JPS60128911A - バルブ付機関用バルブ作動装置 - 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、内燃機関またはその他のバルブ付機関のため
のバルブ作動装置に関する。

内燃機関におけるバルブのタイミングは、機関スピード
に左右されると思われてきた。カム軸によって機械的に
作動するバルブシステムを使用する場合、高速運転での
最大機関パワー、低速部分荷重運転での最小排気放出、
または両者の中間形態によつＣ１バルブのタイミングが
左右される。

多くの研究がこの件に関して企°Ｃられ、理想としでは
、すべてのバルブ動作パラメーターを全面制御すること
か必要で、口れらのパラメーターは機関の作動条件に応
じて変える必要があるという結論を得た。この研究の結
果、既存のカム軸取り付けに関して様々な変更が提案さ
れた。しかしながら、機関の全作動条件に対してバルブ
作動を前面的かつ最適に制御できるという変更案はなく
、づべてのものは妥協案にすぎなかった。

本発明の目的は、各々の機関バルブのすべてのパラメー
ターに対する全面制御を可能にするような、内燃機関ま
たはその他のバルブ付機関のためのバルブ作動装置を提
供することである。

本発明によると、内燃機関またはその他のバルブ付機関
のためのバルブ作動装置は、圧電制御装置と、制御手段
とから成っていて、圧電制御装置は同装置の伸張に従っ
て機関バルブを駆動し、制御手段は機関作動パラメータ
ーに従って圧電制御装置に送り込まれる電力を制御する
。

以下、図面を参照しながら本発明を詳述する。

第１図は、機械的なバルブ作動機構を説明している。こ
の図において、圧電装置は（１）で標示され、積重ねら
れた圧電ディスクまたは圧電リング（２）から成ってい
て、図示されでいない方法によってこの圧電ディスクま
たは圧電リング（２）に電圧をかけることができる。圧
電ディスクまたは圧電リング（２）を積み重ねた山の一
方の端はハウジング（４）の（３〉の部分に固定され、
もう一方の喘は自由に動くことができる。自由に動くこ
とがＣきる方の端には、（７）の位置で回動しシリンダ
ーブロック（９）上に取り付けられているキャリヤー（
８）によつ°Ｃ支持される作動レバーアーム（６）と係
合り゛る作動ビン（５）が設けられている。この作動レ
バーアーム（６）の（１０）の部分は、パル７（１２）
の作動ロッド（１１）に連結されている。圧電装置（１
）の比較的小さい伸張は、レバーアーム（６）によって
、バルブ（１２）を作動させるためのかなり大きな動き
に転換させられる。

この実施例では、圧電装置（１）に供給される電圧は機
械リンクにより、バルブ（１２）に作用し、バルブ（１
２）は圧電装置（１）に供給される電圧じ従って勅く。

わかりやすくするために、この実施例では動作センサー
が設けられていないが、バルブ（１２）の動作を感知す
るための適当なセンサーを取り何けてフィードバックル
ープによるバルブ機構も可能である。

第２図は本発明の第２実施例を示すもので−あるが、２
つの圧電装置（１３，１４＞は、流体圧力を発生させ、
これを制御し、その結果、内燃機関のバルブ（１５）の
動作を制御する。２つの圧電装置は、多数の圧電ディス
クまたは圧電リング（１６，１７）から成ってい−Ｃ１
この圧電ディスク、または、圧電リング（１６，１７）
に図示されていない方法によって、電圧が加えられる。

圧電ディスクまたは圧電リング（１６，１７）を積み重
ねた山の一方の端はハウジング＜　２０．２１）の（１
８，１９）の部分に固定され、もう一方の端は自由に動
くことができる。

圧電リングが使用される場合、圧電リングは、圧電リン
グを積み重ねた山の一方の端からもう一方の端までを貫
通するボルトに装着されることができる。圧電ディスク
または圧電リング（１ｆｉ、１７）の端には、任意誘導
手段によって作動し、作動システムによって制御される
バルブ（２２ａ、２２ｂ　）を通って、制御ラム〈２４
）にまで伸びてバルブ（１５）を作動させる連接棒（２
２，２３）が設けられている。

この制御ラム（２４）はシリンダー（２５）から成って
いて、シリンダー（２５）内にはバルブロッド（２８）
の延長部であるロッド（２７）によって搬送されるピス
トン（２６）が設けられている。連接棒（２９，３０）
は各々連接棒（２２，２３）に連結され、ピストン（２
Ｇ）の両側から流体を供給したり排出したりする。、［
１ツド（２７）の端部には可変抵抗（３１）Ｙ″略示れ
ている動作セン゛す“−が設けられている。同じ流体が
繰り返して使用されるという点におい−（バルブシステ
ムは閉止することが可能で、また、連接棒＜　３２．３
３）が連接棒（３４，３５）にまで伸びて片道パル７　
（３７，３８）による制御の下に追加の流体を貯蔵タン
ク（３６）から供給することも可能である。これらの片
道バルブ（３７，３８）は、図示されていない方法によ
って、機械的または電気的に制御されることができる。

必要な場合、貯蔵タンク（３６）に圧力をかけてもよい
。

次に作用について説明する。

まず、圧電ディスクまたは圧電リング（１６，１７＞を
積み重ねた山に電圧をかける（電圧の大きさと形状は、
必要とされるバルブ（１５）の動作パラメータによって
決められる）。この電圧は１ストロ一ク以上の長手方向
伸張運動に転換され、圧力のかかった流体を制御ラム（
２４）の片側に供給する。

また、電圧を１ストロ一ク以上の長手方向伸張運動に変
えて、制御ラム（２４）から排出される流体の流れを制
御することもできる。このように、作動ピストン（２６
）は、圧電波Ｈ（１３，１４＞に加えられる電圧に応じ
てシリンダー（２５）内を長手方向に動き、バルブ（１
５）を開閉する。この動作のフィードバックは動作セン
サー（３１）によってなされ、この情報は、制卸装置に
フィードバックされて圧電装置（１３，１４）を制御す
るための制御ループを形成する。

特にこれらの実施例では、機関バルブ作動のためのダン
パーを設けることが好ましい。このダンパーは、動作セ
ンサ゛−（３１）の位置でバルブ作動ロッドの端部に連
結されるピストン・ダッシュポット式のものであっても
よい。その場合、動作センサー（３１）は適当な位置に
移される。

第５図は、内燃機関のバルブを作動させるための電子制
御装置のブロック図であって、第１図と第２図で示され
Ｃいる圧電装置に対する制御を示している。第５図にお
いて、内燃機関のすべてのバルブは（９１）で表示され
ている１つのマイクロプロセッサ−またはコンピュータ
ー、ならびに関連記憶装置によつＣ制御されている。こ
の図で【ま、２グループの圧電制御装置が（９２，９２
ｎ）で表示されており、各々の圧電制御装置グループは
動作感知トランスデユーサ−（９３，９３ｎ）に関連し
た１つ（第１図、第３図）、あるいは２つ（第２図）の
圧電装置を有し、動作感知トランスデユーサ−（９３，
９３ｎ）は圧電フィードバックループ制御回路（９４，
９４ｎ）に情報を送り込む。

ループ制御回路（９４，９４ｎ）は高電圧中間面（９５
゜９５ｎ）に信号を送り、高電圧中間面（９５，９５ｎ
　）は関連する圧電装置（９２，９２ｎ）グループに信
号を送る。ループ制御回路（９４，９４ｎ）は、圧電装
置によってバルブに伝えられる動作が感知され、正しい
動作から逸脱した場合は制御回路によって修正されるよ
うなループ制御システムを形成する。さらに、データ母
線〈９６）はマイクロプロセッサ−と関連記憶装置（９
１）からの命令を制御回路に送る。マイクロプロセッサ
−ユニットには、エンジンの作動状態に関する情報を提
供する入力データがインプットされる。この実施例にお
いて、この情報は２つの入力端子（９７，９８）にイン
プットされる。

入力端子（９１）には、クランク軸の位置を表示する数
値がインプットされるが、この数値を光学センサーまた
は磁気センサーによって検波することができる。入力端
子（９８）には、機関荷重を表示する数値がインプット
されるが、この数値をロードベアリングホイール上の光
学センサー、または、磁気センサーによって検波するこ
とができる。

マイクロプロセッサ−にインプットされるその他の情報
には、機関スピード、混合気に関する情報、吸入口の状
態、ならびに排出口の状態などが含まれる。

マイクロプロセッサ−１またはコンピューターは、入ノ
〕端子（９７，９８）によってインプットされた情報を
、該当バルブの最適作動条件を表示する命令に変換する
ようにプログラム化される。これらの命令は、バルブの
作動状態が最適となるように、各々の圧電装置（９２，
９２ｎ）のループ制御回路を調整する。このようにして
、プイクロプロセッ４ノーの出力データは、関連バルブ
の作動に関するタイミング、リフトポジション、ならび
に速度を表示することができる。

マイクロプロセラ１ナー、またはコンピューターのその
他の機能は、バルブを制御して多くの異なる効果をあげ
ることである。Ｍｌに、燃料−空気混合気の許容範囲が
広くなり機関の始動がより容易になる。第２に、機関は
、機関の吸入行程の問入ロバルブを閉じたままにしてお
くことによりブレーキとして使用することができ、車輪
の減速を容易にする。第３に、入口バルブのリフトを変
えて吸入孔での圧力降下を大きくすることができる。

このようにして、吸入混合気のレイノルズ数速度を高め
ることができる。また、機関の熱効率が高まり、部分荷
重しかない場合、空気比率の高い燃料を使用することが
ｒぎる。また、気化器のちょう形バルブを不要にし、全
面的にバルブ制御に頼ることも可能である。この圧電バ
ルブ作動システムはまた、ターボ過給機取り付（プの需
要に容易に対処することができる。すなわち、油圧式シ
ステムにおいて、発生熱に対処するＩ〔め貴重な冷却効
果をもたらすことができる。

圧電エレメントに関して言えば、典型的圧電材料は、フ
ィリップス社製のＰＸＥ５が適当であっ１ｍ Ｃ１このＰ　Ｅ　Ｘ　５は１ボルト当り６１６ｘ１０ｍ
の伸張をもたらす。各々直径が１ＯｍＩＩｌで、５ｍｌ
ｌ１以上の厚さのディスクを１〜２００個使用した場合
、第２図で説明された油圧システムに関する適切な作動
状態がもたらされる。第１図で示されているような機械
装置では、大規模な機械の必要をなくすために、さらに
感度のよい圧電装置が必要となる。

ふつうの場合、５ＯＯ〜２０００ボルトの作動電圧を使
用することができる。圧電装置に供給ぎれる電流はミリ
アンペア台であって、例えば、８シリンダ一機関の圧電
装置を駆動するために必要とされる動力は、およそ１馬
力台である。

本発明の範囲を逸脱することなく前述の実施例に様々な
変更を加えることが可能である。例えば、圧電装置の直
接制御が可能な場合、ループ制御回路を省くことができ
る。油圧制御を簡単な空気制御に取り替えることも可能
である。バルブを実際に作動させるために複動式のラム
を設ける代わりに、もどしばね付の単動式ラムを取り付
けることもできる。油圧制御が使用される場合、油圧制
御装置のすべてをバルブの作動シリンダーから離れた位
置に一緒に収容し、単−制１１ｔ１機能リミットを形成
することも可能である。

前述の実施例から、すべての動作パラメーターに関して
、内燃機関のバルブの作動を制御できるようなバルブ作
動装置が提供されることがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、圧電装置とバルブどの間に機械リンクを有し
でいる本発明によるバルブ作動装置の略図、 第２図は、２つの圧電装置が流体ポンプとして機能する
本発明によるバルブ作動装置の略図、第３図は、第１図
と第２図で示されている圧電装置を制御するための制御
手段回路のブロック回路図である。 （１）・・・圧電装置、（５）・・・作動ビン、（６）
・・・レバーアーム、（８）・・・キャリヤー、（９）
・・・シリンダーブロック、 （１１）・・・作動Ｏラド、（１２）・・・バルブ。 特許出願人　ボール・ジュリアン・ モＯニイ 代理人　弁理士　野　村　滋　術 手続補正書く方式） １．事件の表示　特願昭５８−２３６９０８号２、発明
の名称　バルブ付機関用バルブ作動装置３、補正をする
者 事イ′１との関係　特許出願人

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １〉圧電制御装置と、機関作動パラメーターに従って前
   記圧電制御装置に送り込まれる電すを制御するための制
   御手段とから成り、前記圧電制御装置が同装置の伸長に
   従って機関バルブを駆動するようになっていることを特
   徴とするバルブ付機関用バルブ作動装置。 ２）前記圧電制御装置が、拡大機械にリンクにより前記
   機関バルブに連結されている特許請求の範囲第１項記載
   の装置。 ３）前記拡大機械リンクが、一端が回動し他端が機関バ
   ルブに作用するレバーアームと、前記レバーアームの回
   動部の近くで前記レバーアームと係合している前記圧電
   制御装置作動手段とから成っていることを特徴とする特
   許請求の範囲第２項記載の装置。 ４）前記機関バルブを直接駆動する油圧または空気圧ピ
   ストンとシリンダー装置とを有する流体リンクを含んで
   いて、前記圧電制御装置が前記流体リンクに連結されて
   いることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置
   。 ５）前記機関バルブのためのもどしばねを含んでいるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ６）前記機関バルブを開放方向に駆動するための第１圧
   電制御装置と、前記機関バルブを閉止方向に駆動するた
   めの第２圧電制御装置を含んでいることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の装置。 ７）前記圧電制御装置が圧電素子を積重ねたものから成
   っていることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   装置。 ８）前記機関バルブに取り付けられ、圧電部材制御のた
   めに情報をフィードバックする動作センサーを含んでい
   ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 ９）前記制御手段がマイクロプロセッサ−または］ンビ
   ユータ−を含み、前記マイクロプロセッサ−またはコン
   ピューターに前記機関作動データがインプットされるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の装置。 １０）前記マイクロプロセッサ−またはコンピューター
   に前記機関のクランク軸の位置と、前記機関の荷重とが
   インプットされることを特徴とする特許請求の範囲第９
   項記載の装置。