JPH03253710A - 内燃機関の油圧駆動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、内燃機関の燃焼室を開閉する吸気弁又は排気
弁を、油圧によって駆動するようにした油圧駆動弁装置
に関する。

〔従来の技術〕

この種の弁装置の先行技術が特開昭６４−６９７０７号
公報に記載されている。内燃機関の吸排気弁はクランク
シャフトによって駆動されるカムシャフトの動弁カムに
よって機械的に駆動されるのが普通であるが、それを前
記先行技術のように油圧によって駆動すると、油圧装置
は動力の伝達媒体が液体であるから、一般にカム機構に
くらべて制御がしやすく、吸排気弁のバルブタイミング
やリフト量を変更調節するのが自由かつ容易となる利点
がある。

吸排気弁を油圧駆動する場合、内燃機関が高速回転する
時にも十分に高い作動応答性を得るためには、作動油圧
を高くすると共に、油路の面積も（１） （２） 十分に大きくとる必要がある。しかしその反面、高速回
転時に合わせて作動特性を決めると、アイドリング時の
ように内燃機関が低速回転する時にも吸排気弁の開閉動
作は高速回転時と同様に、必要以上に高速で行なわれる
ため、油圧を弁ステムに伝えるプランジャが激しくステ
ムに衝突して騒音を発したり、急速な油路の切換による
油圧通路内での急激な圧力変化により、衝撃音や振動を
発生したりする。さらに、吸気弁の閉弁時においては、
弁を閉じる方向に付勢しているばねの力に対抗する油圧
を急速に除去することになるため、吸気弁は高速で弁座
に衝突して吸気通路を急閉し、大きな騒音を発する。こ
れらの騒音や振動は、内燃機関の本来の運転騒音が低く
なる低速回転時に、際立って高くなるという傾向がある
。

前記先行技術においては内燃機関の吸排気弁を駆動する
油圧シリンダに圧油を供給して開弁させる圧油供給弁と
、前記油圧シリンダから圧油を排出して閉弁させる圧油
排出弁の少くとも一方を、内燃機関の運転状態に応して
パルス的に作動させる弁制御手段を設けている点に特徴
がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記先行技術は、内燃機関の低速回転における前述のよ
うな原因による騒音、振動の発生を防止する効果も有す
るが、内燃機関の吸排気弁を駆動する油圧シリンダに対
してパルス的に、極めて短時間に圧油を供給あるいは排
出したり、それらを停止したりする動作を繰返すことに
より、いわばデユーティ比制御の手法によって油圧シリ
ンダに作用する油圧を制御するものであるから、圧油供
給弁や圧油排出弁としてはきわめて応答性が高く作動の
正確なものが必要となり、いきおい高価なものを使用し
なければならないし、弁スプールの摩耗等による耐久性
の問題も考慮しなければならない。

本発明は、先行技術と同等以上の低速回転時における騒
音防止効果をもち、より耐久性にず（れ、安定な低速動
作によって同様な目的を達し得る別の手段を提供するこ
とを、発明の解決課題とする（３） （４） ものである。

〔課題を解決するための手段〕

本発明による内燃機関の油圧駆動弁装置は、内燃機関の
燃焼室に通じる吸排気通路を開閉する吸気弁又は排気弁
のような弁体と、前記弁体を駆動するプランジャを設け
たシリンダ室と、前記シリンダ室に圧油を供給する圧油
供給弁と、前記シリンダ室から圧油を排出する圧油排出
弁と、前記シリンダ室と前記圧油供給弁又は前記圧油排
出弁の少くとも一方とを結ぶ圧油の通路の断面積を変化
するように前記圧油の通路に設けられる可変絞りと、前
記可変絞りが前記内燃機関の低速回転時には前記圧油の
通路の断面積を縮小すると共に高速回転時には前記圧油
の通路の断面積を拡大するように前記可変絞りを制御す
る手段とを備えていることを特徴とする。

〔作　用〕

内燃機関の吸気弁又は排気弁のような弁体が開弁動作を
するとき、それらを駆動するプランジャを設けたシリン
ダ室には圧油供給弁から圧油が供給され、また閉弁動作
をするときは、前記シリンダ室の圧油が圧油排出弁から
排出される。

本発明においては、シリンダ室とそれらの圧油供給弁ま
たは圧油排出弁の少なくとも一方とを結ぶ圧油の通路に
可変絞りを設け、それを内燃機関の回転数の高さに応じ
て拡縮制御するので、低回転時には可変絞りが圧油の通
路の断面積を縮小して、シリンダ室と圧油供給弁又は圧
油排出弁との間の圧油の流れを絞り、プランジャの動き
を緩やかにして、弁体が激しく弁座等に衝突して発する
騒音等を低減させる。また、高回転時には可変絞りが圧
油の通路の断面積を拡大するので、圧油の流れの抵抗が
減少し、プランジャの動きが迅速になって、弁体が高い
応答性をもって高回転に追従することができるようにす
る。

〔実施例〕

第１図において、エンジンのシリンダヘッド４０（５） （６） 内には燃焼室５６に至る吸気路５７が形成され、該吸気
路５７の開口にはこれを開閉する吸気弁４２が設けであ
る。吸気弁４２は吸気路開口縁の弁座４３に当接してこ
れを閉鎖し、ステム部４１はバルブガイド５８内を貫通
しプランジャプレート３６直下に至っている。

上記ステム部４１の上端にはリテーナ４４が設けられ、
該リテーナ４４とシリンダヘッド４０間にはコイルバネ
４６が配設されて吸気弁４２を閉鎖状態に付勢している
。上記プランジャプレート３６は回路のボルトによりシ
リンダヘッド４０に固定され、プランジャプレート３６
に設けたシリンダ室３８内にはプランジャ３９が上下動
自在に保持せしめてあって、その下端は上記ステム部４
１の上端面に対向位置している。

上記プランジャプレート３６上には、本発明の特徴であ
る可変絞りをその内部に構成する可変油路プレート２８
が、さらに該可変油路プレート２８上には圧油供給弁１
２が設けである。可変油路プレート２８内には油路面積
を可変とするスプール２９が設けてあり、該スプール２
９は上記シリンダ室３８と圧油供給弁１２の分配ポート
２６間の油路面積を可変とする。スプール２９は可変油
路プレート２８内に設けたシリンダ５９内に摺動自在に
かつ、液密的に保持されている。スプール２９にて区切
られたシリンダ５９の左室３０には油路２７を介して圧
油供給弁１２より高圧油が供給され、一方右室３３はド
レイン油路１１に接続されており、さらに、スプール２
９を図中左側に付勢スるコイルバネ３２を設けている。

コイルバネ３２の付勢力は、左室３０にある高圧油の油
圧力が低い場合は左室３０の油圧力に打ち勝ちストッパ
２９ｃが図中左端に当接するまでスプール２９を移動さ
せ、高圧油が高い場合には、左室３０の油圧力によりス
プール２９を図中右側の所定位置まで移動するように設
定しである。スプール２９の中央部には円周の切替溝３
５が設けられている。又、この切替溝３５の右端部には
小面積のノツチ３４が設けである。

スプール２９が左端部にある場合はシリンダ室３８と分
配ポート２６を小面積のノツチ３４により連通させてい
る。スプール２９が右方向に移動するとシリン（７） （８） ダ室３８と分配ポート２６は大面積の切替溝３５により
連通される。

可変油路プレート２８上に設けた圧油供給弁１２のハウ
ジング内には油路を開閉するスプール１５が設けてあり
、該スプール１５は高圧ポート２１と分配ポート２６間
を断接する。なお、図示の状態では上記ポー）　２１　
、２６間は遮断されている。上記スプール１５の左右の
端面ばそれぞれポンプ室２０及び作動圧ポート２２に面
しており、ポンプ室２０は上記スプールに比して大径の
ピストン１７により区画される。

ポンプ室２０には絞り１８を介して、スプール１５の右
端面に作用する油圧が導入されている。上記スプール１
５はピエゾスタック１６により作動せしめられる。ピエ
ゾスタック１６は、チタン酸ジルコン酸鉛を主成分とす
る板厚０．５ｍｍ程度の圧電板の両面に通電電極を配し
てこれらを数十枚積層したもので、電圧印加により数十
両件びる。上記ピエゾスタック１６は弁ハウジング１３
に螺着したカバ一体１４内に保持され、ポンプ室２０に
設けた皿バネ１９によりピストン１７がピエゾスタック
１６を押し付けるよう構成されている。

ピエゾスタック１６は信号線４７により外部の弁制御手
段たるコンピュータ５５に接続され、該コンピュータ５
５からの作動信号を受けて伸長する。コンピュータ５５
には、アクセル開度センサ５３、エンジン回転角センサ
５１．エンジン冷却水温センサ４８等よりエンジン運転
状態を示す信号が入力している。

上記高圧ポート２１には油圧ポンプ２から高圧配管３が
接続され、また、ポンプ室２０および作動圧ポート２２
には作動圧配管９が接続されている。ポンプ吐出圧は高
圧用圧力調整弁４及び低圧用圧力調整弁５により設定さ
れるが、低圧用圧力調整弁５と高圧配管３の途中に、信
号線８によって電磁式アクチュエータフに加えられるコ
ンピュータ５５の信号により開閉される電磁開閉弁６が
設けられており、閉時には高圧用圧力調整弁４により高
圧に、開時には低圧用圧力調整弁５により低圧に設定さ
れるが、この設定圧力は６０ｋｇ／ｃ＋ｆ〜４００ｋｇ
／ｄである。一方、作動圧は圧力調整弁１０により１０
ｋｇ／ｃｉ〜１００ｋｇ／ｃ＋ｆに設定されている。

（９） （１０） 上記可変油路プレート２８上には上述の圧油供給弁１２
と同一構造の圧油排出弁が設けてあり（図示路）、両弁
は分配ポート２６で連通している。そして、圧油排出弁
のスプールは上記分配ポート２６と油タンク１に至るド
レイン油路１１との間を断接する。

上記構造の油圧駆動弁装置において、コンピュータ５５
より圧油供給弁１２に作動信号が人力するとピエゾスタ
ック１６は伸長し、ピストン１７を図中右方向に移動さ
せる。この時、ポンプ室２０は絞り１８を介して作動圧
配管９に導通しているため、ポンプ室２０の圧力が一時
的に増大してスプール１５を右方向へ移動せしめる。こ
れにより高圧ポート２１と分配ポート２６間が連通ずる
。一方可変油路プレート２８において、電磁開閉弁６が
開の場合スプール２９はコイルバネ３２の力により左端
に位置しているため、上記分配ポート２６とプランジャ
プレート３６のシリンダ室３８はスプール２９に設けら
れた小面積のノツチ３４によってのみ導通する。これに
より高圧油がシリンダ室３８へ供給されて、吸気弁４２
がコイルバネ４６のハネ力に抗して押し下げ開放せしめ
られるが、シリンダ室３８への高圧油の供給が上記小面
積のノツチ３４を介しておこなわれるため、プランジャ
３９はゆっくりと吸気弁４２を押し下げることになる。

スプール１５の移動後は、ポンプ室２０と作動圧ポート
２２は再び同圧となる。

コンピュータ５５の作動信号を停止しピエゾスタック１
６に蓄積された電荷を取り除くと、ピエゾスタック１６
は原形に収縮し、ピストン１７は皿バネ１９により左方
へ移動させられるため、ポンプ室２０の圧力が一時的に
低下して、作動圧ポート２２の作動圧に押されたスプー
ル１５は左方へ移動する。これにより、高圧ポート２１
と分配ポート２６は遮断され、高圧油はシリンダ室３８
に閉じこめられて吸気弁４２の開放状態を維持する。

コンピュータ５５により図示されない圧油排出弁に作動
信号が入力すると、該排出弁内のピエゾスタックが伸長
してスプールを移動せしめ、上記分配ポート２６はリタ
ーン配管１１に連通ずる。ここにおいても、シリンダ室
３８内の油排出は上記小面積（１１） （１２） のノツチ３４を介して流出するため、プランジャ３９は
ゆっくりと吸気弁４２を上昇させて閉鎖状態とする。上
記のごとく、エンジン低回転時においては、吸気弁４２
の作動を遅くすることにより、吸気弁開時の衝撃音や着
座時の衝撃音を大巾に改善することができる。

次に、コンピュータ５５の信号により電磁開閉弁６を閉
とし、供給圧を高圧とした場合、可変油路プレート２８
内のスプール２９は左室３０に作用する油圧力によりコ
イルバネ３２を圧縮して右方向に移動する。この状態に
おいて、スプール２９の切替溝３５が分配ポート２６と
シリンダ室３８を連通ずるため、高圧ポート２１とシリ
ンダ室３８はノツチ３４による絞りを介することなく連
通し、吸気弁４２の開閉時において、プランジャ室３８
への油の流入、流出をすばやくおこない、エンジン高回
転時における作動に対応させることができる。

このように、コンピュータ５５により圧油供給弁１２と
図示されない圧油排出弁の作動を制御すると同時に、供
給油圧を変更することによりシリンダ室３８と分配ポー
ト２６との間の油路面積を可変としたため、エンジン運
転状態に合せて吸気弁４２の開閉時期、リフトＭ、開閉
弁速度を自由に変更することができる。

第２図に」１記作動をタイムチャートにて示すが、電磁
開閉弁６が開いている低油圧時、つまり、スプール２９
のノツチ３４を介して分配ポート２６とシリンダ室３８
が連通している時に、圧油供給弁Ｔ、からＴ２まで作動
させた場合、シリンダ室３８への油圧供給がゆっくりと
おこなわれるため、吸気弁リフ）ａに示すように、吸気
弁４２はゆっくりと開弁する。閉弁時においては、図示
されない圧油排出弁をＴ３からＴ４まで作動させると、
シリンダ室３８内の油圧がノツチ３４を介してゆっくり
と排出されるため、吸気弁リフ）ｂに示す如く吸気弁４
２はゆっくりと閉弁着座することができ、作動音を大巾
に低減することが可能となる。一方、電磁開閉弁６が閉
している高油圧時においては、分配ポート２６とシリン
ダ室３８が切替溝３５を介して連通ずるため、吸気弁リ
フトのｃ、ｄに示す如く吸気弁の（１３） （１４） 開弁及び閉弁は共に非常に高速でおこなうことができる
ため、エンジンの高回転においても応答性を十分満足さ
せることができる。

第３図に第２の実施例を示す。第１実施例と共通点が多
いので、対応する部分には第１図に使用した符号数字に
１００を加えた数字を符合として付与し、構成上相違す
る点のみ説明する。第１実施例においては可変油路プレ
ート２８内のスプール２９を油圧ポンプ２で発生させた
高油圧により自動的に作動させ、分配ポート２６とシリ
ンダ室３８間の油路面積を可変としたが、第２の実施例
においては可変油路プレート１２８内に設けたシリンダ
１５９の左室１３０を油路１７０とコンピュータ１５５
によって作動される三方電磁開閉弁１７１を介して、作
動圧配管１０９に連通ずるか、或いはドレイン油路１１
１に連通ずるかを制御する。以上において作動を説明す
ると、可変油路プレート１２８内の左室１３０を三方電
磁弁１７１にてドレイン配管１１１に導通させた場合、
左室１３０は低圧（ドレイン圧）となるためスプール１
２９はスプリング１３２の付勢力により図中大力に位置
することになるため、分配ポート１２６とシリンダ室１
３８の間がノツチ１３４により絞られることになる。次
にエンジン運転条件に応じてコンピュータ１５５により
三方電磁弁１７１を作動させ、左室１３０を作動圧配管
１０９に連通させることにより、スプール１２９左端に
作動圧を作用させ、スプリング１３２を圧縮し、スプー
ル１２９を図中右方に移動させる。この状態においては
、分配ポート１２６とシリンダ室１３８は大面積の切替
溝１３５を介して連通ずることになる。以上の如く第２
の実施例においてはポンプの供給油圧に無関係にエンジ
ン運転条件に応してシリンダ室１３８に人、出する油路
面積を可変としたものである。

なお、第１及び第２の実施例において、供給油圧を高低
２段階に制御し、油路面積もこれムこ応じて大小２段階
に制御したが、供給油圧を３段階以上に制御すると共に
、これに応じて油路面積も３段階以上に制御することが
できる。極端な例としては、可変絞りを無段階とするこ
とも可能である。

さらに、可変絞りを油圧力によらず、電磁弁等に（１５
） （１６） よって直接切替えることもできることは言うまでもない
。

第４図には、第１図において省略した部分をも含めて、
第１の実施例のシステム全体の概略図を示す。第１図と
対応する部分には第１図の符号数字に２００を加えた数
字を符号として用いている。

なお、第４図の場合は、吸気弁２４２及び２４２′の２
本を同時に作動させる構造としたものである。

圧油供給弁２１２と圧油排出弁２１２′から各シリンダ
室２３８．２３８’に連通ずる共通の油路２８０に１つ
の可変絞り２２８を設けたため、圧油供給弁２１２及び
圧油排出弁２１２′を作動させる場合も１つの可変絞り
で制御が可能となる。これは可変絞りを圧油供給弁２１
２、圧油排出弁２１２′とシリンダ室２３８、２３８’
間に設けたため、はじめて可能となったものである。

第５図に第３の実施例を示す。第１図と対応する部分に
は、それぞれ３００を加えた数字を符号として用いてい
る。第１及び第２の実施例においては２方向弁である圧
油供給弁と圧油排出弁をそれぞれ設けたが、第３の実施
例においては、三方弁である油圧制御弁３１２を１気筒
に１個設けるようにしたもので、第５図に示した状態に
おいて、排油ポート３８０と分配ポート３２６、スプー
ル３２９のノツチ３３４、シリンダ３３８が連通してお
り吸気弁３４２は閉している。次に、ピエゾスタック３
１６に通電しスプール３１５を図中右方向に移動させる
と、排油ポート３８０は閉塞され、高圧ポート３２１　
と分配ポー１−３２６、スプール３２９のノツチ３３４
、シリンダ３３８が連通し吸気弁３４２が開弁する。吸
気弁３４２は、プランジャ３３９が図示しないストッパ
に当接するまで開弁することになる。吸気弁３４２を閉
しる動作は、ビニシスタンク３１６の電荷を取り去りス
プール３１５を第５図の状態にもどすことによって遠戚
される。このように第３の実施例においては１個の三方
向油圧制御弁３１２によって吸気弁３４２の開、閉時期
をコントロールするものであり、スプール３２９の作動
は第１、第２の実施例と同一であるため、詳細な説明は
省略する。

（１７） （１８） 〔発明の効果〕 本発明により、内燃機関の低回転時には騒音、衝撃音等
の異音や振動の発生が防止されにもかかわらず、高回転
時には十分な応答性を有する油圧駆動弁装置が得られる
。

しかも、本発明の油圧駆動弁装置においては、可変絞り
が内燃機関の回転数の高さに応じて拡縮する程度であっ
て、激しく開閉するものではないから、安定性が高く、
耐久性にも冨む利点があり、比較的低いコストによって
製造することも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例の部分構成図、第２図は第
１実施例の作動を説明するタイムチャート、第３図は第
２実施例の部分構成図、第４図は第１実施例のシステム
全体の概略構成図、第５図は第３実施例の全体構成図で
ある。 ２　、１０２．２０２．３０２・・・油圧ポンプ、３　
、１０３．２０３．３０３・・・高圧配管、４．１０４
，２０４，３０４・・・高圧用圧力調整弁、５　、１０
５．２０５．３０５・・・低圧用圧力調整弁、６　、１
０６，２０６，３０６・・・電磁開閉弁、９　、１０９
，２０９，３０９・・・作動圧配管、１０、１１０，２
１０．３１０・・・圧力調整弁、ＩＬ１１Ｌ２１Ｌ３１
１・・・ドレイン油路、１２、１１２．’２１２・・・
圧油供給弁、２１２′・・・圧油排出弁、３１２・・・
油圧制御弁、１５．１１５，３１５・・・スプール、１
６．１１６，３１６・・・ピエゾスタック、１７．１１
７，３１７・・・大径のピストン、２６．１２６，２２
６，２２６’　、３２６・・・分配ポート、２８、１２
８，３２８・・・可変油路プレート、２２８・・・可変
絞り、　　２９．１２９，３２９・・・スプール、３４
、１３４．３３４・・・ノツチ、３５．１３５，３３５
・・・切替溝、３８．１３８，２３８，２３８’　、３
３８・・・シリンダ室、３９．１３９，２３９，２３９
’　、３３９・・・プランジャ、４１・・・ステム部、 ４２．１４２，２４２，２４２’　、３４２・・・吸気
弁、５５．１５５２５５．３５５・・・コンピュータ、
１７１・・・三方電磁開閉弁。 （１９） （２０） ３２８・・可変油路プレート

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 内燃機関の燃焼室に通じる吸排気通路を開閉する吸気弁
   又は排気弁のような弁体と、前記弁体を駆動するプラン
   ジャを設けたシリンダ室と、前記シリンダ室に圧油を供
   給する圧油供給弁と、前記シリンダ室から圧油を排出す
   る圧油排出弁と、前記シリンダ室と前記圧油供給弁又は
   前記圧油排出弁の少くとも一方とを結ぶ圧油の通路の断
   面積を変化するように前記圧油の通路に設けられる可変
   絞りと、 前記可変絞りが前記内燃機関の低速回転時には前記圧油
   の通路の断面積を縮小すると共に高速回転時には前記圧
   油の通路の断面積を拡大するように前記可変絞りを制御
   する手段とを備えていることを特徴とする、内燃機関の
   油圧駆動弁装置。