JP3060485B2 - 内燃機関用油圧式弁駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は内燃機関の油圧式弁駆動装置に関する。

〔従来の技術〕

機械的なカムの代わりに油圧によって弁装置（吸気弁
もしくは排気弁）を駆動する内燃機関用の油圧式弁駆動
装置においては、弁（吸気弁もしくは排気弁）は油圧ア
クチュエータを具備し、油圧アクチュエータの作動油圧
の導入、排出を制御する制御弁が具備される。導入用制
御弁が開放されることにより油圧がアクチュエータに導
入され、開弁が開始され、油圧アクチュエータの圧力が
高まることで弁は最大揚程位置に到達され、排出用制御
弁を開放することにより閉弁が開始される。制御弁は応
答性を高めるため圧電素子をアクチュエータとするもの
が好ましい。油圧式弁装置としては例えば実開昭64−49
606号を参照されたい。

〔発明が解決しようとする課題〕

油圧式弁駆動装置では油圧アクチュエータへの油圧の
導入、排出を制御する制御弁は圧電アクチュエータのよ
うな応答の早い素子をアクチュエータとしている。これ
は、エンジン高回転時において充分早い応答性をもって
弁の駆動を可能とするものである。即ち、応答を高める
ことによりクランク角度に対する弁揚程の所期の特性が
高回転時にも得ることができる。一方、油圧の応答性
（時間当たりの油圧変化特性）自体は機関の回転数に影
響受けず、かつ時間当たりのクランク角度の変化は低回
転時は高回転時より少ないから、クランク角度の変化に
対する油圧の変化は高回転時に比較して相当急峻にな
る。即ち、高回転時と低回転時とを比較すると低回転程
クランク角度に対してバルブはその開度が急激に変化す
る特性となる。また、高回転と低回転とを比較すると、
バルブの動きに原因する騒音要因は変わらず、これに対
し他の騒音要因は低回転程小さいためバルブの動きによ
る騒音が低回転時に目立つという問題があった。通常の
機械的なカムによる弁駆動装置ではカム山の高さ変化に
よってバルブは駆動され、クランク角度に対するカム山
の高さ変化特性は回転数の影響は受けることがなく、い
つも一定である。そのため、クランク角度の変化に対す
るバルブ揚程の変化はエンジンの回転数の変化に係わら
ずいつも一定であり、低回転時にバルブの揚程変化が急
になる、という問題点は油圧式弁駆動装置に特有のもの
である。

この発明は機関低回転時における弁揚程の急な変化を
緩和させることを目的とするものである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明によれば、内燃機関用油圧式弁駆動装置は、
第１図において、油圧に応じて弁装置を駆動するアクチ
ュエータＡと、弁駆動装置の目標作動油圧を設定する手
段Ｂと、目標作動油圧に応じた最大弁揚程を算出する手
段Ｃと、算出された最大弁揚程を得るべく油圧アクチュ
エータＡへの油圧の導入、排出を制御する手段Ｄとを具
備する。

〔作用〕

目標油圧設定手段Ｂは目標作動油圧を設定する。

最大弁揚程算出手段Ｃは目標作動油圧に応じた最大弁
揚程を算出する。

油圧駆動手段Ｄは算出された最大弁揚程を得るべく油
圧アクチュエータＡへの油圧を制御する。

〔実施例〕

第２図は従来の油圧駆動方式を説明しながら、この発
明における油圧式駆動装置の作動油圧の制御の原理を説
明する。油圧ポンプからの油は制御弁を介し油圧アクチ
ュエータに導入され、弁が駆動される。制御弁の開弁時
間によって最大弁揚程が決まる。圧力制御弁により油圧
は一定に制御されている。第３図はクランク角度に対す
る弁揚程の変化を示し、ｌは機関の低回転時、ｍは高回
転時を示す。油圧アクチュエータ内の作動油圧の上昇速
度は回転数の変化自体によって大きくは変化しないた
め、クランク角度の変化に対する作動油圧の変化は低回
転側が高回転側より急となる。そのため、既に述べたよ
うに騒音におけるバルブ作動による影響が低回転側で目
立つことになる。この発明では低回転側の最大弁揚程を
大きくすることで破線ｌ′のように高回転側の弁揚程特
性と同様な弁揚程上昇特性を低回転側においても得よう
とするものである。この発明による作動油圧の制御を説
明すると、第４図は回転数を一定に維持した場合におい
て油圧と流量との関係を示している。油圧ポンプから吐
出される流量Q_pに関してはポンプから吐出される圧力が
高い程流量は減少する。これは、ポンプ内部での漏れ流
量がポンプ吐出圧の増大に伴って増大することによる。
一方、最大弁揚程を固定して場合において弁の作動に伴
って油圧アクチュエータに導入される油の流量Q_vは油圧
が高い程増大する。ラインQ_pとラインQ_vとが交差する図
中Ａの点はポンプから吐出される流量Q_pと油圧アクチュ
エータで消費される流量Q_vとが等しくなるバルブの最大
揚程の点である。通常は圧力制御弁によって作動油圧は
一定であり、ポンプから吐出される流量Q_pと油圧アクチ
ュエータで消費される流量Q_vとは等しくなくQ_v＜Q_pであ
り、余剰の流量は圧力制御弁によって油タンクに戻され
る。従来技術では圧力制御弁によって作動油圧は一定の
値に制御されていたが、この場合第３図によって説明し
たようにエンジンの回転数が低い時（ｌ）弁の作動が急
激に行われるため騒音の点で不利となっていた。この発
明ではエンジン回転数に応じて最大弁揚程を変化させる
ことにより作動油圧を変化させ、低回転数域におけるバ
ルブの揚程曲線を高回転数域におけるそれと一致させる
方向に修正するものである。第４図においてＱ′_Ｖは弁
の最大揚程をラインQ_Vを得る基準の最大弁揚程より幾分
大きくしたときの油圧アクチュエータ内の作動油圧と、
油圧アクチュエータへの流量との関係を示し、Ｑ″_Ｖは
弁の最大揚程を基準最大弁揚程より幾分小さくしたとき
の油圧アクチュエータ内の作動油圧と、油圧アクチュエ
ータへの流量との関係を示す。ラインＱ′_ＶとラインQ_p
との交点Ａ′は最大弁揚程を大きくしたときの、ポンプ
からの吐出流量が油圧アクチュエータへの導入流量と等
しくなる点である。基準点Ａより弁揚程をＡ′点まで増
やすことにより油圧アクチュエータへの導入流量は増大
し作動油圧は減少する。一方、ラインＱ″_ＶとラインQ_p
との交点Ａ″は最大弁揚程を小さくしたときの、ポンプ
からの吐出流量が油圧アクチュエータへの導入流量と等
しくなる点である。基準点Ａより弁揚程をＡ″まで減少
することにより油圧アクチュエータへの導入流量は減少
し作動油圧は増大する。このように最大弁揚程を変えて
行くことによって作動油圧を変化させることができるこ
とが判る。従って、機関回転数の低下に応じて最大弁揚
程を大きくすれば、機関回転数に低下に応じて作動油圧
を下げることができ所期の作動を達成することができ
る。そして、ポンプの吐出流量Q_pのライン上で最大弁揚
程を変化させることで、ポンプからの吐出流量が油圧ア
クチュエータによって丁度消費されることになり、圧力
制御弁を省略することができる。

以上の原理による弁の油圧駆動装置を実施例によって
説明する。第５図、第６図において、この実施例は所謂
４バルブ機関であり、10は吸気弁、12は排気弁（第６
図）であり、二つづつ設けられる。11はバルブスプリン
グである。吸気弁10は油圧式駆動であり、排気弁12は油
圧式駆動でもよいが通常のカム駆動でもよい。吸気弁10
の駆動を行う油圧アクチュエータ13は原理的には油圧プ
ランジャ14と、油圧室16から成り、油圧室16の油圧（作
動油圧）を制御することにより吸気弁10の揚程が制御さ
れる。油圧室16は油圧管路18に接続され、油圧管路18は
第１の制御弁20及び高圧アキュムレータ22を介して油圧
ポンプ24に接続される。油圧管路18は、同時に、第２の
制御弁28及び低圧アキュムレータ30及び戻り配管32を介
して油タンク34に接続される。36はストレーナである。
制御弁20,28は積層圧電素子型のアクチュエータ等の高
速応答アクチュエータ20−1,28−１を備えており、アク
チュエータ20−1,28−１の通電制御によって制御弁20,2
8は選択的に開閉され、吸気弁10の開閉制御が実行され
る。油圧アクチュエータ13及び制御弁20,28、及びその
アクチュエータ20−1,28−１の詳細構成は特開昭64−83
805号等に記載のものと同様とすることができる。

制御回路40はこの発明のバルブ作動制御を行うべく制
御弁アクチュエータ20−1,28−１の制御を行うものでマ
イクロコンピュータシステムとして構成することができ
る。制御回路40に回転数センサ42が接続され、エンジン
回転数NEに応じた信号が制御回路40に導入される。制御
回路40は出力ポート40−1,40−2,40−３を備えている。
出力ポート40−1,40−2,40−３は吸気弁10の１作動サイ
クルにおける開弁開始時期、ホールド開始時期及び閉弁
開始時期を表す信号を発生するものである。タイマ１、
タイマ２、タイマ３、タイマ４は夫々プリセッタブルタ
イマであり、タイマ１は第１制御弁20の開弁を制御し、
タイマ２は第１制御20の閉弁を制御し、タイマ３は第２
制御弁28の開弁を制御し、タイマ４は第２制御弁28の閉
弁を制御する。ポート40−１はタイマ１及びタイマ３に
接続され、ポート40−２はタイマ２に接続され、ポート
40−３はタイマ４に接続される。タイマ１はフリップフ
ロップ44のセット入力に接続され、タイマ２はフリップ
フロップ44のリセット入力に接続される。また、タイマ
３はフリップフロップ46のセット入力に接続され、タイ
マ４はフリップフロップ46のリセット入力に接続され
る。フリップフロップ44は増幅器50を介して第１制御弁
20のアクチュエータ20−１に接続され、フリップフロッ
プ46は増幅器52を介して第２制御弁28のアクチュエータ
28−１に接続される。

第７図、第８図は制御回路40による吸気弁10の動作説
明のためのフローチャートであり、このルーチンは各気
筒の吸入行程毎（例えば４気筒内燃機関の場合はクラン
ク角度で180゜毎）に実行されるステップ60ではエンジ
ン回転数NEの算出が行われ、ステップ62では吸気弁10の
開弁開始時間t₁の算出が行われる。第９図はクランク角
度に対する吸気弁と排気弁の弁揚程の変化を示してお
り、吸気弁は排気弁の閉鎖に先立って開弁開始し、所謂
オーバラップを構成している。第７図のルーチンは吸気
弁の開弁開始するθ_１クランク角度より手前のクランク
角度θ_０において実行され、ステップ62で算出される開
弁開始時間t₁は現在の時刻t₀から計測したクランク角度
θ_１までクランク軸が回転するのに要する時間である。
周知のようにオーバラップ量は機関高回転時大きく、低
回転時少なくなる設定が好ましい。エンジン回転数に対
するオーバラップ量（θ_１に対応する）のマップが具備
され、補間演算によって現在のエンジン回転数に応じた
θ_１の値が算出され、この算出されたθ_１より開弁開始
時間t₁の算出が実行される。

ステップ64はホールド開始時間t₂の算出を示し、ホー
ルド開始時間は油圧アクチュエータ13の油圧室16への油
圧の封入を開始時間、換言すれば、油圧室16への油圧導
入時間を意味し、t₂を制御することにより作動油圧が制
御され、引いては吸気弁の最大弁揚程を制御することが
できる。

ステップ66は吸気弁10の閉弁開始時刻t₃の算出を示
す。第９図において、吸気弁が最大弁揚程に到達したθ
_３のクランク角度（時刻t₃）で閉弁が開始され、θ_４の
クランク角度で閉弁に至る。即ち、時刻t₃の制御によっ
て閉弁時のクランク角度θ_４を制御する。周知のように
吸気弁の閉弁は吹き返し対策のため高速時程早く閉める
のが好ましいとされる。エンジン回転数に対する閉弁開
始クランク角度θ_３のマップが具備され、補間演算によ
って現在のエンジン回転数に応じたθ_３の値が算出さ
れ、この算出されたθ_３より開弁開始時間t₃の算出が実
行される。

ステップ68はステップ62,64,66で算出された開弁開始
時刻t₁,t₂,t₃が対応のポート40−1,40−2,40−３からタ
イマ１−４への出力を示す。

第７図のルーチンの実行（時刻t₀）から開弁開始時間
t₁が経過すると、タイマ１はONされ、フリップフロップ
44はセットされ、アクチュエータ20−１は第１制御弁20
を開弁せしめ、同時にフリップフロップ46はセットさ
れ、アクチュエータ28−１は第２制御弁28を閉弁せし
る。このため、ポンプ24からの油圧は導管18を介して油
圧アクチュエータ13の油圧室16に導入され、バルブスプ
リング11に抗して吸気弁10は開弁を開始する。時刻t₂が
到来するとフリップフロップ44はリセットされ、アクチ
ュエータ20−１は第１制御弁20を閉弁する。そのため、
油圧は油圧室16内に封入され、ホールド作動が開始す
る。時刻t₃が到来するとフリップフロップ46はリセット
され、アクチュエータ28−１は第２制御弁28を開弁す
る。そのため、油圧はリターン通路32を介してタンク34
に抜かれ、吸気弁10はバルブスプリング11によって閉鎖
を開始する。

第８図は第７図のステップ64におけるホールド開始時
間t₂の算出ルーチンの詳細を示し、このルーチンは最大
弁揚程を機関回転数に応じて制御する処理を行うもので
ある。ステップ80ではエンジン回転数に応じた油圧アク
チュエータ13の油圧室16の目標油圧の算出が行われる。
目標油圧の設定は低回転側は小さくなっており、低回転
側での弁揚程の急上昇特性を適当に緩和するように設定
されている。回転数と目標油圧との間のマップが設けら
れ、補間演算によって現在の回転数に応じた目標油圧の
算出が行われる。ステップ82では目標油圧に対する最大
弁揚程の算出が行われる。目標油圧と最大弁揚程との関
係はマップに格納されており、ステップ80で算出された
目標油圧に応じた最大弁揚程が算出される。ステップ84
ではステップ82で算出された最大弁揚程を得るための閉
弁開始時間t₂がマップより算出される。

第10図は制御弁20,28の開閉と、油圧、弁揚程との関
係を示し、時刻t₁で第１制御弁20は開放され、同時に第
２制御弁28は閉鎖される。そのため吸気弁10は開弁を開
始する。時刻t₂で第１制御弁20が閉鎖される。即ち、制
御弁20はＴの開弁時間を持っており、この油圧アクチュ
エータの圧力（ロ）はこの開弁開弁時間に応じた圧力と
なり、この作動圧力に応じた最大弁揚程が得られる。即
ち、実線ｈは高回転時、破線ｈ′は低回転時を示し、油
圧（ロ）は高回転時が低回転時より大きく、弁揚程は低
回転時に大きく、高回転時に小さくなる。尚第３図のｌ
（低回転時）とｌ′（高回転時）の内と外との関係が第
10図の（イ）で入れ代わっているのは第９図はクランク
角度で表され、第10図は実時間によって表されているこ
とによる。

時刻t₃で第２制御弁28が開弁され、吸気弁11は閉鎖を
開始する。低回転時は最大弁揚程が大きく設定されるた
め第１制御弁20の閉弁時間t₂が破線のように長くなる。
最大弁揚程が大きくなった分油圧アクチュエータの作動
圧力が下がり、低回転時の弁揚程の変化が（イ）の破線
のように緩慢となり、高回転時の特性（（イ）の実線）
に近づけることができる。

〔効果〕

この発明によれば、弁を駆動する油圧アクチュエータ
の目標圧力に応じて最大弁揚程を変化させることにより
機関回転数に応じた最適のバルブ開弁特性を得ることが
でき、低回転速度における騒音を低減乃至は防止するこ
とができる。

ポンプからの吐出流量を油圧アクチュエータへの導入
流量といつも一致させることができ、圧力制御弁を省略
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の構成を示すブロック線図。 第２図は従来の油圧弁駆動装置における油圧導入配管を
概略的に示す図。 第３図は従来の技術におけるクランク角度と弁揚程特性
を低速、高速のそれぞれにつき示す図。 第４図は油圧弁駆動装置における油圧と流量との関係を
説明するグラフ。 第５図はこの発明の実施例の油圧式弁駆動装置の全体概
略図。 第６図は第５図の内燃機関の燃焼室上面より見た概略
図。 第７図、第８図は第５図の制御回路の作動を表すフロー
チャート。 第９図はクランク角度に対する排気弁、吸気弁の作動を
説明する図。 第10図は第５図の装置の作動タイミングを説明する図。 10……吸気弁、12……排気弁、 13……油圧アクチュエータ、14……プランジャ、 16……油圧室、20……第１制御弁、28……第２制御弁、 20−1,28−１……制御弁アクチュエータ、 40……制御回路、42……回転数センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−162706（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−109213（ＪＰ，Ａ) 特開 昭64−83805（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−253710（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−314907（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−171208（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−57805（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−70609（ＪＰ，Ａ) 実開 昭55−121912（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−43107（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−49606（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭56−12684（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F01L 1/00 - 13/00 F02D 13/02

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】付勢手段により閉弁方向に付勢される吸気
   弁あるいは排気弁を油圧アクチュエータによって回転数
   に応じて予め定めたタイミングで開弁せしめる内燃機関
   用の油圧式弁駆動装置であって、 油圧アクチュエータの目標作動油圧を機関回転数に応じ
   て算出する目標作動油圧算出手段であって、機関回転数
   が低い時には低い目標作動油圧を算出する目標作動油圧
   算出手段と、 算出された目標作動油圧になるような作動油の送出が行
   われる最大弁揚程を算出する最大弁揚程算出手段であっ
   て、低い目標作動油圧に対して大きな最大弁揚程を算出
   する最大弁揚程算出手段と、 算出された最大弁揚程を得るべく油圧アクチュエータへ
   の油圧の導入、排出を制御する油圧制御手段であって、
   大きな最大弁揚程を得るために油圧の供給時間が長くな
   るように油圧の導入、排出を制御する油圧制御手段と、 を具備することを特徴とする油圧式弁駆動装置。