(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気弁アクチュエータであって、
複動油圧ピストンが、その一端で開放用油圧チャンバに受けられ、その他端で閉鎖用油圧チャンバに受けられるボアを有するアクチュエータハウジングと、
前記複動油圧ピストンに協働しうるように連結される複動ガスばねであって、前記排気弁アクチュエータが閉鎖位置と開放位置との間で前後に平行移動している間にエネルギーを保存し、次の前記排気弁アクチュエータの反対方向の推進に備える複動ガスばねと、
オン／オフ型の電子制御油圧弁であって、
前記オン／オフ型の電子制御油圧弁が、前記閉鎖用油圧チャンバを高圧油圧流体源に接続し、前記開放用油圧チャンバを低圧放出部またはタンクに接続する第一の位置と、
前記オン／オフ型の電子制御油圧弁が、前記閉鎖用油圧チャンバを低圧放出部またはタンクに接続し、前記開放用油圧チャンバを高圧油圧流体源に接続する第二の位置と、
を有する、前記オン／オフ型の電子制御油圧弁と、
を備え、前記排気弁アクチュエータがその開放位置にあり、前記オン／オフ型の電子制御油圧弁が前記複動油圧ピストンの前記開放用油圧チャンバを前記高圧油圧流体源に接続する時に、前記複動ガスばねの閉鎖力が、前記複動油圧ピストンの前記開放用油圧チャンバの開放力と釣り合うように構成される、排気弁アクチュエータ。
【請求項２】
前記排気弁アクチュエータがその閉鎖位置にあり、前記オン／オフ型の電子制御油圧弁が前記複動油圧ピストンの前記閉鎖用油圧チャンバを前記高圧油圧流体源に接続する場合に、前記ガスばねの開放力は、前記複動油圧ピストンの前記閉鎖用油圧チャンバの閉鎖力よりも小さい、請求項１に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項３】
高圧作動油は、該当するストロークの後半の間にのみ、前記各油圧室に供給される、請求項１または２に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項４】
開放または閉鎖ストロークの後半の間の高圧油圧油の流れは、前記開放または閉鎖ストロークの前半の間に前記複動油圧ピストンと重なり合う前記弁ハウジングのポートによって制御される、請求項３に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項５】
前記高圧作動油源から前記開放用油圧チャンバに向かう作動油の流れは、前記開放ストロークの後半の間に絞られる、請求項３または４に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項６】
前記高圧作動油源から前記閉鎖用油圧チャンバに向かう作動油の流れは、前記閉鎖ストロークの後半の間に絞られる、請求項３または４に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項７】
前記開放用油圧チャンバと前記電子制御油圧弁との間の前記接続は、第一のポートを介して前記開放用油圧チャンバに接続される第一の管を備え、第二のポートを介して前記開放用油圧チャンバに接続される第一の絞り弁を含む第二の管を備え、前記複動油圧ピストンの位置は、前記第一および第二のポートの開閉を制御し、前記第一のポートは、前記開放ストロークの前半の間に開放し、前記第二のポートは、前記開放ストロークの後半の間に開放する、請求項３から６のうちのいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項８】
前記閉鎖用油圧チャンバと前記電子制御油圧弁との間の前記接続は、第三のポートを介して前記閉鎖用油圧チャンバに接続される第二の絞り弁を含む第三の管を備え、低圧容器またはタンクに通じる第四のポートを介して前記閉鎖用油圧チャンバに接続される第四の管を備え、前記複動油圧ピストンの位置は、前記第三および第四のポートの開閉を制御し、前記第四のポートは、前記閉鎖ストロークの前半の間に開放し、前記第三のポートは、前記閉鎖ストロークの後半の間に開放する、請求項３から７のうちのいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項９】
前記第一の絞り弁は、前記開放用油圧チャンバから排出するための第一の逆止め弁を介してバイパスされる、請求項７または８に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１０】
前記第二の絞り弁は、前記閉鎖用油圧チャンバから排出するための第二の逆止め弁を介してバイパスされる、請求項８または９に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１１】
前記閉鎖用油圧チャンバは、前記閉鎖ストロークの少なくとも一部分の間に加圧されて、前記排気弁アクチュエータにおけるエネルギー散逸を補うための付加的なエネルギーを供給し、前記閉鎖用油圧チャンバは、前記排気弁アクチュエータが前記閉鎖位置にある場合に加圧されて、前記排気弁アクチュエータを前記閉鎖位置に維持する、請求項１から１０のいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１２】
前記開放用油圧チャンバは、前記開放ストロークの少なくとも一部分の間に加圧されて、前記排気弁アクチュエータにおけるエネルギー散逸を補うための付加的なエネルギーを供給し、前記閉鎖用油圧チャンバは、前記排気弁アクチュエータが前記開放位置にある場合に加圧されて、前記排気弁アクチュエータを前記開放位置に維持する、請求項１から１１のいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１３】
前記電子制御油圧弁は、その作動位置において、前記閉鎖用油圧チャンバを高圧油圧流体源に接続し、前記開放用油圧チャンバを低圧容器またはタンクに接続する、請求項１から１２のいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１４】
前記ガスばねの減圧後の最初の開放ストローク用に、油圧エネルギーを前記アクチュエータに供給するための第二の電子制御油圧弁をさらに備える、請求項１３に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１５】
前記複動空気圧ピストンを前記閉方向に付勢する前記ガスばね室は、高圧空気源に常に接続される、請求項１から１４のいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１６】
前記複動空気圧ピストンを前記開方向に付勢する前記ガスばね室は、前記電子制御空気弁を介して前記高圧空気源に常に接続される、請求項１５に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１７】
前記複動空気圧ピストンを前記閉方向に付勢する前記ガスばね室は、電子制御空気弁を介して周囲圧力に接続される、請求項１から１６のいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１８】
前記複動空気圧ピストンを前記開方向に付勢する前記ガスばね室は、圧制限弁または制御弁を介して周囲圧力に接続される、請求項１７に記載の排気弁アクチュエータ。
【請求項１９】
前記大型２サイクルディーゼルエンジンが待機モードである場合に、前記排気弁アクチュエータを前記開方向に付勢する前記ガスばね室を、大気に接続するように構成される電子制御空気弁をさらに備える、請求項１から１８のいずれかに記載の排気弁アクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気弁アクチュエータに関し、具体的には、流体を介して動作され、かつ電子的に制御される排気弁アクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、大型船の推進システムにおいて、または発電所の原動力として使用されるクロスヘッド型大型２サイクルエンジンは、近年、カム軸制御エンジンから電子制御エンジンに進化している。電子制御によって、燃料噴射弁および排気弁のタイミングおよび成形に関し柔軟性が容易にもたらされる。したがって、燃焼過程が十分制御可能になるので、効率的な燃焼、排出値低下による全運転速度における無煙、低部分負荷燃費、および低最小運転速度が結果的にもたらされる。ＣＮ１４８５５３０（中国出願）、ＪＰ２００４−０８４６７０（日本出願）、およびＫＲ２００４−２０００３（韓国出願）は、大型の電子制御式２サイクルディーゼルエンジンを開示している。このエンジンにおいて、排気弁は、高圧作動油で駆動する油圧アクチュエータによって作動される。アクチュエータは、空気ばねの反力に対して排気弁が開放するように付勢する。排気弁の開放ストローク時に油圧アクチュエータによって供給されるエネルギーの多くは、位置エネルギーとしてガスばねに保存される。保存されたエネルギーは、カム軸駆動のエンジンと違って、閉鎖ストローク時に再利用されず、再利用する手段がないために廃棄される。再利用されなかったエネルギーは、熱に変換され、戻り油とともに油圧システムのタンクに送られる。大型２サイクルディーゼルエネルギーにおける、排気弁の開放に使用される油圧エネルギー量は極めて重要であり、電子制御エンジンの燃焼制御強化によって得られる燃料節約のほとんどは、排気弁作動において失われる。
【０００３】
ＷＯ９８／５７０４８には、実質的に同一の弁部品を具備する大型２サイクルエンジンが開示されている。しかしながら、ＷＯ９８／５７０４８における排気弁には、制御装置に連結される位置センサが設けられる。位置センサからの信号は、排気弁の動きを監視するために使用されるが、排気弁の動きを制御するためには使用されない（位置フィードバックはなく、またその他の形式のフィードバック制御もない）。
【０００４】
ＷＯ２００６／１０８６２９は、閉鎖位置と開放位置の間で相反する方向に可動である排気弁を備える大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気弁部品を開示している。複動ばね部品は、排気弁に協働しうるように連結され、排気弁および排気弁と協動するその他の部分の質量と共に、ばね質量系を形成する。複動ばね部品は、排気弁が開／閉鎖位置の間で前後に平行移動している間にエネルギーを保存して、次の排気弁の反対方向の推進に備える。油圧手段は、制御装置からのコマンドに基づいて、排気弁を閉鎖位置または開放位置に保持する。このシステムでは、排気弁の実位置を把握する必要があり、また、弁を最端位置のうちの一つの位置で停止させたい時にはその都度、電子制御装置が信号を出す必要がある。
【特許文献１】特開２００４−０８４６７０
【特許文献２】ＷＯ９８／５７０４８
【特許文献３】ＷＯ２００６／１０８６２９
【発明の開示】
【０００５】
このような背景の下、本発明は、制御装置が排気弁の実位置を厳密に把握する必要がなく、かつ比例弁を使用する必要のない複動ばね部品を具備する、大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気弁部品を提供することを目的とする。
【０００６】
本目的は、請求項１に記載の通り、クロスヘッド型大型２サイクルディーゼルエンジン用の排気弁アクチュエータであって、複動油圧ピストンが、その一端で開放用油圧チャンバに受けられ、その他端で閉鎖用油圧チャンバに受けられるボアを有するアクチュエータハウジングと、前記複動油圧ピストンに協働しうるように連結される複動ガスばねであって、前記排気弁アクチュエータが閉鎖位置と開放位置との間で前後に平行移動している間にエネルギーを保存し、次の前記排気弁アクチュエータの反対方向の推進に備える複動ガスばねと、オン／オフ型の電子制御油圧弁であって、前記電子制御油圧弁が、前記閉鎖用油圧チャンバを高圧油圧流体源に連結し、前記開放用油圧チャンバを低圧放出部またはタンクに連結する第一の位置と、前記電子制御油圧弁が、前記閉鎖用油圧チャンバを低圧放出部またはタンクに連結し、前記開放用油圧チャンバを高圧油圧流体源に連結する第二の位置と、を有する電子制御油圧弁と、を備え、前記排気弁アクチュエータがその開放位置にあり、前記電子制御油圧弁が前記開放用油圧チャンバを前記高圧油圧流体源に連結する時に、前記複動ガスばねの閉鎖力は、前記開放用油圧チャンバの開放力と釣り合う、排気弁アクチュエータを提供することによって達成される。
【０００７】
前記開放位置において、前記複動空気ばねと前記複動油圧ピストンとの力を釣り合わせることによって、前記排気弁アクチュエータは、ストローク終端緩衝チャンバまたはその同等物を具備せずに構成されることが可能で、比例弁の使用を必要とせず、オン／オフ型の簡単な電子制御の引き抜き弁（Drawing Valve）で動作可能である。
好ましくは、前記排気弁アクチュエータがその閉鎖位置にあり、前記電子制御油圧弁が前記閉鎖用油圧チャンバを前記高圧油圧流体源に連結する場合に、前記ガスばねの開放力は、前記閉鎖用油圧チャンバの閉鎖力よりも小さい。
【０００８】
前記高圧作動油は、該当するストロークの後半の間にのみ、前記各油圧室に供給されてもよい。
【０００９】
前記開放または閉鎖ストロークの後半の間の高圧油圧油の流れは、前記開放または閉鎖ストロークの前半の間に前記複動油圧ピストンと重なり合う、前記弁ハウジングのポートによって制御されることができる。
【００１０】
前記高圧作動油源から前記開放用油圧チャンバに向かう作動油の流れは、前記開放ストロークの後半の間に絞られることができる。したがって、振動が回避され、前記排気弁アクチュエータを減速させるための前記加速力の大きさは、前記開放ストロークの終端で低下する。
【００１１】
前記高圧作動油源から前記閉鎖用油圧チャンバに向かう作動油の流れは、前記閉鎖ストロークの後半の間に絞られることができる。したがって、振動が回避され、前記排気弁アクチュエータを減速させるための前記加速力の大きさと、弁座に着座する速度は、前記閉鎖ストロークの終端で低下する。
【００１２】
前記開放用油圧チャンバと前記電子制御油圧弁との間の前記連結は、第一のポートを介して前記開放用油圧チャンバに連結される第一の管を備え、第二のポートを介して前記開放用油圧チャンバに連結される第一の絞り弁を含む第二の管を備え、前記複動油圧ピストンの位置は、前記第一および第二のポートの開閉を制御し、前記第一のポートは、前記開放ストロークの前半の間に開放し、前記第二のポートは、前記開放ストロークの後半の間に開放する。したがって、前記排気弁アクチュエータの開運動を制御するための比較的簡単な油圧システムが提供される。
【００１３】
前記閉鎖用油圧チャンバと前記電子制御油圧弁との間の前記連結は、第三のポートを介して前記閉鎖用油圧チャンバに連結される第二の絞り弁を含む第三の管を備え、低圧容器またはタンクに通じる第四のポートを介して前記閉鎖用油圧チャンバに連結される第四の管を備え、前記複動油圧ピストンの位置は、前記第三および第四のポートの開閉を制御し、前記第四のポートは、前記閉鎖ストロークの前半の間に開放し、前記第三のポートは、前記閉鎖ストロークの後半の間に開放する。したがって、前記排気弁アクチュエータの閉運動を制御するための比較的簡単な油圧システムが提供される。
前記第一の絞り弁は、前記開放用油圧チャンバから排出するための第一の逆止め弁を介してバイパスされることができる。
【００１４】
前記第二の絞り弁は、前記閉鎖用油圧チャンバから排出するための第二の逆止め弁を介してバイパスされることができる。
【００１５】
好ましくは、前記閉鎖用油圧チャンバは、前記閉鎖ストロークの少なくとも一部分の間に加圧されて、前記排気弁アクチュエータにおけるエネルギー散逸を補うための付加的なエネルギーを供給し、前記閉鎖用油圧チャンバは、前記排気弁アクチュエータが前記閉鎖位置にある場合に加圧されて、前記排気弁アクチュエータを前記閉鎖位置に維持する。
【００１６】
好ましくは、前記開放用油圧チャンバは、前記開放ストロークの少なくとも一部分の間に加圧されて、前記排気弁アクチュエータにおけるエネルギー散逸を補うための付加的なエネルギーを供給し、前記閉鎖用油圧チャンバは、前記排気弁アクチュエータが前記開放位置にある場合に加圧されて、前記排気弁アクチュエータを前記開放位置に維持する。
【００１７】
前記電子制御油圧弁は、その作動位置において、前記閉鎖用油圧チャンバを高圧油圧流体源に連結し、前記開放用油圧チャンバを低圧容器またはタンクに連結することができる。
【００１８】
前記ガスばねの減圧後の最初の開放ストローク用に、油圧エネルギーを前記アクチュエータに供給するための第二の電子制御油圧弁をさらに備えてもよい。
【００１９】
前記複動空気圧ピストンを前記閉方向に付勢する前記ガスばね室は、高圧空気源に常に連結されてもよい。したがって、前記排気弁アクチュエータは、油圧が適用されない場合にその閉鎖位置になる。
【００２０】
前記複動空気圧ピストンを前記開方向に付勢する前記ガスばね室は、電子制御空気弁を介して前記高圧源に連結されることができる。したがって、前記アクチュエータを前記開方向に付勢する前記ガスばね室の最初の加圧は、電子的に制御されることができる。
【００２１】
前記複動空気圧ピストンを前記閉方向に付勢する前記ガスばね室は、電子制御空気弁を介して周囲圧力に連結されることができる。したがって、前記複動空気圧ピストンを前記閉方向に付勢する前記ガスばね室は、漏油で満たされると排出されることができる。
【００２２】
前記複動空気圧ピストンを前記開方向に付勢する前記ガスばね室は、圧制限弁または制御弁を介して周囲圧力に連結される。したがって、漏油が前記複動空気圧ピストンの上に蓄積した場合、前記圧制限弁によって排出されることができる。
【００２３】
本発明に係る排気弁アクチュエータのさらなる目的、特徴、利点、および特性は、詳細な説明によって明らかになる。
【詳細な説明】
【００２４】
本明細書の以下の詳細部分において、図示される例示的実施形態を参照して本発明をさらに詳しく説明する。
【００２５】
本発明に係る排気弁アクチュエータは、船の推進エンジンにおいて、または発電所の主機関として使用可能である低速２サイクルクロスヘッド型ディーゼルエンジン（図示せず）の排気弁を作動するために使用される。これらのエンジンは、一般的に、直径１ｍを超えてもよいシリンダーボアを有する６本から１６本のシリンダーを備える。排気弁は、それに対応するように大型であり、その重さが４００ｋｇ以上であってもよい。これらの過給エンジンのエンジン出力は、１００，０００ｋＷ（大型）から１，６００ｋＷ（小型）に及ぶ。
【００２６】
本発明に係る排気弁の動作は、電子的に制御され、すなわち、電子制御装置からの電子信号によって排気弁の開閉時期を決定する。電子制御装置は、クランク軸の角度位置を決定するセンサーから信号を受信する。したがって、エンジンは、排気弁の動作にカム軸を必要としない。
【００２７】
排気弁は、排気弁アクチュエータ手段によって開閉され、排気弁のスピンドルは、排気弁アクチュエータに剛結される。
【００２８】
図１は、エンジンが待機モード状態における、本発明の実施形態に係る排気弁アクチュエータの断面図である。
【００２９】
排気弁アクチュエータは、弁ハウジング１を備える。この弁ハウジングには、複動油圧ピストン２を収容するためのボアと、複動空気ばねピストン３を収容するためのボアとが設けられる。複動油圧ピストン２は、シャフトを介して複動ばね部３に剛結されるが、排気弁スピンドル（図示せず）に向かって下方に延在して、排気弁スピンドルとも剛結される。
【００３０】
大型２サイクルディーゼルエンジンは、通常は、シリンダーが直立位置にあり、排気弁がそのシリンダー上部で直立位置にある状態でのみ動作するため、本明細書においては、排気弁アクチュエータが図面のように直立位置で常時取付けられることを前提として、上方および下方、下および上、と言及することにする。当然ながら、必要に応じて、排気弁アクチュエータが別の位置で取り付け可能であることも明白である。
【００３１】
閉鎖用油圧チャンバは、複動油圧ピストン２の下に形成され、複動油圧ピストン２の裏面に、有効圧力領域７が設けられる。開放用油圧チャンバは、複動油圧ピストン２の上に形成され、複動油圧ピストン２の上側に、有効圧力領域８が設けられる。有効圧力領域７は有効圧力領域８よりも大きくなるように選択され、その理由は以下に説明する。
【００３２】
スタブ管１７は、複動油圧ピストン２の開放ストロークの前半において、アクチュエータハウジングに形成されるポート１６に開放用油圧チャンバを連結する。スタブ管１７は、複動油圧ピストン２の開放ストロークの後半の間に、アクチュエータハウジングに形成されるポート１８に開放用油圧チャンバを連結する。
【００３３】
ポート１６は、高圧作動油「ＨＰ」源およびタンクに選択的に連結可能である。タンクまたは高圧作動油への連結は、電子制御オン／オフ弁４および電子制御オン／オフ弁５によって制御される。電子制御オン／オフ弁４、５の両方は、電子制御装置「ＥＣＵ」に連結される。電子制御装置は、電子エンジン制御装置の一部であるか、あるいは電子エンジン制御装置に連結される。
【００３４】
電子制御オン／オフ弁４、５にポート１８を連結する管には、逆止め弁および絞り弁１１が設けられる（絞り弁により簡単な流量制限が可能）。この配置によって、タンクに向かう流動は実質的に無制限であるが、高圧源からポート１８への流れは、絞り弁１１によって絞られる。ある実施形態において、絞り弁は、操作者によって調整可能であるように可変制限を有する。
【００３５】
スタブ管２０は、複動油圧ピストン２の閉鎖ストロークの前半において、アクチュエータハウジングに形成されるポート２１に閉鎖用油圧チャンバを連結する。スタブ管２０は、複動油圧ピストン２の閉鎖ストロークの後半の間に、アクチュエータハウジングに形成されるポート２２に閉鎖用油圧チャンバを連結する。
【００３６】
ポート２２は、高圧作動油「ＨＰ」源およびタンクに選択的に連結可能である。タンクまたは高圧油圧油源への連結は、電子制御オン／オフ弁４によって制御される。
【００３７】
電子制御オン／オフ弁４にポート２２を連結する管には、逆止め弁および絞り弁１４が設けられる。この配置によって、タンクに向かう流動は実質的に無制限であるが、高圧源からポート２２への流れは、絞り弁１４によって絞られる。ある実施形態において、絞り弁は、操作者によって調整可能であるように可変制限を有する。
【００３８】
電子制御装置に接続される位置センサ１２は、アクチュエータスピンドルの上部の円錐部分までの距離を検出することによって、アクチュエータスピンドルの位置を測定する。
【００３９】
第一のばね室は、複動空気ばねピストン３の上に形成され、第二のばね室は、複動空気ばねピストン３の下に形成される。複動空気ばねピストン３には、第二のばね室に対向する有効圧力領域９と、第一のばね室に対向する有効圧力領域１０とが設けられる。有効表面領域９および１０は、実質的に同一サイズである。
【００４０】
第一のばね室は、弁ハウジング１におけるポート２４を介して、電子制御空気式二方弁６に通じる管に連結される。この電子制御空気式二方弁６は、代替的に、電子制御装置からのコマンドに基づいて圧縮空気源への連結を供給および確立する。ある実施形態において、空気圧は約７バールである。
【００４１】
第一のばね室は、弁ハウジング１におけるポート２５を介して圧力制御（制限）弁１５に通じる管に連結される。
【００４２】
第二のばね室は、弁ハウジング１におけるポート２７を介して圧縮空気源に連結する管に連結される。この管には、第二のばね室に向かう流れのみを可能にする逆止め弁が設けられる。第二のばね室は、ポート２８を介して電子制御二方弁１３に通じる管に連結される。この電子制御二方弁１３は、代替的に、電子制御装置からのコマンドに基づいてタンクへの連結を供給および確立することができる。
【００４３】
動作において、排気弁が閉鎖位置に動くと第一のばね室は圧縮され、一方、排気弁が開放位置に動くと第二のばね室は圧縮される。第一および第二のばね室は、位置エネルギー蓄積器として機能する。第一のばね室が圧縮されると、そこに蓄積される位置エネルギーは、排気弁を開方向に駆動することができる。第二のばね室が圧縮されると、そこに蓄積される位置エネルギーは、排気弁を閉方向に駆動することができる。
【００４４】
空気ばねは、排気弁アクチュエータのスピンドルの質量、ならびに排気弁およびそれと連動するいかなる部分の質量、つまりばね質量系と組み合わせて形成する。ばね質量系は、一旦動作すると、複動ガスばねのばね室において保存および解放されるエネルギーを主に使用して、閉鎖位置と開放位置の間で振動することができる。排気弁およびそれと連動するいかなるその他の部分の運動エネルギーは、ガスばねのばね室で位置エネルギーに変換され、またその逆の変換も行なわれる。閉鎖位置と開放位置の間で排気弁が振動し続けるために、つまり、振動運動の鈍りを回避するために、摩擦および粘性散逸により失われたエネルギーのみを補充する必要がある。
【００４５】
図１〜５は、さまざまな動作状態の排気弁アクチュエータを示し、図６は、エンジン始動時からの弁４、５、６の開閉のタイミングを示し、かつ二つのエンジンサイクルを含むシーケンス線図である。また、図６は、二回の排気弁の開放（二つのエンジンサイクル）でもたらされた排気弁の運動プロファイルを示す。
【００４６】
待機モード（図１）において、ポート１６、１８をタンクへ連結し、かつポート２２を高圧油圧油源に連結する油圧弁４および５は、初期位置にある。この状態において、空気式二方弁６および空気式二方弁１３も、初期位置にある。二方弁６のこの位置において、第一のばね室はポート２４から排出される。
【００４７】
第二のばね室は、ポート２７を介して約７バールに加圧される。複動ピストン３の有効圧力領域９上で作用する第二のばね室の空気圧、ならびに有効圧力領域７上で作用する閉室における油圧により、アクチュエータスピンドルが閉鎖位置になる。その時、複動油圧ピストン２の上の開室は、ポート１６を介してタンクに連結されるため加圧されていない。
【００４８】
図２において、エンジン始動信号が出されて、空気式二方弁６が作動し、エンジン待機後の排気弁の最初の開放中に、第一のばね室に約７バールの空気を提供する。空気式二方弁６は、エンジンが運転している間、つまりエンジン停止信号が出されるまで作動位置のままである。
【００４９】
排気弁が、エンジン始動後初めて開放されると、油圧式二方向弁４および５は、電子制御装置からの信号を受けて作動する。電子制御装置は、クランク軸角度ならびにエンジン動作状態に関して電子制御装置が利用可能な情報に基づいて、開放のタイミングを決定する。有効圧力領域１０上で作用する空気はまだ圧縮されていないため、開放ストロークの全行程が作動油（油圧油）で遂行される。ゆえに、油圧式二方向弁５も作動する。油圧式二方向弁４および５の作動位置は、図３に示される。油圧式二方向弁４および５が作動位置に動くと、高圧油は、まずポート１６を介して比較的高流速で開放用油圧チャンバに流れ、複動油圧ピストン２が開放位置に近づくと、絞り弁１１の効果を絞ることによってもたらされる低流速でポート１８を介して流れる。複動油圧ピストン２の有効圧力領域８上の開放用油圧チャンバにおける圧力によりもたらされる力により、排気弁アクチュエータのスピンドルが開放位置に動く。閉鎖用油圧チャンバの油は、開運動中に、ポート２１および２０と２２を通ってタンクに排出される。アクチュエータが、図３のような完全に開放位置になると、複動油圧ピストン２の有効圧力領域８上の圧力と、複動ガスばねピストン３の有効圧力領域９の圧縮空気とが釣り合う。開放用油圧チャンバに供給される油圧油の後半は、振動を抑えるための絞り弁１１を通り、排気弁を減速させる際に加速力を低下させるようにする。
【００５０】
万が一、油圧油が複動空気ピストン３の下に蓄積された場合、その釣り合った状態は、排気弁アクチュエータのスピンドルが完全な開放位置の方向に部分的に動いた場合のみ発生する。これは、位置センサ１２によって登録され、それに応じて、電子制御装置が高速の開信号を逃し弁１３に出すことによって、余分な油圧油がポート２８を介して第二の空気ばね室から排出される。
【００５１】
排気弁を閉鎖する信号によって、油圧式二方向弁４および５は、図４のようなアイドル状態に戻る。複動油圧ピストン２の有効圧力領域８は、まずポート１８および逆止め弁１１（絞り逆バルブ）を介して高速に緩和され、次に、ポート１６を介して緩和される。第二の空気ばね室における複動空気ばねピストン３の有効圧力領域９上の圧力によって、アクチュエータのスピンドルが閉方向に動く。閉運動の前半の間に、低圧油圧油は、複動油圧ピストン２下の閉鎖用油圧チャンバにポート２１を介して供給される。閉運動の後半の間（図４）に、高圧油圧油が、複動油圧ピストン２下の閉鎖用油圧チャンバに、絞り弁１４およびポート２２を介して供給される。油圧を使用することによって、排気弁アクチュエータがゆっくりと制御されて完全に閉鎖し、有効圧力領域１０上の空気が高度に圧縮されることになる。絞り弁１４の特徴によって、排気弁が弁座に着座する速度が決まる。
【００５２】
有効圧力領域７は有効圧力領域８よりも大きいため、第二のばね室よりも、第一のばね室の複動空気ばねピストン３の上のほうが高圧力を達成できる。この高圧力は、次の排気弁の開放時に、燃焼室のガス圧力を上回ることができる。漏油が複動ばね３の上に蓄積された場合、排気弁アクチュエータが閉鎖位置にあると、空気圧は設定点を上回る。したがって、圧力制御弁１５が開放されて、正常な状態になるまで漏油が排出される。
【００５３】
次の排気弁の開放中（図５）に、油圧式二方向弁４だけが作動する。複動油圧ピストン２の下の高圧油は、ポート２２を通ってタンクに排出される。有効圧力領域１０上の圧縮空気によって、排気弁アクチュエータが動く。閉鎖用油圧チャンバの後部の同様の流体（油圧油）が、ポート２１および２２を通ってタンクに押し出される。開放ストロークの前半の間に、開放用油圧チャンバに、ポート１６を介して油圧油が提供される。開放ストロークの後半の間に、高圧作動油は、ポート１８を介して供給され、排気弁アクチュエータを開放位置に保持する。同時に、第二のばね室の有効圧力領域下の空気は、次の閉運動に向けて圧縮される。
【００５４】
排気弁アクチュエータが開放位置にある場合、複動油圧ピストン２の有効圧力領域８上の力は、複動空気ばねピストン３の有効圧力領域９上の力と釣り合う。有効圧力領域９上の閉鎖力の大きさは、排気弁アクチュエータが既定時間内に確実に閉鎖するように決定される。有効圧力領域８の大きさは、油圧および閉鎖力に基づいて決定される。圧縮比は、所望のストローク長さによって決定される。
【００５５】
排気弁アクチュエータが閉鎖位置にある場合、有効圧力領域１０の上のばね室における圧縮比は、排気弁で作用する燃焼室のガス力よりも開放力が大きくなるように選択される。有効圧力領域７の大きさは、その上で作用する油圧力が、有効圧力領域１０上で作用する空気圧力よりも大きくなるように決定され、排気弁が、弁座に押し付けられ、排気弁が適切に閉鎖されるようにする。
【００５６】
以上説明してきたことの様々な側面は、単独で、あるいは様々に組み合わせて使用することができる。
【００５７】
本発明の教示には多くの利点がある。さまざまな実施形態または実現により、以下の利点のうちの一つ以上がもたらされてもよい。これは全てを網羅するリストではなく、本明細書に記載されていないその他の利点が存在してもよいことに留意されたい。本出願の教示の一利点は、アクチュエータの位置に基づくフィードバック信号を使用する必要のない振動ばね質量系として動作するタイプの排気弁アクチュエータを提供することにある。本出願の教示の別の利点は、比例油圧弁を必要としない振動ばね質量系として動作するタイプの排気弁アクチュエータを提供することにある。本出願の教示のさらに別の利点は、ストローク終端緩衝チャンバまたはその同等物を必要としない振動ばね質量系として動作するタイプの排気弁アクチュエータを提供することにある。本発明の別の利点は、それによってエネルギー損失が低下することにある。本発明のさらに別の利点は、エネルギー節約になる小さい油圧開放面を提供することにある。本発明のさらなる利点は、オン／オフ型油圧弁で制御可能である排気弁アクチュエータを提供することにある。本発明のさらなる利点は、より信頼性のある排気弁アクチュエータを提供することにある。
【００５８】
本出願の教示が説明のために詳細に記載されたが、この詳細が単にその目的のためだけでなく、本出願の教示の範囲から逸脱することなく当業者によってその教示を変更することができることを理解されたい。
【００５９】
また、本発明の教示に関する装置を実装する多くの代替方法が存在することにも留意されたい。
【００６０】
請求項で使用される際の用語、「備える」は、その他の要素または工程を除外しない。請求項で使用される際の単数形の用語は、複数を除外しない。単一の処理装置またはその他のユニットは、請求項に挙げられるいくつかの手段の機能を遂行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６１】
【図１】第一の状態における、本発明の実施形態に係る排気弁アクチュエータの主な特徴を表す断面図である。
【図２】第二の状態における図１のアクチュエータを示す。
【図３】第三の状態における図１のアクチュエータを示す。
【図４】第四の状態における図１のアクチュエータを示す。
【図５】第五の状態における図１のアクチュエータを示す。
【図６】図１から５の排気弁アクチュエータの弁の開閉のタイミングを示すシーケンス線図である。
【符号の説明】
【００６２】
１    弁ハウジング
２    複動油圧ピストン
３    複動空気ばねピストン
４，  ５    電子制御オン／オフ弁
６    電子制御空気式二方弁
６    空気式二方弁
６    二方弁
６    空気式二方弁
１１    絞り弁
１２    位置センサ
１３    電子制御二方弁
１４    絞り弁弁
１５    圧力制御弁
１６，  １８，  ２１，  ２２，  ２４〜２８    ポート
１７，  ２０    スタブ管
【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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