JP4994455B2 - 流体作動機械およびその弁構成 - Google Patents

Description

発明の背景
本発明は、液圧または気圧ターボまたはポンプとして用いられる流体作動機械およびその弁構成に関する。

ＥＰ−Ｂ−０４９４２３６は、作動チャンバの内容物の予備圧縮および予備膨張を用いて流体作動機械の運動サイクルを作り出してこの機械の電磁ポペット弁を始動させるための機構を紹介している。この機械の作動チャンバはリアルタイムで選択されるため、流体動力が軸出力に制御可能に変換され、またその逆も同様であり、したがって制御可能な双方向のエネルギの流れが可能となる。ポペット弁の性質は、流圧が、大きな閉鎖力を作り出す弁座領域に作用するというものである。ＥＰ−Ｂ−０４９４２３６の運動サイクルは、既に回転しているシャフトからのエネルギに依拠して、ソレノイドで動作するポペット弁を高圧マニホルドの圧力に対して開くことができる。この要件のため、この技術の使用は、機械が閾値シャフト速度よりも高い速度で既に動作している状況に制限される。ゼロ速度から始めなければならない適用例については、運動サイクルを異なる手段によって開始しなければならない。

ＵＳ−Ａ−５７３５５８２には、主弁および補助弁を備え、補助弁が主弁を高圧に対して開くように働く電磁弁アセンブリが記載されている。主弁を開くためには、流体が主弁体とボアとの間の毛細管に沿って流れて圧力を等しくする必要がある。これは、弁アセンブリを始動させるのに２００から３００ｍｓが必要であることを意味し、これは流体作動機械内での使用には遅過ぎる。

発明の要約
本発明の目的は、流体作動機械の作動チャンバと高圧マニホルドとの間に挿入され、高圧マニホルドが加圧されて機械の出力シャフトが静止している間に開くことができる、面着座弁を提供することである。

したがって、本発明は、請求項１に記載の流体作動機械を提供する。本発明の付加的な特徴は従属項に記載される。

本発明の弁構成が機能可能である理由は、作動チャンバが本質的に閉じ込められた体積であり、また漏れ流れが、圧縮による体積変化と作動チャンバからの流体漏れとの合計に抑えられるためである。

本発明の機械の動作時、高圧ラインおよび作動チャンバの圧力が等しくなると、小さい力で、主弁要素を開いた位置に動かして第２の動作段階を完了することが可能である。

また、一体化した主弁および補助弁を有するこの種の機械は、ＥＰ−Ｂ−０４９４２３６と同一のやり方で機能することが可能であり、また有利である。弁は、運転開始時には２段階動作で始まり、低速動作時にはそれを使用し続け、速度が上がるにつれて、予備圧縮サイクルを用いた一段階のみの動作に自動的に変化する。

本発明を、一例としてのみ、添付の図面を参照してより詳細に説明する。

本発明の一般的原理を示す概略図である。 閉じた位置にある、本発明の実施例に係る弁構成の概略断面図である。 第１の動作段階における図２の弁構成を示す図である。 第２の動作段階における図２の弁構成を示す図である。 本発明の代替実施例に係る弁構成の概略断面図である。

特定の実施例の詳細な説明
図１は、本発明に係る流体動作機械が運動サイクルでどのように動作するかを示す。ソレノイドで動作し、通常開いている面着座低圧ライン弁１が、ライン７と体積が周期的に変動する作動チャンバ２との間に挿入されている。作動チャンバと高圧ライン６との間に挿入された、ソレノイドで動作し、通常閉じている面着座高圧ライン弁４が、はるかに小さな均圧弁５に並列接続されている。低圧ライン弁１のポペットは作動チャンバ２に面しているのに対して、高圧ライン弁４のポペットは高圧マニホルドに面している。

以下は、２段階の高圧弁動作を利用した、完全な運動サイクルの説明である。
運動サイクルの開始時、低圧ライン弁１は開いた位置にあり、高圧ライン弁４および均圧弁５は閉じた位置にある。高圧ライン６の圧力は低圧ライン７の圧力よりも高い。作動チャンバ２の圧力は低圧ライン７の圧力と等しい。

運動サイクルは、低圧ライン弁１を閉じ、ピストンが場合によっては停止状態から上死点に向かって動くことから始まる。次に、均圧弁５が開くように命令される。弁１、５がこれらの位置にあるので、高圧ライン６および作動チャンバ２の圧力が等しくなる。圧力が等しくなると、高圧ライン弁４が開くように命令され得る。作動チャンバ２がこうして高圧ライン６に接続されて低圧ライン７から切離された結果、高圧流体がピストン３に作用し得、下り行程を通して機械のクランクシャフトにトルクを生成し得る。均圧弁５は、高圧ライン弁４が開くと同時に閉じられ得るか、または運動行程の期間中開いたままであり得る。弁４および弁５の両方とも、ピストン３が下死点に達する前に閉められる必要がある。作動空間の残りの膨張は、ピストン３が自身の限界条件に達するにつれて作動空間を減圧し、低圧ライン弁１を開くことができる。この弁が開いた位置にあり、弁４および５が閉じた位置にあるので、ピストン３が上死点位置に向かって動くにつれて流体を低圧ライン７内に移動させることが可能となる。

図２は、主要なソレノイドで動作するポペット弁に一体化された摺動スプール弁の形態の均圧弁を示す。流体チャンバ８が高圧ラインに接続される。通路９が作動チャンバに接続される。強磁性可動ポールリング１０が、ポペット１１の基部に沿って摺動可能である。ポール圧縮ばね１２が、可動ポールをポペット１１の頭部に向けて押しやる。ポペット１１は、流体チャンバ８と作動チャンバ通路９とを接続する流れチャネル１３を有する。可動ポール１０は、ポペット１１の頭部に接近しているときは流れチャネルの入口を被覆し、図３に示されるように、ポペットの頭部から離れるように動くと流れチャネル１３を開く。ポペット１１はガイド１４に沿って摺動可能である。ポペット圧縮ばね１５を利用して、ポペットをその座部１６に向けて押しやる。ばね１５に対する予荷重は、ポール圧縮ばね１２に対する予荷重よりも低い。ソレノイドコイル１７が、磁束を作り出して可動ポール１０を静止ポール１８に引寄せるように構成される。

ポールリング１０は、コイル１７が励磁されると軸方向に移動する。このポールリングはポールばね１２に直接的に作用し、ポペット１１が座部１６に保持されるように高圧チャンバ８と通路９との間にかなりの圧力勾配がある場合は、図３に示されるように、ポー
ルリングはポペットシャンク上を摺動して孔１３を露出することになる。こうして２つの空間が接続され、弁構成全体にわたって圧力が等しくなる。圧力が等しくなると、全移動範囲にわたってポペットばね１５の力がポールばね１２の力よりも小さい限り、図４に示されるように、ポペットシャンク上のポールばね１２の軸力はポペット１１を座部１６から引離して主要な流体通路を開くことになる。

作動チャンバの高サイクル速度中、この２段階動作が起きるための十分な時間がないことがある。この場合、作動チャンバが自身の最小体積条件に達する直前に、低圧の通常開いている弁１のソレノイドコイルを励磁することによって、作動チャンバの圧力が、閉じ込められた体積内で上昇して高圧マニホルドの圧力と等しくなり、また、通常閉じている弁のコイルが励磁されると、可動ポールリング１０がポペット１１と一致して動き、一段階のみで弁を開く。

図５は、主要なソレノイドで動作するポペット弁１１′に一体化された、補助ポペット型弁１９の形態の代替的な均圧弁５を示す。

基本的な動作は上で説明したのと同一である。主な相違点は、流れチャネル１３′の覆いを取るのに、可動ポール１０を摺動させるのではなく補助の均圧ポペット弁１９を用いることである。

ここでもまた、運動サイクルの開始時に通路９の圧力よりも流体チャンバ８の圧力の方が高いため、ポペット１１′が静止ポール１８に向かって動くことが防止される。可動ポール１０は、ポペット１１′の頭部から離れるように摺動するにつれてポールばね１２′およびポペットばね１５を圧縮し始め、補助ポペット弁１９をその座部２０から取外して流れチャネル１３′を開く。圧力が等しくなると、主ポペット１１′は、ポペットばね１５の力よりも大きいポールばね１２′の力を受けて開くことができる。上記と同様に、主弁および補助弁は、モータが十分な勢いを有すると「自動的に」ともに動く。

本明細書中で用いられる動詞「備える」のすべての形態は、動詞「構成される」および／または「含む」の形態として理解されるべきである。

Claims (8)

1. 流体作動機械であって、
   高圧ラインと、
   作動チャンバと、
   前記高圧ラインと前記作動チャンバとの間に配置され、前記高圧ラインから前記作動チャンバへの流体の流れを制御する弁構成とを備え、
   前記弁構成は、弁着座部との封止接触を提供するように構成された弁要素を有する主弁、および前記作動チャンバを前記高圧ラインと直接流体連結することによって前記主弁の両側の圧力を等しくする電磁可動弁部材を有する補助弁を含み、
   前記主弁および前記補助弁は一体化されており、
   前記弁要素は、前記弁着座部によって規定される開口と連結する内部導管を有し、
   前記電磁可動弁部材は、前記内部導管を、前記弁要素を囲む空間と直接流体連結するように適合され、
   前記電磁可動部材はスプール弁部材を備える、流体作動機械。
2. 流体作動機械であって、
   高圧ラインと、
   作動チャンバと、
   前記高圧ラインと前記作動チャンバとの間に配置され、前記高圧ラインから前記作動チャンバへの流体の流れを制御する弁構成とを備え、
   前記弁構成は、弁着座部との封止接触を提供するように構成された弁要素を有する主弁、および前記作動チャンバを前記高圧ラインと直接流体連結することによって前記主弁の両側の圧力を等しくする電磁可動弁部材を有する補助弁を含み、
   前記主弁および前記補助弁は一体化されており、
   前記弁要素は、前記弁着座部によって規定される開口と連結する内部導管を有し、
   前記電磁可動弁部材は、前記内部導管を、前記弁要素を囲む空間と直接流体連結するように適合され、
   前記弁要素を前記弁着座部に向けて付勢するための主付勢手段が与えられ、
   補助部材を、前記内部導管が周囲空間から隔離された位置に付勢するための補助付勢手段が与えられる、流体作動機械。
3. 前記主付勢手段および前記補助付勢手段のうちの少なくとも一方は、つる巻きばねを備える、請求項２に記載の流体作動機械。
4. 前記補助付勢手段は、前記主付勢手段よりも大きな力を及ぼす、請求項２または３に記載の流体作動機械。
5. 流体作動機械の高圧ラインから作動チャンバへの流体の流れを制御するための弁構成であって、
   弁着座部との封止接触を提供するように構成された弁要素を有する主弁、および前記作動チャンバを前記高圧ラインと直接流体連結することによって前記主弁の両側の圧力を等しくする電磁可動弁部材を有する補助弁を備え、
   前記主弁および前記補助弁は一体化されており、
   前記弁要素は、前記弁着座部によって規定される開口と連結する内部導管を有し、
   前記電磁可動弁部材は、前記内部導管を、前記弁要素を囲む空間と直接流体連結するように適合され、
   前記電磁可動部材はスプール弁部材を備える、弁構成。
6. 流体作動機械の高圧ラインから作動チャンバへの流体の流れを制御するための弁構成であって、
   弁着座部との封止接触を提供するように構成された弁要素を有する主弁、および前記作動チャンバを前記高圧ラインと直接流体連結することによって前記主弁の両側の圧力を等しくする電磁可動弁部材を有する補助弁を備え、
   前記主弁および前記補助弁は一体化されており、
   前記弁要素は、前記弁着座部によって規定される開口と連結する内部導管を有し、
   前記電磁可動弁部材は、前記内部導管を、前記弁要素を囲む空間と直接流体連結するように適合され、
   前記弁要素を前記弁着座部に向けて付勢するための主付勢手段が与えられ、
   補助部材を、前記内部導管が周囲空間から隔離された位置に付勢するための補助付勢手段が与えられる、弁構成。
7. 前記主付勢手段および補前記助付勢手段のうちの少なくとも一方は、つる巻きばねを備える、請求項６に記載の弁構成。
8. 前記補助付勢手段は、前記主付勢手段よりも大きな力を及ぼす、請求項６または７に記載の弁構成。

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