JPH0791216A - 内燃機関の動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 始動時に機関弁の作動不良を起こさないよう
なカムと機関弁の間に油圧駆動機構を介設した内燃機関
の動弁装置を提供すること。 【構成】 機関弁とカムとの間に油圧駆動機構が介設さ
れ、該油圧駆動機構の第１の作動油圧室の上部と油圧開
放弁が連結されていて、油圧開放弁が運転状態検出手段
と、該運転状態検出手段の出力を受けて油圧開放機構の
油圧開放時期を制御する油圧開放時期制御手段によって
始動時所定時間油圧を開放する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は内燃機関の動弁装置、特
に機関弁とカムの間に油圧駆動機構を介設し、該油圧駆
動機構内の油圧を制御して機関弁の作動を変化させる動
弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の動弁装置の機関弁とカムの間
に油圧駆動機構を設け機関弁の作動を変化させることに
よって機関弁の作動を変化させるという考えは公知であ
ってすでに色々な方法が提案されている。例えば、特開
平３−２４９３１５号公報に開示されたものがある。同
公報の装置によれば始動時作動油リークによる油圧室へ
の給油遅れを回避するために、機関弁駆動ピストンと作
動油供給ポンプ間の作動油供給通路の一部が機関弁駆動
ピストンより低い低位部を有するようにし、該低位部に
作動油を貯留しておくことができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この様な油
圧駆動機構においては作動開始時から所定の油圧が供給
され正しく作動するようにすることが最も重要なことで
あるが、特に内燃機関、なかでも自動車用の内燃機関の
動弁装置に用いた場合には油圧駆動機構の作動開始時の
作動不良は機関そのものの始動不良に直結し信頼性と商
品性を大きく損なうので、このことが特に厳しく要求さ
れる。ところが、前記特開平３−２４９３１５号公報に
開示された例では、作動油供給通路の一部に作動油を貯
留しているに過ぎないため機関始動時には作動油室ある
いはオイルポンプから作動油室に至る油路内に溜まって
いたエアが作動油中に混入し機関弁が正しく作動せず、
例えばリフト量が小さくなったり、あるいは吸、排気弁
の開閉時期が正規にならなかったりして圧縮圧力が上が
らない等の始動不良が発生することがある。また、機関
停止時に作動油室内の作動油は弁側ピストンとシリンダ
の間の隙間から機関弁側に抜けてしまうために再始動時
に作動油室には作動油が殆ど残存しておらずオイルポン
プから作動油室にオイルが導かれるまでは機関弁がリフ
トしないという問題点がある。本発明は上記問題に鑑
み、始動時に機関弁の作動不良を起こさないようなカム
と機関弁の間に油圧駆動機構を介設した内燃機関の動弁
装置を提供することを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明の請求項１によれ
ば、機関弁とカムとの間に介設された油圧駆動機構と、
該油圧駆動機構に蓄圧された油圧を開放する油圧開放機
構を有する内燃機関の動弁装置において、運転状態検出
手段と、該運転状態検出手段の出力を受けて油圧開放機
構の油圧開放時期を制御する油圧開放時期制御手段とを
具備し、油圧開放時期制御手段が始動時所定時間油圧を
開放するように設定された内燃機関の動弁装置が提供さ
れる。また、請求項２によれば、機関弁とカムとの間に
介設された油圧駆動機構と、該油圧駆動機構に蓄圧され
た油圧を開放する油圧開放機構を有する内燃機関の動弁
装置において、運転状態検出手段と、該運転状態検出手
段の出力を受けて油圧開放機構の油圧開放時期を制御す
る油圧開放時期制御手段とを具備し、始動時に所定時
間、点火と、燃料噴射を停止すると共に、油圧開放機構
を開放して所定の気筒を休止することを特徴とする内燃
機関の動弁装置が提供される。

【０００５】

【作用】請求項１によれば、機関始動時、一定時間油圧
解放弁が開弁され作動油通路中に存在するエアが放出さ
れる。請求項２によれば、機関始動時、一部気筒の作動
を休止するために、油圧開放機構が開放されるので、そ
こからエアが放出され、作動気筒用の油圧駆動機構は正
常に作動する。

【０００６】

【実施例】以下添付の図面を参照しながら本発明の実施
例を説明する。図１は本発明の実施例の構造の詳細を１
つの気筒分についてのみ示した図である。図において、
１はカムシャフト、１ａはカム、２は機関弁、３は弁ば
ね、４はリテーナ、５はコッタである。弁ばね３はリテ
ーナ４とシリンダヘッド（図示しない）の間に縮接され
ており、この弁ばね３のばね力がリテーナ４とコッタ５
を介して機関弁２に加えられ、機関弁２は上方、すなわ
ち閉弁方向に向けて付勢されている。

【０００７】カム１ａと機関弁２の間に介設されている
のは油圧駆動機構１００である。６はカム１ａに摺接す
るカム側ピストン、７は機関弁２の上端に当接する弁側
ピストンであって弁側ピストン７はピストンシリンダ８
の内部を摺動する。９はハウジング、１０はカム側ピス
トン６が摺動するシリンダ下部の油溜まりを示し、１１
は連結路であって油溜まり１０と第１の作動油室１２と
を連結する。１７はピストンシリンダ８を固定するスト
ッパであって、ボルト１８によってハウジング９に固定
されている。１９は逆止弁であって、ポンプ２２によっ
てリザーバタンク２３に貯留されている作動油を第１の
作動油室１２に供給する油路に設けられている、また２
２ａは各気筒の各油圧駆動機構１００に供給される油圧
を一定に保つためのレギュレータである。２０は油圧開
放弁であって、第１の作動油室１２の上部と結ばれてい
て第１の作動油室１２内の作動油をアキュムレータ２１
に逃がしたり、始動時に油圧駆動機構１００の内部のエ
アを抜いたりするためのものである。

【０００８】２５は第２の作動油室であって、２６ａ，
２６ｂ，２６ｃは第１の作動油室１２と第２の作動油室
２５とを連結する副油路であり、副油路２６ａと２６ｂ
の間には逆止弁２４が設けられており第２の作動油室２
５から第１の作動油室１２へは作動油が流入しないよう
にされている（図２参照）。２７は第１の作動油室１２
とピストンシリンダ８の油通路３０を連結する主油路で
ある。２８はＶ形溝、２９は小穴であってそれぞれピス
トン７の頂部と側面を結ぶように設けられている。小穴
２９の径は０．３ｍｍ程度とされる。（図３参照）。３
０はピストン８の内周面と外周面との間を貫通するよう
に設けられた孔である。４０は油圧開放弁２０を制御す
る制御手段である。５０は運転状態を検出して制御手段
４０に送る運転状態検出手段である。

【０００９】以下、上記のように構成された本装置の作
動について説明する。先ず、油圧駆動機構１００の弁の
閉じ時期変更作用について説明する。さて、カムシャフ
ト１がクランク軸（図示しない）に連動して機関の回転
数の１／２の回転数で回転駆動されるとカム１ａと機関
弁２の間に介設された油圧駆動機構１００を介して機関
弁２を開閉する。油圧開放弁２０が閉じている時の機関
弁２の全閉状態は図１に示す通りであり、この状態から
カムの回転に応じてカム側ピストン６が下方に押し下げ
られると、第１の作動油室１２の油圧が第２の作動油室
２５に導かれ弁側ピストン７が下方へ押し下げられ、そ
の結果、機関弁２が開弁する。一方、機関弁２の開弁作
動中に油圧開放弁２０を開放して油圧駆動機構１００内
部の油圧を抜くと、作動油室１２および１５は弁ばね３
のばね力に打ち勝って機関弁２を開け続けるだけの伝達
機能を失い、機関弁２はカム１ａがカム側ピストン６を
押し続けるにもかかわらず油圧開放弁２０を開放した時
点から弁ばね３のばね力によって閉弁作動を開始し第２
の作動油室２５が収縮する。その結果、機関弁２の閉じ
時期はカム１ａのプロフィルで決まる閉じ時期にかかわ
らず早閉じ側に変更され図４の（ａ）に示されるような
特性が得られる。

【００１０】次に油圧駆動機構１００の緩衝作用につい
て説明する。この緩衝作用は機関弁２が着座する際に機
関弁２の閉じ時期のばらつきを安定させ、着座時の騒音
を小さくしたり機関弁２のサージを防止する作用であ
る。この作用は弁側ピストン７に設けられたＶ形溝２
８、小孔２９、ピストンシリンダ８の通路３０さらに第
１の作動油室１２と第２の作動油室２５とを連結する主
油路２７、逆止弁２４を挟んだ副油路２６ａ，２６ｂお
よび２６ｃとで実行される。その詳細は以下の通りであ
る。

【００１１】さて、機関弁２の最大開弁時には、弁側ピ
ストン７は最下端位置まで下がり、その頂部は、ピスト
ンシリンダ８の油通路３０の入口の上端より下部にあり
第２の作動油室２５とピストンシリンダ８の油通路３０
とは直接に連通している。この状態から機関弁２が閉じ
ようとする場合、弁側ピストン７が上昇して第２の作動
油室２５内の作動油を排出しようとする。最初は作動油
室２５とピストンシリンダ８の油通路３０とは直接に連
通しているので第２の作動油室２５の内部の作動油は直
接油通路３０から流出し、そこから主油路２７、第１の
作動油室１２を経てカム側ピストン６の油溜まり１０の
作動油量を増加させる。次に、弁側ピストン７が上昇し
て、その頂部が油通路３０の入口の上端より上側まで来
ると作動油室２５とピストンシリンダ８の油通路３０の
直接の連通はなくなりＶ形溝２８を経由して流出し始め
る、このＶ形溝２８は下側程狭くなっているので弁側ピ
ストン７の上昇につれて流量は減ってくる。さらに弁側
ピストン７が上昇すると小孔２９の下端が油通路３０の
入口の下端部に達し小孔２９を経由する流れが始まりＶ
形溝２８の最下端が油通路３０の入口の上端部よりも上
まで来てＶ形溝２８を経由する流れが終わり、機関弁２
の着座直前になると小孔２９を経由する流れのみとな
る。したがって、弁側ピストン７が上昇するにつれ作動
油室２５内の作動油の排出の速度は遅くなり、作動油室
２５の体積が減る割合も遅くなり弁側ピストン７の上昇
速度もおそくなり図４の（ｂ）に示すような着座特性が
得られる。図４の（ｂ）において、Ａで示されるのがＶ
形溝２８による部分、Ｂで示されるのが小孔２９による
部分である。なお、上述の緩衝作用の説明は機関弁２が
最大開弁時にある時を始点としておこなったが、第４図
の（ａ）に示す様に早閉じをさせた時にも同じ緩衝作用
がはたらく。

【００１２】次に、機関弁２が開く時の油圧作動機構１
００の作動について説明する。さて、機関弁２を開くた
めにはカム側ピストン６を介してカム１ａによって押圧
された油溜まり１０内の作動油を第２の作動油室２５に
導入することが必要であるが、機関弁２の閉弁時には弁
側ピストン７は最上端の位置にあり第２の作動油室２５
の体積は最小となっており、弁側ピストン７の頂部は油
通路３０の入口より上部にあるので、作動油を主油路２
７を経由し油通路３０から直接に第２の作動油室２５に
導入することはできない。そこで、始めはカム１ａによ
って押圧された油溜まり１０内の作動油は第１の作動油
室１２から副油路２６ａ、逆止弁２４、副油路２６ｂ、
２６ｃを経由して第２の作動油室２５へ導入される。次
に、弁側ピストン７が下がって、弁側ピストン７の頂部
が油通路３０の入口より上端より下に来ると作動油を主
油路２７を経由し油通路３０から直接に第２の作動油室
２５に導入される。よって、弁側ピストン７はさらに下
方へ押し下げられ弁ばね３のばね力に打ち勝って機関弁
２を開弁する。

【００１３】次に、カム側ピストンの下方に設けられた
油溜まり１０の効果について説明する。油溜まり１０は
連結路１１によって作動油室１２の上部と結ばれている
ので油溜まり１０内の作動油は機関停止時もこの部分か
ら外部へ流出することはない。したがって次に機関を始
動する時も油圧駆動機構を正常に機能させるために追加
する作動油の量は少量であり機関弁２がリフトを開始す
るまでの時間は極めて短くなり始動性の悪化が防止され
る。

【００１４】次に、本発明によって特に設けられた始動
時にエアを抜くための油圧開放弁２０の制御について説
明する。制御手段４０には前述した油圧駆動機構１００
の弁の閉じ時期変更作用をおこなうための回路が内蔵さ
れているが、本発明ではその回路の他に、図５に示すよ
うな回路を加え、油路中のエアが溜まり易い第１の作動
油室１２の上部に連結した油圧開放弁２０を機関始動時
に一定時間だけ開き、油路中に存在するエアを油圧駆動
機構１００から追い出すようにしてあり、始動時の機関
弁のリフト開始遅れを無くし始動性の悪化を防止してい
る。

【００１５】以下、図５の制御のフローの詳細を説明す
る。 （１）ステップ１０１では、スタータスィッチがＯＮか
どうかを判定し、ＹＥＳであればステップ１０２に進
み、ＮＯであれば終了する。 （２）ステップ１０２では、油圧開放弁２０を開き、タ
イマーを起動させる。 （３）ステップ１０３では、タイマー起動後、一定時間
経過したかどうか判定し、ＹＥＳであればステップ１０
４に進み、ＮＯであればスタートにもどる。 （４）ステップ１０４では、油圧開放弁２０を閉じる。 （５）ステップ１０５では、クランキング回転数が所定
値以上かどうか判定し、ＹＥＳであれば終了し、ＮＯで
あればスタートにもどし、再度油圧開放弁２０を開きエ
アをさらに逃がす。

【００１６】図６は、２番気筒を中心にして各気筒間の
油圧回路の結合状態を示した図であり、該油圧回路内の
各気筒用の油圧開放弁と、燃料噴射弁と、点火装置を以
下の様に制御することによって本発明の請求項２に記載
された内容が実行されるが、基本的には、始動時には一
部分の気筒を休止させて、残りの気筒だけで始動を行う
が、該始動を行う気筒の始動が順調に行われる様にし、
その後、全気筒運転に移行させようとするものである。
したがって、予め、多気筒内燃機関においては、始動時
に作動させる気筒と、始動時に休止させる気筒を予め気
筒群にグループ分けしておくことが必要であり、例え
ば、図６にしめされる様な４気筒内燃機関の場合には、
油圧ポンプの発生する油圧は、１番気筒より供給されて
いるので、油圧ポンプに近い、１番および２番気筒を始
動時に作動させる気筒群とし、油圧ポンプから遠い３番
および４番気筒を始動時に休止させる気筒群とする。

【００１７】図６において、１、１ａ、２、３、１９、
２０、２１、２２、２３、４０、１００は図１における
場合と同様に、それぞれカムシャフト、カム、機関弁、
弁ばね、逆止弁、油圧開放弁、アキュムレータ、ポン
プ、リザーバタンク、制御手段、油圧駆動機構を示して
いる。そして、６０は燃料噴射弁、７０は点火栓であっ
て、前記制御手段４０からの信号によって制御される。

【００１８】上記の様なフローチャートにしたがって制
御が行われるので、スタータスイッチがＯＮされると内
燃機関は、スタータによってクランキングされるが、こ
のスタータスイッチがＯＮされている状態を運転状態検
出手段５０が検知して（フローチャートのステップ２０
１）制御手段４０にその信号を送出し、制御手段４０か
ら、油圧開放弁２０と、燃料噴射弁６０と、点火栓７０
に対して、始動時に休止させる気筒群の油圧開放弁２０
を開弁する信号と、同時に燃料噴射と点火を停止する信
号が送出される（フローチャートのステップ２０２）。
この様にすることによって、始動時に作動させる気筒群
へは、いち早く油圧ポンプから作動油が供給され、吸気
弁、および排気弁は正常なリフトで作動する。次いで、
始動時に作動した気筒群の始動が完了し、機関の回転数
Ｎｅが予め定めておいた回転数Ｎｅ₀ より上昇し完爆を
始める（フローチャートのステップ２０３）、この間始
動時に休止させる気筒群の油圧開放弁を開弁しているこ
とにより、油圧通路内のエアは追い出され、該油圧通路
内の作動油の流れが良くなるので、ポンプから圧送され
る作動油は、より速く末端の休止気筒群の作動油室に到
達する。さらにスタータスイッチがＯＮされてからの機
関の総回転数ΣＮｅが予め設定しておいた値よりも大き
くなったことが確認されてから（フローチャートのステ
ップ２０４）、始動時に休止させる気筒群の油圧開放弁
を閉弁し、同時に燃料噴射と点火の停止を解除する（フ
ローチャートのステップ２０５）が、これは、始動時に
作動する気筒群が順調に始動を完了した場合でも、油圧
通路内のエアが十分に抜けきれてなく、作動油が始動時
に休止させた気筒群の作動油室に到達していない可能性
があり、その様な状態で燃料噴射と点火の停止を解除す
ると始動不良が発生してしまうので、十分に作動油が供
給されると予想される予め設定しておいた回転回数ｍ₁
に達するのを待ってから始動時に休止させた気筒群を作
動させるためのものである。なお、本実施例では、４気
筒内燃機関を２気筒づつ始動時に作動する気筒群と休止
する気筒群に分類したので、フローチャートのステップ
２０５の実行により制御は終了するが、さらに多気筒の
内燃機関の場合には、始動時に休止する気筒群を、ポン
プからの遠近によりさらに幾つかの群に分類し、上記と
同様の制御を各グループ毎に行うことにより順調な全気
筒アイドル運転に移行させることができる（フローチャ
ートのステップ２０６、２０７）。

【００１９】したがって、制御のフローチャートは図７
に示される通りであり、各ステップの内容は以下の通り
である。 （１）ステップ２０１では、スタータスイッチがＯＮか
どうかを判定し、Ｙｅｓであれば、ステップ２０２に進
み、Ｎｏであれば再度判定を繰り返す。 （２）ステップ２０２では、休止気筒群の油圧開放弁を
開弁し、燃料噴射と点火を停止し、ステップ２０３に進
む。 （３）ステップ２０３では、機関回転数Ｎｅが予め定め
ておいた回転数Ｎｅ₀ より大きいかどうかを判定し、Ｙ
ｅｓであれば、ステップ２０４に進み、Ｎｏであればス
テップ２０２にもどる。 （４）ステップ２０４では、スタータスイッチをＯＮし
てからの総回転回数ΣＮｅが予め定めておいた値ｍ₁ よ
り大きいかどうかを判定し、Ｙｅｓであれば、ステップ
２０５に進み、Ｎｏであれば繰り返す。 （５）ステップ２０５では、始動時に休止させた気筒群
の油圧開放弁を閉弁し、燃料噴射と点火の停止を、解除
する。 （６）ステップ２０６では、第ｎ休止気筒群のスタータ
スイッチをＯＮしてからの総回転回数ΣＮｅが予め定め
ておいた値ｍ_n より大きいかどうかを判定し、Ｙｅｓで
あれば、ステップ２０７に進み、Ｎｏであれば繰り返
す。 （７）ステップ２０７では、始動時に休止させた第ｎ休
止気筒群の油圧開放弁を閉弁し、燃料噴射と点火の停止
を、解除する。

【００２０】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成され作動す
るので、油圧駆動機構１００の弁の閉じ時期変更作用に
よって、吸気弁を早閉じとすればポンプ損失が低減され
燃料消費量の低減や、低速トルクの向上ができ、排気弁
側の閉じ時期変更と合わせればアイドル燃費の向上、Ｈ
Ｃ低減を中心とした排気ガス浄化性能の向上が可能とな
る他に、カム側ピストンの下方に油溜まり１０を設け連
結路１１によって作動油室１２の上部と結び、油溜まり
１０内の作動油は機関停止時もこの部分から外部へ流出
することを無くし、また機関始動時に一定時間だけ油圧
解放弁２０を開き油路中に存在するエアを油圧駆動機構
１００から追い出すようにされているので始動時の機関
弁のリフト開始遅れを無くし始動性の悪化が防止され
る。また、始動時の給油不足による摺動部分の磨耗を防
止されるので耐久性が向上すると共に、作動異音の発生
が防止される。また、請求項２の様に制御することによ
って、始動時に休止させる気筒のみの油圧を開放して油
圧経路全体のエア抜きが行われるので他の始動時から作
動させる気筒は正常に始動がおこなわれる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の構成を示す図である。

【図２】図１のＡ−Ａにそって見た断面図であって、第
１の作動油室１２と第２の作動油室２５とを結ぶ油路の
詳細を示す図である。

【図３】弁側ピストン７の詳細を示す斜視図である。

【図４】（ａ）本発明による機関弁のリフト、閉じ時期
の変化の様子を示す図である。 （ｂ）本発明の油圧駆動機構１００の緩衝作用による機
関弁着座時のリフト特性を示す図である。

【図５】始動時に油圧開放弁２０を所定時間だけ開放し
て油圧駆動機構１００内のエアを放出するための制御回
路のフローを示す図である。

【図６】２番気筒を中心にして各気筒間の油圧回路の結
合状態を示した図である。

【図７】請求項２の発明を実施するための制御のフロー
チャートである。

【符号の説明】

１…カムシャフト １ａ…カム ２…機関弁 ３…弁ばね ６…カム側ピストン ７…弁側ピストン ８…ピストンシリンダ ９…ハウジング １０…油溜まり １１…連結路 １２…第１の作動油室 ２０…油圧開放弁 ２１…アキュムレータ ２２…オイルポンプ ２２ａ…レギュレータ ２３…リザーバ ２４…逆止弁 ２５…第２の作動油室 ２６ａ…副油路 ２６ｂ…副油路 ２６ｃ…副油路 ２７…主油路 ２８…Ｖ形溝 ２９…小孔 ３０…通路 ４０…制御手段 ５０…運転状態検出手段 ６０…燃料噴射弁 ７０…点火栓 １００…油圧駆動機構

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 猿橋 秀男 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 岩下 義博 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 小谷 武史 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 神田 睦美 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 機関弁とカムとの間に介設された油圧駆
   動機構と、該油圧駆動機構に蓄圧された油圧を開放する
   油圧開放機構を有する内燃機関の動弁装置において、運
   転状態検出手段と、該運転状態検出手段の出力を受けて
   油圧開放機構の油圧開放時期を制御する油圧開放時期制
   御手段とを具備し、油圧開放時期制御手段が始動時所定
   時間油圧を開放するように設定されていることを特徴と
   する内燃機関の動弁装置。
2. 【請求項２】 機関弁とカムとの間に介設された油圧駆
   動機構と、該油圧駆動機構に蓄圧された油圧を開放する
   油圧開放機構を有する内燃機関の動弁装置において、運
   転状態検出手段と、該運転状態検出手段の出力を受けて
   油圧開放機構の油圧開放時期を制御する油圧開放時期制
   御手段とを具備し、始動時に所定時間、点火と、燃料噴
   射を停止すると共に、油圧開放機構を開放して所定の気
   筒を休止することを特徴とする内燃機関の動弁装置。