JPH05202714A - 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、燃焼室
圧力に応じて油圧ポンプ目標圧力を可変とし、所期のリ
フト量を得るようにすることを目的とする。 【構成】 油圧ポンプ20は可変容量型として構成され、
斜板角度等の容量可変手段を具備し、エンジン回転数に
応じた目標油圧が得られるように斜板の角度が制御回路
61によって制御される。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と、油圧室1
6,16'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。吸気弁10,11'をリフトさせるときは高圧側
制御弁32は開弁、低圧側制御弁42は閉弁され、吸気弁1
0,11'の所期の量のリフトを得るべく高圧側制御弁32の
開弁時間が制御される。油圧ポンプ20の目標圧力はエン
ジンの負荷が大きいときは大きく負荷が小さいときは小
さく修正される。負荷が変化して燃焼圧力が変化しても
その開弁時間で所期のリフト量を得ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、可変容量ポンプから
の油圧を用いて油圧式弁駆動装置によって吸気弁を駆動
する内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】油圧式の弁駆動装置においては油圧ポン
プからの作動油を制御弁を介して油圧室に導き、制御弁
の開弁時間を制御することにより吸気弁又は排気弁のリ
フトを制御している。実開昭第６４−４９６０７号公報
では高圧側制御弁と低圧側制御弁との二つの制御弁が設
けられ、吸気弁の開弁時は高圧側制御弁が開放され、油
圧ポンプからの油圧が吸気弁の油圧室に導入され、吸気
弁がリフトされ、所定のリフト量が得られたとき高圧側
制御弁は閉鎖される。この間低圧側制御弁は閉鎖され
る。吸気弁の閉弁時は低圧側制御弁が開放され、油圧室
の油圧はオイルタンクに排出され、吸気弁が着座方向に
移動し、吸気弁が着座した段階で低圧圧側制御弁は閉鎖
される。この間高圧側制御弁は閉鎖される。

【０００３】上述従来技術では油圧ポンプとしては定容
量の油圧ポンプを使用しており、その出口にリリーフ弁
を設けている。リリーフ弁は作動油の圧力が所定値を超
えると開弁され、オイル量が少なくてすむエンジンの低
回転時は余分な作動油はオイルタンク側に戻されるよう
になっている。そのため、低回転側では油圧ポンプが無
駄な仕事をしている結果となり、燃料消費率が悪化する
ことになる。そこで、定容量型の油圧ポンプの代りに可
変容量ポンプを採用することが考えられる。可変容量ポ
ンプを使用した場合油圧ポンプの出口での圧力は回転数
の増大と共に増大するように設定される。そのため油量
はエンジンの回転数の増大とともに増大するため、リリ
ーフ弁を設けることなく低回転時にも高回転時にも丁度
良い量の作動油の供給が行われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来技術では所定の量
のリフトが得られるように油圧ポンプの圧力より高圧側
制御弁及び低圧側制御弁の開時間を設定している。とこ
ろが、吸気弁は燃焼室から閉弁方向の力を受けている。
そのため、油圧のみでリフト量を設定した場合得られる
リフト量が燃焼室圧力の変動によって変動し、所期のリ
フト量を得られないおそれがある。

【０００５】この発明は燃焼室の圧力の変化に係わらず
所期のリフト量を得るようにすることを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、図１
において、油圧駆動の吸気弁又は排気弁Ａと、可変容量
型の油圧ポンプＢと、該油圧ポンプＢより吸気弁又は排
気弁Ａへの油圧の供給を制御するための油圧供給手段Ｃ
と、吸気弁又は排気弁Ａの所期のリフト量が得られるよ
うに油圧ポンプＢより吸気弁又は排気弁Ａへの油圧を制
御するべく油圧供給手段Ｃへの作動信号を形成する弁作
動制御手段Ｄと、油圧ポンプからの油圧を目標値に制御
する手段とを備えた油圧式弁駆動装置において、前記目
標圧力制御手段は燃焼室圧力因子を検出する手段Ｅと、
検出される燃焼室圧力因子に応じて目標ポンプ圧力を設
定する手段Ｆとより成る内燃機関の油圧式弁駆動装置が
提供される。

【０００７】

【作用】弁作動制御手段Ｄは吸気弁又は排気弁Ａの所期
のリフト量が得られるように油圧ポンプＢより吸気弁又
は排気弁Ａへの油圧を制御するべく油圧供給手段Ｃへの
作動信号を形成する。油圧を目標値に制御す際に、前記
燃焼室圧力因子検出手段Ｅは内燃機関の負荷等の燃焼室
圧力因子を検出し、目標ポンプ圧力設定手段Ｆは、検出
される燃焼室圧力因子に応じて目標ポンプ圧力を設定
し、目標圧力が得られる。

【０００８】

【実施例】図２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。

【０００９】図３は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１０
ａにバルブスプリング１２の上端が着座され、吸気弁１
０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１０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１４′、油圧室
１６′が具備される。

【００１０】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。従来技術では定容量型の油
圧ポンプが使用され、この場合油圧ポンプからの作動油
の容量はエンジンの回転数にかかわらず一定であった。
そこで低回転側の過剰な作動油に対処するため、油圧ポ
ンプの出口にリリーフ弁が設けられ、低回転時の過剰な
作動油はリリーフ弁よりオイルタンクに戻すようになっ
ていた。そのため、油圧ポンプが無駄な仕事を行う結果
となって動力損失の増大の結果を招いていた。この発明
では可変容量型の油圧ポンプ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たせ、油圧ポン
プ２０の無駄な仕事を排除し、効率の増大を狙ったもの
である。このような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４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。また、同じく後述するように回
転数に対する目標油圧の特性は燃焼室内圧力の因子であ
る負荷によって変化され、燃焼室圧力の変化によってリ
フト特性が影響を受けないようにしている。図３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３４，３６，３８，４０を介し
て吸気弁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
と３６との接続点に接続されている。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４８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。

【００１１】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２
０より配管２６、高圧側アキュムレータ２８、配管３
０、高圧側制御弁３２、配管３４，３６，３８又は４０
を介して油圧室１６、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３
２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３６，４４、低圧側制御弁４２、配管４
６、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。

【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。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２参照）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２
８−１、低圧側アキュムレータ４８−１は配管５２，５
４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。

【００１３】図２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。

【００１４】図３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。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。

【００１５】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。

【００１６】図５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４に示
すように回転数及び負荷に対する目標油圧ＰＴのマップ
が備えられ、現在の回転数及び負荷に応じた目標油圧Ｐ
Ｔ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７
６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Ｐ
Ｔが成立しないときはステップ８０に進み、計測油圧Ｐ
Ｒ＜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
４に示すような目標圧力に制御することが可能である。

【００１７】図６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７の(イ) はエンジンの１サイクル（７２０゜Ｃ
Ａ）で各気筒毎に１回起こる制御弁作動演算のタイミン
グを示しており、このタイミングで高圧側制御弁３２及
び低圧側制御弁４２の作動タイミングの演算が行われ、
(ハ) 、(ニ) にて示すように高圧側制御弁３２の開閉作
動、及び低圧側制御弁４２の開閉作動が行われ、(ロ) で
示すように吸気弁１０，１０′の作動が行われる。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。ステップ１０４は回転数及び負荷に応
じたバルブリフトの算出を示している。ステップ１０４
では現在のエンジン回転数と、負荷とから選定すべきバ
ルブリフトの値が大、中、小のいずれか否か決定され
る。

【００１８】ステップ１０６，１０８ではステップ１０
４で決定された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７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３２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１
６、１６′内に保持され、バルブリフトは線ｍ ₂ 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３２は閉鎖される。時刻Ｔ１、Ｔ２は設定されたバ
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３２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１０、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。

【００１９】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。制御回路６１は目標油圧が得
られるように油圧ポンプ２０の斜板角度が制御するが、
図５のステップ７４で算出されるエンジン回転数に対す
る目標油圧ＰＴの特性は図４に示すように燃焼室圧力の
代替特性である負荷の大小によって変化される。即ち、
同一回転数でも負荷が大きいほど目標油圧は大きく、負
荷が小さいほど目標油圧は小さくなる設定となってい
る。図８は回転数一定としたときの負荷と目標油圧との
関係を模式的に示す。油圧室１６，１６′に加わる油圧
は基本的にはスプリング１２，１２′に抗して吸気弁１
０，１０′を開弁せしめるが、燃焼室内の圧力は吸気弁
１０，１０′を閉弁方向に付勢している。そのため、同
一油圧でかつ制御弁３２の開弁時間が同一でも得られる
リフト量は変化する。この発明では燃焼室圧力の代替因
子である負荷に応じて図４に示すように回転数−目標油
圧の特性を変化させている。即ち、同一回転数に対して
は負荷が大きいときの目標油圧が負荷の小さいときの目
標油圧より大きくなっている。このような目標油圧の設
定により燃焼室圧力の大小変化に係わらず同一の油圧、
同一の開弁時間に対して同一のリフト量を得ることを確
保することができる。

【００２０】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。

【００２１】

【発明の効果】可変容量型の油圧ポンプにおいて目標油
圧を燃焼室圧因子に応じて設定することにより吸気弁又
は排気弁のリフトに対する燃焼室圧力の変化の影響を排
除することができ、所期のリフト特性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１はこの発明の構成を示す線図。

【図２】図２は実施例の内燃機関の上面概略図である。

【図３】図３は油圧式弁駆動装置の概略図である。

【図４】図４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５】図５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６】図６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７】図７は図６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８】図８は回転数一定での負荷と目標油圧との関係
を示す図である。

【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】油圧駆動の吸気弁又は排気弁と、可変容量
   型の油圧ポンプと、該油圧ポンプより吸気弁又は排気弁
   への油圧の供給を制御するための油圧供給手段と、吸気
   弁又は排気弁の所期のリフト量が得られるように油圧ポ
   ンプより吸気弁又は排気弁への油圧を制御するべく油圧
   供給手段への作動信号を形成する弁作動制御手段と、油
   圧ポンプからの油圧を目標値に制御する手段とを備えた
   油圧式弁駆動装置において、前記目標圧力制御手段は燃
   焼室圧力因子を検出する手段と、検出される燃焼室圧力
   因子に応じて目標ポンプ圧力を設定する手段とより成る
   内燃機関の油圧式弁駆動装置。