JPH04171208A - 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〕 この発明は、内燃機関の燃焼室を開閉する給気弁又は排
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
に関するものである。

〔従来の技術〕

この種の弁装置が特開昭６１６９７０７号公報に記載さ
れている。即ち、内燃機関の給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、それを前記公報
のように油圧によって駆動すると、油圧装置は動力の伝
達媒体が流体であるから、一般にカム機構にくらべて制
御がしやすく、給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。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、カム方式と異なり、給排気弁の着座時にカムの
緩衝曲線を使用することができないため、油圧ブレーキ
機構が必要となるが、多気箇内燃機開の場合、油圧ブレ
ーキ機構の寸法やセット位置のバラツキ、又、油粘性変
化により油圧ブレーキ機構の特性が変化し給排気弁の着
座時期が変化する問題が発生する。このように気筒間に
て着座時期が異なった場合、各気筒にて吸入空気量がバ
ラツいたり、排気弁の場合は吸気弁とのオーバーラツプ
期間が変化し、内部ＥＧＲがバラツキ安定した運転がで
きない等の問題が発生する。

この発明の目的は、部品のバラツキ等に起因する制御誤
差をなくして最適なる弁動作を行わせることができる油
圧駆動弁装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、内燃機関の燃焼室に通じる気流通路を開閉
する弁体と、プランジャ室の油圧の調整にて前記弁体と
連動するプランジャが摺動する油圧シリンダとを備え、
内燃機関の運転状態に応じた前記弁体の目標の開閉動作
を行うように前記油圧シリンダのプランジャ室の油圧を
調整するようにした油圧駆動弁装置において、 前記プランジャ室の油圧を検出する圧力センサと、前記
弁体の開閉動作に伴う前記圧力センサによるプランジャ
室の油圧に基づいて実際の弁体の開閉動作を求め、弁体
の目標の開閉動作と実際の弁体の開閉動作のズレを次回
からの弁体の開閉制御に反映させる補正制御手段とを備
えた油圧駆動弁装置をその要旨とするものである。

〔作用〕

補正制御手段は、弁体の開閉動作に伴う圧力センサによ
るプランジャ室の油圧に基づいて実際の弁体の開閉動作
を求め、弁体の目標の開閉動作と実際の弁体の開閉動作
のズレを次回からの弁体の開閉制御に反映させる。

〔実施例〕

以下、この発明を具体化した一実施例を図面に従って説
明する。

第２図には全体システム図を示すとともに、第１図には
さらに詳細なる構成を示す。

第１図において、エンジンのシリンダヘッド３２内には
燃焼室４０に至る吸気路４１（気流通路）が形成されて
いる。この吸気路４１の開口部には、同開口部を開閉す
る吸気弁３４（弁体）が設けられている。吸気弁３４は
吸気路４１の開口縁の弁座３５に当接して吸気路４１を
閉鎖する。

吸気弁３４のステム部３３はバルブガイド３９内を貫通
してプランジャプレート２３直下に至っている。このプ
ランジャプレート２３はボルトによりシリンダヘッド３
２に固定されている。

上記ステム部３３の上端にはリテーナ３６が設けられて
いる。このリテーナ３６とシリンダヘッド３２間にはコ
イルバネ３８が配設され、吸気弁３４を閉鎖方向に付勢
している。

又、プランジャプレート２３にはシリンダ６２が形成さ
れ、同シリンダ６２内にはプランジャ２４が上下動自在
に保持されている。このプランジャ２４の下端は上記ス
テム部３３の上端面に対向して位置している。

吸気弁３４が弁座３５に当接した閉鎖状態、つまり、プ
ランジャ２４が第１図中、最上部に位置した状態で、シ
リンダ６２の上部にはプランジャ室２５が形成される。

プランジャ室２５は、プランジャ２４の上部外周に設け
た逆三角形状のスリット２８によりシリンダ６２の円周
上に設けた環状溝２６と連通している。このスリット２
８と環状溝２６との連通面積はプランジャ２４が第１図
中、下降すれば増加し、上昇すれば減少するよう構成さ
れている。尚、プランジャ２４が第１図中、最上部に位
置してもプランジャ室２５と環状溝２６が遮断されるこ
とはなく、スリット２８により少面積ながら連通してい
る。

プランジャプレート２３には圧力センサ３０が取り付け
られており、この受圧面部は連通孔２９を介してプラン
ジャ室２５と連通している。尚、この連通孔２９は絞り
となっており、プランジャ室２５の急変する油圧を減衰
（緩和）して圧力センサ３０に伝えるようになっている
。

上記プランジャプレート２３上に設けた圧油供給弁８の
ハウジング９内には、油路を開閉するスプール１１が設
けられており、該スプール１１は高圧ポート１７と分配
ポート２２間を断接する。

尚、図示の状態では上記ポート１７．２２間は遮・断さ
れている。上記スプール１１の左右の端面はそれぞれポ
ンプ室１６及び作動圧ポート２０に面しており、ポンプ
室１６は上記スプール１１に比べて大径のピストン１３
により区画されている。

ポンプ室１６には絞り１４を介して、スプール１１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１１はピエゾスタック１２により作動する
ようになっている。ピエゾスタック１２は、チタン酸ジ
ルコン酸鉛を主成分とする板厚０゜５工程度の圧電板の
両面に通電電極を配置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μｍ伸びる。上記ピエゾスタッ
ク１２は弁／’％ウジング９に螺着したカバ一体１０内
に保持され、ポンプ室１６に設けた皿バネ１５によりピ
ストン１３がピエゾスタック１２を押し付けるよう構成
されている。

ピエゾスタック１２は信号線４３により外部の補正制御
手段としてのコンピュータ４２と電気的に接続され、コ
ンピュータ４２からの作動信号を受けて伸長する。コン
ピュータ４２は、アクセル開度センサ４４、エンジン回
転角センサ４７、エンジン冷却水温センサ４９等よりエ
ンジン運転状態を示す信号を入力する。

上記高圧ポート１７には油圧ポンプ２からの高圧配管３
か接続され、又、ポンプ室１６及び作動圧ポート１８に
は作動圧配管６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。ここにおいて、高圧用圧力調整
弁４の設定圧力は６０ｋｇ／ｃｔ（〜４００　ｋｇ／ｃ
ｄである。一方、作動圧は低圧用圧力調整弁５によりｌ
ｏｋｇ／ｃｉ〜１００ｋｇ／ｃｎｆに設定されている。

上記プランジャプレート２３上には第２図に示すように
上述の圧油供給弁８と同一構造の圧油排出弁６０が設け
られている。この両弁８，６０は分配ポート２２で連通
している。そして、圧油排出弁６０のスプールは、上記
分配ポート２２と油タンク１に至るドレイン油路７との
間を断接する。

そして、圧油供給弁８がコンピュータ４２からの作動信
号を入力するとピエゾスタック１２は伸長し、ピストン
１３を第１図中、右方向に移動させる。この時、ポンプ
室１６は絞り１４を介して作動圧配管６に導通している
ため、ポンプ室１６の圧力が一時的に増大してスプール
１１が右方向に移動する。これにより高圧ポート１７と
分配ポート２２間が連通して、高圧油がプランジャプレ
ート２３内の分配油路２７を通り、さらに、環状溝２６
とスリット２８との連通部を経てプランジャ室２５に供
給されて、吸気弁３４がコイルバネ３８の付勢力に抗し
て押し下げられ弁３４が開放される。

スプール１１の移動後は、ポンプ室１６と作動圧ポート
２０は再び同じ圧力となる。

尚、この時、プランジャ２４が下方へ押し下げられるに
従い、環状溝２６とスリット２８の連通面積が増加し、
プランジャ２４の上端が環状溝２６の上端部より下方に
位置するまでこの状態が持続される。

その後、コンピュータ４２の作動信号の出力が停止する
と、ピエゾスタック１２に蓄積された電荷が取り除かれ
、ピエゾスタック１２は原形に収縮し、ピストン１３は
皿バネ１５により左方へ移動する。その結果、ポンプ室
１６の圧力が一時的に低下して、作動圧ポート２０の作
動圧に押され−たスプール１１は左方へ移動する。これ
により、高圧ポート１９と分配ポート２２は遮断され、
高圧油はプランジャ室２５に閉じこめられて吸気弁３４
の開放状態を維持する。

一方、圧油排出弁６０かコンピュータ４２からの作動信
号を入力すると、圧油排出弁６０内のピエゾスタックが
伸長してスプールが移動して、上記分配ポート２２はド
レイン油路７に連通ずる。

すると、プランジャ室２５内の油は流出し、吸気弁３４
はコイルバネ３８の圧縮力により上方に移動する。しか
し、プランジャ２４の上端面が環状溝２６の上端面と重
なるまで移動すると、プランジャ室２５内の油がスリッ
ト２８と環状溝２６との連通部分からのみ流出するよう
になる。以後、この連通面積は吸気弁３４が着座位置に
近づくにつれて減少するように構成されているためプラ
ンジャ室２５内の油は着座位置に近づくにつれてゆっく
り流出することになり吸気弁３４の速度は減速されゆっ
くり着座することになる。このため吸気弁３４の着座時
の衝撃音が低く抑えられる。

本実施例においては、シリンダ６２とプランジャ２４と
から油圧シリンダが構成されている。

次に、このように構成した油圧駆動弁装置の作用を説明
する。

第３，４図にはコンピュータ４２が所定時間毎に実行す
るフローチャートを示す。又、第５図には作用説明のた
めのタイムチャートを示す。

コンピュータ４２はステップ１００でクランク角θ及び
エンジン回転数ＮＥを読み込み、ステップ１０１でアク
セル開度αとエンジン冷却水温ＴＷを読み込んでエンジ
ンの運転状態を検知する。

さらに、コンピュータ４２はステップ１０２でエンジン
の運転状態に応じた基本的な吸気弁３４の開弁時期、開
弁時間、閉弁時期を算出する。

つまり、第５図に示すように、開弁時期（クランク角）
としては、基準信号の入力から圧油供給弁８への駆動信
号の出力タイミングθｌを、又、開弁時間としては、圧
油供給弁８への駆動信号の出力期間Ｔｌを、さらに、閉
弁時期（クランク角θ２）としては、圧油供給弁８への
駆動信号の立ち上がりから（第５図のｔ２のタイミング
から）圧油排出弁６０への駆動信号の出力タイミング（
時間Ｔ２）を算出する。

その後、コンピュータ４２はステップ１０３でθ１．Ｔ
ｌ、Ｔ２に対し補正係数Ｋｌ、に２．に３をそれぞれ乗
算する。そして、コンピュータ４２は、ステップ１０４
で圧油供給弁８と圧油排出弁６０を駆動制御する。つま
り、第５図に示すように、基準信号の入力（ｔｌのタイ
ミング）からクランク角がθ１だけ変位したときに油圧
供給弁８に作動信号を出力する（ｔ２のタイミング）。

すると、プランジャ室２５内に油が流入して圧力が上昇
するが、コイルバネ３８のセット荷重より大きくなった
時点で吸気弁３４が下方への移動を開始する。プランジ
ャ室２５の油圧を検出している圧力センサ３０にも同時
に高圧油が作用することになる。コンピュータ４２は、
この圧力センサ３０によるプランジャ室２５の油圧とコ
イルバネ３８のセット荷重に対応する油圧Ｈ３゜、とを
比較し、プランジャ室２５の油圧が油圧Ｈ６，、より大
きくなった時点のクランク角θｌａを吸気弁３４の開弁
時期として記憶する。

尚、この際、第５図に示すようにプランジャ室２５の油
圧の立上りは非常に急峻なため、油圧の急激な立上り点
Ｐ＋を開弁時期と判定してもよい。

そして、吸気弁３４はストッパ（図示せず）に当接する
まで圧油供給弁８の作動期間ＴＩ中リフトが増加する。

このリフト増加に対しコイルバネ３８が圧縮され、その
圧縮分だけプランジャ室２５内の油圧も上昇する。

その後、コンピュータ４２は作動信号の出力を停止する
（第５図のｔ３のタイミング）。すると、プランジャ室
２５は密閉され吸気弁３４の開放状態が維持されるが、
この時コイルバネ３８の圧縮力がプランジャ室２５内の
油圧に作用し両者が釣り合うことになる。ここにおいて
コイルバネ３８の圧縮力はコイルバネ３８が圧縮された
長さに比例、つまり吸気弁３４のリフト量に比例するこ
とになる。よって、コンピュータ４２は、第５図に示す
圧油供給弁８の作動停止後のプランジャ室油圧Ｈ１を検
出し、このプランジャ室油圧Ｈ＋により吸気弁３４のリ
フト量Ｌａを算出して記憶する。

その後、コンピュータ４２は圧油排出弁６０に作動信号
を出力して（第５図のｔ４のタイミング）圧油排出弁６
０を作動させて分配ポート２２とドレイン油路７とを連
通させると、プランジャ室２５の油は流出し、吸気弁３
４はコイルバネ３８の圧縮力により上方に移動する。し
かし、この場合においても圧油排出弁６０の作動と同時
にプランジャ室２５の油圧がドレイン油路７の油圧に等
しくなってしまうのではなく、圧油排出弁６０の流路抵
抗等により吸気弁３４が上方に移動するにつれ低下して
ゆく。吸気弁３４が着座すると同時にコイルバネ３８の
圧縮力はプランジャ２４に全く作用しなくなるため、プ
ランジャ室２５の油圧は急激に低下し、ドレイン油路７
と等しくなる。

よって、コンピュータ４２は、この急激なプランジャ室
２５の油圧の低下点（第５図のＰ２）でのクランク角θ
２ａを吸気弁３４の着座時期として記憶する。

一方、コンピュータ４２は、第４図に示す定時処理によ
る係数補正ルーチンを実行する。つまり、ステップ２０
０で圧力センサ３０の油圧検出により求めた吸気弁３４
の開弁時期θ１ａとリフト量Ｌａと閉弁時期θ２ａを取
り込む。そして、コンピュータ４２はステップ２０１で
吸気弁３４の開弁時期θｌａがステップ１０２で求めた
吸気弁３４の開弁時期θｌに対し所定の許容誤差内に入
っているか否か判断する。又、コンピュータ４２はリフ
ト量Ｌａが予め定めた所定の許容誤差内に入っているか
否か判断する。さらに、コンピュータ４２は閉弁時期θ
２ａが目標閉弁時期θ２に対し所定の許容誤差内に入っ
ているか否か判断する。

その後、コンピュータ４２は許容誤差内に入っていない
と、ステップ２０２で補正係数Ｋｌ、に２、に３をその
誤差の大きさに応じて修正する。

以後、この修正後の補正係数Ｋｌ、に２．に３を用いて
第３図のフローが実行される。

このように本実施例では、プランジャ室２５の油圧（プ
ランジャ２４に作用する油圧）を圧力センサ３０にて検
出するようにし、コンピュータ４２（補正制御手段）は
吸気弁３４（弁体）の開閉動作に伴う圧力センサ３０に
よるプランジャ室２５の油圧に基づいて実際の吸気弁３
４の開閉動作（吸気弁３４の開弁時期、リフト量、閉弁
時期）を求め、吸気弁３４の目標の開閉動作と実際の吸
気弁３４の開閉動作のズレを次回からの吸気弁３４の開
閉制御に反映、つまり、補正係数Ｋｌ、に２、に３を修
正する。

よって、油圧供給弁８、圧油排出弁６０の応答性バラツ
キ、又、環状溝２６とスリット２８からなる油圧ブレー
キ機構の寸法（スリット２８の寸法）やセット位置（環
状溝２６の位置）のバラツキ、又、油粘性変化による作
動変化が発生しても、常に吸気弁３４の真の動きを検出
でき、圧油供給弁８．圧油排出弁６０の作動時期９作動
期間をコ・ンピュータ４２にて制御することにより常に
最適な状態にて作動させることが可能となる。

尚、この発明は上記実施例に限定されることなく、吸気
弁のみ、排気弁のみ、あるいは吸排気弁を油圧にて開閉
駆動するいずれの場合に用いてもよい。又、油圧ブレー
キ機構を備えていない油圧駆動弁装置に用いてもよい。

〔発明の効果〕

以上詳述したようにこの発明によれば、部品のバラツキ
等に起因する制御誤差をなくして最適なる弁動作を行わ
せることができる優れた効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の油圧駆動弁装置の構成図、第２図には
全体システム図、第３図はフローチャート、第４図はフ
ローチャート、第５図はタイムチャートである。 ２４はプランジャ、２５はプランジャ室、３０は圧力セ
ンサ、３４は給気弁、４０は燃焼室、４１は吸気路、４
２は補正制御手段としてのコンユータ、６２はシリンダ
。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の燃焼室に通じる気流通路を開閉する弁体
   と、 プランジャ室の油圧の調整にて前記弁体と連動するプラ
   ンジャが摺動する油圧シリンダとを備え、内燃機関の運
   転状態に応じた前記弁体の目標の開閉動作を行うように
   前記油圧シリンダのプランジャ室の油圧を調整するよう
   にした油圧駆動弁装置において、 前記プランジャ室の油圧を検出する圧力センサと、 前記弁体の開閉動作に伴う前記圧力センサによるプラン
   ジャ室の油圧に基づいて実際の弁体の開閉動作を求め、
   弁体の目標の開閉動作と実際の弁体の開閉動作のズレを
   次回からの弁体の開閉制御に反映させる補正制御手段と を備えたことを特徴とする油圧駆動弁装置。