(57)【要約】      （修正有）【課題】内燃機関のポペット式バルブにおいて、反復的な圧縮及び減圧サイクルに起因するばね装置の疲労関連故障に対応するべく、空気圧バルブばねを使用するバルブ組付体を提供する。【解決手段】第１ピストン３４が、バルブ３０のステム５０から径方向に延びてハウジング３２内に封止される。第２ピストン３６が、ステムの遠位端５４に固定され、かつ、ハウジングに密接する。第１チャンバ７４が、第１ピストン、第２ピストン及びハウジングによって画定され、かつ、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持する。ばね装置３８が、第１ピストンとハウジングとの間に配置される。エンジンの通常運転中、第１チャンバ内のガス圧力は、圧縮配列において、ばね装置によってバルブのヘッド４８をバルブシート２０に密接させ、第１チャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、ばね装置は、バルブを付勢してバルブシートに密接させる。【選択図】図２
2015165137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンにおいて使用されるべく構成されたバルブ組付体であって、
バルブシートに密接するべく構成されたヘッドが、遠位端を有するステムに接続されたバルブと、
前記バルブのステムから径方向に延びてハウジング内に封止された第１ピストンと、
前記ステムの遠位端に固定されかつ前記ハウジングに密接する第２ピストンと、
前記第１ピストン、第２ピストン及び前記ハウジングによって画定された第１チャンバであって、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持するべく構成された第１チャンバと、
前記第１ピストンと前記ハウジングとの間に配置されたばね装置と
を含み、
前記エンジンの通常運転中、前記第１チャンバ内のガス圧力は、圧縮配列において、前記ばね装置によって前記バルブのヘッドを前記バルブシートに密接させるべく構成され、
前記第１チャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、前記ばね装置は、前記バルブを付勢して前記バルブシートに密接させるべく構成されるバルブ組付体。
【請求項２】
前記ばね装置及び前記バルブはそれぞれ質量を有し、
前記ばね装置の質量は、前記バルブが動くときに前記バルブの質量から除かれる請求項１のバルブ組付体。
【請求項３】
前記ばね装置は、前記バルブを付勢して前記バルブシートに密接させるべく拡張する請求項２の請求項１のバルブ組付体。
【請求項４】
前記第１ピストンは、前記ばね装置の一部分を受容するべく構成される請求項１から３いずれか一項のバルブ組付体。
【請求項５】
前記第２ピストンは、前記第１ピストンの一部分を受容するべく構成される請求項１から４いずれか一項のバルブ組付体。
【請求項６】
前記第１ピストン及び前記ハウジングによって画定された第２チャンバをさらに含む請求項１から５いずれか一項のバルブ組付体。
【請求項７】
充填ポートが前記第１チャンバと流体連通状態にあり、かつ、解放ポートが前記第２チャンバと流体連通状態にある請求項６のバルブ組付体。
【請求項８】
エンジン内のバルブ組付体を運転する方法であって、
前記バルブ組付体は、バルブ、第１ピストン、第２ピストン、ハウジング及びばね装置を含み、
前記バルブはヘッドがステムに接続され、
前記方法は、
前記ばね装置によって前記第１ピストンを、第１ピストン、第２ピストン及びハウジングによって画定されたバルブチャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、前記バルブのヘッドがバルブシートに密接するように付勢するステップと、
前記ばね装置の付勢に打ち勝つべく構成された圧縮ガスを、前記バルブのヘッドが前記バルブシートから離れるように前記バルブチャンバに与えるステップと
を含む方法。
【請求項９】
前記ばね装置は、前記第１ピストンと前記ハウジングの下側面との間に位置決めされる請求項８の方法。
【請求項１０】
前記ばね装置はコイルばねである請求項８又は９の方法。
【請求項１１】
前記バルブチャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、前記ばね装置は延びた構成にある請求項８から１０いずれか一項の方法。
【請求項１２】
前記バルブチャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、前記第１ピストンは前記第２ピストンとともに圧縮配列にある請求項８から１１いずれか一項の方法。
【請求項１３】
前記ばね装置は、前記バルブチャンバ内の圧縮ガスが所望の圧力に到達する場合に圧縮構成にある請求項８から１２いずれか一項の方法。
【請求項１４】
前記第１ピストンは、前記バルブチャンバ内の圧縮ガスが所望の圧力に到達する場合に前記第２ピストンから離れる請求項８から１３いずれか一項の方法。
【請求項１５】
前記ばね装置及び前記バルブはそれぞれ質量を有し、
前記ばね装置の質量は、前記バルブが動くときに前記バルブの質量から除かれる請求項８から１４いずれか一項の方法。
【請求項１６】
エンジンであって、
ボアが中に形成されたエンジンブロックと、
前記エンジンブロックに取り付けられたシリンダヘッドであって、前記ボアを封止し、かつ、前記ボアに隣接するように形成されたシートを有するシリンダヘッドと、
前記シリンダヘッド内に配置されたバルブ組付体と
を含み、
前記バルブ組付体は、
バルブシートに密接するべく構成されたヘッドが、ガイド内に位置決めされかつ遠位端を有するステムに接続されたバルブと、
前記バルブのステムから径方向に延びてハウジング内に封止された第１ピストンと、
前記ステムの遠位端に固定され、かつ、前記ハウジングに密接するべく構成された第２ピストンと、
前記第１ピストン、第２ピストン及び前記ハウジングによって画定された第１チャンバであって、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持するべく構成された第１チャンバと、
前記第１ピストンと前記ハウジングとの中間に配置されたばね装置と
を含み、
エンジンの通常運転中、前記第１チャンバ内のガス圧力は、圧縮配列において、前記ばね装置によって前記バルブのヘッドを前記バルブシートに密接させるべく構成され、
前記第１チャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、前記ばね装置は、前記バルブを付勢して前記バルブシートに密接させるべく構成されるエンジン。
【請求項１７】
前記ばね装置及び前記バルブはそれぞれ質量を有し、
前記ばね装置の質量は、前記バルブが動くときに前記バルブの質量から除かれる請求項１６のエンジン。
【請求項１８】
前記ばね装置は、前記バルブを付勢して前記バルブシートに密接させるべく拡張する請求項１７の請求項１６のエンジン。
【請求項１９】
前記第２ピストンは、前記第１ピストンの一部分を受容するべく構成される請求項１６から１８いずれか一項のエンジン。
【請求項２０】
前記第１ピストン及び前記ハウジングによって画定された第２チャンバをさらに含み、
充填ポートが前記第１チャンバと流体連通状態にあり、かつ、解放ポートが前記第２チャンバと流体連通状態にある請求項１６から１９いずれか一項のエンジン。
【請求項２１】
実質的に添付図面を参照して上述のように記載され及び添付図面に示されたバルブ組付体。
【請求項２２】
実質的に上述のように記載されたバルブ組付体を運転する方法。
【請求項２３】
ここに記載され及び／又は添付図面に示された任意の新規な特徴又は新規な組み合わせ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はバルブ組付体に関する。
【０００２】
関連出願
本願は、２０１４年２月２８日出願の米国仮出願第６１／９４６，５４０号、及び２０１５年２月１０日出願の米国出願第１４／６１８，０２０号の利益を主張する。これらの開示は全体がここに参照として組み入れられる。
【背景技術】
【０００３】
内燃機関は複数のシリンダを有し得る。シリンダは一以上のバルブを含む。バルブは、シリンダへの混合気の吸気及び／又はシリンダからの燃焼済み混合気の排気を容易にするべく構成される。
【０００４】
一定の内燃機関では、シリンダの吸気及び排気を容易にするべくポペット式バルブが利用される。ポペット式バルブは典型的に、ステムに接続されたヘッドを有する。ポペット式バルブは従来、エンジンブロックに隣接して配置されたシリンダヘッド内に収容される。シリンダヘッドは、エンジンブロックのシリンダに関連付けられた任意数のポペット式バルブを含み得る。
【０００５】
ポペット式バルブが閉位置にあるエンジンの運転中、当該バルブのヘッドが、シリンダヘッド内に配置されたバルブシートに密接する。ステムは、シリンダヘッド内のガイドを通ってバルブのヘッドから延びる。ステムの遠位端がばね装置、典型的には圧縮型コイルばねに取り付けられる。ばね装置がステムに及ぼす力によりバルブは閉位置に維持される。エンジンが動作すると、ステムに対向力が適用されることによりばね装置が圧縮されてバルブヘッドがシートから分離されるので、バルブが開となる。吸気又は排気ステップそれぞれの完了時、その対向力はステムから除かれるので、ばね装置によりバルブヘッドは、バルブシートに密接する位置に戻る。
【０００６】
動作するエンジンの反復的な圧縮及び減圧サイクルに起因して、ばね装置は、特に高エンジン速度のサイクルの場合、疲労関連故障を起こしやすくなり得る。ばね装置の故障は、エンジン性能に影響を与えることに加え、エンジン内部に著しい損傷をもたらし得る。
【０００７】
ばね装置の故障の問題に対応するべく、空気圧バルブばねを使用することができる。ばね材料の弾性に依存するのが典型的な機械的バルブばね装置とは異なり、空気圧バルブばねは、バルブハウジング内の圧縮ガスの圧力に依存する。空気圧バルブばねの弾性要素が固体材料ではなく圧縮ガスによって与えられるので、疲労関連故障の低下が実現される。しかしながら、空気圧バルブばねが疲労関連故障を被る可能性を低減したにもかかわらず、他の問題も生じやすくなっている。
【０００８】
かかる一つの問題は、空気圧バルブを本来的閉位置に保つべく、空気圧バルブ内の圧縮ガス圧力を維持しなければならないことである。一般に、空気圧バルブ内の圧縮ガス圧力は、エンジンが動作しているときに生成される。しかしながら、エンジンが一定時間運転されない場合、空気圧バルブ内の圧縮ガス圧力が空気圧バルブから抜け出し得るので、当該圧縮ガス圧力は最終的に、当該空気圧バルブがバルブシートに密接する位置から脱落し得る程度から、典型的には開位置である最低の程度まで低下し得る。これにより、始動時のエンジン損傷がもたらされる。
【０００９】
エンジン停止中の圧縮ガス圧力低下の問題を克服するべく、空気圧バルブには機械型ばねを含むように修正されたものも存在する。空気圧・機械ハイブリッドの第１タイプでは、軽量機械的ばねが空気圧ばね内に配置される。機械的ばねは、空気圧ばねの頂部及び底部双方に取り付けられて当該空気圧ばねを、当該空気圧ばね内の圧縮ガス圧力が失われた場合でも延ばされた状態に維持する。この第１タイプの空気圧・機械ハイブリッドばねでは、エンジン運転中、機械的ばねは、空気圧ばねとともにサイクル運動を行う。この構成においては、疲労に関連するバルブばねの故障の可能性が再び導入される。
【００１０】
第２タイプの空気圧・機械的ハイブリッドでは、機械的バルブばねは、空気圧ばねの頂部に取り付けられる。エンジンが動作していない場合、機械的ばねはバルブを閉位置に維持するべく延びる。すなわち、バルブヘッドがバルブシートに接するように着座する。これにより、バルブ機構は、エンジンの始動中に通常どおりに運転される。ひとたびエンジンが通常どおりに運転されていれば、空気圧バルブ及び機械的ばねに供給された圧縮ガス圧力は、運転中に圧縮される。このようにして、機械的ばねの疲労関連故障が排除される。
【００１１】
第１及び第２双方のタイプの空気圧・機械的ハイブリッドは、理想よりは劣る。第１タイプにおいてはばね力の追加が、第２タイプにおいてはばね質量の追加が、空気圧バルブの移動質量を増加させてバルブ機構及びエンジンの全体的な効率を低減させるからである。
【００１２】
したがって、当業界には、疲労関連故障を排除し、エンジン不作動中にばね力を維持し、及びバルブの移動質量を増加させることのないバルブ組付体の必要性が存在する。
【発明の概要】
【００１３】
上記目的及び具体的に列挙されていない他の目的は、エンジンにおいて使用されるべく構成されたバルブ組付体によって達成される。バルブ組付体は、ヘッドがステムに接続されたバルブを含む。ヘッドは、バルブシートに密接されるべく構成される。ステムは遠位端を有する。第１ピストンが、バルブのステムから径方向に延びてハウジング内に封止される。第２ピストンが、ステムの遠位端に固定され、かつ、ハウジングに密接するべく構成される。第１チャンバが、第１ピストン、第２ピストン及びハウジングによって画定され、かつ、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持するべく構成される。ばね装置が、第１ピストンとハウジングとの間に配置される。エンジンの通常運転中、第１チャンバ内のガス圧力は、圧縮配列において、ばね装置によってバルブのヘッドをバルブシートに密接させるべく構成される。ここで、第１チャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、ばね装置は、バルブを付勢してバルブシートに密接させるべく構成される。
【００１４】
本発明の一側面では、エンジンにおいて使用されるべく構成されたバルブ組付体が与えられる。バルブ組付体は、バルブシートに密接するべく構成されたヘッドが、遠位端を有するステムに接続されたバルブと、当該バルブのステムから径方向に延びてハウジング内に封止された第１ピストンと、当該ステムの遠位端に固定されかつ当該ハウジングに密接する第２ピストンと、当該第１ピストン、第２ピストン及び当該ハウジングによって画定された第１チャンバであって、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持するべく構成された第１チャンバと、当該第１ピストンと当該ハウジングとの間に配置されたばね装置とを含み、エンジンの通常運転中、第１チャンバ内のガス圧力は、圧縮配列において、ばね装置によってバルブのヘッドをバルブシートに密接させるべく構成され、かつ、第１チャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、ばね装置は、バルブを付勢してバルブシートに密接させるべく構成される。
【００１５】
上記目的及び具体的に列挙されていない他の目的は、エンジン内のバルブ組付体を運転する方法によって達成される。バルブ組付体は、ヘッドがステムに接続されたバルブと、第１ピストンと、第２ピストンと、ハウジングと、ばね装置とを有する。方法は、第１ピストン、第２ピストン及びハウジングによって画定されたバルブチャンバ内のガス圧力が不十分な期間中にバルブのヘッドがバルブシートに密接するように第１ピストンをばね装置によって付勢するステップと、ばね装置の付勢に打ち勝つべく構成された圧縮ガスを、バルブのヘッドがバルブシートから離れるようにバルブチャンバに与えるステップとを含む。
【００１６】
本発明の一側面では、エンジン内のバルブ組付体を運転する方法が与えられる。バルブ組付体は、ヘッドがステムに接続されたバルブと、第１ピストンと、第２ピストンと、ハウジングと、ばね装置とを含み、方法は、第１ピストン、第２ピストン及びハウジングによって画定されたバルブチャンバ内のガス圧力が不十分な期間中にバルブのヘッドがバルブシートに密接するように第１ピストンをばね装置によって付勢するステップと、ばね装置の付勢に打ち勝つべく構成された圧縮ガスを、バルブのヘッドがバルブシートから離れるようにバルブチャンバに与えるステップとを含む。
【００１７】
上記目的及び具体的に列挙されていない他の目的は、エンジンによって達成される。エンジンはエンジンブロックを含む。エンジンブロックの中にはボアが形成される。シリンダヘッドがエンジンブロックに取り付けられる。シリンダヘッドはボアを封止し、かつ、当該ボアに隣接するように形成されたシートを有する。バルブ組付体がシリンダヘッド内に配置される。バルブ組付体は、ヘッドがステムに接続されたバルブを含む。ヘッドはシートに密接するべく構成される。ステムはガイド内に位置決めされ、かつ、遠位端を有する。第１ピストンが、バルブのステムから径方向に延びてハウジング内に封止される。第２ピストンが、ステムの遠位端に固定され、かつ、ハウジングに密接するべく構成される。第１チャンバが、第１ピストン、第２ピストン及びハウジングによって画定される。第１チャンバは、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持するべく構成される。ばね装置が、第１ピストンとハウジングとの間に配置される。エンジンの通常運転中、第１チャンバ内のガス圧力は、圧縮配列において、ばね装置によってバルブのヘッドをバルブシートに密接させるべく構成され、かつ、第１チャンバ内のガス圧力が不十分な期間中、ばね装置は、バルブを付勢してバルブシートに密接させるべく構成される。
【００１８】
本発明の一側面では、ボアが中に形成されたエンジンブロックと、当該エンジンブロックに取り付けられたシリンダヘッドであって、当該ボアを封止し、かつ、当該ボアに隣接するように形成されたシートを有するシリンダヘッドと、当該シリンダヘッド内に配置されたバルブ組付体とを含むエンジンが与えられる。バルブ組付体は、当該シートに密接するべく構成されたヘッドがステムに接続されたバルブと、ガイド内に位置決めされかつ遠位端を有するステムと、当該バルブのステムから径方向に延びてハウジング内に封止された第１ピストンと、当該ステムの遠位端に固定されかつ当該ハウジングに密接する第２ピストンと、当該第１ピストン、第２ピストン及び当該ハウジングによって画定された第１チャンバであって、圧縮ガスを受容して所望のガス圧力を維持するべく構成された第１チャンバと、当該第１ピストンと当該ハウジングとの間に配置されたばね装置とを含む。エンジンの通常運転中、第１チャンバのガス圧力は、圧縮配列において、ばね装置によってバルブのヘッドをバルブシートに密接させるべく構成され、かつ、第１チャンバのガス圧力が不十分な期間中、ばね装置は、バルブを付勢してバルブシートに密接させるべく構成される。
【００１９】
例示の実施形態の以下の詳細な説明を、添付図面を考慮して読むことにより、バルブ組付体の様々な目的及び利点が当業者にとって明らかとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】バルブ組付体を組み入れたエンジンの一部分の立面正面図である。
【図２】図１のバルブ組付体の立面拡大断面図である。バルブが閉位置かつガス圧力なしであることが例示される。
【図３】図１のバルブ組付体の立面拡大断面図である。バルブが開位置であることが示される。
【図４】図１のバルブ組付体の立面拡大断面図である。バルブが閉位置であることが示され、ガス圧力の導入が完了している。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下の詳細な説明及び添付図面は、本発明の様々な実施形態を説明かつ例示する。本説明及び図面は、当業者が本発明を作り及び使用することを可能とするのに役立ち、かつ、本発明の範囲をどんな態様においても制限する意図ではない。記載の方法に関し、提示されるステップは本質的に典型的なものであるから、当該ステップの順序が必要又は重要というわけではない。
【００２２】
特に定義されない限り、ここに使用されるすべての技術的及び科学的用語は、本発明が属する技術の当業者が共通に理解するものと同じ意味を有する。ここでの本発明の説明で使用される用語は、特定の実施形態のみを説明することを目的とするので、本発明を制限することを意図しない。本発明の説明及び添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形の「一つの」、「一」及び「前記」又は「当該」は、文脈上そうでないことが明示されない限り、複数形も同様に含む。
【００２３】
そうでないことが示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲において使用される長さ、幅、高さ等のような寸法量を表す数字はすべて、すべての場合において用語「約」によって修飾されるものと理解される。したがって、そうでないことが示されない限り、本明細書及び特許請求の範囲に記載される数値的な特性は、本発明の実施形態において得られることが求められる所望の特性に応じて変わり得る近似値である。本発明の広い範囲を記載する数値範囲及びパラメータが近似値であるにもかかわらず、特定の例に示される数値はできる限り正確に報告される。しかしながら、いずれの数値も固有的に、それぞれの測定に見出される誤差から必然的にもたらされる一定の誤差を含む。
【００２４】
本説明及び図面は、内燃機関に使用されるバルブ組付体を開示する。一般に、バルブ組付体は、通常のエンジン運転中にバルブを付勢するべく専ら空気圧ばねを使用することができるように構成される一方、エンジン速度が低減された場合のように（すなわち始動クランキング及びアイドル運転）十分なガス圧力が不在の場合には、バルブを付勢するべく機械式ばね装置に依存する。
【００２５】
ここで図１を参照すると、新規なバルブ組付体１２を組み入れた内燃機関１０（以下「エンジン」）の一例が示される。エンジン１０はエンジンブロック１４を含む。エンジンブロック１４は、中に形成されるボア１６を画定する。ピストン２２がボア１６内に配置され、接続ロッド２６を介してクランクシャフト２４に接続される。
【００２６】
エンジン１０はさらに、エンジンブロック１４の上に配置されてボア１６を封止するシリンダヘッド１８を含む。シリンダヘッド１８は、少なくとも一つの軸力装置２８、及び複数のバルブ組付体１２を含む。例示の実施形態において、シリンダヘッド１８は、一定量の２つのバルブ組付体１２を含む。しかしながら、他の実施形態では、シリンダヘッド１８は、所望量のバルブ組付体１２を含み得る。各バルブ組付体１２に関連付けられたシート２０が、ボア１６に隣接するシリンダヘッド１８に形成される。
【００２７】
軸力装置２８は、エンジン１０の運転中、バルブ組付体１２内に位置決めされたバルブ３０を開位置まで動かすように軸力をバルブ組付体１２に適用するべく構成される。例示の実施形態において、軸力装置２８は、オーバーヘッドカムシャフト及びロッカーアームの組付体によって与えられる。しかしながら、当業者であれば、プッシュロッド及びロッカーアームの組付体という非制限的な例のような、他の軸力装置が使用され得ることがわかる。
【００２８】
ここで図２を参照すると、バルブ組付体１２が詳細に示される。バルブ組付体１２は、ハウジング３２、バルブ３０、第２ピストン３６、第１ピストン３４及びばね装置３８を含む。
【００２９】
ハウジング３２の中にはシリンダ４０が形成される。シリンダ４０は、下側面４２と、当該下側面４２から軸方向に延びる環状内部側壁４４とを含む。ガイド４６がハウジング３２内に配置され、かつ、シリンダ４０から延びる。ガイド４６の一部分がシリンダ４０内に突出する。
【００３０】
バルブ３０は、実質的に円盤形状のヘッド４８及び円柱形状のステム５０を含む。ステム５０の第１端５２がヘッド４８の一面に取り付けられ、かつ、ステム５０の遠位端５４がそこから軸方向に延びる。バルブ３０のステム５０がガイド４６によって摺動可能に受容され、かつ、遠位端５４がシリンダ４０を貫通して延びる。
【００３１】
第１ピストン３４は、ステム５０から径方向に延び、かつ、シリンダ４０によって摺動可能かつ密封的に受容される。第１ピストン３４は、第２ピストン３６とシリンダ４０の下側面４２との間において、ハウジング３２内に封止される。第１ピストン３４はステム５０に摺動可能に取り付けられる。第１ピストン３４及びステム５０は互いに独立して動く。例示の実施形態において、ステム５０は、密封的にかつ摺動可能に第１ピストン３４に受容される。
【００３２】
第１ピストン３４は、円筒状のクラウン５６及びフランジ５８から形成される。フランジ５８は、クラウン５６の基部６０から径方向外側に延びる。フランジ５８は、外部に形成された周方向溝６２を含む。第１ピストンシール６４は、シリンダ４０の側壁４４に密接するべく構成される。第１ピストンシール６４の非制限的な例は、Ｏリング又は分割ピストンリングを含む。しかしながら、第１ピストンシール６４は、シリンダ４０の側壁４４に密接するのに十分な他の構造物であってよい。第１ピストン３４はさらにキャビティ６６を含む。キャビティ６６は、基部６０を貫通するように形成されてクラウン５６内に延びる。例示の実施形態では、キャビティ６６は環状であり、かつ、ばね装置３８の一部分を受容するべく構成される。
【００３３】
図２を再び参照すると、クラウン５６の一部分が、第１ステムシール６５を受容するべく構成される。第１ステムシール６５は、バルブ３０が第１ピストン３４を通って摺動するときに、バルブ３０のステム５０に密接するべく構成される。第１ステムシール６５の非制限的な例は、Ｏリング又は分割ピストンリングを含む。しかしながら、第１ステムシール６５は、バルブ３０のステム５０に密接するのに十分な他の構造物であってよい。
【００３４】
第２ピストン３６は、シリンダ４０によって密封的にかつ摺動可能に受容される。第２ピストン３６はバルブ３０のステム５０に固定される。第２ピストン３６及びバルブ３０は、エンジンの運転中、連動する。例示の実施形態において、第２ピストン３６はステム５０の遠位端５４に固定される。ステム５０の遠位端５４は、第２ピストン３６によって密封的に受容される。
【００３５】
第２ピストン３６は実質的に円筒形状であり、中にはキャビティ６８が形成される。キャビティ６８は、第１ピストン３４のクラウン５６の一部分を受容するべく構成される。第２ピストン３６はまた、その外部表面に形成された周方向溝７０も含む。溝７０は、第２ピストンシール７２を受容するべく構成される。第２ピストンシール７２は、シリンダ４０の側壁４４に密接するべく構成される。第２ピストンシール７２の非制限的な例は、Ｏリング又は分割ピストンリングを含む。しかしながら、第２ピストンシール７２は、シリンダ４０の側壁４４に密接するのに十分な他の構造物であってよい。
【００３６】
図２を再び参照すると、第２ピストン３６の一部分が第２ステムシール７３を受容するべく構成される。第２ステムシール７３は、バルブ３０が第２ピストン３６とともに動くときにバルブ３０のステム５０に密接するべく構成される。第２ステムシール７３の非制限的な例は、Ｏリング又は分割ピストンリングを含む。しかしながら、第２ステムシール７３は、バルブ３０のステム５０に密接するのに十分な他の構造物であってよい。
【００３７】
ばね装置３８は、第１ピストン３４と下側面４２との間において、シリンダ４０内に配置される。ばね装置３８の第１端が第１ピストン３４に接触し、かつ、ばね装置３８の第２端がシリンダ４０に下側面４２に接触する。例示の実施形態では、ばね装置３８の第１端が第１ピストン３４のキャビティ６６内に受容され、かつ、ばね装置３８の第２端がガイド４６の第１端に当接するので、ばね装置３８の第１端及び第２端の径方向位置が固定される。
【００３８】
第１チャンバ７４が、シリンダ４０の側壁４４、第２ピストン３６及び第１ピストン３４によって画定される。同様に、第２チャンバ７６が、シリンダ４０の側壁４４、第１ピストン３４、及びシリンダ４０の下側面４２によって画定される。
【００３９】
図２を再び参照すると、シリンダ４０はさらに、充填ポート７８及び解放ポート８０を含む。例示の実施形態では、充填ポート７８及び解放ポート８０は、シリンダ４０の側壁４４に形成される。しかしながら、他の実施形態では、充填ポート７８及び解放ポート８０は他の箇所に位置決めすることができる。例示の実施形態が単数の充填ポート７８及び単数の解放ポート８０を含むにもかかわらず、複数の充填ポート７８及び解放ポート８０が含まれ得ることが理解される。
【００４０】
図２を再び参照すると、充填ポート７８は、バルブ組付体１２の運転中に第２ピストン３６に横切られることがない位置に配置される。詳しくは、充填ポート７８は、シリンダ４０の下側面４２から、Ｄ１として示される第１距離だけ離間される。これは第２距離Ｄ２よりも大きい。第２距離Ｄ２は、第１ピストン３４の溝６２及び基部６０間の空間によって画定される。
【００４１】
充填ポート７８は、第１チャンバ７４と、例えば圧縮器又は高圧力貯蔵器（図示せず）のような圧縮ガス源との流体連通を与えるべく構成される。解放ポート８０は、第２チャンバ７６と、外気又は低圧力貯蔵器（図示せず）のような低圧力源との流体連通を与えるべく構成される。
【００４２】
解放ポート８０は、シリンダ４０の下側面４２に隣接して配置される。この位置において、解放ポート８０は第１ピストンシール６４に横切られることがない。したがって、解放ポート８０は、バルブ組付体１２の運転中、第２チャンバ７６との定常的な流体連通状態にある。そのため、当業者であれば、解放ポート８０がシリンダ４０の下側面４２に形成されてもよいことがわかる。充填ポート７８及び解放ポート８０は以下に詳述される。
【００４３】
図２を再び参照すると、バルブ組付体１２が第１運転構成にあることが示される。第１運転構成が生じるのは、第１チャンバ７４内のガス圧力がばね装置３８の力に打ち勝つには不十分な場合である。例えば、エンジンが一定期間運転されていないか又はシール６４、６５、７２、７３が第１チャンバ７４内に圧縮ガスの圧力を維持できない場合である。この運転構成では、ばね装置３８が延びて、第１ピストン３４が第２ピストン３６に接する圧縮配列にまで押し上げられる。ばね装置３８が延びることにより第１ピストン３４は、第１ピストン３４のクラウン５６が第２ピストン３６のキャビティ６８内に受容されるまで連続して押し上げられる。完全に延びた位置において、ばね装置３８は、第１ピストン３４及び第２ピストン３６を、シリンダ４０の下側面４２から離れる方向に付勢している。その結果、第２ピストン３６に接続されたバルブ３０のヘッド４８がシート２０に接するように着座する。このようにして、ばね装置３８は有利なことに、第１チャンバ７４内のガス圧力が不十分な期間中、バルブ３０のヘッド４８がエンジン１０のボア１６内まで延びることを防止する。
【００４４】
図２に示されるように、第１運転構成において第２チャンバ７６は、充填ポート７８及び解放ポート８０それぞれと流体連通状態にあり、第１チャンバ７４は、充填ポート７８及び解放ポート８０から密封的に隔離される。
【００４５】
ここで図３を参照すると、バルブ組付体１２が第２運転構成にあることが示される。第２運転構成が生じるのは、エンジンが最初に運転されて第１チャンバ７４内のガス圧力が、ばね装置３８の力に打ち勝つのに不十分な場合である。第２運転構成では、ばね装置３８は、第２ピストン３６及び第１ピストン３４を、第１ピストン３４のクラウン５６が第２ピストン３６のキャビティ６８内に位置決めされた圧縮配列に維持する。同時に軸力Ｆが、バルブ３０のヘッド４８がシート２０から離れるように、バルブ３０のステム５０の遠位端５４に作用する。第２運転構成においてはさらに、第１ピストン３４の基部６０が、シリンダ４０の下側面４２に近接するように位置決めされる。第２運転構成では、ばね装置３８全体が第１ピストン３４の凹み６６内に包含され、かつ、第１ピストン３４のクラウン５６が第２ピストン３６のキャビティ６８内に受容される。
【００４６】
図３を再び参照すると、充填ポート７８が、第１チャンバ７４と流体連通状態にあり、かつ、第１ピストンシール６４によって第２チャンバ７６から密封的に隔離される。解放ポート８０は、第２チャンバ７６と流体連通状態にあり、かつ、第１ピストンシール６４によって第１チャンバ７４から密封的に隔離される。ポート７８、８０がこの相対位置にある場合、第１チャンバ７４が圧縮ガスを受容する一方、第２チャンバ７６は大気又は低圧力貯蔵器（図示せず）へと通気を続ける。第１チャンバ７４は、図４に示されるように第１チャンバ７４内のガス圧力が、延びたばね装置３８の力に打ち勝つのに十分となるまで、圧縮ガスを受容し続けるように構成される。
【００４７】
ここで図４を参照すると、バルブ組付体の第３運転構成が例示される。第３運転構成が生じるのは、エンジンのルーチン運転のように、第１チャンバ７４内に包含された圧縮ガスの圧力がばね装置３８の力に打ち勝つ場合である。第３運転構成では、第１チャンバ７４内の圧縮ガスの第１ピストン３４に対する圧力の結果、ばね装置３８は圧縮配列にある。ばね装置３８は、シリンダ４０の下側面４２に隣接して静止したままである。第３運転構成においてはさらに、第２ピストン３６が押し上げられた位置にあり、かつ、第１ピストン３４が、第２運転構成に対して記載されたシリンダ４０の下側面４２に近接した位置にある。
【００４８】
図４を再び参照すると、第３運転構成において充填ポート７８が第１チャンバ７４と流体連通状態にありかつ第２チャンバ７６から密封的に隔離される一方、解放ポート８０は、第２チャンバ７６と流体連通状態にありかつ第１チャンバ７４から密封的に隔離される。
【００４９】
図２〜４を再び参照して、バルブ組付体１２の運転方法が以下のステップにより説明される。エンジンが動作していない初期ステップにおいて、バルブ組付体１２は図２に示されるように構成される。すなわち、ばね装置３８が、第１チャンバ７４内の圧縮ガス圧力に打ち勝つ結果、延びて第１ピストン３４が、第２ピストン３６に接するように圧縮される。その結果、第１ピストン３４のクラウン５６が、第２ピストン３６のキャビティ６８内に位置決めされる。さらに、第２ピストン３６に接続されたバルブ３０のヘッド４８がシート２０に接するように着座して、第２チャンバ７６は、充填ポート７８及び解放ポート８０と流体連通状態になる。第１チャンバ７４は、充填ポート７８及び解放ポート８０から密封的に隔離される。
【００５０】
ここで図３を参照すると、次のステップにおいてエンジンが始動される。エンジンが動作する結果、軸力装置２８（図１に図示）による軸力Ｆが、ステム５０の長手軸Ａ−Ａに沿って適用される。軸力Ｆが増加すると、バルブ３０が付勢されてバルブ３０のヘッド４８がシート２０から離れるので、エンジン１０のボア１６への入口又は出口が開口する（図１）。このステップ中、第１ピストン３４が第２ピストン３６によって付勢される結果、第１チャンバ７４が充填ポート７８と流体連通状態となりかつ第２チャンバ７６が解放ポート８０と流体連通状態となる。第２チャンバ７６は、充填ポート７８から密封的に隔離される。
【００５１】
図３を再び参照すると、次のステップにおいて、充填ポート７８を介して第１チャンバ７４へと圧縮ガスが与えられる。
【００５２】
エンジンが動作を続けるその後のステップにおいて、バルブ組付体１２は、図２及び３に示される第１運転構成と第２運転構成との間でサイクルを行う。
【００５３】
エンジン１０が運転状態である一定時間の後、バルブ組付体１２は、バルブ組付体１２が、図３及び４に示される第２運転構成と第３運転構成との間でサイクルを行う通常運転に入る。通常運転中、第１チャンバ７４内の圧縮ガスは所望のガス圧力に維持される。所望のガス圧力が、第１ピストン３４へのばね装置３８の力に打ち勝つのに十分になると、第１ピストン３４によるばね装置３８の圧縮がもたらされる。ばね装置３８は、第１チャンバ７４内のガス圧力によって与えられる力が、ばね装置３８によって与えられる力未満となるまで、第１ピストン３４によって圧縮される。したがって、ばね装置３８は、エンジンの通常運転中、静止したままとなる。最終的に、所望のガス圧力は同時に第２ピストン３６を付勢して、軸力Ｆが適用されない場合にヘッド４８がシート２０に密接することを許容する。
【００５４】
例示の実施形態において、バルブ組付体１２の第１チャンバ７４に圧縮ガスを与える工程は、バルブ組付体１２が第２運転構成又は第３運転構成にある場合に、すなわち充填ポート７８が第１チャンバ７４と流体連通状態にある場合に充填ポート７８を開にするタイミングとされた電磁バルブ（図示せず）によって行われる。これらの運転構成中、圧縮ガスは第２チャンバ７６に適用されることがない。
【００５５】
しかしながら、代替実施形態において充填ポート７８は、バルブ組付体１２が第２運転構成と第３運転構成との間のサイクルを行うときに第１チャンバ７４及び第２チャンバ７６双方に圧縮ガスを与えるべく構成され得る。ひとたび所望のガス圧力が達成されると、解放ポート８０は、バルブ組付体１２が第２運転構成にある場合に解放ポート８０を開とするタイミングとされた電磁バルブを使用して開とされる。第２チャンバ７６内のガス圧力が解放される。
【００５６】
充填工程のさらに他の実施形態において、充填ポート７８から案内されたスプールバルブを、第１ピストン３４を押し下げられた位置に保持する圧力において開とするべく設定することができる。この実施形態は、発生する一時的な圧力短絡がシステム供給圧力を過度に低減することがないような、適切なサイズの経路を含む。
【００５７】
上述した及び図１〜４に示されたバルブ組付体１２は有利なことに、いくつかの利点を与える。しかしながら、すべての利点がすべての実施形態において存在するわけではない。第１の利点として、バルブ組付体１２は有利なことに、バルブ組付体１２の移動質量からばね装置３８の質量を除外するので、エンジン１０の効率が改善される。さらに他の利点は、ばね装置３８の疲労関連故障の可能性が実質的に低減されることである。
【００５８】
開示されたバルブ組付体１２の追加の利点は、圧縮ガスがバルブ組付体１２内に不在の場合にバルブ３０を閉位置に維持するばね装置３８の能力である。これによりエンジンは、長期間の不作動後に及びアイドル運転中に通常運転され得る。
【００５９】
バルブ組付体が内燃機関の文脈において上述されかつ図面に示されたが、このバルブ組付体が、バルブ組付体を組み入れた他の構造物、機構、及び装置において使用され得ることも本発明の企図の範囲内にある。他の構造物の非制限的な例は、ビームエンジン、圧縮器及び他のロータリー系装置を含む。
【００６０】
特許法の規定に従ってバルブ組付体の原理及び運転モードが、例示の実施形態において説明かつ例示された。しかしながら、バルブ組付体が、その要旨又は範囲から逸脱することなく、具体的に説明かつ例示されたものとは異なる態様で実施され得ることも理解すべきである。
【００６１】
本明細書及び特許請求の範囲において使用される場合、用語「含む」及びそのバリエーションは、特定された特徴、ステップ又は整数が含まれるということを意味する。こうした用語は、他の特徴、ステップ又は部材の存在を排除することを意図しない。
【００６２】
前述の説明若しくは以下の特許請求の範囲又は添付図面に開示された、具体的な形態で又は開示の機能を行う手段若しくは開示の結果を達成する方法若しくは工程の観点で表現された特徴は、適宜、分離されて又はかかる特徴の任意の組み合わせで、その多様な形態で本発明を実現するべく利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【外国語明細書】
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