは、変位屈曲モジュール120は、図6及び図15に関連して以下で説明されるように、機構10に設けられる更なる屈曲モジュール220を介して出力構成要素243に接続される1つの構成要素141のみを有してもよい。
1つの実施形態において、1つの変位屈曲モジュール120は、2つの出力構成要素143−1,143−2を同一の動作で駆動させるために設けられてもよい。すなわち、図4aに示されるように、2つの出力構成要素143−1,143−2が矢印175により示される同じ方向に変位される。この実施形態では、変位構成要素141の出力部141−oが第2の出力構成要素143−2及び第1の出力構成要素143−1に接続されるように構成される。それを達成するために、1つの形態では、変位構成要素141の出力部141−oが第2の構成要素142に接続されてもよい。第2の構成要素142は2つの端部142−1,142−2を有し、各端部142−1,142−2は、アクチュエータが矢印171により示される方向に作動するときに各出力構成要素143−1,143−2が変位するように屈曲部153−1,153−2をそれぞれ介して出力構成要素143−1,143−2にそれぞれ接続される。
他の実施形態において、1つの変位屈曲モジュール120は、2つの出力構成要素143−1,143−2を同一でない動作で駆動させるために設けられてもよい。すなわち、図4bに示されるように、2つの出力構成要素143−1,143−2は、アクチュエータが矢印171により示される方向に作動されるときに、矢印175−1,175−2により示されるように反対方向に変位される。この実施形態において、変位構成要素141は、第1の出力構成要素143−1に接続されるように構成される第1の出力部141−o1と、第2の出力構成要素143−1に接続されるように構成される第2の出力部141−o2とを備える。第1及び第2の出力構成要素143−1,143−2の同時の反対の変位を達成するために、第1の出力部141−o1は、フレーム130に接続される支持部141−bの一方側に設けられ、一方、第2の出力部141−o2は、支持部141−bの他方側に設けられる。例示的な形態では、2つの第2の構成要素142−1,142−2がそれぞれ2つの出力部141−o1,141−o2に接続され、また、反対方向にそれぞれ変位する2つの出力構成要素143−1,143−2が屈曲部153−1,153−2をそれぞれ介して2つの第2の構成要素142−1,142−2に接続される。或いは、2つの出力部141−o1,141−o2が機構10に設けられる更なるモジュール20に接続されてもよい。
或いは、図5に示されるように、屈曲モジュール20は、力アクチュエータ270によって与えられる力を増幅するように構成される力屈曲モジュール220を備えてもよい。力屈曲モジュール220は、好ましくは、屈曲部251を介して力屈曲モジュール220のフレーム230に接続される支持部241−bと、力アクチュエータ270により作動を受けるように構成される入力部241−iと、バルブに接続されるように構成される出力部241−oとを有する力構成要素241を備える。
力屈曲モジュール220が力アクチュエータ270により与えられる力を増幅するように、入力部241−iと支持部241−bとの間の距離は、出力部241−oと支持部241−bとの間の距離よりも大きい。
例示的な形態において、力屈曲モジュール220は、フレーム230と、2つの構成要素241,242,243と、3つの屈曲部251,252,253とを備えてもよい。フレーム230、3つの構成要素241,242,243、及び、バルブ(図示せず)は、3つの屈曲部251,252,253をそれぞれ介して相互に接続される。この例示的な形態では、第1の屈曲部251が力構成要素241をフレーム230と接続する。第2の構成要素242は、力構成要素241を出力構成要素243と接続するために設けられる。第2の屈曲部252は、力構成要素241の出力部241−oを第2の構成要素242の第1の部分242−1と接続し、一方、第2の構成要素242の第2の部分242−2は第3の屈曲部253を介して出力構成要素243に接続され、出力構成要素243は、アクチュエータ270が矢印271により示される方向に作動するときに変位する。この形態では、出力構成要素243が矢印275により示される方向に変位する。
機構10が前述した変位屈曲モジュール120や力屈曲モジュール220などの2つの屈曲モジュール20を備える場合には、図6に示されるような位置合わせ屈曲モジュール420が設けられてもよく、この位置合わせ屈曲モジュール420は、第1の屈曲モジュール120の作動が第2の屈曲モジュール220の非回転動作をもたらすように屈曲部451,452を介して第1の屈曲モジュール120を第2の屈曲モジュール220と接続するべく構成される。図16は、図6の機構10の想定される作動実施形態を示す。図6及び図16では、同じ参照数字が対応部品に関して使用されている。
好ましくは、位置合わせ屈曲モジュール420は、同じ長さを有して平行に配置される2つの位置合わせ構成要素441,442を備える。2つの位置合わせ構成要素441,442の第1の端部は、屈曲部451を介して第1の屈曲モジュール120のフレーム130に接続されるのが好ましく、一方、2つの位置合わせ構成要素441,442の第2の端部も同様に屈曲部452を介して第2の屈曲モジュール220のフレーム230に接続されるのが好ましい。
図6の形態では、変位屈曲モジュール120によりもたらされる変位増幅に加えて、位置合わせ屈曲モジュール420の合成端部で必要とされるときに、力屈曲モジュール220による力増幅が行なわれてもよい。
図7に示されるように、位置合わせ屈曲モジュール420が静止位置から変位位置へ移動するときには、屈曲動作に対して垂直な僅かな寄生撓み(dp)が存在する。変位(x)のおおよそ約5−10%である寄生撓み(dp)を補償するために、補強アクチュエータ370が駆動されてもよい。寄生撓みは、以下の方程式(1)によって与えられる。
dp〜x2/2l −−−−(1)
dp〜x2/2l −−−−(1)
ここで、xは変位であり、lは、位置合わせ構成要素441,442の長さである。
図6及び図16に示される機構10において、変位屈曲モジュール120の作動は、位置合わせ屈曲モジュール420の寄生撓み(dp)を矢印471によって示される方向でもたらす。
好ましくは、機構10は、図6及び図16に示されるように補強屈曲モジュール320を更に備える。補強屈曲モジュール320は、バルブから機構10の少なくとも1つの屈曲モジュール20へ、この例では力屈曲モジュール220へ伝えられる反力に抵抗するように構成される。反力は、位置合わせ屈曲モジュール420の寄生撓み(dp)471の反対方向であるとともに力屈曲モジュール220に作用する成分を有することが予期される。したがって、補強屈曲モジュール320は、力屈曲モジュール220が反力によって望ましくなく変位されるのを防止するべく力屈曲モジュール220に対して抗力を与えるように構成される。
補強屈曲モジュール320は少なくとも1つの補強構成要素340を備えることが好ましい。補強構成要素340の第1の端部は屈曲部351を介して少なくとも1つの屈曲モジュール20のフレームに接続され、一方、補強構成要素340の第2の端部は屈曲部352を介して支持構成要素342に接続される。支持構成要素342は、補強アクチュエータ370によって作動を受けるように構成される。
図6の実施形態において、機構10は、2つの屈曲モジュール20、すなわち、変位屈曲モジュール120及び力屈曲モジュール220を備える。この実施形態において、変位屈曲モジュール120の変位構成要素141の出力部141−oは、力屈曲モジュール220のフレーム230に接続され、力屈曲モジュール220は、変位アクチュエータ170及び/又は力アクチュエータ270が矢印171,271により示される方向にそれぞれ作動されるときに(この形態では、矢印275により示される方向に)変位する出力構成要素243に接続される。出力構成要素243が変位されるときに、荷重により引き起こされる反力は、変位屈曲モジュール120に加えて補強構成要素340へ伝えられる。これは、補強モジュール320が力屈曲モジュール220のフレーム230に接続されるからである。補強アクチュエータ370の適切な作動により、補強屈曲モジュール320は、力屈曲モジュール220の望ましくない変位を防止するためにそれらの反力に抵抗することができる。
図6に示される機構10は、バルブ作動のために内燃機関で使用される場合には、出力構成要素243をバルブに接続することにより、熱遮蔽されたケーシング内で補強屈曲部を用いてサポートされる(必要に応じて)、機械的な変位と力増幅又は減少とを同時に伴って、バルブ動作を行なうことができる。機構10は、固体アクチュエータを用いて制御されることが好ましく、また、バルブからの反力に抵抗するために補強屈曲モジュール320も有しつつ、機械的な変位と力増幅又は減少とをそれぞれ行なうように構成される2つの屈曲モジュール、すなわち、変位屈曲モジュール120及び力屈曲モジュール220を備える。燃料供給圧に応じて、更なる螺旋スプリングを対抗力/荷重として機構10に取り付けることができる。さもなければ、機構10における屈曲部151,152,251,252,253,351,352が出力構成要素243(及び、したがってバルブ)をその初期位置に戻す。
したがって、図8に示されるバルブ制御のためのシステム90は、バルブ99を作動させるように構成される図6に示されるような機構10を備えてもよく、この場合、アクチュエータ170,270,370は、バルブ99に接続されるセンサ96により与えられるフィードバックを受けるコンピュータ制御システム94によって制御される電力増幅器92に接続される。電子機器92,94,96は、機構10内の異なる屈曲モジュール20を独立に動作させ、そのため、伝統的なカムシステムのように2つ以上のバルブ動作が必ずしも同期され或いはリンクされる必要がない。これは、機械的な交換を何ら必要とすることなく、適切なプログラミングと電子機器94,96とによってバルブ動作を調整するための機会を与える。
一般に、電力増幅器92は、低電圧信号を高電圧信号へと増幅することができる。各電力増幅器92は、デジタル信号コントローラ(DSC)を通じてデジタル信号コントローラから入力信号を受ける。プログラミングされたDSC又は制御カードは、通信ポートを介してコンピュータに接続されるシステムの知的部分である。バルブセンサからの位置情報又はフィードバック信号は、アナログ−デジタル変換器(ADC)を介してDSCへ供給される。バルブのリアルタイムな位置がADCを通じてDSCへ供給され、それに応じて、DSCは、電力増幅器92へ信号を送信することによってバルブ変位を処理して調整する。
前述した全ての実施形態において、使用される屈曲部は、図9に示される均一断面リーフスプリング、図10に示される不均一断面リーフスプリング、図11に示される円形の単軸屈曲部、図12に示される非円形の単一(すなわち、楕円)屈曲部、図13に示される円形の単一切り欠き屈曲部、図14に示される非円形の単一切り欠き(すなわち、楕円)屈曲部、図15に示される非対称屈曲部、及び、想起され得る任意の他の適した屈曲部形態などの1つ以上の様々なタイプのものであってもよい。
システム90は、内燃機関のための従来のカムシステムを所要のバルブ制御動作を行なう屈曲モジュール20と完全に置き換えるように設けられてもよい。このシステムは、任意の伝動媒体を介してエンジンと結合する必要性を排除し、また、このシステムは、エンジン速度とは無関係に機能する。システム90は、原動機(エンジン)の速度と同期されてもよいが、原動機又は他の屈曲モジュールとは無関係に機能してもよい。また、システム90は、他のバルブ動作とリアルタイムで同期されることが最適化のために必要とされる場合には、そのようにされてもよい。各屈曲モジュール20はスプリングのように機能する。電子機器を使用して図6,8,16に示される形態を制御することにより、一定の速度、加速度、及び/又は、可変加速度(スパイク)がバルブ作動において得られてもよい。システム90は、バルブ動作用の高能力固体アクチュエータを用いて1KHz以上の観点で高い周波数を極めて高い速度で与えることができる一方で、マイクロ秒の設定時間を達成できるように構成されることが好ましい。
機構10の好ましい製造プロセスは、ワイヤカットEDM(放電加工)を使用して、アルミニウムのモノリシックブロックとして機構10を完成することを含み、この場合、フレーム30及び構成要素40,43を形成するための機械加工は、伝統的なフライス加工プロセス及びドリル加工プロセスを使用して行なわれ、一方、小さい屈曲部50を形成するために、マイクロワイヤカットEDMを使用するマイクロ機械加工が用いられる。機構10が内燃機関で用いるために形成される場合には、機構全体が約75mm×75mm×50mmのサイズを有してもよい。複数の機構を製造するために金属の厚いブロックが使用されてもよく、また、その後、再びワイヤカットEDMを使用して、機械加工されたブロックを個々の機構に切断することができる。所望の剛性及び/又はバネ定数を与えるように各機構10の材料及び/又は厚さを選択できる。機構10の剛性は、10Kg/mmほどの低さから10,000Kg/mmまで変化し得る。機構10のために使用される材料としては、バネ鋼、アルミニウム、リン青銅、インバール、エリンバー、銅、シリコン(111)、青銅、マグネシウム、モリブデン、チタン、タングステン、鋳鉄、軟鋼、硬鋼、18/8 SS、ジュラルミン、ダイアモンド、炭化ケイ素、窒化ケイ素、アルミナ、ジルコニア、タングステンカーバイド、石英ガラス、溶融石英、ゼロデュア、グラニタン、クラウンガラスを挙げることができる。ワイヤカットEDMのほかに、三次元印刷などの他の方法を使用して機構10を製造してもよい。
機構10を内燃機関で使用すると、吸気及び排気で燃料ガスの循環を最適化して、燃料消費量、清浄排気技術、及び、性能の最適化のための動作モードを展開できるという利点を有する。伝統的なエンジンにおけるバルブリフトの周波数又は周期は、エンジンがいかに動作していようとも固定されるカムの幾何学的形状によって調整される。しかしながら、電子的に制御される屈曲モジュールシステム90は、エンジン作動の様々な段階を最適化できる。アイドリング段階中、制御されたバルブ開放は、必要な空気量を許容する。単一の吸気バルブを開放するためにシステム90を用いて達成できるバルブ制御のタイミングは、アイドリングポイントでエンジンを安定させることができるようにし、それにより、良好なレベルの運転し易さを確保しつつ、燃料消費を少なくできる。これにより、既存の排ガス再循環回路を排除できるとともに、燃料消費量を減らすことができ、また、エンジンにより生成される汚染排気物質、特に窒素酸化物を減らすことができる。
以上の明細書本文では、例示的な実施形態について説明してきたが、当業者であれば分かるように、特許請求の範囲から逸脱することなく、形態、構造、及び/又は、動作の細部において多くの変形がなされてもよい。
Claims (17)
- 変位出力をもたらすための機構であって、
少なくとも1つの屈曲モジュールを備え、前記少なくとも1つの屈曲モジュールは、
フレームと、
第1の屈曲部を介して前記フレームに接続されるとともに、少なくとも第2の屈曲部を介して前記変位出力に接続される少なくとも1つの構成要素と
を備え、
前記少なくとも1つの屈曲モジュールがモノリシック及び/又は一体であり、前記各構成要素は、前記少なくとも1つの構成要素が作動されるときに前記変位出力が変位されるように独立に作動できるべく構成される、機構。 - 前記少なくとも1つの構成要素がアクチュエータから作動を受けるように構成される請求項1に記載の機構。
- 前記少なくとも1つの構成要素は、変位アクチュエータによって与えられる変位を増幅するように構成される変位構成要素を備える請求項1又は2に記載の機構。
- 前記変位構成要素は、前記第1の屈曲部を介して前記フレームに接続される支持部と、前記変位アクチュエータによって作動を受けるように構成される入力部と、前記少なくとも第2の屈曲部を介して接続されるように構成される出力部とを備え、前記出力部と前記支持部との間の距離は、前記入力部と前記支持部との間の距離よりも大きい請求項3に記載の機構。
- 前記変位構成要素の前記出力部が第2の構成要素に接続されるように構成される請求項4に記載の機構。
- 前記変位構成要素は、第2の出力構成要素に接続されるように構成される第2の出力部を備え、前記出力部が前記支持部の一方側に設けられ、前記第2の出力部が前記支持部の他方側に設けられる請求項4に記載の機構。
- 前記少なくとも1つの構成要素は、力アクチュエータにより与えられる力を増幅するように構成される力構成要素を備える請求項1〜6のいずれか一項に記載の機構。
- 前記力構成要素は、屈曲部を介して前記フレームに接続される支持部と、前記力アクチュエータによって作動を受けるように構成される入力部と、前記少なくとも第2の屈曲部を介して接続されるように構成される出力部とを備え、前記入力部と前記支持部との間の距離は、前記出力部と前記支持部との間の距離よりも大きい請求項7に記載の機構。
- 前記少なくとも1つの構成要素は、出力構成要素から前記少なくとも1つの屈曲モジュールへ伝えられる反力に抵抗するように構成される補強構成要素を備える請求項1〜8のいずれか一項に記載の機構。
- 前記補強構成要素は、屈曲部を介して前記少なくとも1つの屈曲モジュールのフレームに接続される少なくとも1つの前記補強構成要素の第1の端部と、屈曲部を介して支持構成要素に接続される少なくとも1つの前記補強構成要素の第2の端部とを備え、前記支持構成要素が補強アクチュエータによって作動を受けるように構成される請求項9に記載の機構。
- 前記少なくとも1つの構成要素が位置合わせ構成要素を備え、前記位置合わせ構成要素が屈曲部を介して前記フレーム及び更なる構成要素に接続されるように構成され、それにより、前記更なる構成要素の作動が前記更なる構成要素の並進動作及び/又は非回転動作をもたらす請求項1〜10のいずれか一項に記載の機構。
- 位置合わせモジュールは、同じ長さを有するとともに平行に配置される2つの位置合わせ構成要素を備え、前記2つの位置合わせ構成要素の第1の端部が屈曲部を介して前記フレームに接続され、前記2つの位置合わせ構成要素の第2の端部が屈曲部を介して前記更なる構成要素に接続される請求項11に記載の機構。
- 前記屈曲部は、均一断面リーフスプリングタイプ、不均一断面リーフスプリングタイプ、円形の単軸、非円形の単軸、円形の単一切り欠き、非円形の単一切り欠き、非対称、及び、これらの任意の組み合わせから成るグループから選択される請求項1〜12のいずれか一項に記載の機構。
- 前記補強構成要素及び前記位置合わせ構成要素が全て前記フレームと前記力構成要素との間に接続され、前記力構成要素が前記変位出力に接続される請求項3に従属するときの請求項7に従属するときの請求項9に従属するときの請求項11に記載の機構。
- バルブを制御するためのシステムであって、
少なくとも1つのアクチュエータと、
制御ステムを有するバルブと、
前記アクチュエータから作動を受け、それに対応して前記制御ステムを作動させるように構成される一体及び/又は単一の屈曲モジュールと、
少なくとも1つの前記屈曲モジュールの作動が前記バルブの所定の変位をもたらすような所定の命令にしたがって前記アクチュエータに給電するように構成されるコントローラと
を備えるシステム。 - 制御信号を前記コントローラに与えるように構成される少なくとも1つのセンサを更に備える請求項15に記載のシステム。
- 前記バルブは、内燃機関における燃料流量、吸気流量、又は、排気流量を制御し、前記センサがピストン及び/又はシャフトの位置に関連する請求項16に記載のシステム。
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
PCT/SG2013/000211 WO2014189463A1 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | A mechanism for effecting a displacement output |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016524893A true JP2016524893A (ja) | 2016-08-18 |
Family
ID=51933878
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2016515317A Pending JP2016524893A (ja) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | 変位出力をもたらすための機構 |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US20160138729A1 (ja) |
JP (1) | JP2016524893A (ja) |
WO (1) | WO2014189463A1 (ja) |
Families Citing this family (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3644129A1 (fr) * | 2018-10-24 | 2020-04-29 | Patek Philippe SA Genève | Organe de guidage flexible |
US11933412B2 (en) | 2021-07-16 | 2024-03-19 | Engineered Controls International, Llc | Actuating assembly for an internal valve |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CH668643A5 (de) * | 1985-04-26 | 1989-01-13 | Mettler Instrumente Ag | Kraftmesszelle mit kapazitiver wegmessung. |
DE4228214A1 (de) * | 1991-09-27 | 1993-04-01 | Siemens Ag | Linearhebel-wegtransformator fuer den piezoelektrischen aktor eines einlassventils |
DE102004044154A1 (de) * | 2004-09-13 | 2006-03-30 | Siemens Ag | Hebelvorrichtung und Einspritzventil |
-
2013
- 2013-05-22 JP JP2016515317A patent/JP2016524893A/ja active Pending
- 2013-05-22 WO PCT/SG2013/000211 patent/WO2014189463A1/en active Application Filing
- 2013-05-22 US US14/892,936 patent/US20160138729A1/en not_active Abandoned
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20160138729A1 (en) | 2016-05-19 |
WO2014189463A1 (en) | 2014-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP1490913B1 (en) | Piezoelectric actuator for moving folded-back arms | |
US6924586B2 (en) | Uni-body piezoelectric motor | |
JP2006507784A (ja) | 電気的起動に応答して一対の対向表面を移動させる装置 | |
US7132781B2 (en) | Temperature compensating insert for a mechanically leveraged smart material actuator | |
US20100320870A1 (en) | Temperature compensating flextensional transducer | |
JP2006527346A (ja) | 気体燃料を注入するバルブ装置および方法 | |
JP2002031010A (ja) | 燃料噴射器、燃焼噴射システム及び燃料噴射器の補償方法 | |
JP2016524893A (ja) | 変位出力をもたらすための機構 | |
EP2961993B1 (en) | Piezoelectric valve based on linear actuator | |
US20070113536A1 (en) | Piezo actuator comprising means for compensating thermal length modifications and fuel injection valve comprising a piezo actuator | |
JP6810328B2 (ja) | 圧電アクチュエータおよび圧電式バルブ | |
JP2000045734A (ja) | 弁隙間補正装置を一体化したガス交換弁用電磁アクチュエ―タ | |
JP6619737B2 (ja) | ヴェルミエヒートポンプのための4プロセスサイクル | |
US9425378B2 (en) | Actuator, actuator system and actuation of an actuator | |
Zhou et al. | Analysis of a diamond-shaped mechanical amplifier for a piezo actuator | |
EP2686594B1 (en) | Improvements in servovalve actuation | |
JP4757073B2 (ja) | 燃料噴射弁 | |
JP2003510522A (ja) | 調整及び/又は遮断装置を制御するための調節装置 | |
US9376993B2 (en) | Lever device and a fuel injection valve | |
JP5748340B2 (ja) | 流体アクチュエータ | |
JP2002089398A (ja) | 燃料インジェクター及び燃料インジェクターを操作するための方法 | |
KR20120112354A (ko) | 전기기계적 모터 | |
JPS62283274A (ja) | 電歪素子を用いた弁 | |
JP4200932B2 (ja) | 内燃機関の可変動弁機構 | |
JPS61171907A (ja) | 電気液圧サ−ボ弁 |