(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体作動機械（１００）の作動室（１０４、４１４）と流体マニホルド（１０２、１１６）の間における流体の流れを調整するバルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）であって、バルブシート（４、２１２、３１２）を含むバルブ本体（２、３０２、４１８）、前記バルブ本体を通って延びる流体通路（６）、およびバルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）を含む移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）を含み、前記バルブ部材が、前記バルブ部材が前記バルブシートから離されて流体が前記流体通路を通って流れることができる開放位置と、前記バルブ部材が前記バルブシートと密封接触して流体が前記流体通路を通って流れるのを防止する閉止位置の間で動作可能であり、前記バルブアセンブリは前記バルブ部材と前記バルブシートの間を通って前記流体通路内へ向かう第１の流体流れモードにおける流体流路（４０、２１８、３１０）を画定し、前記流体流路が狭窄流域（４２、２２６、４２２）を含み、且つ前記バルブアセンブリが更に、前記移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）の第１面（３２）および前記狭窄流域の両方と連通する減圧室（２８、２２４、４２４）を含み、それによって、前記第１の流体流れモードにおいて前記狭窄流域（４２、２２６、４２２）を通って流体が流れるときに前記減圧室内（２８、２２４、４２４）の圧力減少によって前記移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）に力が及ぼされ、この力がバルブの閉止に抗するように働くことを特徴とするバルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）。
【請求項２】
前記移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）の前記第１面（３２）は、前記バルブ部材が前記閉止位置から前記開放位置へ移動する方向に概ね向いている法線を有する面上に配置されている、請求項１に記載のバルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）。
【請求項３】
前記移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）は前記移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）の前記第１面（３２）を含む電機子（１４、２０６、４０６）を含み、この電機子は前記バルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）に堅牢に接続されている、請求項１または２に記載のバブルアセンブリ（１、２００、３００、４００）。
【請求項４】
前記移動部材（１２、１４、１６）（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）（４０２、４０４、４０６）は、前記バルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）を含む第１部分、および上に前記第１面（３２）を有する第２部分を含み、前記第１および第２部分は互いに相対的に移動可能であるが、少なくとも前記バルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）が前記開放位置にある場合は接続されているか係合可能であって、これにより、前記第２部分の前記第１面（３２）に作用する力が、少なくとも前記バルブが前記開放位置にある場合に前記バルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）に作用する、請求項１または２に記載のバルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）。
【請求項５】
前記バルブアセンブリ（１）が電磁石（１８）を含み、前記移動部材（１２、１４、１６）が電機子（１４）を含み、前記移動部材の前記第１面（３２）が前記電機子の上流面である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１）。
【請求項６】
前記バルブアセンブリ（１、２００、３００）は、前記バルブが前記開放位置にある場合に前記バルブ部材の周辺を延びる流体流路（４０、２１８、３１０）を画定する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１、２００、３００）。
【請求項７】
前記流体通路（６）が狭窄流域（４２）を含み、前記減圧室が前記流体通路の前記狭窄流域と連通している、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１）。
【請求項８】
前記狭窄流域（４２）が前記バルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）の上流にある、請求項１〜６のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）。
【請求項９】
前記バルブアセンブリ（２００、３００）は、前記バルブ本体に固定的に取り付けられたバリア（２２０、３０８）であってこのバリアと前記移動部材（２０６、２０８、２１０）（３０４、３０６）の中間に前記減圧室（２２４）を画定するよう構成されたバリアを含む、請求項１〜８のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（２００、３００）。
【請求項１０】
前記減圧室（２８）は、この減圧室と連通する前記第１面（３２）の断面積の１０％を超えない断面積を有する通路（３０、４４）を介して少なくとも１つの狭窄流域と連通する、請求項１〜９のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１）。
【請求項１１】
前記流体流路が更に、前記狭窄流域よりも断面積が大きい高圧流域（１０）を含み、前記バルブアセンブリ（１）は更に、前記移動部材（１２、１４、１６）の第２面（３４）および前記高圧流域の両方と連通する増圧室（３６）を含み、それによって、前記増圧室と前記減圧室との間の圧力差の結果として前記移動部材に働く力がバルブの閉止に抗するように働く、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１）。
【請求項１２】
前記バルブアセンブリ（１、４００）がバルブステム（１６、４０４）を含み、前記バルブステムが、前記流体流路（４０）が通って延びる中空の結合ロッドを含む、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１、４００）。
【請求項１３】
電子的に起動可能である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１、２００、４００）。
【請求項１４】
容積が周期的に変動する作動室（１０４、４１４）と、高圧マニホルド（１１６）および低圧マニホルド（１０２）と、前記高圧マニホルドまたは前記低圧マニホルドと前記作動室の間における流体の供給を調整する請求項１〜１３のいずれか１項に記載のバルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）を含む流体作動機械（１００）であって、前記バルブアセンブリの前記バルブ部材（１２、２１０、３０６、４０２）が作動室容積の少なくとも数周期分の変動の少なくとも一部の間に、前記バルブアセンブリを閉止するように前記バルブシート（４、２１２、３１２）の方へ移動するのと同じ意味で、流体が前記バルブシートを通って前記作動室から流れるように動作可能である流体作動機械（１００）。
【請求項１５】
流体作動機械は更に、前記バルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）および任意選択的に１つ以上の他のバルブを作動室容積の変動周期と同相関係で能動的に制御して、前記または各作動室による１周期毎に流体の正味排出量を決定し、これにより前記作動機械または前記作動室（１０４、４１４）の１つ以上のグループによる流体の時間平均正味排出量を決定するように動作可能なコントローラ（１２０）を含んでいる、請求項１４に記載の流体作動機械（１００）。
【請求項１６】
前記高圧マニホルド（１１６）と前記低圧マニホルド（１０２）の圧力差、および前記バルブアセンブリ（１、２００、３００、４００）を通る流体のスループットは、前記第１面（３２）と連通する前記減圧室（２８、２２４、４２４）の存在が無ければ、少なくともいくつかの動作条件において前記流体作動機械が正しく機能しない程度である、請求項１４または１５に記載の流体作動機械（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体作動機械の作動室と、電子的に制御可能なバルブアセンブリを含むがこれに限定されない流体マニホルドの間における流体の流れの調整に適したバルブアセンブリの分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体作動機械には、ポンプ、モーター、および異なる動作モードでポンプまたはモーターのいずれかとして機能できる機械等の流体駆動および／または流体作動機械が含まれる。本発明は、流体が一般に非圧縮性の油圧液体のような液体であるアプリケーションに関して例示しているが、流体は代替的に気体であってもよい。
【０００３】
流体作動機械がポンプとして動作する場合、低圧マニホルドは通常、流体の正味ソースとして機能し、高圧マニホルドは通常、流体の正味シンクとして機能する。流体作動機械がモーターとして動作する場合、高圧マニホルドは通常、流体の正味ソースとして機能し、低圧マニホルドは通常、流体の正味シンクとして機能する。本明細書の記述および添付の請求項の範囲内で、用語「高圧マニホルド」および「低圧マニホルド」は、互いに相手よりも高いかまたは低い圧力を有するマニホルドを指す。高／低圧マニホルドにおける圧力差、および高／低圧マニホルドにおける圧力の絶対値はアプリケーションに依存する。流体作動機械は、２つ以上の低圧マニホルドおよび２つ以上の高圧マニホルドを有していてもよい。
【０００４】
本発明は、流体作動機械の作動室とマニホルドの間における流体の流れの調整に用いるのに適したバルブアセンブリに関する。バルブアセンブリは、バルブ部材およびバルブシートを含んでおり、従って、座面バルブである。本発明によるバルブアセンブリは、広範な種類の流体作動機械に有用であり得る。しかし、本発明に関する問題について、公知の流体作動機械と合わせての使用に適したバルブアセンブリの具体例を参照しながら以下に述べる。機械は、容積が周期的に変動する複数の作動室を含み、作動室による流体の排出が電子的に制御可能なバルブにより１周期毎且つ作動室容量の周期と同相関係に調整されて、機械内を通る流体の正味スループットを決定する。
【０００５】
例えば、欧州特許第０３６１９２７号明細書は、電子的に制御可能なポペットバルブを作動室容量の周期と同相関係に開くおよび／または閉じることにより、多室ポンプを通る流体の正味スループットを制御して、ポンプ個々の作動室と低圧マニホルドの間の流体連通を調整する方法を開示している。その結果、個々の室は、予め定められた一定量の流体を排出するか、または流体の正味排出を行わない休止期間を過ごすかのいずれかをコントローラにより１周期毎に選択可能であるため、ポンプの正味スループットを需要に動的に合わせることが可能になる。欧州特許第０４９４２３６号明細書はこの原理を発展させて、個々の作動室と高圧マニホルドの間の流体連通を調整する電子的に制御可能なポペットバルブを含めることにより、代替的な動作モードのポンプまたはモーターのいずれかとして機能する流体作動機械の提供を可能にした。欧州特許第１５３７３３３号明細書は、部分周期の可能性を導入することにより、個々の作動室の個々の周期が、需要により合致するように様々に異なる量の流体を適宜排出できるようにしている。
【０００６】
この種の流体作動機械は、低圧マニホルドから、またいくつかの実施形態において高圧マニホルドから、作動室を出入りする流体の流れを調整可能であって、高速に開閉動作する電子的に制御可能なバルブを必要とする。作動室と低圧マニホルドの間における流体の流れを調整する電子的に制御可能な弁は通常、バルブ部材（例：ポペットバルブヘッド）が、流体が低圧マニホルドへ排気される排気行程の間にバルブシートを通る流体の流れの方向と同じ意味で移動するように向けられている。先行する吸気行程において低圧マニホルドから取り込まれた流体が低圧マニホルドに戻される排気行程休止期間中に、流体の流れのピーク速度は極めて高い。これらの状況において、以下に述べる少なくとも４種の異なる現象から生じる力がポペットバルブヘッドをバルブシートの側へ圧迫する。
【０００７】
１．ポペットヘッドが移動しなければならない距離を最小化しつつ、最小限のエネルギー損失で流体の速い流れを促進するには、流体流路の断面積を最大化し、バルブシートとポペットヘッドの間の隙間を最小化して、ポペットヘッドのその他部位周辺の流量を最大化することが有利である。これは、流体がポペットヘッドとバルブシートの間の隙間において最も速く流れることを意味する。その結果、ポペットバルブヘッドとバルブシートの間において最大である（流体圧力の最小化をもたらす）運動エネルギー関連の圧力低下が生じ、その力により弁が閉じる。運動エネルギー関連の力は、流体速度および流体密度の２乗に比例し、その力は吸気および排気の両行程が継続する間、印加される。
【０００８】
２．ポペットバルブヘッド面を横断する流体の流れから生じる粘性抗力がポペットヘッド表面の接線方向に作用する。閉止方向と接するポペットヘッド表面の成分が常に存在するため、粘性抗力は排気行程の間、ポペット弁を閉じた状態に保つ。粘性抗力は、流体速度と流体粘性の積と比例し、特に低温で重要である。
【０００９】
３．流体がポペットバルブヘッドの正面を通過して分岐および迂回する際に、その形状が変化するにつれて内部にせん断が生じる筈である。これにより、ポペットバルブヘッドの上流面に高圧領域が生じ、且つ内向き面（迂回した流れが再合流する箇所）に低圧領域が生じる。その結果生じる圧力差によりポペット弁を閉じる。せん断力は、流体速度と流体粘性の積と比例し、これも特に低温で重要である。
【００１０】
４．流体質量もまた、ポペットバルブヘッド周囲を迂回するために、流軸と垂直に加速される筈である。この加速により、ポペットにおける流体内の圧力を上昇させ、従って、迂回された面の法線方向に力（いわゆる「ジェット効果」）を加える。これらの力は、ポペットバルブヘッドにより感知され、ポペットバルブヘッドはせん断力を低減するよう通常は円錐または弾丸型の上流面を有しているため、結果的に生じる力はポペットの閉止方向における成分を有する。これらの加速関連の力は、流体密度と流体粘性の積と比例している。
【００１１】
結果的に生じる力の強さは、温度、流体粘性、瞬間流速、および弁の構成に応じて変化する。例えば、いくつかの弁において、流体は、バルブ部材とバルブシートの間を流れる前に、上流面ではなく、バルブ部材側に作用することにより、これらの力の相対的な強さに影響を及ぼす。
【００１２】
これらの力の結果として、コントローラが要求していないのに流体の位置がずれる非自発的なポンピング行程のリスクがあり得る。これは特に低温において流体作動機械の性能に相当の影響を及ぼす可能性があり、危険であり得る。単により強い磁場を与えて弁を開いた状態に保つことによりこれらの力を克服するのは、弁の電力消費を増やして弁の解放を遅らせることになるため、現実的ではない。
【００１３】
同様の問題が、バルブ部材が弁を閉じるようにバルブシートへ向かって移動するのと同じ意味で、少なくともいくつかの動作状況下で流体がバルブシートを通って流れる他の種類の流体作動機械でも生じる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、流体作動機械の作動室と流体マニホルドの間における流体の流れの調整に適したバルブアセンブリを提供することであり、これら４種の力の一部または全部の影響が緩和または除去される。これはいくつかの実施形態において、バルブアセンブリを通って流れる流体の作用により生じた逆向きの力を与えることにより、これら４種の力の一部または全部の影響を緩和または除去することにより実現される。国際公開第０１／６９１１４号パンフレット（ＭｏｒｔｏｎおよびＬｏｄｇｅ）、英国特許出願第２，０１６，１６８号明細書（Ｃｏｐｅｓ  Ｖｕｌｃａｎ）および米国特許第３，９２１，６６８号明細書（Ｓｅｌｆ）において、流体の流れに対する制約の結果として低圧領域が生じ得るバルブを開示している。しかし、これらのバルブは、流体作動機械の作動室と流体マニホルドの間における流体の流れの調整に適しておらず、バルブの閉止を防止するように作用する力を発生させるために低圧領域を用いていない。
【００１５】
これらの４種の力の一部または全部の影響を緩和することにより、不適切な時点でバルブが閉じる可能性が減少し、いくつかの状況においてバルブアセンブリの電力消費を減少させることができる。これを行なわない場合よりもバルブの寿命が延びる可能性もある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の第１の態様によれば、流体作動機械の作動室と流体マニホルドの間における流体の流れを調整するバルブアセンブリを提供し、バルブアセンブリは、バルブシートを含むバルブ本体、バルブ本体を通って延びる流体通路、およびバルブ部材を含む移動部材を含んでいて、バルブ部材は、バルブ部材がバルブシートから離されて流体が流体通路を通って流れることができる開放位置と、バルブ部材がバルブシートと密封接触して流体が流体通路を通って流れるのを防止する閉止位置の間で動作可能であり、バルブアセンブリは、バルブ部材とバルブシートの間を通って流体通路内へ向かう第１の流体流れモードにおける流体流路を画定し、流体流路が狭窄流域を含み、且つバルブアセンブリが更に、移動部材の第１面および狭窄流域の両方と連通する減圧室を含んでいることを特徴とする。
【００１７】
狭窄流域とは、狭窄流域の上流における流体流路よりも流体が流れる断面積が小さく、且つ通常は狭窄流域の下流における流体流路よりも流体が流れる断面積が小さい、流体が流れる導管の領域を指す。従って、狭窄流域における流体の圧力は、ベンチュリ効果により、狭窄流域の上流にある流体よりも、且つ通常は下流における流体よりも相対的に減少している。「流体が流れる断面積」において、流体が周辺を流れるが貫通しては流れない任意の部材の断面積は除外される。例えば、いくつかの実施形態において、流体が透過しないがその周辺を流れるバルブステムその他の部材が、流体通路等の導管内に配置されていることにより、流れを狭窄することができる。
【００１８】
減圧室が狭窄流域と連通しているため、減圧室内の圧力もまた、流体が流体流路を通って流れているとき、狭窄流域の上流で、且つ通常は狭窄流域の下流で取り込まれた流体の圧力よりも低く下げられる。従って、バルブの閉止に抗し得る力が移動部材に作用する。通常、減圧室は、流体が狭窄流域を通って流体流路に沿って流れるときに、減圧室内の圧力低下により移動部材に対してバルブの閉止に抗するように作用する力を作用させるために配置されている。
【００１９】
減圧室は、排出口の圧力より低い流体圧力を与えることができる室、例えばバルブ本体および移動部材の第１面により画定される室を指す。バルブ本体および移動部材は通常、金属製であり、従って減圧室は（排出口圧に相対的に）低圧を維持して、移動部材に対して相当の力を作用させることができる。通常、移動部材により画定される部分以外、減圧室は所定位置に固定されている（例えば、バルブ本体と一体化されているかまたは固定的に取り付けられている）。これにより、減圧室が主に可動部分により画定された場合よりも強い力を作用させることが可能になる。
【００２０】
通常、移動部材はバルブ部材に結合（例：機械的に結合）されているため、少なくともバルブが開いているときに、減圧室から遠ざかる移動部材の第１面の移動が開放位置から閉止位置へ向かうバルブ部材の移動に結合される。従って、使用中の減圧室内で生じる圧力低下により、バルブの閉止に抗するように作用する力を生じさせる。移動部材の第１面は、バルブ部材に堅牢に結合されていてもよい。しかし、本発明は、移動部材の第１面とバルブ部材の間に従属的結合または係合可能結合が存在する場合、適用可能である。例えば、移動部材は、第１面を有する堅牢な軸を含んでいて、堅牢な軸がバルブ部材に弾性結合されていてもよい。これにより、バルブは、狭窄流域、減圧室、およびバルブ部材の第１面を含むバルブ閉止制限機構を含んでいる。これらの部分は、流体が狭窄流域を通って流れる間、減圧室内の圧力およびその結果生じた移動部材を介してバルブ部材に作用する力により、バルブ部材の閉止が制限されるように配置されている。
【００２１】
通常、バルブアセンブリはまた、流体の流れの方向が反転する第２流体流れモードを有している。下流および上流という用語は各々、本明細書において、第１の流体流れモードにおいて流体流路の方向を概ね同じ意味および反対の意味で指すために用いる。バルブアセンブリは好適には、流体が第１の流体流れモードで取り込まれる流体流入口を含んでいる。バルブアセンブリは好適には、流体が第１の流体流れモードでバルブアセンブリから出る流体排出口を含んでいる。流入口と排出口は各々、１つ以上の開口部を含んでいてもよい。流入口および／または排出口開口部は通常、バルブアセンブリの外壁を通って、バルブ部材が開放位置から閉止位置へ移動する方向と平行に延びている。
【００２２】
狭窄流域は、例えば、流体流路が延びる箇所からバルブへの流入口の断面積の６０％を超えず、好適には２５％を超えない断面積を有していてもよい。従って、流体が流体流路を通って流れるとき、減圧室内の圧力は通常、バルブアセンブリにより取り込まれる流体の圧力より低い。
【００２３】
一般に、減圧室とバルブアセンブリに取り込まれた流体との圧力差は、流速が速くなるにつれて増大する。これにより、減圧室の圧力低下から生じる移動部材の第１面に作用する力は、上述の本発明の序論で掲示した力が最大である場合に、流量が増大するにつれて増大する傾向がある。従って、使用中のバルブ部材を通過する流体の流れにより生じたバルブシートに対する力とは逆向きの力が生じて、上で掲示した力の効果を緩和または除去する。
【００２４】
バルブアセンブリは、少なくとも１つの動作条件において、バルブ部材が開放位置から閉止位置へ移動する方向が、流体がバルブシートを通って流れる（第１の流体流れモード）のと同じ意味であるようにバルブアセンブリが向けられる環境において特に有用である。この文脈において、「同じ意味で」とは、バルブシートを通る流体の流れがバルブ部材を閉じるように、バルブ部材の開放位置からの閉止位置への移動方向と逆平行ではなく、平行な成分を有している筈であることを意味する。多くの実施形態において、バルブシートを通る流体の流れは、バルブ部材を閉じるようバルブ部材の開放位置から閉止位置への移動方向に概ね平行である。
【００２５】
いくつかの座面バルブアセンブリおいて、バルブを通る流体の流れの全体的な方向は、バルブシートを通って流体が流れる方向と概ね同一である。しかし、そうである必要はない。例えば、流体がバルブアセンブリに放射状に出入りするようなバルブアセンブリを使用してもよい。環状バルブアセンブリにおいて、流入口を通って取り込まれた流体は一般に、流体がバルブアセンブリに取り込まれた方向とは逆向きの方向に１つ以上のバルブシートを通って流れることができる。
【００２６】
通常、移動部材の第１面は、一般にバルブ部材が閉止位置から開放位置へ移動する方向へ向かい、且つ通常は平行な法線を有する面上に配置されている。減圧室は通常、移動部材の第１面により部分的に画定される。通常、移動部材の第１面は、バルブ座面を通って流体通路に流入した流体が第１の流体流れモードで流体通路を通って流れる方向に対して上流の方向を向いている。
【００２７】
移動部材は、バルブ部材が載置されているバルブステムを含んでいてもよい。移動部材の第１面は、バルブステムから延びる横部材の表面であってもよい。移動部材の第１面は、バルブ部材に堅牢に接続されていてもよい。例えば、移動部材は、一体化された装置として形成された第１面、バルブステム、およびバルブ部材を含む前記横部材を、例えば金属製の連続剛体として含んでいてもよい。
【００２８】
しかし、移動部材は、バルブ部材を含む第１部材およびその上に第１面を有する第２部分を含んでいてよく、第１部分および第２部分は互いに相対的に移動可能であるが、少なくともバルブ部材が開放位置にある場合は接続されているか係合可能であって、これにより、第２部分の第１面に作用する力は、少なくともバルブが開放位置にある場合にバルブ部材に作用する。第２部分の表面は、バルブが開放位置にある場合、第１部分の協働表面を圧迫することにより、第１面とバルブ部材の間で力を伝達することができる。有利には、第２部分は、バルブアセンブリは電磁気的に起動されるバルブ（電子起動バルブの例）であるように、電磁石により起動可能な電機子を含んでいてもよい。
【００２９】
バルブが開放位置にある場合、バルブアセンブリはバルブ部材周辺を延びる流体流路を画定することができる。これは、流体の流れに起因してバルブ部材に作用する力が特に強くなり得る構成である。バルブアセンブリは、第１の流体流れモードにおいて、バルブ部材を閉じるようバルブ部材がバルブシートの方へ移動するのと同じ意味で、バルブが開放位置にある場合に流体流路の一部がバルブ部材の周辺に沿って延びるように構成することができる。
【００３０】
流体通路が狭窄流域を含んでいて、減圧室が流体通路の前記狭窄流域と連通していてもよい。この場合、狭窄流域を通る流体の流れは通常、閉止位置と開放位置の間における移動部材の移動方向と実質的に平行である。
【００３１】
しかし、狭窄流域はバルブ部材の上流にあってもよい。バルブアセンブリは、バルブアセンブリ（例えばバルブ本体）に固定的に取り付けられていて、バリアと移動部材の中間で減圧室を画定するように構成されたバリアを含んでいてもよい。この場合、減圧室はバリアとバルブ部材の中間に画定されていてもよい。バリアは通常、移動部材（好適にはバルブ部材）の上流に配置されており、この場合減圧室は通常、移動部材（好適にはバルブ部材）の上流に形成されている。バリアが設けられた箇所にはバルブアセンブリが好適にはバルブ部材とバルブシートに隣接するバルブ本体の間を延びる流体流路を画定し、バルブ部材とバルブシートに隣接するバルブ本体の間の領域の少なくとも一部が、バリアとバルブ部材の中間にある減圧室と連通する狭窄流域として機能する。流体流路はバリアとバルブ本体の間を延びて、狭窄流域はバリアとバルブ本体の中間にあってもよい。
【００３２】
バリアが設けられたバルブアセンブリの更なる好適且つ任意選択の特徴について、本発明の第２態様に関して以下に述べる。
【００３３】
通常、減圧室は、断面積が減圧室と連通する第１面の断面積の１０％以下である通路を介して、少なくとも１つの狭窄流域と連通している。このため、所与の流体流速に対する減圧室内の圧力により移動部材の第１面に作用できる最大限の力が増大する。
【００３４】
通常、流体流路は更に、断面積が狭窄流域より大きい高圧流域を含んでいて、バルブアセンブリは更に、移動部材の第２表面および前記高圧流域の両方と連通する増圧室を含んでいる。
【００３５】
好適には、バルブアセンブリは電子的に起動可能である。電子的に起動可能とは、使用中に例えば圧力差を利用して受動的に開閉されるが、能動的に開放、能動的に閉止、能動的にラッチ開放、または能動的にラッチ閉止可能なバルブアセンブリを含んでいる。
【００３６】
通常、バルブアセンブリはポペットバルブであり、バルブ部材はポペットバルブヘッドである。しかし、バルブアセンブリは、例えば環状バルブであってもよい。
【００３７】
バルブアセンブリがバルブステムを含んでいる場合、バルブステムは、流体流路が通って延びる中空の結合ロッドを含んでいてもよい。中空の結合ロッドは、狭窄流域として機能する中空の結合ロッドの内部の一部と減圧室を連通させる開口部を含んでいてもよい。中空の結合ロッドはバルブ本体のボア孔内にスライド可能に載置されていてもよい。
【００３８】
バルブアセンブリは更に、バルブ部材の上流にバリアを含んでいてよく、該当バリアは、これがないと流体の流れがバルブ部材に作用してバルブ部材をバルブシートの方へ圧迫するであろう１つ以上の力を低減するように形成および配置されている。
【００３９】
好適には、バリアは、これがないと第１の流体流れモードにおける流体の流れがバルブ部材に作用してバルブ部材をバルブシートの方へ圧迫するであろう、バルブ部材表面の接線方向にバルブ部材表面に作用する粘性抗力を低減または除去するように形成および配置されている。
【００４０】
好適には、バリアは、これがないと第１の流体流れモードにおける流体の流れがバルブ部材に作用してバルブ部材をバルブシートの方へ圧迫するであろう、バルブ部材の上流における流体のせん断に起因する圧力差から生じる力を低減または除去するように形成および配置されている。
【００４１】
好適には、バリアは、これがないと第１の流体流れモードにおける流体の流れがバルブ部材に作用してバルブ部材をバルブシートの方へ圧迫するであろう、バルブ部材の外周を迂回するように流軸に垂直な成分を伴う流体の加速から生じる加速関連の力を低減または除去するように形成および配置されている。
【００４２】
好適には、バリアは、バルブ部材が開放位置にある場合、バルブ部材の直接上流に配置されている。従って、前記力の少なくとも一部は、バルブ部材ではなくバリアに作用することができる。好適には、バリアはバルブアセンブリに固定的に載置されている。通常、バリアはバルブ本体に固定的に取り付けられている。
【００４３】
好適には、バリアは、これがないと第１の流体流れモードにおいてバルブ部材をバルブシートの方へ圧迫する力を作用させるであろう流体の流れからバルブ部材の表面（通常はバルブ部材の上流面の全部または一部）を遮蔽するように配置されている。従って、バリアが存在する結果として通常、バルブ部材の上流側に流体の流れが存在しないかまたは最小限である領域が形成される。バリアは、流体流路がバルブ部材の上流面の一部を越えて延びないように形成および配置されていてもよい。
【００４４】
バルブアセンブリは、第１の流体流れモードにおいて、取り込まれた流体がバリアの方へ流れて、バリアによりバルブ部材の外周を迂回するように配置されていてもよい。
【００４５】
通常、バリアは、バルブ部材の表面領域に面する上流全体にわたり延びている。しかし、バルブ部材の表面領域に面する上流の一部にわたり延びるバリアを使用することにより、流体の流れに起因する力をいくぶん弱めることができる。
【００４６】
バリアは、バルブ部材の外周の回りを少なくとも部分的に延びるバリアリムを含んでいてもよい。
【００４７】
好適には、バルブ部材およびバリアは、バルブ部材が開放位置にある場合、および通常はバルブ部材が閉止位置にある場合も、それらの間における流体の貯留容積を画定するように形成および配置されている。好適には、バルブ部材およびバリアは、バルブ部材が開放位置にある場合に、これがないとバルブアセンブリの開放が制約されるであろう、バルブ部材とバリアの協働表面同士の間におけるスクイズ膜の形成を回避するように形成および配置されている。
【００４８】
バルブアセンブリは通常、流体が第１の流体流れモードにおいて取り込まれる流入口を含んでいる。バリアは、流入口とバルブ部材の中間に配置されていてもよい。しかし、いくつかの実施形態において、バリアは流入口の上流まで延びている。
【００４９】
バリアは、型打ちされた金属シートとして形成されていてもよい。
バリアは、移動部材（好適にはバルブ部材）と協働して誘導するように構成された移動部材誘導構造（開口部等）を含んでいてもよい。
【００５０】
バルブ部材は通常、バルブが閉止位置にある場合には少なくともその一部がバルブシートに接触するように動作可能な下流面を含んでいる。バリア、バルブ部材、およびバルブ本体は、流体流路に沿って流れる流体が少なくとも８０°、好適には少なくとも８５°、より好適には少なくとも９０°、最適には９０°を超える角度で下流面を通過してバルブ部材が開放位置から閉止位置へ移動するように動作可能な方向に流れるように、形成および配置されていてもよい。従って、バルブ部材が開放位置から閉止位置へ移動する方向に平行に作用し、バルブ部材の下流面を通過して流れる流体によりバルブ部材に作用するせん断力の成分が減少または除去されるか、あるいは前記角度が９０°を超える場合、バルブ部材を開放位置へ圧迫するように作用される。
【００５１】
バルブアセンブリは、前記流体流路に沿って流れる流体が、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向に対して少なくとも８０°の角度でバルブ部材の下流面に流入するように形成および配置されていてもよい。
【００５２】
好適には、バルブアセンブリは、前記流体流路に沿って流れる流体が、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向に対して少なくとも８５°、より好適には少なくとも９０°の角度でバルブ部材の下流面に流入するように形成されている。いくつかの実施形態において、バルブアセンブリは、前記流体流路に沿って流れる流体が、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向に対して９０°を超える角度でバルブ部材の下流面に流入するように形成されている。
【００５３】
従って、バルブ部材の下流面に作用するせん断力は、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向と平行である、低、ゼロ、または負成分しか有しておらず、これによりバルブ部材を閉止位置の方へ圧迫する流体せん断に起因する力が減少または除去される。
【００５４】
バルブシートに隣接したバルブ本体は、流体流路に沿って流れる流体を、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向に対して少なくとも８０°、少なくとも８５°、少なくとも９０°、または９０°を超える角度でバルブ部材の下流面に流入させるように構成されていてもよい。
【００５５】
流体流路に沿って流れる流体を、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向に対して少なくとも８０°、少なくとも８５°、少なくとも９０°、または９０°を超える角度でバルブ部材の下流面に流入させるよう適合されたバリアがバルブ部材の上流に設けられていてもよい。
【００５６】
流体流路に沿って流れる流体が最初に流入するバルブ部材の下流面は、バルブ部材が開放位置と閉止位置の間を移動するように動作可能な方向に対して少なくとも８０°、少なくとも８５°、少なくとも９０°、または９０°を超える角度に向けられていてもよい。
【００５７】
本発明は第２態様において、容積が周期的に変動する作動室、高圧マニホルドおよび低圧マニホルド、並びに本発明の第１の態様による、高圧マニホルドまたは低圧マニホルドと作動室の間における流体の供給を調整するバルブアセンブリを含む流体作動機械に拡張され、前記バルブアセンブリのバルブ部材が作動室容積の少なくとも数周期分の変動の少なくとも一部の間に、バルブアセンブリを閉止するようにバルブシートの方へ移動するのと同じ意味で、流体がバルブシートを通って作動室から流れるように動作可能である。
【００５８】
複数の前記作動室が配置されていてもよい。流体作動機械は更に、前記バルブアセンブリおよび任意選択的に１つ以上の他のバルブを作動室容積の変動周期と同相関係で能動的に制御して、当該作動室または各作動室による１周期毎に流体の正味排出量を決定し、これにより作動機械または前記作動室の１つ以上のグループによる流体の時間平均正味排出量を決定するように動作可能なコントローラを含んでいてもよい。流体作動機械は更に、作動室容積の変動周期と同相関係で前記バルブアセンブリを能動的に制御できるように作動室位相または容積センサを含んでいてもよい。
【００５９】
好適には、高圧マニホルドと低圧マニホルドの圧力差、およびバルブアセンブリを通る流体のスループットは、第１面と連通する減圧室（および更にバリアを含む実施形態におけるバリア）の存在が無ければ、バルブヘッドとバルブシートの間における流体の流れから生じる力に起因して一次バルブが過早に閉止してしまうため、少なくともいくつかの動作条件において流体作動機械が正しく機能しないようになっている。
【００６０】
好適には、作動室の容積は、少なくとも２０ヘルツの周波数で周期的に変動する。好適には、バルブアセンブリは、１０ｍｓ未満または５ｍｓ未満で開放または閉止するように動作可能である。好適には、低／高圧マニホルド同士の圧力差は少なくとも２０ｂａｒである。好適には、作動室の容積は、１ｃｃ超、５ｃｃ超、またはより好適には１０ｃｃ超である。
【００６１】
流体作動モーターは、モーターとしてのみ、またはポンプとしてのみ機能してもよい。代替的に、流体作動モーターは、他の動作モードにおいてモーターまたはポンプとして機能してもよい。
【００６２】
本発明の例示的の実施形態について以下の図を参照しつつ説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明によるバルブアセンブリの部分断面図である。
【図２】バルブアセンブリが組み込まれた流体作動機械の模式図である。
【図３】本発明による代替的なバルブアセンブリの部分断面図である。
【図４】本発明による代替的なバルブアセンブリの断面図である。
【図５】代替的なバルブアセンブリの流入口およびバルブ部材の断面図である。
【図６】代替的なバルブアセンブリの流入口およびバルブ部材の断面図である。
【図７】別の例によるバルブアセンブリを通る横断面である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
図１を参照するに、バルブアセンブリ１は、バルブが開いている場合、作動室（図示せず）から流体が取り込まれる流入口８から排出口１０へ延びるバルブシート４および流体通路６を画定する鋼鉄製のバルブ本体２を含んでいる。ポペットバルブヘッド１２（バルブ部材として機能する）が、流体が流体通路を介して流入口と排出口の間を流れるようにバルブシートから離された開放位置と、バルブシートと密封接触に保持されていることによりバルブシートを通って流体通路内外への流体の流れを防止する閉止位置の間で動作可能である。
【００６５】
流入口および排出口という用語は、ポペットバルブヘッドが開放位置から閉止位置へ移動する（第１の流体流れモード）のと同じ意味で流体がバルブシートを通って流体通路内へ流れるバルブアセンブリを通る流体流路の両端にある開口部を指す。多くの実際的なアプリケーションにおいて、流体は、異なる時点で、流体通路を通って逆方向（第２流体流れモード）に流れる。この例示的実施形態において、バルブアセンブリは欧州特許第０３６１９２７号明細書、欧州特許第０４９４２３６号明細書、および欧州特許第１５３７３３３号明細書に開示された種類の流体作動機械に含まれていて、作動室から低圧マニホルドに排出された流体が第１の流体流れモードでバルブアセンブリを通過するように向けられている。それにもかかわらず、流体の流れを調整するように流体が第１の流れモードで作動室内へ流入するか、あるいは作動室以外の導管または室へ流入または流出するバルブアセンブリの他の実用的なアプリケーションがある。
【００６６】
ポペットバルブヘッドは、管状結合ロッド１６を介して環状電機子１４に接続されている。ポペットバルブヘッド、電機子、および中空の管状結合ロッド（バルブステムとして機能する）は共同で、堅牢且つ単体で移動する移動部材を形成する。移動部材の成分が必ずしも単体として移動しない代替的なバルブ構造も可能である。例えば、電機子は結合ロッドに弾性的に載置されていてもよい。しかし、バルブの閉止に抗する向きの力が電機子から結合ロッドを介してポペットバルブヘッドへ伝達される。
【００６７】
バルブアセンブリは更に電磁石１８を含んでいる。バルブ本体、磁束ブリッジ２０、電機子、および強磁性プラグ２２により磁気回路が形成されている。電磁石に電流が通された場合、電機子に力が作用して管状結合ロッドを引っ張り、従ってポペットバルブヘッドをバルブシートの方へ圧迫する。電流が流れていない場合、電機子は環状永久磁石２６またはバネ（図示せず）により留め具２４の方へ引っ張られて留め具２４に接触保持される。電磁石、電磁石を流れるピーク電流、磁気回路の構成、および永久磁石の強さと位置は、電磁石に電流が通された際に電機子に作用する正味力が永久磁石により生じた力を大幅に上回るように選択されている。
【００６８】
バルブ本体は更に、結合ロッド内の開口部３０を介して流体通路と流体連通している第１室２８（減圧室として機能する）を画定する。第１室は、電機子の流入口に対向する面３２（移動部材の第１面として機能する）と直接接触している。反対側にある電機子の排出口に対向する面３４が、プラグを通る通路３８を介してバルブアセンブリの排出口と流体連通している第２室３６を直接接触している。
【００６９】
図２は、一般的に１００として示す流体作動機械の模式図であり、低圧マニホルド１０２と作動室１０４の間で油圧流体の流れを調整する低圧力バルブとして例示的バルブアセンブリ１が組み込まれている。低圧力バルブは、作動室から低圧マニホルドへ排出された流体が、流体作動機械がモーターとして機能する場合は各排気行程中に、流体作動機械がポンプとして機能する場合は排気行程休止期間中に、ポペットバルブヘッドが開放位置から閉止位置へ移動するのと同じ意味で、すなわち第１の流体流れモードで、バルブシートを通って流れるように向けられている。
【００７０】
作動室は、シリンダ１０６の内部、および適切な機械的結合機構１１２によりクランクシャフト１１０の回転に機械的に結合されていてシリンダ内で往復運動して作動室の容積を周期的に変化させるピストン１０８により画定されている。高圧力バルブ１１４が、高圧マニホルド１１６と作動室の間における油圧流体の流れを制御する。例示的な流体作業機械は、適切な位相差により同クランクシャフトの機械的回転に結合された複数の作動室を含んでいる。軸位置および速度センサ１１８が、軸の瞬間的な角位置および回転速度を決定し、軸位置および速度信号をコントローラ１２０に送信して、コントローラが個々の作動室の周期の瞬間的な位相を決定できるようにする。コントローラは通常、使用時に内蔵プログラムを実行するマイクロプロセッサまたはマイクロコントローラである。低圧力バルブは電子的に起動可能であって、高および／または低圧力バルブの開放および／または閉止はコントローラの能動的制御の下にある。
【００７１】
例示的な流体作業機械は、代替的な動作モードにおいてポンプまたはモーターとして機能するように動作可能である。ポンプとして動作する場合、低圧力流体が低圧マニホルドから取り込まれて、高圧力バルブを通って高圧マニホルドへ排出される。従って、軸動力が流体動力に変換される。モーターとして動作する場合、高圧力流体が高圧マニホルドから取り込まれて、低圧力バルブを通って低圧マニホルドへ排出される。従って、流体動力が軸動力に変換される。
【００７２】
コントローラは、低および高圧力バルブの開放および／または閉止を制御して、作動室容積の変動周期と同相関係で１周期毎に、各作動室を通る流体の排出量を決定して、機械を通る流体の正味スループットを決定する。従って、流体作動機械は、内容を参照して本明細書に引用している欧州特許第０３６１９２７号明細書、欧州特許第０４９４２３６号明細書、および欧州特許第１５３７３３３号明細書に開示された原理に従い動作する。
【００７３】
排気行程休止期間中、作用チャンバ内の流体は、低圧力バルブを通って低圧マニホルドへ排気される。これは通常、数ミリ秒内に生じ、従ってバルブシートおよび流体通路を通ってポペットバルブヘッドを通過する流体のピーク流速は極めて高い。その結果、上の序論で述べた（１）〜（４）の力がポペットバルブヘッドに作用して、ポペットバルブヘッドをバルブシートの方へ圧迫する。
【００７４】
図１を参照するに、流体は、バルブ部材を通過して、経路４０に沿って流体通路に流入する。管状コネクタの内部チャネルは、作動室からの排出口またはバルブアセンブリに隣接する低圧マニホルドよりも断面積が大幅に小さい。従って、管状コネクタの内部チャネルは狭窄流域として機能する。このため、管状コネクタの内部チャネル内の圧力がベンチュリ効果により、作動室または低圧マニホルド内の圧力のいずれかよりも低下する。第１室が管状コネクタの内部チャネルと流体連通しているため、第１室内の圧力も作業室または低圧マニホルドのいずれかの内部の圧力よりも低下する。第１室と作動室および低圧マニホルドの間の圧力差は流量に伴い増大する。同時に、電機子の反対側にある第２室内の圧力は低圧マニホルドの圧力とほぼ同じままである。第１室と第２室の間の圧力差の結果、バルブ部材が閉止位置から開放位置へ移動する方向と概ね平行な方向に正味動力が電機子に作用することにより、バルブを閉止するように作用しているバルブ部材を通過する流体の流れから生じる力に抗して、電機子を座面に保持して、バルブを開放位置に保持する。磁束ブリッジまたは留め具２４が、第１および第２室を少なくとも実質的に互いに密封するシールとして動作する。
【００７５】
圧力差の結果として電機子に作用する力はこれによりバルブの閉止に抗するように作用する。電機子に作用するこの反作用力は流体の流速に伴い増大し、バルブ部材を通過する流体の流れから生じる力が最大であるのとほぼ同時に最大となる。
【００７６】
欧州特許第０３６１９２７号明細書、欧州特許第０４９４２３６号明細書に開示された種類の流体作動機械において、バルブアセンブリは通常、開放または閉止するバルブの両端における圧力差が最小であって流体の流速がゼロ（閉じたバルブが開放される箇所）またはほぼゼロ（開いたバルブが閉止される箇所）である場合に、上死点または下死点において、またはその近傍で開放または閉止する。例えば欧州特許第１５３７３３３号明細書に開示された部分シリンダポンピング行程を実現するためにバルブの開閉タイミングにある程度の柔軟性があってもよいが、一般にバルブ両端の圧力差が最小であって、（バルブが開いている場合）流体の流速が最小である時点でバルブを開閉するのが依然として好適である。相当な圧力差に抗して開く、または開いた状態に保持可能なバルブは当業者により設計および建造できるが、通常はバルブが移動する間に、または流れに起因する力に抗してバルブを静止状態に保持する間に相当なエネルギー量を消費する。従って、バルブを通る流体の流れが最小限であるかまたは存在しない場合に、この機構がバルブの開閉に及ぼす影響が最小限であるまたは全く無いことが好都合である。
【００７７】
図３に示すバルブアセンブリの代替的な実施形態において、環状移動部材は、流体通路の長さの中途まで軸方向に延びるバルブステムを含んでいる。上述のように、バルブアセンブリは、図２を参照して説明した流体作動機械での使用に適していて、作動室と低圧マニホルドの間における流体の流れの調整に用いられ、流体が作動室から低圧マニホルドへ排出された場合に、バルブシートを通る流体の流れ４２の経路が、バルブ部材が開放位置から閉止位置へ移動するのと同じ意味であるように、バルブアセンブリは向けられている。電機子は、バルブステムから延びる横方向アームの一部である。第１室および第２室が、上述のように電機子の両側に設けられている。電機子の流入口側に設けられた第１室は、接続通路４４を介して流体通路４２の狭窄流域に連通する。狭窄流域は、その制限された内周および外円周により狭窄されている。その内部のバルブステムは、流域を広げてこれを通過して流れる流体によるバルブステムに対する抗力を低減するために部分的に切除されていてもよい。電機子の排出口側に設けられた第２室は、より大きい外周（および／または内周）を有することにより狭窄流域よりも断面積が大きい流体通路４６の別の区画に連通している。この例示的な実施形態において、電機子を、従って移動部材全体を流入口の方へ付勢するようにばね４８が設けられている。再び、流体が流体通路を通って流れる際に、狭窄流域における圧力は流入口の圧力より低く、第１室内の圧力は第２室内よりも低く、従ってバルブ部材を開放位置へ圧迫する力が移動部材に作用する。
【００７８】
図４に、図２を参照して説明した流体作動機械のような流体作動機械での使用に適したバルブアセンブリの代替的な実施形態を示す。上述のように、バルブアセンブリ２００は、必要に応じて作動室および排出口２０４（この場合複数の放射状に延びる開口部に至る）から流体を取り込むための流入口２０２を含んでいる。移動部材は、バルブステム２０８およびポペットバルブヘッド２１０と一体的に形成された電機子２０６を含んでいる。ポペットバルブヘッドは、図４に示す開放位置と、バルブシート２１２に接して密封する閉止位置の間で動作可能である。電磁石２１４を用いてコントローラの能動的な制御下でバルブを閉止することができ、移動部材を電磁石から離れる側へ付勢し、従ってポペットバルブヘッドを開放位置へ付勢する戻りばね２１６が設けられている。第１の流体流れモードにおいて、例えば排出行程休止期間中、流体が経路２１８に沿って流れる。これにより、本発明の序論で述べた４種の力がポペットバルブヘッドをバルブシートの方へ圧迫するように作用する。これらの力が、戻りばねにより移動部材に作用する力を超えた場合、コントローラの制御外で、非自発的なポンピング行程が生じるであろう。
【００７９】
しかし、バルブアセンブリは更に、バルブシートから離れた位置に、間を流体が流れられるように放射状の接続アーム２２２によりバルブアセンブリに固定されたバリア２２０をバルブヘッドの上流側に含んでいる。バリアは、バルブ部材の外周の回りで狭窄流域２２６に連通する減圧室２２４を画定する。これにより、流体が流路２１８に沿ってバルブアセンブリから流出する際に、圧力が狭窄流域において低下し、従って減圧室内でも低下する。ポペットバルブヘッドの反対側の密封面２２８に作用する圧力は、流体流路の断面が大きいほど大きい。このため、ポペットバルブヘッド（ここでは移動部材として機能する）は従って、バルブ部材をバルブシートから遠ざかる方へ圧迫する力を感知する。この力は、流体の流速に伴い増大し、バルブ部材をバルブシートの方へ圧迫する力が最大であるときとほぼ同時に最大となる力を及ぼす。
【００８０】
移動部材は、バリア内の開口部２３０を通ってポペットバルブヘッドを越えて延びており、バリアとポペットバルブの間の室内に少なくともいくらかの流体が常に存在するように開口部の外周と協働してポペットバルブヘッドがバルブシートから離れる動きを制限するフランジ２３２を含んでいる。これにより、閉止に対する不要に強い抗力を与え、バルブアセンブリの電力消費を増加させ、動作速度を低下させるスクイズ膜の形成が回避される。
【００８１】
更に、バリアは、バルブ部材の上流の表面領域全体にわたって延びていて、上に述べた本発明の背景説明で言及した第２〜第４の力からポペットバルブヘッドを遮蔽するように機能する。バリアは、ポペットバルブヘッドから離れる方向に作用する少なくともせん断力および加速関連の力に遭遇するが、バリアがバルブアセンブリの本体に固定的に取り付けられているため、これらの力はバルブアセンブリの本体に伝達され、ポペットバルブヘッドには影響を及ぼさない。
【００８２】
バリアは、ポペットバルブヘッドの外周周辺でバリアから下流方向の延びているリップ３２４を含んでいることにより、少なくとも粘性抗力力を更に低減する。いくつかの実施形態において、バリアはポペットバルブヘッドの表面領域の一部しかカバーせず、この場合、バルブを閉止状態に圧迫する力は依然としてこの機構により低減されるが、その程度は小さい。
【００８３】
図５を参照するに、代替的なバルブアセンブリは、上述のようにバルブ本体３０２および、バルブステム３０４とポペットバルブヘッド３０６を含む起動された移動部材を含んでいる。バリア３０８がポペットバルブヘッドの上流に配置されているが、バリア、バルブシート３１２に隣接するバルブ本体、およびポペットバルブヘッドの下流面３１４は、流体流路３１０が、ポペットバルブヘッドが開放位置から閉止位置へ移動するであろう方向に対して約９０°でポペットバルブヘッドの下流面に入るように形成および配列されている。従って、ポペットバルブヘッドの下流面に作用するせん断力は、放射状に内向きに向けられていて、ポペットバルブヘッドを閉止位置に圧迫するように作用する力への寄与が全く無いかまたは最小限である。図６に示す別の実施形態において、バルブシートに隣接したバルブ本体は、流体流路に沿って流れる流体が、ポペットバルブヘッドが開放位置から閉止位置へ移動するであろう方向に対して９０°を超える角度でポペットバルブヘッドの下流面に流入するように構成されている。これらの例において、ポペットバルブヘッドの下流面は、ポペットバルブヘッドが移動するであろう方向と平行な法線を有する。しかし、ポペットバルブヘッドは代替的な横断面を有していてもよい。例えば、ポペットバルブヘッドの下流面は、凹または僅かに凸であってもよい。
【００８４】
図７に示すバルブアセンブリ４００の更なる実施形態において、バルブ部材は、中空バルブステム４０４を通って電磁石４０８により起動可能な移動ポール（電機子）４０６に取り付けられた環状バルブ部材４０２により形成されている。戻りばね４１０はバルブを閉止位置の方へ付勢する。図７に示す第１の流れモードにおいて、流体は、高圧マニホルドに接続されたポート４１２を通って放射状に内向きに流れ、そして作動室４１４の外へ流れる。バルブ部材のボディ４１８から放射状に内向きに延びる円形フランジ４１６によりバリアが形成されている。バリアは、環状バルブ部材の外縁に重なっていて、バルブステム内の中心バルブ部材開口部４２０を通って環状バルブ部材の内縁周辺の流体を迂回させることにより、これがないと閉止位置に圧迫している環状バルブ部材に作用するであろう運動力を低減する。更に、バルブ部材に直接隣接するポートを通る流体の流れが狭窄される箇所に狭窄流域４２２が形成され、低圧領域４２４は狭窄流域と流体連通している。従って、バルブを流体の流れに抗して開いたまま保持するのに必要な電磁石の電流消費は、バリアを欠くバルブに比べて減少する。
【００８５】
バルブは、流体作動マシンコントローラの能動的な制御下において、高圧マニホルドから容積が周期的に変動する作動室への流体の流れを調整するように、流体作動機械内の高圧力バルブとして特に有用である。
【００８６】
権利請求された発明の範囲内において更なる変型および変更を行なうことができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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