(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる断面積を有し、かつ、それぞれの端面（９ｂ、１０ｂ、１１ａ）にて所定の位置で互いに接触する、ガイド部材により案内される２つのピストン（９、１０、１１）と、前記２つのピストン間における力の伝達を行うために選択的に圧力室から排出及び圧力室に導入される作動液を充填した圧力室（３０、１５ａ〜１５ｃ）であって、該圧力室（３０、１５ａ〜１５ｃ）の容量は前記２つのピストンが互いに接触した状態で移動するにつれて変化する圧力室とを備える液圧階動ピストン装置において、
前記圧力室（３０、１５ａ〜１５ｃ）の容量の変化に応じて前記圧力室内の前記作動液の量を変化させる変化手段（２５、２０）を備えたことを特徴とする液圧階動ピストン装置。
【請求項２】
請求項１に記載の液圧階動ピストン装置において、前記変化手段は、前記圧力室に接続され、前記作動液が通過可能な通路（２５）と、前記通路を遮断することにより前記作動液の流れを制御する前記２つのピストンのうちの一つ（９又は１０）とを含むことを特徴とする液圧階動ピストン装置。
【請求項３】
請求項２に記載の液圧階動ピストン装置において、前記２つのピストンのうちの一つは、所定経路において、作動液の通路への流れを一時的に遮断するように配置されていることを特徴とする液圧階動ピストン装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の液圧階動ピストン装置において、前記通路は、作動液用のリザ−バに接続されていることを特徴とする液圧階動ピストン装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の液圧階動ピストン装置と、前記２つのピストンのうちの一つ（９又は１０）に対して、残りのピストン（１１）へ向けての力を加えるための装置（５）とを備えたことを特徴とする駆動装置。
【請求項６】
請求項５に記載の駆動装置において、前記装置（５）は、圧液により前記２つのピストンのうちの一つの端面に圧力を伝達する伝達装置を備えており、前記伝達装置は、与圧室（８０）と、リザーバから前記与圧室に圧液を導入するための供給系統（５０、５１、５３）とを含んでおり、前記２つのピストンのうちの一つ（１０）は、前記与圧室の可動壁を形成していることを特徴とする駆動装置。
【請求項７】
請求項６に記載の駆動装置において、前記２つのピストンのうちの一つ（１０）内には、前記供給系統に属する複数の作動液用の貫通路（１２，１３）が形成されており、前記各貫通路は、前記与圧室（８０）との連通をとるとともに、２つのピストンのうちの一つ（１０）のジャケット表面に形成された複数の開口（１２ａ）を有しており、前記各開口は、前記２つのピストンのうちの一つの位置に対して各貫通路が互いに異なる区域にあるとき、前記リザーバ（６０）と接続されることを特徴とする駆動装置。
【請求項８】
請求項７に記載の駆動装置において、前記装置（５）により前記２つのピストンのうちの一つ（１０）に力を加えた結果、前記２つのピストンのうちの一つ（１０）が移動して、前記各貫通路が前記リザ−バに次々と接続されるにつれて流路抵抗が連続的に増加するように、前記各貫通路が設計されていることを特徴とする駆動装置。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の駆動装置は、前記２つのピストンのうちの一つが移動して前記与圧室（８０）の容量が減少するときに、その与圧室から排出される作動液を回収するための手段（６１、５４、５２、５０）を備え、前記与圧室の容量が所定の最小限界値よりも小さくなったとき、前記２つのピストンのうちの一つ（１０）内に形成された通路（１４）を介して作動液が排出されることを特徴とする駆動装置。
【請求項１０】
請求項５〜９に記載のうちいずれか１項に記載の駆動装置の動作方法であって、初期位置において２つのピストン（９、１０、１１）を各々の端面（９ｂ、１０ｂ、１１ａ）にて互いに接触させ、力を発生する手段（５）によって大きな断面積を有するピストンを移動させ、前記ピストンの移動中に前記圧力室内の作動液の量を一旦減少させた後、一定に保つことを特徴とする駆動装置の動作方法。
【請求項１１】
請求項５〜９に記載のうちいずれか１項に記載の駆動装置の動作方法であって、初期位置において２つのピストン（９、１０、１１）を各々の端面（９ｂ、１０ｂ、１１ａ）にて互いに接触させないようにし、力を発生する手段（５）によって小さな断面積を有するピストンを移動させ、前記ピストンの移動中に前記圧力室内の作動液の量を一旦一定に保持し、前記２つのピストン（９、１０、１１）を各々の端面（９ｂ、１０ｂ、１１ａ）にて互いに接触させた後、その作動液の量を増大させることを特徴とする駆動装置の動作方法。
【請求項１２】
請求項５〜９の内いずれか１項に記載の駆動装置を備えたことを特徴とする内燃機関のバルブ。
【請求項１３】
請求項１２に記載の吸気弁、排気弁を含むバルブを備えたことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、互いに異なる断面積を有する２個のガイド付きピストンと、両ピストン間の力を伝達するため作動液を充填した圧力室とを有する液圧階動ピストン装置に関する。両ピストンは、所定の位置で端面において相互に接触する。更に本発明は、液圧階動ピストン装置を備えた駆動装置及び内燃機関の弁作動のための駆動装置の動作方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
油圧駆動技術において、異なる断面積を有する複数のピストンが静圧Ｐを受ける作動油と連携して作動する油圧階動ピストン装置が知られている。通常、異なる断面積Ａi （ｉは異なるピストンの識別符号）を有する複数のピストンに対して作動油により力Ｆi ＝Ｐ＊Ａi が作用するとともに、作動油は圧縮性が低いために、圧縮不能な流体として機能するという効果が利用される。
【０００３】
公知の階動ピストンの応用例としては、油圧系を介して連結される互いに異なる断面積Ａi （ｉ＝１，２）を有する２個の独立したピストンを備えた油圧駆動装置（油圧伝達装置）がある。両ピストンは力学的に連結されている。各ピストンの断面に対して直交する方向に各ピストンが移動するように、作動油が充填された圧力室を設けることによって、力学的連結がなされる。両ピストンは圧力室内で作動油を介して伝達された同一の静圧を受けることから、この圧力室は両ピストンの力学的伝達機能を有する。油圧駆動装置ではピストン表面に作用する力はピストン面積に比例し、即ちＦ1 ＝Ｆ2 ＊Ａ1 ／Ａ2 である。しかし、ピストン表面に対し直交する方向のピストン移動量△ｓi はピストン表面積に反比例する。即ち、△ｓ1 ＝△ｓ2 ＊Ａ2 ／Ａ1 である。油圧駆動装置は、両ピストン間において力学的な伝達関係をもたらす油圧系を備えることにより、力学的エネルギーを維持しつつ力の変換を行う。油圧駆動装置の典型的な使用例として、例えば油圧プレスのように、一方のピストンから同ピストンより大きな断面積を有する他方のピストンに力を伝達することによって力を増幅させるものがある。
【０００４】
階動ピストンのその他の公知応用例として、スラスト力を発生させる所定の圧力Ｐを受ける作動油とともに可変スラスト力を用いた駆動装置がある。例えば、異なる断面積を有する複数のピストンを互いに密に連結するとともに、異なるピストン表面を順次作動油に作用させ、または再び作動油から離間させることにより可変スラスト力が得られる。例えば、欧州特許出願公開第0 075 472 号に開示された内燃機関の排出弁の駆動装置は、この原理に従って動作する。可動式のニードルバルブに密に連結された２個の油圧駆動ピストンは、排出弁の開閉位置を制御し、小さなピストンは、燃焼ガス排出後に内燃機関における燃焼室内の比較的低いガス圧に対抗して弁を閉鎖させるために用いられ、大きなピストンは、燃焼工程中に増加する比較的高いガス圧に対抗して弁を閉鎖した状態に保持するために用いられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、可変スラスト力を生じるための階動ピストンにおいては、スラスト力の変更を行うために複雑な油圧制御を要するという短所がある。各ピストン及び各圧力室にとってピストンに力を付与する作動油を導入するための特別な圧力室が必要であり、この圧力室内の圧力を適切に設定するための積極制御が必要である。
【０００６】
本発明はこの点における補助的手段を提供することを目的とする。即ち、本発明の目的は、任意の力を経時的に変化する力に変換するための制御がより容易な液圧階動ピストン装置を提供することにある。
【０００７】
本発明の別の目的は、前記液圧階動ピストン装置を備えた駆動装置を提供することにある。
本発明の更に別の目的は前記駆動装置の動作方法及び駆動装置によって作動する内燃機関のバルブを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために本発明の液圧階動ピストン装置及び駆動装置は、所定の位置においてそれぞれの端面において相互に接触し、かつ、互いに異なる断面積を有する、ガイド部材により案内される２個のピストンと、２個のピストン間における力の伝達のために選択的に圧力室から排出及び圧力室に導入される作動液を充填した圧力室であって、該圧力室（３０、１５ａ〜１５ｃ）の容量は前記２個のピストンが互いに接触した状態で移動するにつれて変化する圧力室と、前記圧力室（３０、１５ａ〜１５ｃ）の容量の変化に応じて前記圧力室内の作動液の量を変化させる変化手段を備えている。一方のピストンが作動液を押圧する方向に前進する間に圧力室内の作動液の量を変化させることにより、第２のピストンへ伝達される力を変化させる。
【０００９】
一例として、この装置は、ピストン前進時に第１のピストンにおける所定の力を２つの動作段階において異なる強さの第２のピストンの力に変換すべく動作する。制御装置による制御に基づき、２個のピストン間の連結の性質を第１のピストンの力を十分に第２のピストンに伝達する形状的な連結から、液圧駆動という力学的な連結に切り換えることにより、力が変化する。第１のピストンから第２のピストンに伝達される力を変化させる要因は、２個のピストンの断面積である。本発明の利点は、別個に動作する適切な制御要素を用いることのない制御装置が得られるという点にある。のみならず前記制御装置の一実施例では、ピストンの位置のみにより２個のピストン間における力の伝達特性が決定される。この原理の更に別の利点は、２個以上のピストンからなる独立可動式ピストン装置のピストンを段階的に連結させることが可能となるという点にある。従って、この原理においては、動作制御要素を用いることなく、ピストン前進中にピストンの位置に応じて、不連続な所望の値に力を変換する駆動装置を得ることが可能となる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した一実施の形態を図１〜図８に従って説明する。図１〜図４に示す駆動装置及び図５〜図８に示す駆動装置は、第１のピストン９（図１参照）、１０（図５参照）と第２のピストン１１よりなる本発明のピストン装置を備えている。第１のピストン９、１０の断面直径（Ａ1 ）は、第２のピストン１１の断面直径（Ａ2 ）よりも大きくなっている。第１のピストン９、１０の力Ｆ1 は、その第１のピストンが力Ｆ1 の方向に前進するにつれて、力Ｆ2 に変換される。なお、力Ｆ2 は、ここでは詳細に説明しないが、装置４０からの力Ｆ3 （＜Ｆ2 ）を打ち消す役割を有している。力Ｆ3 についての詳細な説明は省略するが、力Ｆ3 は、第２のピストン１１に加えられる。以下において符号ｉ＝１及び２は、それぞれ第１のピストン及び第２のピストンに関する物理的パラメータを表す。
【００１１】
図１及び図５における２個のピストン９（１０）、１１は同一方向に動き、第１の動作段階において２個のピストン９（１０）、１１がそれぞれの端面にて相互に接触するように両ピストン９（１０）、１１の連結（カップリング）が制御される。Ｆ1 ＝Ｆ2 であるとき、第１及び第２のピストン９（１０）、１１の移動量△ｓ1 ＝△ｓ2 となる。第２の動作段階では２個のピストン９（１０）、１１は油圧駆動装置（油圧伝達装置）として共に動作する。その際、Ｆ2 ＝Ｆ1 ＊Ａ2 ／Ａ1 及び△ｓ2 ＝△ｓ1 ＊Ａ1 ／Ａ2 となる。即ち、第１のピストン９（１０）と比較して第２のピストン（１１）は、力Ｆ2 が小さく前進距離が大きくなる。また、この種の装置は、ピストンの前進時に比率Ａ2 ／Ａ1 の大きさに応じて小さくなる逆方向の力Ｆ3 に対抗しながらの前進を確実に得るのに適している。
【００１２】
図１−図４は、両ピストンのスタート位置から前進時及び後退時の動作について、これらピストンの４つの特徴的な位置における本発明の基本原理を示す。図１−図４はピストン装置の断面図である。第１及び第２のピストン９、１１は円柱状をなし、それら２つのピストンはシリンダ軸方向に配置されている。第１及び第２のピストン９、１１を案内するためにガイド部材１５が設けられている。このガイド部材１５は大径部（第１の部分）１５ａ及び小径部（第２の部分）１５ｂを有し、大径部１５ａは第１のピストン９の動作方向、小径部１５ｂは第２のピストン１１の動作方向を決定する。２個のピストン９、１１が基本位置においてそれらの端面９ｂ、１１ａにて接触するように、大径部１５ａ及び小径部１５ｂの寸法及び位置が設定されている。大径部１５ａ及び小径部１５ｂは中空円筒状を成しているとともに、大径部１５ａの内壁はピストン９のジャケット９ｃに対応する形状をなし、小径部１５ｂの内壁はピストン１１のジャケット１１ｃに対応する形状をなす。従って、ガイド部材１５の大小両径部１５ａ、１５ｂの内壁に沿って、ピストン９、１１がｙ方向へ移動する。本実施の形態では、図１に示すように、２個のピストン９、１１の移動方向は同一である。
【００１３】
図１はピストン９、１１の基本位置を示す。第１のピストン９は基本位置において、大小両径部１５ａ、１５ｂ間の接続壁１５ｃから所定間隔ｓ＝ｓmax 隔てた位置にある。第２のピストン１１の一部はｙ方向において大径部１５ａの下部内に突出し、その突出部の端面１１ａにて第１のピストン９の端面９ｂに接触している。図１の装置において、両端面９ａ、１１ａと共に両ピストン９、１１間に空洞３０が形成されるようにガイド部材１５が設計されている。この空洞３０には作動油が導入される。リザーバ２１は管路２６を介して空洞３０に接続され、該リザーバ２１から接続壁１５ｃの近傍において空洞３０に作動油が導入される。管路２６内には公知の逆止弁等が配置されている。
【００１４】
駆動源としての装置５（例えば、機械式レバー、油圧プレス）により、第１のピストン９に負のｙ方向への一定の力Ｆ1 が加えられる。両ピストン９、１１は、空洞３０から作動油が排出されることなく、力Ｆ1 をＡ2 ／Ａ1 比によって第２のピストン１１の力Ｆ2 に減少させる油圧駆動装置として動作し、両ピストンは前記の関係に基づき離間する。ここで、Ａ1 は大径部１５ａにおいてｙ軸に直交する空洞３０の断面積であり、Ａ2 は小径部１５ｂにおいてｙ軸に直交する空洞３０の断面積である。
【００１５】
本発明において、第１のピストンが基本位置からｙ方向へ移動する動作の第１段階において空洞３０から作動油を移動させ、第２段階において空洞３０からの作動油の移動を遮断する。これにより、図１の基本位置における第１及び第２のピストン９、１１間の形状的な連結が、油圧駆動装置による力学的な連結に切換えられる。このような油圧制御により、第１の動作段階において両ピストン９、１１は端面９ｂ及び１１ａにて互いに接触を保持し、これにより移動方向への力が十分に第１のピストン９から第２のピストン１１に伝達される。そして、第２の動作段階において初めて油圧駆動装置が動作する。このような切換え制御を行う制御装置を図１−図４の駆動装置において示す。ガイド部材１５の壁には通路２５を介しリザーバ２０に作動油を移動させるための開口部が形成されており、第１のピストン９は通路２５への流路遮断部材として機能する。また、その開口部は、位置ｓ＝ｓmax （図１）と第１のピストン９がｙ方向に最大に前進した第２の限界位置（ｓ＝０）の間に配置されている。上記の設計においては、第１のピストン９のジャケット表面９ｃが通路２５及びリザーバ２０への作動油の流入を遮断したときに、油圧駆動装置が初めて動作する。従って、開口部の寸法及び位置により、両ピストンが端面にて接触する（図１及び図２）動作段階と、油圧駆動装置として動作する（図３）動作段階とが決定される。
【００１６】
両ピストン９、１１が前進（図３に示す例を参照）後、図１に示す駆動装置の基本位置まで後退する過程を図４に示す。装置４０からの逆方向の力Ｆ3 は、この力Ｆ3 に対抗して力Ｆ1 が減少（例えばＦ1 ＝Ｆ2 ＝０）した後、両ピストン９、１１を基本位置に戻すに充分な大きさを常に有しているものとする。係るピストンの後退時において両ピストン９、１１はまず力Ｆ3 による油圧駆動装置として動作し、Ａ1 ／Ａ2 に応じて大きくなったＦ3 は第１のピストン９に加わる。同時に、両ピストンの端面１１ａ及び９ｂ間の距離は、両ピストン９、１１が接触する時点まで縮まる。この時点まで空洞３０の容量と作動油の量とが互いに一致した状態を保持しつつ両ピストン９、１１は移動する。ピストンが始動位置へ更に移動すると、空洞３０の容量は増加して作動油量は空洞３０を充填するのに充分ではなくなる。空洞３０を再充填するためには、前進時に排出された容量、または微細な漏れにより流出した容量の作動油を補充する。係る目的のためリザーバ２１及び／またはリザーバ２０から空洞３０に作動油を流入させる。通路２５用の開口部が第１のピストン９のジャケット表面９ｃにより覆われなくなったとき、リザーバ２０から作動油の供給を開始することができる。例えば、圧力低下または重力により空洞３０に作動油が充填される作動油連絡系統としてリザーバ２０及び空洞３０を配置することにより、リザーバ２０またはリザーバ２１から作動油を容易に供給することができる。
【００１７】
図１に示す装置では、空洞３０からの作動油の移動が遮断され、油圧駆動装置としての動作が開始するときの第１のピストン９の位置ｓは、通路２５に接続されるガイド部材開口部の配置により決定される。領域０＜ｓ＜ｓmax のあらゆる所望の位置ｓにおいて油圧駆動装置を動作させるべく、図１の装置を容易に変更することができる。即ち、図１に示す通路２５の代わりに空洞３０とリザーバ２０の間に接続通路を設けることにより、上記の目的が達成される。この接続通路は位置ｓと無関係に空洞３０内の作動油と連通し得るが、位置ｓに応じて連通の制御が可能な弁により、選択的に接続通路を開閉することも可能である。このようにして、駆動装置が油圧駆動装置としての動作開始位置ｓを制御することができる。位置ｓと関係なく空洞３０に接続することができる通路開口部を、例えば、接続壁１５ｃ及び小径部１５ｂの境界部に設置してもよい。
【００１８】
図１〜図４に示す本発明の駆動装置の別の実施の形態を図５〜図８に示す。図１に示す装置の動作方法の説明において、力Ｆ1 の生成装置５についての詳細は説明していない。図５〜図８は、図１〜図４に示す駆動装置において生成装置５が油圧系を形成している実施の形態を示す。
【００１９】
生成装置５を油圧系とする場合において、ガイド部材１５に付加的な部材を設ける必要がある。また、第１のピストン９をピストン１０に変更し、これにより第１のピストン１０に力を伝達し、両ピストン１０及び１１の一連の動作を制御する。図５に示す装置は、第１のピストン１０の位置ｓが下限よりも低いか、または上限を越えたとき、両ピストン１０、１１の移動速度を減少させる油圧ブレーキ装置を備えている。これにより、境界要素に取り付けられた両ピストン１０、１１に対する影響を弱め、駆動装置の摩耗を確実に減少させる。
【００２０】
図５に示す装置では、第２のピストン１１とは反対側のピストン１０の端面１０ａに、力Ｆ1 が油圧的な圧力として加えられる。圧力を発生させるための装置として、第１のピストン１０の端面１０ａ、大径部１５ａの内壁及び境界壁１６により形成される与圧室８０が設けられており、その与圧室８０には、作動油が供給される。作動油リザーバ６０及び接続通路５３、５１が属する供給系統は、制御ユニット７０の制御に従って、開口部５１ａを介して圧力Ｐ1 の作動油を供給する。第１のピストン１１は与圧室８０の可動壁を形成し、その可動壁に力Ｆ1 ＝Ｐ1 ＊Ａ1 がｙ方向に加えられる。作動油を与圧室８０より移動させるために、その作動油の流出が制御される。即ち、接続通路５２及び５４を介して内圧Ｐ2 ＜Ｐ1 下のリザーバ６１に、制御ユニット７０の制御に従って作動油が流出する。コミュニケーションインターフェイス７１を介して制御ユニット７０に制御される制御弁５０は、作動油の流出入を制御する。前記制御弁５０はすべり弁として機能し、リザーバ６０から与圧室８０へ作動油を供給すると同時に、リザーバ６１への流出を遮断する動作、またはその逆の逆流動作を行う。このため、接続通路５３及び５１間の接続または接続通路５２及び５４間の接続の制御が可能な接続装置として、同期接続部材５０ａ及び５０ｂがそれぞれ設けられている。接続部材５０ａは接続通路５３及び５１の間または接続通路５２及び５４の間を遮断し、接続部材５０ｂは接続通路５３及び５１の間または５２及び５４の間において、矢印で示す方向へ作動油を流通させる開放接続部材である。
【００２１】
図５に示す駆動装置の動作方法を以下に詳細に記載する。図５−図８は、第１のピストン１０が境界壁１６に近い位置にあるとき、空間ｓの容量が最大値を示す基準位置（図５）から両ピストン１０、１１が移動する際の駆動装置の各部材の位置を示す。空間ｓの容量が最小値になる最終位置（図７）において、両ピストン１０、１１は端面１０ｂ、１１ａにて相互に接触する。図８は、この最終位置から両ピストン１０、１１が図５の基準位置まで後退する際の駆動装置を示す。図７は、油圧駆動装置が活性化されて、両ピストン１０、１１が端面１０ｂ、１１ａにて相互に離間し始める中間位置を示す。従って、図１〜図４と図５〜図８は同じ動作状態を表す。
【００２２】
基準位置から最終位置までピストンが移動しているとき、リザーバ６０から与圧室８０に作動油が移動する。この段階において制御弁５０により接続通路５１と５３が接続され、接続通路５２と５４が遮断されるため、与圧室８０から作動油は流出しない。
【００２３】
本実施の形態では、両ピストン１０、１１の一連の動作を制御するために、第１のピストン１０を介して第１の与圧室８０への作動油流入を調整するようにしている。この調整では、接続通路５１から与圧室８０に大径部１５ａの壁を貫通する開口部５１ａを介して作動油が供給される。開口部５１ａから与圧室８０に作動油を直接流入させるための少なくとも１つの貫通通路がない場合、開口部５１ａは、図５に示す基準位置において第１のピストン１０のジャケット表面１０ｃによって遮断されるような位置に配置される。図５に示す駆動装置は、第１のピストン１０に設けられ、前記ピストン１０と共に開口部５１ａに対して相対的に移動する２つの貫通通路１２、１３を有する。両貫通通路１２、１３は、ピストン１０のジャケット表面１０ｃの開口部１２ａと端面１０ａの開口部１２ｂとをそれぞれ接続する。両貫通通路１２、１３は互いに異なる断面積を有し、これにより、作動油に異なる流体抵抗をもたらす。第１のピストン１０が移動を開始する時点で、より大きい断面積を有する貫通通路１２のみによって開口部１５ａと与圧室８０とが接続されるように、両貫通通路１２、１３は配置されている（図７、図８参照）。第１のピストン１０の前進時において、吸入開口部１２ａが開口部５１ａと重なっている間、この接続は保持される。第１のピストン前進時に、吸入開口部１２ａと開口部５１ａとの重なりがなくなった瞬間から、接続通路５１と与圧室８０（図６、図７）とが接続されるように第２の貫通通路１３は配置される。第２の貫通通路１３の断面積は第１貫通通路より小さいため、与圧室８０への時間当たりの作動油流入量は図５に示す基準位置より減少する。第１のピストンの前進速度は、与圧室８０への時間当たりの作動油流入量が増大するにつれて大きくなる。このため、両貫通通路１２、１３及び開口部５１ａの位置及び寸法により決定される特定の距離よりも距離ｓが小さくなるときに、前記ブレーキ効果が得られる。
【００２４】
通路２５、２６を介した空洞３０への作動油の流入及び通路２５を介した空洞３０からの作動油流出は、図１〜図４に示す駆動装置と同じ原理による図５〜図８に示す駆動装置により行われる。ただし、図５に示す駆動装置では、この部分の構成が図１よりも簡素化されている。図５に示す駆動装置では、通路２５及び２６は図１のように異なるリザーバ（リザーバ２０、２１）には接続されておらず、共通の作動油リザーバ２６に通路２８を介して接続されている。図１及び図５に示す通路２６は、空洞３０に作動油を充填するためにのみ設けられており、通路２６を介しての作動油流出は駆動装置の機能と一致しないため、図５に示すように、通路２６と２８の間に逆止弁２７が設けられている。このように図１及び図５において通路２６は作動油の一方経路として設計されている。リザーバ２９と空洞３０間における作動油の自由な二方向性交換は、通路２５を介してのみ可能である。通路２５及び２６における作動油流動方向を、駆動装置の各動作段階において図５及び図８に矢印で示す。
【００２５】
ピストンが基準位置に後退するとき（図７）、与圧室８０とリザーバ６０との接続はすべり弁５０により遮断される。一方、与圧室８０から作動油を流出させることにより、力Ｆ1 及びＦ2 が小さくなって力Ｆ3 による後退動作が得られるように、与圧室８０とリザーバ６１とが接続される。第１のピストン１０は、図７に示す最終位置から図５に示す基本位置まで後退するとき、最終位置に到達する直前にピストンの速度を緩めるブレーキ装置を有する。このブレーキ装置は前記したピストン前進時のブレーキングに類似する原理に従い動作する。図８と図５とを比較すると明らかなように、ピストン後退時に接続通路５２、開放された制御弁５０及びリザーバ６１に通じる接続通路５４を介して与圧室８０から時間当たりに流出する作動油の量を減少させることにより、ブレーキングを行う。ピストン後退の開始時において与圧室８０からの流出作動油量は、与圧室８０と接続通路５２の間に位置する大径部１５ａの貫通開口部が第１のピストン１０のジャケット表面１０ｃに覆われる程度に応じて制限される。この状態において作動油が移動する方向を図８の接続通路５２内に矢印にて示す。ピストンの後退が進むにつれ作動油の流出量は減少し、最終的にジャケット表面１０ｃにより通路５２への開口部が閉鎖されると作動油の流出もなくなる。与圧室８０から作動油を急激に流出させないため、また、これにより第１のピストン１０の移動速度を急速に緩めないため、更に、前記の状態を回避して最小量の作動油を常に確実に流出させるため、第１のピストン１０には貫通通路１４が設けられている。この貫通通路１４は、与圧室８０の容量が所定の限界値よりも小さい場合、貫通通路１４を介して与圧室８０から接続通路５２に作動油が常に流出されるように、第１のピストン１０の端面１０ａとジャケット表面１０ｃとを接続する。この貫通通路１４がなければ、接続通路５２への接続はピストン１０自身により遮断される。貫通通路１４の断面の寸法及び位置を適切に設定することにより、与圧室８０から時間当たりに流出する作動油の量を制御することができる。又、これにより、駆動装置の基準位置まで両ピストン１０、１１が後退する最終動作段階において、両ピストン１０、１１の速度を制御することが可能となる。
【００２６】
図５に示す駆動装置の使用方法として、経時的に変化する逆方向の力により内燃機関の弁（例えば、シリンダー吸気弁またはシリンダー排気弁）を作動させることが挙げられる。例えば、内燃機関のシリンダーにおける排気弁である。この排気弁の開放時において、内燃機関の燃焼室に生じるガス圧により生じる力、更に、ニードルバルブの移動を妨げるリセット装置の任意の逆方向の力に抗して、ニードルバルブを移動させる必要がある。排気弁が開放されるとき、高圧の燃焼ガスが燃焼室より排出される。これにより、ガス圧は急速に低下して、排気弁の開放時、排気弁の開放に対抗する力の総計Ｆ4 、即ち、ガス圧により生じる力とリセット装置による力は本質的に減少する。排気弁の開放時にニードルバルブを所定距離移動させ、力の総計Ｆ4 に一致するスラスト力を減少させる駆動装置は、スラスト力の調節を行わない駆動装置と比較して、より好適なエネルギーバランスを有する。
【００２７】
係るニードルバルブを作動させるため、図５に示す駆動装置を以下のように用いる。ここで、ニードルバルブは力Ｆ3 ＝Ｆ4 を発生する装置４０に相当する。密な連結または油圧駆動装置による力学的な連結等により、第２のピストン１１の力をニードルバルブに伝達する方法は適切でない。排気弁の開放時にニードルバルブを所定距離ｓN だけ移動させるため、図５に示す駆動装置を以下の基準に従い設計する。ここで、第２のピストン１１の移動量ｓ2 は距離ｓN に相当する。
【００２８】
（１）油圧駆動装置の動作前の第１の動作段階においてニードルバルブが前進する際、Ｆ4 ＜Ｆ1 ＝Ｆ2 ＝Ｐ1 ＊Ａ1 となるように、作動油リザーバ６０に一定の圧Ｐ1 を予め加える。
【００２９】
（２）油圧駆動装置の動作後の第２の動作段階において、Ｆ4 ＜Ｆ2 ＝Ｆ1 ＊Ａ2 ／Ａ1 ＝Ｐ1 ＊Ａ2 とする必要がある。
（３）駆動装置のエネルギー消費を最適化するため、ニードルバルブが距離ＳN 前進するときの第１のピストン１０の移動距離は、最小でなければならない。これにより与圧室８０に移動する作動油量が最小になる。
【００３０】
（４）排気弁を閉鎖するには、制御弁５０を図８に示すように切換える。このとき、Ｆ4 の大きさは、ピストンを基準位置に戻すに充分なものでなければならない。充分なガス圧が得られない場合、例えば、予め適切に設定された張力を有する空気ばねを備えた設定装置を設けることにより、不足する力を加えることができる。
【００３１】
第３の基準において、第１の動作段階に要する時間を可能な限り短く、比Ａ2 ／Ａ1 を可能な限り小さくすべきである。ただし、第１及び第２の基準に規定された力Ｆ4 とＦ2 の関係は保持されていなければならない。ニードルバルブの時間と位置の関数として特定のＦ4 値が設定されている場合、前記の関係が成立することは自明である。
【００３２】
本発明の駆動装置の実施の形態は、変更可能である。図５に示す駆動装置において、力Ｆ1 を生じさせる作動油を、ガス等、任意の圧力伝達媒体に置換することができる。また、両ピストン１０、１１の動作方向は必ずしも同一でなくてよい。しかしながら、この場合、両ピストン１０、１１が端面１０ｂ及び１１ａにて接触する動作段階において、両ピストン１０、１１間で力が伝達される際、第２のピストン１１に作用する力の一部が小径部１５ｂに吸収される点を考慮に入れなければならない。これに応じてＦ1 とＦ2 の関係も変更しなければならない。また、図１及び図５に示す駆動装置を逆方向に動作させることも可能である。即ち、小さなピストン１１に作用する力Ｆ3 を大きなピストン９、１０に作用する力に変換する（Ｆ2 ＝０）。このとき、両ピストン９（１０）、１１は一動作段階において油圧駆動装置として動作し、別の動作段階において端面９ａまたは１０ｂ及び１１ａにて相互に接触し、これにより油圧駆動装置の動作を停止させる。この場合、図１及び図５に示す装置と異なり、両ピストン９（１０）、１１は初期位置において端面にて接触しておらず、空洞３０内の作動油量は第１の動作段階において一定である。また、本明細書に記載した駆動装置の規模を拡大することにより、３個以上のピストンからなるピストン装置を形成することができる。この場合、図１または図５に示すような設計の２個のピストンを、各ピストン装置のピストン１個と連結する。
【００３３】
本発明の主旨を以下のように要約する。本発明の油圧階動ピストン装置は互いに異なる断面積を有する２個のガイド付きピストン９、１０、１１を備え、該ピストン９、１０、１１はそれぞれの端面９ｂ、１０ｂ、１１ａにて所定の位置で接触する。また、前記油圧階動ピストン装置は、両ピストン９（１０）、１１間において力を伝達するための作動油を充填した壁１５ａ−ｃで形成された圧力室３０を有し、更に、圧力室３０内の作動油量を変化させる手段２５及び２０を備えている。圧力室３０に接続した通路２５を介して作動油が移動することにより、その作動油量が変化する。ピストン９（１０）が所定経路に沿い移動する際、通路２５への作動油の流出を一時的に遮断することにより、通路２５を介しての作動油の移動を制御する。ピストン移動時に作動油の移動量を制御することにより、圧力室３０内で生じる両ピストン９（１０）、１１間の力の伝達を制御し、一定の力を第２のピストン１１の可変力に変換することができる。このとき、一動作段階において両ピストン９（１０）、１１が端面９ｂ（１０ｂ）、１１ａにて相互に接触し、別の動作段階において両ピストン９（１０）、１１は、作用力を生じさせる油圧駆動装置として動作する。
【００３４】
【発明の効果】
以上、詳述したように請求項１〜４に記載の発明によれば、任意の力を経時的に変化する力に変換するための制御がより容易な液圧階動ピストン装置を提供することができる。
【００３５】
又、請求項５〜９に記載の発明によれば、液圧階動ピストン装置を備えた駆動装置を提供することができる。
更に、請求項１０及び１１に記載の発明によれば、任意の力を経時的に変化する力に変換するための制御がより容易となるような駆動装置の動作方法を得ることができる。
【００３６】
請求項１２に記載の発明によれば、請求項５〜９に記載の駆動装置によって作動する内燃機関のバルブを提供することができる。
請求項１３に記載の発明によれば、請求項１２に記載のバルブを備えた内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストンが基準位置にある油圧階動ピストン装置を備えた駆動装置を示す断面図。
【図２】ピストンが前進中の状態を示す断面図。
【図３】油圧駆動装置としての動作を開始した状態を示す断面図。
【図４】始動位置へピストンが後退する状態を示す断面図。
【図５】大ピストンに油圧力が加えられる油圧階動ピストン装置を備えた駆動装置において、ピストンが基準位置にある状態を示す断面図。
【図６】ピストンが前進中の状態を示す断面図。
【図７】油圧駆動装置としての動作を開始した状態を示す断面図。
【図８】始動位置へピストンが後退する状態を示す断面図。
【符号の説明】
９…第１のピストン、９ａ…端面、１０…第１のピストン、１０ｂ…端面、１０ｃ…ジャケット表面、１１…第２のピストン、１１ａ…端面、１２…貫通通路、１２ａ…開口部、１２ｂ…開口部、１３…貫通通路、３０…圧力室、１５ａ…大径部、１５ｂ…小径部、１５ｃ…接続壁、２０…リザ−バ、２５…通路、５０…制御弁、５１…接続通路、５２…接続通路、５３…接続通路（５０、５１、５３は供給系統を構成する。）、５４…接続通路、６０…リザーバ、６１…リザーバ（６１、５４、５２、５０は、作動液回収手段を構成する。）、８０…与圧室。
【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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【図８】
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