JP2000514524A - 加圧媒体で作動するエンジン用調整弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 圧縮空気で作動するエンジンのような流体で作動するエンジン、特に種々の負荷で実質的に一定の回転速度を制御することを意図した調整弁。その調整弁（３）は、エンジンへの流出口に、弁を調節している流入口チャネル（２）を通過する即時の容積フローのための測定手段（７）を使用して配置されている。その測定手段は弁手段を開くように配置され、容積フローを減少させる傾向の時に、エンジンへの調整弁を通過する容積フローを増加させ、そしてその逆も可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】 加圧媒体で作動するエンジン用調整弁技術分野 本発明は、加圧媒で作動するエンジン用調整弁に関する。より詳細には、圧縮 空気で作動するエンジンについてであり、負荷を変えたときに実質的に一定の回 転速度が得られるように、エンジンへの圧縮空気の流れを調整するために、本発 明の調整弁には、それを介して流れる刻一刻の体積流量を制御するための弁本体 が備えられている。発明の背景 圧縮空気作動エンジンは、多くの用途で使用されている。ここでは主に、翼を 備えたローターを有するラメラエンジンのような容積形(displacement type)エ ンジンに関してであるが、本発明はまた、タービンエンジンにも応用することが できる。特定の用途においてこのようなエンジンは、変位するトルク負荷を用い て作動する。これは例えば、かど研削機、その他の研削機、及び研磨工具、さら には穴あけ機といった手工具の場合である。例えば、米国特許第3,767,332号（W ickhamら）を参照されたい。 ここではアイドリング回転速度という所望する回転速度が得られるような方法 で、可変空気弁によって、圧縮空気システムからの空気の付加をその機械に適合 させる。他の回転スピードを調整する更なる手段が手近になければ、加えられた トルクに比例してエンジンへ負荷を加えたときに、回転速度は減少する。 このことは一般的に望ましいことではなく、トルク負荷にかかわらず、実質的 に一定の回転速度を維持することが望まれる。この結果、遠心型の回転速度調整 手段を配置することが知られるようになった。上記特許文献を参照されたい。こ れらにおいては、入ってく る空気の絞りは、上記の調整手段における回転錘の位置に応じて調整され、錘の 位置が付加される空気の絞りを規定するので、減少する回転速度はこれと逆に作 用する。しかしながら、このような回転速度調整手段は複雑なものとなり、広く 応用された例はみられない。 欧州特許出願公開第Al-0575301号において、圧縮空気で作動する高速タービン 用の速度調整器が既に知られている。この調整器は、流入路を通る圧縮空気の流 れを制御するように配置された弁要素とともに、弁要素を作動させるピストン手 段からなり、ピストン手段は、速度と相関する制御圧力に影響される。制御圧力 は、アイドリングノズルに導かれ、そしてピストン手段に流入する前にタービン ホイールを通過する空気流から得られる。制御圧力は、バネの力に抗してピスト ン手段がどの程度、弁要素を開いた状態に保っていられるか、およびタービンホ イールへの空気流がどの程度絞られるかを規定する。上記の構成は、狭い公差お よびシーリングを備えた協同して作動するピストンを必要とし、さらに圧力バネ の特質に依存する。組み立てられたこれらの要素は、操作上の障害に対して敏感 な装置で、かつ製造するのに高価なものとなる。 上記で述べたのは、圧縮気体、実際には空気により作動する機械装置に関して であり、ある一定以上の圧力降下を伴う圧縮気体の膨張は、それに応じた仕事を に備える。これは、加えたトルクにより増加した回転速度で表すことができる。 このことから、空気を一定して加える場合、トルクの増加は回転速度の低下をも たらすことになる。これに対応した関係が、流れ中の圧力降下により仕事を供給 するような、液体で作動するエンジンにおいても生じる。 本発明の調整弁は、このように、液体が時間単位当たりに強制的に制御された 容量で付加されない場合、液体で作動するエンジンに応用することができる。し かしながら、液圧エンジンの多くは、流量を一定の値に調整することができるポ ンプにより作動するものであり、そのようなものが容積形の液圧エンジンを作動 するとすれば、 エンジンの負荷を増加させても、より低い回転速度をもたらすことはないであろ う。しかしそのかわりに、液体の圧力がより高くなり、それはポンプ内のより大 きな抵抗を生じる結果となり、それにより、より多くの仕事が供給されることに なる。非容積式液圧エンジン、および、例えば畜圧器により加圧された液体によ るような、容積ポンプを用いる以外の別の方法での作動の場合、本発明の調整弁 は、液圧の分野においても適用可能である。発明の説明 本発明の主要原理は、エンジンの負荷に依存するエンジンを通過する流体流量 の変化を、回転速度を制御するために利用することである。回転速度の低下をも たらすエンジンの負荷は、当然、そこを通過する圧力と容量の変化を意味するで あろう。回転速度が負荷の際に降下するようであるならば、エンジンを通過する 流量の変化がエンジンへの流量を制御する弁に作用するようにして、これを逆に 作用させることが可能である。これが本発明を構成する弁である。 このようにして同様の手段により、複雑な遠心式調整器やピストン装置を必要 とせずに、トルク負荷に関係なく、実質的に一定の回転速度を維持するための回 転速度制御が得られる。 本発明は以下の原理に基づいている。少なくとも空気のような圧縮性圧力媒体 により作動する容積形エンジンにおいては、エンジンの回転毎に一定の絶対容積 がエンジンを介して輸送される。それはラメラエンジンであってもよい。絶対容 積の用語は、このことから、圧力に依存しない容積の分量である。これは、絶対 容積で計測された時間単位当たりの圧力媒体の入口流量は、エンジンの回転数に 正比例することを意味する。エンジンの流入口の特定の流路域において、このこ とはまた、計測点における媒体圧力が、エンジンが仕事をしている間にその媒体 が入り口から出口へと輸送されているようなエンジンのセル内の圧力と同じであ るならば、流量は回転速度に比例するものと説明される。 エンジンにかかる駆動トルクが大きければ、エンジンにかかる圧力も大きくな ければならない。本発明において期待されることであるが、エンジンの回転速度 が流入口の弁によって調整されるのであるならば、これは、エンジンのトルク負 荷がより大きな場合、その弁が一定の開かれた状態に保たれているとしたら、エ ンジンに加えられる圧力が増加することを意味するものである。すなわち、一定 の入口流量の場合、媒体は圧縮されているので、より小さな絶対容積がエンジン に加えられることを意味する。このようにして、回転速度は減少する。回転速度 を一定に保ち、あるいはそのときのトルク負荷に関係なく調整しようとするので あるならば、これは前記弁により、媒体の流入量を調整することで行わなければ ならない。この結果、通過量の絶対容量とそれにともなうエンジンの回転速度を 調整することができる。 回転速度が加えられたトルクに応じて調整されるように調整を自動的に行うと すれば、これが本発明の目的であるが、それは、絶対容量で計算されたエンジン への入口流量が、圧力源からエンジンへの入口流量を制御するようにして、本発 明の方法によりおこなうことが可能である。 本発明はこのように、単位時間当たりの絶対容積での入口流量を制御するため の手段がエンジンの流入口に備えられたこと、および同じ入口流量を制御するた めにこれらの手段が流入口の弁装置に連結され、加えられたトルクに関係なく回 転速度を一定に保つことができるようなったことといった原理に基づいている。 これに代わるものとして、例えばより高い負荷をかけたとき回転速度が増加する （調整がなければ減少が起こる代わりに）ように予め定められた相互の関係に従 って、加えられたトルクに応じて回転速度が変化するように、調整システムを配 置することもできる。入口流量は、絶対容積で流入流量として測定するのが好ま しく、それによって流量は、圧力に関係なく制御手段により調整されるのである 。図の説明 以下に本発明の調整弁の実施態様を示す。それについての説明は、空気で作動 するエンジンの使用に関したものである。説明にはさらに、原理としての本発明 のより理論的な説明も含まれている。 添付した図面の示しているのは次のようである。 図１は本発明の原理を示す図であり、ならびに 図２は本発明の調整弁の概略を示す断面図である。好ましい実施態様の説明 図１において、１は圧力源、例えば圧力容器を有するコンプレッサーである。 ２は本発明の調整弁への供給ラインであり、その弁は３であり、連続点線で囲ん で示す。調整弁は流入口ライン４を有し、このラインは加圧媒体により作動する エンジン５に通じており、そのエンジンは容積形エンジン、例えば空気作動工具 に存在するタイプのラメラエンジンであると仮定する。流入口ライン４を経由す る加圧媒体は、スロットル弁６を通過し、この弁により流入口を通過する流れの 速度をある程度低下することができる。スロットル弁６の後にはライン４に挿入 された制御手段７があり、その手段は圧力に依存してライン４を通過する空気流 の速度を調節するように配置されている。絶対容積で決定された一定の流れが測 定手段を通過しそしてエンジン５内へ通過するように、制御手段７から弁６への 調節連結部８は弁６を動かす手段７の測定値の作用を処理する。それによってエ ンジンの回転速度はトルク負荷とは無関係に一定値となる。 前記したように、調整は予め決定した曲線にしたがうトルクにより制御された 回転速度を与えるように調節される。 さらに、弁６は手段９から制御することができ、その手段は空気作動工具にあ っては手動的に操作されるが、しかし別法として、何らかの他の制御手段により 作動することも考慮することができる。弁６を作動する手段９を設ける代わりに この制御のための特別な弁 を流入口ライン４に配置することができる。モーターで作動させた後、媒体は流 出口10から流出する。 以下において、調整弁３の実施態様を図２を参照して説明する。その弁は供給 ライン２を経て圧縮空気系に接続されているものとする。さらに、エンジンへの 供給ラインにおいて、回転速度を独立に調整するための、例えば手動的に調整す るための弁がある。そのような弁は図示していない。 弁３からは調整した空気用の流出口ライン23があり、その流出口ラインはエン ジン５の圧縮空気の流入口に連結している。適当なエンジンは既に公知であり、 容積形エンジン、例えばラメラエンジンであることができ、前記した特許公報US -A-5,299,392（Jacobsson et al.）に記載されたタービンエンジンのようなもの である。 前記した本発明の調整弁３は、エンジンに向けて供給される空気を抑制し絞る ために配置される。この実施態様においては、凹部19でラインが開口している圧 縮空気系からの空気用の流入ロライン４を有するハウス12からなっている。調整 弁を流れる空気流の即時の調節のために、くぼみ部19で放射状及び軸方向の両方 向で働くように遊びをもって設けられているプレート18からなる弁本体18が配置 されている。これはハウス12及びキャップ20の間に形成されている。凹部には、 空気供給のために中心部に配置された、すなわち圧縮空気系に直接連結するよう に、流入口開口部13が設けられている。凹部の流入口開口部13は、弁から流入ロ ライン23に連結している環状のチャネル22により囲まれ、したがって、ラインか ら調整された量の空気がエンジンに加えられる。流入口開口部及び流路22は凹部 の同一の側に位置し、両者はプレート18の平面側（図面の左側）に向かって前の 方に位置している。 凹部19から更なるチャネル24が配置され、そのチャネルの断面領域の流れをス クリュー弁25により調節することができる。 流入口開口部13を通る流入口流れでは、プレート18が位置決めさ れている凹部19に空気が流れ込む。この空気はプレートの両側上の動的圧力によ る作用を受けることができるプレートのまわりに分布し、後ろ側全体に空気が通 り、その流入及び流出チャネルから流出チャネルに切り替わる。これは開口部13 及びチャネル22で終わる凹部の側面へのある一定の距離をもったバランスのとれ た位置をプレートに与える。この距離は空気が流入口開口部から環状チャネル22 及び流出口ライン23へ空気を通すスロットの幅を表す。このスロットを変化させ るとプレートが形成されている弁本体を通過するチャネル連結部12、19、23で空 気の流れを変化させることになる。 エンジンに対するトルクが流量を増加させると、凹部19での圧力が作用するよ うになり、これによって圧カバランスが変化し、プレートの後方側（右側）に抗 する圧力に対して流入及び流出チャネルに対向する側（左側）でプレート18を作 動する。これによりプレートはさらに凹部19内へ（右に）移動し流速は流出口ラ イン23でより遅くなり、これは、流出口開口部13から凹部19を経由して流出口開 口部23へ空気を輸送するためのスロットが増加し、それによって弁を通過する流 れも増加することを意味し、そしてその逆も意味する。これによってエンジンの 回転速度の減少が負荷を増加したときおよび脱負荷をしたときの空回りをそれぞ れ打ち消す。 負荷がないアイドリング回転速度が空気を通しプレート18を通過させる間維持 される。この量及びそれによるアイドリング速度は、弁25により調節され、その 弁によりプレートの後方側上の対向する圧力は異なる量をチャネル24を通過して 流出させるように調整することができる。 この実施態様において、プレート18は弁として機能する。凹部19におけるプレ ートの両側面上での動的関係により空気は流れ、したがって凹部で必要な調節に より決定された位置に受け入れられ、プレートを通過する流体チャネルの領域が 変更され、エンジンへの空気の流れが制御されるようになると認められる。図１ の原理には目 立った測定手段はないという事実及び同様に調節される弁がこの図に従った原理 が残されているものと意味するものではない。 したがって本発明の基本的な考えは、変化した負荷での回転速度における変化 傾向で圧力媒体の流入口における流体エンジンにおいて発生する流速の変化が流 体用弁の制御に利用され、当該流速が減少したときより大きな流入を許容するよ うに開口されており、及びその逆も同様なものであるというものである。これに よって、エンジン上のより大きなトルク負荷に必要なより大きな仕事量が少なく ともある程度補正され増加した負荷での回転速度を減少させるような量を提供す るであろう。この作用は圧縮可能な媒体、気体により操作される容積形エンジン を使用する全ての系で利用することができる。タービンエンジン及び圧縮可能で ない作動媒体として液体を使用するエンジンでは、その作用を最初に説明したよ うなケースで利用できる。 アイドリングを維持するであろうフローで説明したチャネル24は別の方法で設 計することができる。例えば、そのフローは調整弁を通過するシャントで実施で きる。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．種々の負荷で実質的に一定の回転速度を得るための、加圧媒体で作動するエ ンジン、特に圧縮空気で作動するエンジン用の調整弁であって、当該調整弁（３ 、11）には調整弁を通過する即時の容積フローを制御するための弁本体（７／18 ）が設けられているものであって、 弁本体（18）がディスク形状であり凹部（19）で放射的および軸的な遊びを もって配置されており； 凹部（７）は、中心部に位置した流入口開口部（13）、およびこれと同じ側 に流入口周囲を取り囲み凹部に対して開口している環状チャネル（22）を有し、 当該チャネルはエンジンの流入口（５）に連結しており；そして 凹部（19）は、弁本体が同様に可動するような幅を有し、それによって流れ の動的力による弁本体の両側上の凹部に存在する流動媒体が、媒体の流入により 弁本体の他の側に対する開口力により打ち消される閉鎖力を得ているチャネル（ 13、22）の方向に弁本体を圧迫するようになり、それによって調整弁（11）のチ ャネルでの媒体の圧力を増加させるときその弁本体が、当該二つのチャネル（26 、22）が位置決めされている凹部の側から移動し易くなり、それによって弁本体 を通過する流量領域を増加し、負荷を増加したときエンジンの回転速度を減少さ せる傾向を打ち消すようになり、そしてその逆も可能となるように弁本体の位置 でそのようなバランスが維持されていることをことを特徴とする調整弁。 ２．流出口チャネル（24）が、流出口及び環状チャネル(13、22)から離れて対向 している凹部（19）の側面で配置され、弁本体（18）に対する閉鎖力を操作する サイズの流れフローを提供し、それによって凹部での位置を調節することを特徴 とする請求項１記載の調整弁。 ３．流出フロー用流出口チャネル（24）が、回転速度をアイドリング速度調節用 トルク負荷で調節できる回転速度により調節可能な弁（25）を有していることを 特徴とする請求項２記載の調節弁。