JPH05202715A - 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
バルブへの配管容積を変えることにより騒音の低減を図
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の油圧室16への分岐配管38の長さq₁と、吸気弁10' の
油圧室16' への分岐配管40の長さq₂とは違えられ、制御
弁32,42 の開閉で各分岐配管に生ずる圧力波の位相は変
化される。位相変化によって騒音の低減を実現すること
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、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】実開昭６４−４９６０７号では複数の油
圧駆動型のバルブ（吸気弁）を有し、油圧により複数の
バルブを駆動するものを開示している。複数のバルブは
共通の配管によって高圧側制御弁、低圧側制御弁に接続
され、これにより複数のバルブについて高圧側制御弁、
低圧側制御弁をそれぞれ共用することができ、部品点数
の削減、構成の単純化を意図したものである。この従来
技術では、共通の配管は各吸気弁の油圧室へ分岐配管に
よって接続され、分岐管の長さは略等しく選定されてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】油圧式の弁駆動装置で
は、高圧側制御弁を開弁することにより複数のバルブを
駆動する油圧機構の油圧室の圧力が増大し、バルブの開
放が行われ、低圧側制御弁を開弁することにより同油圧
室の圧力が低下増減し、バルブの閉鎖が行われる。この
バルブの開閉のための高圧側制御弁、低圧側制御弁の作
動の際に油圧室への配管中に圧力の脈動が惹起せしめら
れる。ところが、従来技術では高圧側制御弁及び低圧側
制御弁から各吸気弁への分岐配管の長さは均等であるた
め、各分岐配管中に生ずる圧力脈動波の位相が同一とな
り、その振幅が増幅されるため大きな作動騒音が発生す
る問題があった。

【０００４】この発明は、この問題点解決することを技
術的課題とし、その解決手段として脈動波を打ち消す構
成を採用するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明によれば、内燃
機関の複数のバルブを共通の制御弁によって駆動するた
め共通の配管から各バルブへ分岐する分岐配管を有した
油圧式弁駆動装置において、前記共通の制御弁を各バル
ブへ接続する分岐配管の容積を異ならしめたことを特徴
とする内燃機関の油圧式弁駆動装置が提供される。

【０００６】

【作用】制御弁の開閉によって各バルブに夫々の分岐配
管を介して加わる油圧は変化し、バルブの作動は制御さ
れる。各分岐配管には制御弁の開閉によって形成される
圧力波は分岐配管の容積がことなるため位相はその容積
の変化に応じて変化される。

【０００７】

【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。

【０００８】図２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。

【０００９】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。

【００１０】この発明の実施例によれば、高圧側制御弁
３２及び低圧側制御弁４２に接続される共通の通路３６
から吸気弁１０へ分岐する分岐通路３８の長さｑ₁ と、
吸気弁１０′への分岐する分岐通路４０との長さｑ₂ は
違えられ、実施例では分岐通路３８より分岐通路４０の
長さが長くなっている（ｑ₁ ＜ｑ₂ ）。そのため、吸気
弁１０への分岐通路３８の容積＜吸気弁１０′への分岐
通路の容積となっている。このように分岐通路の容積を
吸気弁１０と１０′間で違えることで分岐通路３８と４
０との間で圧力波の位相を違え、作動騒音を低減するこ
とができる。

【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。

【００１４】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。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され。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。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可能である。

【００１７】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゜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は運転条件（回転数及
び負荷）によって定まるバルブタイミング、バルブリフ
トの算出を示している。即ち、バルブタイミング、バル
ブリフトのマップが具備され、補間演算によってバルブ
タイミングθ、バルブリフトＬの算出が行われる。

【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。高圧側制御弁３２の開閉、低
圧制御弁４２の開閉による吸気弁１０，１０′の作動の
際、吸気弁１０への分岐配管３８及び吸気弁１０′への
分岐配管４０内に圧力波が発生する。この圧力波は大き
な騒音の発生源となる。この実施例では共通の配管３６
から分岐する分岐配管３８の長さｑ₁ と分岐配管４０の
長さｑ₂ とは違っているためその容積は相違する。容積
が相違するため高圧側制御弁３２と低圧側制御弁４２と
が共通の信号で制御されていても吸気弁１０の油圧室１
６の圧力変化特性と、吸気弁１０′の油圧室１６′の圧
力変化特性とは遅、速が出てくる。即ち、実施例ではｑ
₁ ＜ｑ₂ であるため油圧室１６の圧力変化が油圧室１
６′の圧力変化より早く進行し、図６(ロ) の実線ｍ₁ ，
ｍ₂ を吸気弁１０のリフト特性とすれば吸気弁１０′の
リフト特性は破線ｎ₁ ，ｎ₂ のように遅くなる。その結
果、分岐配管３８と４０とで圧力波の位相が変化し、騒
音の打ち消しを図ることができる。また、吸気弁１０と
１０′とで開閉時期が微妙に変化されるため、吸気行程
での燃焼室における混合気の流れに乱れが惹起され、燃
焼性の向上を図ることができる。

【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。実施例では分岐通路３８と４０とで容積を
違えるため長さｑ₁ ，ｑ₂ を違えているが、分岐通路３
８と４０とで長さを変える代わりにその内径を変えるこ
とにより分岐通路３８，４０の容積を変更してもよい。

【００２１】

【発明の効果】複数のバルブを共通の制御弁によって駆
動するため共通の配管から各バルブへ分岐する分岐配管
の容積を異ならしめることで各分岐配管内での圧力波の
位相を異ならしめ作動騒音の低減を図ることができる。
また、複数のバルブ間で開閉時期を微妙にずらすこと
で、燃焼室への混合気の流れに乱れが惹起され、燃焼性
能の向上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。

【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 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】 内燃機関の複数のバルブを共通の制御弁
   によって駆動するため共通の配管から各バルブへ分岐す
   る分岐配管を有した油圧式弁駆動装置において、前記共
   通の制御弁を各バルブへ接続する分岐配管の容積を異な
   らしめたことを特徴とする内燃機関の油圧式弁駆動装
   置。