JPS6120691B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関の吸排気弁のバルブリフト量
及びタイミングを運転状態に応じて変化させるこ
とのできるようにした吸排気弁駆動装置に関す
る。

従来、一般の内燃機関においては、燃焼室に吸
入される空気（又は混合気）量を吸気系に設けた
絞弁の開度調整によつて制御しており、このため
特に吸入混合気量の少ない低負荷運転時には、こ
の絞弁により吸気通路が大きく絞られることにな
る。この結果低負荷時の吸入負圧が大きくなつ
て、吸入行程においてこの吸入負圧がピストンを
引き戻そうとする力を発生させ、所謂ポンピング
ロスが大となつて、燃費を大巾に悪化させるとい
う欠点があつた。

また、従来の一般的な内燃機関では、吸排気弁
のリフト量及びタイミングが固定的であるため、
吸排気弁のオーバラツプ量は機関運転条件のいか
んにかかわらず必然的に一定値に固定されてい
る。従つて、通常行つているように機関の最大出
力を確保すべくそのオーバーラツプ量を大きく設
定すれば、アイドリング時などの吸入負圧の高い
低負荷域では、オーバラツプ量が過大となつて、
排気のシリンダ内への吹き戻しなどによる残留ガ
ス割合が増大して、燃焼特性を悪化させるという
欠点があつた。

本発明は以上のような欠点を改良し、機関の運
転状態に応じて最適な状態に吸、排気弁のバルブ
リフト量及びバルブタイミングを可変制御できる
吸排気弁駆動装置を得ることを目的とする。

以下、図面に基いて本発明の実施例を説明す
る。

第１図において、１，２に図外の燃焼室に臨ん
で配設された吸気弁及び排気弁であり、３は該吸
気弁１の駆動機構、４は排気弁２を駆動する従来
と同様のカムである。前記吸気弁駆動機構３は前
記カム４と同軸配置されて一体的に回動する第２
のカム６と、排気弁用カム軸４Ａとは別に設けら
れ、位相が固定されて、機関の回転に同期して回
転するカム軸７に一体的に設けられた第１のカム
５と、後述する油圧調整装置によつて、制御され
た油圧を供給され、その油圧に応じて第２のカム
６のリフト量を吸収制御する可変リフト装置８を
主たる構成とする。第１のカム５と第２のカム６
との間には両端開口のシリンダ部９が配設され、
このシリンダ部９は両端に摺動可能に挿入された
第１及び第２のタペツト１０，１１を有する。こ
れら各タペツト１０，１１はシリンダ部９に基端
を接するコイルスプリング１２，１３により夫々
突出方向に付勢されてその頭部１０ａ，１１ａを
前記各カム５，６周面に摺接する一方、第１のタ
ペツト１０と、第２のタペツト１１の移動量を吸
収制御する可変リフト装置８との間に油圧室１４
が形成される。

また、前記シリンダ部９は油圧室１４に連通す
る小シリンダ部１５を有し、この小シリンダ部１
５の軸線は前記吸気弁１の軸心方向に向けられる
とともに、その内部に摺動可能に挿入されたピス
トン１６を有する。

従つて、油圧室１４は第１のタペツト１０、可
変リフト装置８、ピストン１６によつて密封的に
形成され、その容積が常時ほぼ一定となるように
油が充填される。

ピストン１６はコイルスプリング１７により突
出方向に付勢され、その頭部１６ａを吸気弁１の
ステム１ａに当接している。

可変リフト装置８の具体的な実施例を第２図に
示す。

１８はシリンダヘツド等の機関本体部で、この
本体部１８を貫通して第１シリンダ部１９と第２
シリンダ部２０が嵌合固設される。第２シリンダ
部２０には、第２のカム６に従動する前記第２の
タペツト１１が摺動自由に収められ、この円筒状
に形成した第２のタペツト１１には、第１のピス
トン２１が摺動自由に収められる。

そして、この第２のタペツト１１に対向して第
２のピストン２２が同じく第２シリンダ部２０に
摺動自由に配置され、この第２ピストン２２は、
つば部２２ａがシリンダ段付部２０ａに係止する
ようになつている。

また、第１シリンダ部１９には第３ピストン２
３が摺動自由に配置されるとともに、この第３ピ
ストン２３の一部が前記シリンダ部９の中に出入
して、シリンダ部９の容積を可変とする。

第３ピストン２３と第２ピストン２２との間に
は第１油圧室２４が、また第２ピストン２２と第
１ピストン２１及び第２タペツト１１との間には
第２油圧室２５が、さらに第１ピストン２１のつ
ば部２１ａと第２タペツト１１の段付部１１ｂと
の間には第３油圧室２６が夫々区画形成される。

第１油圧室２４の第３ピストン２３と第２ピス
トン２２との間には圧縮スプリング２７が、同じ
く第３油圧室２６の第１ピストン２１と第２タペ
ツト１１との間にも圧縮スプリング２８が介装さ
れる。

本体部１８に油圧供給路２９を設け、運転状態
に応じて変化する油圧をチエツク弁３０を介して
第２油圧室２５に供給する。

第２油圧室２５は第２ピストン２２に形成した
オリフイス３１を介して第１油圧室２４と連通す
ると共に、第３油圧室２６に対しては第１ピスト
ン２１の側部に設けた連通口３２を介して連通す
る。３３は第２タペツト１１の脱落を防止する抜
け止めピンである。

第１ピストン２１の背面に位置して、第２タペ
ツト１１には大気室３４が形成され、この大気室
３４は通口３５を介して大気に連通する。

ところで、第２のカム６のベースサークル上に
第２タペツト１１がある時は、第２タペツト１１
はスプリング１３の作用力と、第２、第３油圧室
２５，２６に働く油圧との合成力にもとづいて第
２のカム６に圧接し、また、第１のピストン２１
は油圧と大気圧との差圧がスプリング２８の作用
力と平衡する位置に静止する。

従つて、第１ピストン２１の初期位置は第２油
圧室２５の油圧によつて変化し、油圧が高まるに
従い相対的に図中左方に移動するのであり、これ
によつて後述するようにカムのリフトを可変制御
する。

第１油圧室２４には第２ピストン２２のオリフ
イス３１を介して油圧が導かれ、この油圧力とス
プリング２７の作用力によつて第３ピストン２３
を図中右方に押し出す一方、スプリング２７はそ
の反力によつて第２ピストン２２を第２シリンダ
部２０の段付部２０ａに押圧する。

なお、このようにして、第３ピストン２３に対
し、カム６に従動する第２タペツト１１の運動を
伝達する機構中に機械的衝合部分をなくすことに
より、衝撃的なカム作動を防止する。

上記構成において、第２のカム６がリフトを取
り始めると、第２タペツト１１が右方に移動し、
この侵入体積分に相当する油が外部へと逃げよう
とするが、チエツク弁３０が閉止しているため、
油圧の上昇にもとづいて第１ピストン２１が相対
的に左方に移動する。

つまり、第２油圧室２５と第３油圧室２６とが
連通口３２を介して連通している間は、第２タペ
ツト１１の右方移動により圧縮される第３油圧室
２６の油は第２油圧室２５側へと逃げ、第１ピス
トン２１を第２タペツト１１の侵入体積分に相当
するだけ左方に移動するのである。

この場合、第１ピストン２１に比べて第３ピス
トン２３を押し右方移動させるに必要な作用力は
著しく大きいため、第１ピストン２１のみが移動
し、従つて連通口３２が開いている間は第２カム
６が回転しても、そのリフトは第２タペツト１１
と第１ピストン２１との相対的な移動によつて吸
収され、第３ピストン２３側には一切伝達されな
い。

次いで、第２カム６による第６タペツト１１の
リフト量が増し、連通口３２を遮断すると、第３
油圧室２６は密閉状態となり第２タペツト１１に
対して第１ピストン２１がリフト方向に一体化
し、第２タペツト１１と共に第１ピストン２１も
右方に移動する。

この時点から第１油圧室２４及び第２油圧室２
５の圧力が上昇して第３ピストン２３を介して油
圧室１４の圧力を上昇させる。

この時、第１油圧室２４と第２油圧室２５とは
オリフイス３１を介して連通しているため、第２
油圧室２５に比べて第１油圧室２４の圧力がオリ
フイス３１による圧力降下分だけ低く、従つて、
この差圧により第２ピストン２２が右方移動す
る。

第３ピストン２３は結局第１ピストン２１が第
２タペツト１１と一体に右方移動を始めた点から
最右方位置に達するまでの侵入体積に相当する分
だけ押し出される。

この最右方位置に達する頃は、両油圧室２５，
２４の圧力はほぼ均等になり、従つて第２ピスト
ン２２はスプリング２７の反発力でオリフイス３
１から第１油圧室２４に油を流入させながら、漸
次第３ピストン２３から離れていく。

次にカムリフトが減少する行程では、番２タペ
ツト１１及び第１ピストン２１の左方移動による
圧力低下に伴い第３ピストン２３も左方移動を始
めるのであるが、第３ピストン２３が吸気弁１の
全閉位置に達する前に、第２ピストン２２がシリ
ンダ段付部２０ａに接近する。この時、第２ピス
トンつば部２２ａと段付部２０ａの間に油膜が形
成され、この油膜効果により第２ピストン２２の
左方移動にブレーキがかかり、このため第１油圧
室２４の油圧は滑らかに低下し、第３ピストン２
３の左方移動も適度の制御作用を保ちつつ第３ピ
ストン２３は滑らかに最左方位置に戻る。

第２カム６がさらに回転してリフトが減ると、
第２油圧室２５の油圧は急速に低下してくる。第
１ピストン２１は第２タペツト１１と一体的に左
方移動するのであるが、第２油圧室２５の圧力に
対向するスプリング２８の作用力の方が打勝つよ
うになると、３の時点を境にして第１ピストン２
１は第２タペツト１１に対して相対的に右方移動
を開始する。

以上のように作動するのであるが、第２カム６
の動きに対して、第３ピストン２３の移動するタ
イミング及びリフト量は、第１ピストン２１に形
成した連通口３２が閉じる時期によつて決定され
る。

そして、連通口３２と、これを閉じる第２タペ
ツト１１までの初期距離は、油圧の供給路２９を
介して第２、第３油圧室２５，２６に供給される
油圧によつて決まり、供給油圧を高める程、第１
ピストン２１の相対位置が左方となる。

この相対位置が左方となる程、連通口３２を閉
じるまでの時間が早くなり、従つて第３ピストン
２３の動きが早くなると共に、そのリフト量も大
きくなる。

逆に、供給油圧を低くすれば、連通口３２を閉
じる時期がそれだけ遅れ、リフト量も小さくな
り、場合によつては全くリフト作動させないこと
も可能となる。

このような、油圧供給は、油圧調整装置３６に
よつて行なう。

油圧調整装置３６は、図示しないアクセルペダ
ルに対して連結するスロツトルレバー３７と連動
して油圧をコントロールするもので、バルブハウ
ジング３８のボア３９には、２つの有底筒状のピ
ストン４０，４１が収められ、内側のピストン４
０にはロツド４２を介して弁体４３が結合し、弁
体４３は油圧ポンプ４４からの圧油が供給される
ポンプ通路４５と、上記した油圧供給路２９に連
通する供給通路４６及びタンク４７に連通する還
流通路４８が接続する調圧室４９とを結ぶ弁口５
０を開閉する。

前記ピストン４０と４１との間、及びピストン
４０とボア端壁３９ａとの間には、夫々リターン
スプリング５１と５２が介装される。

また、ピストン４０とボア端壁３９ａとの間の
室５３は圧力補償室として、通路５４を介して前
記調圧室４９と連通し、ピストン４０と４１との
間の室５５は、ピストン４１に形成した通孔５６
を介して大気と連通している。

スロツトルレバー３７の先端部３７ａが、前記
ピストン４１の端面に当接し、ピストン４１をス
プリング５１，５２に抗して左方に押し込む。

ピストン４１をスプリング５２に抗して左方に
移動すると、ピストン４０はスプリング５２の作
用力により左方に移動し、弁体４３の開度が増大
して、調圧室４９の油圧が上昇し、逆にピストン
４０が右方に移動すると弁体４３の開度が減少し
て、調圧室４９の油圧が低下する。

機関低負荷域などアクセルペダルの踏み量が少
ない時は、スロツトルレバー３７を介してのピス
トン４１の変位も少ないため、ピストン４０はリ
ターンスプリング５１の働きで弁体４３を右限ま
で変位して弁口５０を閉じるか、あるいは微少開
度に保つ。

このため、調圧室４９の圧力は、還流通路４８
による逃がし量がオリフイス５７により規制され
ていても、弁口５０を通しての供給圧が少ないこ
とからほぼタンク圧になり、従つて、油圧供給路
２９への油圧が低下する。

このように、スロツトルレバー３７の移動量に
応じて弁口５０の開口面積が制御されて、油圧供
給路２９への供給油圧が増減供給されるのであ
る。

なお、この油圧調整装置３６は、油圧ポンプ４
４が機関回転に同期するものである場合に、機関
回転数の上昇に略比例して油圧ポンプ４４の吐出
圧が上昇しても、調圧室４９の圧力が通路５４を
介して圧力補償室５３にフイードバツクされ、圧
力上昇に応じてピストン４０を右方に押圧し弁口
５０の開度を減じ、ポンプ圧力の影響を小さくす
るため、ポンプ吐出圧の増加によつては油圧供給
路２９に供給する油圧が影響を受けず、スロツト
ルレバー３７の開度にのみ応じて可変となる。

次に作用を説明する。

ピストン１６は第１タペツト１０と、第２タペ
ツト１１を介した第３ピストン２３との位置によ
つて決まる油圧室１４の容積が一定となる位置に
移動する。従つて、第１タペツト１０と第３ピス
トン２３が同時に油圧室１４に侵入する量が大き
い程、吸気弁１のリフト量が大きくなる。

第１カム５は、第３図Ａに示すように、常に位
相が固定されている。これに対して、第３ピスト
ン２３は、同じく位相は固定されるのであるが、
その移動量が可変リフト装置８によつて可変制御
される第２カム６によつて駆動されて、第２カム
６のリフト量を、供給油圧に応じて増減制御して
油圧室１４に出入する。

ピストン１６即ち、吸気弁１は、この１タペツ
ト１０と第３ピストン２３の移動量の合成によつ
てリフトするので、第３図Ｂに点線で示すような
リフト特性となる。

即ち、開弁時期は、第１カム５によつて常に一
定となり、閉弁時期は可変リフト装置８のリフト
吸収量、即ち供給油圧に応じて変化する。負荷が
小さい時にはアクセル開度が小さく、供給油圧が
低いので、リフト吸収量が大きくなり、従つて閉
弁時期が早くなる。従つて、吸気弁のタイミング
が可変となると共にリフト量も低減する。

逆にアクセル開度が大きくなると供給油圧は増
大し、リフト吸収量が低減するので、吸気弁のタ
イミング及びリフト量が増大するのである。本実
施例のように、供給油圧を負荷に応じて変化させ
ると、吸気弁のバルブリフト特性は、第３図Ｃに
示すように、可変制御される。

尚、本実施例では、機関運転状態を代表する信
号としてアクセル開度にもとづいて油圧を制御す
るようにしたが、機関回転数、吸入負圧等の独立
又は組合せによつて可変制御できることは言うま
でもない。

また、本実施例では、開弁時期を一定として、
閉弁時期を制御するようにしたが、第１カムと第
２カムの位相を適宜設定することによつて、開弁
時期側を可変として、閉弁時期を一定とすること
もできる。

更に、本実施例では、吸気弁のリフト特性を変
化させる場合について述べたが、排気弁或いは
吸、排気弁共に可変制御できることは明らかであ
る。

本発明は以上のように、簡単な構成で、油圧の
調整によつて吸、排気弁のバルブタイミング及び
バルブリフト量を可変制御することができる。

また、吸入空気量に応じて吸気弁の開弁期間を
可変制御できるので、ポンピングロスを低減し
て、燃費を大巾に改善することが可能となる。

更に、吸排気弁のオーバーラツプ量を運転状態
に応じて可変制御できるので、機関安定性や燃焼
性を向上させることも可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の全体的な断面図、第２図は可
変リフト装置の断面図、第３図Ａ〜Ｃは作動特性
図である。 １……吸気弁、２……排気弁、３……駆動機
構、４……カム（排気）、５……第１のカム、６
……第２のカム、７……カム軸、８……可変リフ
ト装置、９……シリンダ部、１０……第１タペツ
ト、１１……第２タペツト、１４……油圧室、１
５……小シリンダ部、１６……ピストン、１８…
…本体部、１９……第１シリンダ部、２０……第
２シリンダ部、２１……第１のピストン、２２…
…第２のピストン、２３……第３のピストン、２
４……第１油圧室、２５……第２油圧室、２６…
…第３油圧室、２９……油圧供給路、３０……チ
エツク弁、３６……油圧調整装置、３７……スロ
ツトルレバー、４３……弁体、４６……供給通
路、４８……還流通路、４９……調圧室、５０…
…弁口、５３……圧力補償室。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関回転に同期して固定的な位相で回転する
   第１のカムに駆動される第１のタペツトと、同じ
   く機関回転に同期する第２のカムに駆動される第
   ２のタペツトと、この第２のタペツトの作動量を
   吸収制御して伝達する可変リフト装置とを設け、
   第１のタペツトと可変リフト装置との変位によつ
   て拡縮する油圧室を形成し、この油圧に応じて進
   退して、弁装置を駆動するピストンを油圧室に収
   装し、機関運転状態に応じて前記可変リフト装置
   の吸収量を制御する調整装置を介して、機関回転
   位相に対する油圧室の油圧特性を可変として弁駆
   動を可変制御するようにしたことを特徴とする内
   燃機関の吸排気弁駆動装置。 ２ 可変リフト装置が、第２のカムに当接する第
   ２のタペツト、油圧室に出入する第３のピスト
   ン、第２のタペツトに摺動する第１のピストン、
   第１のピストンと第３のピストンの間に介在され
   る第２のピストン、第２のピストンと第３のピス
   トンとで形成される第１の油圧室、第１のピスト
   ンと第２のピストンとで形成される第２の油圧
   室、第２のタペツトと第１のピストンとで形成さ
   れる第３の油圧室、第１の油圧室と第２の油圧室
   を連通するオリフイス、第２の油圧室と第３の油
   圧室を連通する連通口、から構成されることを特
   徴とする特許請求の範囲第１項記載の内燃機関の
   吸排気弁駆動装置。 ３ 弁装置の開弁時期が第１のカムで規定され、
   閉弁時期が第２のカムで規定されるように構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の内燃機関の吸排気弁駆動装置。 ４ 弁装置の開弁時期が第２のカムで規定され、
   閉弁時期が第１のカムで規定されるように構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第１項又は第
   ２項記載の内燃機関の吸排気弁駆動装置。