JP2012180766A - 内燃機関の動弁制御システム及び内燃機関の動弁制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】弁閉止時の弁駆動ピストンと弁ロッドとの間のわずかな隙間であるクリアランスを調整可能な内燃機関の動弁制御システム及び内燃機関の動弁制御方法を提供する。
【解決手段】内燃機関の動弁制御システムは、内燃機関の吸気弁又は排気弁の弁ロッドと、弁ロッドに吸気弁又は排気弁を閉じる方向の弾性力を与えるバルブスプリングと、排気弁又は吸気弁を駆動可能であって、弁駆動シリンダ内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストンと、弁駆動ピストンの変位を検出する弁駆動ピストン変位検出手段と、弁駆動シリンダ内の駆動力制御を行う駆動力制御機構を含み、駆動力制御機構により弁駆動ピストンをバルブスプリングが弁ロッドに与える弾性力よりも小さい駆動力で動作させ、弁駆動ピストン変位検出手段で弁駆動ピストンの変位変化が停止した位置を基準位置として検出する。
【選択図】図８

Description

本発明は、内燃機関の吸気弁、排気弁を駆動するための内燃機関の動弁制御システム及び内燃機関の動弁制御方法に関する。

内燃機関の制御の自由度を高めるため、カム駆動の代わりに油圧アクチュエータ及び油圧サーボ弁等を用いて吸気弁、排気弁を制御する油圧式の弁駆動装置がある。例えば、弁の開閉動作（リフト）のみをアクチュエータにて行う、弁駆動装置が提案されている（特許文献１）。また、特許文献２には、ノズルフラッパ機構を備えているサーボ弁が記載されている。

特開２００９−２５７３１９号公報 特開２０１０−０６０１２８号公報

ところで、特許文献１に記載の弁駆動装置では、弁駆動ピストンが往復運動時に吸気弁又は排気弁の弁ロッドと連動するように配置されている。弁駆動装置は、弁閉止時に弁駆動ピストンと弁ロッドとの間のわずかな隙間であるクリアランスをあけ配置される。これにより、構成部材の熱膨張の影響を低減できるが、クリアランスの設定は隙間ゲージに基づいておこなっており、調整作業が繁雑で作業時間を要している。

本発明は、上述した課題を解決するものであり、弁閉止時の弁駆動ピストンと弁ロッドとの間のわずかな隙間であるクリアランスを調整可能な内燃機関の動弁制御システム及び内燃機関の動弁制御方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために本発明の内燃機関の動弁制御システムは、内燃機関の吸気弁又は排気弁の弁ロッドと、前記弁ロッドに前記吸気弁又は前記排気弁を閉じる方向の弾性力を与えるバルブスプリングと、前記排気弁又は前記吸気弁を駆動可能であって、弁駆動シリンダ内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストンと、前記弁駆動ピストンの変位を検出する弁駆動ピストン変位検出手段と、前記弁駆動シリンダ内の駆動力制御を行う駆動力制御機構を含み、前記駆動力制御機構により前記弁駆動ピストンを前記バルブスプリングが前記弁ロッドに与える弾性力よりも小さい駆動力で動作させ、前記弁駆動ピストン変位検出手段で前記弁駆動ピストンの変位変化が停止した位置を基準位置として検出することを特徴とする。

これにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスの基準位置が把握可能となる。このため、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダを載置した架台を内燃機関上に搭載する位置の影響のいずれかにより、基準位置のずれがあったとしても、基準位置を把握し直すことができる。また、隙間ゲージに基づいておこなっていたクリアランスの調整が不要となり、調整作業が自動で実施可能となる。その結果、作業時間が短縮できる。

本発明の望ましい態様として、前記基準位置を前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとが接した位置として記憶し、前記弁駆動ピストンを前記基準位置から移動して、前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとの間のクリアランスを設定することが好ましい。これにより、弁熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダを載置した架台を内燃機関上に搭載する位置の影響のいずれかにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスが変化した場合でもクリアランスを適切な距離に調整できる。このため、クリアランスが適切に保たれるので弁駆動ピストンの動作遅れのおそれを低減できる。また、クリアランスが適切に保たれるので、熱膨張の影響でクリアランスがなくなり、閉弁したはずの排気弁及び吸気弁が開弁してしまうおそれが低減される。

上述の目的を達成するために本発明の内燃機関の動弁制御方法は、弁駆動シリンダ内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストンにより内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な動弁制御方法であって、前記弁駆動ピストンの変位信号の変化を演算し前記弁駆動ピストンの変位変化が停止した場合には、前記弁駆動ピストンの変位が弁駆動ピストンの基準位置として記憶されることを特徴とする。

これにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスの基準位置が把握可能となる。このため、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダを載置した架台を内燃機関上に搭載する位置の影響のいずれかにより、基準位置のずれがあったとしても、基準位置を把握し直すことができる。また、隙間ゲージに基づいておこなっていたクリアランスの調整が不要となり、調整作業が自動で実施可能となる。その結果、作業時間が短縮できる。

本発明の望ましい態様として、前記基準位置を前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとが接した位置とし、前記弁ロッドから前記弁駆動ピストンが離れる方向に前記動弁駆動ピストンを移動させ前記弁駆動ピストンの変位信号の変化を演算し、前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとの間で前記基準位置から所定のクリアランスとなる位置で前記弁駆動ピストンを停止することが好ましい。これにより、弁熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダを載置した架台を内燃機関上に搭載する位置の影響のいずれかにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスが変化した場合でもクリアランスを適切な距離に調整できる。このため、クリアランスが適切に保たれるので弁駆動ピストンの動作遅れのおそれを低減できる。また、クリアランスが適切に保たれるので、熱膨張の影響でクリアランスがなくなり、閉弁したはずの排気弁及び吸気弁が開弁してしまうおそれが低減される。

本発明によれば、弁閉止時の弁駆動ピストンと弁ロッドとの間のわずかな隙間であるクリアランスを調整可能な内燃機関の動弁制御システム及び内燃機関の動弁制御方法を提供できる。

図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁装置の構成図である。 図２は、弁駆動装置の概要図である。 図３は、制御装置の構成図である。 図４は、本実施形態に係る油圧回路の一例を示す説明図である。 図５は、ノズルフラッパ機構の一例を示す説明図である。 図６は、本実施形態に係る動弁装置の制御を示すフローチャートである。 図７は、本実施形態に係る弁駆動ピストンの動作を示す説明図である。 図８は、本実施形態に係る弁駆動ピストンの動作を示す説明図である。 図９は、本実施形態に係る弁駆動ピストンの動作を示す説明図である。

本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。

本実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁装置の構成図である。図２は、弁駆動装置の概要図である。図３は、制御装置の構成図である。本実施形態に係る内燃機関の動弁装置１００は、シリンダブロック３内での燃焼用ピストン２の上下動に伴い、エンジンバルブとしての排気弁４ａ及び吸気弁４ｂを駆動する装置である。また、内燃機関の動弁装置１００は、制御装置８０に制御される内燃機関の動弁制御システムでもある。

図１に示すように、動弁装置１００は、内燃機関１（エンジン）に設置される弁駆動装置１０と、内燃機関１の状態を計測する計測装置２０、２１と、弁駆動装置１０に油圧を供給する油圧ユニット３０と、弁駆動装置１０を制御する制御装置８０と、信号ラインＩ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ４、Ｉ５と、油圧ラインＯ１及びＯ２と、を有している。なお、ダイナモ２００は、電力変換装置である。ダイナモ２００は、必須の構成要素ではなく付加要素であり、例えば試験装置として使用する場合に用いる。

図２に示すように、弁駆動装置１０は、弁駆動シリンダ１１と、弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２を駆動するためのサーボ弁１３と、弁駆動ピストン１２の位置を計測する弁駆動ピストン変位計１５とを有している。図１に示すように内燃機関１は、シリンダブロック３と、クランクケース９と、燃焼用ピストン２と、クランクシャフト７と、コネクティングロッド８とを有している。燃焼用ピストン２とクランクシャフト７とがコネクティングロッド８で連結されている。このような構造により、燃焼用ピストン２の往復運動がクランクシャフト７で回転運動に変換される。

また、図２に示すように内燃機関１は、排気弁４ａ及び吸気弁４ｂと、弁ロッド５と、バルブスプリング６とを有している。排気弁４ａ、吸気弁４ｂは、各々、弁ロッド５の下端に固定されており、弁ロッド５に設けられたバルブスプリング６により排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを閉じる方向（閉弁方向）に弾性力が付されている。弁駆動装置１０は、図２に示す弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００の架台載置側３００Ａを内燃機関１上に搭載することで固定される。また、弁駆動ピストン１２が往復運動時に弁ロッド５と連動するように配置されている。弁駆動装置１０は、架台３００を内燃機関１上に搭載する際に、弁閉止時にわずかな隙間であるクリアランスＬを弁駆動ピストン１２と弁ロッド５との間にあけ配置される。これにより、熱膨張により弁閉止時に排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが開放されてしまうおそれが低減されている。また、弁駆動ピストン１２を駆動すると、弁ロッド５に応じて排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが駆動される。

クリアランスＬの距離が長すぎる場合には、制御コマンドに応答する弁駆動ピストン１２が所望のプロファイルの往復運動をせず、予期しない遅れを生じるおそれがある。また、クリアランスＬが短すぎる場合には、熱膨張の影響でクリアランスＬがなくなり、閉弁したはずの排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが開弁してしまうおそれがある。本実施形態の動弁装置１００の制御システムでは、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００を内燃機関１上に搭載する位置の影響のいずれかにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスＬが変化した場合でもクリアランスＬを適切な距離に調整できる。なお、クリアランスＬの距離の調整は、弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００を内燃機関１上に搭載する場合に行っても良い。あるいは、クリアランスＬの距離の調整は、内燃機関１を動弁装置１００で駆動する始動時に行っても良い。

図２に示す弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２は、油圧アクチュエータであって、弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１に油圧が供給されると伸びて排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを開動作させる。また弁駆動ピストン１２は弁駆動シリンダ１１から油圧が排出されると縮んで排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを閉動作させる。サーボ弁１３は、弁駆動シリンダ１１の外部側面に取り付けられている。サーボ弁１３は、後述する油圧ユニット３０と油圧の供給ラインである油圧ラインＯ１及び戻りラインである油圧ラインＯ２で接続されている。サーボ弁１３は、制御装置８０からの信号ラインＩ２の指示に基づいて弁駆動シリンダ１１への油圧の供給又は弁駆動シリンダ１１からの油圧の排出を制御する。例えば、サーボ弁１３は、後述するスプール、油路、ノズルフラッパ機構等により構成されている。弁駆動ピストン変位計１５は、弁駆動シリンダ１１での弁駆動ピストン１２の位置を計測し、計測した位置データを制御装置８０へ出力する。

図１に示す計測装置２０は、内燃機関１の回転数を計測するエンコーダである。また、計測装置２１は、内燃機関１のクランク角度を計測するクランク角センサである。計測装置２０、２１で計測された内燃機関１の回転数情報及びクランク角度情報は、制御装置８０へ出力される。ここで、回転数というときには、各クランク角度での単位時間当たりの角度変化である回転速度をいうものとする。

制御装置８０は、弁駆動装置１０を制御する装置である。図１に示すように、制御装置８０は、信号ラインＩ１を介して油圧ユニット３０を起動又は停止する制御を行う。また、制御装置８０は、信号ラインＩ２を介してサーボ弁１３を制御できる。また、制御装置８０は、信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して弁駆動ピストン変位計１５及び計測装置２０、２１に接続されている。次に、図３を用いて、制御装置８０を説明する。

図３に示す制御装置８０は、入力処理回路８１と、入力ポート８２と、処理部９０と、記憶部９４と、出力ポート８３と、出力処理回路８４と、を有する。処理部９０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算装置）９１と、ＲＡＭ（Random Access Memory）９２と、ＲＯＭ（Read Only Memory）９３とを含んでいる。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが付随していてもよい。制御装置８０には、表示装置８５と、入力装置８６とが必要に応じて接続可能である。また制御装置８０は表示装置８５と、入力装置８６とがなくても動作可能である。

処理部９０と、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３とは、バス８７、バス８８、バス８９を介して接続される。バス８７、バス８８及びバス８９により、処理部９０のＣＰＵ９１は、記憶部９４と、入力ポート８２及び出力ポート８３と相互に制御データをやり取りしたり、一方に命令を出したりできるように構成される。

入力ポート８２には、入力処理回路８１が接続されている。入力処理回路８１には、例えば、計測データｉｓが接続されている。そして、計測データｉｓは、入力処理回路８１に備えられるノイズフィルタやＡ／Ｄコンバータ等により、処理部９０が利用できる信号に変換されてから、入力ポート８２を介して処理部９０へ送られる。これにより、処理部９０は、必要な情報を取得することができる。計測データｉｓは、例えば弁駆動ピストン変位計１５、計測装置２０、２１から信号ラインＩ３、Ｉ４、Ｉ５を介して取得した変位データ、クランク角度データ、回転数データである。

出力ポート８３には、出力処理回路８４が接続されている。出力処理回路８４には、表示装置８５や、外部出力用の端子が接続されている。出力処理回路８４は、表示装置制御回路、弁駆動装置等の制御信号回路、信号増幅回路等を備えている。出力処理回路８４は、処理部９０が算出したサーボ弁１３への信号データを表示装置８５に表示させる表示信号として出力したり、サーボ弁１３へ伝達する指示信号ｉｄとして出力したりする。表示装置８５は、例えば液晶表示パネルやＣＲＴ（Cathode Ray Tube）等を用いることができる。指示信号ｉｄは、サーボ弁１３へ信号ラインＩ２を介して伝達される。

記憶部９４は、動弁装置１００の動作手順を含むコンピュータプログラム等が記憶されている。ここで、記憶部９４は、ＲＡＭのような揮発性のメモリ、フラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ、ハードディスクドライブあるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。

上記コンピュータプログラムは、処理部９０へすでに記録されているコンピュータプログラムとの組み合わせによって、動弁装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。また、この制御装置８０は、コンピュータプログラムの代わりに専用のハードウェアを用いて、動弁装置１００の動作手順を実行するものであってもよい。

また、動弁装置１００の動作手順は、予め用意されたプログラムをパーソナル・コンピュータやワークステーション、あるいは制御用コンピュータ等のコンピュータシステムで実行することによって実現することもできる。また、このプログラムは、ハードディスク等の記録装置、フレキシブルディスク（ＦＤ）、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ、ＭＯ、ＤＶＤ、フラッシュメモリ等のコンピュータで読み取り可能な記録媒体に記録され、コンピュータによって記録媒体から読み出されることによって実行することもできる。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。

また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」には、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線網を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものを含むものとする。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。

以上説明した制御装置８０は、計測装置２０、２１から、クランク角度及び回転数データを取得する。本実施形態では、制御装置８０は、本来所望のクランク角度毎にリフト量が与えられた目標リフト波形が記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶されているものとする。例えば、４ストロークエンジンでは燃焼用ピストンが２往復する間に、吸気・圧縮・膨張・排気の４行程を行うことで１サイクルを完結する。制御装置８０は、この１サイクル分の目標リフト波形を生成し、目標リフト波形と同一のドライブ波形で弁駆動ピストンを駆動できるようサーボ弁に制御コマンドを制御信号として送付する。

次に、本実施形態に係る油圧回路について説明する。図４は、本実施形態に係る油圧回路の一例を示す説明図である。図４に示す油圧回路１０Ａは、図２に示す弁駆動装置１０の弁駆動シリンダ１１と、弁駆動シリンダ１１内に移動可能に収納された弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２を駆動するためのサーボ弁１３との油圧回路を示している。

油圧回路１０Ａは、弁駆動シリンダ１１と、弁駆動ピストン１２と、スプール１７を有する方向切換制御弁機構１８と、ノズルフラッパ機構６０と、油路４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８と、絞り６８、６９とを含んでいる。スプール１７のストローク（変位）は、例えばＬＶＤＴ（Linear Variable Differential Transformer：差動変圧器）のような非接触式のスプール変位計１９により計測される。スプール変位計１９は、信号ラインＩ６を通じて、上述した制御装置８０へ接続されている。同様に、弁駆動ピストン１２のストローク（変位）は、非接触式の弁駆動ピストン変位計１５により計測される。また、必要に応じ、配管７１、７２、７３、７４、７５、７６、７７が設けられている。なお、油路４１、４２、４４、４５、４７、４８、７７は、油ポート５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７に接続されている。

油圧回路１０Ａは、駆動力制御機構である減圧油圧回路１１０と接続されている。減圧油圧回路１１０は、減圧弁１１１と、油路１２１、１２２、１２３、１２４、１２５と、を含んでいる。また、減圧弁１１１のバルブ機構は、図１に示す信号ラインＩ２を通じて、上述した制御装置８０へ接続されている。なお、油路１２２、１２３、１２４、１２５は、油ポート５３、５４、５２、５７に接続されている。

方向切換制御弁機構１８は、３方向に切換可能な３方切換制御弁である。方向切換制御弁機構１８は、スプール１７が移動することで、弁駆動シリンダ１１へ通じる油路４６へ接続する油路４５、４８を切り換えることができる。これにより、油路４６に供給する作動油圧力の供給対象を切り換えることができる。

ノズルフラッパ機構６０は、ノズルの流路面積を絞ることにより圧力を変化させる機構である。図４に示すようにノズルフラッパ機構６０が油路４１中に介在する。油路４１はノズルフラッパ機構６０から油路４２、４３との管路接続４３ａ側となる油路４１Ａと、ノズルフラッパ機構６０から油ポート５１側となる油路４１Ｂとを含んでいる。

図５は、ノズルフラッパ機構の一例を示す説明図である。図５に示すように、ノズルフラッパ機構６０は、油路４１Ａと油路４１Ｂとの間に配置されている。また、ノズルフラッパ機構６０は、油路４１の配管４１ａと、ノズル６３と、フラッパ６１と、ノズルフラッパ駆動手段６２とを含んでいる。ノズルフラッパ機構６０は、油ポート５１でタンク７９と接続されている。また、油路４１の配管４１ａにノズル６３が設けられている。フラッパ６１がノズル６３の流路面積を絞り又は開口可能な部材である。ノズルフラッパ駆動手段６２は、例えば圧電体又はソレノイド等の電磁コイルで構成できる。ノズルフラッパ駆動手段６２は、上述した制御装置８０と信号ラインＩ２を介して接続されている。

上述した制御装置８０は制御信号コマンドを送信し、制御信号コマンドに応じて図５に示すノズルフラッパ駆動手段６２が伸縮する。ノズルフラッパ駆動手段６２の伸縮に沿って、フラッパ６１がノズル６３の流路面積を絞り又は開口することで油路４１Ａの圧力を変化させることができる。

図４に示す油路４２は、油ポート５２を介して油圧ユニット３０と接続され、パイロット圧力が加えられている。絞り６８はオリフィスであり、パイロット圧力を調整する圧力絞りである。

油路４３は、管路接続４３ａで、油路４１Ａ及び油路４２に接続されている。油路４３は、方向切換制御弁機構１８のスプール１７を押圧する押圧部でもある。油路４４は、油ポート５３を介して油圧ユニット３０と接続され、パイロット圧力が加えられている。

油路４５は、油ポート５４を介して油圧ユニット３０と接続され、弁駆動ピストン１２の第１の作動油圧力が加えられている。方向切換制御弁機構１８により、油路４５及び油路４６の接続がスプール１７の位置によって切り換えられる。

油路４６は、方向切換制御弁機構１８と弁駆動シリンダ１１の弁駆動シリンダ上室１１ａとを接続している。ここで、弁駆動シリンダ上室１１ａは、弁駆動シリンダ１１内の空間であって、図２に示す弁ロッド５の逆側となる弁駆動ピストン１２と弁駆動シリンダ１１とで囲まれる空間である。弁駆動シリンダ上室１１ａには、配管７１が接続されており、配管７１が必要に応じ空気を抜く作用をしている。

また、弁駆動シリンダ下室１１ｂは、図２に示す弁ロッド５側となる弁駆動ピストン１２と弁駆動シリンダ１１とで囲まれる空間である。油路４７は、油ポート５７を介して油圧ユニット３０と接続され、弁駆動ピストン１２の第２の作動油圧力が加えられている。油路４７には、絞り６９が設けられている。絞り６９はオリフィスであり、第２の作動油圧力を調整する圧力絞りである。絞り６９により、第２の作動油圧力は上述した第１の作動油圧力よりも小さくなるように設定されていることが好ましい。油路４７は、管路接続４７ａを有しており、配管７２が接続されている。配管７２は、必要に応じ空気を抜く作用をしている。

油路４８は、方向切換制御弁機構１８からの戻り管路であり、油ポート５５を介して油タンクと接続している。

配管７３、７４、７５、７６、７７は、ドレン配管であり、水分が油ポート５６を介して排出される。油ポート５１、５２、５３、５４、５５、５６、５７は、サーボ弁１３に開口した油又は水分を運ぶ開口部である。

減圧油圧回路１１０は、油圧ユニット３０から供給する油圧を、油ポート５２、５３ヘ供給するパイロット圧力と、油ポート５４、５７へ供給する第１の作動油圧力及び第２の作動油圧力と、に分圧する油圧回路である。減圧弁１１１は、油路１２１を１次側、油路１２４を２次側とする。そして、制御装置８０の制御信号に従って弁の開閉動作を行う。減圧弁１１１は、弁の開閉動作により、油圧ユニット３０から油路１２１を通じて供給する油圧を油路１２４へ伝達する動作と、設定圧力以下の減圧作動油圧力として伝達する動作と、を選択可能な制御弁である。

油路１２１は、管路接続１２１ａで油路１２２と分岐している。また、油路１２２は、管路接続１２２ａで、油路１２３と分岐している。油路１２２は、油ポート５３を介して油路４４と接続している。また、油路１２３は、油ポート５２を介して油路４２と接続している。油路１２４は、管路接続１２４ａで、油路１２５と分岐している。油路１２４は、油ポート５４を介して油路４５と接続している。油路１２５は、油ポート５７を介して油路４７と接続している。

次に、図１から図９を参照して、本実施形態に係る動弁装置の制御を説明する。図６は、本実施形態に係る動弁装置の制御を示すフローチャートである。図７、図８及び図９は、本実施形態に係る弁駆動ピストンの動作を示す説明図である。

図６に示すように、動弁装置１００の制御装置８０は、制御信号のコマンドを油圧ユニット３０へ送信し、油圧ユニット３０を始動する（ステップＳ１）。図１に示すように、制御装置８０からの制御信号コマンドは、信号ラインＩ１を介し、油圧ユニット３０へ伝達される。油圧ユニット３０では、油圧ラインＯ１へ油圧を供給する。

油圧ユニット３０の始動時に、油圧回路１０Ａへまずパイロット圧力のみ供給する。これにより、不用意な動弁ピストンの動作を防止することができる。このため、図７に示す減圧油圧回路１１０の減圧弁１１１を動作させ、油路１２４の油圧を設定圧力以下の減圧作動油圧力としている。

次に、図６に示すように、動弁装置１００の制御装置８０は、ノズルフラッパを駆動する（ステップＳ２）。具体的には、図１及び図２に示すように、制御装置８０からの制御信号コマンドは、信号ラインＩ２を介し、サーボ弁１３へ伝達される。サーボ弁１３では、図５に示すノズルフラッパ機構６０のノズルフラッパ駆動手段６２が制御信号のコマンドに応じ伸縮する。

図５に示すノズルフラッパ駆動手段６２が駆動され、ノズル６３の流路面積を絞ることにより油路４１Ａの流量を変化させると、図７に示すように油路４２にパイロット圧力が減圧されることなく、油路４３へ印加される。油路４３へは圧力ＰＰＢが印加されることになる。上述したように、油路４４にもパイロット圧力が印加されている。ここで、油路４４に加わる圧力を圧力ＰＰＡとする。

本実施形態では、圧力ＰＰＡは、図５に示すノズルフラッパ駆動手段６２が駆動され、ノズル６３の流路面積を最も絞る状態での圧力ＰＰＢの略半分となるように、絞り６８が設定されていることが好ましい。これにより、圧力ＰＰＡは、図５に示すノズルフラッパ駆動手段６２が駆動され、ノズル６３の流路面積を所定以上絞ると、圧力ＰＰＡよりも圧力ＰＰＢが大きくなり、スプール１７が移動する。スプール１７が移動すると、スプール変位計１９がスプールの変位を読み取り、スプール変位計１９は信号ラインＩ６を通じて、スプールの変位情報を制御装置８０へ送出する。

次に、図６に示すように、動弁装置１００の制御装置８０は、ノズルフラッパを駆動する（ステップＳ２）ことにより、弁駆動ピストン１２の移動が生じる（ステップＳ３）。具体的には、上述したスプール１７の移動に伴い、方向切換制御弁機構１８が油路４５と油路４６を接続する。これにより、弁駆動シリンダ上室１１ａが減圧された第１の作動油圧力となり、弁駆動シリンダ下室１１ｂの減圧された第２の作動油圧力よりも大きくなることから弁駆動ピストン１２が、図７に示す弁ロッド５の方向、図７に示す矢印Ｚ１方向へ移動することになる。弁駆動ピストン１２の変位は、図２に示す弁駆動ピストン変位計１５で計測され、弁駆動ピストン変位計１５は信号ラインＩ３を通じて、ピストンの変位情報を制御装置８０へ送出する。

ここで、図７に示す、弁ロッド５は、バルブスプリング６のバネ圧力（弾性力）で所定位置に押圧されている。バルブスプリング６が弁ロッド５に排気弁４ａ又は吸気弁４ｂを閉じる方向へ与える弾性力をＦ０とする。また、減圧された第１の作動油圧力Ｐ１と、弁駆動ピストン１２の第１の作動油圧力Ｐ１の受圧面積Ａ１と、減圧された第２の作動油圧力Ｐ２と、弁駆動ピストン１２の第２の作動油圧力Ｐ２の受圧面積Ａ２と、すると、弁駆動ピストン１２にかかる駆動力Ｆｐは、Ｆｐ＝Ｐ１×Ａ１−Ｐ２×Ａ２となる。減圧油圧回路１１０の減圧弁１１１の減圧設定をして、駆動力Ｆｐが弾性力Ｆ０よりも小さくなるようにする。

動弁装置１００の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の移動を弁駆動ピストン変位計１５で計測し、ピストン変位の変化がなくなるか判断する（ステップＳ４）。ピストン変位の変化がある場合（ステップＳ４、Ｎｏ）、弁駆動ピストン１２の移動（ステップＳ３）したまま、弁駆動ピストン１２の移動を弁駆動ピストン変位計１５で計測し続ける。

図８に示すように、弁ロッド５と弁駆動ピストン１２とが接すると、駆動力Ｆｐが弾性力Ｆ０よりも小さいので、弁駆動ピストン１２の移動が停止する。動弁装置１００の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の移動を弁駆動ピストン変位計１５で計測し、ピストン変位の変化がない場合（ステップＳ４、Ｙｅｓ）、制御装置８０は、弁駆動ピストン変位計１５で計測した弁駆動ピストン１２の位置情報を基準位置として記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶する（ステップＳ５）。

次に、図６に示すように、動弁装置１００の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の逆移動を行う（ステップＳ６）。具体的には、図５に示すノズルフラッパ駆動手段６２が駆動され、ノズル６３の流路面積の絞りを開放することにより油路４１Ａの流量を変化させると、図９に示すように油路４２のパイロット圧力が減圧される。このため油路４３へ印加される圧力も減圧される。その結果、油路４３へ印加される圧力ＰＰＢが油路４４に加わる圧力ＰＰＡよりも小さくなる。

すなわち、圧力ＰＰＡは、図５に示すノズルフラッパ駆動手段６２が駆動され、ノズル６３の流路面積の絞りが所定以上開放されると、圧力ＰＰＢよりも圧力ＰＰＡが大きくなり、スプール１７が移動する。スプール１７が移動すると、スプール変位計１９がスプール１７の変位を読み取り、スプール変位計１９は信号ラインＩ６を通じて、スプール１７の変位情報を制御装置８０へ送出する。

スプール１７の移動に伴い、方向切換制御弁機構１８が油路４５と油路４６との接続を、油路４８と油路４６との接続に切り替わらせる。これにより、弁駆動シリンダ上室１１ａが戻り管路の圧力となり、弁駆動シリンダ下室１１ｂの第２の作動油圧力よりも小さくなることから弁駆動ピストン１２が、図９に示す弁ロッド５の逆方向、図８に示す矢印Ｚ２方向へ移動することになる。弁駆動ピストン１２の変位は、図２に示す弁駆動ピストン変位計１５で計測され、弁駆動ピストン変位計１５は信号ラインＩ３を通じて、ピストンの変位情報を制御装置８０へ送出する。

次に、図６に示すように、動弁装置１００の制御装置８０は、記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶した基準位置から所定位置で弁駆動ピストン１２を停止する（ステップＳ７）。具体的には、動弁装置１００の制御装置８０は、弁駆動ピストン１２の移動を弁駆動ピストン変位計１５で計測し、ピストン変位が基準位置から所定のクリアランスＬとなるまで監視する。ピストン変位が基準位置から所定のクリアランスＬとなると、弁駆動ピストン１２を停止し、弁駆動ピストン１２の位置を記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶し、弁閉止時の弁駆動ピストンと弁ロッドとの間のわずかな隙間であるクリアランスＬとして設定する。

なお、クリアランス調整を終了後、通常の弁駆動装置１０の駆動を行う場合、動弁装置１００の制御装置８０は、減圧弁１１１へ制御信号を送信し、油路１２４の減圧を回復する。これにより、油圧ユニット３０は、油圧回路１０Ａへ作動油圧を供給可能となる。

以上説明したように、本実施形態の内燃機関１の動弁制御システムは、排気弁４ａ又は吸気弁４ｂの弁ロッド５と、弁ロッド５に前記排気弁４ａ又は前記吸気弁４ｂを閉じる方向の弾性力を与えるバルブスプリング６と、前記排気弁４ａ又は前記吸気弁４ｂを駆動可能であって、弁駆動シリンダ１１内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストン１２と、弁駆動ピストン１２の変位を検出する弁駆動ピストン変位検出手段である弁駆動ピストン変位計１５と、弁駆動シリンダ１１内の駆動力制御を行う駆動力制御機構である減圧油圧回路１１０と、を含んでいる。駆動力制御機構である減圧油圧回路１１０により弁駆動ピストン１２をバルブスプリング６が弁ロッド５に与える弾性力Ｆ０よりも小さい駆動力Ｆｐで動作させ、弁駆動ピストン変位計１５で弁駆動ピストン１２の変位変化が停止した位置を基準位置として検出する。

これにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスＬの基準位置が把握可能となる。このため、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００を内燃機関１上に搭載する位置の影響のいずれかにより、基準位置のずれがあったとしても、基準位置を把握し直すことができる。また、隙間ゲージに基づいておこなっていたクリアランスＬの調整が不要となり、調整作業が自動で実施可能となり、作業時間が短縮できる。

本実施形態の内燃機関１の動弁制御システムは、基準位置を弁ロッド５と弁駆動ピストン１２とが接した位置として記憶手段である記憶部９４又はＲＡＭ９２に記憶し、弁駆動ピストン１２を基準位置から移動して、弁ロッド５と弁駆動ピストン１２との間のクリアランスＬを設定することが好ましい。

これにより、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００を内燃機関１上に搭載する位置の影響のいずれかにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスＬが変化した場合でもクリアランスＬを適切な距離に調整できる。このため、クリアランスＬが適切に保たれるので弁駆動ピストンの動作遅れのおそれを低減できる。また、クリアランスＬが適切に保たれるので、熱膨張の影響でクリアランスＬがなくなり、閉弁したはずの排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが開弁してしまうおそれが低減される。

上述したように、内燃機関の動弁制御方法は、弁駆動シリンダ内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストンにより内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な動弁制御方法であって、前記弁駆動ピストンの変位信号の変化を演算し変位変化が一定の場合には、前記弁駆動ピストンの変位が弁駆動ピストンの基準位置として記憶される。

これにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスＬの基準位置が把握可能となる。このため、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００を内燃機関１上に搭載する位置の影響のいずれかにより、基準位置のずれがあったとしても、基準位置を把握し直すことができる。また、隙間ゲージに基づいておこなっていたクリアランスＬの調整が不要となり、調整作業が自動で実施可能となり、作業時間が短縮できる。

本実施形態の内燃機関の動弁制御方法は、前記基準位置を前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとが接した位置とし、前記弁ロッドから前記弁駆動ピストンが離れる前記弁駆動ピストンの変位信号の変化を演算し、前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとの間のクリアランスを設定することが好ましい。

これにより、熱膨張等の外部環境の変化の影響、又は弁駆動シリンダ１１を載置した架台３００を内燃機関１上に搭載する位置の影響のいずれかにより、弁閉止時のわずかな隙間であるクリアランスＬが変化した場合でもクリアランスＬを適切な距離に調整できる。このため、クリアランスＬが適切に保たれるので弁駆動ピストンの動作遅れのおそれを低減できる。また、クリアランスＬが適切に保たれるので、熱膨張の影響でクリアランスＬがなくなり、閉弁したはずの排気弁４ａ及び吸気弁４ｂが開弁してしまうおそれが低減される。

本実施形態に係る動弁制御システム及び動弁制御方法は、駆動力制御機構である減圧油圧回路１１０により弁駆動ピストン１２をバルブスプリング６が弁ロッド５に与える弾性力Ｆ０よりも小さい駆動力Ｆｐで動作させ、弁駆動ピストン変位計１５で弁駆動ピストン１２の変位変化が停止した位置を基準位置として検出する。また、油圧ユニット３０を複数も受け、駆動力制御機構である減圧油圧回路１１０をそれぞれの油圧ユニット３０に接続するリリーフ弁機構とし、独立してパイロット圧力と、作動油圧力とを供給する油圧回路に置き換えてもよい。あるいは、駆動力制御機構は、例えば、ソレノイド等の電磁駆動機構であっても良い。この場合、ソレノイドに供給する電流を制御装置８０で制御し、バルブスプリング６が弁ロッド５に与える弾性力Ｆ０よりも小さい駆動力Ｆｐで弁駆動ピストン１２を動作させ、弁駆動ピストン変位計１５で弁駆動ピストン１２の変位変化が停止した位置を基準位置として検出するようにしても良い。

なお、本実施形態に係る動弁制御システム及び動弁制御方法は、内燃機関の吸気弁又は排気弁を開閉駆動する試験機にも適している。また、本実施形態の内燃機関は、シリンダブロックと、前記シリンダブロック内を上下動する燃焼用ピストンと、排気弁及び吸気弁と、前記排気弁及び前記吸気弁を各々駆動することが好ましい。これにより、清浄な排気と燃費向上とによりＮＯｘ、未燃ＨＣの排出量の低減と二酸化炭素排出量の低減とに寄与することができる。

１ 内燃機関
２ 燃焼用ピストン
３ シリンダブロック
４ａ 排気弁
４ｂ 吸気弁
５ 弁ロッド
６ バルブスプリング
７ クランクシャフト
８ コネクティングロッド
９ クランクケース
１０ 弁駆動装置
１１ 弁駆動シリンダ
１１ａ 弁駆動シリンダ上室
１１ｂ 弁駆動シリンダ下室
１２ 弁駆動ピストン
１３ サーボ弁
１５ 弁駆動ピストン変位計
１７ スプール
１８ 方向切換制御弁機構
１９ スプール変位計
２０、２１ 計測装置
３０ 油圧ユニット
４１、４２、４３、４４、４５、４６、４７、４８ 油路
６０ ノズルフラッパ機構
６２ ノズルフラッパ駆動手段
６３ ノズル
８０ 制御装置
１００ 動弁装置
１１０ 減圧油圧回路
１１１ 減圧弁
１２１、１２２、１２３、１２４、１２５ 油路
３００ 架台

Claims (4)

1. 内燃機関の吸気弁又は排気弁の弁ロッドと、
   前記弁ロッドに前記吸気弁又は前記排気弁を閉じる方向の弾性力を与えるバルブスプリングと、
   前記排気弁又は前記吸気弁を駆動可能であって、弁駆動シリンダ内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストンと、
   前記弁駆動ピストンの変位を検出する弁駆動ピストン変位検出手段と、
   前記弁駆動シリンダ内の駆動力制御を行う駆動力制御機構を含み、
   前記駆動力制御機構により前記弁駆動ピストンを前記バルブスプリングが前記弁ロッドに与える弾性力よりも小さい駆動力で動作させ、前記弁駆動ピストン変位検出手段で前記弁駆動ピストンの変位変化が停止した位置を基準位置として検出することを特徴とする内燃機関の動弁制御システム。
2. 前記基準位置を前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとが接した位置として記憶し、前記弁駆動ピストンを前記基準位置から移動して、前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとの間のクリアランスを設定する請求項１に記載の内燃機関の動弁制御システム。
3. 弁駆動シリンダ内の駆動力で往復運動する弁駆動ピストンにより内燃機関の排気弁又は吸気弁を駆動可能な動弁制御方法であって、
   前記弁駆動ピストンの変位信号の変化を演算し前記弁駆動ピストンの変位変化が停止した場合には、前記弁駆動ピストンの変位が弁駆動ピストンの基準位置として記憶されることを特徴とする内燃機関の動弁制御方法。
4. 前記基準位置を前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとが接した位置とし、前記弁ロッドから前記弁駆動ピストンが離れる方向に前記動弁駆動ピストンを移動させ前記弁駆動ピストンの変位信号の変化を演算し、前記弁ロッドと前記弁駆動ピストンとの間で前記基準位置から所定のクリアランスとなる位置で前記弁駆動ピストンを停止する請求項３に記載の内燃機関の動弁制御方法。

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