(57)【要約】【課題】従来技術にない全く新規な流体作動式バルブアッセンブリを提供する。【解決手段】長手方向軸に沿って延びるシリンダを規定するハウジングと、第１端位置と第２端位置との間で、該長手方向軸に沿って該シリンダにおける往復運動のために配置されたピストンと、該シリンダにおいて作動チャンバーへの流体の流入を可能とし、該第１端位置から該第２端位置まで該ピストンを変位させる流体入り口と、該ピストンをバルブ閉鎖部材に接続し、該ピストンが該第１端位置にある時は、該バルブ閉鎖部材が開位置にあり、該ピストンが該第２端位置にある時は、該バルブ閉鎖手段がバルブシートにシール係合する接続手段を備え、該接続手段が、該作動チャンバーにおける流体圧に依存して可変である長さを有することを特徴とする、バルブアッセンブリ。【選択図】図１
2008208840.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体作動式バルブアッセンブリ（１０）であって、
長手方向軸（１６）に沿って延びるシリンダ（１４）を規定するハウジング（１２）と、
第１端位置と第２端位置との間で、該長手方向軸（１６）に沿って該シリンダ（１４）における往復運動のために配置されたピストン（１８）と、
該シリンダにおいて作動チャンバー（２０）への流体の流入を可能とし、該第１端位置から該第２端位置まで該ピストンを変位させる流体入り口（２２）と、
接続手段の一方端にある該ピストン（１８）を接続手段の他方端にあるバルブ閉鎖部材（３０）に接続し、該ピストンが該第１端位置で該シリンダにシールして接する時は、該バルブ閉鎖部材が開位置にあり、該ピストンが該第２端位置で該シリンダにシールして接する時は、該バルブ閉鎖手段がバルブシート（３２）にシール係合する接続手段（３６）を備え、
該接続手段（３６）が、該作動チャンバー（２０）における流体圧に依存して可変である長さを有することを特徴とする、バルブアッセンブリ。
【請求項２】
前記接続手段（３６）は環状断面を有し、そのため該接続手段が内部チャンバー（３８）を軸方向に規定することを特徴とする、請求項１に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項３】
前記ピストン（１８）は、前記内部チャンバー（３８）と協働する、少なくとも１つの貫通穴（４０）を有することを特徴とする、請求項２に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項４】
前記接続手段（３６）は可撓性のあるベローズであることを特徴とする、請求項１から請求項３のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。
【請求項５】
前記可撓性のあるベローズ（３６）はスチールから作製されることを特徴とする、請求項４に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項６】
拡張抑制手段（４６）が、前記バルブ閉鎖部材（３０）に前記ピストン（１８）を接続することを特徴とする、請求項１から請求項５のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。
【請求項７】
前記拡張抑制手段（４６）は、前記内部チャンバー（３８）を通過することを特徴とする、請求項６に記載のバルブアッセンブリ。
【請求項８】
前記バルブ閉鎖部材（３０）は、内燃機関（５６）の排気ガス再循環パイプ（４４）に排気マニホールド（４２）を選択的に接続することを特徴とする、請求項１から請求項７のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。
【請求項９】
ディーゼルエンジン型車両においてＥＧＲバルブを作動させるための、請求項１から請求項８のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリの使用。
【請求項１０】
一連に接続され、ディーゼル型車両において排気ガスの再循環の量を制御するための、請求項１から請求項８のうちのいずれかひとつに記載の、複数のバルブアッセンブリ（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の使用。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、請求項１の前文に従った、流体作動式バルブアッセンブリに関するものである。
【０００２】
本発明は、ディーゼルエンジン式車両においてＥＧＲバルブを作動させるための、流体作動式バルブアッセンブリの用途に、更に関連する。
【背景技術】
【０００３】
（発明の背景）
バルブアッセンブリのような液圧式アクチュエータまたは圧縮空気作動式アクチュエータの必要性は、多くの技術分野に存在する。従来型アクチュエータは、ピストンがシリンダ内での往復運動のために配置され、アクチュエータロッドと協働するピストンは、相対位置が可変となる構成要素に接続される。バルブアッセンブリでは、このような構成要素はバルブ閉鎖部材である。典型例では、ピストンには少なくとも１つのピストンリングが設けられ、ピストンを越えて作動流体が漏れないことを確実にする。多くの適用例において、ピストンリングは、ラバーまたはプラスチック材料のような柔軟な弾性材料から作成される。しかしながら、アクチュエータが高温を受けることがある作動環境にあっては、低溶融点を有する材料を使用することは不可能である。このような場合、従来は、例えば、ばね鋼から作られたピストンリングを採用することが必要であった。
【０００４】
しかし、バネ鋼でさえ、それが受け得る温度に関しては制限がある。例えば、特殊な注意がされない限り、内燃機関の排気マニホールドの付近でこのようなアクチュエータを使用することは、不可能である。
【０００５】
ピストンリングを必要としないピストンを採用する流体作動式アクチュエータは、本件出願人の名の、特許文献１（ＳＥ  ９６０４２８７−４）に記述される。この文献では、ピストンの第１領域がピストンハウジングの第１バルブシートとシール係合状態にある第１端位置に、バネ手段がピストンを維持する。空気がピストンに作用し、かつ、バネ手段のバネ力に打ち勝つことにより、ハウジングにおいて第２バルブシートとピストンの第２領域がシール係合状態にある第２端位置まで、ピストンを変位させるように、アクチュエータは空気をシリンダに通すことにより、作動させられる。ピストンにその第１端位置を再度採らせるために、空気がシリンダから排出され、バネ手段がピストンを押し第１バルブシートとシール係合状態にする。
【０００６】
特許文献１のアクチュエータがバルブ閉鎖部材を作動させるために使用される場合、バルブ閉鎖部材は、アクチュエータロッドを介してピストンに接続される。ピストンがその第２端位置にある時に、バルブ閉鎖部材がそのバルブシートをシール係合することを確実にするためには、ピストンのストロークがバルブ閉鎖部材のストロークに厳密には対応し得なくても、アクチュエータロッドは、可撓性のある連結により、ピストンと協働する。可撓性のある連結は螺旋バネを利用し、ピストンに相対してアクチュエータロッドの軸方向変位を可能にする。
【０００７】
特許文献１に開示されたアクチュエータは、従来型アクチュエータに勝るかなりの利点を提供するが、その動作はバネ手段の存在に依存して、バルブ閉鎖部材のそのバルブシートとのシール係合ならびに、アクチュエータの戻り動作も、両方とも、確実に行う。
【特許文献１】瑞典国特許第９６０４２８７−４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
（発明の要旨）
本発明の目的は、過酷な環境で使用するのに適した流体作動式バルブアッセンブリを提供することであり、その動作は、ピストンに作用するばね手段には依存しない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は、請求項１に従ったバルブアッセンブリにより、達成される。
【００１０】
本発明に従ってバルブアッセンブリの好ましい実施態様は、従属請求項に詳細が記載される。
【００１１】
本発明は、特に排気ガス再循環バルブとして、ディーゼルエンジン式車両における請求の範囲に記載されたバルブアッセンブリの用途に、更に関連する。
【００１２】
より特定すれば、本願発明は以下の項目に関し得る。
【００１３】
（項目１）流体作動式バルブアッセンブリ（１０）であって、長手方向軸（１６）に沿って延びるシリンダ（１４）を規定するハウジング（１２）と、第１端位置と第２端位置との間で、上記長手方向軸（１６）に沿って上記シリンダ（１４）における往復運動のために配置されたピストン（１８）と、上記シリンダにおいて作動チャンバー（２０）への流体の流入を可能とし、上記第１端位置から上記第２端位置まで上記ピストンを変位させる流体入り口（２２）と、上記ピストン（１８）をバルブ閉鎖部材（３０）に接続し、上記ピストンが上記第１端位置にある時は、上記バルブ閉鎖部材が開位置にあり、上記ピストンが上記第２端位置にある時は、上記バルブ閉鎖手段がバルブシート（３２）にシール係合する接続装置（３６）を備え、上記接続手段（３６）は、上記作動チャンバー（２０）における流体圧に依存して可変である長さを有することを特徴とする、バルブアッセンブリ。
【００１４】
（項目２）上記接続手段（３６）は環状断面を有し、そのため上記接続手段が内部チャンバー（３８）を軸方向に規定することを特徴とする、項目１に記載のバルブアッセンブリ。
【００１５】
（項目３）上記ピストン（１８）は、上記内部チャンバー（３８）と協働する、少なくとも１つの貫通穴（４０）を有することを特徴とする、項目２に記載のバルブアッセンブリ。
【００１６】
（項目４）上記接続手段（３６）は可撓性のあるベローズであることを特徴とする、項目１から項目３のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。
【００１７】
（項目５）上記可撓性のあるベローズ（３６）はスチールから作製されることを特徴とする、項目４に記載のバルブアッセンブリ。
【００１８】
（項目６）拡張抑制手段（４６）が、上記バルブ閉鎖部材（３０）に上記ピストン（１８）を接続することを特徴とする、項目１から項目５のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。
【００１９】
（項目７）上記拡張抑制手段（４６）は、上記内部チャンバー（３８）を通過することを特徴とする、項目６に記載のバルブアッセンブリ。
【００２０】
（項目８）上記バルブ閉鎖部材（３０）は、内燃機関（５６）の排気ガス再循環パイプ（４４）に排気マニホールド（４２）を選択的に接続することを特徴とする、項目１から項目７のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリ。
【００２１】
（項目９）ディーゼルエンジン型車両においてＥＧＲバルブを作動させるための、項目１から項目８のうちのいずれかひとつに記載のバルブアッセンブリの使用。
【００２２】
（項目１０）一連に接続され、ディーゼル型車両において排気ガスの再循環の量を制御するための、項目１から項目８のうちのいずれかひとつに記載の、複数のバルブアッセンブリ（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の使用。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
好ましい実施態様の詳細な説明
図面においては、参照番号１０は一般に、本発明に従った流体作動式バルブアッセンブリを示す。バルブアッセンブリ１０は、長手方向軸１６に沿って延びるシリンダ１４を規定するハウジング１２を備える。ピストン１８は、長手方向軸１６に沿ったシリンダにおける往復運動のために配置される。ピストン１８は、例えば圧縮空気のような、流体入り口２２を介してシリンダ１４における作動チャンバー２０に導入される作動用流体により駆動されるように配置される。図１および図２に示される実施態様においては、流体入り口２２は、ハウジング１２の１つの軸方向端部を閉鎖する端部キャップ２４に設けられる。従って、作動チャンバー２０は、端部キャップ２４およびピストン１８により境界設定されたシリンダの体積により規定される。
【００２４】
作動用流体の導入により、ピストン１８は、ピストンが入り口２２に隣接して存する第１端位置から、入り口から遠隔の第２端位置まで変位される。第１端位置では、ピストン１８はシリンダ１４の第１シール表面２６にシール接触する。例示の実施態様では、シール表面は代わりにハウジング内部の分離挿入部に設けられ得ることが理解されるが、第１シール表面は、ハウジング１２の薄層化された壁領域の内側に屈曲することにより、形成するのが有利である。第２端位置では、図２に示されるように、ピストン１８は第２シール表面２８にシール接触する。例示の実施態様では、第２シール表面２８は、シリンダ１４の直径を絞ったセクションにより設けられたショルダーの形態を呈する。あるいは、シリンダ１４はその長さ部分に沿って実質的に均一な直径を有し得るが、ハウジング内部の分離挿入部に第２シール表面が設けられる。
【００２５】
ピストン１８のその第１端位置からその第２端位置までの変位は、図１に示される、バルブ閉鎖部材３０がハウジング１２内部で軸方向の或る距離分収容される開位置から、図２に示される、バルブ閉鎖部材が入り口２２の反対側でハウジングの軸方向端部の近くでバルブシート３２にシール係合する閉位置までの、バルブ閉鎖部材３０の変位を実施するために利用される。従って、ピストン１８の第２端位置において、バルブ閉鎖部材３０はハウジングの端部で端部開口部３４をシールする一方、その開位置において、バルブ閉鎖部材は、ハウジング１２において１つ以上の周辺方向開口部３５と連絡状態にある端部開口部３４を設置する。
【００２６】
ピストンのストロークを閉鎖部材のストロークと厳密に同一にする必要無しに、ピストンがその第２端位置に達した場合に、バルブ閉鎖部材３０がバルブシート３２にシール係合するのを確実にするために、ピストンは、可変長さの接続手段３６を介してバルブ閉鎖部材に接続される。好ましい実施態様において、また、図１および図２に例示されたように、接続手段は、例えば、スチールから作られる、可撓性のあるベローズである。あるいは、接続手段は、２つ以上の比較的変位可能な同心管を備えた入れ子式配置であり得る。
【００２７】
接続手段３６は、環状断面を有し得、そのそれぞれの端部でピストンおよびバルブ閉鎖手段へ有利にレーザ溶着される。従って、軸方向では、接続手段３６は、一方端でバルブ閉鎖部材３０により閉鎖される内部チャンバー３８を規定する。接続手段の可撓的性質のため、内部チャンバー３８の圧力の増大は、接続手段の長さを増大させる傾向がある。言い換えると、ピストン１８からのバルブ閉鎖部材３０の距離は増大する。
【００２８】
内部チャンバー３８の圧力は、入り口圧力により、すなわち、作動チャンバー２０の圧力により、有利に決定される。このような事例では、図１および図２に例示されるように、ピストン１８には１つ以上の貫通穴４０が設けられ、それにより、内部チャンバー３８が作動チャンバー２０と連絡できるようにする。
【００２９】
上述の流体作動式バルブアッセンブリ１０の動作は、ここで図１および図２を参照しながら説明されるが、この場合、アッセンブリの端部開口部３４は内燃機関の排気マニホールド４２と連絡し、周辺開口部３５は排気ガス再循環パイプ４４と連絡する。
【００３０】
加圧流体がシリンダ１４の作動チャンバー２０に供給されない場合、排気マニホールド４２における背圧は、バルブ閉鎖部材３０とピストン１８の下側に作用し、ピストンをその第１端位置に向けて変位させ、それをそこに維持する。従って、バルブ閉鎖部材３０はその開位置を採ることにより、排気マニホールド４２を再循環パイプ４４に接続する。
【００３１】
端部開口部３４を閉鎖することにより排気ガスの再循環を阻止することが望まれる場合、圧縮空気は流体入り口２２を介して、作動チャンバー２０に導入される。圧縮空気はとりわけピストン１８に作用し、ピストンをその第１端位置からその第２端位置まで、迅速に移動させる。内部チャンバー３８は作動チャンバー２０と連絡するので、圧縮空気はバルブ閉鎖部材３０にも作用して、ピストンおよびバルブ閉鎖部材がベローズ３６により接続されるという事実ならびに、バルブ閉鎖部材３０が端部開口部３４に向けて変位することを確実にする。
【００３２】
ベローズ３６の可撓的性質のため、ピストン１８が第２シール表面２８に接触するその第２端位置に達すると、バルブ閉鎖部材３０がバルブシート３２にシール係合するまで、内部チャンバー３８の空気圧はベローズ３６を拡張させる。これは、勿論、ピストンのストロークがバルブ閉鎖部材のストロークよりも小さい場合の事例である。この逆が真である場合、バルブ閉鎖部材がバルブシート３２と係合すると、ピストン１８に作用する空気圧がベローズを圧縮させ、ピストンはその第２端位置に達し得る。
【００３３】
本発明に従った流体作動式バルブアッセンブリの典型的応用例においては、ピストン１８は約  ５０  ｍｍ  の直径と約  ２０  ｍｍ  のストロークを有し得る。ベローズ３６は約  ３０  ｍｍ  の非加圧長さを有し得る。ピストン１８とバルブ閉鎖部材３０との間のストローク長の差に適合させるために、ベローズが約  ０．３  ｍｍ  その長さを変化させることができれば、通常は十分である。ベローズの長さのこの比較的わずかな変化は、ベローズにかかる歪みが相応して小さく、そのようであるからベローズの有効な長い動作寿命が確保できることを、確実にする。
【００３４】
ピストン１８またはバルブ閉鎖部材３０がシリンダ内で動かなくなるという起こりそうもない事態には、ベローズ３６に不必要な歪みがかからないのを確実にできることが有利である。言い換えると、ピストンがその第１端位置と第２端位置の間の中間で万一動かなくなる場合は、内部チャンバー３８で作用する空気圧はベローズをなんとか拡張しようとし、バルブ閉鎖部材を端部開口部３４に接近させる。ベローズのかかる拡張があるとすると、ベローズを酷く弱化させ得る。
【００３５】
従って、本発明の好ましい実施態様においては、図１に例示されるように、バルブアッセンブリには、ピストン１８をバルブ閉鎖部材３０に接続する拡張抑制手段４６が設けられる。有利なことに、拡張抑制手段４６は、内部チャンバー３８を通過する。拡張抑制手段は、スチールロッドの実質的に円筒型構成であり得る。拡張抑制手段の第１端は、ピストンの貫通穴４０内の円周方向に延びる切り込み５０に配置された、複数の半径方向に延びる突起部４８を有する。対応する様式で、拡張抑制手段４６の第２端は、バルブ閉鎖部材３０の内部ボアにおける切り込み部５４に配置される、複数の半径方向に延びる突起部５２を有する。切り込み部５０、５４の少なくとも一方は、各突起部の軸方向伸張よりも大きい軸方向伸張を有することにより、ベローズが拡張できる量を制限する。
【００３６】
上記から、本発明に従ったバルブアッセンブリがきわめてわずかな構成要素から構成され得ることは、明白である。ピストンはその端部位置のいずれか一方を占有するにすぎないので、ピストンの両端部位置の間のピストンの変位動作中は、ピストンとシリンダとの間にシールを設ける必要が無い。このようであるから、ピストンリングの必要は無く、バルブアッセンブリは高温に耐えることができる。このように、本発明に従ったバルブアッセンブリは、内燃機関用のＥＧＲバルブとしての使用に秀でて好適である。
【００３７】
ディーゼルエンジン５６は図３に概略的に例示されるが、同エンジンには、一連に接続される、本発明の複数のバルブアッセンブリ１０ａ、１０ｂ、１０ｃが設けられる。エンジンは、吸気マニホールド５８、排気マニホールド４２、および排気ガス再循環（ＥＧＲ）パイプ４４を有する。ガス流が流れるために開放されたＥＧＲパイプ４４の領域は、バルブアッセンブリ１０ａ、１０ｂ、および１０ｃにより制御される。第１バルブアッセンブリ１０ａは０％または３３％かいずれかの開領域を設け、一方第２バルブアッセンブリ１０ｂは０％または６７％いずれかの開領域を設けるのが有利である。閉位置にある第３のバルブアッセンブリ１０ｃは１０％の開領域を設け、その開位置にある場合は、１００％の開放領域を設ける。
【００３８】
従って、全てのバルブが閉鎖されると、ＥＧＲパイプに沿ったガス流は存在しなくなる。第１バルブアッセンブリ１０ａのみが開放されている時は、１０％の開領域が晒される。第１バルブアッセンブリと第３バルブアッセンブリの両方が開放されている時は、３３％の開領域が晒される。第２バルブアッセンブリおよび第３バルブアッセンブリのみが開放されている場合、６７％の開領域が晒される。最終的に、全てのバルブアッセンブリが開放された場合は、１００％の開放領域が晒される。この様式では、ＥＧＲパイプの多様な開放度が、可変変位量の使用に訴える必要も無しに達成され得る。当然ながら、第３のバルブアッセンブリ１０ｃは単一通路に沿った流れを制御するために使用されるにすぎないので、特許文献１（ＳＥ  ９６０４２８７−４）に開示されるタイプのものであり得る。
【００３９】
本発明は上述の、および図面に例示された実施態様に限定されず、添付の請求の範囲内で変更され得る。例えば、或る特定の実施態様では、ピストンには、それでもピストンとシリンダ壁との間で作動用流体の漏出を可能にするガイドリングが設けられてもよい。
【００４０】
（要約）
長手方向軸（１６）に沿って延びるシリンダ（１４）を規定するハウジング（１２）を有する、流体作動式バルブアッセンブリ（１０）である。ピストン（１８）は、第１端位置と第２端位置との間の、長手方向軸（１６）に沿ったシリンダ（１４）における往復運動のために配置される。流体入り口（２２）は、シリンダにおいて作動チャンバー（２０）への流体の流入を可能にし、それによりピストンをその第１端位置からその第２端位置まで変位させる。アッセンブリは、バルブ閉鎖部材（３０）にピストン（１８）を接続する接続手段（３６）をさらに含み、ピストンがその第１端位置にある時は、バルブ閉鎖部材は開位置にあり、ピストンがその第２端位置にある時は、バルブ閉鎖部材はバルブシート（３２）とシール係合する。ピストン（１８）およびバルブ閉鎖部材（３０）のストローク長の差を補償するために、接続手段（３６）は、作動チャンバー（２０）の流体圧に依存して可変な長さを有する。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
本発明は、例示の目的で、および添付の図面を参照して、以下に更に詳細に記載される。
【図１】図１は、第１端位置における、本発明に従った流体作動式バルブアッセンブリの概略断面図である。
【図２】図２は、バルブアッセンブリが第２端位置にあるが、図１に対応する概略断面図である。そして、
【図３】図３は、本発明に従った複数のバルブアッセンブリを装備したディーゼルエンジンの、概略平面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  バルブアッセンブリ
１２  ハウジング
１４  シリンダ
１６  長手方向軸
１８  ピストン
２０  作動チャンバー
２２  流体入り口
２４  端部キャップ
２６、２８  シール表面
３０  バルブ閉鎖部材
３２  バルブシート
３４  端部開口部
３５  周辺方向開口部
３６  接続手段（ベローズ）
３８  内部チャンバー
４０  貫通穴
４２  排気マニホールド
４４  排気ガス再循環（ＥＧＲ）パイプ
４６  拡張抑制手段
４８、５２  突起部
５０、５４  切り込み部
５６  内燃機関
５８  吸気マニホールド５８
【図１】
2008208840.tif 000003
【図２】
2008208840.tif 000004
【図３】
2008208840.tif 000005