JPS59224411A - 弁開閉装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、内燃機関における弁、すなりち吸気弁または
排気弁を開閉動作させるための弁開閉装置に関する。

一般に、内燃機関における吸気弁および拶ト気弁の開閉
動作は、内燃機関の動力をクランクシャフトからギヤま
たはチエン等柚介しカム軸に伝え。

カムのプロフィールゆ不変である定め、吸気弁。

排気弁の開閉時期および期間は一定に規溜すされている
。

しかし、このように弁の開閉時期１期間ｂ１不変である
内燃機関では、性能向上に限界ｂ″−ある。すなわち、
弁の開閉時期１期間についても、１］燃機関において刻
々と変動する運転条件（回転数、負荷等）に随時対応し
た最適値ｈ″−個々に存在するの為らである。

また近年、内燃機関の性能向上のため、ターボチャージ
ャが付設されることがある。この場合、過給効果を高め
ろためには、吸排気弁のオーバラップの期間を低速運転
時と高速運転時とで変更調整することが有効である。

本発明はこのような諸事情に鑑みてなされたものであり
、その目的は、弁の開閉時期および期間全変更可能な弁
開閉装置全提供することにある。

本発明の概要を簡単に説明すれば１次の通りである。

すなわち、カムに往復動されるピストンを有する原動側
シリンダピストン機構に弁全往復動させろピストンケ有
する被動側シリンダピストン機構全流体連結し、原動ピ
ストンで被動ビ・ストンを駆動して弁を開閉させろもの
とするとともに、原動側シリンダピストン機構のカムに
対する位置を内燃機関の運転条件に応じて変更すること
により、弁の開閉時期１期間を運転条件に応じた最適値
に制御し、また、吸排気弁のオーバラップ期間をターボ
チャージャにおいて適切に制御するようにしＴこもので
ある。

以下１本発明を図面に示す実施例にしたがって説明する
。

第１図は本発明による弁開閉装置の一実施例を示すブロ
ック図、第２図は部分断面図である。

本実施例において、内燃機関の動力全クランクシ チャツトからギヤまたはチェノ等（不図示）を介して伝
達されるカム軸１には、吸気弁または排気弁の単一の弁
１４に対して一対のカム２Ａ、２Ｂが形成され、両カム
の外部には第１および第２原動側シリンダピストン機構
３Ａ、３Ｂがそれぞれ配設されている。両機構３Ａ、３
Ｂそれぞれの第１原動シリンダ４Ａ、第２原動シリ、ン
ダ４Ｂはカム軸１全中心に一周方向に揺動自在にそれぞ
れ配設されているうすなわち、両シリンダはその筒心を
カムの回転中心に一致しつつカムの軸心を中心に回動す
ることにより、カムに対する相対位置を変更できろよう
に配設されている。両シリンダ４Ａ。

４Ｂ内には、直径ｄ１なろ第１原動ピストン５Ａ、直径
ｄ２なる第２原動ピストン５Ｂが摺動自在に嵌挿され、
両ピストンは第１カム３Ａ、第２カム３Ｂに常時摺接さ
れてシリンダ内金往復動されろようになっている。両シ
リンダ４Ａ、４Ｂにおけろカムと反対側に位置する圧力
室６Ａ、（３Ｂには出力口７Ａ、７Ｂが形成されている
。

第１．第２原動シリンダ４Ａ、４Ｂの外部には。

油圧シリンダピストン機構等からなる第１および第２ア
クチーエータ８Ａ、８Ｂがそれぞれ設備され、両アクチ
ュエータは両シリンダにリンク９Ａ。

９Ｂ等を介してそれぞれシリンダを揺動駆動できるよう
に連結されている。両アクチュエータ８Ａ８Ｂには、そ
の駆動手段の一例である第１．第２電磁弁？ＯＡ、ＩＯ
Ｂが圧力源１１の圧力供給金それぞれ制御するように設
けられ１両電磁弁にはコンピュータ１２の出力端がそれ
ぞれ接続されている。コンピータ１２には、内燃機関の
回転数、負荷、その他の運転条件についての実測値が適
当なセンサ等によりそれぞれ入力され、コンピュータは
、この実測値と、あらかじめ記憶された理想値との差に
より最適な運転状況全作り出すのに必要な弁の開閉時期
および期間？求め、これに対応し定電磁弁１０Ａ、１０
Ｂについての指令信号？それぞれ演算するように構成さ
れている。したがって、アクチュエータ、リンク、電磁
弁、圧力源コンピュータは原動側シリンダピストン機構
のカムに対する位置を制御する制御装置を構成している
。

内燃機関のシリンダヘッド１３に開設された弁口をスプ
リングに抗しで開放させる弁１４の外部には被動側シリ
ンダピストン機構１５が設けられている。この機構１５
の被動シリンダ１６には直径ｄｓなろ被動ピストン１７
が摺動自在に嵌挿され。

このピストン１１は弁１４に常時当接されて弁１４を往
復動させるようになっている。被動シリンダ１６におけ
る弁と反対側に位置する圧力室１８には入力口１９が形
成され、このシリンダ１６の側面には開放口２０が、被
動ピストン１７が行程Ｓだけ圧力油により押圧され１こ
時開口するようになっている。このため弁１４のす恵ト
はＳに規制される。

前記原動シリンダの出力口７Ａ、７Ｂと被勅シリンダの
入力口１９との間には油圧回路２１が設けられている。

この油圧回路２１は、出力口７Ａ。

７Ｂを合流させて入力口１９に流体連結させる連通・路
２２と、この連通路２２に圧油を常時供給する給油路２
３とを備えている。給油路２３は、油タンク２４と、油
圧ポンプ２５と、アギュームレータ２６と、逆止弁２７
と、リリーフ弁２８を有する迂回路２９とを備えており
、連通路２２に対し、常時一定の油圧全供給するように
溝成されている。また、被動シリンダ１Ｇの開放１」２
０には油タンク２４に開放するドレン路３０が接続され
ているっ 次に、前記借成にかかる弁開閉装置による弁開閉時期お
よび期間の変更調整作用金、第６図、第４図および第５
図により説明する。この場合、説明に便なように％原４
のピストンの直径ｄ、　ｄ２および被動ピストンの直径
ｄｓは同一、すなわち、　ｄ、　＝　ｄ２＝ｄ３．また
カムは２Ａ、２Ｂ共にリフトはｈＴ。

８ｉｎカーブケ基調とした同一カムフロフィルとし、同
時に弁リフトＳもカムリフトｈと同一とするっ箒６図〜
第５図において、（２）は第１原動側シリンダピストン
機構の出力波形図、Ｃｌ３１は第２原動側シリンダピス
トン機構の出力波形図、（Ｃ）は弁の開閉動作線図であ
る。（Ａ）、ＣＢＩにおける縦軸はカムによる原動ピス
トンのリフト量で圧油はこのリフト量に応じ被動シリン
ダ１６て供給されろ。（Ｃ）における縦軸は圧油による
被動ピストンのリフト量すなわち弁のリフト量、　（Ａ
）、　（Ｂ）、　ＣＣ５における。横軸はカム軸の回転
角であるっ 第６図は、第１カム２Ａに対する第１原動シリンダ４Ａ
の位置と、第２カム２Ｂに対する第２原動シリンダ４Ｂ
の位置とが同一に制御されたときにおけろ両シリンダピ
ストン機構の出力と弁の開閉動作との関係を示Ｌ７てい
るう 同図（イ）ＣＢ）に示されろように、カッ、軸１の回転
に従って両原動シリンダ４Ａ、４Ｂから吐出される圧油
は共に１曲線ａに従って増加し、最高値りに達してから
は曲線すに従って減少する。この両原動シリンダ４Ａ、
４Ｂよりの圧油は合流１７て被動シリンダ１６の圧力室
１８に流入する。したがつて、理論的には被動ピストン
１７は、同図（Ｃ）に想像線で示される総合圧油増加曲
線Ｃに沿って往動され、最高値Ｈ（２ｈ）に達した後、
総合圧油減少曲線ｄに沿って復動される。しかし、被動
シリンダ１６の側面には原動ピストン５Ａ、５１１）Ｉ
Ｊフトｈに対応する位置に開放口２０が設けられている
ため、この開放口２０のところにおいて圧力室１８が開
放口２０、ドレン路３０ｆｆ、介して油タンク２４に連
通されることにより、被動ピストン１７の往動は前記原
動シリンダ４Ａ、４Ｂの最高値りに対応する位置に規制
されろ。この定め、弁１４の開閉動作曲線は、同図（０
に実線で示されるように、開放口２０により規制される
設定値りまで総合圧油増加曲線ｃＫ沿って上昇し、設定
値りに達しＴこ後、前記原動ピストン５Ａ、５Ｂが復動
し始めるカム回転角■、まではｈを持続し、久。

に達すると、曲線ｅに沿って下降して描かれろ画線にな
る。なお、下降曲線ｅは総合圧油減少曲線ｄを平行移動
したものになる。

第４図は、第１カム２Ａに対する第１原動シリンダ４Ａ
の位置と、第２カム２Ｂに対する第２原動シリンダ４Ｂ
の位置とが相対的にカム軸１の回転角において位相差θ
を備えるように制御された（前者よりも後者す１相対的
にカムのプロフィールのほぼ１／４周期遅延されている
ものとする。）ときにおける両シリンダピストン機構の
出力と弁の開閉動作との関係を示している。

同図（Ａ）、（Ｊ３）に示されるように２カム軸１の回
転に伴って、第１原動シリンダ４Ａからの圧油の吐出に
位相差θだけ遅延して第２原動シリンダ４Ｂから圧油が
吐出される。この両原動シリンダ４Ａ。

４Ｂの圧油は合流して被動シリンダ１６の圧力室１８に
流入するうしりｂ〈って、理論的に被動ピストン１７は
、同図（０に想像線で示されろ総合圧油増加曲線Ｃ′に
沿って往動され、最高値Ｈ′に達した後、総合圧油減少
曲線ｄ′に沿って復動される。しかし、被動シリンダ１
６の開放口２０に達すると。

圧力室１８がドレンされルタめ、被動ピストン１１の往
動は開放口２０が設けられた距離りに規制される。この
ため、弁１４の開閉動作曲線は、同図（Ｃ）　Ｋ笑線で
示されるように、開放口２０により規制されろ設定値ｈ
−ｔで総合圧油増加曲線Ｃ′に沿っで上昇し、設定値り
に達した後、カム軸２の回転角７フ一両原動シリンダ４
Ａ、４Ｂ相互間に設定された位相差θに対応する角度だ
け進行する（前記仮想曲線Ｃ′におけろ最高値Ｈ′に対
応する回転角（Ｘｚに達する）まではｈを持続し、回転
角（ＸＶＬに達すると１曲線ｅＩに沿って下降して描か
れろ曲線になろ。なお、下降曲線ｅ′は総合圧油減少曲
線ｄ’（ｒ平行移動したものになる。

このようにして、第６図の場合に比べ、第４図の場合に
は、リフト量および開弁時期が変更されずに、開弁期間
が延長されたものになる。

第５図は、第１カム２Ａに対する第１原動シリンダ４Ａ
の位置と、第２カム２Ｂに対する第２原１υ１シリンダ
４Ｂの位置とが相対的にカム軸１の回転角において位相
角２０を備えろように制御されたＣ前者よりも後者が相
対的にカムのプロフィ−） ルのを１ぼ１／２周期遅延されているものとするっ）と
きにおける両シリンダピストン機構の出力と弁の開閉動
作との関係を示している。

同図囚％［Ｆ］）に示されるように、カム軸１０回転に
伴なって、第１原動シリンダ４Ａからの圧油の士出に位
相差２θだけ遅延して第２原動シリンダ４Ｂから圧油が
吐出される。この圧油は合流して被動シリンダ１６の圧
力室１８に流入する。ここで、圧油増加曲線ａおよび圧
油減少曲線すはカム２Ａ、２Ｂのプロフィールに対応す
るｓ　ｉ　ｎカーブとなるので、カムプロフィールの１
／２周期の位相差２０間の被動ピストン１７の往動は１
１に規制されろうすなわち、第１原動シリンダ４Ａから
吐出される圧油は曲線ａに沿って増加して最高値りに達
すると１曲線すに沿って減少に転するが、第２原動シリ
ンダ４Ｂによる圧油が曲線ａに沿って増加し始め、かつ
減少曲線すと増加曲線ａとは互いにはソ相殺し合うため
、被動ピストン１７は原動ピストンの最大行程すに対応
する位置を持続することになる。第２原動シリンダ４Ｂ
におけろ圧油の減少が開始すると、被動ピストン１１は
その減少曲線すに沿って復動する。このため、弁１４の
開閉動作は、同図（Ｃ）に示されるように、設定値りま
で第１原動シリンダ４Ａの圧油増加曲線ａに沿って上昇
し、設定値りに達した後、位相差２θ角するまではｈｉ
持続し、これに対応する回転角α３に達すると、第１原
動シリンダ４Ｂの圧油減少曲線すに沿って下降して描か
れる曲線になる。

このようにして、第６図の場合に比べ、第５図の場合に
は、弁１４の開閉動作は、リフト量および開弁時期を変
更されずに、開弁期間を第４図の場合よりもさらに延長
され閉弁期間をさらに遅延されている。

なお１以上の説明は便宜上、原動ピストン５Ａ。

５Ｂおよび被動ピストン１７の直径を同一とし。

またカム５Ａ、５Ｂのリフトも同一として行ったが、こ
れ等の値ケ違えて、例へば原動ピストンと被動ピストン
の直径を違えてピストンに受圧面積差ヲ設け（これはエ
ンジンのロッカーアームにレバー比を設けたことに相等
）たり、カム２Ａト２Ｂのカムプロフィルやリフトを違
えたりして、その内燃機関の要求する特性に最も適した
値を選定し得ることは勿論である。さらにまた以上の説
明は開弁時期を変更しない場合につき行ったが５第１カ
ムに対する第１原動シリンダの位置と、第２カムに対す
る第２原動シリンダの位置との関係は相対的なものであ
るから、開弁期を早めたり遅めたシすることも可能であ
ることはいうまでもない。

このようなカムと原動シリンダとの相関関係は。

コンピュータ１２の指令に基く電磁弁１０Ａ、ＩＯＢの
作動に応じたアクチュエータ８Ａ、８Ｂの操作によるカ
ム２Ａ、２Ｂに対する原動シリンダ４Ａ。

４Ｂの揺動により変更調整される。コンピュータ１２は
回転数、負荷等の入力データと記憶データとに基き、現
在の運転条件に最適な開閉時期および期間を求め、これ
を満足するために必要なカムと原動シリンダとの相関関
係を演算し、その解を指令信号として電磁弁に随時印加
させる。

吸気弁、排気弁の開閉時期および期間の変更制御につい
ての参考例をその効果とともに列挙する。

（１）たとえば、吸気弁の開時期を早め、排気弁の閉時
期を遅めて内燃機関の高速運転域におけろ両弁のオーバ
ラップが通常よ秒も大きくなるように制御することによ
り、ターボチャージャにおけろ過給効果を向上させるこ
とができる。

（２）膨張行程において排気弁の開時期を早めるように
制御することにより、膨張行程においてエネルギを放出
させろことができるため。

エンジンブレーキの効果を増大化することができる。

（３）排気行程において排気弁の閉時期を早めるように
制御することにより、排ガス全若干残して排ガス中の窒
素酸化物全浄化させることができろ１こめ、排ガス再循
環（ＥＧＲ）的効果を発揮させることができる。さらに
また。

これは始動時の暖機を早めろことができる。

（４）一般に、吸気弁の開時期は、混合気の慣性の遅れ
解消および慣性利用の要求と、残留ガスの吹き返し防止
の要求とをいずれも満足できろ適当な一時期に選定され
ているが、吸気の勢いが小さい低速回転時には吸気弁の
開時期を遅めるように制御することにより、吹き返しが
防止でき、吸気の勢いｂ−大きい高速回転時には吸気弁
の開時期ケ早めるように！１ｊ御することにより、混合
気の慣性を利用して一層大量に吸入させろことができろ
。

（５）絞り弁のＩｎが小さく吸入負ＥＥｂ：大きい運転
条件において、排気弁の閉時期金運めるように制御する
ことにより、残留ガスの圧力をできろだけ低くシ、新混
合気の吸入の阻害をできるだけ抑制することができろ。

なお１本発明は前記実権例に限定されるものではなく、
その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは
いうまでもない。

たとえば、第６図に示されるように、第１原動側シリン
ダピストン機構３ＡνよびＩＴ　２原動Ｏ１ｌシリンダ
ピストン機構３Ｂは各別の第１カム軸１Ａおよび第２カ
ム軸ＩＢにそれぞれ設けらＩＬだ第１カム２Ａおよび第
２カム２Ｂに設けてもよい。

カム、原動側シリンダピストン機構および■ＩＪ御装置
は２組設ける場合に限らず、２組以上設けてもよいし、
また１組だけでも弁の開閉時期の変更制御は実現するこ
とができる。

また、第１カムと第２カム、第１原動側シリンダピスト
ン機措ど第２原動側シリンダピストン機構とは相互に同
一に構成するに限らず、カムのプロフィール、カムに対
するシリンダの基準位置、シリンダのピストン行程等を
適宜具ならしめて選定することもできる。

本発明は、吸排気弁の両方に実施するばかりでな（、内
燃機関の求められる特性によっては吸気弁のみ、まｆこ
は排気弁にのみ実施することができろう 以上説明したように１本発明によれば、内燃機関の回転
数、負荷等運転条件に応じて最適な弁の開閉時期、期間
を設定制御することができるので。

内燃機関の性能を飛躍的に向上させることができ。

マタ、ターボチャージャ搭載内燃機関にあっては過給効
果？最大限に発揮させることができろ。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロック図。 第２図は部分断面図、第６図（Ａ）？Ｂ）　（Ｃ）　、
第４図（Ａ）　（Ｂ）（Ｃ）、第５図（Ａ）　（Ｂ）　
（Ｃ）は作用全説明するための各線図。 第６図は本発明の変形例を示す部分斜視図である。 １、ＩＡ、ＩＢ・・・カム軸、２Ａ、２Ｂ・・・カム。 ３Ａ、３Ｂ・・・原動側シリンダピストン機構、４Ａ。 ４Ｂ・・・原動シリンダ、５Ａ、５Ｂ・・・原動ピスト
ン、６Ａ、６Ｂ・・・圧力室、７Ａ、７Ｂ・・・出力口
、８Ａ。 ８Ｂ・・・アクチュエータ、１０Ａ、１０Ｂ・・・電磁
弁。 １２・・・コンピュータ、１４・・・弁、１５・・・被
動０１ｌｌ　シリンダピストン機構、１６・・・被動シ
リンダ、１７・・・被動ピストン、１Ｂ・・・圧力室、
１９・・・入力口。 ２０・・・開放口、２１・・・油圧回路、２２・・・連
通路、２３・・・給圧路、３０・・・ドレン路。 特許出願人　三輪精機株式会社 代表者西海悦史

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）内燃機関の運転に連動するカムと、カム外部にお
   いて周方向に変位自在に配設されたシリンダおよびこの
   シリンダに嵌挿されカムに摺接して往復動されるピスト
   ンを有する原動側シリンダピストン機構と、この原動側
   シリンダピストン機構の前記カムに対する位置の変更を
   運転条件に応じて制御する制御装置と。 内燃機関の弁の外部に配されたシリンダおよびこのシリ
   ンダに嵌挿されて弁に当接され弁を開閉動作させるピス
   トンを有する被動側シリンダピストン機構と、この被動
   側シリンダビス゛トン機構を原動側シリンダピストン機
   構に連携させる回路とを備えてなる弁開閉装置。
2. （２）　　原動側シリンダピストン機構が複数組、１組
   の被動側シリンターピストン機構に連携されたこと全特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の弁開閉装置。