(57)【要約】圧力パルス伝達体と、第一及び第二の部分に分割されたチャンバと、高圧源とチャンバの第一の部分との間を通ずる第一の導管と、低圧源とチャンバの第二の部分との間を通ずる第二の導管とを備え、上記伝達体は、チャンバの第二の部分内に変位可能に配置され、且つ一方にてチャンバ内の圧力流体と接触し、他方にて環境と接触し、チャンバに向けた方向にばね負荷が加えられる圧力パルス発生器である。圧力パルス発生器は、チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通を開き／遮断する手段と、チャンバの第二の部分と低圧源との間の連通を開き／遮断する手段と、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通を開き／遮断するよう作動可能な弁体とを備える。
2007523425.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧力パルス発生器により、チャンバ（２）内に変位可能に配置された圧力パルス伝達体（９）を通して圧力パルスを発生させる方法であって、その方法により、圧力変化を実現する目的にて圧力パルス伝達体（９）を変位させるため、前記チャンバ（２）内に入り且つ前記チャンバ（２）から出る圧力流体の流れが電気機械的に制御され、
前記圧力パルス発生器は、
第一及び第二の部分（３、４）に分割された前記チャンバ（２）と、
チャンバの第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通を開き／遮断する少なくとも１つの作動可能な弁体（１２）と、
高圧源（５）とチャンバ（２）の第一の部分（３）との間を通ずる第一の導管（７）と、
低圧源（６）とチャンバ（２）の第二の部分（４）との間を通ずる第二の導管（８）と、
前記伝達体（９）がチャンバ（２）の第二の部分（４）内にて変位可能に配置され、且つ一方にてチャンバ（２）内の圧力流体と接触し、他方にて、環境と接触し、また、チャンバ（２）に向けた方向にばね負荷が加えられていることと、
チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通を開き／遮断する手段と、
チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）との間の連通を開き／遮断する手段とを備える、方法において、
チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通が開かれ、また、伝達体（９）のチャンバ（２）からの変位が実現される間、高圧源（５）とチャンバ（２）の第一の部分（３）との間の連通及び低圧源（６）とチャンバ（２）の第二の部分（４）との間の連通が遮断された状態に保たれ、
高圧源（５）とチャンバ（２）の第一の部分（３）との間の連通及び低圧源（６）とチャンバ（２）の第二の部分（３）との間の連通が遮断された状態に保たれる間、伝達体（９）は、ばね負荷により後退した開始位置に向けて後方に変位される間、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通が開いた状態に保たれ、チャンバ（２）の第一の部分（３）内にて高圧力を再確立するようにしたことを特徴とする、方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法において、前記伝達体（９）が最大限、後退した開始位置に戻る途中にあり又は戻ったとき、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通が遮断され、チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通が開かれて、チャンバ（２）の第一の部分（３）内にて圧力を全体的に再確立するようにしたことを特徴とする、方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法において、前記伝達体（９）が最大限、突き出した位置に到達したとき、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通が遮断され、高圧源（５）と第一の部分（３）との連通及び低圧源（６）と第二の部分（４）との間の連通が遮断された状態に保たれることを特徴とする、方法。
【請求項４】
請求項１ないし３の何れか１つの項に記載の方法において、前記伝達体（９）がチャンバ（２）内に変位する間、また、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通が遮断され又は遮断された状態に保たれる間、チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）の間の連通が開かれることを特徴とする、方法。
【請求項５】
請求項４に記載の方法において、チャンバ（２）内に戻る動作の最終段階の間、低圧源（６）とチャンバ（２）の第二の部分（４）との間の連通が開いた状態に保たれ、伝達体（９）が最大限、後退した開始位置に戻るのを許容することを特徴とする、方法。
【請求項６】
請求項１ないし５の何れか１つの項に記載の方法において、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通を開き／遮断するステップは、ソレノイド作動弁体により電気機械的に実行されることを特徴とする、方法。
【請求項７】
請求項１ないし６の何れか１つの項に記載の方法において、チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通を開き／遮断するステップは、ソレノイド作動弁体により電気機械的に実行されることを特徴とする、方法。
【請求項８】
請求項１ないし７の何れか１つの項に記載の方法において、チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源との間の連通を開き／遮断するステップは、ソレノイド作動弁体（１２）により電気機械的に実行されることを特徴とする、方法。
【請求項９】
請求項１ないし８の何れか１つの項に記載の方法において、圧力パルス伝達体（９）は、燃焼機関のばね負荷式入口弁又は出口弁（１０）を形成し又はばね負荷式入口弁又は出口弁（１０）と接続され、弁（１０）の揚程は、圧力弁（５）を介してチャンバ（２）の第一の部分（３）内に提供された圧力を制御することにより、制御されることを特徴とする、方法。
【請求項１０】
請求項３に記載の方法において、ばね負荷式入口弁又は出口弁（１０）が開いた位置に保たれる間の時間期間は、前記伝達体（９）がその最大限、突き出した位置にあるとき、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通が遮断された状態に保たれる間の時間を制御することにより、制御されることを特徴とする、方法。
【請求項１１】
圧力パルス発生器において、
圧力パルス伝達体（９）と、
第一及び第二の部分（３、４）に分割されたチャンバ（２）と、
高圧源（５）とチャンバ（２）の第一の部分（３）との間を通ずる第一の導管（７）と、
低圧源（６）とチャンバ（２）の第二の部分（４）との間を通ずる第二の導管（８）と、
伝達体（９）がチャンバ（２）の第二の部分（４）内にて変位可能に配置され、且つ一方にてチャンバ（２）内の圧力流体と接触し、他方にて、環境と接触し、また、チャンバ（２）に向けた方向にばね負荷が加えられていることと、を備える圧力パルス発生器において、
チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１３）と、チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１５）と、
チャンバ（２）の第一の部分（３）及び第二の部分（４）との間の連通を開き／遮断する作動可能な弁体（１２）とを備えることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１２】
請求項１１に記載の圧力パルス発生器において、作動可能な弁体（１２）はソレノイド作動弁体であることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１３】
請求項１１又は１２に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１３）は、ソレノイド作動弁体（１２）を備えることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１４】
請求項１１ないし１３の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１５）は、ソレノイド作動弁体（１２）を備えることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１５】
請求項１１ないし１４の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通を開き／遮断するため使用される弁体（１２）は、チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通を開き／遮断する手段の弁体をも形成することを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１６】
請求項１１ないし１５の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間の連通を開き／遮断するため使用される弁体（１２）は、チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１５）の弁体をも形成することを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１７】
請求項１１ないし１６の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１３）は、周縁が減少した部分を備え、又は圧力パルスの伝達体（９）に開口部を備え、前記部分は、前記伝達体（９）が前記伝達体がチャンバ（２）内に最大限、後退した位置である、開始位置に隣接し、又は開始位置にあるとき、連通を許容し得るように配置されることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１８】
請求項１１ないし１７の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）との間の連通を開き／遮断する手段（２６、２７、１２、１５）は、周縁が減少した部分を備え、又は圧力パルスの伝達体（９）に開口部を備え、該部分は、前記伝達体（９）が前記伝達体がチャンバ（２）内に最大限、後退した位置である、開始位置に近くなり、又は開始位置にあるとき、連通を開くことを目的として配置されることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項１９】
請求項１１ないし１８の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、チャンバ（２）の第一の部分（３）は、その内部に集まった高圧流体が圧力流体ばねとして機能するようにされた容積を有し、前記圧力流体ばねの起動によって、圧力パルス伝達体（９）は、前記伝達体（９）にて反対方向に作用するばね負荷に抗して最大限、後退した位置から突き出した位置まで変位することを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項２０】
請求項１１ないし１９の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器において、ピストンエンジンの燃焼室内にて作動するピストンの位置に関する情報に基づいて、請求項１ないし１０の何れか１つの項に従い、チャンバ（２）の第一の部分（３）と第二の部分（４）との間、チャンバ（２）の第一の部分（３）と高圧源（５）との間及びチャンバ（２）の第二の部分（４）と低圧源（６）との間の連通を開き／遮断する手段を制御するコンピュータプログラムを有する制御装置を備えることを特徴とする、圧力パルス発生器。
【請求項２１】
空気／燃料混合体を燃焼室に導入し又は排出する弁を有するピストンエンジンにおいて、前記弁を作動させる請求項１１ないし２０の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器を備えることを特徴とする、ピストンエンジン。
【請求項２２】
燃焼機関における燃焼室のシリンダ容積を変化させる弁を備えるピストンエンジンであって、前記ピストンが燃焼室と接続されたシリンダ内にて前後に変位可能に配置されたピストンエンジンにおいて、前記ピストンを作動させる請求項１１ないし２０の何れか１つの項に記載の圧力パルス発生器を備えることを特徴とする、ピストンエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前文部分に記載の圧力パルスを発生する方法に関する。
本発明は、請求項１１の前文部分に記載の圧力パルス発生器及び該圧力パルス発生器が設けられたピストンエンジンにも関する。
【背景技術】
【０００２】
圧力パルス発生器の回路内を流れることを許容される流体により発生された圧力パルスは、燃焼機関の燃焼室への入口弁及び出口弁を制御し且つ、作動させるために適宜に使用される。この場合、圧力パルス伝達体は、かかる弁の一体的部分とし、好ましくは、圧力流体が液体である場合、弁軸とし、又は、圧力流体が気体であるとき、弁軸と接続され且つシリンダ内にて駆動されるピストンとすることができる。これと代替的に、上記伝達体は、別個のものとし且つ、既存の弁軸に対して作用するよう配置することができる。圧力パルス発生器及び該圧力パルス発生器を制御する方法は、弁の揚程、すなわち、弁を開く程度、弁を開く時点、すなわち、弁を開き且つ閉じるべきときのクランク角度範囲を制御する目的のため、使用することができる。
【０００３】
圧力パルス発生器により発生される圧力パルスは、ピストンの動き、ＶＣＲ−ピストン（ＶＣＲ＝可変燃焼比）を制御し、燃焼室のシリンダ容積を変化させるため、従って、燃焼機関の圧縮比を変化させるために使用することもできる。圧力流体が液体であるならば、圧力パルス伝達体は、かかるピストンに対して作用し、又はかかるピストンと接続された軸部であることが適当であり、該ピストンは、この場合、燃焼室と接続されたシリンダ内にて前後に変位可能に配置される。圧力流体が気体であるならば、該気体は、燃焼室に向けた方向と反対のその側部にてピストンに直接作用することを許容することができる。この場合、圧力パルス発生器のチャンバに向けた方向に圧力パルス伝達体に作用するばね負荷は、上記シリンダ、及び燃焼室内に存在する気体の圧力の直接的な結果とし又は、物理的なばねにより実現することができるが、かかる物理的ばねが不要であるようにしてもよい。
【０００４】
望ましくは、圧力パルス発生器は、電子的に、また、圧力パルス伝達体の位置又はピストンエンジン内のピストンの位置（クランク角度範囲）に基づいて、圧力流体の流れを調節するため弁を調節し、これにより、圧力パルスの開始を調節する制御装置を備えるものとする。
【０００５】
本出願にて使用する「チャンバ」とは、圧力流体が受容される空間を意味し、広義に解釈されるべきである。本出願において、チャンバは、第一及び第二の部分に分割されているものとして説明する。勿論、かかる単一体を通路により分割された２つの別個のチャンバ又は空間から成るものとみなすことも可能である。しかし、その意味は、同一である。
【０００６】
本出願にて使用した「導体」とは、広義に解釈すべきであり、従って、管状導管又は材料片内に配置された通路により形成された導管を備えるものとすることができる。
以下にエンジン弁と称する燃焼機関のばね負荷式ポペット弁を液圧パルス発生器によって駆動することは広く知られている。例えば、米国特許明細書６  ０６７  ９４６号には、弁と接続されたピストンに液圧を加えることによりエンジン弁を開くことが開示されている。液圧は、高圧源又は低圧源のいずれかから来る。液圧の付与は、電子制御部材から受信した信号に基づいて圧力制御装置によって行われる。液圧は、弁の慣性力が活用されると同時に、弁を作動させるのに必要とされるエネルギを最小とし得るような要領にて付与される。上述したシステムは、高圧源とピストンが配置されたチャンバとの間の連通を開き／遮断する手段と、低圧源と上記チャンバとの間の連通を開き／遮断する手段と、を備えている。
【０００７】
米国特許明細書６  ０６７  ９４６号に記載された方法は、弁がチャンバから外の方向に向けて、すなわち弁の開き位置まで変位される間に、高圧源がチャンバと連通するようにされることを含む。弁が最大に開いた位置に近くなると、チャンバと高圧源との間の連通は遮断され、その代わり、チャンバと低圧源との間の連通が開かれる。このようにして、弁がその端部位置に達する前に、弁の制動作用が実現される。弁がこの位置に達したとき、弁は、上記の連通の双方を遮断することにより、その位置に係止することができる。弁がその閉じた位置に戻ると、低圧源とチャンバとの間の連通が再度開かれ、これにより、予め負荷を加えたばね力は、ピストンをチャンバ内に変位させる。弁が元の位置である、その閉じた位置に近くなると、高圧源とチャンバとの間の連通は開かれ、低圧源とチャンバとの間の連通は遮断される。このようにして、この方向への動きの制動が実現される。弁がその元の位置に達すると、双方の連通を中断して、弁をこの位置に維持することができる。このようにして、弁が開いている間の時間が制御される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この先行技術の短所は、高圧源から来て、弁をその開いた位置に突き出す為に使用される液圧液体は、低圧源まで更に完全に伝達され、これにより、顕著なエネルギの損失が生ずることである。
【０００９】
本発明の１つの目的は、圧力パルスの発生に関して、特に、燃焼機関のエンジン弁がその開いた位置と閉じた位置との間にて変位すること、又はＶＣＲ−ピストンの変位に関して、エネルギの損失を最小にすることを可能にする方法及び圧力パルス発生器を提供することである。
【００１０】
本発明の更なる目的は、複雑でなく且つ、可能な限り信頼性の高い圧力パルス発生器の構造によって主たる目的を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の主たる目的は、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通が開かれ、伝達体がチャンバ外に変位することが実現される一方にて、高圧源とチャンバの第一の部分との間の連通及び低圧源とチャンバの第二の部分との間の連通が遮断されたままであり、また、ばね負荷によって、伝達体が後退した開始位置に向けて引き戻され、高圧源とチャンバの第一の部分との間の連通及び低圧源とチャンバの第二の部分との間の連通が遮断されたままである一方にて、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通は、チャンバの第一の部分内にて高圧力を再度確立するため、開いたままに維持されることを特徴とする、最初に記載された方法により実現される。
【００１２】
上記伝達体がその最大限、後退した位置まで戻る途中、又は既にその後退した位置に戻っているとき、チャンバの２つの部分の間の連通は遮断され、また、チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通は開かれて、チャンバの第一の部分内にて圧力を完全に再度確立することができる。
【００１３】
換言すれば、チャンバの第一の部分内に存在する圧力流体は、圧力流体ばねとして機能するであろうし、この圧力流体ばねは、伝達体が開始位置に戻ったとき、また、チャンバの２つの部分の間の連通が遮断されたとき、繰り返して、予め負荷が加えられ、この連通の遮断は、圧力伝達体が該本体がチャンバ内に最大限、後退した位置である、元の位置に戻る途中にあるときに生ずることが適している。当該伝達体が弁軸に対して又はエンジン弁の弁と接続されたピストンに対して作用し又は該弁軸又はピストンと接続されたときの好ましい場合、この位置は、弁の元の位置、すなわち、閉じた位置に相応する。
【００１４】
特に、圧力流体が液体のように、比較的非圧縮性であるとき、また、圧力パルス伝達体が例えば、弁軸のような軸部であるとき、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通は遮断され、また、上記伝達体が最大限、突き出した位置に達したとき、又は、少なくともこの時点と関係したとき、高圧源とチャンバの第一の部分との間の連通及び低圧源とチャンバの第二の部分との間の連通は遮断されたままである。これにより、上記伝達体のこの位置での係止を実現することができる。エンジン弁の場合、弁が開いている間の時間は、この要領にて制御される。その後、パルス発生体がその開始位置に又は最大限、後退した位置に戻ることを許容されるであろうとき、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通は開かれる。チャンバに向けた方向に伝達体に作用し、また、伝達体が突き出した位置に変位する間に発生されたばね力は、これにより、チャンバ内にて液圧伝達体に作用する力を上回り、伝達体が迅速に戻るようにする。
【００１５】
しかし、上述した変位の間、ある量のエネルギは失われ、ばね力は、伝達体が完全に戻るのに十分でなくなるであろう。かかる完全な戻りを許容するため、本発明による方法は、上記伝達体がチャンバ内に戻る動きの最終的な段階中、低圧源とチャンバの第二の部分との間の連通が開かれ且つ、開いたままに保たれるようにし、伝達体が最大限、後退した開始位置に戻るようにするステップを含む。
【００１６】
好ましくは、圧力パルス伝達体は、燃焼機関のばね負荷式入口弁又は出口弁或いはＶＣＲ−ピストンと接続され、また、好ましくは、弁の揚程又はピストンの行程長さは、高圧源を通してチャンバの第一の部分に設けられた圧力制御装置により制御される。
【００１７】
ばね負荷式入口弁又は出口弁が開いた位置に維持される間の時間は、これにより、上記伝達体がその最大限、突き出した位置にあるとき、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通が遮断されたままであるときの時間を制御することにより制御される。このことは、圧力流体が液体であるとき、特に有意義である。
【００１８】
本発明の主たる目的は、また、チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通を開き／遮断する手段と、チャンバの第二の部分と低圧源との間の連通を開き／遮断する手段と、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通を開き／遮断する作動可能な弁体とを備えることを特徴とする、本発明に従った圧力パルス発生器によっても実現される。上記の連通を開き且つ、遮断するこれらの手段の存在のため、本発明に従った方法のステップを実行することが可能である。本発明は、チャンバの第一の部分に予め負荷を加え且つ、圧力パルス伝達体をその開始位置に完全に戻すことを可能にする。
【００１９】
１つの好ましい実施の形態に従い、チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通を開き／遮断する手段は、電気機械的に作動される。チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通を開き／遮断する、電気機械的に作動される手段は、ソレノイド作動弁体を備えることが特に好ましい。また、チャンバの第二の部分と低圧源との間の連通を開き／遮断する手段もこの特徴を有している。この要領にて、任意の存在する圧力弁体のコンピュータプログラム制御による作動を実行することができ、また、圧力パルスの極めて精密な制御が実現される。
【００２０】
本発明の１つの好ましい実施の形態に従い、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通を開き／遮断するため使用される作動可能な弁体は、チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通を開き／遮断する手段の弁体をも構成する。この要領にて、圧力パルスを調節するために必要とされる構成要素の数は減少する。
【００２１】
別の好ましい実施の形態に従い、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の連通を開き／遮断するため使用される作動可能な弁体は、チャンバの第二の部分と低圧源との間の連通を開き／遮断する手段の弁体をも構成する。このことは、圧力パルスの調節のために必要とされる構成要素の数を減少させることに更に寄与する。弁体が摺動弁である場合、本発明は、チャンバと高圧源との間及び低圧源との間の導管はそれぞれ摺動弁と交差するように配置され、また、摺動弁は、また、チャンバの第一の部分と第二の部分との間の接続部とも交差し、このため、これらの導管−接続部の各々にて連通を開き／遮断するために使用することができるようにすることを含む。
【００２２】
高圧源への導管の連通を開き／遮断するための上述した手段の１つの代替例又は補充として、チャンバの第一の部分と高圧源との間の連通を開き／遮断する手段は、周縁が減少した部分を備え、又は圧力パルスの伝達体に開口部を有することができ、該部分は、上記伝達体が該伝達体がチャンバ内に最大限、後退した位置である、開始位置に近くなり、又は開始位置にあるとき、連通のため開き得るうに配置される。
【００２３】
相応する要領にて、チャンバの第二の部分と低圧源との間の連通を開き／遮断する上記手段は、周縁が減少した部分を備え、又は圧力パルスの伝達体に開口部を有することができ、該部分は、上記伝達体がチャンバ内に最大限、後退した位置である、開始位置に近くなったとき、連通のため開くことを目的として配置される。しかし、開始位置に到達したとき、この連通が再度、遮断され、次の突き出し動作が開始したならば、チャンバの２つの部分の間の連通が再度開かれたとき、高圧液体が排出されるのを防止し得るようにすることが重要である。圧力パルス伝達体は、チャンバと高圧源及び低圧源との間の導管とそれぞれ交差する。
【００２４】
チャンバの第一の部分は、その内部に集まった非常に加圧した液体が液体ばねとして機能するのを可能にし得るようにされた容積を有し、この液体ばねの起動によって、圧力パルス伝達体は、該伝達体にて反対方向に作用するばね負荷に抗して最大限、後退した位置から突き出した位置まで変位することを理解すべきである。上記のばね負荷は、燃焼機関のポペット弁の弁ばねの効果とすることができる。
【００２５】
これと代替的に、圧力流体が気体であるならば、この気体は、圧力パルス伝達体の大きい面積に対して作用しなければならず、このことは、圧力パルス伝達体が弁軸であるならば、通常、可能である。かかる場合、圧力伝達体は、シリンダ内にて前後に可動であるように配置されたピストンにより構成されることが好ましく、また、該ピストンは、当該弁と接続され又は該弁と力伝達関係にて提供される。圧力伝達体は、ＶＣＲ−ピストンのピストン自体をも構成する。気体は、ピストンの端面に対して直接作用する。更に、チャンバの第一の部分の容積は、その内部に集まった高圧気体が気体ばねとして作用することを可能にするような寸法とされ、また、この気体ばねの起動によって、圧力パルス伝達体は上記伝達体に対して反対方向に作用するばね負荷に抗して最大限、後退した位置から突き出した位置まで変位する。
【００２６】
好ましくは、圧力パルス発生器は、圧力パルス伝達体又は該伝達体と接続された本体の位置に関する情報、及び（又は）ピストンエンジンの燃焼室内にて作動するピストンの位置に関する情報に基づいて、本発明に従い、チャンバの第一の部分と第二の部分との間、チャンバの第一の部分と高圧源との間及びチャンバの第二の部分と低圧源との間の連通を開き／遮断する手段を制御するコンピュータプログラムを有する制御装置を備えるものとする。
【００２７】
本発明は、また、空気／燃料混合体を燃焼室に導入し又は排出する弁を有するピストンエンジンであって、上記弁を作動させる本発明に従った圧力パルス発生器を備えることを特徴とするピストンエンジンにも関するものである。
【００２８】
本発明は、ＶＣＲ−ピストンを作動させる、本発明に従った圧力パルス発生器を備えることを特徴とする、エンジンの燃焼室と接続された上記ＶＣＲ−ピストンを備えるピストンエンジンにも関する。
【００２９】
本発明の更なる特徴及び有利な効果は、以下の詳細な説明及び特許請求の範囲に記載されている。
以下に、本発明は、添付図面に関して単に一例として説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
図１には、本発明に従った圧力パルス発生器の第一の実施の形態が示されている。該圧力パルス発生器は、チャンバ２を取り囲む本体１を備える一方、該チャンバは、第一の部分３と第二の部分４とに分割されているものとみなすことができる。第一の部分３は、第二の部分４よりも大きい容積を有するが、その容積は、以下に説明するように、圧力パルス伝達体の位置に依存する。更に、圧力パルス発生器は、高圧源５と、低圧源６と、高圧源５をチャンバ２の第一の部分３と接続する第一の導管７と、低圧源６をチャンバ２の第二の部分４と接続する第二の導管８とを備えている。高圧源５は、例えば、油のような液圧液体を送り出し、低圧源６は、その液圧液体を受け取る。高圧源は、ポンプにより駆動することができ、また、低圧源６は、大気と接続し且つ、大気圧を提供することができる。低圧源６は、例えば、燃焼機関が設けられた自動車又は任意のその他の車両の油槽である。
【００３１】
更に、圧力パルス発生器は、本体１の開口部を通してチャンバ２の第二の部分４と直接接触し且つ、該第二の部分内に突き出す圧力パルス伝達体９を備えている。圧力パルス伝達体９は、チャンバ２の第二の部分４まで且つ、第二の部分から変位可能に配置されており、その壁の一部を構成する。この場合、該圧力パルス伝達体は、この場合、燃焼機関の燃焼室（図示せず）へのポペット弁である入口弁又は出口弁１０の弁軸の一部を構成し又は該弁軸と接続され或いは、該弁軸に当接する。弁１０は、ばね１１によって閉じた位置に予め負荷が加えられ、従って、該ばねは、ある力にてチャンバ２に向けた方向に、すなわち圧力パルス発生本体９をチャンバ２内に後退させる目的にて作用する。その閉じた位置において、弁１０は、例えば、燃焼室の内側天井にて弁座に対して着座する。
【００３２】
これらの構成要素以外に、圧力パルス発生器は、弁体１２と、第一のソレノイド２６と、第二のソレノイド２７とを備えている。ソレノイド２６、２７は、弁体１２を作動させること、換言すれば、変位させる目的のため配置されており、その機能は、チャンバ２の第一の部分３と第二の部分４との間、チャンバ２の第一の部分３と高圧源との間、チャンバ２の第二の部分４と低圧源６との間の連通を開始し又は阻止することである。弁体１２は、弁体の経路がチャンバ２の２つの部分３、４を接続する通路と交差し、また、チャンバの２つの部分３、４を高圧源５及び低圧源６とそれぞれ接続する導管７、８とも交差する溝内を緊密に伸びているので、これが可能である。弁体１２には、テーパー付き部分又は開口部１３、１４、１５が設けられ、これらのテーパー付き部分又は開口部は、該これらのテーパー付き部分又は開口部が通路又は導管７、８に対向する位置に達したとき、液圧流体が貫通して流れるのを許容する。かかるテーパー付き部分／開口部１３、１４、１５を弁体１２に沿って適宜に配置し且つ伸長させることにより、それぞれの導管７、８内の連通及びチャンバ２の第一の部分３と第二の部分４との間の連通を開き且つ、遮断する時間の制御を実現することができる。図１において、エンジン弁１０は、閉じた位置にて示されおり、この位置において、圧力パルス伝達体は、弁軸と関連して、最大限、チャンバ２の第二の部分４内に後退する。テーパー付き部分／開口部１３、１４、１５は、チャンバ２の第一の部分３と高圧源５との間の連通及び第二の部分４と低圧源６との間の連通は開かれる一方にて、チャンバ２の第一の部分３と第二の部分４との間の連通は遮断されるような位置にある。
【００３３】
チャンバ２の第一の部分３は、図１に示した位置にて、所定の圧力の液圧液体により負荷が加えられ又は予め負荷が加えられた液体ばねとして作用し、その後に、エンジン弁１０の開き又は閉じる動きに関連して起動させることができ、その後に、再度、閉じた位置に達したとき、再度負荷が加えられるように設計及び寸法とされている。本発明に従った開き−閉じるサイクルは、以下に、ステップ毎に詳細に説明する。
【００３４】
図２には、圧力パルス発生器の１つの代替的な実施の形態が示されている。第一の実施の形態と比較して最も顕著な相違点は、１つの通路ではなくて、チャンバ２の第一の部分３と第二の部分４との間にて第一の通路１６と、第二の通路１７とを備えており、また、通路の各々には、逆止め弁１８、１９が設けられており、逆止め弁１８、１９は、異なる方向に向けて開くよう配置される点である。更に、弁体１２は、２つのテーパー付き部分／開口部２０、２１を有し、その第一のもの２０は、弁体１２の第一の位置にて第一の通路１７と反対の位置に配置され、その第二のもの２１は、弁体１２の第二の位置内にて第二の通路の反対の位置に配置されている。勿論、逆止め弁の位置の間を移動する１つのテーパー付き部分／開口部のみを有する解決策を想定することも可能である。第一の位置は、圧力パルス伝達体９が突き出し且つ、チャンバの第一の部分３からその第二の部分４までの流れが存在するときに相応し、また、第二の位置は、伝達体が後退し又は既に、後退しており且つ、チャンバの第二の部分４からその第一の部分３への流れが生じ又は少なくとも生ずることが許容されるときに相応する。この解決策は、弁体１２の動きが第一の実施の形態におけるように精密である必要はないという有利な効果を有する。他方、この解決策は、より多くの構成要素、主として、逆止め弁１８、１９を必要とするという不利益な点がある。
【００３５】
図３には、本発明に従った圧力パルス発生器の別の代替的な実施の形態が示されている。図１及び図２に示した実施の形態と比較したときの相違点は、該発生器が別個の弁体２２を備え、該弁体は、チャンバの第一の部分３と高圧源５と接続し且つ、第二の部分４と低圧源６とそれぞれ接続する導管７、８内の連通を開き且つ遮断するよう配置されている点である。更に、該発生器は、上記弁体２２を作動させる別個のソレノイド２３を備えている。この解決策は、全てのソレノイドを同期的に制御することを必要とするが、個別の導管／通路内にて互いに独立的に連通を開き／遮断するのを可変に制御するより優れた可能性も許容する。更なる改良点は、第一の導管７及び第二の導管８内にて連通を開き／遮断するため別個の作動する弁体を備えることが可能である。
【００３６】
図４には、別の実施の形態が示され、その実施の形態において、高圧源５及び低圧源６に対する導管７、８内にてそれぞれ連通を開き且つ、遮断する手段が圧力パルス伝達体９自体をも含み、上記伝達体はその長手方向軸線に沿った所定の位置にて、テーパー付き部分又は開口部２４、２５を呈し、該テーパー付き部分又は開口部は、上記伝達体９が所定の位置、この場合、エンジン弁１０の閉じた位置に相応する位置に達したとき、導管７、８に対向する位置となり、従って、その内部の連通を開くようにした。この配置は、エンジン弁１０が閉じた位置にあるとき、換言すれば、圧力パルスの伝達体９が最大限、後退した位置、又はこの位置に極めて近い位置にあるとき以外、高圧源５とチャンバ２の第一の部分３との間、又は低圧源６とチャンバの第二の部分４との間にて何ら連通が存在しないことを保証することになる。
【００３７】
図５には、圧力パルス伝達体９のテーパー付き部分／開口部２４、２５は、高圧源５とチャンバ２の第一の部分３との間、及び低圧源６とチャンバ２の第二の部分との間の連通を開くための唯一の手段を構成する一方、弁体１２がチャンバの第一の部分３と第二の部分４との間の連通を開き且つ、遮断する目的のためにのみ配置される点にて、図４に従った実施の形態の簡略化した更なる発展例とみなすことのことのできる１つの実施の形態が図示されている。
【００３８】
エンジン弁１０の開き−閉じサイクルについて以下でより詳細に説明する。エンジン弁１０が閉じられ且つ、その弁座に対して休止する開始位置において、チャンバ２の２つの部分の間の連通を開き／遮断する弁体１２は、遮断位置にあると同時に、該弁体は、２つの導管内の連通を許容する。導管７内の連通は、原理上、高圧源５の圧力に相応する所望の圧力がチャンバ２の第一の部分内にて確立されると直ちに、遮断することもできる。相応する要領にて、低圧源とチャンバの間の連続的な連通は、最早、不要であるから、エンジン弁がその閉じた位置に達すると直ちに、第二の導管８内の連通は遮断される。
【００３９】
エンジン弁１０を開くべきとき、エンジン弁１０を制御するコンピュータプログラムが適宜に設けられた制御装置（図示せず）からの信号に対する応答としてソレノイド２６、２７の一方が作動される。ソレノイド２６又は２７が作動されたとき、該ソレノイドは、そのテーパー付部分又は開口部１４が開いてチャンバの第一の部分と第二の部分３、４間を連通させて、所望の方向への流れを許容する位置まで弁体１２を変位させる。これと同時に、又は好ましくは、この連通が確立される直前に、圧力パルス伝達体９を変位させるという目的の利点を活用することなく、任意の液体が高圧側から低圧側まで直接、流れるのを防止する目的のため、導管７、８内の連通が遮断される。タイミングの相関は、そのテーパー付部分／開口部１３、１４、１５を適宜に配置することを通じて実現される。液体ばねとして機能する、チャンバ２の第一の部分３内に存在する圧力は、チャンバ２の２つの部分間の連通が開かれたとき、エンジン弁１０が開いた位置まで所定の変位をすることを許容し得るようにされている。
【００４０】
液体ばね内に蓄えられたエネルギの主要部分が弁ばね１１を偏倚させるため使用される位置である、最大限開いた位置にエンジン弁１０が達したとき、エンジン弁１０の動きは停止する。これにより、弁体がチャンバの２つの部分３、４間の連通を抑制し、また、弁体がそれぞれ高圧源５及び低圧源６への導管７、８内の連通をも抑制する位置に弁体が達する迄、弁体１２の連続的な動きが生ずる。この要領にて、選択的な時間期間の間、エンジン弁の開いた位置での係止を実現することができる。図２、図３に示すように、チャンバ部分間の流れを調節するため逆止め弁が使用される場合、逆止め弁の一方は、この逆止め弁が設けられた第一の部分と第二の部分との間の関連する通路と対向する位置にテーパー付き部分／開口部があるとき、戻る流れは存在しないことを保証することになろう。かかる場合、テーパー付き部分／開口部は、係止作用を生じさせるため、通路を超えて更に変位する必要はない。
【００４１】
エンジン弁を再度、閉じるべきとき、ソレノイド２６、２７の一方は作動されて弁体を開いた位置に変位させ、この位置において、弁体は、チャンバ２の第一の部分３と第二の部分４との間の連通を再度、開き、第一の部分３に向けた方向に流れるようにする。導管７、８内の連通は、依然として遮断されている。エンジン弁１０は、閉じた位置への戻り動作を実行するであろう。しかし、エネルギの損失が常に発生するため、このとき、予め負荷を加えた弁ばね１１内に蓄えられたエネルギは、エンジン弁１０がその閉じた位置に完全に後退するのを許容するのに十分ではない。完全に戻るのを可能にするためには、戻る動作の間の任意の時点にて、チャンバ２と低圧源６との間の連通を開くことが必要とされる。望ましくは、このことは、そのテーパー付き部分／開口部１５が低圧源６まで通ずる導管８と対向する位置まで弁体１２が更に変位することによって実現されるようにする。この時点の直前に、又はこの時点と同時に、又はこの時点の直後に、チャンバ２の２つの部分間の連通は遮断すべきであり、次に、チャンバ２の第一の部分３と高圧源５との間の連通を再度開くことができる。次に、図１に示した開始位置に戻る。全体として、いかなる短絡回路、すなわち、全ての連通が同時に開くことは、可能な限り回避すべきである。図２、図３に示すような、逆止め弁が使用される場合、これらの弁、より正確には、これらの弁の１つは、短絡回路が何ら生じないことを保証する。
【００４２】
異なる連通の開き及び遮断の間の遅れは、及び関連する弁体の現在のテーパー付き部分及び開口部の純粋に幾何学的位置決め及び寸法を選ぶことによって、実現することができることを理解すべきである。異なる連通導管又は開口部を開き／遮断するため、異なるソレノイドにより駆動される異なる弁体が使用される場合、本発明の方法に従って、開き／遮断するタイミングの必要とされる同期化を実現する目的のため、ソレノイドの作動を制御するコンピュータプログラムを通じて時間の制御を実行することが可能である。
【００４３】
エンジン弁１０の最大限の開き、すなわち揚程は、作動中、例えば、上記圧力を発生させるポンプを制御することを通じて高圧源５内の圧力を変化させることによって制御することができる。チャンバ２、好ましくは、その第一の部分３が可変容積の設計とされるならば、かかる変化を実現することも考えられる。
【００４４】
弁の時間、すなわち、エンジン弁１０がその最大限、開いた位置にある間の時間は、チャンバの２つの部分３、４の間の連通を開き且つ遮断するため弁体１２を作動させるソレノイド２６、２７をこの連通を再開するように、作動させるべきときを制御することにより、完全にコンピュータ化した方法にて制御することができる。
【００４５】
使用される圧力流体が液体である場合について上述したように、本発明は、圧力流体が気体である、相応する実施の形態にも適用可能である。この場合の実質的な相違点は、気体は、その高可圧縮性のため、その相応する動きを生じさせるため、圧力パルス伝達体の大きい面積に作用する必要があり、また、チャンバの第一の部分の容積は、圧力流体が気体であるという事実に適応しなければならない点である。望ましくは、この場合、圧力パルス伝達体は、シリンダ内にて前後に動くように配置され且つ、動かされるものと考えられる弁と力伝達可能に接続されたピストンであるものとする。圧力伝達体は、ＶＣＲ−ピストンと同一とすることができ、該ＶＣＲ−ピストンは、上記シリンダを通して、エンジン負荷に依存して、燃焼機関の容積を変化させる目的のため、燃焼機関の燃焼室と直接、接続している。
【００４６】
図６には、圧力流体が気体であり、圧力パルス伝達体９がシリンダ２６内にて気体密封状態にて前後に動くよう配置されたピストンである、本発明に従った装置の更なる実施の形態が示されている。ピストン９は、弁（図示せず）の軸部２７と直接接続され又は所謂ＶＣＲ−ピストンを構成し、このＶＣＲ−ピストンは、その側部の一方にて、燃焼機関の燃焼室と直接接続しており、また、その変位を介して燃焼室の容積、これにより圧縮比を変化させるよう配置されている。
【００４７】
前の実施の形態におけるように、この装置は、第一の部分２８と、第二の部分２９とを有するチャンバを備えている。相違点は、第二の部分２９は液圧の場合のように、実質的により薄い弁軸の上方に直接配置されることに代えて、ピストン２７の一側部にてシリンダ２６内に空間を有する点にて同一である。従動弁を形成する弁体３０は、チャンバの第一の部分２８と第二の部分２９との間の連通を開き且つ閉じ得るように配置されている。弁体３０の動きは、弁体と高圧源５及び低圧源６との間のそれぞれの連通を開き且つ閉じることに起因する。この場合、ソレノイド作動の摺動弁３１である電磁作動弁が弁体３０の一側部と上記源との間を通ずる導管３２、３３を開き／閉じることにより、それぞれ弁体３０と高圧源５及び低圧源６との間の連通を開き／閉じるように配置されている。換言すれば、弁体３０は、全体的な本発明の着想に含まれる直接ソレノイド作動式である。導管３２、３３を通って流れる圧力流体の作用を受ける弁体３０の側部は、チャンバの第一の部分２８に対して密封され、この場合、上記弁体３０はチャンバの上記第一の部分内にて変位し得るように配置されている。
【００４８】
更なる弁体３４は、チャンバの第二の部分２９と低圧源６との間の連通を開き／閉じるように配置されている。この弁体３４は、全体として第一の弁体３０に相応する要領にて配置されている。該弁体は、一側部にてチャンバの第二の部分２９と連通し、また、一方にて別の側にて高圧源への導管３５と、及び他方にて低圧源への導管３６と連通している。導管３５、３６内の連通を開き且つ閉じることは、それぞれ上述した電磁作動弁３１によって行われる。更に、チャンバの第一の部分２８と高圧源５との間を通ずる導管３７が存在する。電磁作動弁３１は、同様に、この導管内にて連通を開き且つ閉じるように配置されている。電磁作動弁３１のみを複数の電磁作動弁により置換し、上述したものに相応する開き／閉じる機能を実現することも可能であることを理解すべきである。しかし、装置は、本出願にて上述し、また、全体として、実施の形態及び圧力流体の型式と無関係に有意義である、原理に従って作動される。
【００４９】
本発明に従った圧力パルス発生器の更なる実施の形態が図７に示されている。上述した実施の形態と相違して、この圧力パルス発生器は、ばね力によりチャンバ２の第一の部分３の変位可能又は弾性的な壁３９に対してばね力にて常に作用するばね３８を備えている。この場合、ばね３８は機械式型式のものであるが、これと代替的に、空圧又は液圧式ばねとしてもよい。
【００５０】
図面には図示しないが、電磁作動、好ましくは、ソレノイド作動摺動弁には、通常、作動が中断したとき、当該弁体を戻す戻しばね又は同様のものが設けられていることを理解すべきである。勿論、弁体にてそれぞれ引っ張り及び押し動作を作用させ、また、弁体が１つ又はより多くの導管又は接続具内にて連通を開き且つ遮断させる位置の間にて弁体を前後に変位させるべく協働する２つのソレノイドを有することも可能である。
【００５１】
更に、ソレノイドにより直接駆動されず、また、ソレノイド作動の弁体を介して間接的に制御されるパイロット弁は、チャンバの部分の間又は個別の各部分と高圧源又は低圧源との間のそれぞれの連通を開き且つ遮断する、上述した手段の任意のものを置換し又は補充することができる。かかる解決策は、特許請求の範囲に記載されているように、本発明の範囲に属するものと見なすべきである。
【００５２】
１つの代替的な適用例に従った圧力パルス伝達体９は、その機能として、燃料を燃焼機関の燃焼室内に直接噴射する目的のため、燃料に直接作用することを有することもできることも説明すべきである。
【００５３】
圧力パルス発生器及び圧力パルス伝達体９のチャンバ２がその内部に配置される弁体１は、本発明に従ったエンジンのシリンダヘッドとすることができることも説明すべきである。弁体１は、これと代替的に、別個のものとし且つシリンダヘッドに取り付けてもよい。
【００５４】
本発明の全ての実施の形態における圧力パルス伝達体は、該伝達体が作用すべき弁体又はＶＣＲピストンと直接接続することができる、すなわち、弁体又はＶＣＲ−ピストンの一部を形成するか、又は弁体又はＶＣＲ−ピストンから別個のものとすることの何れも可能であることを理解すべきである。
【００５５】
上述した適用例において、流体圧力、すなわち高圧は、流体が典型的に、油である液体であるとき、典型的に１０ないし５０Ｍｐａ（１００ないし５００バール）であり、また、流体が典型的に空気である気体又は気体の混合体であるとき、０．３ないし３ＭＰａ（３ないし３０バール）である。
【００５６】
圧力パルス伝達体は、チャンバの第二の部分４の変位可能な壁を構成し、これによりチャンバの容積は圧力パルス伝達体の変位位置に依存して可変であることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】本発明の第一の実施の形態に従った圧力パルス発生器の概略断面図である。
【図２】本発明に従った圧力パルス発生器の第二の実施の形態を示す図である。
【図３】本発明に従った圧力パルス発生器の第三の実施の形態を示す図である。
【図４】本発明に従った圧力パルス発生器の第四の実施の形態を示す図である。
【図５】本発明に従った圧力パルス発生器の第五の実施の形態を示す図である。
【図６】本発明に従った圧力パルス発生器の第六の実施の形態を示す図である。
【図７】本発明に従った圧力パルス発生器の第七の実施の形態を示す図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
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