JPH06212921A - 弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明はカムによる回転力を油圧に変換してバ
ルブの開閉を行う弁駆動装置に関し、圧力エネルギーを
有効に利用し流体圧ポンプの駆動効率を向上させること
を目的とする。 【構成】弁スプリング２により閉方向に付勢され開弁時
に弁スプリング２に弾性力を蓄えつつ開弁動作する吸排
気弁１と、吸排気弁１を開方向に駆動する油圧シリンダ
３，４と、開弁用カム８の動作により加圧油を発生する
油圧ポンプ10，11と、少なくとも油圧ポンプ10，11の加
圧油発生期間以外の期間内でかつ吸排気弁１を閉弁する
閉弁期間で上記油圧シリンダ３，４と油圧ポンプ10，11
を連通する制御弁２０と、上記閉弁期間において弁スプ
リング２の弾性復元力により油圧シリンダ３，４から放
出される油圧をカム軸７の回動力に変換する構成とした
ものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は弁駆動装置に係り、特に
カムによる回転力を油圧に変換してバルブの開閉を行う
弁駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば４サイクルエンジンでは、吸入，
圧縮，爆発，排気の工程を繰り返し実施することにより
エンジン出力を発生させるが、この各工程の内、吸入工
程においてはシリンダ内に燃料を導入する必要があり、
また排気工程においては燃焼ガスを外部に排出する必要
がある。また圧縮，爆発の各工程においてはシリンダ内
を気密に閉塞する必要がある。このため、内燃機関には
弁駆動装置が設けられており、圧縮及び爆発の各工程に
おける所定のタイミングで弁（バルブ）を開閉し、燃料
の導入及び燃焼ガスの排気を行う構成とされている。

【０００３】この弁駆動装置は、クランクシャフトと同
期して回転するカム軸に設けられたカムにより、弁を所
定のタイミングで開閉する構成が一般的である。また、
カムの回転力を弁に伝達する機構も種々の構成が提案さ
れているが、その一つとして油圧を用いてカムの回転力
を弁に伝達する機構が提案されている（特開昭５３−１
３９０１１号公報）。

【０００４】同公報に開示された弁駆動装置は、油圧を
発生する流体圧ポンプ，弁（通常はバネにより閉弁方向
に付勢されている）を駆動するピストン−シリンダ機
構，流体圧ポンプで発生した油圧を所定のタイミングで
ピストン−シリンダ機構に供給して弁を駆動する制御弁
及び制御弁操作装置等により構成されており、弁を開弁
する所定のタイミングにおいて制御弁操作装置は制御弁
を操作することにより流体圧ポンプで加圧された加圧油
をピストン−シリンダ機構に供給して弁を開弁する構成
とされていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、上記公開公
報に開示された弁駆動装置は、弁を開弁するためにピス
トン−シリンダ機構に供給された加圧油は、弁の閉弁時
においては単に油タンクに戻されるだけの構成とされて
いた。弁の閉弁時においては、加圧油は依然として所定
の圧力、換言すれば圧力エネルギーを有している。

【０００６】従って従来では、このように圧力エネルギ
ーを有した加圧油を有効に利用することができず、流体
圧ポンプの駆動損失が大きくなるという問題点があっ
た。

【０００７】本発明は上記の点に鑑みてなされたもので
あり、加圧油の圧力エネルギーを利用してカム軸を回動
付勢することにより、圧力エネルギーを有効に利用し流
体圧ポンプの駆動効率を向上させた弁駆動装置を提供す
ることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明では、バネにより閉方向に付勢されており、
開弁時にこのバネに弾性力を蓄えつつ開弁動作する弁体
と、この弁体に連設され、油圧の導入により弁体を開方
向に駆動する油圧シリンダと、回動軸の回転に伴い回動
するカムのカム形状に応じてプランジャが変位するカム
−プランジャ機構により加圧油を発生する油圧ポンプ
と、この油圧ポンプの加圧油発生期間内でかつ上記弁体
を開弁する開弁期間において上記油圧シリンダと油圧ポ
ンプを連通し、油圧ポンプの加圧油発生期間以外の期間
内でかつ弁体を閉弁する閉弁期間において上記油圧シリ
ンダと油圧ポンプを連通し、上記開弁期間及び閉弁期間
以外の期間では上記油圧ポンプを低圧油圧源と連通する
制御弁と、上記閉弁期間において、上記バネの弾性復元
力による弁体の閉弁動作に基づき、上記油圧シリンダか
ら放出される油圧を回動力に変換し上記回動軸を回動付
勢する回動付勢機構とにより弁駆動装置を構成したこと
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】弁駆動装置を上記構成とすることにより、弁体
の閉弁期間において制御弁は油圧シリンダと油圧ポンプ
を連通し、よってバネの弾性復元力に付勢された弁体の
閉弁動作に基づき油圧シリンダから放出される油圧は油
圧ポンプに供給され、この油圧は回動付勢機構により上
記回動軸を回動付勢する回動力に変換される。即ち、弁
体の開弁期間にバネに蓄積された油圧エネルギーは、閉
弁期間において単に放出されるのではなく、回動軸を回
動付勢する回動力に変換されて使用されるため、圧力エ
ネルギーを有効に利用でき油圧ポンプの駆動効率を向上
させることができる。

【００１０】

【実施例】次に本発明の一実施例について図面と共に説
明する。

【００１１】図１は本発明の一実施例である弁駆動装置
を示している。同図において、１は吸排気弁（バルブ）
であり、弁スプリング２により常時閉弁方向（図中、矢
印Ａ１方向に付勢されている。吸排気弁１のＡ１方向端
部には油圧ピストン３が一体的に設けられており、油圧
ピストン３はシリンダ４に液密状態を維持しつつＡ１，
Ａ２方向に摺動できる構成とされている。この油圧ピス
トン３及びシリンダ４は油圧シリンダを構成する。

【００１２】上記の油圧ピストン３とシリンダ４によ
り、シリンダ４内に圧力室５が形成され、この圧力室５
には油圧路６を通じて圧油が供給され、その油圧力によ
り油圧ピストン３が付勢され吸排気弁１が開閉弁する
（Ａ１，Ａ２方向に移動する）構成とされている。

【００１３】一方、バルブ駆動装置の上部位置にはカム
軸７（各図において、図示の便宜上直線で略して記す）
が配設されており、このカム軸７には開弁用カム８及び
閉弁用カム１４が配設されている。開弁用カム８はリフ
タ９と摺接しており、リフタ９は開弁用プランジャ１０
の上部に配設されている。また、開弁用プランジャ１０
はシリンダ１１内に液密状態で摺動自在な構成で挿入さ
れており、開弁用プランジャ１０とシリンダ１１とによ
り圧力室１２が形成されている。

【００１４】閉弁用カム１４側においても同様の構成と
されており、閉弁用カム１４はリフタ１５と摺接してお
り、リフタ１５は閉弁用プランジャ１６の上部に配設さ
れている。また、閉弁用プランジャ１６はシリンダ１７
内に液密状態で摺動自在な構成で挿入されており、閉弁
用プランジャ１６とシリンダ１７とにより圧力室１８が
形成されている。上記の開弁用プランジャ１０とシリン
ダ１１は油圧ポンプを構成する。

【００１５】また、図中２０で示すのは開閉弁用制御弁
であり、吸排気弁１の開閉を制御するものである。本実
施例においては、開閉弁用制御弁２０は３位置（図中、
ａ〜ｃで示す）の油圧切換弁が用いられている。

【００１６】同図に示す位置ａにおいては、開弁用油路
１３と油圧通路６とが連通されると同時に、閉弁用油路
１９と低圧油路２２とが連通される（図２参照）。

【００１７】また位置ｂにおいては、開弁用油路１３と
閉弁用油路１９は共に低圧油路２２に連通されると共
に、油圧路６は閉鎖される（図１参照）。

【００１８】更に、位置ｃにおいては、閉弁用油路１９
と油圧路６とが連通されると同時に、開弁用油路１３と
低圧油路２２とが連通される（図４参照）。

【００１９】上記構成とされた開閉弁用制御弁２０は、
図示しない制御回路と駆動手段により駆動制御が行わ
れ、吸排気弁１の開弁，閉弁，最大リフトを制御する構
成とされている。尚、上記した低圧油路２２には低圧油
圧源２１が接続されており、常に十分な作動油が供給さ
れる構成とされている。また、吸排気弁１を開閉弁しよ
うとする設計上の時期の期間において、開弁用カム８は
圧力室１２を常に圧縮するように、また閉弁用カム１４
は圧力室１８を常に膨張するように設計されている。

【００２０】続いて、上記構成とされた弁駆動装置の動
作について以下説明する。

【００２１】吸排気弁１を開弁する揚程する期間におい
ては、図２に示されるように、制御回路及び駆動手段に
より開閉弁用制御弁２０は位置ａとなるよう構成されて
いる。開閉弁用制御弁２０が位置ａとなった状態では、
開弁用油路１３と油圧通路６とが連通され、閉弁用油路
１９と低圧油路２２とが連通されているため、開弁用圧
力室１２で加圧された油圧は開弁用油路１３，油圧路６
を介して圧力室５に導入され、この油圧力により吸排気
弁１は弁スプリング２の弾性力に抗して揚程される（即
ちＡ２方向に移動する）。この際、弁スプリング２には
吸排気弁１の揚程に伴い弾性復元力が蓄積される。

【００２２】またこの間、閉弁用圧力室１８には低圧油
路２２，閉弁用油路１９を介して低圧油圧源２１から作
動油が供給されるため、閉弁用プランジャ１６は常に上
方向（Ａ１方向）に付勢される。これにより、リフタ１
５，閉弁用カム１４，閉弁用プランジャ１６が離れるこ
とを防止でき、かつ閉弁用カム１４には僅かな回転反力
しか作用させない。よって、リフタ１５と閉弁用カム１
４との間がゼロ・ラッシュとなり作動音レベルが低減
し、また各部品の耐久性を向上させることができる。

【００２３】また上記動作において、油液が流れる油路
６，１３では流体抵抗が発生し、この流体抵抗により吸
排気弁１の弁速度が規制される。よって、これによって
も吸排気弁１の駆動時における作動音レベルを低減する
ことができると共に、各部品の耐久性を向上させること
ができる。

【００２４】次に、図３に示すように吸排気弁１が揚程
したままの状態で開閉弁用制御弁２０を位置ｂとなるよ
う駆動制御すると、油圧路６が閉鎖されることにより圧
力室５は閉鎖され、吸排気弁１は揚程した状態を維持す
る。また、開弁用油路１３と閉弁用油路１９は共に低圧
油路２２に連通されるため、低圧油圧源２１から供給さ
れる作動油は開弁用油路１３及び閉弁用油路１９を介し
て開弁用圧力室１２及び閉弁用圧力室１８の双方に供給
される。

【００２５】これにより、開弁用カム８側においては、
リフタ９，開弁用カム８，開弁用プランジャ１０が離れ
ることを防止でき、かつ開弁用カム８には僅かな回転反
力しか作用されない。同様に、閉弁用カム１４側におい
ても、リフタ１５，閉弁用カム１４，閉弁用プランジャ
１６が離れることを防止でき、かつ閉弁用カム１４には
僅かな回転反力しか作用されない。

【００２６】よって、リフタ９と開弁用カム８との間、
及びリフタ１５と閉弁用カム１４との間がゼロ・ラッシ
ュとなり作動音レベルが低減し、また各部品の耐久性を
向上させることができる。

【００２７】また吸排気弁１を閉弁する場合には、図４
に示されるように、開閉弁用制御弁２０を位置ｃとなる
よう駆動制御する。これにより圧力室５は、油圧路６及
び閉弁用油路１９を介して閉弁用圧力室１８と連通され
る。また、前記したように吸排気弁１は弁スプリング２
により常に閉弁方向に付勢されているため、閉弁時に弁
スプリング２に蓄積された弾性力の復元力により吸排気
弁１は閉弁されていく（図中矢印Ａ１方向に変位す
る）。

【００２８】これにより、圧力室５内の油液は閉弁用圧
力室１８内に流入して閉弁用プランジャ１６を上動させ
ようとするが、閉弁用プランジャ１６の上動速度は閉弁
用カム１４の設計値に規制されているため、これに連動
して吸排気弁１の閉弁速度も規制される。よって閉弁時
においても、吸排気弁１の作動音レベルを低減すること
ができると共に各部品の耐久性を向上させることができ
る。

【００２９】一方、前記のように吸排気弁１の閉弁動作
は閉弁時に蓄積された弁スプリング２の弾性力により行
われ、この弁スプリング２の弾性付勢力は油圧ピストン
３及びシリンダ４により油圧エネルギーに変換されて閉
弁用圧力室１８に伝達される。そして、この伝達された
油圧エネルギーは閉弁用プランジャ１６とシリンダ１７
とにより構成される油圧ポンプにより再び力エネルギー
に変換され、この力エネルギーは閉弁用カム１４を回動
付勢するエネルギーとして作用する。

【００３０】即ち、吸排気弁１の揚程期間（開弁期間）
に弁スプリング２に蓄積された油圧エネルギーは、閉弁
期間において単に放出されるのではなく、閉弁用カム１
４を回動付勢するエネルギー、換言すればカム軸７を回
動付勢する回動力に変換されて使用されるため、油圧ポ
ンプで発生する圧力エネルギーを有効に利用でき、バル
ブ駆動装置全体としてのエネルギー効率を向上させるこ
とができる。

【００３１】また、開閉弁用制御弁２０が位置ｃとなっ
た状態では、開弁用油路１３と低圧油路２２とが連通さ
れている。従って、開弁用圧力室１２には低圧油路２
２，開弁用油路１３を介して低圧油圧源２１から作動油
が供給されるため、開弁用プランジャ１０は上方向（Ａ
１方向）に付勢され、これによりリフタ９，開弁用カム
８，開弁用プランジャ１０が離れることを防止できる。
更に閉弁用カム１４には僅かな回転反力しか作用しない
構成となっている。よって開閉弁用制御弁２０が位置ｃ
となった状態においても、リフタ９と開弁用カム８との
間がゼロ・ラッシュとなり作動音レベルが低減し、また
各部品の耐久性を向上させることができる。

【００３２】更に、吸排気弁１が着座している場合に
は、図１に示すように、開閉弁用制御弁２０は位置ｂと
なるよう駆動制御される。開閉弁用制御弁２０を位置ｂ
となるよう駆動制御すると、油圧路６が閉鎖されること
により圧力室５は閉鎖され、吸排気弁１は閉弁した状態
を維持する。また、開弁用油路１３と閉弁用油路１９は
共に低圧油路２２に連通されるため、低圧油圧源２１か
ら供給される作動油は開弁用油路１３及び閉弁用油路１
９を介して開弁用圧力室１２及び閉弁用圧力室１８の双
方に供給されるため、よってリフタ９と開弁用カム８と
の間、及びリフタ１５と閉弁用カム１４との間がゼロ・
ラッシュとなり作動音レベルが低減し、また各部品の耐
久性を向上させることができることは、図３を用いて前
述した通りである。

【００３３】

【発明の効果】上述の如く本発明によれば、弁体の閉弁
期間において制御弁は油圧シリンダと油圧ポンプを連通
し、よってバネの弾性復元力に付勢された弁体の閉弁動
作に基づき油圧シリンダから放出される油圧は油圧ポン
プに供給され、この油圧は回動付勢機構により上記回動
軸を回動付勢する回動力に変換される。即ち、弁体の開
弁期間にバネに蓄積された油圧エネルギーは、閉弁期間
において単に放出されるのではなく、回動軸を回動付勢
する回動力に変換されて使用されるため、圧力エネルギ
ーを有効に利用でき油圧ポンプの駆動効率を向上させる
ことができる等の特長を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】吸排気弁が着座した状態における弁駆動装置を
示す概略構成図である。

【図２】吸排気弁の開弁期間における弁駆動装置を示す
概略構成図である。

【図３】吸排気弁が開弁位置に規制された状態における
弁駆動装置を示す概略構成図である。

【図４】吸排気弁の閉弁期間における弁駆動装置を示す
概略構成図である。

【符号の説明】

１ 吸排気弁 ２ 弁スプリング ３ 油圧ピストン ４，１１，１７ シリンダ ５，１２，１８ 圧力室 ６ 油圧路 ７ カム軸 ８ 開弁用カム ９，１５ リフタ １０ 開弁用プランジャ １３ 開弁用油路 １４ 閉弁用カム １６ 閉弁用プランジャ １９ 閉弁用油路 ２０ 開閉弁用制御弁 ２１ 低圧油圧源 ２２ 低圧油路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バネにより閉方向に付勢されており、開
   弁時に該バネに弾性力を蓄えつつ開弁動作する弁体と、 該弁体に連設され、油圧の導入により該弁体を開方向に
   駆動する油圧シリンダと、 回動軸の回転に伴い回動するカムのカム形状に応じてプ
   ランジャが変位するカム−プランジャ機構により加圧油
   を発生する油圧ポンプと、 該油圧ポンプの加圧油発生期間内でかつ該弁体を開弁す
   る開弁期間において該油圧シリンダと該油圧ポンプを連
   通し、該油圧ポンプの加圧油発生期間以外の期間内でか
   つ該弁体を閉弁する閉弁期間において該油圧シリンダと
   該油圧ポンプを連通し、上記開弁期間及び閉弁期間以外
   の期間では該油圧ポンプを低圧油圧源と連通する制御弁
   と、 上記閉弁期間において、該バネの弾性復元力による該弁
   体の閉弁動作に基づき、該油圧シリンダから放出される
   油圧を回動力に変換し該回動軸を回動付勢する回動付勢
   機構とからなることを特徴とする弁駆動装置。