JP2011052615A - 可変動弁機構 - Google Patents

Abstract

【課題】迅速に作動油温度を上昇させ、エンジン始動直後から安定した可変動作が得られ、しかも過度な温度上昇を防ぐようにした可変動弁機構を提供する。
【解決手段】吸気弁又は排気弁をなすバルブ１０を閉弁方向に付勢するスプリング１１と、スプリングの付勢力に抗してバルブを開弁方向に押圧するカム１２と、バルブに連結されたピストン１９及びピストンが挿入される制御室２１と、制御室の作動油の導入排出を制御することでバルブの閉弁時期を変更する制御部２４とを備えた可変動弁機構１において、制御室から作動油を排出する排出ライン２５ｂの途中と制御室に作動油を導入する導入ライン２５ａの途中とを短絡ライン３で接続し、短絡ラインと排出ラインとの接続点３ｂより下流側の排出ラインに所定温度以上で開き、所定温度未満で閉じるサーモスタット４を設けた。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変動弁機構に関し、特にエンジンの吸気弁又は排気弁の閉弁時期を可変制御可能な可変動弁機構に関する。

エンジンの燃費を改善する技術として、吸気弁又は排気弁の閉弁時期を変化させて吸入空気量などを制御する可変動弁機構が知られている（特許文献１）。

図７に示すように、可変動弁機構１は、エンジンの吸気弁又は排気弁をなすバルブ１０と、バルブ１０を閉弁方向に付勢するスプリング１１と、スプリング１１の付勢力に抗してロッカーアーム１７を介してバルブ１０を開弁方向に押圧するカム１２と、バルブ１０に略Ｔ字形のブリッジ１６及び門形の補助部材２２を介して連結されたピストン１９と、ピストン１９が挿入されるピストン挿入孔２０から構成される制御室２１と、制御室２１の作動油の導入・排出を制御することで、バルブ１０の閉弁時期を変更する制御部２４とを備えている。

制御部２４は、導入ライン２５ａ及び排出ライン２５ｂを介して制御室２１に接続された作動油タンク２６と、導入ライン２５ａの途中に設けられ作動油タンク２６の作動油を制御室２１に導入するチェック弁２７と、排出ライン２５ｂの途中に設けられ制御室２１の作動油を排出するための切替弁２８とを有している。なお、１４はシリンダヘッドで、９はシリンダヘッド１４に形成された吸気ポート又は排気ポートである。

そしてバルブ１０がカム１２によりブリッジ１６を介してスプリング１１を圧縮しながら開弁方向に押圧され、チェック弁２７を介して作動油タンク２６からの作動油が制御室２１に導入される。このとき、バルブ１０をカム１２のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させる場合には、図７に示すように切替弁２８を閉弁したままにしておく。

カム１２が回転してピーク位置に達し（図８（Ａ）参照）、さらにピーク位置を過ぎると、スプリング１１の付勢力と制御室２１の圧力とが平衡状態となるまで作動油の圧力が高まる。そして所望のタイミングで切替弁２８を切り替えて開弁すると（図８（Ｂ）参照）、制御室２１の作動油が開放されて排出ライン２５ｂを通して作動油タンク２６に排出され、これによってバルブ１０をカム１２のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させることができる。

特開２００７−３０３４３８号公報

ところで、作動油の逃げ流量は作動油の粘度に大きく依存しており、普通、自動車のエンジンは作動油の温度が８０℃前後で安定している。このため作動油の温度が８０℃程度であれば、切替弁２８を開弁したとき作動油は制御室２１から適確に逃げてくれる。しかしながら、冷間時の始動直後など作動油温度の低いケースでは、動粘度が高く、切替弁２８からの流量が十分に高まらず、閉弁速度が極めて低い。この結果、切替弁２８の通常の開弁期間内でバルブ１０は完全に閉弁することができず、常に開弁した状態となっており、このようなケースでは、可変動弁機構１を動作させることが事実上不可能となっていた。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、迅速に作動油温度を上昇させ、エンジン始動直後から安定した可変動作が得られ、しかも作動油の過度な温度上昇を防ぐようにした可変動弁機構を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明は、エンジンの吸気弁又は排気弁をなすバルブと、該バルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、該スプリングの付勢力に抗して上記バルブを開弁方向に押圧するカムと、上記バルブに連結されたピストン及び該ピストンが挿入されるピストン挿入孔から構成される制御室と、該制御室の作動油の導入排出を制御することで、上記バルブの閉弁時期を変更する制御部とを備えた可変動弁機構において、前記制御室から排出された作動油を再び該制御室に還流させるために該制御室に作動油を導入する導入ラインの途中と該制御室から作動油を排出する排出ラインの途中とを短絡ラインで接続し、該短絡ラインと前記排出ラインとの接続点より下流側の排出ラインに所定温度以上で開き、所定温度未満で閉じるサーモスタットを設けたことを特徴とする。

また前記制御部は、前記導入ラインと前記短絡ラインとの接続点より下流側の該導入ラインに設けられ前記制御室への流れのみを許容するチェック弁と、前記排出ラインと前記短絡ラインとの接続点より上流側の該排出ラインに設けられ閉から開となることで前記バルブの閉弁時期を制御するための切替弁とを備えるのが好ましい。

上記構成によれば、作動油が所定温度未満の場合は、サーモスタットが閉弁して制御室から排出される作動油は、短絡ラインを経由して可変動弁機構を循環する。作動油が制御室から排出されるとき、圧縮されたスプリングのエネルギが作動油を通して開放され、熱エネルギに変換されて作動油の温度が上昇する。作動油は短絡ラインによる短いラインを循環するため短時間で作動油の温度が上昇する。作動油が所定温度以上上昇すると、サーモスタットが開弁して作動油は通常の作動油ラインを流れ、作動油の過度な温度上昇を防ぐ。

本発明の可変動弁機構によれば、迅速に作動油温度を上昇させ、エンジン始動直後から安定した可変動作が得られ、しかも作動油の過度な温度上昇を防ぐことができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る可変動弁機構の概略図であり、バルブが閉弁された状態を示す。 図２（Ａ）は、図１の実施形態に係る可変動弁機構の概略図であり、バルブが開弁状態に保持された状態を示し、（Ｂ）はバルブを閉弁させるため切替弁を開弁状態とした図である。 図３は、図１の実施形態に係る可変動弁機構の作動油温度が所定温度未満の場合における作動油の流れを説明する概略図である。 図４は、図１の実施形態に係る可変動弁機構の作動油温度が所定温度以上の場合における作動油の流れを説明する概略図である。 図５は、サーモスタットの一例を示す図で、（Ａ）は閉弁時の断面図で、（Ｂ）は開弁時の断面図である。 図６は、可変動弁機構でのバルブリフトカーブの実測値を示す図であり、Ａは作動油温度が低い場合を示し、Ｂは作動油温度が高い場合を示す。 図７は、従来の可変動弁機構の概略図であり、バルブが閉弁された状態を示す。 図８（Ａ）は、従来の可変動弁装置の概略図であり、バルブが開弁状態に保持された状態を示し、（Ｂ）はバルブを閉弁させるため切替弁を開弁状態とした図である。

本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。

なお、図１〜図５の実施形態において、図７及び図８の従来例で示した部材と同等の機能を有する部材については同一の符号を付して説明する。

可変動弁機構１は、バルブ１０を閉弁方向に付勢するスプリング１１と、スプリング１１の付勢力に抗してバルブ１０を開弁方向に押圧するカム１２と、バルブ１０に連結されたピストン１９及びピストン１９が挿入されるピストン挿入孔２０から構成される制御室２１と、制御室２１の作動油の導入排出を制御することで、バルブ１０の閉弁時期を変更する制御部２４とを備えている。

バルブ１０は、そのバルブステム１３にてシリンダヘッド１４に昇降自在に支持されている。バルブ１０には、リテーナ１５が取り付けられており、リテーナ１５とシリンダヘッド１４との間に、スプリング１１が圧縮状態に配設されている。二つのバルブ１０の上端部には、両者に跨るようにブリッジ１６が取り付けられ、このブリッジ１６の上部にロッカーアーム１７が当接されるようになっている。ブリッジ１６は、シリンダヘッド１４に固着されたガイドピン１８に昇降自在に支持されている。カム１２は、ロッカーアーム１７を介してバルブ１０を押圧するようになっている。ブリッジ１６の上端部には、ロッカーアーム１７が挿通する門型の補助部材２２が取り付けられ、この補助部材２２の上部にピストン１９が取り付けられている。制御室２１は、例えばシリンダヘッド１４に形成されたピストン挿入孔２０と、ピストン挿入孔２０に挿入されたピストン１９の上面とにより区画形成される。

可変動弁機構１は、制御室２１の作動油の導入排出を制御することで、バルブ１０の閉弁時期を変更するための油圧ライン２５及びこれを制御する制御部２４を備えている。油圧ライン２５は、作動油タンク２６からの作動油を制御室２１に導入する導入ライン２５ａと、制御室２１から作動油を排出する排出ライン２５ｂと、この排出ライン２５ｂの途中と導入ライン２５ａの途中とを接続する短絡ライン３とを備えている。短絡ライン３は、制御室２１から排出された作動油を再び制御室２１に還流させるためのものである。制御部２４は、導入ライン２５ａと短絡ライン３との接続点３ａより下流側の導入ライン２５ａに設けられたチェック弁２７と、排出ライン２５ｂと短絡ライン３との接続点３ｂより上流側の排出ライン２５ｂに設けられた切替弁２８と、排出ライン２５ｂと短絡ライン３との接続点３ｂより下流側の排出ライン２５ｂに設けられたサーモスタット４とを有している。なお、５はオイルギャラリであり、６はオイルポンプである。

チェック弁２７は、作動油の制御室２１への流れのみを許容するもので、開弁時に作動油タンク２６の作動油を制御室２１に導入する。切替弁２８は電磁弁等からなり、コントローラ（図示せず）によって開閉が制御され、開弁時に作動油を制御室２１から排出する。切替弁２８が閉から開となることでバルブ１０の閉弁時期を制御することができる。切替弁２８は、ＮＯ（ノーマルオープン）型及びＮＣ（ノーマルクローズ）型のいずれであってもよい。

サーモスタット４は所定温度以上で開き、所定温度未満で閉じるもので、その一例を図５に示す。

サーモスタット４は、周囲に適宜開口部４０ａ，４０ｂを有するケース４０と、穴４２が開口された板体４１と、穴４２を開閉する弁体４３と、ワックス４４ａを充填したワックス充填部４４と、一端がケース４０に固定され他端がワックス充填部４４に挿入されるピン４５と、スプリング４６とを備えている。板体４１を排出ライン２５ｂに固定して、サーモスタット４が取り付けられている。

かかる構成のサーモスタット４は、ワックス４４ａが封入されている弁体４３の周囲の温度が所定温度未満の場合、図５（Ａ）に示すようにワックス４４ａが収縮し、スプリング４６の弾性力によって穴４２に弁体４３が当接して閉弁する。また所定温度以上の場合、図５（Ｂ）に示すようにワックス４４ａが溶融されて体積が膨張し、ワックス充填部４４がスプリング４６の押圧力に抗してピン４５から抜けるように移動し、弁体４３が穴４２から離隔して開弁し、作動油が矢印のごとく排出ライン２５ｂ内を流れる。作動油温度に応じたワックス４４ａの膨張力とスプリング４６による押圧力とを任意に設定することができ、本実施形態では作動油温度が略６０℃で弁体４３が開き始め、略８０℃で全開となるようにしている。

これによって可変動弁機構１には、作動油が６０℃未満のときは、作動油が図３に示すように制御室２１から排出ライン２５ｂ、切替弁２８、排出ライン２５ｂ、短絡ライン３、導入ライン２５ａ、チェック弁２７を介して再び制御室２１に還流するショートラインＳが形成される。ここでチェック弁２７と切替弁２８は同一経路であるショートラインＳに接続されているので、例えば本出願人がすでに出願した明細書（特願２００２−１４０４３８号）に記載したようなチェック弁２７と切替弁２８の両機能を併せ持つ弁を設置すれば、ショートラインＳが簡素化できる。

また可変動弁機構１は、作動油温度が略６０℃以上のときは、図４に示すように作動油が導入ライン２５ａ、チェック弁２７、制御室２１、排出ライン２５ｂ、切替弁２８、排出ライン２５ｂ、サーモスタット４、排出ライン２５ｂ、オイルギャラリ５を経て図示しない潤滑系統へ流れる通常のラインＬをも形成する。

次に、本実施形態の作用を説明する。

バルブ１０を開弁する際、切替弁２８を閉弁しておく（図１参照）。バルブ１０は、カム１２のカムプロファイルに従って開弁され、ピストン１９もバルブ１０の開弁方向に移動される。また作動油タンク２６の作動油がチェック弁２７を介して制御室２１に導入される。

バルブ１０をカム１２のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させる場合には、図２（Ａ）に示すように切替弁２８を閉弁したままにしておく。カム１２が回転してピーク位置に達し、さらにピーク位置を過ぎると、スプリング１１の付勢力と制御室２１の圧力とが平衡状態になるまで作動油の圧力が高まる。そして所望のタイミングで切替弁２８を開弁すれば（図２（Ｂ）参照）、制御室２１の作動油が開放されて排出ライン２５ｂに排出され、バルブ１０をカム１２のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させることができる。

ところが冷間時の始動直後など作動油温度が低く、作動油の粘度が高いケースでは、前述したようにバルブ１０を完全に閉弁することができない。すなわち図６に示すようにカム１２のピーク位置から所定時間Ｔだけ保持した後、切替弁２８を開いて制御室２１の作動油を開放させたとしても、作動油温度が４０℃とすると作動油の動粘度が高く、切替弁２８からの流量が十分に高まらず、閉弁速度が極めて低く、緩やかに下がって図６のバルブリフトカーブＡのようになる。この結果、通常の切替弁２８の開弁期間内でバルブ１０は適確に閉弁することができず、バルブ１０は常に開弁した状態となってしまい、従来の可変動弁機構１はこのようなケースでは動作させることが事実上不可能となっていた。

本実施形態によれば短絡ライン３によるショートラインＳが形成され、またサーモスタット４が設けられているので、制御室２１で開放された作動油は、図３に示すように次以降のサイクルで再びチェック弁２７から吸引され動作に供される。制御室２１とピストン１９とのクリアランス部から漏れる若干量の作動油のみがオイルポンプ６、オイルギャラリ５から供給されることとなるが、無視しうる程度の量である。したがって、極少量の同じ作動油がショートラインＳを常に循環していることとなる。

ここで、制御室２１で開放される作動油のエネルギは、フリクションなどを無視すればカム１２がスプリング１１を圧縮し、スプリング１１に蓄えられたエネルギに等しく、１バルブ当り約１．４Ｊである。吸気弁１０が２バルブとすると、約２．８Ｊとなる。このエネルギは制御室２１からの圧力開放時に熱エネルギに変換され作動油を昇温させることとなる。ピストン径φ８．５ｍｍ、ストローク１２ｍｍとすると、ショートラインＳで吸引〜排出を繰り返す作動油の量は約６８０ｍｍ³となり、これを前述の開放されたエネルギで昇温する場合、作動油の比熱を０．５ｋｃａｌ／ｋｇ／Ｋとすると、約２．４℃温度上昇することとなる。これはアイドル回転数５００ｒｐｍでも約８秒程度であり、非常に迅速に昇温可能であることが分かる。作動油温度の上昇に伴い動粘度が低下し、この結果、所定の閉弁速度が得られるようになる。

すなわち、図６に示すようにカム１２のピーク位置から所定時間Ｔだけ保持した後、切替弁２８を開いて制御室２１の作動油を開放させた場合、作動油の温度が上昇しているため動粘度が低く、切替弁２８からの流量が高まって閉弁速度が極めて高い。したがって制御室２１の作動油が開放されると、バルブ１０はスプリング１１の付勢力により図６のバルブリフトカーブＢのごとく適確に閉弁する。

次に、作動油の温度が所定温度（略６０℃）まで達すると、サーモスタット４が図５（Ｂ）に示すように開弁し、図４に示す通常のラインＬが形成される。この場合、開放された作動油はオイルギャラリ５を経て他の潤滑系統（図示せず）へ流れ、また一部が可変動弁機構１へ循環する。作動油は最終的には作動油タンク２６に戻り、再びオイルポンプ６で加圧されて通常のラインＬを循環する。したがって、局所的な作動油温度の昇温がなくなり、過度な温度上昇を防ぐことが可能となる。

以上の結果、本実施形態による可変動弁機構１は、始動直後に迅速に作動油温度を昇温させ、その後過度な昇温を防ぐことが可能となり、常に略一定の温度で動作させることが可能となる。

このように本発明によれば、排出ライン２５ｂの途中と導入ライン２５ａの途中とを短絡ライン３で接続してショートラインＳを形成し、本可変動弁機構１で開放されたエネルギを利用することで迅速に作動油温度を上昇させ、且つ短絡ライン３と排出ライン２５ｂとの接続点３ｂより下流側の排出ライン２５ｂに所定温度以上で開き、所定温度未満で閉じるサーモスタット４を設けることで作動油の過度な温度上昇を防ぎ、安定した可変動弁機構１を得ることができる。

１ 可変動弁機構
３ 短絡ライン
３ａ，３ｂ 接続点
４ サーモスタット
５ オイルギャラリ
６ オイルポンプ
１０ バルブ
１１ スプリング
１２ カム
１７ ロッカーアーム
１９ ピストン
２０ ピストン挿入孔
２１ 制御室
２４ 制御部
２５ａ 導入ライン
２５ｂ 排出ライン
２６ 作動油タンク
２７ チェック弁
２８ 切替弁
４３ 弁体
４４ａ ワックス
４６ スプリング
Ｓ ショートライン

Claims (2)

1. エンジンの吸気弁又は排気弁をなすバルブと、該バルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、該スプリングの付勢力に抗して上記バルブを開弁方向に押圧するカムと、上記バルブに連結されたピストン及び該ピストンが挿入されるピストン挿入孔から構成される制御室と、該制御室の作動油の導入排出を制御することで、上記バルブの閉弁時期を変更する制御部とを備えた可変動弁機構において、
   前記制御室から排出された作動油を再び該制御室に還流させるために該制御室に作動油を導入する導入ラインの途中と該制御室から作動油を排出する排出ラインの途中とを短絡ラインで接続し、
   該短絡ラインと前記排出ラインとの接続点より下流側の排出ラインに所定温度以上で開き、所定温度未満で閉じるサーモスタットを設けたことを特徴とする可変動弁機構。
2. 前記制御部は、前記導入ラインと前記短絡ラインとの接続点より下流側の該導入ラインに設けられ前記制御室への流れのみを許容するチェック弁と、前記排出ラインと前記短絡ラインとの接続点より上流側の該排出ラインに設けられ閉から開となることで前記バルブの閉弁時期を制御するための切替弁とを備えた請求項１記載の可変動弁機構。

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