JPH0422703A - 内燃機関用油圧式弁駆動装置 - 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６４−４９６０６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、いつも一定でアル
。

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りとを具備
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。

油圧駆動手段り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β′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、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Ｑｖは油圧が高い程増大する。ラ
インＱ、とラインＱｖ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、と油圧アクチュエータで消費さ
れる流量Ｑｖ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、と油圧アクチュエータで消費
される流量Ｑ、とは等しくなくＱｖ＜Ｑ、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（１）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′９は弁の最大揚
程をラインＱｖ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′７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′９とラインＱ、との
交点Ａ７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、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、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１
２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とから成り、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３
４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２０．２８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２
０．２８　、及びそのアクチュエータ２０−１．２８−
１の詳細構成は特開昭６４−８３８０５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ＮＨに応じた信号が制御回路４０に導
入される。制御回路４０は出力ボート４０−１．４０−
２．４０−３を備えている。出力ボート４０−１゜４０
−２．４０−３は吸気弁ＩＯ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１１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制御井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２
８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
４ｏ−３はタイマ４に接続される。タイマｌ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制御井２ｏのアクチュエータ２ｏ−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４ｏによる吸気弁１ｏ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ＮＨの算出が行われ、ステップ６２では
吸気弁ｌＯの開弁開始時間ｔ。

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
θ１のクランク角度より手前のクランク角度θ。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ｔ
１は現在の時刻ｔ０から計測したクランク角度θ１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（θ１に対応する）のマツプが具備され、補
間演算によって現在のエンジン回転数に応じたθ、の値
が算出され、この算出されたθ１より開弁開始時間１．
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、ｔ、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ｔ、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、のクランク角度（時刻ｔｓ）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ｔ、の制御
によって閉弁時のクランク角度θ４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、のマツプが具備され、補間演
算によって現在のエンジン回転数に応じたθ、の値が算
出され、この算出されたθ３より開弁開始時間ｔ、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ｊｌ、ｈ＋　ｂが対応のボート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ｔｏ）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２゜−１は第１
制御井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制御井２
８を閉弁せしる。そのため、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【！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ｔ、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制御井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
、吸気弁工０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Ｉ６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ツプ
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
揚程との関係はマツ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がマツプより算出され
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ｔ、で第１制御弁２０は開放され、
同時に第２制御井２８は閉鎖される。そのため吸気弁１
０は開弁を開始する。時刻【２で第１制御井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（０）はこの量弁開弁
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、実線りは高回転時、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！（低回転時）とｆ（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ｔ、で第２制御井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抽圧アクチュエー
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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 内燃機関用油圧式弁駆動装置において、油圧に応じて弁
   装置を駆動するアクチュエータと、弁駆動装置の目標作
   動油圧を設定する手段と、目標作動油圧に応じた最大弁
   揚程を算出する手段と、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
   手段とを具備する油圧式弁駆動装置。