JPH02236006A - 空気圧動力式弁アクチュエータ - 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】 発明の概要 本発明は、２位置間直線移動式アクチュエータに、更に
特定すればピストンの作動に空気エネエルギーを利用し
て２個の位置間の移動時間を速くした高速作動アクチュ
エータに関している。本発明は、１対の制御弁を利用し
てピストンと永久磁石に入る高圧空気を遮断して、コイ
ルが付勢されて永久磁石の掛止力を緩和し、かつ弁の１
個を開放するまで、制御弁を閉止位置に保持する。保持
された空気はピストンを一方の位置から他方の位置に急
速に加速する。ピストンの一方の位置から他方の位置へ
の運動は、加速空気圧を加える面に対向する作業ピスト
ンの面に隣接する若干の空気を捕捉する。尚、加速空気
圧を加える面に対向する作業ピストンの面は、ピストン
がその行程の終わりに近づくにつれてピストンに反対の
力を加えてピストンの運動を遅くする。ピストン運動の
別の制動作用とピストンの運動エネルギーの回収を補助
ピストンによって行い、この補助ピストンは主ピストン
即ち作業ピストンと共に動いて空気を圧縮し制御弁の再
閉止を助ける。

本発明は、特にそれ以外は従来型である内燃機関のガス
交換弁、即ち吸気は排気弁に利用できる。

高速作動特性により、カム作動式弁の特性である遅速性
よりは寧ろ殆ど瞬間的に完全開放と完全閉止位置の間で
弁を動かすことができる。

アクチュエータ機構は、圧縮機弁作用及び他の油圧又は
空気圧装置での弁作用、又は生産ラインで部品を動かす
場合の高速の制御作用を必要とする流体アクチュエーク
又は機械式アクチュエータ用高速作動制御弁等の分野で
利用される。

内燃機関弁は、殆ど例外なくボペット型であって、それ
は弁閉止位置になるようにハネ荷重が加えられ、回転式
カムシャフトのカムによりその付勢されたバネに対抗し
て開放される。そのカムシャフトはエンジンクランクシ
ャフトと同期していてエンジンサイクルの所望の既定回
数で開閉を行う。この既定回数は、高速エンジン速麿に
適当な回数と低速速度又はエンジンアイドリング速度に
適当する回数との妥協の結果である。

従来技術にも、種々の利点がある。例えば、カム作動式
弁構造を他の型の弁開放機構と取り替えることができる
。その弁開放機構の弁開放、閉止作用をエンジンクラン
クシャフト角位置又は他のエンジンパラメータ並びにエ
ンジン速度の関数として制御できる。

例えば、出願人ウィリアム・イー・リッチソンが１９８
８年７月２９日に出願した名称゜”車両管理計算機”の
米国特許出願番号第２２６，４１８号には、複数のエン
ジン運転センサーインプットを受取り、点火タイミング
及び吸気弁及び排気弁の開放と閉止の各サイクルの時間
を含む複数のエンジン運転パラメータを制御するコンピ
ュータ制御装置が開示されている。米国特許第４，００
９，６９５号は油圧作動弁を開示していて、その油圧作
動弁はダッシュボードコンピュータにより制御され、か
わってダッシュボードコンピュータは多数のエンジン運
転パラメータを監視する。この特許は多数の利点につい
て言及していて、その利点は独立の弁制御により実現さ
れるのであって、その比較的低速で作動する油圧式の性
質によってこれらの利点を実現するのではない。

特許に係る構成は、リアルタイムで弁を制御しようとし
ており、システム全体はフィードバックを有して関連の
揺動的挙動をする。

出願人名ウィリアム・イー・リッチソンで１９８７年３
月３日に出願し、本願の出願人に譲渡された係属出願中
の出願番号第０２１　，　１９５号、名称“電磁式弁ア
クチュエータ゛には、開放と閉止位置で掛止される永久
磁石を有する弁アクチュエータを開示している。電磁気
的反発力を利用して、弁を一方の位置から他方の位置に
動かす。いくつかの制動とエネルギー回収装置も同じく
含まれている。

出願人名ウィリアム・イー・リッチソンとフレデリック
・エル・エリクソンで１９８８年２月８日に出願し、本
願の出願人に譲渡した出願係属中の出願番号第１５３．
２５７号、名称”空気圧式電子式弁アクチュエータ″”
には、先に記載した出願にある反発作用よりは寧ろ解除
型機構を使う多少同じ弁作動装置を開示している。この
出願で開示された装置は、空気圧式と電磁気式共用で作
動する弁で、高圧空気源を備え、制動作用並びに動力用
として空気を使用する。磁気的動力が解除される磁石の
反対側の磁気掛止装置から供給され、この磁力は、第１
掛止装置の磁場が消勢状態にある限り装置のアーマチャ
ーを吸引する。アーマチャーが反対側の掛止装置に近づ
くにつれ、磁気的引力は増加し、第１掛止装置の磁場が
消勢状態にあるかどうかにかかわらず第１掛止装置の磁
気的引力を上回る。

この出願は、同じく吸気弁遅延閉止を含む種々の運転モ
ードと６個の運転行程サイクルモードを開示する。

出願人名ウィリアム・イー・リッチソンとフレデリック
・エル・エリクソンで１９８８年２月８日に出願し、本
願出願人に譲渡した出願係属中の出願番号第１５３，　
１５５号、名称゜“空気圧式動力型弁アクチュエータ″
“には、本発明の全体的動作にほぼ似てる弁作動装置を
開示している。この出願の特長は、制御弁と掛止板とが
主作業ピストンから分離していて、低い掛止力と高速運
転速度に帰着する重量の軽減との双方をもたらす。この
概念は本発明に組み込まれていて、これらの２個の操作
上の分野の改善が本発明の目的の一つである。

出願人名ウィリアム・イー・リッチソンとフレデリック
・エル・エリクソンで１９８８年６月２０日に出願し、
本願出願人に譲渡したそれぞれ出願係属中の出願番号第
２０９，２７３号と第２０９，２７９号、名称”′ソレ
ノイド作動式制御弁付き空気式アクチュエータ゛゜と“
永久磁石式制御弁掛止装置付き空気式アクチュエータ゛
゜は、上述の装置の運転効率の改善と共に空気源の圧力
で又はそれより低い圧力の空気圧を使用して制御弁の閉
止および閉止状態に制御弁を維持することを狙いとして
いる。

出願人名ウィリアム・イー・リッチソンで１９８８年２
月８日に出願し、本願出願人に譲渡した関連の出願には
、出願番号第０７／１５３，２６２号、名称“′位置一
磁気エネルギー駆動式弁機構゛がある。それでは、一方
の弁動作からのエネルギーを貯蔵して次の弁動作の動力
とし、更に装置の動力の一部に上述の出願番号第１５３
，２５７号の場合と同様に現時点で無力化されている掛
止装置の反対側の掛止装置からの磁気的引力を利用して
いる。同じく、゛゜反発作用作動式位置エネルギー駆動
型弁機構”と言う出願番号第０７／１５３，　１５４号
がある。それでは、バネ（又は同等の空気圧）は制動装
置並びにエネルギー貯蔵装置の双方の機能を果たして、
一方の位置から他方の位置への次の移動を助けるために
加速力の一部を供給する。

発明者名と出願人名とがリンチソンとエリクソンで同日
に名称“゜高効率弁アクチュエータ′゜で出願した本願
出願人の書類Ｆ−９０３には、空気圧動力式弁アクチュ
エータが開示されていて、そのアクチュエータは１対の
空気制御弁と閉止状態で空気制御弁を掛止する永久磁石
とを備えている。従来は、磁気引力により打ち勝つ必要
のあった制御弁に加わる空気圧を均圧させることにより
、掛止磁石の磁気掛止力（及び従って、寸法／費用）を
軽減する。主ピストンの運動エネルギーを回収し使用し
て制御弁を再閉止するので、主往復動ビストンのために
必要な制動作用を軽減できる。主ピストンシャフトの各
端部には０−リングで封止された゛バンパー゜”が備え
てあって、万一空気制御弁が閉止しなかった場合に空気
制御弁を閉止させる。

発明者と出願人がリッチソンとエリクソンの名で同日に
名称″空気動力式弁アクチュエーク゛で出願した本願出
願人の書類Ｆ−９０４では、空気動力式弁アクチュエー
タの往復動ピストンは、往復動の方向に延在するいくつ
かの空気通過孔を有してピストンの対向する端部での空
気圧を均圧させる。

ピストンはアンダーカットを有していて、そのアンダー
カットは適当な時点で高圧空気を空気制御弁の裏側に逃
がして、それにより弁の主ピストンから使用空気を排気
し制御弁の閉止を助ける。その結果、制御弁を閉止する
空気圧は制御弁を開放するのに使用された空気圧より高
くなる。

発明者名と出願人名がリッチソンとエリクソンで同日に
名称“空気動力式弁アクチュエーク゜゜で出願した本願
出願人の書類Ｆ−９０６では、１対の補助ピストンを有
する弁作動機構が開示されている。

補助ピストンは、空気制御弁を再閉止するのを助け、一
方同時に動作行程の終点に近づくと主ピストンの運動を
制動するのを助ける。過剰制動空気即ち“ブローダウン
”゜を補助チャンバーを通して、次いで小さな半径方向
スロットを通してコレクターマニホールドに、更にアク
チュエータの外側に排出し、再圧縮され、次いで循環さ
れるために空気ポンプの入口に戻る。半径方向空気出口
通路は、これらの出願の多くに共通であるが、本発明に
は存在しない。

発明者名と出願人名がリッチソンとエリクソンで同日に
名称“′空気圧式アクチュエータ“′で出願し本願出願
人が承継した書類番号Ｆ−９０９では、アクチュエータ
は上述の出願番号第２０９，２７９号の逃がし弁と同様
の１方向圧逃がし弁を有していて、捕捉した空気を高圧
源に逃がす。アクチュエータは主ピストンシャフトに″
窓′゜即ち排気弁アンダーカットを有している。それは
、同じ日に出願した他の事例に比較して高い圧縮比に帰
着する小さい寸法でる。この出願のアクチュエータは、
空気制御弁が閉まる時に加圧される面積を増大し、それ
により更に所要磁力を低減する。

発明者名と出願人名がウィリアム・イー・リッチソンで
同日に名称゛電気代一空気圧式アクチュエータ゛で出願
し、本願出願人が承継した書類番号Ｆ−９１０では、ア
クチュエータは、制動中圧縮された空気を出来るだけ回
収することにより高圧空気源に対する空気要求量を軽減
する。主ピストンは空気制御弁を閉止の状態に保持する
磁気回路の一部を構成している。制御弁を開いた時、制
御弁と主ピストンの双方が動き、磁気回路のりラクタス
は極度に増大し、制御弁に働く磁力はそれに応じて低下
する。

同日に出願された上記の事例の全ては、主作業ピストン
を有し、高圧空気により動かされるそのピストンはエン
ジン弁を駆動する。開放位置と閉止位ｌとの間でエンジ
ン弁を動かす動力ピストン即ち作業ピストンは掛止部品
と制御弁作用構造体とは別個になっていて、非常に高速
の運動が出来る程に、動ず重量が軽減されている。掛止
及び解除力も同じく軽減される。主ピストンから分離し
ているこれらの弁作用部品はピストン行程の全長を移動
する必要はないため、従って効率のある程度の改善がで
きる。高圧空気を１対の制御弁により作業ピストンに供
給し、その高圧空気によりピストンは一方の位置から他
方の位置に駆動され、同時に制御弁を再び作動させるま
でピストンを任意の位置に保持する。永久磁石により閉
止の状態に制御弁を保持し、かつ永久磁石の近傍のコイ
ルの電気的パルスにより制御弁を開放の状態に保持する
。空気を一方の区域即ち一方のチャンバーから他方の区
域即ち他方のチャンバーに又は低圧空気出口に逃がすた
めに、事例の全てが、主ピストンのシャフトの多少拡大
した部分に沿って深さで２．５４ｍｍ（０．１ｉｎｃｈ
）程度でコップ状即ちアンダーカットされた領域である
′゛窓゛を設けている。これらの事例はピストンシリン
ダー内の中央にスロットを配置して、上述の出願番号第
１５３，１５５号と同様の中間掛止空気圧を供給し、並
びにリード弁構造を使用して、上述の出願番号第２０９
，　２７９号と同様にピストン制動中圧縮された空気を
高圧空気源に戻す。説明の便宜上、これらの事例では、
大気に排気又は“ブローダウン″′と呼称し、このよう
な排気を大気に対して行っている場合、排気と冨う言葉
は、ポンプに循環し、閉システムで加圧して、そうしな
いと新鮮空気入口より取り入れられる可能性のある埃及
び水分の導入を避けるために、空気をほぼ大気圧出口へ
排気する場合の排気も包含する。

上に列挙した出願の全ての開示事項は特定して本明細書
に組み込んでいる。

本発明の目的の中で注目すべきものは、高速移動回数と
効率の改善に特長のある双安定型流体動力式作動装置の
提供と、高速反応性制御弁を有する空気駆動式作動装置
の提供と、制御弁の制動と再閉止の双方を助ける補助ピ
ストンを有する電子制御型空気圧動力式弁作動装置の提
供と、低圧空気軸方向出口を有する電子制御型空気圧動
力式弁作動装置の提供と、ほぼ一定圧の高圧空気源を有
する空気圧動力式弁アクチュエータの提供と、空気供給
制御弁と空気チャンバーとを有する弁作動装置であって
、空気チャンバーは空気を保持し、かつ圧縮し、制御弁
が開放しつつあるとき高圧空気が空気制御弁の再閉止を
助ける弁作動装置の提供と、並びに軸方向長さが短縮さ
れた弁作動装置の提供である。

一般に、空気圧動力式弁アクチュエータは、低圧空気の
単純化された空気戻り通路と、主弁体の製作を単純化し
並びに遥かに大きく、かつ従ってほぼ一定の圧力の、作
業ピストンに近接している高圧空気アキュムレータの使
用を許容する新規な種々の空気排出通路としての弁アク
チュエータカバー又は他の外部通路とを有している。ア
クチュエータからの低圧空気出口は、半径方向よりは寧
ろ軸方向にあって一層コンパクトで単純な構成を可能と
し特に全体的アクチュエータの長さを短縮する。

同じく、本発明に係る実施例では、双安定型電気一空気
圧式トランスデューサは軸方向に往復動できる主ピスト
ンを有するハウジングを備えている。主ピストンは、１
対の対向する主作業面と、開放と閉止位置の間でハウジ
ングと主ピストンの双方に対し軸に沿って往復動する１
対の空気制御弁と、空気制御弁の各々の直近に位置する
、ほぼ一定圧の高圧空気源とを有している。コイルは付
勢可能で空気制御弁の一方を選択的に開放して、一定圧
空気源から加圧空気をピストン主作業面の一方に供給し
て、空気源内の空気圧の顕著な低下を来すことなく主ピ
ストンを動かす。１対の補助ピストンを主ピストンに固
定して、それと一緒に動くのを可能としている。対応の
空気制御弁の面に関連して、各補助ピストンは可変容量
環状チャンバーを構成し、この可変容量環状チャンバー
は対応する動きに反応して１個の空気制御弁をその閉止
位置の方に駆動する。開放状態の空気制御弁に関連する
可変容量環状チャンバー内の圧力は、典型的には当初大
気圧であり、主ピストンが動く時間の一部において高く
なり、次いで主ピストンが停止する前に大気圧に低下す
る。

ここに示す具体例は、本発明の１個の態様である本発明
の好適実施例を示しているのであって、この具体例は開
示の範囲又は本発明の範囲を制限するものと解釈しては
ならない。

好適実施例の詳説 弁アクチュエータを順次第１図から第７図に示して、ボ
ペット弁又は他の部品（図示してない）を閉位置から開
位置に動かす場合の種々の部品位置と機能を示している
。反対の方向の動作は部品の対称性から明白に理．解で
きる。一般的に言えば、空気圧動力式アクチュエークは
、弁アクチュエータハウジング１９と、シャフト又はス
テム１１の軸線に沿ってハウジングの中で往復動するピ
ストン１３とを有している。ピストン１３は、１対の対
面する主作業面３８と４０と、加圧空気源３９と、開位
置と閉位置の間でハウジング１９とピストン１３との双
方に対して軸線に沿って往復動する１対の空気制御弁１
５と１７とを有している。磁気無効化コイル２４又は２
６は付勢されて、永久磁石２５又は２７の空気制御弁１
５又はｌ７の１個を選択的に開放する掛止効果を無力化
して、加圧空気を空気源から前記主作業面の１個に供給
してピストンを動かす。

アクチュエータは、内燃機関ボペット弁の一部を形成す
るか、又はそれに連結されているシャフト又はステム１
１を有している。アクチュエータは往復動ピストン１３
とハウジングｌ９内に閉囲されている１対の往復動又は
摺動制御弁部材１５と１７を有している。制御弁部材１
５と１７は永久磁石２５と２７の引力の組合せにより閉
位置に掛止される。制御弁部材１５と１７は更にそれぞ
れの掛止位置からコイル２４と２６の付勢により解除さ
れる。制御弁部材又はシャトル弁１５と１７は、ピスト
ン１３とハウジング１９の双方と協働して種々の機能を
果たす。ハウジング１９は、前述の係属出願の多くの入
口ボートと類似でかつそれより遥かに大きい高圧入口ポ
ート３９を有している。アクチュエータは、唯一の軸方
向出口部品を有している。それについては、以下に詳し
く記載する。

低圧は殆ど大気圧で、一方高圧は６．３　−７．０ｋｇ
／ｃｍ２ｇ（９０−１００ｐｓｉｇ）程度である。中間
即ち掛止空気圧源は、先の出願同様例えば約０．６　−
０．７　ｋｇ／ｃｍ”ｇ（９−１０ｐｓｉｇ）で空気を
環状スロット４３に供給する。

このアクチュエータには、高速作動制御弁が組み込まれ
ている。第１図はピストン１３が最左端位置にあって、
空気制御弁１５が掛止位置にある当初の状態を示してい
る。この状態で、環状衝合端面７７をハウジング１９の
環状スロットに装入して、゜゛○′゛−リング４７によ
り封止する。これは、空洞３９の圧力を封止し、主ピス
トン１３を動かすなんらかの力が加わるのを防止する。

この位置で、主ピストン１３の主作業面４０に圧をかけ
て左方（掛止された）に駆動する。第１図は、対応する
エンジン弁が閉止されているときに、動力ピストン１３
が通常位置する最左端位置で掛止されているアクチュエ
ータを示している。主ピストンが休止位置にあるとき、
サブピストン環状チャンバー９１は大気圧である。サブ
ピストン２９又は３１は、空気制御弁１５の内側孔３３
又は３５に係合して摺動する。サブピストン環状チャン
バー９１は、ピストン行程の一終端でスロット６３を通
して排気され、ピストン行程の他方の終端でスロット７
３を通って排気される。両終端の中間では、いずれのス
ロットもサブピストン環状チャンバー９１を排気するこ
とはできない。

永久磁石２５は、空気制御弁１５を閉止状態に維持する
。

第１図と第２図との間で、サブピストン環状チャンバー
９１の機能は、低圧出口の機能から最終的には空気制御
弁１５を再閉止する圧力上昇チャンバーの機能に変化す
る。

第２図で、コイル２４を付勢してアーマチャ４５に働く
永久磁石２５の保持力が無力化されると、シャトル弁１
５は左方に、例えば０．８９ｍｍ（０．０３５ｉｎｃｈ
）動き、ピストンは右方に未だ動いていない。一方第３
図は、約１．７８ｍｍ（０．０７ｉｎｃｈ）だけ空気制
御弁１５が開口した状態を示し、ピストン１３は約３．
６ｍｍ（０．１４０ｉｎｃｈ）だけ右方に動いている。

第２図では、高圧空気は、空洞３９に、次いでピストン
１３の面３８に供給されて、ピストン１３を右に駆動す
る。空洞３９を介してピストン面３８に供給される高圧
空気は、第３図ではハウジング１９の環状衝合部４１を
通過するピストン１３の窓５９の縁部により遮断される
。しかし、ピストン１３は、空洞８１の高圧空気の膨張
エネルギーにより加速され続ける。第２図では、コイル
２４は付勢されていて、永久磁石２５からの磁場は、空
気制御弁１５が自由に動ける迄に縮小されている。

空気制御弁１５は、制御弁面２１と２２に働くチャンバ
ー３９の高圧により加速される。大気圧ポート６３はこ
の時点で空気制御弁１５により特にスロット６３を通過
するサブピストン２９の動作により閉止される。

ポート６３はこの時点で閉止されていて、最早サブピス
トン環状チャンバー９１の空気を大気に排気しない。サ
ブピストン環状チャンバー９１は圧縮された複合空気バ
ネとして作用し、この上昇した圧力は、空気制御弁１５
の面９０と９２に働く。注意すべきは、面９０と９２の
面積がほぼ面２１と２２の面積に同じであることである
。サブピストン２９と空気制御弁１５の運動は、互いの
方向に向かい、これが容量の非線型変化をもたらして複
合空気バネを生成する。

空気制御弁１５は、第２図の全行程の半分より僅かに小
さく移動している。舌片７７が摺動して主ハウジンク１
９の本体部４１を離れるにつれ、主ピストン１３はチャ
ンバー３９から窓５９を通って来た高圧空気により加速
される。窓５９と続いて説明する他の窓は主ピストンの
円筒形部の周囲に設けられた一連のアンダーカットであ
る。

第３図で、空気制御弁１５は殆どその完全開位置に移動
している。サブピストン環状ヂャンバ−９１の大気圧の
空気は圧縮され続けて、サブピストン環状チャンバー９
１に形成される圧力により少量のエネルギーはサブピス
トン２９により主ピストン１３から抽出され続ける。窓
５９が空気源の圧から主ピストン１３を遮断している。

主ピストン１３はこの時点で全行程の約３０パーセント
だけ移動していて、主ピストンシリンダー８１の高圧空
気は膨張しつつある。

第４図では、空気制御弁１５は完全に開で、サブピスト
ン環状チャンバー９１の大気圧空気はよい高い圧力に圧
縮されつつある。主シリンダー８１の高圧空気は膨張を
継続している。主シリンダー８１の右側の圧力は圧縮さ
れ始めており、主ピストン１３の制動は既に始まってい
る。

第５図では、サブピストン環状チャンバー９１の圧力は
、チャンバー３９の空気源の圧力を圧倒し始め、空気制
御弁１５を第１図に示す閉位置に向かって加速する寸前
にある。更に多量のエネルギーがサブピストン２９によ
り主ピストンＩ３から抽出されつある。主ピストン１３
の右側の作業面４ｏに働く圧力は増大してアクチュエー
タを制動するのを継続している。

第６図では、サブチャンバー１００とサブピストン環状
チャンバー９１との圧力は、チャンバー３９の空気源圧
力より大きく、空気制御弁１５は第１図のその位置に戻
る途中である。舌片７７は空気制御井１５０面２２に働
く空気源圧力を遮断する。更に、サブピストン２９が一
層のエネルギーを主ピストン１３から抽出する。主ピス
トン１３の左側に働く圧力は掛止圧力、即ち空気源４３
の圧力である。主ピストン１３の右側４０に働く圧力は
増大しかつアクヂュエー夕を制動する。サブピストン２
９は環状アンダーカット、即ちノッチ７５を離れる寸前
にあり、サブピストン環状チャンバー９１を排気してア
クチュエータの端部から大気に逃がす。これが生じた時
、サブピストン環状チャンバー９１の機能は、再び空気
制御弁１５を再閉止する機能から低圧出口の機能に変わ
る。

第７図で、空気制御弁１５は第１図の閉止位置及び掛止
位置に戻っている。サブピストン環状チャンバー９１の
圧力はボート７５を介して大気に逃がされている。

第７図の主ピストン１３はその行程を完了しており、主
ピストン１３の右側４０に働くピストン制動圧力はサブ
ピストンチャンバー９３への窓６１を介してポート３７
に排気されてアクチュエータの右側開口端部を介して大
気に逃がされる。アクチュエータの１個の移動行程はこ
の時点で完結されており、戻り移動においても、必ず上
記のものと同じプロセスが行われる。

低圧出口の軸方向排気の概念に加えて、寸法を小さくし
、アクチュエータの圧縮比を増加するいくつかの別の技
術がここに図示されている。注意すべきは、主ピストン
１３はピストン重量を最小限にしながらピストンを強化
する拡幅リム８０を有している。このリムは環状棚部８
２と８４に嵌まって、残存即ち最小容量は殆ど零になる
。従って、高い圧縮比が得られる。ピストンは円錐形セ
グメント８６を有して、最小重量で強度を増強している
。更に、重要なことは、円錐形セグメント８６は窓５９
と６１の軸方向長さを短縮する、従って容量を小さくす
るのを可能とし、装置の圧縮比を改善する。環状領域の
ほぼ２０％を消費する補強リブ８８を薄くすることによ
り、従来例より高圧空気源３９の容量を大きくすること
ができる。一方残存環状部は、完全に高圧空気になって
いて、アクチュエータが可能なとき、顕著な圧力降下を
来さない。空気入口と出口の双方は比較的拘束部とはな
っていす、従ってそれにより空気流れ通路に関連する損
失が循環通路から軽減されている。

弁アクチュエータの対称性から理解できるように、弁再
閉止力を補強するため、主ピストンエネルギーを利用す
ることにおける空気制御弁１５と１７の挙動は、多数の
他の特長と同様ほぼピストン行程の対向する終点の各々
に近いところで同じである。

本発明の適用分野である内燃機関については殆ど説明し
なかった。それは、上述の係属出願及びその引用文献に
記載したのとほぼ同じで、電子式制御及び空気圧源等の
特長の詳細については、それらを参照されたい。好適利
用分野において、作動ピストン及びその関連の連結され
たエンジン弁の重量を従来の装置に比べて大幅に軽減で
きる。

エンジン弁とピストンが約１１．４ｍ川（０．４５ｉｎ
ｃｈ）動く間に、制御弁は只の約３．１８ｍｍ（０．１
２５ｉｎｃｈ）動くだけである。従って作動に必要なエ
ネルギーは小さくなる。本発明に係る空気通路は一般に
大きな環状開口で関係する絞り損失は殆どない。

上述のことから、開示の電子式制御型空気圧動力式アク
チュエータは発明の目的を達成し、ここに記載した並び
に他の利点を有していることが明らかである。更に、詳
細な形状、細部についての多数の改変が当業者にとり自
明であるが、それは特許請求の範囲に記載の本発明の本
旨の範囲に入る。

【図面の簡単な説明】

第１図は対応するエンジン弁が閉止状態のときのピスト
ンの状態、即ち動力ピストンが最左端位置で掛止されて
いる本発明に係る空気圧動力式アクチュエータを示す断
面図； 第２図から第７図は、第１図と同様な断面図であるが、
ピストンがその最右端、即ち弁開位置に向かって右方向
に前進するときの部品の動作と機能を図示している。 一致する参照番号は全ての図面を通して同じ部品を示し
ている。 １３・・・ピストン　　　　　１５．１７・・・空気制
御弁１９・・・アクチュエニタハウジング ２Ｌ２２・・・空気制御弁面 ２４　．　２６・・・磁石無効化コイル２５．２７・・
・永久磁石　　　２９．３１・・・サブピストン３３．
３５・・・内部孔　　　　３７・・・ポート３８．４０
・・・主作業面　　　３９・・・空洞４１・・・環状衝
合部　　　　４３・・・環状スロット４７・・・“′０
゛−リング　　５９．６１・・・窓６３・・・大気圧ポ
ート ７５・・・環状アンダーカット ７７・・・舌片　　　　　　　８０・・・拡幅リム８１
・・・主シリンダー　　　８２．８４・・・環状棚部８
６・・・円錐形セグメント　８８・・・補強リブ９０．
９２・・・空気制御弁の面 ９１・・・サブピストン環状チャンバー９３・・・チャ
ンバー　　　　１００・・・サブチャンバー特許出願人
　　マグナボックス　ガバメントアンド　インダストリ
アル エレクトロニクス　コンパニ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、弁アクチュエータハウジングと、前記ハウジング内
   を軸線に沿って往復動し、かつ対向して対面する１対の
   主作業面を備える主ピストンと、前記主ピストンに固定
   されて主ピストンと共に動く１対の補助ピストンと、高
   圧空気源と、低圧空気出口と、開位置と閉位置と間で前
   記ハウジングと前記主ピストンとの双方に対し前記軸線
   に沿って往復動する１対の空気制御弁と、前記空気制御
   弁の１個を選択的に開口して前記高圧空気源から前記主
   作業面の一方に高圧空気を供給して主ピストンと前記１
   対の補助ピストンを動かす手段とを備え、前記各補助ピ
   ストンは前記対応する空気制御弁の面と関連して、容量
   可変環状チャンバーを形成し、並びに前記補助ピストン
   の一方の動作に反応して前記空気制御弁の１方をその閉
   位置に向かって駆動する手段とを備え、前記動作に反応
   する手段は容量可変環状チャンバーを有し、前記一方の
   空気制御弁と関連する前記容量可変環状チャンバー内の
   圧力は当初大気圧であって次いで前記主ピストンが動く
   時間の一部の間で上昇し、前記主ピストンが停止する前
   に大気圧に降下して元に戻る、ことを特徴とする空気圧
   動力式弁アクチュエータ。 ２、前記空気制御弁が開口して高圧空気を前記主ピスト
   ンに供給する前に、空気制御弁の動作は前記主作業面の
   一方を含む封止されたチャンバーを生成する、ことを特
   徴とする請求項１に記載の空気圧動力式弁アクチュエー
   タ。 ３、前記空気制御弁は前記主ピストンの一部と協働して
   前記封止されたチャンバーを生成する、ことを特徴とす
   る請求項１に記載の空気圧動力式弁アクチュエータ。 ４、前記低圧空気出口は前記容量可変チャンバーを有し
   ていて、前記容量可変チャンバーはピストン運動の初期
   期間前記空気制御弁に再閉止力を加え、かつ前記ピスト
   ン運動の残りの時間前記主ピストンにより制動中圧縮さ
   れた空気を排気する機能を有する、ことを特徴とする請
   求項１に記載の空気圧動力式弁アクチュエータ。 ５、弁アクチュエータハウジングと、軸線に沿って前記
   ハウジング内を往復動し、かつ対向して対面する１対の
   主作業面を備える主ピストンと、前記主ピストンに固定
   されて主ピストンと共に動く１対の補助ピストンと、高
   圧空気源と、開位置と閉位置と間で前記ハウジングと前
   記主ピストンとの双方に対し前記軸線に沿って往復動す
   る１対の空気制御弁と、前記空気制御弁の一方を選択的
   に開口して前記高圧空気源から前記主作業面の一方に高
   圧空気を供給して主ピストンと前記１対の補助ピストン
   を動かす手段とを備え、前記対応する空気制御弁の面に
   関連して、各補助ピストンは容量可変環状チャンバーを
   形成し、並びに前記補助ピストンの一方の動作に反応し
   て前記空気制御弁の１方をその閉位置に向かって駆動す
   る手段とを備え、前記動作に反応する手段は容量可変環
   状チャンバーを含み、更に、前記容量可変チャンバーを
   有する低圧空気出口を備え、前記容量可変チャンバーは
   ピストン運動の初期期間前記空気制御弁に再閉止力を加
   え、かつ前記ピストン運動の残りの時間前記主ピストン
   により制動中圧縮された空気を排気する機能を有する、
   ことを特徴とする空気圧動力式弁アクチュエータ。 ６、前記容量可変環状チャンバーの一方は、ピストン運
   動の前記初期期間中前記空気制御弁に前記再閉止力を加
   え、一方前記容量可変環状チャンバーの他方はピストン
   運動の前記残存期間中前記ピストンにより制動中圧縮さ
   れた空気を排気する、ことを特徴とする請求項５に記載
   の空気圧動力式弁アクチュエータ。 ７、弁アクチュエータハウジングと、軸線に沿って前記
   ハウジング内を往復動し、かつ対向して対面する１対の
   主作業面を備える主ピストンと、開位置と閉位置と間で
   前記ハウジングと前記主ピストンとの双方に対し前記軸
   線に沿って往復動する１対の空気制御弁と、前記空気制
   御弁の各々に極く隣接して位置するほぼ一定圧力の高圧
   空気源と、前記空気制御弁の一方を選択的に開口して前
   記一定圧力高圧空気源から前記主作業面の一方に高圧空
   気を供給して、前記一定圧力高圧空気源の空気圧の顕著
   な低下を生じることなく前記主ピストンを動かす、こと
   を特徴とする空気圧動力式弁アクチュエータ。 ８、前記主ピストンに固定されて主ピストンと共に動き
   、かつ前記対応する空気制御弁の面に関連して、容量可
   変環状チャンバーを各々が形成する１対の補助ピストン
   と、並びに 前記補助ピストンの一方の動作に反応して前記空気制御
   弁の１方をその閉位置に向かって駆動する手段とを備え
   る、ことを特徴とする請求項７に記載の空気圧動力式弁
   アクチュエータ。 ９、前記動作に反応する手段は容量可変環状チャンバー
   を有し、前記一方の空気制御弁と関連する前記容量可変
   環状チャンバー内の圧力は当初大気圧であって次いで前
   記主ピストンが動く時間の一部の間で上昇し、前記主ピ
   ストンが停止する前に大気圧に降下して戻る、ことを特
   徴とする請求項７に記載の空気圧動力式弁アクチュエー
   タ。 １０、前記空気制御弁が開口して高圧空気を前記主ピス
   トンに供給する前に、空気制御弁の動作は前記主作業面
   の一方を含む封止されたチャンバーを生成する、ことを
   特徴とする請求項９に記載の空気圧動力式弁アクチュエ
   ータ。 １１、前記空気制御弁は前記主ピストンの一部と協働し
   て前記封止されたチャンバーを生成する、ことを特徴と
   する請求項９に記載の空気圧動力式弁アクチュエータ。 ２、前記低圧空気出口は前記容量可変チャンバーを有し
   ていて、前記容量可変チャンバーはピストン運動の初期
   期間前記空気制御弁に再閉止力を加え、かつ前記ピスト
   ン運動の残りの期間前記主ピストンにより制動中圧縮さ
   れた空気を排気する機能を有する、ことを特徴とする請
   求項９に記載の空気圧動力式弁アクチュエータ。 １３、前記ほぼ一定圧の高圧空気源は１対の環状空気溜
   を有して、各空気溜は、前記空気制御弁の各々に極く隣
   接して位置し、対応する空気制御弁の一部を取り囲んで
   いる、ことを特徴とする請求項７に記載の空気圧動力式
   弁アクチュエータ。 １４、ハウジングと、前記ハウジング内を軸線に沿って
   往復動し、かつ対向して対面する１対の主作業面を備え
   る主ピストンと、開位置と閉位置と間で前記ハウジング
   と前記主ピストンとの双方に対し前記軸線に沿って往復
   動する１対の空気制御弁と、前記空気制御弁の各々に極
   く隣接して位置するほぼ一定圧力の高圧空気源と、前記
   空気制御弁の一方を選択的に開口して前記一定圧力高圧
   空気源から前記主作業面の一方に高圧空気を供給して、
   前記一定圧力高圧空気源の空気圧に顕著な低下を生じさ
   せることなく前記主ピストンを動かす手段と、前記主ピ
   ストンに固定されて主ピストンと共に動く１対の補助ピ
   ストンとを備え、前記対応する空気制御弁の面に関連し
   て、各補助ピストンは容量可変環状チャンバーを形成し
   、更に前記補助ピストンの一方の動作に反応して前記空
   気制御弁の１方をその閉位置に向かって駆動する手段と
   を備える、ことを特徴とする双安定型電気一空気圧式ト
   ランスジューサ。 １５、前記動作に反応する手段は容量可変環状チャンバ
   ーを有し、前記一方の空気制御弁と関連する前記容量可
   変環状チャンバー内の圧力は当初大気圧であって次いで
   前記主ピストンが動く時間の一部の間で上昇し、前記主
   ピストンが停止する前に大気圧に降下して元に戻る、こ
   とを特徴とする請求項１４に記載の双安定型電気−空気
   圧式トランスジューサ。