JP2015017572A

JP2015017572A - 可変バルブシステム

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Publication number: JP2015017572A
Application number: JP2013146055A
Authority: JP
Inventors: 学永吉; Manabu Nagayoshi
Original assignee: Hino Motors Ltd
Current assignee: Hino Motors Ltd
Priority date: 2013-07-12
Filing date: 2013-07-12
Publication date: 2015-01-29
Anticipated expiration: 2033-07-12
Also published as: JP6165528B2

Abstract

【課題】バルブの閉弁時期の変更に必要とされる期間を短くすることの可能な可変バルブシステムを提供する。
【解決手段】先に開弁する前段のバルブに連結した油室が、前段の油室であり、後に開弁する後段のバルブに連結した油室が、後段の油室であり、前段のバルブと後段のバルブとは、互いに重ならない開弁期間を有する。そして、前段の油室と後段の油室とを直列に連結する閉じた経路である循環通路４２と、前段の油室３８と後段の油室３８との間に位置する循環通路４２の閉鎖と開通とを切り替える切替弁４５と、切替弁の駆動を制御する制御部４６と、後段のバルブ２１の開弁期間に後段のバルブ２１に対応する切替弁４５を開弁して、後段の油室３８内のオイルを前段の油室３８へ流して後段のバルブ２１におけるリフト量を小さくする制御部４６と、をさらに備える。
【選択図】図１

Description

本開示の技術は、可変バルブシステムに関する。

従来から、燃焼室を開閉するバルブのリフト量や開閉タイミングを変更する可変バルブシステムが知られている。例えば特許文献１には、バルブの最大リフト量を油室の容積に応じて変化させる油圧式のリフターを有する可変バルブシステムが開示されている。リフターを有する可変バルブシステムのなかには、バルブの閉弁時期を進角させるロストモーション式の可変バルブシステムが知られている。

ロストモーション式の可変バルブシステムは、油室とアキュムレーターとの間に電磁弁を有している。そして、バルブが開弁している期間に電磁弁が開弁すると、油室内のオイルは、アキュムレーターへ流れ出る。その後、バルブが閉弁すると、それ以降では、バルブの閉弁時期が進角する。これに対して、バルブが閉弁している期間に電磁弁が開弁すると、アキュムレーター内のオイルは油室へ戻る。この状態で電磁弁が閉弁すると、バルブの閉弁時期は進角前に戻る。

実開昭５８−４８９０６号公報

ところで、上述したロストモーション式の可変バルブシステムでは、油室内のオイルがアキュムレーターに流れることによって、バルブの閉弁時期が進角し、アキュムレーター内のオイルが油室に流れることによって、バルブの開弁時期が閉弁時期の進角前の時期に戻る。こうした方式によるバルブの閉弁時期の変更では、バルブの閉弁時期の変更が繰り返されるたびに、油室とアキュムレーターとの間でオイルが往復する。それゆえに、前回のバルブの閉弁時期の変更と今回のバルブの閉弁時期の変更との間には、アキュムレーターと油室との間でオイルが往復できる程度の期間の経過が必要とされている。

本開示の技術は、バルブの閉弁時期の変更に必要とされる期間を短くすることの可能な可変バルブシステムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する可変バルブシステムは、複数の動弁機構を備え、各動弁機構は、燃焼室に設けられ、前記燃焼室を閉じる方向に付勢されたバルブと、前記バルブと連結する油室を有し、前記油室は容積が可変であり、前記油室の容積が小さいほど前記バルブのリフト量が小さいように構成され、前記バルブのリフト量を変える油圧式のリフターと、を備える。ここで、先に開弁する前段のバルブに連結した油室が、前段の油室であり、後に開弁する後段のバルブに連結した油室が、後段の油室であり、前段のバルブと後段のバルブとは、互いに重ならない開弁期間を有する。そして、前段の油室と後段の油室とを直列に連結する閉じた経路である循環通路と、前記循環通路にて前記バルブごとに設けられ、前段の油室と後段の油室との間に位置する前記循環通路の部分で閉鎖と開通とを切り替える切替弁と、後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁を開弁して、後段の油室内のオイルを前段の油室へ流すことによって後段のバルブにおけるリフト量を小さくする制御部と、をさらに備える。

上記構成においては、後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁が開弁することによって、後段の油室から流出したオイルが前段の油室に流入する。そのため、前段の油室にアキュムレーターからオイルが供給される場合に比べて、油室へのオイルの供給に要する時間が短縮される。

上記可変バルブシステムにて、前記複数の動弁機構は、３つ以上の動弁機構であることが好ましい。
上記構成によれば、少なくとも３つの動弁機構の油室が循環通路で連結されていることから、少なくとも１つの動弁機構においてバルブのリフト量が戻るのに要する時間が短縮される。

上記可変バルブシステムにおいて、前記循環通路は、前記油室同士を直接連結した経路から構成されていることが好ましい。
上記構成によれば循環通路で油室が連結された全ての動弁機構においてバルブのリフト量が戻るのに要する時間が短縮される。

上記可変バルブシステムにおいて、前記各動弁機構は、前段の油室と後段の油室との間に位置する前記循環通路の部分に接続され、オイルポンプからオイルが供給される供給通路と、前記供給通路に配設され、前段の油室と後段の油室との間に位置する前記循環通路の部分の圧力が前記供給通路の圧力よりも低いときに開弁する供給弁と、をさらに備える。

上記構成によれば、切替弁の開閉に関係なく、常に供給通路と循環通路とが連通している場合には、前段の動弁機構及び後段の動弁機構の少なくとも一方の供給通路は、前段の油室に連通している。また、循環通路と供給通路との連通が切替弁の開閉に応じて切り替えられる場合であっても、前段の動弁機構及び後段の動弁機構の少なくとも一方の供給通路は、前段の油室に連通している。そのため、前段の油室が、オイルの流入量以上に容積が大きくなろうとしてもその流入量を超える分のオイルが供給通路から供給される。その結果、油室には充分なオイルが供給されるので、バルブの開弁時期を一定に保つことが出来る。

本開示の技術における可変バルブシステムを構成する動弁機構の概略構成を示す概略構成図であって、油室の容積が基準容積である状態を示す図。循環通路が閉鎖状態に切り替わる直前の動弁機構の概略構成を示す概略構成図。可変バルブシステムに搭載された油圧回路を示す回路図。油圧回路における各動弁機構のバルブリフト及び切替弁の開閉制御をクランク角に対応させて示した図。

図１〜図４を参照して、本開示における可変バルブシステムの一実施形態について、４ストロークの直列６気筒エンジンに適用される可変バルブシステムを例にとって説明する。まず、図１及び図２を参照して、可変バルブシステムを構成する動弁機構の概略構成について説明する。

図１に示されるように、可変バルブシステム１０を構成する動弁機構２０は、シリンダヘッド１２に形成された吸気ポート１３に対して燃焼室１４を開閉する一対の吸気バルブであるバルブ２１を備える。動弁機構２０は、バルブ２１をバルブステム２１ａが延びる方向である開閉方向に沿って往復移動させるとともにバルブ２１のリフト量や開閉タイミングを可変とする。各バルブ２１は、シリンダヘッド１２に対してバルブスプリング２２によって閉弁方向に付勢されており、バルブステム２１ａの上端部が共通のクロスヘッド２３に当接している。

動弁機構２０は、燃焼室１４の配列方向に沿って延びるカムシャフト２５を備える。カムシャフト２５は、図示されないタイミングギヤを介してクランクシャフトに連動して回転する。カムシャフト２５に固定されたカム２６は、ロッカーシャフト２７を揺動軸として揺動可能なロッカーアーム２８を反時計回り方向に回動させる。

ロッカーアーム２８は、燃焼室１４の配列方向に沿って延びるロッカーシャフト２７に取り付けられている。ロッカーアーム２８には、ロッカーシャフト２７からカム２６側に延びる部位の端部に回転軸部材２９を回転軸として回転可能なローラー３０が取り付けられている。ロッカーアーム２８は、カムシャフト２５を回転軸として回転するカム２６が作用するとローラー３０を回転させながら反時計回り方向に回動する。

ロッカーアーム２８には、ロッカーシャフト２７からカム２６とは反対側に延びる部位の端部にアジャストスクリュー３１が螺着されている。ロッカーアーム２８は、アジャストスクリュー３１がリフター３５のアウター３６に当接した状態が維持されるように、図示されないスプリングによってバルブ２１を開弁させない程度の力で反時計回り方向に付勢されている。アジャストスクリュー３１は、ロッカーアーム２８が反時計回り方向に回動するとリフター３５を介してクロスヘッド２３をバルブ２１の開弁方向に押下する。

リフター３５は、バルブ２１の開閉方向に延びる有蓋円筒形状のアウター３６と、アウター３６の内周面を摺動可能な円柱形状のインナー３７と、を備える。インナー３７は、下端部がクロスヘッド２３に当接され、上端部寄りの部位がアウター３６に収容されている。リフター３５には、アウター３６の内面とインナー３７の頂面とによって油室３８が形成される。油室３８は、オイルで満たされる。アウター３６の周壁には、油室３８に連通する複数の貫通孔３９が形成されている。貫通孔３９は、アウター３６の可動範囲とインナー３７の可動範囲とに基づいて、インナー３７によって閉塞されない位置に形成される。リフター３５は、シリンダヘッド１２の上方に配置されるベース４０に支持される。

ベース４０には、バルブ２１の開閉方向に沿ってリフター３５のアウター３６が摺動可能な摺動孔４１が形成されている。リフター３５は、この摺動孔４１に挿入された状態でベース４０に支持されている。ベース４０には、循環通路４２が形成されている。循環通路４２は、摺動孔４１の内周面の全周にわたって開口する開口部４３を有している。開口部４３は、循環通路４２と油室３８との連通状態が貫通孔３９を通じて常に維持されるようにバルブ２１の開閉方向に幅広な形状に形成されている。

ベース４０には、ノーマルオープン型の電磁弁であって循環通路４２を開閉する切替弁４５が配設されている。切替弁４５は、制御部４６によって開閉制御される。制御部４６には、図示されないクランクシャフトの角度であるクランク角ＣＡを検出するクランク角センサー４７からクランク角ＣＡを示す信号が所定の制御周期で入力される。制御部４６は、クランク角ＣＡに基づいて切替弁４５の開閉を制御する。循環通路４２は、切替弁４５の閉弁により閉鎖され、切替弁４５の開弁により開通する。

また、ベース４０には、切替弁４５の開弁により循環通路４２に連通する供給通路４８が形成されている。供給通路４８には、エンジンによって駆動されるオイルポンプ４９から所定圧力のオイルが供給されている。供給通路４８には、供給弁５０が配設されている。供給弁５０は、循環通路４２の圧力が供給通路４８の圧力よりも低くなったときに開弁する逆止弁である。

こうした構成の動弁機構２０では、バルブ２１は、カム２６の作用によって反時計回りに回動するロッカーアーム２８がリフター３５を押下することによって開弁する。バルブ２１は、ロッカーアーム２８にカム２６が作用しなくなるとバルブスプリング２２の弾性力によって閉弁する。油室３８は、バルブ２１の開弁期間ではバルブスプリング２２の弾性力に基づく油圧が発生し、バルブ２１の閉弁期間よりも圧力が高くなる。バルブ２１の開弁期間はバルブ２１の開弁から閉弁までの期間であり、バルブ２１の閉弁期間はバルブ２１の閉弁から開弁までの期間である。

本実施形態における可変バルブシステム１０の各動弁機構２０では、バルブ２１が開弁するとき、アウター３６は、ロッカーアーム２８のローラー３０をカム２６のベース円部２６ａに当接させる位置に配置されている。この際の油室３８の容積を基準容積という。

図２に示されるように、バルブ２１の開弁期間に循環通路４２が開通すると、動弁機構２０の油室３８は、オイルが循環通路４２に流出することで容積が小さくなる。これにより、バルブ２１の閉弁時期が進角する。その後、循環通路４２は、バルブ２１の閉弁期間に閉鎖される。この閉鎖の際、ロッカーアーム２８は、アジャストスクリュー３１がリフター３５に当接し、且つ、ローラー３０がカム２６から離れた状態にある。そして、動弁機構２０の油室３８は、バルブ２１の閉弁期間に基準容積に戻される。

図３及び図４を参照して、上述した可変バルブシステム１０の動弁機構２０についてさらに詳しく説明する。
直列６気筒のエンジンの各気筒を配列方向に沿って順番に第１気筒＃１、第２気筒＃２、第３気筒＃３、第４気筒＃４、第５気筒＃５、第６気筒＃６とすると、吸入工程は、通常、＃１、＃４、＃２、＃６、＃３、＃５の順に繰り返し行われる。そのため、第ｋ気筒に対応する動弁機構２０を第ｋの動弁機構２０ｋとすると、第１の動弁機構２０１、第２の動弁機構２０２、第３の動弁機構２０３、この順で動弁機構２０のバルブ２１が開弁する。また、第１の動弁機構２０１のバルブ２１の開弁期間に、第３の動弁機構２０３のバルブ２１は開弁しない。第２の動弁機構２０２のバルブ２１の開弁期間に、第１の動弁機構２０１のバルブ２１は開弁しない。第３の動弁機構２０３のバルブ２１の開弁期間に、第２の動弁機構２０２のバルブ２１は開弁しない。これらに基づき、可変バルブシステム１０には、第１〜第３の動弁機構２０１〜２０３について図３に示されるような油圧回路５５が搭載される。

図３に示されるように、油圧回路５５では、第１の動弁機構２０１の循環通路４２が第３の動弁機構２０３の油室３８に連通している。第２の動弁機構２０２の循環通路４２が第１の動弁機構２０１の油室３８に連通している。第３の動弁機構２０３の循環通路４２が第２の動弁機構２０２の油室３８に連通している。すなわち、油圧回路５５には、第１〜第３の動弁機構２０１〜２０３の各油室３８が直列に接続された閉回路が形成されている。また、各循環通路４２には、供給弁５０を備える供給通路４８が接続されている。

図４に示されるように、油圧回路５５において、制御部４６は、油圧回路５５を構成する各切替弁４５を制御して、第１の動弁機構２０１、第２の動弁機構２０２、第３の動弁機構２０３の順に循環通路４２を繰り返し開通させる。すなわち、油圧回路５５においてはただ１つの循環通路４２が開通する。

こうした構成の油圧回路５５では、第１の動弁機構２０１を前段の動弁機構とすると、第２の動弁機構２０２が後段の動弁機構である。第２の動弁機構２０２を前段の動弁機構とすると、第３の動弁機構２０３が後段の動弁機構である。第３の動弁機構２０３を前段の動弁機構とすると、第１の動弁機構２０１が後段の動弁機構である。前段の動弁機構２０の循環通路４２は、後段の動弁機構２０における循環通路４２の開口部４３に連通する（図１参照）。

そして、後段の動弁機構２０の循環通路４２が開通する際、前段の動弁機構２０は、バルブ２１の閉弁期間にあり、且つ、オイルが流出したままの状態にある。そのため、後段の動弁機構２０の循環通路４２が開通すると、該後段の動弁機構２０の油室３８から流出するオイルが循環通路４２を通じて前段の動弁機構２０の油室３８に流入する。これにより、前段の動弁機構２０の油室３８は、アウター３６を上動させながら容積が拡大する。そして、上動するアウター３６の慣性によって油室３８の容積がオイルの流入量以上に大きくなろうとすると、循環通路４２の圧力が供給通路４８の圧力よりも低くなり、供給弁５０が開弁して供給通路４８から循環通路４２にオイルが供給される。こうして前段の動弁機構２０の油室３８は基準容積まで戻され、後段の動弁機構２０では、オイルが流出した状態のまま循環通路４２が閉鎖される。

すなわち、油圧回路５５では、第１の動弁機構２０１から第３の動弁機構２０３へ、第２の動弁機構２０２から第１の動弁機構２０１へ、第３の動弁機構２０３から第２の動弁機構２０２へオイルが流入する。そのため、アキュムレーターから油室３８にオイルが戻される場合に比べて、油室から流出したオイルが油室に供給されるまでの過程におけるエネルギーの損失が抑えられ、油室３８が基準容積に戻るまでに要する時間が短縮される。

なお、油圧回路５５において、第１の動弁機構２０１を第４の動弁機構２０４、第２の動弁機構２０２を第６の動弁機構２０６、第３の動弁機構２０３を第５の動弁機構２０５に置き換えることにより、第４〜第６の動弁機構２０４〜２０６においても油圧回路５５と同様の回路を形成することが可能である。

以上説明したように、上記実施形態の可変バルブシステム１０によれば、以下に列挙する効果を得ることができる。
（１）各動弁機構２０の油室３８は、後段の動弁機構２０の油室３８から流出したオイルが流入することで容積が拡大する。その結果、アキュムレーターを備える動弁機構に比べて、油室３８が基準容積に戻るまでに要する期間が短くなる。

（２）前段の動弁機構２０にはアキュムレーターが不要である。そのため、アキュムレーターを備える動弁機構に比べて、動弁機構２０、ひいては可変バルブシステム１０の構成要素が低減される。

（３）油圧回路５５では、各動弁機構２０の油室３８を直列に接続した閉回路が形成される。そのため、第１〜第３の動弁機構２０１〜２０３の各油室３８において、基準容積に戻すまでに要する時間が短縮される。

（４）供給通路４８は、循環通路４２が開通状態にあるときに循環通路４２に連通する。そのため、各動弁機構２０において、バルブ２１の開弁直前における油室３８の容積のばらつきが抑えられる。

なお、上記実施形態は、以下のように適宜変更して実施することもできる。
・供給弁５０は、逆止弁に限らず、循環通路４２の圧力を検出するセンサーの検出値が所定値を下回るときに、制御部４６によって閉状態から開状態に切替えられる弁であってもよい。

・切替弁４５は、循環通路４２の開通と閉鎖とに切り替える弁であればよい。そのため、切替弁４５は、例えば、循環通路４２の開通により循環通路４２と供給通路４８とを遮断し、循環通路４２の閉鎖により循環通路４２と供給通路４８とを連通させる三方弁であってもよい。

・供給通路４８では、循環通路４２にオイルを供給する機能を有することが最も重要であって、供給通路４８に供給弁５０が配設されていなくともよい。また、可変バルブシステム１０では、後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁４５を開弁して、後段の油室内のオイルを前段の油室へ流すことによって後段のバルブにおけるリフト量を小さくすることが最も重要であって、供給通路４８は省略されてもよい。

・可変バルブシステム１０は、後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁を開弁して、後段の油室内のオイルを前段の油室へ流すことによって後段のバルブにおけるリフト量を小さくする制御の対象以外として、他の動弁機構を備えてもよい。また、後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁を開弁して、後段の油室内のオイルを前段の油室へ流すことによって後段のバルブにおけるリフト量を小さくする制御の対象は、２つ以上の動弁機構であればよい。

可変バルブシステム１０では、後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁を開弁して、後段の油室内のオイルを前段の油室へ流すことによって後段のバルブにおけるリフト量を小さくすることが最も重要であって、その制御対象以外の動弁機構が省略されてもよい。例えば、油圧回路の１つが第１の動弁機構２０１と第３の動弁機構２０３とで構成されていてもよく、第１〜第３の動弁機構２０１〜２０３で構成された油圧回路５５に限られない。

・バルブ２１は、排気バルブであってもよい。
・制御部４６は、クランク角ＣＡに限らず、カム角を検出するカム角センサーの検出値に基づいて切替弁４５を制御してもよい。また制御部４６は、クランク角ＣＡとカム角とに基づいて切替弁４５を制御してもよい。

・可変バルブシステム１０が適用可能なエンジンは、前段の動弁機構と後段の動弁機構との関係を満足する動弁機構を有しているならば、直列６気筒のエンジンに限られない。

１０…可変バルブシステム、１２…シリンダヘッド、１３…吸気ポート、１４…燃焼室、２０…動弁機構、２１…吸気バルブ、２１ａ…バルブステム、２２…バルブスプリング、２３…クロスヘッド、２５…カムシャフト、２６…カム、２６ａ…ベース円部、２７…ロッカーシャフト、２８…ロッカーアーム、２９…回転軸部材、３０…ローラー、３１…アジャストスクリュー、３５…リフター、３６…アウター、３７…インナー、３８…油室、３９…貫通孔、４０…ベース、４１…摺動孔、４２…循環通路、４３…開口部、４５…切替弁、４６…制御部、４７…クランク角センサー、４８…供給通路、４９…オイルポンプ、５０…供給弁、５５…油圧回路。

Claims

複数の動弁機構を備え、各動弁機構は、
燃焼室に設けられ、前記燃焼室を閉じる方向に付勢されたバルブと、
前記バルブと連結する油室を有し、前記油室は容積が可変であり、前記油室の容積が小さいほど前記バルブのリフト量が小さいように構成され、前記バルブのリフト量を変える油圧式のリフターと、を備え、
先に開弁する前段のバルブに連結した油室が、前段の油室であり、
後に開弁する後段のバルブに連結した油室が、後段の油室であり、
前段のバルブと後段のバルブとは、互いに重ならない開弁期間を有し、
前段の油室と後段の油室とを直列に連結する閉じた経路である循環通路と、
前記循環通路にて前記バルブごとに設けられ、前段の油室と後段の油室との間に位置する前記循環通路の部分で閉鎖と開通とを切り替える切替弁と、
後段のバルブの開弁期間に後段のバルブに対応する切替弁を開弁して、後段の油室内のオイルを前段の油室へ流すことによって後段のバルブにおけるリフト量を小さくする制御部と、をさらに備える
可変バルブシステム。
前記複数の動弁機構は、３つ以上の動弁機構である
請求項１に記載の可変バルブシステム。
前記循環通路は、前記油室同士を直接連結した経路から構成されている
請求項１または２に記載の可変バルブシステム。
前記各動弁機構は、
前段の油室と後段の油室との間に位置する前記循環通路の部分に接続され、オイルポンプからオイルが供給される供給通路と、
前記供給通路に配設され、前段の油室と後段の油室との間に位置する前記循環通路の部分の圧力が前記供給通路の圧力よりも低いときに開弁する供給弁と、をさらに備える
請求項１〜３のいずれか１つに記載の可変バルブシステム。