JP3811501B2 - 油圧作動バルブ装置 - Google Patents
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Description
技術分野
本発明は、一般には内燃エンジン用のバルブ作動装置に関し、より詳しくは特定の間隔で作動装置の速度を制御する油圧手段を使用することにより、通常油圧作動バルブと組合わされる電子制御装置を大幅に簡単にする電子制御油圧作動バルブ装置に関する。
背景技術
電子油圧作動エンジンバルブは、エンジン運転条件の変化に迅速に対応して、エンジンバルブ開閉イベントのタイミングを変化させ、それにより最適化することができるので、機械作動エンジンバルブより有利である。
最近の電子油圧作動装置は、バルブが開位置又は閉位置に近づくとき初期と終期の速度を制御する先進電子制御装置を利用する。しかし、最も進んだ電子制御装置は開発の種々の段階にあり、それゆえ現在生産されている内燃エンジンには適さない。さらに、証明済みの結果ではないが、先進電子制御装置のコストと複雑さは、このような装置により得られる利益を超えることになる。
本発明は、バルブが開位置又は閉位置に近づくときバルブの速度を制御し、それにより電子制御装置がより複雑でなくてすむ油圧手段を利用する。
発明の開示
本発明の１態様では、バルブ作動装置が内燃エンジンに使用される。内燃エンジンは、シリンダーヘッド、及びシリンダーヘッド内に配置されたバルブを有する。バルブは、開位置と閉位置とを有する。バルブ作動装置は、内部にボアを有し、シリンダーヘッドに結合するアクチュエーターヘッド、及びアクチュエーターヘッドのボアに結合するようになった円筒形本体を含む。該本体は、軸方向に延びるボアを有する。プランジャーが、バルブと作動的に組合わさり、またプランジャー表面を有する。プランジャーは、シリンダーヘッドと作動的に組合わさり、プランジャー空洞を形成する。プランジャーは、一部が本体のボア内に摺動可能に配置され、第１位置と第２位置との間を動くことができる。比較的高圧の流体源と比較的低圧の流体源とが、バルブ作動装置に備えられる。プランジャーを第１位置に向かって付勢する手段が備えられる。第１手段が、高圧源からプランジャー空洞へ選択的に流体を流通させ、プランジャーを第２位置に向かって付勢し、バルブが開位置へ動くようにする。付勢手段が、プランジャーを第２位置に向かって押しつけバルブが閉位置へ動くようにするのに応じて、第２手段がプランジャー空洞から排出された流体を低圧源へ流通させる。バルブが開位置と閉位置に近づくと、油圧手段がプランジャーを減速させる。
本発明の他の態様では、内燃エンジンがシリンダーヘッド、及びシリンダーヘッド内に配置されたバルブを有する。バルブは、開位置と閉位置とを有する。内部にボアを有するアクチュエーターヘッドが、シリンダーヘッドに結合する。円筒形本体が、アクチュエーターヘッドのボアに結合する。本体は、軸方向に延びるボアを有する。プランジャーが、バルブと作動的に組合わさり、またプランジャー表面を有する。プランジャーは、シリンダーヘッドと作動的に組合わさり、プランジャー空洞を形成する。プランジャーは、一部が本体のボア内に摺動可能に配置され、第１位置と第２位置との間を動くことができる。比較的高圧の流体源と比較的低圧の流体源とが、バルブ作動装置に備えられる。プランジャーを第１位置に向かって付勢する手段が備えられる。第１手段が、高圧源からプランジャー空洞へ選択的に流体を流通させ、プランジャーを第２位置に向かって付勢し、バルブが開位置へ動くようにする。付勢手段が、プランジャーを第２位置に向かって押しつけバルブが閉位置へ動くようにするのに応じて、第２手段がプランジャー空洞から排出された流体を低圧源へ流通させる。バルブが開位置と閉位置に近づくと、油圧手段がプランジャーを減速させる。
本発明は、バルブの開閉時にプランジャーを減速する油圧手段を使用することにより、バルブの上昇と着座速度を制御する簡単な方法を提供する。本発明は、速度を制御する電子装置を複雑でなくし、それゆえ信頼性がある。
【図面の簡単な説明】
図１は、バルブ作動装置に概略図である。
図２は、バルブが閉位置にあることを示す図１のバルブ作動装置の概略部分断面図である。
図３は、バルブが開位置にあることを示す図１のバルブ作動装置の概略部分断面図である。
図４は、図３の４−４線で囲んだ部分の強調した拡大詳細図である。
図５は、バルブ作動装置のバルブ上昇曲線を示す概略図である。
発明実施のための最良の形態
内燃エンジン12用バルブ作動装置10を図１〜３に示す。エンジン12は、シリンダーヘッド14、及びシリンダーヘッド14内に往復動可能に配置された１つまたはそれ以上のエンジンバルブ16を有する。エンジンバルブ16は図１〜３に一部のみを示し、例えば一連の通常の排気又は吸気ポペットバルブであってもよい。バルブ16は、それぞれ図２に一部を示す第１閉位置と図３に一部を示す第２開位置との間を移動可能である。バルブ16は、螺旋圧縮バネ18等の好適な手段により、第１位置に向かって付勢される。内燃エンジン12は、多行程サイクル又は好適な行程サイクルエンジンであってもよい。明確にするため、エンジン12は１シリンダーのみを有するように記述されるが、バルブ作動装置は、多シリンダーエンジンでも作動するように意図している。
バルブ作動装置10内の内部部品の詳細図を図２〜３に示す。アクチュエーターヘッド20は、直径が変化し軸方向に延びるボア22を有する。さらに、図１により詳細に示すように、アクチュエーターヘッド20は、内部に低圧燃料源26と高圧燃料源28の間を選択的に連通させるレール通路24を有する。高圧燃料源28からの流体の圧力は、1500psiより大きいのが好ましく、3000psiより大きいのがさらに好ましい。低圧燃料源からの流体の圧力は、400psiより小さいのが好ましく、200psiより小さいのがさらに好ましい。円筒形本体30は、複数のＯリング32によりボア22内にシーリングして嵌め込まれ、軸方向に延びるボア36を有する。しかし、本体30をボア22内に嵌め込むのに、どのような好適な結合又はシーリング手段を使用してもよい。好適な型のブリッジ46が、アクチュエーターヘッド20の溝48内に配置され、本体30に隣接する。ブリッジ46は、本体30のボア36と軸方向に整列した所定の長さのボア50を有する。プランジャー表面58を有するプランジャー54の端部60が、ブリッジ46のボア50内にしっかり嵌め込まれ、プランジャー54の一部が他端部62で本体30のボア36内に摺動可能に配置される。プランジャー54の他端部62は、プランジャー表面58から所定の角度で広がる円錐台形64を有し、これは図４により詳細に見ることができる。プランジャー54は、ブリッジ46と一体に成形してもよく、別体でブリッジ46にプレス嵌め等で結合してもよい。プランジャー54は、バルブ16と作動的に組合わさり、第１位置と第２位置との間を動くことができる。プランジャー54の第２位置へ向かう動きにより、バルブ16が開位置へ動く。プランジャー54は、螺旋バネ18により第１位置に付勢される。ブリッジ46を使用せずにプランジャー54がエンジンバルブ16を直接作動させるように使用してもよい。このように、プランジャー54はエンジンバルブ16と一体に成形しても、別体でエンジンバルブ16に隣接して配置してもよい。
低圧流体をブリッジ46へ流通させる手段68が、端部60に近接して設けられる。流通させる手段68は、ブリッジ46内に配置された一対のオリフィス69、及びオリフィス69とブリッジ46を通りプランジャー54内へ延びる一対の結合通路70を含む。縦方向ボア74が、プランジャー54内へ所定の距離だけ延び、ブリッジ46内の結合通路70と流体接続される。オリフィス通路80が、縦方向ボア74から外方向へ延びる。プランジャー54の端部60に近接して、クロスボア84が本体30の下端部90を通って延びる。クロスボア84は、本体30とアクチュエーターヘッド20の間に形成された下側環状空洞94に結合され、そこと流体接続される。下側環状空洞94は、アクチュエーターヘッド20のレール24に結合した通路96を通って、低圧流体源26と接続される。クロスボア84は、オリフィス通路80に対して所定の位置をとる。ブリッジ46の１対の大きなボア106,107内の１対の油圧隙間調節機100,102が、それぞれ１対の保持リング108,110等の好適な手段でブリッジ46に固定される。隙間調節機100,102は、オリフィス69及び結合通路70と流体接続し、エンジンバルブ16に隣接する。しかし、隙間調節機100,102は、使用する内部の設計によってオリフィス69があってもなくてもよい。
プラグ120がアクチュエーターヘッド20に結合し、ネジ止め又はプレス嵌め等の好適な手段でボア50の上端部124にシーリングして嵌め込まれる。ボア50内のプラグ120とプランジャー表面58の間に、プランジャー空洞130が形成される。プラグ120はボア50内に嵌め込まれ、プランジャー空洞130を形成するように示されるが、シリンダーヘッド14はボア50にシーリングして嵌め込まれてもよい。それゆえ、プランジャー空洞130はシリンダーヘッド14とプランジャー表面58の間の形成される。
高圧流体源からプランジャー空洞130へ選択的に流通する第１手段140が設けられ、プランジャー54を第２位置へ向かって付勢する。第１流通手段140は、第２位置へ向かう動きの初期に、高圧流体源とプランジャー空洞130の間の第１流路148を形成する手段144を含む。手段144は、さらに第２位置へ向かう動きの終期に、高圧流体源とプランジャー空洞130の間に第２流路152を形成する。制御弁好ましくはスプール弁156が、高圧レール通路24を通って、第1,第２流路148,152へ流体を流通させる。スプール弁156は、１対の螺旋圧縮バネ（図示せず）により第１位置へ向かって付勢され、該バネ（図示せず）に抗してアクチュエーター158により第２位置へ動かされる。この実施例ではアクチュエーター158は圧電モーターであるが、アクチュエーター158はどのような好適な型でもよい。圧電モーター158は、通常のオン／オフ電圧パターンを有する制御ユニットにより駆動される。
第１流通手段の第１流路148は、本体30とアクチュエーターヘッド20の間に形成された環状室160を含む。主ポート164が、本体30内に環状室160と流体接続して形成され、また所定の直径を有する。プランジャー54と本体30の間に環状空洞168が形成され、また所定の長さと主ポート164に対して所定の位置を有する。プランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く過程の一部で、環状空洞168は主ポート164と流体接続される。プランジャー54内に通路170が配置され、一部が環状空洞168を横切り、そこと流体接続する。第１チェック弁174がプランジャー54のボア176内に着座し、内部に通路170と流体接続するオリフィス178を有する。第１チェック弁174は開位置と閉位置を有し、オリフィス178は所定の直径を有する。ストップ部材180がプランジャー54の他のボア182内に着座し、第１チェック弁174から所定の距離で配置される。ストップ部材180は、軸方向に延びるボアを有し、オリフィス178をプランジャー空洞130と流体接続し、また逃げを付けた外径を有する。第１チェック弁174内の弁174とストップ部材180の間に戻りバネ183が配置される。
第１流通手段140の第２流路152は、主ポート164の直径より小さい直径を有する制限ポート190を含む。プランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く過程の一部で、制限ポート190は環状室160を環状空洞168に流体接続する。
螺旋バネ18に応じてプランジャー空洞130から低圧流体源26へ排出される流体を選択的に流通させる第２手段200が設けられ、プランジャー54を第１位置へ向かって付勢する。第２流通手段200は、第２位置から第１位置へ向かう動きの初期に、プランジャー空洞130と低圧流体源26の間の第１流路208を形成する手段204を含む。手段144は、さらに第２位置から第１位置へ向かう動きの終期に、プランジャー空洞130と低圧流体源26の間に第２流路210を形成する。スプール弁156は、第1,第２流路208,210を通って低圧レールへ選択的に流体を流通させる。
第２流通手段200の第１流路208は、本体30のボア216内に着座する第２チェック弁214を含み、第２チェック弁214の一部が環状室160内へ延びる。第２チェック弁214は、開位置と閉位置を有する。小さな円錐形戻りバネ（図示せず）が、第２チェック弁214内に配置される。出口通路218が、本体30内の第２チェック弁214とプランジャー54の間に形成される。プランジャー54が第２位置と第１位置の間を動く一部で、第２チェック弁が開位置にあるとき、出口通路218はプランジャー空洞130と環状室160を流体接続する。
第２流通手段200の第２流路210は、プランジャー54が第２位置と第１位置の間を動く過程の一部で、低圧源26に流体接続されるオリフィス178を含む。
バルブ16が開位置に近づくときプランジャー54を減速する第１油圧手段230が設けられる。第１油圧手段230は、プランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く過程の一部で、高圧流体源28から主ポート164を通り環状空洞168への流体接続を制限すること、及びプランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く別のとき、高圧流体源28から主ポート164を通り環状空洞168への流体接続をブロックすることを含む。バルブ16が閉位置へ近づくとプランジャー54を減速する第２油圧手段240が設けられる。第２油圧手段240は、円錐台形のプランジャー54の端部62を含み、該端部がプランジャー空洞168から出口通路218を通って低圧流体源26への流体接続を制限し、プランジャー空洞168から出口通路218を通って低圧流体源26への流体接続をブロックする。
産業上の利用可能性
よりよく理解するため、次の順番はプランジャー54が第１位置で、それゆえバルブが閉（即ち着座）位置で始まる。図１を参照すると、バルブを開く順番を開始するには、制御ユニットからの電圧が圧電モーター158へ送られ、それが次にスプール弁156を公知の方法で第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２へ駆動する。スプール弁156の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２への移動が、低圧流体源26とプランジャー空洞130の間の連通を閉じ、高圧流体源28とプランジャー空洞130の間の連通を開く。
図２をより詳しく参照すると、プランジャー54の第１位置から第２位置への移動の初期部分で、高圧流体源28からの高圧流体は、第１流路148を通ってプランジャー空洞130へ流通する。高圧流体が、第１チェック弁174をシートから離し、高圧流体の大部分がストップ部材180の逃げを付けた外径を通って高速で第１チェック弁174の周りからプランジャー空洞130へ入るようにする。
プランジャー空洞130が高圧流体で満たされると、プランジャー54が急速に下方へ動き、バネ18の力に抗してバルブ16を開く。プランジャー54が下方へ動くと、主ポート164に対する環状空洞168の位置は一定に変化する。環状空洞168の下方への動きが、環状空洞168と制限ポート190の間を流体接続し、それにより高圧流体が第1,第２流路148,152の両方を通ってプランジャー空洞130へ入ることができるようにする。
図３に示すように、プランジャーの動きの終期に環状空洞168が主ポート164を過ぎて動くと、プランジャー54の外周部により流体接続は制限され、最終的にブロックされ、高圧流体源28とプランジャー空洞130の間の流体接続は、制限ポート190を通るものだけとなる。制限ポート190の直径は主ポート174より小さいので、プランジャー54の下方への動きはおそくなり、それによりバルブ16は全開位置に到達するときに減速される。
環状空洞168が制限ポート190を過ぎて動くと、プランジャー54の外周部により流体接続は制限され、最終的にブロックされ、それによりプランジャー54がバルブ16を最大上昇位置に保持することができるようにする。装置内で漏れが起こると、プランジャー54は上方へ動き、制限ポート190を少し再度開き、それゆえプランジャー空洞130を再び満たし、プランジャー54を下方へ戻す。次に、プランジャー54の小さい動きが制限ポート190を開閉することにより、バルブ16の開位置が最大上昇位置の近くに固定される。このとき、第１チェック弁174の戻りバネ183が、弁174をそのシートへ戻す。制限ポート190は特定の設計に限る必要はなく、そうすると大きな直径のプランジャー54又は力の強いバネ18を使用する等で、プランジャー54を最大上昇で急速に停止することができる。
再び図１を参照すると、バルブを閉じる順番を開始するには、制御ユニットからの電圧が圧電モーター158から取り除かれ、それが次にスプール弁156を公知の方法で第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１へ戻ることができるようにする。スプール弁156の第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１への移動が、高圧流体源28とプランジャー空洞130の間の連通を閉じ、低圧流体源26とプランジャー空洞130の間の連通を開く。この段階で、バネ18の位置エネルギーはエンジンバルブ16を上方へ動かす運動エネルギーに変わる。
図３をより詳しく参照すると、そのとき低圧流体は環状室160内にあるので、プランジャー空洞130内の高圧流体が、第２チェック弁214をシートから離す。第２チェック弁214がシートから離れると、プランジャー空洞130内の大部分の流体は第１流路208を通って低圧流体源26へ戻ることができる。プランジャーの第２位置から第１位置への動きの終期に、オリフィス178が環状室160と流通するので、プランジャー空洞130内の一部の流体は第２流路を通って低圧流体源26へ戻ることができる。
プランジャー54の円錐台形の端部62が出口通路218を過ぎて動くと、低圧流体26への流体接続は次第に制限され、最終的にブロックされ、バルブ16は全閉位置即ち着座位置に到達するときに減速される。図２に示すように、いったん出口通路218が完全にブロックされると、プランジャー空洞130から低圧流体室26への流体接続は、オリフィス178を通るものだけとなる。第１チェック弁174は着座しているので、流体接続はオリフィス178を通ってのみ起こり、実質的に第１チェック弁174の周りにさらに流体接続しないようにする。それゆえ、オリフィス178の直径が小さい方が、最終着座速度はよりよく制御される。
さらに、スプール弁156がＰ１位置にあり低圧流体源26と結合されると、流体はオリフィス69を通って油圧調節機100,102へ流通する。オリフィス69は通路70と連通し、隙間調節機100,102に許される最大圧力を制御する。しかし、スプール弁156がＰ２位置に動くと、プランジャー54は下方へ動き、オリフィス通路80がクロスボア84を過ぎて動き、低圧流体源26から調節機100,102への流体接続を次第に制限し、最終的にブロックする。
図５は、本発明の設計に関する最適なバルブ上昇曲線を示す。点Ａは、スプール弁156をＰ１からＰ２へ動かすスプール弁156への初期の制御信号に関する。点Ｂでは、第１チェック弁174がシートから離れ、その結果バルブ16が急速に開く。点Ｃで、主ポート164をブロックする。曲線Ｄは、制限ポート190を通ってプランジャー空洞130への流体接続を制限することに関する。点Ｅで、制限ポート190をブロックする。線Ｆは、最大バルブ上昇量に関する。点Ｇは、スプール弁156をＰ２からＰ１へ動かすスプール弁156への終期の制御信号に関する。点Ｈは、第２チェック弁214を通る急速な放出に関する。曲線ＩとＪは、プランジャー54の円錐台形端部62が、プランジャー空洞130から出口通路218を通る流体接続を制限することに関する。点Ｋは、プランジャー空洞130から出口通路218を通る流体接続を制限し、プランジャー空洞130から低圧流体源26への流体接続はオリフィス178を通るもののみとなるようにして達成される微妙な速度制御に関する。
上述のことから、バルブの開閉時にプランジャー速度を減速するため油圧手段を使用することにより、バルブの上昇とバルブの着座を制御する簡単な方法を与える。本発明は、速度を制御するのに高価な又は複雑な電子装置に頼らず、そのためより信頼性が高い。
本発明は、一般には内燃エンジン用のバルブ作動装置に関し、より詳しくは特定の間隔で作動装置の速度を制御する油圧手段を使用することにより、通常油圧作動バルブと組合わされる電子制御装置を大幅に簡単にする電子制御油圧作動バルブ装置に関する。
背景技術
電子油圧作動エンジンバルブは、エンジン運転条件の変化に迅速に対応して、エンジンバルブ開閉イベントのタイミングを変化させ、それにより最適化することができるので、機械作動エンジンバルブより有利である。
最近の電子油圧作動装置は、バルブが開位置又は閉位置に近づくとき初期と終期の速度を制御する先進電子制御装置を利用する。しかし、最も進んだ電子制御装置は開発の種々の段階にあり、それゆえ現在生産されている内燃エンジンには適さない。さらに、証明済みの結果ではないが、先進電子制御装置のコストと複雑さは、このような装置により得られる利益を超えることになる。
本発明は、バルブが開位置又は閉位置に近づくときバルブの速度を制御し、それにより電子制御装置がより複雑でなくてすむ油圧手段を利用する。
発明の開示
本発明の１態様では、バルブ作動装置が内燃エンジンに使用される。内燃エンジンは、シリンダーヘッド、及びシリンダーヘッド内に配置されたバルブを有する。バルブは、開位置と閉位置とを有する。バルブ作動装置は、内部にボアを有し、シリンダーヘッドに結合するアクチュエーターヘッド、及びアクチュエーターヘッドのボアに結合するようになった円筒形本体を含む。該本体は、軸方向に延びるボアを有する。プランジャーが、バルブと作動的に組合わさり、またプランジャー表面を有する。プランジャーは、シリンダーヘッドと作動的に組合わさり、プランジャー空洞を形成する。プランジャーは、一部が本体のボア内に摺動可能に配置され、第１位置と第２位置との間を動くことができる。比較的高圧の流体源と比較的低圧の流体源とが、バルブ作動装置に備えられる。プランジャーを第１位置に向かって付勢する手段が備えられる。第１手段が、高圧源からプランジャー空洞へ選択的に流体を流通させ、プランジャーを第２位置に向かって付勢し、バルブが開位置へ動くようにする。付勢手段が、プランジャーを第２位置に向かって押しつけバルブが閉位置へ動くようにするのに応じて、第２手段がプランジャー空洞から排出された流体を低圧源へ流通させる。バルブが開位置と閉位置に近づくと、油圧手段がプランジャーを減速させる。
本発明の他の態様では、内燃エンジンがシリンダーヘッド、及びシリンダーヘッド内に配置されたバルブを有する。バルブは、開位置と閉位置とを有する。内部にボアを有するアクチュエーターヘッドが、シリンダーヘッドに結合する。円筒形本体が、アクチュエーターヘッドのボアに結合する。本体は、軸方向に延びるボアを有する。プランジャーが、バルブと作動的に組合わさり、またプランジャー表面を有する。プランジャーは、シリンダーヘッドと作動的に組合わさり、プランジャー空洞を形成する。プランジャーは、一部が本体のボア内に摺動可能に配置され、第１位置と第２位置との間を動くことができる。比較的高圧の流体源と比較的低圧の流体源とが、バルブ作動装置に備えられる。プランジャーを第１位置に向かって付勢する手段が備えられる。第１手段が、高圧源からプランジャー空洞へ選択的に流体を流通させ、プランジャーを第２位置に向かって付勢し、バルブが開位置へ動くようにする。付勢手段が、プランジャーを第２位置に向かって押しつけバルブが閉位置へ動くようにするのに応じて、第２手段がプランジャー空洞から排出された流体を低圧源へ流通させる。バルブが開位置と閉位置に近づくと、油圧手段がプランジャーを減速させる。
本発明は、バルブの開閉時にプランジャーを減速する油圧手段を使用することにより、バルブの上昇と着座速度を制御する簡単な方法を提供する。本発明は、速度を制御する電子装置を複雑でなくし、それゆえ信頼性がある。
【図面の簡単な説明】
図１は、バルブ作動装置に概略図である。
図２は、バルブが閉位置にあることを示す図１のバルブ作動装置の概略部分断面図である。
図３は、バルブが開位置にあることを示す図１のバルブ作動装置の概略部分断面図である。
図４は、図３の４−４線で囲んだ部分の強調した拡大詳細図である。
図５は、バルブ作動装置のバルブ上昇曲線を示す概略図である。
発明実施のための最良の形態
内燃エンジン12用バルブ作動装置10を図１〜３に示す。エンジン12は、シリンダーヘッド14、及びシリンダーヘッド14内に往復動可能に配置された１つまたはそれ以上のエンジンバルブ16を有する。エンジンバルブ16は図１〜３に一部のみを示し、例えば一連の通常の排気又は吸気ポペットバルブであってもよい。バルブ16は、それぞれ図２に一部を示す第１閉位置と図３に一部を示す第２開位置との間を移動可能である。バルブ16は、螺旋圧縮バネ18等の好適な手段により、第１位置に向かって付勢される。内燃エンジン12は、多行程サイクル又は好適な行程サイクルエンジンであってもよい。明確にするため、エンジン12は１シリンダーのみを有するように記述されるが、バルブ作動装置は、多シリンダーエンジンでも作動するように意図している。
バルブ作動装置10内の内部部品の詳細図を図２〜３に示す。アクチュエーターヘッド20は、直径が変化し軸方向に延びるボア22を有する。さらに、図１により詳細に示すように、アクチュエーターヘッド20は、内部に低圧燃料源26と高圧燃料源28の間を選択的に連通させるレール通路24を有する。高圧燃料源28からの流体の圧力は、1500psiより大きいのが好ましく、3000psiより大きいのがさらに好ましい。低圧燃料源からの流体の圧力は、400psiより小さいのが好ましく、200psiより小さいのがさらに好ましい。円筒形本体30は、複数のＯリング32によりボア22内にシーリングして嵌め込まれ、軸方向に延びるボア36を有する。しかし、本体30をボア22内に嵌め込むのに、どのような好適な結合又はシーリング手段を使用してもよい。好適な型のブリッジ46が、アクチュエーターヘッド20の溝48内に配置され、本体30に隣接する。ブリッジ46は、本体30のボア36と軸方向に整列した所定の長さのボア50を有する。プランジャー表面58を有するプランジャー54の端部60が、ブリッジ46のボア50内にしっかり嵌め込まれ、プランジャー54の一部が他端部62で本体30のボア36内に摺動可能に配置される。プランジャー54の他端部62は、プランジャー表面58から所定の角度で広がる円錐台形64を有し、これは図４により詳細に見ることができる。プランジャー54は、ブリッジ46と一体に成形してもよく、別体でブリッジ46にプレス嵌め等で結合してもよい。プランジャー54は、バルブ16と作動的に組合わさり、第１位置と第２位置との間を動くことができる。プランジャー54の第２位置へ向かう動きにより、バルブ16が開位置へ動く。プランジャー54は、螺旋バネ18により第１位置に付勢される。ブリッジ46を使用せずにプランジャー54がエンジンバルブ16を直接作動させるように使用してもよい。このように、プランジャー54はエンジンバルブ16と一体に成形しても、別体でエンジンバルブ16に隣接して配置してもよい。
低圧流体をブリッジ46へ流通させる手段68が、端部60に近接して設けられる。流通させる手段68は、ブリッジ46内に配置された一対のオリフィス69、及びオリフィス69とブリッジ46を通りプランジャー54内へ延びる一対の結合通路70を含む。縦方向ボア74が、プランジャー54内へ所定の距離だけ延び、ブリッジ46内の結合通路70と流体接続される。オリフィス通路80が、縦方向ボア74から外方向へ延びる。プランジャー54の端部60に近接して、クロスボア84が本体30の下端部90を通って延びる。クロスボア84は、本体30とアクチュエーターヘッド20の間に形成された下側環状空洞94に結合され、そこと流体接続される。下側環状空洞94は、アクチュエーターヘッド20のレール24に結合した通路96を通って、低圧流体源26と接続される。クロスボア84は、オリフィス通路80に対して所定の位置をとる。ブリッジ46の１対の大きなボア106,107内の１対の油圧隙間調節機100,102が、それぞれ１対の保持リング108,110等の好適な手段でブリッジ46に固定される。隙間調節機100,102は、オリフィス69及び結合通路70と流体接続し、エンジンバルブ16に隣接する。しかし、隙間調節機100,102は、使用する内部の設計によってオリフィス69があってもなくてもよい。
プラグ120がアクチュエーターヘッド20に結合し、ネジ止め又はプレス嵌め等の好適な手段でボア50の上端部124にシーリングして嵌め込まれる。ボア50内のプラグ120とプランジャー表面58の間に、プランジャー空洞130が形成される。プラグ120はボア50内に嵌め込まれ、プランジャー空洞130を形成するように示されるが、シリンダーヘッド14はボア50にシーリングして嵌め込まれてもよい。それゆえ、プランジャー空洞130はシリンダーヘッド14とプランジャー表面58の間の形成される。
高圧流体源からプランジャー空洞130へ選択的に流通する第１手段140が設けられ、プランジャー54を第２位置へ向かって付勢する。第１流通手段140は、第２位置へ向かう動きの初期に、高圧流体源とプランジャー空洞130の間の第１流路148を形成する手段144を含む。手段144は、さらに第２位置へ向かう動きの終期に、高圧流体源とプランジャー空洞130の間に第２流路152を形成する。制御弁好ましくはスプール弁156が、高圧レール通路24を通って、第1,第２流路148,152へ流体を流通させる。スプール弁156は、１対の螺旋圧縮バネ（図示せず）により第１位置へ向かって付勢され、該バネ（図示せず）に抗してアクチュエーター158により第２位置へ動かされる。この実施例ではアクチュエーター158は圧電モーターであるが、アクチュエーター158はどのような好適な型でもよい。圧電モーター158は、通常のオン／オフ電圧パターンを有する制御ユニットにより駆動される。
第１流通手段の第１流路148は、本体30とアクチュエーターヘッド20の間に形成された環状室160を含む。主ポート164が、本体30内に環状室160と流体接続して形成され、また所定の直径を有する。プランジャー54と本体30の間に環状空洞168が形成され、また所定の長さと主ポート164に対して所定の位置を有する。プランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く過程の一部で、環状空洞168は主ポート164と流体接続される。プランジャー54内に通路170が配置され、一部が環状空洞168を横切り、そこと流体接続する。第１チェック弁174がプランジャー54のボア176内に着座し、内部に通路170と流体接続するオリフィス178を有する。第１チェック弁174は開位置と閉位置を有し、オリフィス178は所定の直径を有する。ストップ部材180がプランジャー54の他のボア182内に着座し、第１チェック弁174から所定の距離で配置される。ストップ部材180は、軸方向に延びるボアを有し、オリフィス178をプランジャー空洞130と流体接続し、また逃げを付けた外径を有する。第１チェック弁174内の弁174とストップ部材180の間に戻りバネ183が配置される。
第１流通手段140の第２流路152は、主ポート164の直径より小さい直径を有する制限ポート190を含む。プランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く過程の一部で、制限ポート190は環状室160を環状空洞168に流体接続する。
螺旋バネ18に応じてプランジャー空洞130から低圧流体源26へ排出される流体を選択的に流通させる第２手段200が設けられ、プランジャー54を第１位置へ向かって付勢する。第２流通手段200は、第２位置から第１位置へ向かう動きの初期に、プランジャー空洞130と低圧流体源26の間の第１流路208を形成する手段204を含む。手段144は、さらに第２位置から第１位置へ向かう動きの終期に、プランジャー空洞130と低圧流体源26の間に第２流路210を形成する。スプール弁156は、第1,第２流路208,210を通って低圧レールへ選択的に流体を流通させる。
第２流通手段200の第１流路208は、本体30のボア216内に着座する第２チェック弁214を含み、第２チェック弁214の一部が環状室160内へ延びる。第２チェック弁214は、開位置と閉位置を有する。小さな円錐形戻りバネ（図示せず）が、第２チェック弁214内に配置される。出口通路218が、本体30内の第２チェック弁214とプランジャー54の間に形成される。プランジャー54が第２位置と第１位置の間を動く一部で、第２チェック弁が開位置にあるとき、出口通路218はプランジャー空洞130と環状室160を流体接続する。
第２流通手段200の第２流路210は、プランジャー54が第２位置と第１位置の間を動く過程の一部で、低圧源26に流体接続されるオリフィス178を含む。
バルブ16が開位置に近づくときプランジャー54を減速する第１油圧手段230が設けられる。第１油圧手段230は、プランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く過程の一部で、高圧流体源28から主ポート164を通り環状空洞168への流体接続を制限すること、及びプランジャー54が第１位置と第２位置の間を動く別のとき、高圧流体源28から主ポート164を通り環状空洞168への流体接続をブロックすることを含む。バルブ16が閉位置へ近づくとプランジャー54を減速する第２油圧手段240が設けられる。第２油圧手段240は、円錐台形のプランジャー54の端部62を含み、該端部がプランジャー空洞168から出口通路218を通って低圧流体源26への流体接続を制限し、プランジャー空洞168から出口通路218を通って低圧流体源26への流体接続をブロックする。
産業上の利用可能性
よりよく理解するため、次の順番はプランジャー54が第１位置で、それゆえバルブが閉（即ち着座）位置で始まる。図１を参照すると、バルブを開く順番を開始するには、制御ユニットからの電圧が圧電モーター158へ送られ、それが次にスプール弁156を公知の方法で第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２へ駆動する。スプール弁156の第１位置Ｐ１から第２位置Ｐ２への移動が、低圧流体源26とプランジャー空洞130の間の連通を閉じ、高圧流体源28とプランジャー空洞130の間の連通を開く。
図２をより詳しく参照すると、プランジャー54の第１位置から第２位置への移動の初期部分で、高圧流体源28からの高圧流体は、第１流路148を通ってプランジャー空洞130へ流通する。高圧流体が、第１チェック弁174をシートから離し、高圧流体の大部分がストップ部材180の逃げを付けた外径を通って高速で第１チェック弁174の周りからプランジャー空洞130へ入るようにする。
プランジャー空洞130が高圧流体で満たされると、プランジャー54が急速に下方へ動き、バネ18の力に抗してバルブ16を開く。プランジャー54が下方へ動くと、主ポート164に対する環状空洞168の位置は一定に変化する。環状空洞168の下方への動きが、環状空洞168と制限ポート190の間を流体接続し、それにより高圧流体が第1,第２流路148,152の両方を通ってプランジャー空洞130へ入ることができるようにする。
図３に示すように、プランジャーの動きの終期に環状空洞168が主ポート164を過ぎて動くと、プランジャー54の外周部により流体接続は制限され、最終的にブロックされ、高圧流体源28とプランジャー空洞130の間の流体接続は、制限ポート190を通るものだけとなる。制限ポート190の直径は主ポート174より小さいので、プランジャー54の下方への動きはおそくなり、それによりバルブ16は全開位置に到達するときに減速される。
環状空洞168が制限ポート190を過ぎて動くと、プランジャー54の外周部により流体接続は制限され、最終的にブロックされ、それによりプランジャー54がバルブ16を最大上昇位置に保持することができるようにする。装置内で漏れが起こると、プランジャー54は上方へ動き、制限ポート190を少し再度開き、それゆえプランジャー空洞130を再び満たし、プランジャー54を下方へ戻す。次に、プランジャー54の小さい動きが制限ポート190を開閉することにより、バルブ16の開位置が最大上昇位置の近くに固定される。このとき、第１チェック弁174の戻りバネ183が、弁174をそのシートへ戻す。制限ポート190は特定の設計に限る必要はなく、そうすると大きな直径のプランジャー54又は力の強いバネ18を使用する等で、プランジャー54を最大上昇で急速に停止することができる。
再び図１を参照すると、バルブを閉じる順番を開始するには、制御ユニットからの電圧が圧電モーター158から取り除かれ、それが次にスプール弁156を公知の方法で第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１へ戻ることができるようにする。スプール弁156の第２位置Ｐ２から第１位置Ｐ１への移動が、高圧流体源28とプランジャー空洞130の間の連通を閉じ、低圧流体源26とプランジャー空洞130の間の連通を開く。この段階で、バネ18の位置エネルギーはエンジンバルブ16を上方へ動かす運動エネルギーに変わる。
図３をより詳しく参照すると、そのとき低圧流体は環状室160内にあるので、プランジャー空洞130内の高圧流体が、第２チェック弁214をシートから離す。第２チェック弁214がシートから離れると、プランジャー空洞130内の大部分の流体は第１流路208を通って低圧流体源26へ戻ることができる。プランジャーの第２位置から第１位置への動きの終期に、オリフィス178が環状室160と流通するので、プランジャー空洞130内の一部の流体は第２流路を通って低圧流体源26へ戻ることができる。
プランジャー54の円錐台形の端部62が出口通路218を過ぎて動くと、低圧流体26への流体接続は次第に制限され、最終的にブロックされ、バルブ16は全閉位置即ち着座位置に到達するときに減速される。図２に示すように、いったん出口通路218が完全にブロックされると、プランジャー空洞130から低圧流体室26への流体接続は、オリフィス178を通るものだけとなる。第１チェック弁174は着座しているので、流体接続はオリフィス178を通ってのみ起こり、実質的に第１チェック弁174の周りにさらに流体接続しないようにする。それゆえ、オリフィス178の直径が小さい方が、最終着座速度はよりよく制御される。
さらに、スプール弁156がＰ１位置にあり低圧流体源26と結合されると、流体はオリフィス69を通って油圧調節機100,102へ流通する。オリフィス69は通路70と連通し、隙間調節機100,102に許される最大圧力を制御する。しかし、スプール弁156がＰ２位置に動くと、プランジャー54は下方へ動き、オリフィス通路80がクロスボア84を過ぎて動き、低圧流体源26から調節機100,102への流体接続を次第に制限し、最終的にブロックする。
図５は、本発明の設計に関する最適なバルブ上昇曲線を示す。点Ａは、スプール弁156をＰ１からＰ２へ動かすスプール弁156への初期の制御信号に関する。点Ｂでは、第１チェック弁174がシートから離れ、その結果バルブ16が急速に開く。点Ｃで、主ポート164をブロックする。曲線Ｄは、制限ポート190を通ってプランジャー空洞130への流体接続を制限することに関する。点Ｅで、制限ポート190をブロックする。線Ｆは、最大バルブ上昇量に関する。点Ｇは、スプール弁156をＰ２からＰ１へ動かすスプール弁156への終期の制御信号に関する。点Ｈは、第２チェック弁214を通る急速な放出に関する。曲線ＩとＪは、プランジャー54の円錐台形端部62が、プランジャー空洞130から出口通路218を通る流体接続を制限することに関する。点Ｋは、プランジャー空洞130から出口通路218を通る流体接続を制限し、プランジャー空洞130から低圧流体源26への流体接続はオリフィス178を通るもののみとなるようにして達成される微妙な速度制御に関する。
上述のことから、バルブの開閉時にプランジャー速度を減速するため油圧手段を使用することにより、バルブの上昇とバルブの着座を制御する簡単な方法を与える。本発明は、速度を制御するのに高価な又は複雑な電子装置に頼らず、そのためより信頼性が高い。
Claims (15)
- シリンダーヘッド(14)、及び前記シリンダーヘッド(14)内に配置され開位置と閉位置を有するバルブ(16)を有する内燃エンジン(12)に使用する電子制御式バルブ作動装置(10)において、
前記シリンダーヘッド(14)に結合し、ボア(22)を内部に有するアクチュエーターヘッド(20)と、
前記アクチュエーターヘッド(20)の前記ボア(22)内に結合するようになっており、軸方向に延びるボア(36)を有する円筒形本体(30)と、
前記バルブ(16)と作動的に組合わさり、プランジャー表面(58)を有する端部(62)を有し、一部が前記本体(30)の前記ボア(36)内に摺動可能に配置され、第１プランジャ位置と第２プランジャ位置の間を動くことができるプランジャー(54)と、
前記円筒形本体(30)と前記プランジャー表面(58)とによって前記ボア(36)内に形成されたプランジャー空洞(130)と、
比較的高圧の流体源（28)と、
比較的低圧の流体源(26)と、
前記プランジャー(54)を前記第１プランジャ位置へ向かって付勢する付勢手段(18)と、
前記比較的低圧の流体源(26)に連通される第１弁位置（P1)と、前記比較的高圧の流体源(28)に連通される第２弁位置(P2)とに切り換えられる電子制御弁手段（156,158)と、
前記バルブ(16)が前記開位置へ動かされるようにするため、前記電子制御弁手段(156,158)が前記第２弁位置(P2)に切り換えられたとき、前記プランジャー(54)を前記第２プランジャ位置へ向かって付勢するように、前記高圧流体源(28)から前記プランジャー空洞(130)内へ流体を選択的に流通させる第１流通手段(140)と、
前記バルブ(16)が前記閉位置へ動かされるようにするため、前記電子制御弁手段(156,158)が前記第１弁位置(P1)に切り換えられたとき、前記付勢手段(18)による前記プランジャー(54)を前記第１プランジャ位置へ向ける付勢力のもとで前記プランジャー空洞(130)から排出される流体を前記低圧流体源(26)へ選択的に流通させる第２流通手段(200)と、
前記バルブ(16)が前記閉位置へ近づくとき、前記プランジャー(54)を減速させる油圧手段(240)と、を備え、
前記第２流通手段(200)は、前記第１プランジャ位置へ向かう前記プランジャー(56)の動きの初期に前記プランジャー空洞(130)と前記低圧流体源(26)の間に形成される第１流路(208)と、前記第１プランジャ位置へ向かう前記プランジャー(56)の動きの終期に前記プランジャー空洞(130)と前記低圧流体源(26)の間に形成される第２流路(210)とを含み、
前記油圧手段(240)は、前記バルブ(16)が前記閉位置へ近づくとき、まず、前記プランジャー空洞(130)から前記第１流路(208)を介した前記低圧流体源(26)への流体接続を制限して前記プランジャー(54)を減速させ、次いで、ブロックして前記第２流路(210)のみ流体接続されるようにして前記プランジャー(54)を減速させることを特徴とするバルブ作動装置(10)。 - 前記第２流通手段(200)の前記第１流路(208)は、前記本体(30)内に形成され前記プランジャー(54)の動きにより開閉される出口通路(218)を含み、前記プランジャー空洞(130)から前記第１流路(208)を介した前記低圧流体源(26)への流体接続の制限及びブロックは、前記出口通路(218)の開閉により行われる請求項１に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記プランジャー(54)の前記端部(62)は、円錐台形(64)を有し、前記プランジャー空洞(130)から前記第１流路(208)を介した前記低圧流体源(26)への流体接続の制限及びブロックは、前記円錐台形(64)を有する端部(62)が前記出口通路(218)を過ぎて動いて前記出口通路(218)を開閉することにより行われる請求項２に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第２流通手段(200)の前記第２流路(210)は、前記プランジャー(54)のボア(176)内に着座した第１チェック弁(174)、及び、前記第１チェック弁(174)の内部に形成され前記通路(170)と流体接続するオリフィス(178)を含み、前記第１チェック弁(174)は、前記プランジャー空洞(130)へ向かう方向の流体の流れをほぼ制限しない開位置と、その反対方向への流体の流れをほぼ制限する閉位置を有する請求項３に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第２流通手段(200)の前記第１流路(208)は、前記アクチュエーターヘッド(20)と前記本体(30)の間に形成された環状室(160)、及び、前記本体(30)内に配置され前記環状室(160)の一部に着座する第２チェック弁(214)を含み、前記第２チェック弁(214)は、前記環状室(160)が前記低圧流体源(26)へ流体接続されているときに開閉可能となっている請求項４に記載のバルブ作動装置(10)。
- さらに、前記バルブ(16)が前記開位置へ近づくとき前記プランジャー(54)を減速させる油圧手段(230)を備え、
前記第１流通手段(140)は、前記第２プランジャ位置へ向かう前記プランジャー(56)の動きの初期に前記高圧流体源(28)と前記プランジャー空洞(130)の間に形成される第１流路(148)と、前記第２プランジャ位置へ向かう前記プランジャー(56)の動きの終期に前記高圧流体源(28)と前記プランジャー空洞(130)の間に形成される第２流路(152)とを含み、
前記油圧手段(230)は、前記バルブ(16)が前記開位置へ近づくとき、まず、前記高圧流体源(28)から前記第１流路(148)を介した前記プランジャー空洞(130)への流体接続を制限して前記プランジャー(54)を減速させ、次いで、ブロックして前記第２流路(152)のみ流体接続されるようにして前記プランジャー(54)を減速させる請求項１乃至５のいずれか１項に記載のバルブ作動装置(10)。 - 前記油圧手段(230)は、前記バルブ(16)が前記開位置へ近づくとき、前記第１流路(148)を介した流体接続をブロックした後、前記高圧流体源(28)から前記第２流路(152)を介した前記プランジャー空洞(130)への流体接続を制限して前記プランジャー(54)を減速させ、次いで、ブロックして前記バルブ(16)が最大開位置に到達されるようにする請求項６記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第１流路(148)は、前記本体(30)内に形成され前記プランジャー(54)の動きにより開閉される主ポート(164)を含み、前記高圧流体源(28)から前記第１流路(148)を介した前記プランジャー空洞(130)への流体接続の制限及びブロックは、前記主ポート(164)の開閉により行われる請求項６に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第２流路(152)は、前記本体(30)内に形成され前記プランジャー(54)の動きにより開閉される制限ポート(190)を含み、前記高圧流体源(28)から前記第２流路(152)を介した前記プランジャー空洞(130)への流体接続の制限及びブロックは、前記制限ポート(190)の開閉により行われる請求項７に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第１流路(148)は、前記アクチュエーターヘッド(20)と前記本体(30)の間に形成された環状室(160)を含み、上記主ポート(164)は、前記環状室(160)と流体接続する請求項８に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第１流路(148)は、前記プランジャー(54)と前記本体(30)の間に形成された環状空洞(168)を含み、前記環状空洞(168)は、前記プランジャー(54)が前記第１プランジャ位置と前記第２プランジャ位置の間を動く過程の一部で前記主ポート(164)を開くように前記主ポート(164)に対して所定の位置で所定の長さで延びる請求項１０に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第１流路(148)は、前記プランジャー(54)内に形成された通路(170)を含み、前記通路(170)は、前記環状空洞(168)と流体接続する請求項１１に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第１流路(148)は、前記プランジャー(54)のボア(176)内に着座した第１チェック弁(174)、及び、前記第１チェック弁(174)の内部に形成され前記通路(170)と流体接続するオリフィス(178)を含み、前記第１チェック弁(174)は、前記プランジャー空洞(130)へ向かう方向の流体の流れをほぼ制限しない開位置と、その反対方向への流体の流れをほぼ制限する閉位置を有する請求項１２に記載のバルブ作動装置(10)。
- 前記第１流通手段(140)の前記第１流路(148)は、前記第１チェック弁(174)から所定の距離に配置されたストップ部材(180)を含み、前記ストップ部材(180)は、前記第１チェック弁(174)の前記オリフィス(178)を前記プランジャー空洞(130)と流体接続させる軸方向に延びるボア(184)を含む請求項１３に記載のバルブ作動装置(10)。
- 請求項１乃至１４のいずれか１項に記載のバルブ作動装置(10)を備えた内燃エンジン(12)。
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