JPH0719205A - 非対称双安定空気作動アクチュエータ機構 - Google Patents

非対称双安定空気作動アクチュエータ機構

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JPH0719205A
JPH0719205A JP3106450A JP10645091A JPH0719205A JP H0719205 A JPH0719205 A JP H0719205A JP 3106450 A JP3106450 A JP 3106450A JP 10645091 A JP10645091 A JP 10645091A JP H0719205 A JPH0719205 A JP H0719205A
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JP
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piston
air
valve
chamber
hydraulic
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JP3106450A
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Frederick L Erickson
エル エリクソン フレデリック
William E Richeson
イー リチェッソン ウィリアム
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Magnavox Government and Industrial Electronics Co
Original Assignee
Magnavox Government and Industrial Electronics Co
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    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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    • F01L9/10—Valve-gear or valve arrangements actuated non-mechanically by fluid means, e.g. hydraulic
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    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Valve Device For Special Equipments (AREA)
  • Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
  • Actuator (AREA)
  • Fluid-Pressure Circuits (AREA)

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 迅速な移行応答と制御可能範囲が広く、しか
も行程往復移動の推進エアは往路にのみ使用し、エア使
用量が相当少なくて済む改善したアクチュエータ操作方
法を得る。 【構成】 一方の方向に機構の一部シャフトまたはステ
ム１１及び主ピストン１３（以下機構部分と称する）を
並進移動させるための圧縮エアの補充可能な圧縮エア源
高圧流入ポート（キヤビティ）３９、一方の方向への機
構部分の並進移動中にエアが圧縮され、エアの圧縮によ
り機構部分の一方の方向への並進移動を減速させるため
の室３５、機構部分の移動が停止するまで減速すると
き、機構部分の並進移動の方向の逆転を一時的に阻止す
る一時阻止手段ボール２３，バルブシート２７，シリン
ダ４５を具え、両極位置でのラッチ／ラッチ手段を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、２位置直線運動アクチ
ュエータに関するものであり、例えば、内燃機関エンジ
ンのポペットバルブを動作させるアクチュエータ、また
は特に動作が双安定でシンメトリックなアクチュエータ
に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関エンジンにおいて、従来の機械
的カム作動バルブ構成を、エンジン速度並びにエンジン
クランクシャフト角度位置または他のエンジンパラメー
タの関数としてバルブの開閉制御を行うことができる他
の形式のバルブ開放機構に代えると多くの利点があるこ
とが認識されている。
【０００３】例えば、「車両制御コンピュータ(VEHICLE
MANAGEMENT COMPUTER) 」というタイトルの1988年７月
29日出願の米国特許出願第226,418 号には、複数個のエ
ンジン動作センサ入力を受けて、複数個のエンジン動作
パラメータ例えば、点火時期、吸気バルブおよび排気バ
ルブの開閉の各サイクルの時期を制御するコンピュータ
制御装置について記載している。
【０００４】多数のエンジン動作パラメータをモニタす
るダッシュボートコンピュータにより制御されるスプー
ルバルブにより制御される液圧作動バルブについては、
米国特許第4,009,695 号に記載されている。この米国特
許は、このようなバルブ制御により得られる多くの利点
について説明している。しかし、比較的緩慢に作用する
液圧の性質により、これら利点を実際に得ることはでき
ない。この米国特許の装置は、リアルタイムでバルブを
制御し、装置全体にフィードバックをかけるためこれに
関連して振動の挙動を受ける。
【０００５】米国特許第4,700,684 号には、吸気バルブ
および排気バルブの開閉時期を自由に調整できるように
し、シリンダ内の排気ガスの保持量を制御することによ
りアンスロットル負荷制御を得ることができることを示
唆している。
【０００６】普通のカム作動バルブのに代わる代替物ま
たは改良が長い間求められてきた。「電磁バルブアクチ
ュエータ(ELECTROMAGMETIC VALVE ACTUATOR)」のタイト
ルの米国特許第4,794,890 号にはバルブの開閉位置でラ
ッチする永久磁石を有するバルブアクチュエータについ
て記載している。このアクチュエータにおいては、電磁
反発を使用してバルブを一方の位置から他方の位置に移
動する。数個の減衰手段およびエネルギ回収手段も設け
ている。
【０００７】「空気圧電子バルブアクチュエータ(PNEUM
ATIC ELECTRONIC VALVE ACTUATOR)」のタイトルの1988
年２月８日出願の米国特許出願第153,257 号には、上述
の米国特許に記載の反発手段ではない他の釈放機構を使
用したアクチュエータ装置について記載している。この
出願に記載の装置は、空気圧動作と電磁動作とを組み合
わせたバルブであり、高圧エア供給および制御バルブ作
用を行い、減衰および移動力の双方のためにエアを使用
する。電磁移動力は、釈放されるのに対向する電磁ラッ
チから得られ、この電磁力は、第１ラッチの磁界が減少
状態である限り装置のアーマチャを引きつける。アーマ
チャが対向ラッチで閉鎖するとき、磁気的吸着力は増加
し、減少状態にあろうとなかろうと、第１ラッチの保持
力よりも優る。
【０００８】上述の並びに他の多数の関連の出願は、ウ
ィリアム イー リチェッソン(William E. Richeson)
およびフレデリック エル エリクソン(Frederick L.
Erickson) の名義で出願され、本願人に譲渡されたもの
で、「効率改善バルブアクチュエータ(ENHANCED EFFICI
ENCY VALVE ACTUATOR)」のタイトルで1989年１月６日に
やはりリチェッソン及びエリクソンの名義で出願された
米国特許出願第07/294,728号の導入部分に要約されてい
る。
【０００９】最近に出願された上述のケースの多くに
は、エンジンバルブを駆動し、圧縮したエアにより駆動
する主作動ピストンについて記載している。開放位置と
閉鎖位置との間でエンジンバルブを移動するパワーピス
トンまたは作動ピストンは、ラッチング構成部材及び若
干の制御バルブ作用構体から分離し、移動すべき質量を
大幅に減少し、迅速動作を得るようにしている。しか
し、ラッチング力及び釈放力は低下する。主ピストンか
ら分離しているこれらバルブ作用構成部材は、ピストン
行程の全長にわたり移動する必要はなく、効率に若干の
改善が見られる。圧縮したエアは、１対の制御バルブに
より作動ピストンに供給され、圧縮されたエアによりピ
ストンを一方の位置から他方の位置に駆動するととも
に、制御バルブを再び動作させるまで所定位置にピスト
ンを保持するのが一般的である。制御バルブは、永久磁
石により閉鎖状態に保持し、永久磁石の近傍のコイルに
電気パルスが供給されると、磁石の吸引力を相殺すると
き空気力により制御バルブを開放する。
【００１０】これら出願の装置においては、エアをピス
トン動作により圧縮し、行程の終了の近傍でピストンを
減速（ピストン動作の減衰）を生じ、次いでエアを急速
に大気に排気する。ピストンを減速または減衰すると
き、運動エネルギを何らかの形式のエネルギに変換し、
減衰中に圧縮されたエアを大気に排気し、エネルギは探
単に失われる。米国特許第4,883,025 号及び同第4,831,
973 号には、対称双安定アクチュエータについて記載さ
れており、このアクチュエータにおいては、ピストンの
運動エネルギの若干を圧縮エアまたは応力を受ける機械
的ばねとして捕捉し、この蓄積したエネルギのほぼ全体
を使用してピストンの復帰行程の移動を行わせる。これ
ら特許の装置のいずれも、エネルギ蓄積装置は対称であ
り、エネルギを釈放してピストンの各並進運動の第１ハ
ーフにおいてピストンを駆動し、ピストン動作の方向に
は無関係に同一並進運動の第２ハーフ中にピストンの運
動エネルギを消費する。
【００１１】米国特許第4,825,528 号に記載の電気制御
空気圧作動アクチュエータは、移行時間が極めて速く、
精密な制御性を誇示した。この特許による構造の装置
は、選択可能なクランクシャフト角度でポペットバルブ
を開放し、次に独立的に閉鎖する能力があるため、内燃
機関エンジンから最適な性能を導きだすことができる。
この従来の特許の構成においては、バルブ開閉の双方を
行うのに高圧エア源が必要となる。更に、このような装
置は、対称的な推進、排気エア釈放及び調整したラッチ
ング圧（減衰エア）構成を必要とする点で構造上の重複
がいくつかある。この従来技術の形態においては、バル
ブを開放するに必要な量とほぼ同量のエアをバルブ閉鎖
に使用しなければならない。
【００１２】上述の出願及び特許の全体的な説明を本明
細書中に参考として記載した。
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、迅速な移行
応答と制御可能範囲が広く、しかもエア使用量が相当少
なくて済む改善したアクチュエータ操作方法をうるにあ
る。更に、本発明は、内燃機関バルブを開放するのに高
圧エア源を使用するが、バルブの開放及びバルブの復帰
即ち、閉鎖のためのラッチング／ラッチング解放中に蓄
積したエネルギの組合せを使用する。推進エアは、バル
ブの開放中にのみ使用してバルブの閉鎖には使用しない
ため、消費されるエネルギは、約半分に減少し、この半
分のエネルギ量でバルブの両方向への推進を行うことが
できる。
【００１４】本発明は、既知の技術により一方の方向に
推進されるアクチュエータを、制御した時間の長さにわ
たり保持圧縮したエアの力に抗してロックまたはラッチ
するというのが目的の一つである。更に、本発明の目的
は、所定の時間にラッチを不作動にし、圧縮したエアの
力の下に作動ピストンを釈放して初期位置に向かう反対
方向に移動するアクチュエータを得る。更に、本発明の
目的は、ピストンのラッチング及びラッチング解放の代
案方法を得るにある。更に、本発明の目的は、圧縮した
エアの強力な力に抗してピストンを適切にかつ信頼性高
く保持するとともに、迅速に釈放してアクチュエータピ
ストンを初期位置に極めて迅速に復帰させることができ
るアクチュエータを得るにある。更に、本発明の目的
は、制御したラッチング力をバルブピストンに加えるこ
とによって、適切なエンジンバルブ着座圧力を生ずるこ
とができるアクチュエータを得るにある。本発明の他の
目的及び利点は、以下に詳細に説明する。
【００１５】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、 細長のバルブステムを設けたエンジン吸気バルブ
及び排気バルブを有する内燃機関エンジンに使用する電
気制御空気作動バルブアクチュエータ機構においては、
１対の互いに対向する対向面を有し、またエンジンバル
ブに連結し、軸線に沿って往復移動可能なピストンを設
ける。空気圧駆動装置によりピストン及びエンジンバル
ブを一緒にステムの軸線方向にバルブ閉鎖位置からバル
ブ開放位置に移動する。空気減衰装置には、エンジンバ
ルブがバルブ開放位置に接近するときエア容積を圧縮
し、また連続的に減速力を増大させ、この圧縮したエア
の容積をほとんどバルブ閉鎖位置にピストンを復帰させ
るのに使用する。空気圧減衰装置には、ピストン面のう
ちの１個を設け、空気圧駆動装置には他のピストン面を
設ける。圧縮したエア容積を使用する装置には、ピスト
ン運動の方向の逆転を一時的に阻止するラッチまたは同
様の装置を設け、例えば、液圧シリンダ、液圧シリンダ
内で往復移動可能なピストン、バルブ開放位置に向かっ
てピストンを移動させる間に液圧流体を液圧シリンダに
流入させ、ピストンの移動が停止状態まで減速したと
き、シリンダからの流体の流出を一時的に阻止する。こ
の場合、閉鎖回路液圧ラッチまたは機械的ラッチを使用
することができる。
【００１６】更に、本発明の好適な実施例の非対称双安
定空気作動アクチュエータ機構によれば、一方の方向に
機構の一部を並進移動させるための圧縮エアの補充可能
な圧縮エア源と、前記一方の方向への機構部分の並進移
動中にエアが圧縮され、エアの圧縮により前記機構部分
の前記一方の方向への並進移動を減速させるための室と
を具える。ピストンが停止状態まで減速するとき機構部
分の並進運動の方向の逆転を一時的に阻止し、機構部分
を捕捉する。機構部分捕捉装置は、室内に圧縮されたエ
アの反対方向への押圧力の下で機構部分を自由に移動さ
せないようにする。摩擦損失、漏れ損失及び他の損失を
補償するため並びに機構部分が初期位置にあるときのピ
ストンラッチ力を生ずるため、メイクアップエアを室に
供給する。このメイクアップエアは、流入バルブにより
供給し、少なくともピストンが初期位置にあるときラッ
チングエア圧を室に供給し、圧縮したエア源によりピス
トン並進運動を開始するまでピストンを初期位置にラッ
チする。前記機構部分には、第１作動面と、第２作動面
と、第３作動面とを有し、それぞれの作動面がそれぞれ
に対応する第１可変容積室、第２可変容積室および第３
可変容積室の一部をなす構成の往復移動自在のピストン
を設け、前記容積はピストンの位置に応じて線形的に変
化するものとし、前記室は、第１室と、機構部分を並進
移動させる補充可能な高圧液圧流体源と連係する第２室
と、前記逆転一時阻止手段の一部を有する第３室とを有
するものとして構成する。代案として、前記一時的阻止
手段は、前記機構部分とともに往復移動自在であり、１
対の可変容積液圧室の一部をなして２個の可変容積液圧
室の容積の和が常に一定となる１対の対向面を有するピ
ギーバックピストンと、第１の液圧室から他方の液圧室
に流体を自由に流入させるよう前記２個の可変容積液圧
室を相互に連結するが、他方の液圧室から第１液圧室へ
の流体の逆流を阻止するワンウェイチェックバルブとを
有するものとして構成する。前記一時的阻止手段は、更
に、前記ワンウェイチェックバルブを無効にして前記他
方の液圧室から第１液圧室に流体を帰還させるコマンド
に基づいて動作する手段を設ける。
【００１７】
【実施例】次に、図面につき本発明の好適な実施例を説
明する。
【００１８】図１には、バルブアクチュエータ全体の断
面図を示し、この図１につき、ポペットバルブまたは他
の構成部材（図示せず）を第１位置（ポペットバルブが
着座する）から第２位置（ポペットバルブが完全に開放
する）に移動させる際の種々の構成部材の位置および機
能を説明する。反対方向の移動は、全く異なり、後に説
明する。図１には、アクチュエータが休止している状態
を示し、この後何らかのコマンドを与えてユニットを動
作させる。アクチュエータは、シャフトまたはステム11
を有し、このステム11は内燃機関のポペットバルブの一
部または接続部をなす。アクチュエータは、更に、ハウ
ジング19内に包囲した低質量で往復自在のピストン13及
び往復移動可能または摺動可能な制御バルブ部材15を有
する。ピストンおよび制御バルブは共通軸線12に沿って
往復移動する。制御バルブ部材15は一方の（閉鎖）位置
に永久磁石21によりラッチされ、またコイル25の通電に
よりこのラッチ位置から解放される。永久磁石ラッチン
グ構成には、強磁性のラッチプレート20を有し、このラ
ッチプレート20はエア制御バルブ部材15に取付けてこの
バルブ部材15と一緒に移動可能な鉄または同様の強磁性
部材とする。制御バルブ部材即ち、シャトルバルブ15
は、ピストン13の円筒形端部部分26並びにハウジング19
と連係動作し、動作中種々の流出入制御（ポーティン
グ）機能を行う。ハウジング19は高圧流入ポート39と、
低圧流出ポート41と、側壁開孔13から延在する中間圧力
ポートとを有する。低圧はほぼ大気圧とし、中間圧力は
大気圧よりも高い約10psi(0.7030kg/cm2) の圧力とし、
また高圧は100psi(7.03kg/cm2)のオーダーのゲージ圧力
とする。
【００１９】バルブアクチュエータが初期状態でピスト
ン13が最左側位置にありかつエア制御バルブ15が閉鎖状
態にラッチされているとき、制御バルブの環状衝合端面
29がＯリング31に衝合して封鎖を生ずる。このことによ
りキャビティ39の圧力を封鎖し、主ピストン13にいかな
る移動力をも加わらないようにする。この状態では、主
ピストン13は、室即ち、キャビティ37の圧力よりも大き
い室即ち、キャビティ35の圧力によって（ラッチされ
た）左側の位置に押圧されている。室35におけるこのラ
ッチ圧力は、ワンウェイチェックバルブ17の入口に接続
された中間圧力例えば、10psi(0.7030kg/cm2) の圧力に
よって維持される。関連のエンジン吸入バルブまたは排
気バルブを開放させたいとき、コイル25に通電し、コイ
ルを流れる電流が永久磁石21の磁界に対向する磁界を発
生させる。プレート20に加わる磁界ラッチング力はほぼ
中和され、端面29に作用する高圧の不均衡力が制御バル
ブ15を図１の位置からみて左方の図２に示す位置に移動
し、この位置では、制御バルブ15とハウジング19の端縁
48との間のＯリング31の近傍に環状開口が形成され、こ
の環状開口によりソース室39から高圧エアが室37に流入
してピストンを右方に向けて移動させることができる。
図２において、ピストン13は、最左側位置から他の双安
定位置へのほぼ中間位置に移動している。ピストン13は
右側へ移動するとき、室35のエアを圧縮し、室35にエネ
ルギを蓄積する。室35のエアが圧縮されるとき、ピスト
ン運動のスローダウンおよびダンピングを生ずる。図３
において、ピストン13は中間または「ラッチング」圧力
開孔43をカバーせず、膨張しないエアを大気に釈放し、
駆動力をピストンから取り除く。室35に溜まったエアは
圧縮され、ピストン運動を減衰または減速する。室35の
エアの圧縮エネルギプラスシステム摩擦が室37の圧縮エ
アの膨張による膨張エネルギと同一になる時点で、図４
に示すようにピストンは最右側（エンジンバルブ開放位
置）即ち、第２位置で休止する。この時点でピストンが
停止しない場合、室35内の圧縮エアは単にピストンをリ
バウンドさせ、弁閉鎖位置に復帰移動させようとする
が、自動ラッチ機構がピストンを捕らえ、釈放するコマ
ンドが発生するまでバルブ開放位置に圧縮エアの強い力
に抗して保持する。図６には、ピストンが釈放され、圧
縮エアが膨張してピストンを初期位置に向けて復帰させ
ることができた状態を示す。
【００２０】好適な実施例においては、ピストンを捕捉
するラッチ機構には、動力ピストン13およびシャフト組
立体に連結しまたこさらピストンおよびシャフト組立体
と一緒に移動可能な固定位置液圧シリンダを組み込む。
固定ピストンおよびピストンは、主ピストン13が第１位
置から第２位置に上述のソースエア圧力により駆動され
るとき、液圧ピストンが比較的非圧縮性の流体を開放ワ
ンウェイバルブからシリンダに引き込むよう構成する。
この流体は、シリンダへの流入を阻止する制限に打ち勝
つ補助を行うようまた流体がシリンダ内に好ましくない
真空または空洞を生ずるキャビテーテョン発生傾向を制
限するよう加圧することができる。流体は、主パワーピ
ストンが第２位置に達する点に至るまでシリンダ容積を
充填する。主ピストンが、直前に圧縮されたエアの押圧
の下に、方向を逆転し始めるとき、ワンウェイバルブは
閉じて流体をシリンダに閉じ込め、主ピストンの移動を
停止させる。シリンダの流体圧力は、ワンウェイバルブ
を閉鎖状態に保持し、従って、主ピストンは、コマンド
が与えられてラッチを釈放するまで第２位置に止まる。
釈放機能は、電磁ソレノイド作動プランジャにより行わ
れ、このプランジャは、ワンウェイバルブを物理的に閉
鎖位置から移動し、閉塞された流体を液圧シリンダから
流出できるようにする。流体がシリンダから空になると
き、室35に溜まった高圧エアは、主ピストンを第２位置
から第１位置に向かって急速に押し戻す。
【００２１】ボール23およびバルブシート27は、ワンウ
ェイバルブまたはチェックバルブとして機能する。図１
と図２との間の移行において、ボール23はバルブシート
27から持ち上がっており、室33から流体がボール23を通
過して膨張室即ち、シリンダ45に流入することができる
ようになる。室47が加圧エアで充満すると、可撓性薄膜
49により室33の流体が効果的に加圧され、流体をシリン
ダ45に送り込む補助を行う。エア流入口46から僅かな量
のメイクアップエアを室47に加えるだけでよい。室33に
流体が充満しているときは、薄膜49が図１において半径
方向外方に撓み、流体の大部分が室33から流出して室45
に流入する図３の状態では半径方向内方に撓む。
【００２２】図２において、主ピストンはポート43をカ
バーせず、図３においては、このポートは、充分開放
し、室37の加圧エアが大気に通気され、右方向への空気
圧駆動力をピストン13から取り除く作用を行う。図３
は、ピストンがスローダウンして室35にエアを圧縮する
ときのピストン状態を示す。図４においては、ピストン
が第２位置に達し、室35のエアが強く圧縮された状態を
示す。この室35内の高圧エアによりピストンに加わる強
い力は、シリンダ45内の流体をチェックバルブのボール
23を経て流出してボールを環状シールまたはシート27に
強固に押し付けて閉鎖しようとする。チェックバルブが
閉鎖するとき、室45に溜まった流体は、ピストン13を室
35に圧縮されたエアの圧力に抗して最右側位置即ち、バ
ルブ開放位置保持する。
【００２３】図４と図５を比較して、バルブアクチュエ
ータを第１位置に復帰させ、エンジンバルブを閉鎖しよ
うとするコマンドに応答する様子を説明する。コマンド
を入力すると、電流がコイル51に流れ、強磁性のラッチ
プレート53を引きつけて閉じ、中心に位置するプランジ
ャ55を急速にボール23に掛合させ、ボールを環状シール
27から離座させ、流体を室45から流出させ、室33に復帰
流入させる。図５〜図８におけるシーケンスにおいて、
室33が再充填されるとき、薄膜49は半径方向外方に膨ら
む。図５〜図８におけるシーケンスにおいて、ボールが
プランジャ55により開放位置に保持される。流体が自由
に室45から流出することにより、ラッチングは効率よく
機能しなくなり、室35内の高圧縮エアによりピストンを
初期位置即ち、第１位置に向けて左側に押しやる。ピス
トンが図８に示す初期位置までの移動を完了したとき、
コイル即ち、ソレノイド51の通電を止め、ばね57がボー
ル23をシート27への休止状態に復帰させ、装置は再び図
１に示す形態をとる。
【００２４】上述のように、バルブ開放位置に向かうア
クチュエータ動作は、室35内のエアの圧縮により減速ま
たは減衰される。ピストンが完全停止状態に達した瞬間
にピストンを捕捉することにより、ピストン運動のエネ
ルギはポテンシャルエネルギに変換されて蓄積される。
このポテンシャルエネルギは、後に（ピストンを釈放す
るときに）使用され、ピストンをバルブ閉鎖位置に向け
て駆動する。内燃機関のエンジンバルブは開放位置にお
けるよりも閉鎖位置においてより多くの時間を費やすた
め、高圧圧縮エアは、短時間のみ保持される必要があ
る。しかし、逆に、ピストンをバルブ閉鎖位置からバル
ブ開放位置に駆動するのに圧縮エアを使用することがで
きるが、但し若干の漏れ損失の形式の犠牲を払わなけれ
ばならない。このような漏れはエアまたは液圧ラッチン
グ流体であり、多くの位置で生じ、例えば、エア流入チ
ェックバルブ17、環状ピストンシール59の周り、主シャ
フトシール63の付近、小環状ピストンシール61の周り、
またはボール23とボールのシート27との間でのラッチン
グ圧力エアがある。
【００２５】これまでは、ピストン13により室35に圧縮
したエアの形式のポテンシャルエネルギを蓄積する方法
について記載し、この方法においては、室にエアを圧縮
する方向（図面でみて右方向に）ピストンを駆動し、適
切な時点でバルブ15を閉鎖することによりピストン駆動
力を取り除き、室35内に圧縮されるエアの力によりピス
トンを減速するものであった。ピストンは、運動が停止
位置まで減速しており、エア圧縮方向とは反対方向の図
面でみて左方向に移動する直前の時点で捕捉する。ピス
トンは、圧縮エアとして蓄積したエネルギによりピスト
ンを図面でみてエア圧縮方向とは反対の左方に復帰駆動
するコマンドに基づいて釈放される。
【００２６】次に、図９につき、ピストンを最右側位置
に捕捉する機械的手段を使用した本発明の第２の実施例
を示す。図９に示す装置のピストンおよびシャフト組立
体79を図面でみて右方向に並進移動させる部分は図１〜
図８につき説明したのとほぼ同様である。しかし、ピス
トン捕捉またはラッチング機構は、全く異なる。図９の
実施例では、主アクチュエータシャフト65は角度のある
傾斜面67を有し、この傾斜面67はソケット即ち、戻り止
め69に連なる。１対の端部にローラを有するプランジャ
71、73を、ばね75、77により互いの方向に押圧し、傾斜
面67に掛合させる。ソレノイド81、83は、プランジャ7
1、73を戻り止め69から引き出すコマンドを受けて動作
可能にし、このコマンドがあった際に、上述のように室
85に溜まって高圧に圧縮されたエアによりピストンおよ
びシャフト組立体79をバルブ閉鎖位置即ち、初期位置に
復帰するよう駆動する構成とする。図１〜図８のラッチ
ング方法とは異なり、ソレノイド81、83は、ボールプラ
ンジャを戻り止め69から引き出すに充分な間だけ通電
し、シャフトが短距離移動すると即座に非通電にする。
即ち、ボール端部はもはや戻り止めに整列せず、戻り止
め69には復帰しないためである。
【００２７】図10には本発明の第３の実施例を示す。上
述の実施例のピストンシール59の代わりに、１対のＯリ
ングを使用しているが、ピストン87の右方への推進は上
述したのとほぼ同様である。ピストン87が右方位置即
ち、バルブ開放位置に達するとき、釈放コマンドが与え
られるまで一定容積の液圧ラッチ89がその状態を保持す
る。特に、一定容積流体は室91、93を占める。バルブ97
が開放状態に保持されて、流体がバルブシール99から自
由に通過している限り、ピストン87に固着されてこのピ
ストン87と一緒に往復移動するピギーバック(piggybac
k) ピストン95の運動により室91、93の内の一方の容積
を増大させ、他方を減少させる。流体は、ピストンが往
復移動するとき、閉じたサーキット即ち、「レーストラ
ック」の周りを単に移動するだけである。このような構
成により、液圧流体の外部供給源を必要としない閉じた
液圧システムを生ずる。バルブ89は、ばね101 により閉
鎖位置に向けて押圧する。ピギーバックピストン95は、
右方に向って移動するとき、流体はバルブ97を経て移動
し、室93は収縮し、室91は膨張する。ピストン87がバル
ブ開放位置に達して、室35の高圧エアがピストンを左方
に押し戻そうとするとき、バルブ97を閉鎖させ、左方へ
の移動を阻止する。入口103 に供給される高圧エアまた
は液圧流体の形式の復帰コマンドにより、ピストン105
をばね101 の押圧力に抗してバルブ97を開放させ、ピス
トン87がバルブ閉鎖位置に復帰するとき、閉回路流体を
室91から室93に帰還させる。
【００２８】上述したところは、本発明の好適な実施例
を説明したに過ぎず、請求の範囲において種々の変更を
加えることができること勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構が初期位置またはバルブ閉鎖位置にある形
態を示す縦断面図である。
【図２】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構が第２位置またはバルブ開放位置に向かっ
て半分移行した中間の形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構が第２位置またはバルブ開放位置に向かっ
て3/4 移行した途中の形態を示す縦断面図である。
【図４】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構が第２位置またはバルブ開放位置に完全に
移行し形態を示す縦断面図である。
【図５】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構がバルブ開放位置あるが、ラッチを釈放す
る瞬間の形態を示す縦断面図である。
【図６】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構がバルブ閉鎖位置に向かって半分移行した
中間の形態を示す縦断面図である。
【図７】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構がバルブ閉鎖位置に向かって3/4 移行した
途中の形態を示す縦断面図である。
【図８】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構が初期位置に完全に達した形態を示す縦断
面図である。
【図９】本発明によるアクチュエータ機構の実施例のバ
ルブ作動機構のラッチング構成の変更例の図１と同様の
縦断面図である。
【図１０】本発明によるアクチュエータ機構の実施例の
バルブ作動機構のラッチング構成の更に他の変更例の図
１および図９と同様の縦断面図である。
【符号の説明】
11 シャフトまたはステム 12 共通軸線 13 主ピストン 15 制御バルブ部材 17 ワンウェイチェックバルブ 19 ハウジング 20,53 ラッチプレート 21 永久磁石 23 ボール 25,51 コイル 27 バルブシート 33,47 室 39 高圧流入ポート（キャビティ） 41 低圧流出ポート 43 中間または「ラッチング」圧力開孔 45 シリンダ 46 エア流入口 49 可撓性薄膜 55 プランジャ 57 ばね 65 主アクチュエータシャフト 67 傾斜面 69 戻り止め 71,73 プランジャ 75,77,101 ばね 79 ピストン及びシャフト組立体 81,83 ソレノイド 85,91,93 室 87 ピストン 89 液圧ラッチ 97 バルブ 99 バルブシール
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ１５Ｂ 15/26 9026−3Ｈ (72)発明者 フレデリック エル エリクソン アメリカ合衆国 インディアナ州 46805 フォート ウェイン ボスワース ドラ イブ 2610 (72)発明者 ウィリアム イー リチェッソン アメリカ合衆国 インディアナ州 46825 フォート ウェイン アークウッド レ イン 5121

Claims (24)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】一方の方向に機構の一部を並進移動させる
    ための圧縮エアの補充可能な圧縮エア源と、 前記一方の方向への機構部分の並進移動中にエアが圧縮
    され、エアの圧縮により前記機構部分の前記一方の方向
    への並進移動を減速させるための室と、 前記機構部分の移動が停止するまで減速するとき、前記
    機構部分の並進移動の方向の逆転を一時的に阻止する一
    時阻止手段とを具えたことを特徴とする非対称双安定空
    気作動アクチュエータ機構
  2. 【請求項２】前記一時阻止手段を無効にして前記機構部
    分を室内で圧縮されたエアの押圧の下で前記一方の方向
    とは反対方向に自由に移動させるコマンドに基づいて動
    作するコマンド動作手段を設けた請求項１記載の非対称
    双安定空気作動アクチュエータ機構
  3. 【請求項３】前記室にメイクアップエアを供給して摩擦
    および他の損失を補償する補償手段を設けた請求項１記
    載の非対称双安定空気作動アクチュエータ機構
  4. 【請求項４】前記機構部分には液圧ピストンを設け、前
    記一時阻止手段は、前記液圧ピストンと、前記液圧ピス
    トンが往復移動する液圧シリンダと、前記機構部分の前
    記一方の方向への並進移動中液圧流体を前記液圧シリン
    ダに流入させる導入手段と、により構成し、前記導入手
    段は、前記機構部分の運動が停止まで減速し、シリンダ
    からの液体の流出を一時的に阻止するとき閉鎖を行う構
    成とした請求項１記載の非対称双安定空気作動アクチュ
    エータ機構
  5. 【請求項５】前記シリンダからの流体を流出させる手段
    を開放状態に保持し、前記機構部分の前記一方の方向と
    は反対方向に移動させるコマンドに基づいて動作するソ
    レノイド手段を設けた請求項４記載の非対称双安定空気
    作動アクチュエータ機構
  6. 【請求項６】前記機構部分には、第１作動面と、第２作
    動面と、第３作動面とを有し、それぞれの作動面がそれ
    ぞれに対応する第１可変容積室、第２可変容積室および
    第３可変容積室の一部をなす構成の往復移動自在のピス
    トンを設け、前記容積はピストンの位置に応じて線形的
    に変化するものとし、前記室は、第１室と、機構部分を
    並進移動させる補充可能な高圧液圧流体源と連係する第
    ２室と、前記逆転一時阻止手段の一部を有する第３室と
    を有するものとして構成した請求項１記載の非対称双安
    定空気作動アクチュエータ機構
  7. 【請求項７】少なくとも前記ピストンが初期位置にあっ
    てラッチングエア圧を前記室に供給して前記ピストン並
    進運動が圧縮されたエア源によって開始されるまで前記
    ピストンを初期位置にラッチする流入バルブを設けた請
    求項１記載の非対称双安定空気作動アクチュエータ機構
  8. 【請求項８】前記一時阻止手段には、前記一方の方向に
    ほぼ直交する方向に移動自在の少なくとも１個の戻り止
    め部材を設け、前記戻り止め部材を前記機構部分に向け
    てばね負荷し、前記機構部分には前記一方の方向に対し
    て傾斜させた傾斜面と、戻り止め窪みを設け、傾斜面に
    は前記一方の方向への並進移動中前記戻り止め部材が掛
    合し、前記戻り止め部材が前記戻り止め窪みに整列して
    ばね負荷の下に戻り止め窪みに突入するまで前記機構部
    分から遠去かる方向に押圧する構成とした請求項１記載
    の非対称双安定空気作動アクチュエータ機構
  9. 【請求項９】前記一時阻止手段を一時的に無効にする一
    時無効手段を設け、前記室内の圧縮エアにより前記機構
    部分をエア圧縮方向とは反対方向に推進することができ
    るようにした請求項８記載の非対称双安定空気作動アク
    チュエータ機構
  10. 【請求項１０】前記一時無効手段には、ばね負荷に打ち
    勝って前記戻り止め手段を戻り止め窪みから抜け出させ
    るよう選択的に通電可能なソレノイドを設けた請求項９
    記載の非対称双安定空気作動アクチュエータ機構
  11. 【請求項１１】前記一時的阻止手段は、前記機構部分と
    ともに往復移動自在であり、１対の可変容積液圧室の一
    部をなして２個の可変容積液圧室の容積の和が常に一定
    となる１対の対向面を有するピギーバックピストンと、
    第１の液圧室から他方の液圧室に流体を自由に流入させ
    るよう前記２個の可変容積液圧室を相互に連結するが、
    他方の液圧室から第１液圧室への流体の逆流を阻止する
    ワンウェイチェックバルブとを有するものとして構成し
    た請求項１記載の非対称双安定空気作動アクチュエータ
    機構。
  12. 【請求項１２】前記一時的阻止手段は、更に、前記ワン
    ウェイチェックバルブを無効にして前記他方の液圧室か
    ら第１液圧室に流体を帰還させるコマンドに基づいて動
    作する手段を設けた請求項11記載の非対称双安定空気作
    動アクチュエータ機構。
  13. 【請求項１３】それぞれ細長のバルブステムを有する吸
    気バルブおよび排気バルブを設けた内燃機関エンジンに
    使用する電気制御空気圧動作バルブアクチュエータ機構
    において、 互いに対向する１対の対向面を有し、エンジンバルブに
    連結して軸線に沿って往復移動自在のパワーピストン
    と、 前記ピストンを一体に移動してエンジンバルブをステム
    の軸線方向にバルブ閉鎖位置からバルブ開放位置に移動
    させる空気圧動作手段と、 エンジンバルブがバルブ開放位置に接近するときエア容
    積を圧縮し、また連続的に減速力を増大させる空気圧減
    衰手段と、 圧縮した容積のエアを利用してピストンをバルブ閉鎖位
    置に復帰させる動力とするコマンドに基づいて動作する
    手段とを具えることを特徴とする電気制御空気圧動作バ
    ルブアクチュエータ機構。
  14. 【請求項１４】空気圧減衰手段は、前記ピストン面のう
    ちの１個がその構成の一部をなすものとした請求項13記
    載の電気制御空気圧動作バルブアクチュエータ機構。
  15. 【請求項１５】空気圧動作手段は、前記ピストン面のう
    ちの１個がその構成の一部をなすものとした請求項13記
    載の電気制御空気圧動作バルブアクチュエータ機構。
  16. 【請求項１６】前記圧縮容積エアを利用する手段には、
    液圧シリンダを有しピストン移動の方向の逆転を一時的
    に阻止する手段と、前記液圧シリンダにおいて往復移動
    自在のピストンと、前記ピストンのバルブ開放位置に向
    けての移動中前記液圧シリンダに液圧流体を流入させる
    流入手段とを設け、前記流入手段は、前記ピストンが停
    止位置まで減速するとき閉鎖して前記シリンダからの流
    体流出を一時的に阻止する構成とした請求項13記載の電
    気制御空気圧動作バルブアクチュエータ機構。
  17. 【請求項１７】前記圧縮容積エアを利用する手段には、
    パワーピストンをバルブ開放位置の近傍に保持する手段
    を設け、この保持手段は、前記パワーピストンと一緒に
    往復移動自在であり、１対の可変容積液圧室の一部をな
    して２個の可変容積液圧室の容積の和が常に一定となる
    １対の対向面を有するピギーバックピストンと、第１の
    液圧室から他方の液圧室に流体を自由に流入させるよう
    前記２個の可変容積液圧室を相互に連結するが、他方の
    液圧室から第１液圧室への流体の逆流を阻止するワンウ
    ェイチェックバルブとを有するものとして構成した請求
    項13記載の電気制御空気圧動作バルブアクチュエータ機
    構。
  18. 【請求項１８】前記パワーピストンを保持するための手
    段には、更に、前記ワンウェイチェックバルブを無効に
    して前記他方の液圧室から第１液圧室に流体を帰還させ
    るコマンドに基づいて動作する手段を設けた請求項17記
    載の電気制御空気圧動作バルブアクチュエータ機構。
  19. 【請求項１９】第１位置と第２位置との間で軸線方向に
    往復移動自在のアーマチャを有する双安定電気制御流体
    作動トランスデューサにおいて、開放位置と閉鎖位置と
    の間で前記軸線に沿って移動可能な制御バルブと、前記
    制御バルブを閉鎖位置に保持する磁気ラッチング手段
    と、前記磁気ラッチング手段の作用を一時的に無効に
    し、前記制御バルブを釈放して前記閉鎖位置から開放位
    置に移動させる電磁装置と、前記制御バルブが開放位置
    に移動するとき前記アーマチャを第１位置から第２位置
    に移動する液圧手段と、前記第１位置から第２位置にア
    ーマチャが移動する間にエアを圧縮し、エアの圧縮によ
    りアーマチャが第２位置に接近するときアーマチャの運
    動を減速するための室と、前記アーマチャの運動が停止
    位置まで減速するときアーマチャの運動の方向逆転を一
    時的に阻止する一時阻止手段とを具え、前記一時阻止手
    段は、室内に圧縮されたエアを流出させてアーマチャを
    第２位置に復帰させるコマンドに基づいて不作動になる
    構成としたことを特徴とする双安定電気制御流体作動ト
    ランスデューサ。
  20. 【請求項２０】前記アーマチャは、前記軸線に沿って往
    復移動自在であり、内燃機関エンジンバルブに連結した
    パワーピストンを有するものとして構成し、前記パワー
    ピストンは、１対の互いに対向する対向面を有し、これ
    ら対向面のうちの一つが前記ピストンを第１位置から第
    ２位置に推進するため前記制御バルブによって圧縮エア
    をトランスデューサに流入させる作用を行い、他方の対
    向面が第１位置から第２位置に移動する間にトランスデ
    ューサ内に溜まったエアを圧縮する作用を行うものとし
    た請求項19記載の双安定電気制御流体作動トランスデュ
    ーサ。
  21. 【請求項２１】前記一時的阻止手段は、前記機構部分と
    ともに往復移動自在であり、１対の可変容積液圧室の一
    部をなして２個の可変容積液圧室の容積の和が常に一定
    となる１対の対向面を有するピギーバックピストンと、
    第１の液圧室から他方の液圧室に流体を自由に流入させ
    るよう前記２個の可変容積液圧室を相互に連結するが、
    他方の液圧室から第１液圧室への流体の逆流を阻止する
    ワンウェイチェックバルブとを有するものとして構成し
    た請求項20記載の双安定電気制御流体作動トランスデュ
    ーサ。
  22. 【請求項２２】前記一時的阻止手段は、更に、前記ワン
    ウェイチェックバルブを無効にして前記他方の液圧室か
    ら第１液圧室に流体を帰還させるコマンドに基づいて動
    作する手段を設けた請求項21記載の双安定電気制御流体
    作動トランスデューサ。
  23. 【請求項２３】ピストンにより室内に圧縮するエアの形
    式としてポテンシャルエネルギを蓄積する方法におい
    て、 エアを室内に圧縮する方向にピストンを駆動するステッ
    プと、 前記ピストン駆動力を取り除き、圧縮されたエアの力に
    よってピストンを減速するステップと、 ピストンの移動が停止位置まで減速する時点の近傍で、
    エア圧縮方向とは反対方向への移動を行う前にピストン
    を捕捉するステップとよりなることを特徴とするポテン
    シャルエネルギ蓄積方法。
  24. 【請求項２４】更に、ピストンを釈放して圧縮したエア
    蓄積エネルギによりピストンをエア圧縮方向とは反対側
    に推進するステップを設けた請求項23記載のポテンシャ
    ルエネルギ蓄積方法。
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