JP2001123856A - バルブスプリング荷重の可変制御装置とその制御方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の吸排気バルブとバルブシートの間
に異物が噛み込まれたときにそれを破砕して、吹き抜け
や高負荷時のバルブの溶損を防止する。 【解決手段】 吸気（または排気）バルブ１を閉弁位置
に向って付勢するバルブスプリング７の一端を支持する
スプリングリテーナを二重構造とし、タペット３ととも
に動く第１のリテーナ４と、タペット内で摺動し得るピ
ストン状の第２リテーナ５とによって構成し、それらの
間を油圧室６とする。マイクロコンピューター１４によ
って制御される調圧弁１０により油圧室６へ圧油を供給
すると、バルブスプリング７は圧縮されてセット荷重が
高くなるので異物が破砕される。通常の運転状態では油
圧室６の油圧を低下させるので、スプリング７のセット
荷重が小さくなり、バルブの打音や破損が防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関に使用さ
れる吸気バルブまたは排気バルブのバルブスプリング荷
重を必要に応じて変化させるための制御装置とその制御
方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】ＳＡＥ−９７１６３８には、内燃機関の
排気バルブが変形するか、またはバルブとバルブシート
との間に異物が噛み込まれたときはバルブリークが生
じ、燃焼ガスが吹き抜けるという現象が生じることが報
告されている。このような原因によってバルブリークが
生じると、内燃機関の始動時が悪化したり、燃焼ガスの
吹き抜けにより高回転高負荷時にバルブが溶損する可能
性がある。

【０００３】従来技術として、内燃機関の吸排気バルブ
のバルブリフタを二重構造としてその間に油圧室を設
け、高速運転時か、あるいは低速運転時かという運転状
態の変化に応じて油圧を制御することにより、油圧室の
容積を変化させてバルブリフト量を変化させるようにし
たバルブリフト制御装置が知られている（特開平６−８
１６１７号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術のバルブリフ
ト制御装置においては、バルブスプリングのセット荷重
を、バルブとバルブシートの間に噛み込まれた異物を破
砕する目的で制御しようとする技術思想が含まれている
とは考えられないので、燃焼室内から剥離した異物が吸
排気バルブに噛み込まれた場合に、バルブスプリングの
セット荷重が弱い（小さい）と、異物を破砕することが
できないために、異物が吸排気バルブとバルブシートの
間に噛み込まれたままとなり、前述のようにバルブリー
クが発生して始動性が悪化したり、最悪の場合にはバル
ブが溶損するという問題が生じる恐れがある。また、バ
ルブスプリングのセット荷重をカーボンが破砕できる程
度まで増大させると、高速回転になったときにバルブの
着座音が大きくなるとか、着座するときの衝撃力も大き
くなるために、バルブやバルブシートが破損するという
恐れもある。

【０００５】本発明は従来技術のこのような問題点に鑑
み、吸排気バルブとバルブシートとの間に異物が噛み込
まれたときに、その異物を破砕し得る程度の適正な大き
さのスプリング荷重が発生するようにバルブスプリング
を制御する装置および方法を提供することを目的として
いる。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点に
鑑み、特許請求の範囲の各請求項に記載された手段を提
供する。本発明の制御方法によれば、内燃機関の吸排気
バルブを閉弁方向に付勢するバルブスプリングのセット
荷重を制御し、始動時にはスプリングのセット荷重を増
大させて、吸排気バルブに異物が噛み込まれてもそれを
破砕することにより、内燃機関の始動性の悪化およびバ
ルブ溶損を防止することができる。始動後はスプリング
のセット荷重を軽減することによりバルブ着座音を低減
するとともに、バルブやバルブシートの破損を防止する
ことができる。

【０００７】本発明の制御装置においては、吸排気バル
ブのバルブスプリングを支持するスプリングリテーナを
二重構造として油圧室を形成しているので、油圧室の油
圧を調圧手段によって上昇させると、可動の第２のリテ
ーナとタペットに連動する第１のリテーナとの隙間、す
なわち油圧室の容積が拡大し、バルブスプリングを圧縮
して、その設定荷重を増大させる。それによって、バル
ブとバルブシートの間に噛み込まれている異物が破砕、
除去される。異物破砕の必要がない運転状態において
は、調圧手段によって油圧室の油圧を低下させることに
より、バルブスプリングの設定荷重が減少するので、バ
ルブの着座音が小さくなるとともに、高速回転時にバル
ブやバルブシートが損傷するのを防止することができ
る。

【０００８】

【発明の実施の形態】図１から図３を用いて本発明の第
１の実施形態を説明する。図１は本発明の各実施形態に
共通のシステム構成図である。本発明の各実施形態はい
ずれも図示しない火花点火式内燃機関に本発明を適用し
た例を示すものであり、図１においては任意の１気筒の
吸気バルブの断面構造を示している。

【０００９】図１において、８は吸気ポートであって、
その開口は吸気バルブ１によって開閉される。吸気バル
ブ１はバルブスプリング７によって常に上方、すなわち
吸気ポート８を閉じる方向に付勢されている。吸気バル
ブ１のバルブステム２の上端には上壁付き円筒体からな
るタペット（バルブリフタ）３が設けられている。バル
ブステム２の上端には、バルブスプリング７の上端を支
持する第１のスプリングリテーナ４および第２のスプリ
ングリテーナ５が設置されており、２つのリテーナはい
ずれもタペット３の内部に形成されるシリンダに対して
ピストンのように嵌合し、それらの間に油圧室６が形成
されている。なお、第１のスプリングリテーナ４はバル
ブステム２の上端に固定されて、タペット３と実質的に
一体として移動可能となっており、第２のリテーナ５は
バルブステム２およびタペット３のシリンダ面に対して
液密状態を保って摺動するように形成されている。

【００１０】タペット３の周壁には油路９と接続する通
孔１５が形成されている。油圧室６にはオイルパン１３
からポンプ１１によって汲み上げられて圧送されるオイ
ルが油路９を介して供給される。油圧室６とポンプ１１
との間には調圧弁１０が設けられており、調圧弁１０は
マイクロコンピュータ１４によって制御されている。

【００１１】マイクロコンピュータ１４には運転状態を
知るために図示しないセンサ等からエンジン回転数、ス
ロットル開度、吸気管圧力、クランク位置等の信号が入
力され、運転状態に応じて調圧弁２０により油圧室６の
油圧を変化させて、油圧室６の容積を制御する。調圧弁
１０にはバイパス油路１２が設けられており、油圧室６
内の油圧が制御圧力よりも高くなったときに、余剰なオ
イルをオイルパン１３へ逃がすことにより任意の高さの
油圧に設定できるようになっている。

【００１２】１６は図示しないカムシャフトに設けられ
て吸気バルブ１を開閉するカムであって、タペット３の
上面に常時接触し、油圧室６を介して吸気バルブ１を押
し開く。以上の説明では吸気バルブ１のみをとり上げた
が、図示しない排気バルブについても同様の構成を適用
することができる。

【００１３】次に、図１に示された本発明の第１実施形
態としてのバルブスプリング荷重の可変制御装置の作動
を、図２に示すフローチャートによって説明する。ま
ず、ステップ２０１において図示しない内燃機関のスタ
ータ（始動用モータ）をＯＮとし、ステップ２０２へ進
んで調圧弁１０により油圧室６の油圧を上昇させて、油
圧室６の容積を増大させる。この時、図３（ａ）に示す
よう油圧室６の容積が大きくなることにより、第２のリ
テーナ５が第１のリテーナ４から遠ざかるように移動し
てバルブスプリング７が圧縮され、バルブ１の閉弁時に
おけるバルブスプリング荷重が増大する。そのため、こ
こで異物がバルブ１とバルブシートの間に噛み込まれて
も、バルブスプリング荷重が大きいために容易に異物を
破砕することができるので、速やかに始動することがで
きる。

【００１４】また、第１の実施形態では機関の回転数が
低い始動時にのみバルブスプリング荷重を増大させてい
るため、通常の運転状態ではバルブスプリング荷重が小
さくなるので、常時スプリング荷重を増大させる場合の
ようにバルブ１およびタペット３、あるいはバルブシー
ト等が破損する恐れがない。このときのバルブスプリン
グ荷重は、バルブ１の閉弁時で２００Ｎ以上となるよう
に設定すると良い。次に、ステップ２０３において、機
関回転数が所定の回転数よりも大きくなるか、または吸
気管圧力が所定の圧力よりも低くなることにより、内燃
機関が始動したと判定された後は、ステップ２０４に進
んで図３（ｂ）に示すように、調圧弁２０により油圧室
６の油圧を低下させて油圧室６の容積を小さくし、バル
ブスプリング荷重を小さくする。

【００１５】それによって、バルブシート部の接触時の
打音を小さくし、バルブ１およびタペット３の破損を防
止することができる。図４は油圧室容積とバルブスプリ
ング荷重が比例的に変化することを示したものである。
上記システムにより、始動時にバルブのシール性を向上
させることができ、また、カーボン等の異物が噛み込ま
れても容易に破砕することが可能となるので、始動性が
悪化することはない。

【００１６】次に本発明の第２の実施形態について説明
する。第２実施形態においても、バルブスプリング荷重
の可変制御装置を含む全体のシステム構成は図１に示し
た第１実施形態のそれと同じであるため、ここでは作動
の違いについてのみ説明する。図５は第２実施形態の作
動を示すフローチャートである。まず、ステップ４０１
において調圧弁１０により油圧室６の油圧をＯＦＦと
し、バルブスプリング荷重を小さくして図３（ｂ）の状
態にする。次にステップ４０２へ進んで、例えば回転数
変動、またはバッテリ電極電圧を読み込むことによりバ
ルブリーク量を検知し、次のステップ４０３の判定にお
いてバルブリークが検知されると、ステップ４０４へ進
んで、調圧弁１０により油圧室６の油圧を上昇させてバ
ルブスプリング荷重を増大させ、図３（ａ）に示す状態
としてステップ４０２に戻る。ステップ４０３において
バルブリークが検知されないときはステップ４０２へ戻
る。

【００１７】上記のような制御を行うことにより、異物
噛み込み等によるバルブリークが検知されたときに、バ
ルブスプリング荷重を増大させて速やかに異物等を破砕
し、始動性の悪化および燃焼ガス吹き抜けによるバルブ
溶損を防止することができる。バルブリークが検知され
なかったときはバルブスプリング荷重を小さくするた
め、バルブとバルブシートが接触する時の打音を小さく
して、バルブおよびタペットの破損を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の２つの実施形態に共通するシステム構
成図である。

【図２】第１実施形態の作動を示すフローチャートであ
る。

【図３】図１に示す油圧室の油圧が変化した時のスプリ
ングリテーナおよびバルブスプリングの状態を示すもの
で、（ａ）は油圧上昇時、（ｂ）は油圧低下時を示す。

【図４】油圧室の容積とバルブスプリング荷重との関係
を示す線図である。

【図５】第２実施形態の作動を示すフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１…吸気バルブ（または排気バルブ） ２…バルブステム ３…タペット（バルブリフタ） ４…第１のスプリングリテーナ ５…第２のスプリングリテーナ ６…油圧室 ７…バルブスプリング ８…吸気ポート（排気ポート） ９…油路 １０…調圧弁 １１…ポンプ １２…バイパス油路 １３…オイルパン １４…マイクロコンピュータ １５…通孔 １６…カム

フロントページの続き (72)発明者 山田 潤 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 金原 賢治 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 (72)発明者 川村 博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 3G016 AA06 AA19 BB04 DA22 GA00 GA04 GA07 3G092 DA01 DA02 DF04 DF06 DG02 DG05 EA01 EA02 EA29 FA13 FA14 FA31 GA01 HA05Z HA06Z HE01Z HE02Z HE03Z HF02Z

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブ
   の少なくとも一方のバルブスプリングの荷重を、始動時
   には大きくする一方、通常の運転時には小さくするよう
   に制御することを特徴とする内燃機関のバルブスプリン
   グ荷重の可変制御方法。
2. 【請求項２】 内燃機関の吸気バルブおよび排気バルブ
   の少なくとも一方のバルブスプリングを支持するスプリ
   ングリテーナを、タペットと共に移動する第１のリテー
   ナと、タペットに対して摺動可能な第２のリテーナとに
   よって構成して、第２のリテーナによりバルブスプリン
   グの一端を直接に支持するとともに、それら２つのリテ
   ーナの間に油圧室を形成し、該油圧室に油圧を送る送油
   手段と、前記油圧室内の油圧を調圧する調圧手段とを設
   け、前記油圧室内の油圧を制御して前記油圧室内容積を
   変化させることにより、バルブスプリング荷重を運転状
   態に応じて変化させることができ、バルブスプリング荷
   重を大きくするときは油圧室内の油圧を上昇させて第１
   のリテーナと第２のリテーナとの隙間を大きくする一
   方、バルブスプリング荷重を小さくするときは油圧室内
   の油圧を低下させて第１のリテーナと第２のリテーナと
   の隙間を小さくすることができるようにしたことを特徴
   とする内燃機関のバルブスプリング荷重の可変制御装
   置。