JP2008106670A - 液圧駆動式動弁装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力の損失を極力低減することのできる液圧駆動式動弁装置を提供する。
【解決手段】カム８で駆動される加圧ポンプ９の加圧室２１から圧送される液圧によって駆動される液圧駆動式動弁装置において、前記加圧ポンプを、カムによって加圧室の内方へ押し込まれる加圧ピストン２７と、加圧ピストンをカムに向けて弾発付勢するピストンスプリング３０と、加圧室の内圧を受けて加圧室の容積を変化させる蓄圧ピストン２８と、蓄圧ピストンを加圧室の内方へ向けて弾発付勢する蓄圧スプリング２９とを有するものとする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の燃焼室に設けられる吸気弁あるいは排気弁を、液圧作動するアクチュエータで開弁駆動する液圧駆動式動弁装置に関するものである。

エンジンのクランク軸で駆動される油圧ポンプと、クランク軸と連動するカムで駆動されるリフタと、リフタに軸方向変位可能に結合し且つ燃焼室の吸・排気弁に連結されたプランジャとを備え、リフタとプランジャとの間に画成された油圧室の容積を変化させることにより、吸・排気弁の開度並びに開弁時期を自在に変化させることができるように構成された油圧駆動式動弁装置が知られている（特許文献１を参照されたい）。
特開昭５６−３４９１３号公報

この従来の油圧駆動式動弁装置の構成によると、カムによって駆動されたピストンが発生する余剰油圧をリリーフ弁から排出することで自在なバルブリフトカーブを作るというものであった。このようなリリーフ弁による圧力調節は、つまるところ油圧ポンプが発生するエネルギを無為に捨てること、換言すると、動力の損出を伴うことを意味している。

本発明は、このような従来技術の不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、動力の損失を極力低減することのできる液圧駆動式動弁装置を提供することにある。

このような従来技術の課題を解決するため、本発明は、カム８で駆動される加圧ポンプ９の加圧室２１から圧送される液圧によって駆動される液圧駆動式動弁装置において、前記加圧ポンプを、カムによって加圧室の内方へ押し込まれる加圧ピストン２７と、加圧ピストンをカムに向けて弾発付勢するピストンスプリング３０と、加圧室の内圧を受けて加圧室の容積を変化させる蓄圧ピストン２８と、蓄圧ピストンを加圧室の内方へ向けて弾発付勢する蓄圧スプリング２９とを有するものとした（請求項１）。この場合は特に、ピストンスプリングのばね剛性を蓄圧スプリングよりも高くすると良い（請求項２）。
また、シリンダ５と、シリンダに摺合し且つシリンダ内を２つの室１１・１２に分割する駆動ピストン６とを備え、加圧室から圧送される液圧によって駆動されるアクチュエータ７を有するものとし、２つの室同士間を連通するオリフィス４０を駆動ピストンに設け、２つの室の一方を加圧室に連通させ、２つの室の他方を開閉弁１５を備えた排出通路１６に連通させるものとした（請求項３）。そしてこの場合は特に、加圧ピストンの変位量が最大であり且つカムに駆動されている状態の時に開閉弁を開弁させるものとした（請求項４）。
さらに、ポンプから作動液を供給される供給通路３３と、前記駆動ピストンに加圧液を供給する加圧液通路１９とを前記加圧室に連通させ、これらの通路を、加圧ピストンと蓄圧ピストンとが最接近して容積が最小となった状態の加圧室内に開口させるものとした（請求項５）。
これらにおいて用いる液圧として、当該エンジンの各部を潤滑するための潤滑油ポンプ２４が発生する油圧を用いると良い（請求項６）。

このように構成することにより、以下の如き格別な効果を奏することができる。
請求項１：加圧室に液圧を蓄えておけるので、従来は捨てていた余剰な液圧エネルギを回生し得るため、動力損失を低減し得る。
請求項２：加圧室に蓄圧したまま加圧ピストンが変位し得るので、回生エネルギをカムに有効に与えられると同時に、ピストンスプリングを小さくでき、加圧室を大型化することなく作動液量を確保できる。
請求項３：加圧ピストンと蓄圧ピストンとが変位しても作動液供給通路と加圧液通路との開口面積が変化しないので、圧力損失を生ずることがない。
請求項４：開閉弁の閉弁時は、駆動ピストンに設けられたオリフィスによって駆動ピストンの前後が同圧に保たれるので、加圧ポンプの蓄圧時にアクチュエータの駆動ピストンが移動することがない。
請求項５：加圧室の圧力が最大に達した状態で駆動ピストンに推力を発生させるので、駆動ピストンの応答性を高められる。
請求項６：潤滑油ポンプの油圧を利用するので、格別な液圧発生源を設ける必要がなく、構成を複雑化せずに済む。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明に基づく液圧駆動式動弁装置の概略構成を示している。この動弁装置は、燃焼室の吸気ポート１（または排気ポート）に設けられ、バルブスプリング２によって常時閉弁付勢されている吸気弁３（または排気弁）と、ロッカアーム４を介して吸気弁３に開弁駆動力を加えるべく、シリンダ５とシリンダ５に摺合した駆動ピストン６とからなる直線摺動型のアクチュエータ７と、アクチュエータ７への作動油圧を発生すべく、エンジンのクランク軸と同期回転するカム８で駆動される加圧ポンプ９とを備えている。なお、以下に説明する実施形態においては、本装置を駆動する液圧を発生させる液体として、エンジン各部へ圧送される潤滑油を流用するものとした。これによれば、格別な液圧発生源を設けずにエンジンの運転中は常時所要の液圧を得ることができる。

アクチュエータ７は、駆動ピストン６で隔てられた上室１１と下室１２との圧力差で駆動ピストン６が上下動するものであり、そのピストンロッド６ａの上下端が、シリンダ５の上下端壁から突出している。そしてピストンロッド６ａの上端はロッカアーム４の一端に当接し、その下端はシリンダ５の下壁に設けられた緩衝装置１３内に突入している。また駆動ピストン６は、下室１２内に設けられたコイルスプリング１４にて上向きに、つまりロッカアーム４の一端との当接を常時維持する向きに弾発付勢されている。

上室１１は、電磁開閉弁１５を備えた排出通路１６を介してエンジンのオイルパン１７に接続され、下室１２は、下室１２へ向けての流れのみを許容するチェック弁１８を備えた加圧油通路１９を介して加圧ポンプ９の加圧室２１に接続されている。そして緩衝装置１３は、緩衝装置１３へ向けての流れのみを許容するチェック弁２２が設けられた緩衝油供給通路２３を介して潤滑油ポンプ２４の吐出通路２５に接続されている。

加圧ポンプ９は、有底円筒状をなすケーシング２６と、ケーシング２６内の中間部に加圧室２１を画成すべく、ケーシング２６の上側に摺合した加圧ピストン２７と、ケーシング２６の下側に摺合した蓄圧ピストン２８とを備えている。そして、蓄圧ピストン２８とケーシング２６の底壁との間には、蓄圧ピストン２８を加圧室２１の内方へ向けて常時弾発付勢するための蓄圧スプリング２９が設けられ、加圧ピストン２７と蓄圧ピストン２８との間には、加圧ピストン２７をカム８に向けて常時弾発付勢するためのピストンスプリング３０が設けられている。また加圧ピストン２７の上端には、カム８に当接するカムフォロワ３１が設けられており、カム８の回転に追従して加圧ピストン２７が加圧室２１内を円滑に上下動するようにされている。さらに加圧ポンプ９の加圧室２１は、加圧室２１へ向けての流れのみを許容するチェック弁３２が設けられた作動油供給通路３３を介して潤滑油ポンプ２４の吐出通路２５に接続されている。

なお、蓄圧ピストン２８の上昇限度はストッパ２０で規定されており、上述の加圧油通路１９並びに作動油供給通路３３は、加圧室２１における蓄圧ピストン２８の上限位置と加圧ピストン２７の下限位置との間に開口している。これにより、加圧ピストン２７及び蓄圧ピストン２８が移動しても両通路１９・３３の開口面積が変化しないので、圧力損失を生ずることがない。

オイルパン１７に貯容された潤滑油をくみ出す潤滑油ポンプ２４は、主にクランクシャフトや動弁機構などのエンジン各部へ潤滑油を供給すると共に、加圧ポンプ９の加圧室２１へ作動油を供給する作動油供給通路３３と、アクチュエータ７の緩衝装置１３へ緩衝油を供給する緩衝油供給通路２３とに潤滑油の一部を供給するようにされており、作動油供給通路３３並びに緩衝油供給通路２３の吐出通路２５からの分岐部には、それぞれにオリフィス３４・３５が設けられている。

なお、上述（後述）の上下方向は、説明の便宜上のことであり、実際にエンジンに搭載される方向性はこれに限定されるものではない。

次に、図２〜６を併せて参照して本発明装置の作動要領を説明する。初期状態では、図１に示したように、戻し通路１６の電磁開閉弁１５が閉じた状態にあり、加圧ポンプ９の加圧室２１への作動油供給通路３３と、アクチュエータ７の緩衝装置１３への緩衝油供給通路２３とに、オリフィス３４・３５で絞られた油量が潤滑油ポンプ２４の吐出通路２５から流入し、両通路２３・３３のチェック弁２２・３２で設定された油圧がその内部に封入された状態にある（図６のポイント１）。

排出通路１６の電磁開閉弁１５が閉じた状態で、図２に示すようにカム８の回転によって加圧ピストン２７が下降すると、加圧室２１の内圧が上昇する。すると蓄圧スプリング２９の反力と加圧室２１の内圧との釣り合いに応じて蓄圧スプリング２９が縮み、蓄圧ピストン２８が下降する。これにより、潤滑油ポンプ２４の吐出圧よりも加圧室２１の内圧が高くなるので、作動油供給通路３３のチェック弁３２は閉じたままであるが、加圧通路１９のチエック弁１８は開いてアクチュエータ７の下室１２に圧油が流入しようとする。しかし電磁開閉弁１５が閉じているので駆動ピストン６は移動し得ず、ピストン６に設けられたオリフィス４０を介して上室１１と下室１２との内圧が平衡する。つまり加圧室２１に蓄圧する時に駆動ピストン６が移動することはない（図６のポイント２）。

カム８が加圧ピストン２７を最大に押し下げている状態、つまり蓄圧スプリング２９の反力による最高圧が加圧室２１に作用している状態で電磁開閉弁１５を開くと、アクチュエータ７の上室１１が急激に減圧（大気圧）するので、図３に示すように、加圧室２１の高い内圧が下室１２に作用してアクチュエータ７の駆動ピストン６が即座に（高応答で）上昇し、ロッカアーム４を介して吸気弁３が開弁駆動される（図６のポイント３）。この時は駆動ピストン６の上昇速度が十分に高いので、駆動ピストン６のオリフィス４０を介しての上下室１１・１２間の油の移動は無視し得る。

適宜なタイミングで電磁開閉弁１５を閉じると、アクチュエータ７の上室１１の減圧が停止するので、駆動ピストン６のオリフィス４０を介して上室１１と下室１２との内圧が等しくなる。ここでバルブスプリング２の反力（吸気弁を閉じる力）がロッカアーム４を介してピストンロッド６ａに加わっているので、これによる押し下げ力がアクチュエータ７の駆動ピストン６に作用する。これにより、駆動ピストン６が下向きに変位するので、吸気弁３が閉弁する。この時の吸気弁３の閉弁特性は、駆動ピストン６のピストンロッド６ａの下端が緩衝装置１３に突入する際の抵抗および駆動ピストン６のオリフィス４０の流動抵抗と、バルブスプリング２とコイルスプリング１４との反力の釣り合いによって定まる。

他方、吸気弁３を開弁駆動することで加圧室２１の油圧エネルギが消費されると、蓄圧スプリング２９が収縮することで蓄えたエネルギを放出しつつ伸張して蓄圧ピストン２８を上昇させ、加圧室２１の内圧を上昇させる。これにより加圧ピストン２７に上向きの力が加わり、図４に示すように、カム８の高位部の終端がカムフォロワ３１に当接する位置では、これがカム８を回転駆動する力として作用するので、カム８の回転抵抗が減じられ、動力損失が低減される（図６のポイント５）。そしてカム８のベース円部分にカムフォロワ３１が摺接している状態で蓄圧スプリング２９のエネルギが使い切られると、潤滑油ポンプ２４の吐出圧が加圧室２１の内圧よりも高くなるので、図５に示すように、作動油供給通路３３のチェック弁３２が開いて吸気弁３を開弁駆動した際に消費した油量が補充される（図６のポイント５）。ここで加圧ピストン２７と蓄圧ピストン２８との間には、蓄圧スプリング２９よりもばね剛性が高いピストンスプリング３０が設けられているので、これによっても加圧ピストン２７がカム８から離れないようにされるため、潤滑油ポンプ２４からの作動油の補充が促進される。

以上詳述した通り、本発明によれば、電磁開閉弁１５を開くことによって駆動ピストン７に必要なだけ高圧油を供給することにより、自在なバルブリフトカーブを得ることができ、しかも、吸気弁３の開弁駆動時に使われなかった余剰エネルギは、蓄圧スプリング２９によって蓄えられており、これが加圧ピストン２７の復帰時にカムフォロワ３１を介してカム８を駆動する方向に働き、これをもって動力の回生がなされる。

本発明装置の１サイクルの初期状態を示す全体構成図である。 本発明装置の加圧開始状態を示す全体構成図である。 本発明装置の吸気弁開弁状態を示す全体構成図である。 本発明装置の回生状態を示す全体構成図である。 本発明装置の１サイクルの作動終了状態を示す全体構成図である。 加圧ピストンストローク（カムリフト）と吸気弁開度（バルブリフト）との関係線図である。

符号の説明

５ シリンダ
６ 駆動ピストン
７ アクチュエータ
８ カム
９ 加圧ポンプ
１１ 上室
１２ 下室
１５ 電磁開閉弁
１６ 排出通路
１９ 加圧油通路
２１ 加圧室
２４ 潤滑油ポンプ
２７ 加圧ピストン
２８ 蓄圧ピストン
２９ 蓄圧スプリング
３０ ピストンスプリング
３３ 作動油供給通路
４０ オリフィス

Claims (6)

1. カムで駆動される加圧ポンプの加圧室から圧送される液圧によって駆動される液圧駆動式動弁装置であって、
   前記加圧ポンプは、前記カムによって前記加圧室の内方へ押し込まれる加圧ピストンと、
   該加圧ピストンを前記カムに向けて弾発付勢するピストンスプリングと、
   前記加圧室の内圧を受けて該加圧室の容積を変化させる蓄圧ピストンと、
   該蓄圧ピストンを前記加圧室の内方へ向けて弾発付勢する蓄圧スプリングとを有することを特徴とする液圧駆動式動弁装置。
2. 前記ピストンスプリングは、前記蓄圧スプリングよりもばね剛性が高いことを特徴とする請求項１に記載の液圧駆動式動弁装置。
3. シリンダと、該シリンダに摺合し且つ該シリンダ内を２つの室に分割する駆動ピストンとを備え、前記加圧室から圧送される液圧によって駆動されるアクチュエータを有し、
   前記駆動ピストンが、前記２つの室同士間を連通するオリフィスを備え、
   前記２つの室の一方が前記加圧室に連通し、
   前記２つの室の他方が開閉弁を備えた排出通路に接続されることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の液圧駆動式動弁装置。
4. 前記開閉弁は、前記加圧ピストンの変位量が最大であり且つ前記カムに駆動されている状態の時に開弁することを特徴とする請求項３に記載の液圧駆動式動弁装置。
5. 前記加圧室には、ポンプから作動液を供給される供給通路と、前記駆動ピストンに加圧液を供給する加圧液通路とが連通し、
   これらの通路は、前記加圧ピストンと前記蓄圧ピストンとが最接近して容積が最小となった状態の前記加圧室内に開口していることを特徴とする請求項1乃至４のいずれか１つに記載の液圧駆動式動弁装置。
6. 前記液圧は、当該エンジンの各部を潤滑するための潤滑油ポンプが発生する油圧であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１つに記載の液圧駆動式動弁装置。

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