(57)【要約】制御弁組立体２４，２６は、弁開口部４２と、第１の圧力流路４４と、第２の圧力流路４６と、弁本体ランド部５０と、を備える弁本体４０を有している。弁部材５２は、開位置と閉位置との間の移動のために弁開口部４２に収容されている。弁部材５２は、第１の弁部材ランド部５４と、第２の弁部材ランド部５６とを備えている。第１の弁部材ランド部５４と弁本体ランド部５０は、協働して、第１の圧力流路４４と第２の圧力流路４６との間に第１の調量流路６０を形成し、弁本体ランド部５０と第２の弁部材ランド部５６は、協働して、第１の圧力流路４４と第２の圧力流路４６との間に第２の調量流路６２を形成する。第１及び第２の調量流路６０，６２は、流体が弁本体４０を通って流れている際に流体力を弁部材５２に与えるように構成され、それによって弁部材５２が開位置または閉位置の方へ偏位させられる。
2010507057.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧アクチュエータ（３２，３４）への流体圧の供給を制御するための制御弁組立体（２４，２６）であって、
弁開口部（４２）と、第１の圧力流路（４４）と、第２の圧力流路（４６）と、弁本体ランド部（５０）と、を備える弁本体（４０）と、
開位置と閉位置の間との移動のために前記弁開口部（４２）に収容されている弁部材（５２）と、を有し、
前記弁部材（５２）は、第１の弁部材ランド部（５４）と、第２の弁部材ランド部（５６）とを備え、前記第１の弁部材ランド部（５４）と前記弁本体ランド部（５０）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第２の圧力流路（４６）との間に第１の調量流路（６０）を形成し、前記弁本体ランド部（５０）と前記第２の弁部材ランド部（５６）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第２の圧力流路（４６）との間に第２の調量流路（６２）を形成し、前記弁部材（５２）が前記開位置にあるときに、前記第１の調量流路（６０）の面積は前記第２の調量流路（６２）の面積よりも小さいかまたは大きい、制御弁組立体。
【請求項２】
前記弁本体（４０）は、第２の弁本体ランド部（７０）と、第３の圧力流路（７２）とを備え、前記弁部材（５２）は、第３の弁部材ランド部（７４）を備え、前記第２の弁部材ランド部（５６）と前記第２の弁本体ランド部（７０）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第３の圧力流路（７２）との間に第３の調量流路（７６）を形成し、前記第２の弁本体ランド部（７０）と前記第３の弁部材ランド部（７４）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第３の圧力流路（７２）との間に第４の調量流路（７８）を形成し、前記弁部材（５２）が前記開位置にあるときに、前記第４の調量流路（７８）の面積は前記第３の調量流路（７６）の面積よりも小さいかまたは大きい、請求項１に記載の制御弁組立体。
【請求項３】
前記弁部材（５２）が前記開位置にあるときに、前記第１の調量流路（６０）の面積は前記第２の調量流路（６２）の面積よりも小さく、かつ、前記第３の調量流路（７６）の面積は前記第４の調量流路（７８）の面積よりも小さい、請求項２に記載の制御弁組立体。
【請求項４】
前記弁部材を前記開位置と前記閉位置との間で動かすように構成された少なくとも１つの作動装置（２８，３０）をさらに有する、請求項１に記載の制御弁組立体。
【請求項５】
前記作動装置（２８，３０）はソレノイドを備えている、請求項７に記載の制御弁組立体。
【請求項６】
前記弁部材（５２）を前記開位置と前記閉位置との間で動かすように構成された一対のソレノイド（２８，３０）を備えている、請求項５に記載の制御弁組立体。
【請求項７】
前記弁部材（５２）は既知の磁気特性を持つ弁スプールを有し、前記ソレノイド（２８，３０）は励起されたとき、前記弁スプールに磁力を与える磁束を生成する、請求項５に記載の制御弁組立体。
【請求項８】
前記第１及び第２の弁部材ランド部（５４，５６）は、環状の弁空洞（６４）によって画定されている、請求項１に記載の制御弁組立体。
【請求項９】
流体圧アクチュエータ（３２，３４）への流体圧の供給と、前記流体圧アクチュエータからの流体圧の解放とを制御するための制御弁組立体（２４，２６）であって、
弁開口部（４２）と、第１の圧力流路（４４）と、第２の圧力流路（４６）と、を備えた弁本体（４０）と、
開位置と閉位置との間の移動のために前記弁開口部（４２）に収容されている弁部材（５２）と、を有し、
前記弁部材（５２）は環状の空洞（６４）を備え、前記環状の空洞（６４）と前記弁本体（４０）は、協働して、第１の圧力流路（６０）と第２の圧力流路（６２）との間に流路（ＦＰ）を形成しており、前記流路（ＦＰ）は、入口（６６）と、出口（６８）とを備えており、前記弁部材（５２）が前記開位置へ動かされたときに、前記出口（６８）の面積は前記入口（６６）の面積よりも小さいかまたは大きく、
前記制御弁組立体は、さらに、前記弁部材（５２）を前記開位置と前記閉位置との間で移動させるように構成された少なくとも１つのソレノイド（２８，３０）を有する、制御弁組立体。
【請求項１０】
前記弁本体（４０）は第３の圧力流路（７２）を備え、前記弁部材（５２）は第２の環状の空洞（８０）を備え、前記第２の環状の空洞（８０）と前記弁本体（４０）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第３の圧力流路（７２）との間に第２の流路を形成し、前記第２の流路は第２の入口と第２の出口とを備え、前記弁部材（５２）が前記開位置へ動かされたときに、前記第２の出口の面積は前記第２の入口の面積よりも小さいかまたは大きい、請求項９に記載の制御弁組立体。
【請求項１１】
前記弁部材（５２）が前記開位置にあるときに、前記出口（６８）の面積は、前記入口（６６）の面積よりも小さく、かつ、前記第２の入口の面積は前記第２の出口の面積よりも小さい、請求項１０に記載の制御弁組立体。
【請求項１２】
前記弁部材（５２）を前記開位置と前記閉位置との間で動かすように構成された一対のソレノイド（２８，３０）をさらに有する、請求項９に記載の制御弁組立体。
【請求項１３】
前記弁部材（５２）は既知の磁気特性を持つ弁スプールを有し、前記ソレノイド（２８，３０）は励起されたとき、前記弁スプールに磁力を与える磁束を生成する、請求項９に記載の制御弁組立体。
【請求項１４】
流体圧アクチュエータ（３２，３４）への流体圧の供給を制御するための制御弁組立体（２４，２６）であって、
弁開口部（４２）と、第１の圧力流路（４４）と、第２の圧力流路（４６）と、弁本体ランド部（５０）と、を備える弁本体（４０）と、
開位置と閉位置との間の移動のために前記弁開口部（４２）に収容されている弁部材（５２）と、を有し、
前記弁部材（５２）は、第１の弁部材ランド部（５４）と、第２の弁部材ランド部（５６）とを備え、前記第１の弁部材ランド部（５４）と前記弁本体ランド部（５０）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第２の圧力流路（４６）との間に第１の調量流路（６０）を形成し、前記弁本体ランド部（５０）と前記第２の弁部材ランド部（５６）は、協働して、前記第１の圧力流路（４４）と前記第２の圧力流路（４６）との間に第２の調量流路（６２）を形成し、前記第１及び第２の調量流路（６０，６２）は、流体が前記弁本体（４０）を通って流れている際に流体力を前記弁部材（５２）に与えるように構成され、それによって前記弁部材（５２）が前記開位置または前記閉位置の方へ偏位させられる、制御弁組立体。
【請求項１５】
前記弁部材を前記開位置と前記閉位置との間で動かすように構成された少なくとも１つの作動装置（２８，３０）をさらに有する、請求項１４に記載の制御弁組立体。
【請求項１６】
前記作動装置（２８，３０）はソレノイドを備えている、請求項１５に記載の制御弁組立体。
【請求項１７】
前記弁部材（５２）を前記開位置と前記閉位置との間で動かすように構成された一対のソレノイド（２８，３０）を備えている、請求項１５に記載の制御弁組立体。
【請求項１８】
前記弁部材（５２）は既知の磁気特性を持つ弁スプールを有し、前記ソレノイド（２８，３０）は励起されたとき、前記弁スプールに磁力を与える磁束を生成する、請求項１５に記載の制御弁組立体。
【請求項１９】
前記第１及び第２の弁部材ランド部（５４，５６）は、環状の弁空洞（６４）によって画定されている、請求項１４に記載の制御弁組立体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連する発明の相互参照
本願はデール  Ａ．ストレッチの名義で２００６年１０月１７日に出願された、「制御弁組立体」という名称の同時係属米国出願の一部継続出願である。
【０００２】
本発明は、油圧アクチュエータを制御するための制御弁組立体に関し、特に、流体力によって開位置に保持される弁部材を備える制御弁組立体に関する。
【背景技術】
【０００３】
カムの無い内燃機関用弁作動システムは、一般的に、エンジン弁ごとに油圧弁リフタを備えている。油圧弁リフタは一般的に、一対のソレノイドアクチュエータによって選択的に移動させられる二位置弁スプールを各々が備えた一対の制御弁組立体によって制御される。流体圧は、切換弁によって各制御弁に供給され、切換弁は、一対のソレノイドアクチュエータによって制御される二位置弁スプールも備えている。制御弁組立体と切換弁はエンジンコントローラーによって制御されており、弁スプールが一方の位置から他方の位置へ移動するタイミングはエンジンのクランク軸の位置に依存している。制御弁スプールの一つがエンジン弁アクチュエータを制御圧力のかかった貯油槽または低圧の貯油槽に選択的に接続させるので、エンジン弁の各々は選択的に開閉される。制御弁スプールは、エンジン弁アクチュエータごとに、ソレノイドアクチュエータに対して励磁と非励磁を交互に行うことによって、２つの位置に切り替えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
設計者たちは、システムの全体的な効率を高めるために従来の制御弁組立体の構造を改善し続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
弁開口部と、第１の圧力流路と、第２の圧力流路と、弁本体ランド部と、を備える弁本体が設けられた制御弁組立体が提供される。弁部材は、開位置と閉位置との間の移動のために弁開口部に収容されている。弁部材は、第１の弁部材ランド部と、第２の弁部材ランド部とを備えている。第１の弁部材ランド部と弁本体ランド部は、協働して、第１の圧力流路と第２の圧力流路との間に第１の調量流路を形成し、弁本体ランド部と第２の弁部材ランド部は、協働して、第１の圧力流路と第２の圧力流路との間に第２の調量流路を形成する。第１及び第２の調量流路は、流体が弁本体を通って流れている際に流体力を弁部材に与えるようにされ、それによって弁部材が開位置または閉位置の方へ偏位させられる。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】本発明による、切換弁と２つの制御弁組立体を用いた油圧作動エンジン弁システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施形態における、制御弁組立体の断面図である。
【図３】弁部材と弁本体との間の流体の流れを示す、図２の制御弁組立体の拡大断面図である。
【図４Ａ】閉位置にある弁部材を示す、図２の制御弁組立体の拡大断面図である。
【図４Ｂ】弁部材が閉位置からの初期移動を行っているときの状態を示す、図２の制御弁組立体の拡大断面図である。
【図４Ｃ】閉位置と開位置との間にある弁部材を示す、図２の制御弁組立体の拡大断面図である。
【図４Ｄ】開位置にある弁部材を示す、図２の制御弁組立体の拡大断面図である。
【図５】図４Ａ〜４Ｄに示された弁部材のさまざまな変位量での、弁部材に作用する力をプロットした図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
本発明を限定することを意図しない図面を参照すると、図１は、二位置切換弁１２を備えた油圧作動型エンジン弁システム１０を概略的に示している。第１のソレノイド１８が励起されると、圧力入口ポート１４は、制御圧力流路１６への圧力供給路を提供する。第２のソレノイド２０が励起され、第１のソレノイド１８が非励起状態にされると、制御圧力流路１６は、貯油槽の低圧流路２２に接続される。流路１６は、本発明による一対の制御弁組立体２４，２６と連通している。詳細は後述するが、制御弁組立体２４，２６の各々は、少なくとも１つのソレノイドアクチュエータ、より好ましくは２つのソレノイドアクチュエータ２８，３０によって制御される二位置弁部材を備えている。ソレノイドアクチュエータ２８が励起されると、弁部材は、流路１６がエンジン弁アクチュエータ３２，３４と連通する開位置に動く。ソレノイド３０が励起され、ソレノイドアクチュエータ２８が非励起状態にされると、弁部材は、流路１６とエンジン弁アクチュエータ３２，３４との間の連通を阻止する閉位置に移動する。アクチュエータ３２，３４は加圧されるとエンジン弁３６を開け、アクチュエータが減圧されると弁ばね３８がエンジン弁３６を閉じる。
【０００８】
図２は、本発明の一実施形態における制御弁組立体２４，２６の断面図である。図示された実施形態では、制御弁組立体２４，２６は、弁開口部または孔部４２と、第１の圧力流路４４と、第２の圧力流路４６と、弁本体ランド部５０と、を備える弁本体４０を有している。弁部材５２は、閉位置（例えば、図４Ａ参照）と開位置（例えば、図４Ｄ参照）との間の移動のために弁開口部４２に収容されている。一実施形態では、弁部材５２は、既知の磁気特性を持つ弁スプールを有し、ソレノイド２８，３０は励起されると、弁スプールに磁力を与える磁束を生成する。
【０００９】
図２に示すように、弁部材５２は、第１の弁部材ランド部５４と第２の弁部材ランド部５６とを備えていてよい。図４Ａ〜４Ｄに詳細に示すように、第１の弁部材ランド部５４と弁本体ランド部５０は、協働して、第１の圧力流路４４と第２の圧力流路４６との間に第１の調量流路６０を形成しており、弁本体ランド部５０と第２の弁部材ランド部５６は、協働して、第１の圧力流路４４と第２の圧力流路４６の間に第２の調量流路６２を形成している。このような構成において、弁部材５２は、弁本体４０と協働して第１の圧力流路４４と第２の圧力流路４６との間に流路（ＦＰ）を形成する環状の空洞６４を備えていてもよい（例えば、図３参照）。流路（ＦＰ）は、入口６６と出口６８とを備えている。入口６６及び出口６８は、それぞれ第１、第２の調量流路６０，６２（図４Ｂ，４Ｃ）を形成するのに役立つ。
【００１０】
図２に示されている実施形態では、弁本体４０は、第２の弁本体ランド部７０と、第３の圧力流路７２と、を備えていてもよく、また、弁部材５２は、第３の弁部材ランド部７４をさらに備えていてもよい。第２の弁部材ランド部５６と第２の弁本体ランド部７０は、協働して、第１の圧力流路４４と第３の圧力流路７２との間に第３の調量流路７６（図４Ｂ，４Ｃ）を形成し、第２の弁本体ランド部７０と第３の弁部材ランド部７４は、協働して、第１の圧力流路４４と第３の圧力流路７２との間に第４の調量流路７８を形成する。このような構成において、弁部材５２は、弁本体４０と協働して第１の圧力流路４４と第３の圧力流路７２との間に第２の流路を形成するために第２の環状の空洞８０（図４Ｂ，４Ｃ）を備えていてもよい。
【００１１】
図３は、弁部材５２が弁本体４０に対して動いたときに、制御弁組立体２４，２６内で流体力がどのようにして生じるかを示している。図示された実施形態では、流体が弁組立体を循環しているとき、流体の流れは、弁部材５２の軸（Ａ−Ａ）に対してほぼ垂直な流路からその軸とほぼ平行な流路へとその方向を変化させ、その後弁部材の軸に対してほぼ垂直な流路に戻る。この流体の流れが、空洞６４の端壁の各々８２，８４に、弁部材の軸とほぼ平行な向きの流体力を与える。図３において、仮に寸法「Ｘ」が寸法「Ｙ」よりも大きいならば、入口６６における流速は、出口６８における流速よりも大きくなるであろう。ベルヌーイ効果により、出口６８に隣接する端壁８２に作用する流体圧は、入口６６に隣接する他の端壁８４に作用する圧力よりも大きい。これによって、図３の矢印で示された方向の、弁部材５２に作用する正味の流体力（Ｆ）が生じる。
【００１２】
図４Ａ〜４Ｄに、様々な作動段階における弁部材５２の位置が示されている。図５に、流体の流れによって弁部材に加えられる流体力（Ｆ）と弁部材の変位量（φ）との関係が、グラフで描かれている。図４Ａ〜４Ｄにおける様々な位置における弁部材５２の変位量は、図番として図５に記載されている。
【００１３】
図４Ａでは、弁部材５２は、第１の圧力流路４４と第２または第３の圧力流路４６，７２との間に流体が流れない閉位置にある。そのため、図５に示すように、弁部材５２に作用する流体力はほとんど、あるいは全くない。
【００１４】
ソレノイドアクチュエータ２８が励起されると、弁部材５２は開位置の方へ移動する。これは図４Ｂに示されている初期移動である。図４Ｂにおいて、他の寸法は全て等しいが寸法「Ｘ1」が寸法「Ｙ1」よりも大きいため、第１の調量流路６０は第２の調量流路６２よりも面積が大きくなる。図４Ｂにおいて、他の寸法は全て等しいが寸法「Ｘ2」が寸法「Ｙ2」よりも小さいため、第３の調量流路７６は第４の調量流路７８よりも面積が大きくなる。従って、各空洞６４，８０で弁部材５２に加えられる流体力（Ｆ）は、ソレノイド２８によって加えられる弁部材５２を移動させる力に抵抗する。図５に示すように、正味の流体力（Ｆ）は、図４Ｂに示す変位量に対応する最大の力に達するまで、流路が開くに従い、増加する。
【００１５】
図４Ｃに示すように弁部材５２がさらに開位置の方へ移動すると、寸法「Ｘ1」と寸法「Ｙ1」とがほぼ等しくなり、かつ寸法「Ｘ2」と寸法「Ｙ2」とがほぼ等しくなるまで、ソレノイドの力に抵抗する正味の流体力（Ｆ）は減少する。この位置では、ソレノイドの力に抵抗する流体力がなくなる（図５の位置４Ｃを参照）。
【００１６】
弁部材５２が、図４Ｄに示すようにさらに開位置の方へ移動すると、他の寸法は全て等しいが寸法「Ｘ1」は寸法「Ｙ1」よりも小さくなるため、第２の調量流路６２は第１の調量流路６０よりも面積が大きくなる。図４Ｄにおいて、他の寸法は全て等しいが寸法「Ｘ2」は寸法「Ｙ2」よりも大きくなるため、第４の調量流路７８は第３の調量流路７６よりも面積が大きくなる。従って、各空洞６４，８０で弁部材５２に加えられる流体力（Ｆ）は、ソレノイド２８によって加えられる弁部材５２を移動させる力を補助する。図４Ｄに示されている開位置では、正味の流体力（Ｆ）は、弁部材を開位置に保持するように作用し、弁部材が開位置から実質的に移動することなくソレノイド２８を非作動状態とすることができる。
【００１７】
本発明を、上記明細書において詳しく説明した。本発明の様々な変更および修正は、明細書を読み理解することで当業者に明らかになると考えられる。すべてのこのような変更および修正は、添付の特許請求の範囲の範囲内にある限り、本発明に含まれる。
【図１】
2010507057.tif 000003
【図２】
2010507057.tif 000004
【図３】
2010507057.tif 000005
【図４Ａ】
2010507057.tif 000006
【図４Ｂ】
2010507057.tif 000007
【図４Ｃ】
2010507057.tif 000008
【図４Ｄ】
2010507057.tif 000009
【図５】
2010507057.tif 000010
【国際調査報告】
2010507057.tif 000011
2010507057.tif 000012
2010507057.tif 000013