JPS60259713A - 内燃機関の電子制御式油圧動弁装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関の電子制御式油圧動弁装置に関するも
のである。

〔従来技術〕

従来の内燃機関の吸排気弁の駆動装置は、カム軸、タペ
ット、ブツシュロッドから弁腕など（１） を介して弁腕方式の機械的な動弁機構が殆んどであり、
そのため、実用に供する吸排気弁の開閉のタイミングの
可変機構がなかった。

また、ブツシュロッド及び弁腕等の質量の大きい運動物
が連続的に結合されているので、慣性力の影響が大きく
、カム等の設置場所が制約されることになる。

そこで、ディーゼル機関の吸排気弁を開閉させる油圧式
動弁装置において、機関運転中に吸排気弁の開閉時期を
自動的に変更させるようにしたディーゼル機関のバルブ
タイミング変更装置に関する特開昭５６−４４４０６号
の発明及び同様な油圧式動弁装置において、同様の目的
でなされた特開昭５６−４４４０５号の発明、更に、同
様な目的で油圧式動弁装置を適用した内燃機関の弁装置
に関する特公昭４６−２２９６２号の発明及び油圧式動
弁装置における弁開閉時期調整装置に関する特公昭４７
−２２７２６号の発明もなされている。

しかしながら、前記従来の油圧式動弁装置においては、
弁開または弁開のタイミングをカム（２） により駆動されるプランジャポンプ側において、各々独
立に行なうようになっており、プランジャポンプとそこ
で発生された作動油により吸排気弁を作動するための弁
作動部との間の作動油の往復動により吸排気弁を作動す
る、所謂トコロテン方式であり、プランジャポンプ部に
制御部が吸気用２個及び排気用２開設けられ、それだけ
複雑、かつコスト高になり、その結果、その制御部によ
って作動されるアクチュエータも多数必要になるという
問題があった。

また、前記の油圧動弁装置においては、弁閉時の管路系
の摩擦等による作動遅れが大きく、吸排気弁の開閉の可
変タイミング精度が悪いという問題があった。

一般に、４ストロ一ク式往復動内燃機関においては、ク
ランク軸の回転と同期させて、吸気弁及び排気弁を開閉
し、吸気及び排気ガスの交換を行っているが、低速から
高速域まで、更に低負荷から高負荷までのすべての範囲
にわたって、その機関性能、特に燃費及び排気色を良く
（３） するためには、吸排気弁の開閉の時期及び機関を可変と
し、所定の回転数及び負荷にマツチしたタイミングにす
る必要がある。

一般に使用されている従来の機械式動弁装置は、いわゆ
る固定タイミング方式であり、前記のごとく複雑な機構
を付ければ、可変タイミングは可能であるが実用例も少
なく、可変の範囲が狭く、吸気及び排気を独立に変更す
るには不向きである。

〔発明の目的〕

そこで本発明は、前記従来の問題点を解消し、構造が簡
単で、かつ低コストで、しかも可変タイミング精度が高
くて信頼性が大きな油圧動弁装置を提供することを目的
としてなされたものである。

〔発明の構成〕

即ち、本発明の内燃機関の電子制御式油圧動弁装置は、
カムにより駆動されるプランジャポンプにて発生された
作動油により弁作動部の作動ピストンを移動させて吸気
弁又は排気弁を開（４） 閉する内燃機関の油圧動弁装置において、吸気弁又は排
気弁の弁開時期（タイミング）をプランジャポンプ側で
制御し、かつその弁閉時期（タイミング）を上記弁作動
部に設けた電磁弁で制御することにより構成される。

〔実施例〕

以下図面を参照して本発明の詳細な説明するが、第１図
は本発明の一実施例における内燃機関の油圧動弁装置の
システム図である。

まず、この内燃機関のカム軸６に設けられたカム１によ
りタペット２を介してそれぞれ駆動される油圧発生装置
であるプランジャポンプ３が設けられており、このプラ
ンジャポンプ３の作動油入口ボート４にはモータ５、ま
たはこの内燃機関により駆動されるフィードポンプ７に
より作動油タンク８内の作動油りが供給される。

上記プランジャポンプ３がカム１により駆動されると、
図示されていない上部に切欠かれたプランジャリードを
有するプランジャの作用により加圧された作動油１７は
、高圧管１０経由、（５） この内燃機関のシリンダヘッド１１に設けられた吸気弁
、又は排気弁（以後本発明では吸排気弁１２と総称する
）の弁作動部１３に供給され、その弁作動部１３に設け
られた作動ピストン１４を押し下げることにより、吸排
気弁１２を弁ばね１５の押上げ力に抗してリフト（図中
で下降）させて吸排気弁１２の弁開を行なうようになっ
ているが、この作動ピストン１４が所定ストロークに達
すると、作動油Ｉ７はリリーフ弁１６を介して油通路２
２経由、作動油タンク８に戻される。

一方、この弁作動部１３に設けられた作動ピストン１４
への油供給路１７には、電磁弁１８が設けられているが
、この電磁弁１８はマイコン２３等の制御装置により制
御されており、毎サイクルの弁閉時期にこの電磁弁１８
を作動するようになっている。

即ち、弁閉時期に電磁弁１８が通電されて作動すると、
油供給路１７は、作動油タンク８に連通した図示されて
いない油通路に連通される（６） ことにより、作動ビス］・ン１４カ月二昇し、吸排気弁
１２は閉じることになる。

上記の吸排気弁１２の開弁及び閉弁の時期制御は、この
内燃機関の回転数、負荷等の情報をもとにマイコン２３
により最適値に決められるようになっている。

〔作用〕

一般に油圧作動による油圧動弁装置においては、内燃機
関のクランク軸の回転に同期した油圧発生装置により油
圧を発生させ、吸排気弁１２を開閉するための弁作動部
１３へ高圧管１０を介して作動油■７を送り込み、必要
な時にそれをリリーフ弁１６を介して油通路２２経由戻
し、開閉を行えばよい。

しかしながら、正確なタイミング、リフトの制限、開弁
路りの衝撃緩和及び駆動馬力を少なくすること、コスト
を安くすること、更に信頼性を上げること等の工夫が必
要となってくる。

そこで本発明では、油圧発生装置、即ちプランジャポン
プ３側で吸排気弁１２の開弁の時期（７） を制御し、弁作動部１３にて吸排気弁１２の開閉の時期
を制御しており、その結果、作動油■、は蓄圧された一
定の圧力を供給するのではなく、開き始めにのみ高圧と
なり、第２図に示すごとく油圧と時間との関係は三角形
状の波形、即ちパルス状の油圧波形となり、間けつ的な
油圧にて作動させることになる。

これは、吸排気弁１２及び弁ばね１５などは重量があり
、静止状態から動き始めに慣性力が発生し、短時間に動
かそうとする程大きな力が必要であり、一旦動き始める
と、僅かの力で作動することに着目したものである。

従って、作動させるための駆動馬力を少なくするために
は、吸排気弁１２の開閉運動に必要な圧力又は力を、動
きと自動的に連動して発生・　させるのが理想的である
。

そこで、吸排気弁１２の開閉を制御する装置としてプラ
ンジャポンプ３のアクチュエータ２５及び電磁弁１８は
、内燃機関の回転数、負荷、周囲条件及びクランク軸の
位置等の情報をマイ（８） コン２３に取り込み、あらかじめ設定された最適なタイ
ミングになるように調整され、それによりアクチュエー
タ２５及び電磁弁１８に指示を与える、所謂コンピュー
タによる電子制御方式を取り入れている。

ここで、アクチュエータ２５は、毎サイクルの作動は必
要なく、所定の位置を保持する方式であり、電磁弁１８
は弁閉時、毎サイクル高速作動させる必要がある。

ただし、故障時を含む通電をしない場合は、プランジャ
ポンプ３例のカム１の動きに沿って吸排気弁１２は閉じ
、所謂固定タイミングとなる。

そこで、上記のアクチュエータ２５及び電磁弁１８を制
御する制御装置であるマイコン２３の電気的故障が発生
した場合、アクチュエータ２５は最終設定位置で、そし
て電磁弁１８は停止のままとなるが、吸排気弁１２の開
閉は可能である。

上記本発明の油圧動弁装置による吸排気弁１（９） ２の弁リフトを第３図に示しており、吸排気弁１２の開
き始めの点Ｘから閉じ終りの点Ｙまでの範囲が最大開き
角度Ｗであり、Ａで示すのがアクチュエータ２５による
制御範囲で、そしてＢで示すのが電磁弁１８による制御
範囲である。

次に、第４図により上記実施例のプランジャポンプ３を
説明すると、内燃機関で駆動されるカム軸６のカムｌに
よってローラ式のタペット２を介して、プランジャ９を
突き上げ、バレル２７内の上部室２７Ａの作動油Ｉ、を
圧縮し、第１図の高圧管１０に供給する。

プランジャ９が上昇し、ボート２８が閉じると、上部室
２７Ａから高圧管１０を経て弁作動部１３の作動ピスト
ン１４までの容積は密閉され、トコロテン式にプランジ
ャ９の動きと作動ピストン１４の動きは連動する。

従って、プランジャ９の下降時も作動油Ｉ７は逆止弁２
９を通って上部室２７Ａに戻る。

弁作動部１３から油通路２２を通って捨てた量と、系全
体から漏れとして失った作動油■、を（１０） 補給するため、作動油タンク８がらフィードポンプ７で
作動油入口ボート４及び吸入弁３０（一部はポート）か
ら上部室２７Ａへ作動油りが供給される。

吐出弁３１は内燃機関の停止時に油通路１゜内の作動油
りが抜けないように閉じ込めておくためのもので、吐出
弁３１及び逆止弁２９はなくてもこのシステムの基本的
な作動に変りはない。

プランジャ９下部の平行部にはさみこまれた加減輪３３
には加減ラック３２が取りつけられており、加減ラック
３２を動かすことによって、プランジャ９が回転するの
で、プランジャ９上部に切欠かれたリード２６とバレル
２７に設けられたボート２８との位置関係が変わり、プ
ランジャ９の上昇によりボート２８が閉となる時期が、
プランジャ９の回転位置によって変化する。

即ち、カムｌのプロフィルによってポート２８の閉（上
部室２７Ａの閉じ込め）時期は一義（１１） 的に決まるのではなく、加減ラック３２の動きとプラン
ジャ９の回転とにより遅らせることが可能であり、これ
により可変タイミングにすることができる。

上記第４図のプランジャポンプ３を用いた実施例では、
プランジャポンプ３と弁作動部１３とは１対であり、１
個のプランジャポンプ３で１個の弁作動部１３しか作動
できない独立形であるが、第５図に示すごとく、内燃機
関３４のクランク回転に連動した分配器３５を設ければ
、Ｉ　ＩＩＩのプランジャポンプ３で複数の弁作動部１
３を作動させることも可能である。

この場合、プランジャポンプ３または分配器３５側で吸
排気弁１２の開き始めの時期の制御を行なうことは前述
の通りである。

上記第５図の他の実施例のごとく、プランジャポンプ３
を集約化して減らすことにより、アクチュエータ２５及
び制御機構を単純化でき、その結果、装置全体の低コス
ト化をはかることができ、しかも最小の駆動馬力ですむ
ことにな（１２） る。

更に、第６−Ａ図及び第６−Ｂ図により弁作動部１３の
実施例につき詳細説明すると、プランジャポンプ３から
圧送された作動油りは、作動ピストン１４の頭部を押し
下げ、吸排気弁１２を開弁する。

そして、作動ピストン１４がストッパ４０に当接すると
、吸排気弁１２は最大リフトになり静止する。

その場合、プランジャポンプ３の上部室２７Ａ、高圧管
１０及び作動ピストン１４の上部室４１内の作動油りの
量は一定であるから、以上圧力上昇を避けるため、リリ
ーフ弁１６を設けている。

通常、プランジャポンプ３によって送り出す最大油量は
、開弁始めのタイミングを遅らせるため、無効となるプ
ランジャストロークとなる量を見越して弁作動部１３の
所要ビストンストローク容積より多く設定しである。

作動油供給口４３に送られてきた作動油りは、（１３） まず絞り弁２４を押し上げ、第６−Ｂ図に示す絞り４４
を通って上部室４１に入り込む。

吸排気弁１２の慣性力、プラス弁ばね１５のばね力に相
当する圧力以上になったら、作動ピストン１４が動き始
め、作動ピストン１４が下がって、第６−Ｂ図のＨの範
囲を越えると、上部室４１と主ポート４２とが通じ、抵
抗が少なくなるため、作動ピストン１４の動きは早くな
る。

作動ピストン１４がストッパ４０に当接して静止状態に
ある間は、系の油圧はばね力に相当する油圧となってお
り、プランジャポンプ３側の作動ピストン１４も止って
いるが、カム軸６の回転によりプランジャ９が下降する
と、系の油圧が下り、ばね力により作動ピストン１４が
上昇し、その結果、吸排気弁１２が閉じ始め、上部室４
１の作動油りを排出する。

そこで、作動ピストン１４が主ポート４２を閉じると、
絞り４４の作用により、動きが緩やかになり、吸排気弁
１２はシリンダヘッド１１（１４） の弁シート部１１Ａに緩やかに着座する。

電磁弁１８の電磁コイル１８Ａと連動したスライド弁１
８Ｂは、作動ピストン１４がストッパ４０に当接して静
止した後、プランジャポンプ３例のプランジャ９の動き
に合わせて作動する以前、即ちプランジャ９の動きと無
関係に、マイコン２３からの指令に基づいて、スライド
弁１８Ｂを作動させ、上部室４１の作動油りを直接作動
油タンク８側に戻して、吸排気弁１２の閉止時期を早め
ようとするためのものである。

なお、作動油りは油通路４５、スライド弁１８Ｂから、
油通路４６経由作動油タンク８へ排出される。

第７図は電磁弁１８のスライド弁１８Ｂの応答を早くす
るため、弁を小形軽量化した場合に、作動油りの通路面
積を大きくとれないので、別に排出弁４７を設け、スラ
イド弁１８Ｂはパイロット弁として用いる他の実施例お
にける要部を示したものである。

〔発明の効果〕

従って、本発明の油圧動弁装置では、電気的制御を採用
していながら、その制御装置が故障した時でも運転が可
能であり、その内燃機関の信頼性が向上するという効果
がある。

また、吸排気弁の開弁時にのみプランジャポンプに高圧
を発生させているので、応答性を早めることができると
共に、プランジャポンプの構造が簡易化し、そのコスト
も低減するといを利点がある。

また、プランジャポンプによる駆動馬力を少なくするこ
とができるという利点があると共に、吸排気弁の開閉時
期及び機関をその内燃機関の回転数及び負荷にマツチし
たタイミングに可変とすることができ、しかもその可変
タイミング精度が高く、かつ作動が確実であるので、機
関の性能向上、特に低負荷時の燃費及び排気濃度の改善
の上で極めて有効である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例における内燃機関の油圧動弁装
置のシステム図、第２図は第１図のプランジャポンプに
おける油圧波形図、第３図は第１図の吸排気弁リフト線
図、第４図は第１図のプランジャポンプの拡大側断面図
、第５図は第１図のプランジャポンプに、複数の弁作動
部への作動油を供給する分配器を取り付けた他の実施例
のシステム図、第６−Ａ図は第１図の弁作動部の要部側
断面図、第６−Ｂ図は第６−Ａ図の要部拡大側断面図、
第７図は第６−Ａ図の電磁弁部分の他の実施例を示す側
断面図である。 １・・・カム、３・・・プランジャポンプ、１２・・・
吸排気弁、１３・・・弁作動部、１４・・・作動ピスト
ン、１８・・・電磁弁、３４・・・内燃機関、Ｌ・・・
作動油。 代理人　弁理士　小　川　信　− 弁理士野口賢照 弁理士斎下和彦 （１７）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カムにより駆動されるプランジャポンプにて発生された
   作動油により弁作動部の作動ピストンを移動させて吸気
   弁又は排気弁を開閉する内燃機関の油圧動弁装置におい
   て、吸気弁または排気弁の弁開時期（タイミング）をプ
   ランジャポンプ側で制御し、かつその弁閉時期（タイミ
   ング）を該弁作動部に設けた電磁弁で制御することを特
   徴とする内燃機関の電子制御式油圧動弁装置。