JPH05202711A - 内燃機関の油圧式弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は油圧式の弁駆動装置に関し、複数の
バルブへの分岐配管を選択的に開閉可能とすることで、
効率の向上を図ることを目的とする。 【構成】 油圧ポンプ20からの作動油の油圧室16,16'へ
の導入制御用の高圧側制御弁32と、油圧室16,16'からの
作動油の排出制御用の低圧側制御弁42とが設けられる。
高圧側制御弁32及び定圧側制御弁42は共通の配管36で合
流され、分岐配管38,40 を介して吸気弁10,10'の油圧室
16,16'に夫々接続される。制御弁32,42 の開閉によって
油圧室16,16'の圧力が増減変化され、吸気弁10,10'の開
弁及び閉弁作動が制御される。共通の配管36から吸気弁
10' への分岐配管40に開閉弁51が設けられ、高回転かつ
高負荷時に開閉弁51は開放され、２弁作動となる。ま
た、低回転又は低負荷時には開閉弁51が閉鎖され、１弁
作動となり、損失が小さくなるので効率を向上すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は一つの気筒の複数のバ
ルブ（吸気弁又は排気弁）を共通の制御弁によって制御
する油圧駆動式弁駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】実開昭６４−４９６０７号では一つの気
筒に複数の吸気弁を具備し、この一つの気筒の複数の吸
気弁を共通の油圧配管から分岐する夫々の分岐配管に接
続し、共通の油圧配管は高圧側制御弁を介して油圧ポン
プに接続し、低圧側制御弁を介してオイルタンクに接続
し、一つの気筒の複数の吸気弁を共通の制御弁によって
開閉するものを開示している。即ち、従来技術では複数
のバルブへの油圧の導入、又は同バルブからの油圧の排
出を共通の高圧側制御弁、及び低圧側制御弁によって制
御している。即ち、高圧側制御弁の開弁により油圧がバ
ルブに導入されバルブの開弁が行われ、低圧側制御弁の
開弁によりバルブから油圧が抜かれバルブの閉弁が行わ
れる。理想的には各バルブ毎に高圧側制御弁及び低圧側
制御弁を設けられればよいが、これらの制御弁は高速応
答可能なピエゾ型として構成され、狭いシリンダヘッド
内において各気筒のバルブ毎に高圧側制御弁及び低圧側
制御弁を設けることは実際的には困難であることから妥
協として各気筒毎に複数のバルブで高圧側制御弁及び低
圧側制御弁を共用しているのである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では高圧側制
御弁及び低圧側制御弁に接続された共通配管より分岐す
る夫々の分岐配管を複数のバルブに接続している。この
場合、一つの気筒のバルブは常に同一の作動を行う。し
かしながら、高圧側制御弁及び低圧側制御弁を複数のバ
ルブ間で共用しているため管路長が長くなり、損失が大
きくなると共に応答性が悪化する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、油圧
駆動式の複数のバルブに共通の油圧配管からの夫々の分
岐配管を接続し、複数のバルブを共通の油圧によって作
動させる内燃機関の油圧式弁駆動装置において、複数の
バルブへの分岐配管の一方に開閉弁を設け、該開閉弁へ
接続されるバルブを選択的に停止せしめたことを特徴と
する内燃機関の油圧式弁駆動装置が提供される。

【０００５】

【作用】開閉弁の開放作動時は共通の配管より各バルブ
へ夫々の分岐配管を介して油圧が供給される。そのた
め、一つの気筒の複数のバルブが共通の制御弁によって
制御される。開閉弁は閉鎖作動時はそれが設けた分岐配
管に接続されるハルブを停止し、一部のバルブのみ作動
を許可される。

【０００６】

【実施例】図１はこの発明の油圧式弁駆動装置を備えた
内燃機関の上面概略図である。この内燃機関は４気筒と
して構成され、各気筒８に吸気弁１０，１０′及び排気
弁１１，１１′が設けられた所謂４バルブ内燃機関を構
成している。吸気弁１０，１０′及び排気弁１１，１
１′はこの実施例ではいずれも油圧駆動型として構成さ
れる。この発明では排気弁１１，１１′は必ずしも油圧
駆動である必要はなく、通常のカム駆動のものであって
もよい。

【０００７】図２は一つの気筒の油圧式の弁駆動装置の
全体概略図であり、バルブステムに固定されるスプリン
グシート１０ａにバルブスプリング１２の上端が着座さ
れ、吸気弁１０はバルブスプリング１２によって吸気弁
１０の弁体部がバルブシート１３に着座されるように閉
弁方向に付勢される。バルブステムの上端は油圧シリン
ダ１４に対して出没自在とされ、バルブステムの上端と
油圧シリンダ１４との間に油圧室１６が形成される。油
圧室１６内の圧力が増大すると吸気弁１０はバルブスプ
リング１２の力に抗して下降される。従って、吸気弁１
０のリフト（揚程）は油圧室１６の圧力に応じて変化さ
れる。吸気弁１０′についても同様にスプリングシート
１０ａ′、バルブスプリング１２′、油圧シリンダ１
４′、油圧室１６′が具備される。

【０００８】油圧ポンプ２０は可変容量型であり、例え
ば斜板型として構成される。油圧ポンプ２０を使用する
ことで回転数の増大に応じて増大する流量特性を持つ。
即ち、回転数に応じたポンプ容量の変化を行わしめるた
めエンジンの回転数に応じた目標油圧が設定され、この
目標油圧が得られるように油圧ポンプ２０の斜板（図示
しない）の角度を変える制御が行われる。即ち、図３に
示すように目標油圧ＰＴは回転数の増大に応じて増大す
る設定となっている。後述の制御回路はそのときの回転
数に応じた目標油圧が得られるようにフィードバック制
御を行う。図２において油圧ポンプ２０はその吸入口が
配管２２を介してオイルタンク２４に接続される。油圧
ポンプ２０の出口は配管２６を介して高圧側アキュムレ
ータ２８に接続され、この高圧側アキュムレータ２８は
配管３０を介して、２ポート開閉弁としての高圧側制御
弁３２に接続される。高圧側制御弁３２は配管３４を介
して共通の配管３６に接続される。共通の配管３６から
分岐配管３８，４０が分岐され、分岐配管３８，４０は
夫々吸気弁１０，１０′の油圧室１６，１６′に接続さ
れる。４２は２ポート開閉弁としての低圧側制御弁であ
り、配管４４を介して高圧側制御弁３２からの配管３４
が共通の配管３６に接続する点に接続されている。従っ
て、高圧側制御弁３２及び低圧側制御弁４２は吸気弁１
０，１０′について夫々共用されている。また、低圧側
制御弁４２は配管４６を介して低圧側アキュムレータ４
８に接続され、低圧側アキュムレータ４８は配管５０を
介してオイルタンク２４に接続される。

【０００９】この発明によれば、二つの分岐配管３８，
４０のうち一方の分岐配管４０に開閉弁５１が設けら
れ、開閉弁５１を選択的に開閉することにより２弁作動
と１弁作動との間で切り替えが可能となっている。吸気
弁１０，１０′を開弁させる場合は高圧側制御弁３２が
開放され、一方低圧側制御弁４２は閉鎖され、オイルタ
ンク２４からのオイルは油圧ポンプ２０より配管２６、
高圧側アキュムレータ２８、配管３０、高圧側制御弁３
２、配管３４，３６，３８又は４０を介して油圧室１
６、１６′に導入され、吸気弁１０，１０′はバルブス
プリング１２，１２′に抗して下降移動される。所定の
リフトが得られたとき高圧側制御弁３２は閉鎖され、低
圧側制御弁４２は閉鎖状態を維持するので吸気弁１０，
１０′はそのリフトを確保する。吸気弁１０，１０′を
閉弁させる場合は低圧制御弁４２は開弁され、一方高圧
側制御弁３２は閉鎖状態を維持する。そのため、油圧室
１６、１６′からオイルが配管３８又は４０、配管３
６，４４、低圧側制御弁４２、配管４６、低圧側アキュ
ムレータ４８、配管５０を介してオイルタンク２４に戻
される。

【００１０】排気弁１１，１１′の油圧駆動装置は吸気
弁１０，１０′の駆動用の油圧駆動装置と同様であり、
高圧側制御弁３２、低圧側制御弁４２と同様な高圧側制
御弁３２−１、低圧側制御弁４２−１（図１参照）を備
えており、夫々高圧側アキュムレータ２８−１、低圧側
アキュムレータ４８−１に接続され、高圧側アキュムレ
ータ２８−１、低圧側アキュムレータ４８−１は配管５
２，５４を介して油圧ポンプ２０からの配管２６、オイ
ルタンク２４への配管５０に接続されている。

【００１１】図１における矢印は各気筒の吸気弁１０，
１０′及び排気弁１１，１１′への開閉作動のための作
動油の流れを説明している。高圧側アキュムレータ２
８，低圧側アキュムレータ４８はエンジン本体の気筒が
並ぶ方向に延びており、一端にエンドプレート５６が位
置する。エンドプレート５６に油圧ポンプ２０からの配
管２６が接続される入口孔５７が形成され、高圧側アキ
ュムレータ２８に接続され、かつエンドプレート５６に
低圧側アキュムレータ４８と接続する出口孔５８が形成
され、この出口孔はオイルタンク２４への配管５０に接
続されている。高圧側アキュムレータ２８からの油圧は
矢印ｆ₁ のようにその気筒の高圧側制御弁３２の開弁時
に吸気弁１０，１０′の油圧室に導入され、開弁が行わ
れ、所定リフトに到達後高圧制御弁３２が閉弁され、そ
の後低圧側制御弁４２の開弁によって作動油は低圧側ア
キュムレータ４８を介して矢印ｆ₂ のようにオイルタン
ク側に抜け、油圧室の圧力が降下し、吸気弁１０，１
０′は閉弁される。排気弁１１，１１′の作動について
も同様であり、エンドプレート５６に油圧ポンプ２０か
らの配管５２が接続される入口孔５７−１が形成され、
高圧側アキュムレータ２８−１に接続され、かつエンド
プレート５６に低圧側アキュムレータ４８−１と接続す
る出口孔５８−１が形成され、この出口孔はオイルタン
ク２４への配管５４に接続されている。高圧側アキュム
レータ２８−１からの油圧は矢印ｆ₃ のようにその気筒
の高圧側制御弁３２−１の開弁時に排気弁１１，１１′
の油圧室に導入され、開弁が行われ、所定リフトに到達
後高圧制御弁３２−１が閉弁され、その後低圧側制御弁
４２−１の開弁によって作動油は低圧側アキュムレータ
４８−１を介して矢印ｆ₄ のようにオイルタンク側に抜
け、油圧室の圧力が降下し、排気弁１１，１１′は閉弁
される。

【００１２】高圧側制御弁３２及び低圧側制御弁４２は
共に圧電素子アクチュエータに３２Ａ，４２Ａで駆動さ
れる高速応答型の開閉弁として構成され、吸気弁１０，
１０′の高速のリフト制御を行うことができるものであ
る。一方、吸気弁１０′への分岐配管４０に設けられる
開閉弁５１は配管４０の開閉が可能であれば、高圧側制
御弁３２や、低圧側制御弁４２のように高速応答を要求
されないので分岐配管４０を選択的に閉鎖可能な安価な
通常型の電磁弁を採用することができる。

【００１３】図２において制御回路６１はマイクロコン
ピュータにより構成され、エンジンの負荷及び回転数に
応じて吸気弁の開弁時期、リフト量を算出し、算出され
た量のリフトが得られるように高圧側制御弁３２の圧電
型のアクチュエータ３２Ａ及び低圧制御弁４２の圧電型
アクチュエータ４２Ａの駆動信号を形成する作動を行う
と共に、開閉弁５１の作動を制御し２弁作動と１弁作動
との切り替えを行う。また、制御回路６１はエンジン回
転数に応じた目標油圧が得られるように油圧ポンプ２０
の出口側の油圧を制御する。

【００１４】クランク角度センサ６２はクランク軸が所
定角度、例えば３０゜及び７２０゜回転する毎にパルス
信号を発生し、３０゜毎の信号は周知のようにそのパル
ス信号の間隔から機関回転数を知るのに利用することが
できると共に、バルブリフトの制御信号の形成のための
割込ルーチンを開始させるトリガ信号となる。また７２
０゜毎のパルス信号はクランク軸の基準位置を知るため
に使用することができる。更に、油圧センサ６３が油圧
ポンプ２０の出口における配管２６に設けられ、油圧ポ
ンプ２０の出口側の油圧を知ることができる。

【００１５】図４は制御回路６１による目標圧の制御の
ためのルーチンのフローチャートを示す。このルーチン
は一定時間毎に実行されるものとする。ステップ７０で
はエンジン回転数が入力され、ステップ７２では油圧セ
ンサ６３によって計測される油圧ポンプ２０の出口側の
油圧ＰＲが入力される。ステップ７４ではエンジン回転
数に応じた目標油圧ＰＴが算出される。即ち、図３に示
すように回転数と目標油圧ＰＴとのマップが備えられ、
現在の回転数に応じた目標油圧ＰＴが補間演算される。
ステップ７６では計測油圧ＰＲ＞目標油圧ＰＴが成立す
るか否か判別される。ステップ７６で計測油圧ＰＲ＞目
標油圧ＰＴのときは現在の油圧が目標油圧より高いと判
定され、ステップ７８に進み、油圧ポンプ２０の斜板角
度が減少され、油圧が下がる方向に制御される。テップ
７６で計測油圧ＰＲ＞目標油圧ＰＴが成立しないときは
ステップ８０に進み、計測油圧ＰＲ＜目標油圧ＰＴが成
立するか否か判別されるされ。ステップ８０で計測油圧
ＰＲ＜目標油圧ＰＴのときは現在の油圧が目標圧より低
いと判定され、ステップ８２に進み、油圧ポンプ２０の
斜板角度が増加され、油圧が増加する方向に制御され
る。ステップ８０で計測油圧ＰＲ＜目標油圧ＰＴでない
とき（即ち、計測油圧ＰＲ＝目標油圧ＰＴであるとき）
は何もせず現在の斜板角度を維持する。このような制御
によってエンジン回転数に応じて図３に示すような目標
圧力に制御することができる。

【００１６】図５は吸気弁１０及び１０′のリフトを制
御するための高圧側制御弁３２及び低圧側制御弁４２の
圧電アクチュエータ３２Ａ，４２Ａ及び開閉弁５１の電
磁アクチュエータ５１Ａの制御ルーチンを概略的に示し
ている。このルーチンはエンジンの１サイクル（７２０
゜ＣＡ）における所定のタイミングにおいて実行開始さ
れ、そのようなタイミングは、周知の通り、クランク角
度センサ６２からの３０゜ＣＡ信号の到来毎にインクリ
メントされ、７２０゜ＣＡ信号の到来によってクリヤさ
れるカウンタの値によって知ることができる。図６の
(イ) はエンジンの１サイクル（７２０゜ＣＡ）で各気筒
毎に１回起こる制御弁作動演算のタイミングを示してい
る。ステップ１００はエンジンの回転数の入力を示して
おり、クランク角度センサ６２からの３０゜ＣＡ信号の
間隔より別ルーチンによって算出されているものとす
る。ステップ１０２では機関の負荷が入力される。機関
の負荷としては例えばエンジン１回転あたりの吸入空気
量を採用することができる。

【００１７】ステップ１０３は１弁作動域か否かの判別
を示す。この判定については後述する。２弁作動域とす
ればステップ１０４で開閉弁５１を開とするべき信号が
電磁アクチュエータ５１Ａに送られる。そのため、吸気
弁１０の油圧室１６のみならず吸気弁１０′の油圧室１
６′にも油圧が供給され２弁動作が得られる。ステップ
１０５は運転条件（回転数及び負荷）によって定まる開
弁時期、バルブリフトの算出を示している。周知のよう
に開弁時期、リフトは回転数、負荷で決められ、マップ
から開弁時期θ及びリフトＬが決められる。次に、ステ
ップ１０６，１０８ではステップ１０４で決定された開
弁時期、バルブリフトを得るための高圧側制御弁の作動
タイミングＴ１及びＴ２、低圧側制御弁の作動タイミン
グＴ３，Ｔ４が算出される。図６において(ロ) はバルブ
のリフトの変化を模式的に示しており、高圧側制御弁３
２を開放することにより線ｍ₁ に沿ってリフトは大きく
なり、設定されたバルブリフト値Ｌが得られた時点Ｔ１
で高圧側制御弁３２を閉鎖すると圧力が油圧室１６、１
６′内に保持され、バルブリフトは線ｍ₂ にて示すよう
にＬの値を保持する。バルブの閉鎖時期が到来すると低
圧側制御弁４２が閉鎖され、バルブリフトはｍ₃ のライ
ンに沿って小さくなる。(ハ) は高圧側制御弁３２の作動
タイミングを模式的に示しており、時刻Ｔ１が到来すと
制御弁３２は開弁され、時刻Ｔ２が到来すると制御弁３
２は閉鎖される。時刻Ｔ１、Ｔ２は設定された開弁タイ
ミングθ、バルブリフト値Ｌが得られるように演算され
る。即ち、開弁タイミングは基準点（例えば上死点）か
らのクランク角度θとして与えられており、この基準点
に対する現在のクランク角度、即ち現時刻Ｔ０は既知で
あるから、設定開弁タイミングθで開弁開始させるため
の時刻Ｔ１を知ることができる。また、演算されたバル
ブリフトを得るために必要となる高圧側制御弁３２の開
弁時間δ₁ も知ることができ、これより高圧側制御弁３
２を閉鎖するべき時刻Ｔ２も知ることができる。また、
低圧側制御弁４２の開弁開始時刻については吸気弁１
０、１０′のクランク角度としての開弁期間Θが与えら
れていることから、この期間後に吸気弁１０、１０′を
閉弁開始させるための低圧側制御弁４２の開弁時刻Ｔ３
は計算することができ、また、この状態から吸気弁を閉
弁せしめるのに必要となる低圧側制御弁４２の開弁時間
δ₂ よりその開弁終了時刻Ｔ４も知ることができる。

【００１８】ステップ１０６、１０８で設定された作動
時刻は比較レジスタ（図示せず）にセットされ、各時刻
の到来によって制御弁３２，４２の開弁、閉弁を周知の
ように行うことができる。ステップ１０３における１弁
作動か否かの判別は図７に示すごときマップによって行
われる。即ち、この例ではエンジンの高回転で高負荷域
で２弁作動、それ以外で１弁作動となっている。即ち、
エンジン回転数及び負荷に応じて図７のマップに従って
１弁作動か２弁作動かの判断が行われる。２弁作動域と
判断した場合（ステップ１０３でYes)については既に説
明したが、図７のマップより１弁作動域と判断した場合
（即ち低回転もしくは低負荷域）はステップ１０３より
ステップ１１０に進み、開閉弁５１を閉とするべき信号
が電磁アクチュエータ５１Ａに送られる。そのため、吸
気弁１０′の油圧室１６′は油圧源から遮断され、制御
弁３２の状態に係わらず吸気弁１０′は閉弁を維持す
る。そのため、燃焼室への混合気の導入は吸気弁１０の
みによって制御され１弁作動となる。その後は前記した
ステップ１０５に進み、吸気弁１０の油圧室１６の油圧
特性は所期の開弁タイミング及びリフトが得られるよう
に制御弁３２，４２が制御される。低回転、低負荷域に
おいては要求吸入空気量そのものが少なく２弁作動の必
要がそもそもなく、また開閉弁５１を閉鎖することによ
り１弁作動とすることで管路長さが短縮し、流路損失を
低減し、かつ応答性の改善を図ることができる。また、
１弁作動とすることで低回転、低負荷域での吸気流速を
増大させると共に片側吸気によるスワール形成で燃焼性
の向上を図ることができる。

【００１９】尚、排気弁１１，１１′については吸気弁
１０，１０′と同様に油圧制御され、そのリフト作動が
制御される。また、排気弁１１，１１′についても一方
の分岐配管に開閉弁５１と同様な開閉弁を設け、排気弁
についても２弁作動と、１弁作動とを選択的に切替可能
に構成することができる。

【００２０】

【発明の効果】複数のバルブへの分岐配管のうち一部の
分岐配管に開閉弁を設け、開閉弁を開閉することにより
簡単がかつ安価な構成でバルブの作動の選択的な停止が
実現し、制御の自由度を上げ、制御の選択枝を増やすこ
とができる。また、一部のバルブの停止時の管路損失が
小さくなり応答性を向上することができると共に燃焼性
能の改善を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は実施例の内燃機関の上面概略図である。

【図２】図２は油圧式弁駆動装置の概略図である。

【図３】図３はエンジン回転数に対する目標油圧の関係
を示す概略図である。

【図４】図４は油圧ポンプの駆動ルーチンのフローチャ
ートである。

【図５】図５は吸気弁の駆動のためのルーチンのフロー
チャートである。

【図６】図６は図５のルーチンによって得られる作動の
タイミングを示す図である。

【図７】図７は回転数及び負荷に対する２弁作動域と１
弁作動域との区分けを説明する図である。

【符号の説明】

１０，１０′…吸気弁 １１，１１′…排気弁 １２，１２′…バルブスプリング １４，１４′…油圧シリンダ １６，１６′…油圧室 ２０…油圧ポンプ ２４…オイルタンク ２８…高圧側アキュムレータ ３２…高圧側制御弁 ３６…共通の配管 ３８，４０…分岐配管 ４２…低圧側制御弁 ４８…低圧側アキュムレータ ５１…開閉弁 ６１…制御回路 ６２…クランク角度センサ ６３…圧力センサ ６４…吸入空気量センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 油圧駆動式の複数のバルブに共通の油圧
   配管からの夫々の分岐配管を接続し、複数のバルブを共
   通の油圧によって作動させる内燃機関の油圧式弁駆動装
   置において、複数のバルブへの分岐配管の一方に開閉弁
   を設け、該開閉弁へ接続されるバルブを選択的に停止せ
   しめたことを特徴とする内燃機関の油圧式弁駆動装置。