JPH02236008A - 空気圧式アクチュエータ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、一般的には二位置直線運動アクチュエータに
関し、特に、空気エネルギによってピストンを駆動して
二位置間での移動時間を短縮することのできる連動型ア
クチュエー夕に係るものである。本発明においては、一
対の制御バルブによりピストンに対する高圧空気の流入
を制御すると共に永久磁石により当該制御バルブを、コ
イルが励磁されて永久磁石による保持力を中立化するこ
とにより一方のバルブが開放ざれるまで、それぞれの閉
止位置に保持する。蓄積された高圧空気によりピストン
を一方の位置から他方の位置まで栄、速に加速する。一
方の位置から他方の位置までのピストンの移動により、
加速用空気圧が加えられるピストン面とは反対側のピス
トン面に隣接する空気を閉じ込めてピストンの移動が終
端近くになる際にピストンの反対側面に空気圧を発生さ
せてピストンの移動速度を低下させる。圧力源の圧力よ
り高い圧力のトラップ空気を調整可能のリードバルブに
より圧力源に戻してピストンの運動エネルギの一部を回
復する。ピストン移動の追加的な制動、並びにピストン
の運動エネルギの一部の回復を達成するために補助ピス
トンを設け、この補助ピスｌ・ンを主作動ピストンと共
に移動させて空気を圧縮することにより制御バルプの再
閉止を補助する。

上述の構成を有するアクチュエー夕は、それ以９一 外は通常の形式の内燃機関におけるガス交換バルブ、す
なわち吸入または排気バルブの開閉手段として特に有用
である。この場合にバルブは、その連動作動特性に由来
して完全開放位置および完全閉止位置の間でほぼ瞬時に
移動させることができ、その瞬時移動は従来のカム作動
バルブの特徴であった漸次移動とは相違する。

上述の構成を有するアクチュエータは、上記以外の多数
の用途にも適用し得るものであり、例えばコンプレッサ
等の油圧もしくは空気圧装置におけるバルブ制御手段と
して、または例えば製造ライン等において物品を移動さ
せるために象、速な制御作動が要求される流体アクチュ
エークもしくは機械式アクチュエー夕における連動制御
バルブとして使用することができる。

内燃機関用の殆ど全ての吸排気バルブは、閉バルブ位置
に向けてばね付勢され、かつ、カムによりそのばね付勢
力に抗して開放されるボペットバルブであり、カムはエ
ンジンのクランク軸と同期作動する回転カム軸上に設け
られてエンジンの作動サイクル中で一定の所要回数だけ
開閉を行う構成とされている。この一定のタイミングは
、高い機関速度に最適のタイミングと、低い機関速度ま
たは機関のアイドリング速度に最適のタイミングとの妥
協の産物である。

従来技術によれば、上述のカム作動装置の代わりに、そ
の開閉作動が機関速度、エンジンクランク軸の角度位置
その他のエンジンパラメータの関数として制御される別
形式のバルブ開閉機構を使用した場合に達成され得る多
くの利点が認識されている。例えば、ウィリアム・イー
・リッチソンを発明者とする１９８８年７月２９日付け
の米国特許出願第２２６，　４１８号（発明の名称「車
両管理用コンピュータ」）には、複数のエンジン作動セ
ンザからの信号が入力されて複数のエンジン作動パラメ
ータの制御、特に点火タイミングおよび各サイクル中の
吸排気バルブの開閉回数の制御を行うコンピュータ制御
システムが開示されている。また、米国特許第４，００
９，６９５号明細書には流体圧作動バルブをスプールバ
ルブにより制御し、これらスプールバルブをダッシュボ
ードコンピュータにより制１卸し、このダッシュボード
コンピュータにより多数のエンジン作動パラメータのモ
ニタを行うことが開示されている。この米国特許は、上
述の個別的なバルブ制御により達成し得るとして多くの
利点に言及してはいるが、実際には作動が比較的緩慢な
流体圧の使用によりこれらの利点を達成することができ
ない。上記米国特許に係る装置はリアルタイム基準での
バルブ制御を意図するものであり、したがってシステム
全体はフィードバック回路を含むために振動的挙動を伴
いがちである。

ウィリアム・イー・リッチソンの発明に係り、かつ、本
願の出願人に承継された１９８７年３月３日付けの米国
特許出願第０２１，１９５号（発明の名称「電磁型バル
ブアクチュエータ」）には、開放および閉止位置におけ
る永久磁石ラッチ機構を含むバルブアクチュエータが開
示されている。このアクチュエー夕において、バルブを
一方の位置から他方の位置まで移動させるためには電磁
的反発力を用いることができる。この出願には、さらに
、制動およびエネルギの回復についての幾らかの提案も
含まれている。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８８年２月８日付けの米国特許出願第１５
３，　２５７号（発明の名称「電子空気圧式バルブアク
チュエータ」）には若干類似したバルブ作動装置が開示
されており、この作動装置は上記米国特許出願第０２１
，１９５号における反発手段の代わりにリリース型の反
発機構を設けたものである。この作動装置は空気圧およ
び電磁力の両者により駆動される作動バルブであり、高
圧空気の供給系統と、空気を制動用および一種の移動力
として兼用するための制御バルブとを有している。

磁気的な移動力は解放された磁気ラッチ装置と対抗させ
て配置した磁気ラッチ装置により供給され、その磁力は
第１のラッチ装置が消勢状態にある限り作動装置のアマ
チュアを吸引する。他方のラッチ装置のアマチュアが閉
じられると磁気吸引力が増加し、第１のラッチ装置が消
勢状態にあると付勢状態にあるとを問わず第１のラッチ
装置の磁気吸引力を上回る。この出願には、さらに、吸
気バルブのディレー閉止および６行程作動サイクルモー
ドを含む種々の作動モードも開示されている。

ウィリアム・イー・リンチソンおよびフレドリンク・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８８年２月８日付けの米国特許出願第１５
３，　１５５号（発明の名称「空気圧作動式バルブアク
チュエータ」）には、全体作動において本発明と類似す
るバルブ作動装置が開示されている。この出願の一つの
特徴は、制御バルプおよびランチ板を主作動ピストンか
ら分離し、ラッチ力を低下させると共に質量を減少させ
て作動速度を高める点にある。このような概念に則って
、本発明は、上記二種の作動態様における特性をさらに
改善することを目的とするものである。

いずれもウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリ
ック・エル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出
願人に承継された１９８８年６月２０日付けの米国特許
出願第２０９，２７３号および同第２０９，２７９号（
発明の名称「ソレノイド作動制御バルブを有する空気圧
式アクチュエータ」および「制御バルブラッチ用の永久
磁石装置を有する空気圧式アクチュエータ」）には、特
に、ソース圧力と同等またはそれ以下の空気圧力を利用
して制御バルブの閉止移動および閉止位置での保持を補
助すると共に前述した既知の作動装置と対比して作動効
率を一層向上させることが提案されている。

さらに、ウィリアム・イー・リッチソンの発明に係り、
かつ、本願の出願人に承継された１９８８年２月８日付
けの米国特許出願としては、下記の出願を挙げることが
できる。先ず、第０７／１５３，２６２号（発明の名称
［磁気ポテンシャルエネルギ駆動型バルブ機構」）には
、バルブの一回の移動からエネルギを回収・蓄積するこ
とにより次のバルブ移動の駆動力とし、さらに、前述し
た米国特許出願第１５３，２５７号におけると同様に装
置駆動力の一部として現在中立状態にあるラッチ装置と
対向させて配置されているラッチ装置からの磁気吸引力
を使用することが提案されている。また、米国特許出願
第０７／１５３，　１５４号（発明の名称「反発力作動
式磁気ポテンシャル駆動型バルブ機構」）には、ばね又
は均等な空気容積を、制動手段としてのみならず、加速
力の一部を供給して一方の位置から他方の位置までの次
の移動を補助することのできるエネルギ蓄積手段として
も機能させることが提案されている。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明の係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９４，７２８号（発明の名称「高効率型バルブアク
チュエータＪ）には、一対の空気バルブと、これら空気
バルブを閉止位置に保持する永久磁石とを具える空気圧
駆動バルブアクチュエータが開示されている。このアク
チュエー夕は、ラッチ用磁石の磁気保持力（したがって
その寸法／コスト）を低減するために、従来は磁気吸引
力により克服する必要のあった制御バルブに作用する空
気圧を均圧化するものである。主往復ピストンの制動の
必要性は、主ピストンの運動エネルギを回収して制御バ
ルブの再閉止に使用することにより緩和される。主ピス
トン軸の各端にはＯ−リングによりシールされた「バン
バ」を設けて、何らかの理由で閉じなかった空気制御バ
ルブを閉止位置まで駆動可能とする。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第　　
　　　　号（発明の名称「空気圧駆動バルブアクチュエ
ータ」）には、空気圧駆動バルブアクチュエータの往復
ピストンにその往復方向に向けて延在する数個の通気孔
を形成してピストンの両端における空気圧を平衡させる
ことが開示されている。ピストンにはアンダーカットも
形成し、このアンダーカットにより適当な時点で高圧空
気を空気制御バルブの背後まで導いてバルブの主ピスト
ンからの排気途上にある空気により制御バルブの閉止移
動を補助する。その結果、制御バルブの閉止に用いられ
る空気圧は、制御バルブの開放に用いられる空気圧より
も高くなる。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９５，　１７７号（発明の名称「連動型バルブ」）
には、一対の補助ピストンを設けることにより空気制御
バルブの再閉止移動を補助すると同時に機構の動作スト
ロークの終期付近で主ピストンの移動を制動することが
開示されている。

過剰の制動用空気または「ブロー・ダウン」は補助室か
ら半径方向小溝孔を経て補集マニホルドに、したがって
アクチュエータから出て、空気ポンプの入口に戻され、
再び圧縮されて再循環される。かかる半径方向低圧・空
気出口通路は上述の同時出願のものの多くに共通である
。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９４，７２９号（発明の名称「電気空気圧式アクチ
ュエータ」）には、高圧側圧力源における空気消費量を
減少させるために、制動中に圧縮される空気を可能な限
り多量に回収することが開示されている。主ピストンに
より、空気制御バルブを閉止位置に保持する磁気回路の
一部を構成する。制御バルブの開放時には、制御バルブ
および主ピストンの両者が移動し、磁気回路のリラクタ
ンスを顕著に増加させると共に制御バルブに作用する磁
力を同様に顕著に低下させる。

ウィリアム・イー・リッチソンおよびフレドリック・エ
ル・エリクソンの発明に係り、かつ、本願の出願人に承
継された１９８９年１月６日付けの米国特許出願第０７
／２９５，　１７８号（発明の名称「コンパクト型バル
ブアクチュエータ」）には、バルブアクチュエータのカ
バーに低圧空気の簡略化された戻り通路と各種の新鮮空
気ベント通路とを設けることにより、作動ピストンに近
接させてより大型の高圧空気アキュムレータを配置可能
とすることが開示されている。

上述したいずれの同日付け米国特許出願に係る発明も、
加圧空気により駆動されてエンジンバルブを作動させる
主ピストン、すなわち作動ビストンを設けたものである
。エンジンバルブを開放位置および閉止位置の間で移動
させる作動ピストンがラッチ要素および所定のバルブ構
体から分離されるため、移動させるべき質量を顕著に減
少させて非常に象、速な作動を達成することができる。

保持および解放に必要とされる力も同様に低下させるこ
とができる。主ピストンから分離されたバルブ構体をピ
ストンストロークの全長に亘って移動させる必要がなく
なるため、作動効率の向上も達成される。加圧空気を一
対の制御バルブにより作動ピストンに供給し、その加圧
空気によりピストンを一方の位置から他方の位置まで駆
動すると共に、典型的には制御バルブを再び作動させる
までピストンを所定位置に保持する。いずれの発明も、
主ピストンの軸における若干拡大された部分に沿う深さ
を約０．２５ｍｍ程度としたカップ状領域またはアンダ
ーカット領域よりなる「窓」を設けて空気を一方の領域
または室から他方の領域または低下空気吐出ボートまで
通過可能とする。さらに、いずれの発明も、前述した米
国特許出願第１５３，　１５５号におけるようにスロッ
トをピストンシリンダ内の中央に配置して中間ラッチ空
気圧を供給し、さらに、前述した米国特許出願第２０９
，２７９号におけるようにピストンの制動の間に圧縮さ
れる空気を高圧側空気源に戻すためのリードバルブ装置
を設けることもできる。これらの発明は、代案として、
本発明によるリード弁を用いることができる。説明上、
これらの発明は大気中への通気または「ブローダウン」
に関し、かかる通気は周りの大気中にすることができる
が、実質的に大気圧力の空気をポンプに再循環させ、閉
サイクルで再加圧して新しい空気を導入する場合に考え
られる塵埃および湿気が入り込むのを防止している。

上述した全ての同時係属出願の全開示内容は、本出願の
開示を補完するものとして特に援用する。

本発明においては、前述した米国特許出願第２０９，２
７９号におけるリリーフバルブと類似しているが、さら
に改良した一方向圧力リリーフバルブをアクチュエータ
に設け、捕捉された空気を排気して高圧側圧力源に戻す
。このアクチュエー夕も主ピストン軸に「窓」、すなわ
ち排気用のバルブアンダーカットを設けたものであるが
、その窓を同日付けの他の米国特許出願における窓より
も小さ目に形成することにより圧縮比を高めている。こ
の出願のアクチュエータは、空気制御バルブを閉じる際
に加圧される面積を増加させて所要の磁力を更に低下さ
せるものである。

本発明の目的を列記すると；速動作動特性および高い作
動効率を特徴とする双安定式流体駆動型作動装置を提供
すること；高圧縮比往復運動ピストン作動装置を提供す
ること；より急速に応答する制御バルブを有する空気圧
駆動型の作動装置を提供すること；前述した目的にした
がって制御バルブの再閉止に高圧空気源によって予め加
圧することを必要としない制御弁再閉止構造を有する空
気圧駆動型の作動装置を提供すること；制御バルブの制
動および再閉止を補助する補助ピストンを有する電子制
御式空気圧駆動型の作動装置を提供すること；空気供給
制御バルブおよび空気制御弁の再閉止を助けるよう圧縮
空気が作用する制御バルブ開放時中に空気を保持して圧
縮する空気室を有するバルブ作動装置を提供すること；
および調整可能の高圧空気捕捉特性を有するバルブ作動
装置を提供することである。本発明のこれらおよび他の
目的ならびに有利な特徴を以下に明らかにする。

一般的に言えば、空気圧駆動バルプアクチュエータはバ
ルブアクチュエータ外側ケーシングとこの外側ケーシン
グ内に１個の軸線に沿って往復移動し得るピストンとを
有する。ピストンは一対の対向する一次作動表面を有す
る。加圧した高圧空気源、中間圧力空気圧源および低圧
空気出口が適当な外部接続を有する外側ケーシング内の
室として形成されている。一対の空気制御バルブがその
開放および閉止位置間に外側ケーシングおよびピストン
の両方に対して相対的に軸線に沿って往復作動すること
ができる。コイルを付勢して空気制御弁の一方を選択的
に開放して加圧空気を空気源から一次作動表面の一方に
供給してピストンを移動させる。制動部は最初の位置運
動に続いて、連続ピストン運動に応答して、空気のトラ
ップ体積を圧縮するため作動し、これによりピストン運
動をおそくし、高圧力源の圧力より高い圧力に加圧され
たトラップ空気のいくらかを高圧源に戻す。

高圧源に戻されるトラップ空気量を１個以上の調整可能
間隙一方リードバルブによって選択的に制御する。

また、一般的な本発明の１実施例においては、双安定電
子一ニューマチックトランスジューサの外側ケーシング
内に１個の軸線に沿って往復動し得る主ピストンを設け
る。この主ピストンは一対の対向する一次作動表面と一
対の空気制御バルブとを有し、これらのバルブ開放およ
び閉止位置間に外側ケーシングおよび主ピストンの両方
に対して相対的に軸線に沿って往復動することができる
。

コイルを付勢して空気制御バルブの一方を選択的に開放
して加圧空気を一定圧力空気源からピストン一次作動表
面の一方に供給して主ピストンを動かすことができる。

一対の補助ピストンを主ピストンに一緒に動くように固
定し、各補助ピストンとこれに対応する空気制御弁の表
面とによって可変容積環状室を形成し、この可変容積環
状室が対応する補助ピストンの動きに応答して一方の空
気制御弁を閉止位置に向けて押しつける。万一、可変容
積室からの空気圧力の損失により空気制御バルブを再閉
止する場合、補助ピストン上の弾性ダンバーが空気制御
バルブに掛合してこれをバルブ閉止位置に押し動かす。

開放した空気制御バルブに関連する可変容積環状室内の
圧力は、典型的には、最初は大気圧力であり、主ピスト
ンが移動する時間の一部で増大し、制御バルブがピスト
ンの位置に関係なく再閉止する際に低下して大気圧に戻
る。

次に、本発明を図示の実施例について詳述する。

本発明は図示の実施例に制限されるものではない。

第１図〜第７図は本発明によるバルブアクチュエータに
おける各部品の位置および作動機能をポペットバルブそ
の他の構成部品（図示せず）を閉止位置から開放位置に
作動させる際の作動行程に従って順次に示す。構成部品
の反対方向の作動は同様に逆の順序で行なわれること勿
論である。

般的に言えば、空気圧駆動バルブアクチュエータは図示
のようにバルブアクチュエータ外側ケーシング１９とこ
の外側ケーシング内でシャフトまたはステム１１の軸線
に沿って往復移動可能に配置されたピストン１３とを具
えている。ピストン１３には相互に逆向きに配置された
主作動面３８．　４０を設け、これらの作動面には一対
の空気制御バルブ１５．　１７の制御下で加圧空気源（
３９）からの加圧空気を作用させる。空気制御バルブ１
５．　１７は、外側ケーシング１９およびピストン１３
の両者に対し前記軸線に沿って開放位置および閉止位置
の間で往復移動可能とする。中立化磁気コイル２４また
は２６を励磁することにより永久磁石２５または２７の
ラッチ作用を解除し才制御バルブ１５．　１７の一方を
選択的に開放する。その結果、加圧空気ｍ　（３２）か
らの加圧空気が一方の主作動面に作用して、ピストンを
移動させる。

アクチュエータのシャフトまたはステム１１は、内燃機
関のボベットバルブの一部として形成することができ、
また、ボペットバルブに連結される構成としても良い。

アクチュエー夕は、前述したとおり往復移動可能なピス
トン１３と、外側ケーシング１９内に収められた一対の
往復移動可能な制御バルブ素子１５．　１７とを含むも
のである。制御バルブ素子１５．　１７は、摺動シャト
ルバルブ素子として構成し、磁石２５．　２７の吸引力
により閉止位置にラッチ保持すると共にコイル２４．　
２６の励磁により各ラッチ位置から離脱可能とすること
ができる。制御バルブ素子１５．　１７をピストン１３
および外側ケーシングｌ９の両者と協働させてアクチュ
エータの作動に際して各種のポート切換作用を行わせる
。外側ケーシングｌ９には上述した同日出願の多くの入
口ポートと同様の高圧入口ポート１９および低圧出口ポ
ート４６を設ける。その低圧は概ね大気圧程度とするこ
とができ、高圧は約６〜７　ｋｇ／ｃｍ２（　９０〜１
００　ｐｓｉ　）程度とすることができる。中間または
ラッチ圧力源は、先出願と同様に、例えば約９〜１０　
ｐｓｉで空気を環状溝孔に供給する。

第１図はアクチュエータピストン１が左端位置？ある最
初の状態を示しており、この状態で空気制御バルブ１５
は閉止位置に保持されている。この状態において、環状
衝合端面７７が外側ケーシング１９の環状溝孔内に挿入
され０−リング４７に対してシールしている。■これは
キャビティ３９内の圧力を密封し、主ピストン１３に運
動力が加わるのを防止している。この位置において、主
ピストン１３は作動表面４０上の圧力によって左方に押
しつけられる（ラッチされる）。第１図は、対応するエ
ンジンバルブが閉止されている際に、アクチュエー夕の
駆動ピストン１３が左端位置にラッチされている状態を
示す。サブピストン環状室９１は低圧出口室６３と連通
し、主ピストンが図示のように休止している際に、大気
圧力である。サブピストン２９または３１は空気制御バ
ルブ１５の内側孔に僅かに掛合する。

永久磁石２５が空気制御バルブ１５を閉止状態に保持し
ている。

第１およびｌａ図を比較して留意されるように、ポート
２３は常時開放していて室９１および３５間に空気通路
を設けており、したがって、サブピストンセグメント２
９が右方に移動して高制御バルブ閉止圧力を全ての背面
に加える際に２個の室内の圧力が一緒に増加し、これに
よりバルブの再閉止をより確実かつ迅速に行なう。制御
バルブは付加的圧力源空気なしに再閉止されるが、しか
し、ラッチアッセンブリの磁気特性が低減される場合に
は、再閉止を助けるため付加的圧力源空気を用いてもよ
い。このような付加的または加圧用空気を得る手段とし
て窓５９を僅かに拡げて窓５９と室９１との間の連通を
端縁４９が閉止する前に舌片７７が溝孔４５を越えるよ
うにするのがよい。このような加圧量は圧力源空気圧、
空気制御バルブの作動速度および窓の寸法および位置に
よって制御することができる。

第２図において、コイル２４を付勢してアマチュア４５
の永久磁石２５の保持力を中立化し、ピストン１３が右
方にまだ移動しない間に空気制御シャトルバルブ１５が
例えば０．０３５　ｉｎ左方に移動する。第３図は、空
気バルブ１５の開口が約０．０４５　ｉｎでピストン１
３が右方に約０．１４０インチ移動した状態を示す。

第２図においては、高圧空気が空洞３９に供給されてピ
ストン１３の面３８に作用し、このピストンを右方に駆
動する。空洞３９によるピストン面３８への高圧空気の
供給は、外側ケーシング１９の環状衝合部材４１を通過
するピストン１３の窓５９の端縁によって第３図に示す
ように遮断される。しかし、空洞８１内における高圧空
気の膨張エネルギによって、ピストン１３は引続き加速
される。第２図において、コイル２４が附勢され、永久
磁石２５の磁界が弱まり、空気制御バルブ１５が自由に
作動する。制御バルブの面２１および２２に作用する室
３９内の高圧によって空気バルブ１５は加速される。環
３３が室３５を低圧出口６３を閉止するので低圧出口６
３はサブピストン室９１にもはや連通しない。サブピス
トン室９１は複空気バネとして作用し、圧縮され、この
増大圧力を空気制御バルブ１５の面４９および室３５内
に作用する。

サブピストン２９および空気バルブ１５は互に向け動き
、これにより形成される非一次変化容積が複空気バネを
形成する。空気バルブ１５は第２図に示すように全移動
距離の半分より僅かに多く移動している。舌片７７が主
外側ケーシング１９の本体４１を越えて摺動する際、主
ピストン１３は室３９から窓５９を経て作用する高圧に
よって加速される。次に説明する窓５９その他の窓は主
ピストンの円筒形部分に一連の浅い外周切欠として形成
される。

第１図に示すように、コイル２６が付勢され、磁石２９
の磁界が十分に中立化され、表面７５上に作用する高圧
空気圧が空気バルブ１７を開放し始める場合、窓７９が
あることによってバルブ１７は閉止位置に直ちに戻る。

主ピストンが第１図に示すように左端位置にある際、窓
７９の端縁８３は端縁８５および８７と同一線上に位置
する。バルブ１７が磁石２７の磁束の中立化により右側
のラッチアッセンブリから釈放されてバルブの面８９上
に作用する空気圧によって空気バルブを右方に移動する
際、高圧空気が空洞３９から表面８５および８７間の開
口および窓７９を経て空洞９５に通過し、これがため主
として空気圧を除去して空気バルプを開放する。僅かな
寸法変化によってもこの高圧空気が孔２３を経て空洞９
９に通過することができ、所要に応じ、バルブに加わる
圧力をさらに中立化する。磁石２７の磁束がもはや対向
しなくなった後、アーマチュア１０１上の磁気吸引力が
空気バルブ上に作用している残りの空気圧の力に打勝っ
て空気バルブを閉止する。これがため、アクチュエータ
の反対端におけるラッチの望ましくない励磁によって、
ピストンが現在位置している位置から、制御バルプが迅
速に戻り、開放状態に鎖錠するというような悪い影響を
生しることなしにバルブを閉止する。このようにするこ
とによって共通源によって両ラッチを一緒に励起させる
ことができ、これにより電子的駆動回路の所要数を半減
することができる。

第３図において、空気バルブ１５は全開位置にある。サ
ブピストン室９１内の空気は引続き圧縮され、サブピス
トン室９１内に発生する圧力のため少量のエネルギがサ
ブピストン２９によって主ピストン１３から取り出され
る。窓５９は主ピストンを圧力源から遮断している。こ
の状態で、主ピストン１３は全ストロークの約３０％を
移動しており、主ピストンシリンダ８１における高圧力
が膨張される。

第４図において、空気バルブ１５は完全に開放したまま
であり、サブピストン室９１内の大気空気は高圧力に圧
縮される。サブピストン２９によって主ピストン１３か
らさらに多くのエネルギが取り出される。主シリンダ８
１内の高圧力により引続き膨張している。主シリンダ８
１の右側に作用する圧力は圧縮し初め、主ピストン１３
の制動作用が始まっている。

第５図において、サブピストン室９１内の圧力が室３９
内の圧力に丁度打勝ち始め、空気バルブ１５を第１図に
示す閉止位置に向け戻し始める。サブピストン２９によ
って主ピストン１３からより多くのエネルギが引き出さ
れる。主ピストン１３の右側における作動表面４０上の
圧力は引続き増大し、アクチュエー夕の動きを減衰する
。

第６図において、サブピストン室９１および室３５内の
圧力は室３９内の圧力より高く、空気バルブ１５は第１
図に示す位置に戻される。舌片７７は、空気バルブ１５
の面２２に作用する圧力を切換える。主ピストン１３の
左側３８に作用する圧力は、圧力源４３のラッチ用中間
圧力で、主ピストン１３の右側４０に作用する圧力は引
続き増大し、アクチュエータの動きを制動する。端縁３
３が開放室３５を越えることによりサブピストン室９１
を大気または低圧出口６３に通じる。

主ピストンの右側４０に作用する圧力が室３９内の圧力
源圧力に達する際、１個以上のリードバルブが開放して
この過剰圧力を圧力源に戻す。第６ａ図に詳細に示すリ
ードバルブは高圧力源に戻されるトラップ空気の量を選
択的に制御する手段として機能する。第６ａ図に示すよ
うに、リードバルブは閉止位置と開放位置との間に作動
し得る一方弁であり、閉止および開放位置間の距離を変
化させ得る調整可能のセットスクリュー５７で構成され
ている。このリード６５は幾らかの弾性を有し、常時表
面６７上にあってポート孔６９を封鎖するもピストン室
内の圧力が余分の圧力空気を室３９に戻すに十分な高圧
になることによって表面６７から押し離される。セット
スクリュー５７は多少の量の空気をリードバルプに通過
させるよう調整することができ、これにより、ピストン
の最終制動を制御する。

セットスクリューは可動板７３と静止ブロック７１との
間の分離を制御する。可動板の位置を選択してリード６
５の許容開口を制御し、したがって、ピストン室から通
気される過剰圧力空気の量、したがって、ピストンによ
って行なわれる制動の度合を制御する。これがため、一
方弁のリードは閉止位置において外側ケーシングの開口
に掛合してこれをカバーし、調整可能のストツパとによ
って、外側ケーシングの開口からリードが離れる距離を
制ド艮ずる。

第７図において、空気バルブ１５は第１図に示す閉止お
よびラッチ位置に戻っている。環状サブピストン室９１
内の圧力は出口６３を経て大気に通気されている。第７
図における主ピストンはその移動を完了しており、主ピ
ストンの右側４０に作用していたピストン制動圧力は窓
６１を経てザブピストン室９３内への出口８０に通じて
いる。アクチュエー夕の一方の作動がこの状態において
完了しており、上述したと実質的に同じ工程が復帰移動
の次に行ねれる。万一、不適当な空気圧、不適当な磁界
その他の問題が生じて、空気制御バルブが閉じなくなっ
た場合には、０−リング弾性バンパー５１が表面４９に
当たり空気制御バルブを閉止位置に戻す。

この「バンパー」もまたアクチュエー夕の最初のテスト
中に制御バルブを確実に閉止する。

空気圧駆動バルブアクチュエータの２安定状態を示す第
１および７図を比較して明らかなように、主ピストンが
往復動する作動シリンダは一対の対向端面５３および５
５を有し、主ピストン１３は一対の対向面一次作動表面
３日および４０を有し、これらは作動シリンダの対向端
と整合するよう実質的に同じ形状を有する。各端面ば中
心開口と、外側環状平坦表面と平坦表面を中心開口に連
ねる中間円錐台形表面８６とを有する。これらの表面を
このように密に整合させることによって極めて小さい最
小容積となりピストン運動に対して高圧縮比を得るに役
立つ円錐形部材８６は最小質量で強度を改善するが、し
かし、更に重要なことは、この円錐形部材８６が窓５９
および６１の軸線方向長さを小さくすることを可能とし
、これがため容積を小さくし、また、装置の圧縮比を改
善する。

本発明によるバルプアクチュエー夕によれば、付加的バ
ルブ再閉止力を得るための主ピストンを利用する空気制
御バルブ１５および１７の特性は、他の多くの特徴と同
様に、ピストンの両ストローク端の近くで実質的に同じ
である。

本発明が見出した有用性がある内燃機関について説明し
たが、本発明は上述した同時出願に開示したようちる電
子的制御および空気圧源のような特徴につき適用できる
。好適例において、作動ピストンおよび関連するエンジ
ン／バルブの質量を従来装置に比べて著しく軽減するこ
とができる。

エンジンバルブおよびピストンは全開および全閉位置間
で約Ｏ、４５インチ移動する間、制御バルブは約０．１
２５インチだけ移動し、したがって、作動に要するエネ
ルギーを少なくすることができる。本発明における空気
通路は一般に大きな環状開口であり、したがってスロッ
トル損失はほとんど無であるか全くない。

上述したところから明らかなように、本発明の目的およ
び有利な特徴を有する電子的に制御される空気駆動アク
チュエータを開示しており、本発明は当業者によって本
発明の範囲内で種々の形態で実施することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による空気圧駆動型アクチュエー夕を、
通常はエンジンバルブの閉止状態に対応する左端位置に
パワーピストンが係止された状態で示す断面図、 第１ａ図は図示の空気制御バルブの一部の拡大図、 第２〜第７図はエンジンバルブの開放位置に対応する右
端位置に向けてパワーピストンが変位する際のアクチュ
エー夕の作動機能を説明する第１図と同様な断面図、 第６ａ図は第６図の一部の拡大図である。 １１・・・軸またはステム １３・・・ピストン １５．　１７・・・空気制御バルブ １９・・・バルブアクチュエータ外側ケーシング２１．
　２２・・・制御バルブ面 ２４．　２６・・・磁化コイル ２５．　２７・・・永久磁石 ３９・・・空洞 ７９・・・窓 ９１・・・窓

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、バルブアクチュエータ外側ケーシングと、この外側
   ケーシング内に１個の軸線に沿って往復動可能の一対の
   対向一次作動表面を有するピストンと、加圧高圧空気源
   と、中間圧空気源と、低圧空気出口と、外側ケーシング
   およびピストンに対して相対的に前記軸線に沿って開放
   および閉止位置間に往復動可能の一対の空気制御バルブ
   と、空気源から前記一次作動表面の一方に加圧空気を供
   給してピストンを動かすよう前記空気制御バルブの一方
   を選択的に開く装置と、最初のピストンの移動後に作動
   して空気トラップ体積を圧縮してピストンの移動速度を
   低下させるよう連続ピストン運動に応答する装置と、高
   圧源の圧力より高い圧力に圧縮されたトラップ空気のい
   くらかを高圧源に戻す装置と、高圧源に戻されるトラッ
   プ空気の量を選択的に制御する装置とを具える空気圧駆
   動バルブアクチュエータ。 ２、前記選択的制御装置が閉止および開放位置間に可動
   の少なくとも１個の一方バルブを具え、閉止および開放
   位置間の距離を変化させる装置を有する請求項１記載の
   空気圧駆動バルブアクチュエータ。 ３、前記一方バルブがリードを有し、一方バルブが、閉
   止位置にある際に、外側ケーシングにおける開口に掛合
   してカバーする構成とし、前記の閉止および開放位置間
   の距離を変化させる装置が外側ケーシングにおける開口
   からリードが遠去かる移動距離を制限する調整可能のス
   トッパを有する請求項２記載の空気圧駆動バルブアクチ
   ュエータ。 ４、バルブアクチュエータ外側ケーシングと、この外側
   ケーシング内に１個の軸線に沿って往復動可能の一対の
   対向一次作動表面を有する主ピストンと、主ピストンに
   固着されて主ピストンと一緒に移動可能の一対の補助ピ
   ストンと、加圧高圧空気源と、中間圧空気源と、低圧空
   気出口と、外側ケーシングおよび主ピストンに対して相
   対的に前記軸線に沿って開放および閉止位置間に往復動
   可能の一対の空気制御バルブと、空気源から前記一次作
   動表面の一方に加圧空気を供給して主ピストンおよび一
   対の補助ピストンを動かすよう前記空気制御バルブの一
   方を選択的に開く装置とを具え、対応する空気制御バル
   ブの表面とによって可変容積環状室を各補助ピストンが
   形成し、また、空気制御バルブを閉止位置に向けて押し
   つけるよう補助ピストンの一方の動きに応答する装置と
   を具え、この動きに応答する装置が可変容積環状室を有
   し、前記空気制御バルブの一方に関連する可変容積環状
   室内の圧力が最初大気圧力で、主ピストンが移動する時
   間の部分で増大し、主ピストンの位置に関係なく空気制
   御バルブが閉止位置に戻る際に大気圧に低下する空気圧
   駆動バルブアクチュエータ。 ５、最初のピストンの移動後に作動して空気トラップ体
   積を圧縮してピストンの移動速度を低下させるよう連続
   ピストン運動に応答する装置と、高圧源の圧力より高い
   圧力に圧縮されたトラップ空気のいくらかを高圧源に戻
   す装置と、高圧源に戻されるトラップ空気の量を選択的
   に制御する装置とを具える請求項４記載の空気圧駆動バ
   ルブアクチュエータ。 ６、前記選択的制御装置が閉止および開放位置間に可動
   の少なくとも１個の一方バルブを具え、閉止および開放
   位置間の距離を変化させる装置を有する請求項５記載の
   空気圧駆動バルブアクチュエータ。 ７、前記一方バルブがリードを有し、一方バルブが閉止
   位置にある際に、外側ケーシングにおける開口に掛合し
   てカバーする構成とし、前記の閉止および開放位置間の
   距離を変化させる装置が外側ケーシングにおける開口か
   らリードが遠去かる移動距離を制限する調整可能のスト
   ッパを有する請求項６記載の空気圧駆動バルブアクチュ
   エータ。 ８、可変容積室内の圧力が空気制御バルブを閉止するの
   に適当でない場合に対応する空気制御バルブに掛合して
   閉止するよう各補助ピストン上に弾性装置をさらに具え
   る請求項４記載の空気圧駆動バルブアクチュエータ。 ９、外側ケーシングが一対の対向端面を有する作動シリ
   ンダを有し、主ピストンが１個の軸線に沿ってシリンダ
   内に往復動可能で、作動シリンダの対向端面と実質的に
   同じ形状の整合する一対の対向面一次作動表面を有する
   請求項４記載の空気圧駆動バルブアクチュエータ。 １０、前記対向端面のそれぞれが中心開口、外側環状平
   坦表面および平坦表面と中心開口とを結連する中間円錐
   台形表面とを有する請求項９記載の空気圧駆動バルブア
   クチュエータ。 １１、バルブアクチュエータ外側ケーシングと、この外
   側ケーシング内に１個の軸線に沿って往復動可能の一対
   の対向一次作動表面を有する主ピストンと、主ピストン
   に固着されて主ピストンと一緒に移動し得る一対の補助
   ピストンと、加圧空気源と、低圧空気出口と、外側ケー
   シングおよび主ピストンに対して相対的に前記軸線に沿
   って開放および閉止位置間に往復動可能の一対の空気制
   御バルブと、空気源から前記一次作動表面の一方に加圧
   空気を供給して主ピストンを動かすよう前記空気制御バ
   ルブの一方を選択的に開く装置とを具え、対応する空気
   制御バルブの表面とによって可変容積環状室を各補助ピ
   ストンが形成し、また、空気制御バルブを閉止位置に向
   けて押しつけるよう補助ピストンの一方の動きに応答す
   る装置とを具え、この動きに応答する装置が可変容積環
   状室を有し、可変容積室内の圧力が空気制御バルブを閉
   止するのに適当でない場合に対応する空気制御バルブに
   掛合して閉止するよう各補助ピストン上に弾性装置をさ
   らに具える空気圧駆動バルブアクチュエータ。 １２、バルブアクチュエータ外側ケーシングと、一対の
   対向端面を有する作動シリンダと、１個の軸線に沿って
   シリンダ内に往復動可能の主ピストンとを具え、主ピス
   トンが作動シリンダの対向端面と実質的に同じ形状の整
   合する一対の対向面一次作動表面を有し、また、開放お
   よび閉止位置間に外側ケーシングおよび主ピストンの両
   方に対して相対的に前記軸線に沿って往復動可能可能の
   一対の空気制御バルブと、高圧空気源と、加圧空気を高
   圧空気源から前記一次作動表面の一方に供給して主ピス
   トンを動かすよう前記空気制御バルブの一方を選択的に
   開放する装置とを具える空気圧駆動バルブアクチュエー
   タ。 １３、前記対向端面のそれぞれが中心開口、外側環状平
   坦表面および平坦表面と中心開口とを結連する中間円錐
   台形表面とを有する請求項１２記載の空気圧駆動バルブ
   アクチュエータ。 １４、外側ケーシングと、この外側ケーシング内に１個
   の軸線に沿って往復動可能の一対の対向一次作動表面を
   有する主ピストンと、外側ケーシングおよび主ピストン
   の両方に対して相対的に前記軸線に沿って開放および閉
   止位置間に往復動可能の一対の空気制御バルブと、各空
   気制御弁に極く隣接して位置する高圧空気源と、主ピス
   トンを動かすよう高圧空気源から加圧空気を前記一次作
   動表面の一方に供給するよう前記空気制御バルブの一方
   を選択的に開く装置と、主ピストンに固着されて主ピス
   トンと一緒に可動の一対の補助ピストンとを具え、対応
   する空気制御バルブの表面とによって可変容積環状室を
   各補助ピストンが形成し、また、可変容積環状室と、空
   気制御バルブを閉止位置に向けて押しつけるよう補助ピ
   ストンの一方の動きに応答する装置と、可変容積室の容
   積が最小である際に制御弁を閉止位置に向けて押しつけ
   て関連する空気制御弁が適当に開放するのを防止するよ
   う高圧空気圧を作用させる通路を設けるよう可変容積室
   と協同する装置とを具える双安定型電子−空気圧トラン
   スジューサ。 １５、動きに応答する装置が可変容積環状室を有し、前
   記空気制御バルブの一方に関連する可変容積環状室内の
   圧力が最初大気圧力で、主ピストンが移動する時間の部
   分で増大し、主ピストンの位置に関係なく空気制御バル
   ブが閉止位置に戻る際に大気圧に低下する請求項１４記
   載の双安定型電子−空気圧トランスジューサ。 １６、可変容積室内の圧力が空気制御バルブを閉止する
   のに適当でない場合に対応する空気制御バルブに掛合し
   て閉止するよう各補助ピストン上に弾性装置をさらに具
   える請求項１４記載の双安定型電子−空気圧トランスジ
   ューサ。