JP2809354B2 - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はアクチユエータにより吸排気弁の開閉を行う
形式の内燃機関の動弁装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の蓄圧式動弁装置の一例を第５図に示す。その構
成は、01が油圧の管制弁本体で、５孔を有する。02が管
制弁で、それはカム03及びローラ04によりエンジンのク
ランク軸と同期して駆動される。シリンダカバー05に取
りつけられたアクチユエータ06の内側で、吸排気弁07が
開閉する。アクチユエータ06は上部油圧室06aと下部油
圧室06bを有し、それぞれ配管08,09により管制弁01につ
ながっている。010はフイルタ、ポンプで構成された油
圧の供給装置で、010aは油タンクである。011が蓄圧器
で、所要の一定油圧に保たれ管制弁01に管路で連通され
ている。

次に作用について述べる。本図は、ローラ04がカム03
の基円上にあり、吸排気弁が閉じているときの状態で、
蓄圧器011からの作動油は、管制弁01から配管09を通
り、アクチユエータの下部油圧室06bに作用し、吸排気
弁07を上に押しあげている。このとき上部油圧室06aの
油は、配管08、管制弁01を経て、油圧原010のタンク010
aに導かれ戻っている。

カム03が回転し、ローラ04がリフトすると、アクチユ
エータ06の下部油圧室06bの油は、配管09、管制弁01を
経てタンク010aに排出されると同時に、蓄圧器011の高
圧作動油は、管制弁01、配管08を経て、アクチユエータ
06の上部油圧室06aに導かれ、吸排気弁07を押し下げ、
開弁させる。さらにカム03が回転しカムのリフトが減少
し基円に達すると、上部油圧室06aの油がタンク010aへ
抜け、蓄圧器011の作動油が下部油圧室06bに作用して、
吸排気弁07は上方へ上げられ閉じることになる。

〔発明が解決しようとする課題〕

前述の従来技術には次のような問題点がある。

管制弁01が５孔を有し、構造が複雑であると同時に、
吸排気弁を開、閉するに必要な油量を管制弁部でも流す
必要があり、油圧装置が大形のものとなる。

又、高圧油で弁の開、閉とも行うための配管08,09を
２本有し、アクチユエータの構造も複雑であり、高圧油
の消費量が多く、そのための動力を多く要する。

さらに管制弁01がカム03により駆動され、吸排気弁の
開閉時期が自由に変えられない。

〔課題を解決するための手段〕

高圧の作動油は、吸排気弁の開弁のみに使用し、閉弁
は、吸排気弁のリフトに伴ないばねに蓄えられたばれ力
により行なう構造とする。

さらに、管制弁を２個と、ロジツク弁２個を設け、管
制弁は電気的に駆動され、蓄圧器からロジツク弁大径部
への油圧の作用を管制するのみとし、排気弁の開弁に要
する油は、蓄圧器から１個のロジツク弁、１本の高圧配
管を介して、動弁アクチユエータ内シリンダのピストン
に作用させるようにする。

又、２個のロジツク弁の小径側は、連通しており、閉
弁時には、他方のロジツク弁を開け、シリンダ内及び高
圧管内の油圧を解放するようにする。

〔作用〕

蓄圧器に蓄えられた高圧の作動油は、電気的に、任意
の時期に駆動される開側管制弁により、開側ロジツク弁
が開き動弁アクチユエータ内シリンダのピストンに作用
し、吸排気弁を押し下げた後、閉側管制弁はもどり開側
ロジツク弁が閉じる。吸排気弁は油圧により開弁をつづ
けるが、吸排気弁といっしょに動くエアピストンによる
空気の圧縮力が閉弁方向の力として働き、油圧とのバラ
ンスで適当なリフトに保持される。機関に要する吸排気
がなされると、閉側管制弁により、閉側ロジツク弁が開
き、油圧が解放されるため、エアばねにより吸排気弁は
閉じられる。

このサイクルが繰り返される。

〔第１実施例〕 本発明の第１実施例を第１図について説明する。

１はシリンダカバー、２は吸排気弁、３は空気溜め、
４は逆止弁である。５は空気ピストンで、吸排気弁２と
同時に、空気シリンダ６内を滑動する。７は動弁アクチ
ユエータ本体、８は油圧シリンダ、９は作動ピストン
で、8aは上部油圧室、8bは下部油圧室である。

10は高圧管、11は開側ロジツク弁、12は開側ロジツク
弁油路で、蓄圧器16につながっている。13は開側スプー
ル管制弁で、図示しないコントローラにより、機関のク
ランク回転と同期して駆動される。14は閉側ロジツク
弁、15は閉側スプール管制弁で、開側スプール管制弁13
と同じように図示しないコントローラにより駆動され、
かつ３口の管制弁である。16は蓄圧器、17は油圧源装置
で、高圧油を供給するものであり、ポンプ、フイルタか
ら構成されている。18は低圧の油圧源装置で、管路18a
により動弁アクチユエータ７に連通している。19は油タ
ンク、20は開側ロジツク弁と閉側ロジツク弁をつなぐ連
通油路、21は開側ロジツク弁の大径側と開側スプール管
制弁とをつなぐ油路、22は開側スプール管制弁13と蓄圧
器16とをつなぐ油路、23は閉側ロジツク弁14の大径側と
閉側スプール管制弁15とをつなぐ油路、24は閉側スプー
ル管制弁15と蓄圧器16とをつなぐ油路である。

25は閉側ロジツク弁14から油タンク19への排油管、26
はスプール管制弁13,15からの排油管である。

又、このスプール管制弁13,15は、３口の管制弁で、
Ｐポート、Ｃポート、Ｔポートをもつもので電磁駆動で
ある。

又、前記開側ロジック弁11は、蓄圧器16及び作動ピス
トン９の上部油圧室8aと接続する接続室11a、蓄圧器16
の圧油が給排される圧油室11b、接続室11aと圧油室11b
とを区分するとともに圧油室11bに圧油が供給されたと
き蓄圧器16と圧油室8aとの連通を接続室11a内で遮断す
る弁体11cよりなり、又前記閉側ロジック弁14は、油タ
ンク19と接続する接続室14a、蓄圧器16の圧油が給排さ
れる圧油14b、接続室14aと圧油室14bとを区分する弁体1
4cよりなる。

次に、本装置の動作について説明する。

本図は空気溜め３の空気圧が空気ピストン５の下部に
作用し吸排気弁２が閉じている状態である。

このとき、開側及び閉側のスプール管制弁13,15は蓄
圧器からの油圧を開、閉側ロジツク弁11,14の大径側に
作用させ、ロジツク弁11,14は閉じている。

吸排気弁２の開弁時期になると、図示しない機関と同
期して発せられるトリガー信号により、且つ機関の運転
状態によりコンピュータにより判断された適当な時期
に、開側スプール管制弁13が駆動される。同管制弁13が
作動すると、油路22は閉じられ、油路21が排油管26に通
じて、ロジツク弁大径側の油圧が抜けるため、ロジツク
弁11が開き、蓄圧器16の油圧は油路12及び高圧管10から
動弁アクチユエータ７内の油圧シリンダ８の上部油圧室
8aに作用する。この油圧により油圧ピストン９を押し下
げ、吸排気弁２が開かれる。

このとき空気シリンダ６内の空気は圧縮され、上向き
の力として作用するが油圧との力のバランス点まで吸排
気弁２はリフトする。

その後、開側管制弁13がもどされ、蓄圧器16の油圧が
ロジツク弁11の大径部に作用し、開側ロジツク弁11は閉
じる。

機関に必要な吸排気がなされると、閉側スプール管制
弁15が駆動され、油路24が閉じられると同時に、油路23
と排油管26とがつながり、ロジツク弁14の大径側の油圧
が抜けるので、ロジツク弁14が開き、上部油圧室8aに作
用していた油圧は、高圧管10、連通油路20から排油管25
へと抜け、油圧の作用力がなくなる。すると、空気ピス
トン５へ作用している空気の圧縮力のバネにより、吸排
気弁が閉じる。このとき下部油圧室8bには低圧油圧源18
から油が補給され、空洞の発生もなく安定した状態で作
動ピストン９が上昇位置に復帰する。

なお、上記実施例では、空気ばねによる吸排気弁の戻
し装置を示したが、通常のコイルばねによるものも利用
できる。

次に、上記第１実施例に示した動弁装置の特性を第２
図について説明する。

Ａは吸排気弁リフト、Ｂはロジツク弁連通部油圧、Ｃ
は開側ロジツク弁大径部油圧、Ｄは閉側ロジツク弁大径
部油圧である。

第２図に示した、a,b,cはキヤビテーシヨンの発生に
よる高周波の油圧振動である。まずａ部について説明す
ると、開側スプール管制弁13が作動して、ロジツク弁大
径側の油圧が抜かれると、蓄圧器16の油圧が作用し、ロ
ジツク弁11は急激に開き最大ストローク位置に達し止ま
る。このとき多量の空洞を生じる。その後、管制弁13が
もどされると、蓄圧圧力がこの部分に作用し、ロジツク
弁11は閉じられるが、先に生じた空洞がつぶされるた
め、高周波の油圧変動がみられる。これはいわゆるキヤ
ビテーシヨンエロージヨンの原因となるもので、部品の
耐久性を失うものである。

ｂ部についても現象的には全く同じもので、閉側ロジ
ツク弁14について起きているものである。

又、閉側ロジツク弁14が急激に開くと、高圧管10及び
ｄに示すロジツク弁連通部の圧力が急激に下がり、吸排
気弁がｅに示すように急激に閉じる。このため、吸排気
弁２は弁座への着座速度が高くなり損傷のおそれがあ
る。さらに高圧管10及びロジツク弁連通部20に空洞を生
じるため、次のサイクルで吸排気弁を開けるときｃに示
すような急激な圧力の立ち上がりとなり、或はそのタイ
ミングが変動するため開弁タイミングが変動することが
ある。

〔第２実施例〕 本発明の第２実施例を第３図について説明する。

開側スプール管制弁13の排油系の一部に絞り101を設
け、閉側スプール管制弁15の排油系の一部に絞り102を
設け、閉側ロジツク弁14の排油系の一部に絞り103を設
けたもので、他の構成は第１実施例に同じである。

次に、本装置の動作について説明する。

第３図は空気溜３の空気圧が空気ピストン５の下部に
使用し、吸排気弁２が閉じている状態である。

このとき、開側及び閉側のスプール管制弁13,15は蓄
圧器16からの油圧を開閉側ロジツク弁11,14の大径側に
作用させ、ロジツク弁11,14は閉じている。吸排気弁２
の開弁時期になると、図示しない機関と同期して、発せ
られるトリガー信号と機関の運転状態により、コンピユ
ータにより判断された適当な時期に、開側スプール管制
弁13が駆動される。管制弁13が作動すると、油路22は閉
じられ、油路21が排油管26に通じて、ロジツク弁大径側
の油圧が抜ける。しかし、絞り101の効果により油の逃
げはゆるやかになり、ロジツク弁11の開弁もそれほど速
くなく、この部分に空洞を生じることがない。ロジツク
弁11が開くと、蓄圧器16の油圧は、油路12、高圧管10か
ら、動弁アクチユエータ内の油圧シリンダ８の上部油圧
室8aに作用する。この油圧により油圧ピストン９を押し
下げ、吸排気弁が開かれる。このとき、空気シリンダ６
内の空気は圧縮され上向きの力として作用するが、油圧
とのバランス点まで、吸排気弁はリフトする。その後、
開側管制弁13がもどされ、蓄圧器16の油圧がロジツク弁
11の大径部に作用しロジツク弁11が閉じるが、空洞が発
生していないので、なめらかに油圧が作用する。

次に、上記第２実施例に示した動弁装置の特性を第４
図について説明する。

Ａに弁リフト、Ｂにロジツク弁連通部油圧、Ｃに開側
ロジツク弁大径部圧力、Ｄに閉側ロジツク弁大径部圧力
を示している。

同図Ｃにみられるように、スプール管制弁13,15の作
動直後の圧力降下がゆるやかになり、ロジツク弁11,14
が閉じるときの従来みられた高周波圧力変動が発生しな
い。

次に機関に必要な吸排気が完了すると、閉側スプール
管制弁15が駆動され、油路24が閉じられると同時に油路
23と排油管25がつながり、ロジツク弁14の大径側の油圧
が抜ける。このとき絞り102の効果により、前述の開側
ロジツク弁11と同様に、空洞の発生もなく閉側ロジツク
弁14がゆるやかに開き、上部油圧室8aに作用していた油
圧は、高圧管10、連通油路20から、排油管25へと抜け
る。この時、絞り103の効果により、油の流出はゆるや
かになる。従って、高圧管部に空洞の発生がない。油圧
の作用力が小さくなると、空気ピストン５へ作用してい
る空気圧縮力により、吸排気弁２が閉じる。この吸排気
弁２の閉弁速度は、第４図ｅ部に示すように、それほど
大きくなく、着座時の衝撃も小さい。

第４図のＤにみられるように、閉側ロジツク弁14の油
圧もなめらかになり、Ｂに示されるロジツク弁連通部の
初期ｃ部、後期ｄ部の圧力がゆるやかに作用する。

〔発明の効果〕

（１） 本発明は、作動油を加圧して蓄える油圧源と蓄
圧器とを有し、蓄圧器の作動油を制御して、吸排気弁を
駆動する内燃機関の動弁装置において、吸排気弁駆動用
ピストンの上部に連通した高圧油路を開閉する２個の互
いに連通したロジツク弁と、前記２個のロジツク弁の開
閉を制御する２個の電磁駆動のスプール管制弁とを具
え、前記ロジツク弁を開閉する管制油圧と前記吸排気弁
を開弁駆動する作動油とを高圧の蓄圧器から供給し、前
記吸排気弁駆動用ピストンの開弁のリフトに伴ない蓄え
られたばね力によって吸排気弁を閉弁するように構成し
たことにより、次の効果を有する。

（イ）機関にとって、最適な吸排気弁の開閉弁特性を得
ることができるので、低燃費の高性能な機関となる。

（ロ）弁駆動のための高圧油の消費も少ないため、油圧
源を小さく設計でき、安価になる。また、消費動力も少
なく、更に低燃費となる。

（ハ）管制弁部での油量が少なくてすむので、コンパク
トな管制弁となり、信頼性、耐久性の良好な装置を実現
できる。

（２） また本発明は、上記（１）項の構成に加えて、
閉側ロジクツ弁の排油系及び２個のスプール管制弁の排
油系にそれぞれ絞りを設けることにより、上記（イ）〜
（ハ）の効果に加えて次の効果を有する。

（ニ）ロジツク弁部での空洞の発生がなく、キヤビテー
シヨンエロージヨンによる損傷を防止できる。

（ホ）高圧管部での空洞の発生もなくなるので、エロー
ジヨンの発生はもとより、安定した開弁タイミングを維
持できると同時に、閉弁時の速度もコントロールされる
ので、弁及び弁座の衝撃による損傷も防止できる。

（ヘ）上記（ニ），（ホ）項により、安定な作動と高い
信頼性及び耐久性を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る動弁装置の系統図、
第２図は第１実施例における吸排気弁リフト及び油圧の
状況を示す特性図、第３図は本発明の第２実施例に係る
動弁装置の系統図、第４図は第２実施例における吸排気
弁リフト及び油圧の状況を示す特性図、第５図は従来の
蓄圧式動弁装置の系統図である。 ２……吸排気弁、５……空気ピストン、 ６……空気シリンダ、９……作動ピストン、 11……開側ロジツク弁、13……開側スプール管制弁、 14……閉側ロジツク弁、15……閉側スプール管制弁、 16……蓄圧器、17……油圧源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 国本 悦夫 長崎県長崎市飽の浦町１番１号 三菱重 工業株式会社長崎研究所内 (72)発明者 入江 泰隆 神奈川県横浜市中区錦町12番地 三菱重 工業株式会社横浜製作所内 (56)参考文献 特開 平２−248607（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−253911（ＪＰ，Ａ) 実開 昭64−11308（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−123805（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−74833（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F01L 9/04 F02D 13/02 F16K 31/12

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】上下方向に摺動自在に支持される吸排気弁
   ２と、上下方向に摺動自在に支持されるとともに吸排気
   弁２の上端部に当接し上部油圧室8aに蓄圧器16の圧油が
   供給されることにより吸排気弁３を下方に押し下げ開弁
   させる作動ピストン９と、吸排気弁２に取り付けられ外
   部から供給される高圧流体により上方に付勢されること
   により吸排気弁２を閉弁する空気ピストン５と、蓄圧器
   16および作動ピストン９の上部油圧室8aと接続する接続
   室11a、蓄圧器16の圧油が給排される圧油室11b、接続室
   11aと圧油室11bとを区分するとともに圧油室11bに圧油
   が供給されたとき蓄圧器16と圧油室8aとの連通を接続室
   11a内で遮断する弁体11cよりなる開側ロジック弁11と、
   所望のタイミングで蓄圧器16および油タンク19と接続・
   遮断され圧油室11bに圧油を給排する開側スプール管制
   弁13と、油タンク19と接続する接続室14a、蓄圧器16の
   圧油が給排される圧油室14b、接続室14aと圧油室14bと
   を区分する弁体14cよりなる閉側ロジック弁14と、所望
   のタイミングで蓄圧器16および油タンク19と接続・遮断
   され圧油室14bに圧油を給排する閉側スプール管制弁15
   と、圧油室11bに圧油が供給されたとき弁体11cにより蓄
   圧器16との連通が遮断される接続室11aの部位と圧油室1
   4bに圧油が供給されたとき弁体14cにより油タンク19と
   の連通が遮断される接続室14aの部位とを連通する連通
   油路20とを具備してなることを特徴とする内燃機関の動
   弁装置。
2. 【請求項２】接続室14aと油タンク19との間、開側スプ
   ール管制弁13と油タンク19との間、閉側スプール管制弁
   15と油タンク19との間にそれぞれ絞り103、101、102を
   設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の動弁
   装置。