JPS6128708A - 流体圧駆動式動弁制御装置 - 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、内燃機関の吸気弁または排気弁の開閉ｌ１１
ＩＩＩを流体圧を用いて行なう流体圧駆動式動弁制御装
置に関する。

従来例の構成とその問題点 内燃機関の高性能化を図るため、吸気弁または排気弁の
制御機構として、旧来のカム、タペット、ロッカーアー
ム系の動弁制御機構に替えて、特開昭５３−１３９０１
１号公報に示されるように流体圧で駆動される動弁制御
機構が、従来において提案されている。これによれば、
吸気弁または吸気弁の作動特性を任意に制御でき、特に
その開閉時期を制御して機関の有効仕事を増大させるの
に好都合となっている。

第７図はこのような従来の流体圧駆動式動弁制御装置を
示し、４１はシリンダカバー４２に設けられた排気弁（
吸気弁）である。この排気弁４１の弁棒の先端には、油
圧シリンダ４３内を滑動するピストン４４が形成され、
戻しばね４５により排気弁４１を閉弁付勢している。４
６は油タンクで、油圧ポンプ４１および蓄圧器４８を備
えた供給管路４９が接続されている。５０は排出管路で
ある。これら両管路４９．５０は絞り弁にて構成される
１ｌＪＩｊ弁５１を介し、て油圧シリンダ４３に接続さ
れている。５２は制御弁操作装置で、制御部５３とアク
チュエータ５４とを有している。

一方、５５は排気弁４１の位置検出器で、位置検出信号
を制御部５３へ出力している。

このような構成において、弁４１の速度すなわちピスト
ン４４の速度は、開弁時における弁４１のオーバーシュ
ートや、開弁時における着座による振動、騒音を防止す
るため、適正に制御しなければならない。このためには
、ピストン４４の行程の後半からこのピストン４４の速
度を減速し、全開時および全閉時（着座時）における排
気弁４１の慣性力を極力小さくする必要がある。このた
め、従来は位置検出器５５により弁４１の位置を検出し
、操作装置ｆ５２により制御弁５１の絞り量すなわち油
の流量を調節してこれに対処している。

ところが、このような従来のものでは、■　制御弁操作
装Ｗ１５２はその構成が複雑とな°　　　・５て高価と
なる。

■　排気弁４１の位置検出器５５が必要となる。

■　排気弁４１の速度制御のための制御弁５１は、大流
量用で高価なものが必要となる。

という問題がある。

また、近年、機関の高性能化を図るためこの機関の有効
仕事を増大させる傾向にあり、ガス流れの特性上から排
気弁４１すなわちピストン４４の速度を上拌させる必要
が生じている。このことは、油圧シリンダ４３への供給
油流量の増大を意味し、ピストン４４の行程に要する時
間が短縮されることを意味している。すなわち、現状の
１８０ｒｐｍの機関では前記時間は約３０ｍ５ｅｃとな
るが、ピストン４４の速度を２倍にすると約１５ｍ５ｅ
ｃとなる。上記従来の装置では、このようにきわめて短
い時間内に制御弁５１を動作させて供給油流量を制御し
なければならず、これを実現することは困難であるとい
う問題・もある。

発明の目的 そこで本発明は、簡単な構成で確実に動作し、しかも高
速制御の可能な流体圧駆動式動弁制御装置を得ることを
目的とする。

発明の構成 上記目的を達成するため本発明による流体圧駆動式動弁
制御装置は、 吸気弁または排気弁に連動する棒状ピストンを、機関燃
焼室の上方に設けられた流体圧シリンダに滑動可能に嵌
挿し、 前記棒状ピストンに、この棒状ピストンの端面からその
内部に向かう軸心方、向の流体通路を形成するとともに
、この棒状ピストンの側面から前記流体通路に向けて貫
通する供給孔および排出孔を形成し、 前記流体圧シリンダの側壁に、前記供給孔に連通する流
体供給口と、前記排出孔に連通する流体排出口とを形成
し、 前記吸気弁または排気弁の開閉にともなう流体圧シリン
ダ内での棒状ピストンの摺動により、前記吸気弁または
排気弁の最大リフトの手前および着座の手前で流路を徐
々に絞り込み可能なように、前記流体供給口と供給孔お
よび前記流体排出口と排出孔のうち必要個所の断面を軸
心方向に先細り状に形成したものである。

したがって、流体圧シリンダの側部と、この流体圧シリ
ンダに滑動可能に嵌挿される棒状ピストンの側部とに作
動流体の連通路を形成したことから、吸気弁または排気
弁の行程すなわち流体圧シリンダへの流量は、供給孔等
の軸心方向の寸法取りのみによって制御されることにな
るため、従来のような複雑な制御弁操作装置は不要とな
り、また制御弁は方向切換弁にて構成できて流量制御は
必要としないことから高速応答が可能になるうえに安価
なものとすることができる。また、供給孔等のうち必要
箇所の断面を軸心方向に先細り状に形成したため、吸気
弁または排気弁の最大リフトの手前および着座の手前で
作動流体の流速すなわちこれら弁の速度を低下でき、オ
ーバーシュートや着座時の振動、騒音を確実に防止でき
ることになる。

実施例と作用 以下、本発明の一実施例について説明する。第１図にお
いて、１はシリンダカバー２に設けられた排気弁（吸気
弁）で、この排気弁１の弁棒の先端には、シリンダカバ
ー２の上面に設けられた空気シリンダ３内を滑動する空
気圧縮ピストン４が一体に形成されている。５は空気室
、６は空気室５への空気供給路である。空気シリンダ３
の上部には流体圧シリンダとしての油圧シリンダ７が一
体に形成され、一方、空気圧縮ピストン４には油圧シリ
ンダ７に滑動可能に嵌入される棒状ピストン８が一体に
形成されている。９は油圧シリンダ７への作動油供給系
で、１０は油タンク、１１は油圧ポンプ１２および蓄圧
器１３を備えた供給管路、１４は排出管路である。また
、１５は切換弁にて構成される制御弁、１６はその制御
装置である。

次に、油圧シリンダ７まわりを第２図にもとづいて詳細
に説明する。同図ａは排気弁１が着座したときの状態を
示し、また同図すは排気弁１が最大リフトとなったとき
の状態を示している。図示のように、棒状ピストン８に
は、その端面１７からその内部に向かう軸心方向の流体
通路１８が形成されるとともに、その側面１９から流体
通路１８に向けて貫通する半径方向の供給孔２０および
排出孔２１が、軸心方向に間隔をおいて形成されている
。２２は棒状ピストン８と油圧シリンダ７とのクリアラ
ンス室である。なお、供給孔２０よりも排出孔２１を端
面１７側に配置し、排出孔２１と端面１７との間には、
小径の軟着廃用排出孔２３が同様に貫通されている。

油圧シリンダ７の側壁には、供給孔２０に連通ずる流体
供給口としての作動油供給口２４と、排出孔２１に連通
する流体排出口としての作動油排出口２５とが形成され
ている。２６．２７は作動油供給口２４および作動油排
出口２５に対応して油圧シリンダ７の内面に形成された
環状溝で、棒状ピストン８が軸心まわりに回動しても作
動油供給口２４と供給孔２０および作動油排出口２５と
排出孔２１を常に連通可能なようにされている。２８は
軟着農用流体排出口としての軟着農用作動油排出口で、
前記作動油排出口２５等と同様の構成でしかも軟着廃用
排出孔２３に合わせて小径に形成されている。２９は環
状溝である。なお、これら作動油供給口２４、作動油排
出口２５および軟着農用作動油排出口２８は、それぞれ
逆止弁３Ｇ、　３１．３２を介した後１箇所にまとめら
れて制御弁１５に接続されている。

３３は油圧シリンダ７の側壁に形成されたオーバーシュ
ート防止用流体排出口としてのオーバーシュート防止用
作動油排出口で、図外の回収タンクに連通されている。

３４は環状溝である。

次に各部の位置関係を説明する。第２図ａの着座状態で
は、作動油供給口２４すなわち環状溝２６の上縁と、供
給孔２０の下縁とは互いに距１１１１Ａだけラップして
おり、一方、作動油排出口２５すなわち環状溝２７の上
縁と排出孔２１の下縁とは互いに距離Ｂだけ隔たってい
る。また、軟着農用作動油排出口２８と同排出孔２３と
は互いに連通している。第２図すの最大リフトの状態で
は、作動油排出口２５に対応した環状溝２７の下縁と排
出孔２１の上縁とは互いに距離Ｃだけラップしており、
一方作動油供給口２４に対応した環状溝２６の下縁と供
給孔２０の上縁とは互いに距離りだけ隔たっている。ま
た、オーバーシュート防止用作動油排出口３３に対応し
た環状溝３４の上縁と供給孔２０の下縁とは、わずかな
距離Ｅ・だけ隔たっている。

以下、上記構成による動作を説明する。まず排気弁開弁
行程においては、第２図ａに示す状態において、第１図
の制御装置１６からの信号により制御弁１５を中立位置
から油圧ポンプ１２につながる供給管路１１に切換える
。すると高圧の作動油は、逆止弁３０を経て作動油供給
口２４に達し、供給孔２０から流体通路１８を経てクリ
アランス室２２に導入される。そして、クリアランス室
２２の油圧力が、第１図に示す機関燃焼室のガス圧力ｐ
ｚによる荷重Ｆ２と空気室５の圧力ｐａによる荷重１”
ａを加えた荷重から排気圧力Ｐｅｘによる荷重Ｆａｘを
引いた荷重よりも大きな力となったときに、棒状ピスト
ン８は下降を始める。すなわち、棒状ピストン８の受圧
面積ＡＯ％油圧Ｐを用いて、 ｐ＞　（Ｆｚ＋Ｆａ−ＦｅＸ）／Ａａ のとぎに、棒状ピストン８は下降を始め、最終的に第２
図すの最大リフト点に至る。

第３図は、排気弁１のリフトすなわち棒状ピストン８の
行程と、排気弁１の速度すなわち棒状ピストン８の速度
と、前記速度を決定する作動油流量とを、開弁行程およ
び閉弁行程について示したものである。ここで棒状ピス
トン８の速度は、旧来のカム駆動式勘弁装置で実現され
ている速度変化のパターンの概略に合わせて描かれてい
る。

第４図は、棒状ピストン８の下降時における供給孔２０
と作動油供給口２４との間の開口面積の変化を、前記排
気弁１のリフｌ〜および棒状ピストン８の速度とともに
示したものである。ここでは供給孔２０の断面形状を円
形としているため、この断面形状は軸心方向に先細り状
となり、排気弁１が最大リフトとなる手前では開口面積
すなわち作動油の流路が徐々に絞り込まれることになる
。これにより棒状ピストン８は行程の後半から確実に減
速され、このため制御弁１５における！量調節により棒
状ピストン８の速度制御を行なう必要はなくなり、この
制御弁１５は切換式の安″価なもので十分となり、かつ
高速応答が可能となる。

第４図において、■に示す位置で前記開口面積は０とな
り、作動油の供給は止まるが、排気弁１の慣性力および
作動油のもれ込み等が存在するため、排気弁１は第２図
すの距離りだけ進んで止まる。これは第４図の■に示す
位置に相当し、ここで排気弁１が全開となるように設定
されている。

排気弁１が全開となると、燃焼室内ガス圧力による荷重
は小さくなっていることから、作動油による油圧力と空
気室５の荷重Ｆａとがほぼ釣合っていると考えられる。

また、空気室５内の空気の漏洩により荷重Ｆａが減少し
た場合などには、さらに棒状ピストン８が変位するが、
この棒状ピストン８が第２図すに示す距離Ｅだけさらに
変位して第４図の■に示す位置に達すると、供給孔２０
はオーバーシュート防止用作動油排出口３３の環状溝３
４に連通ずることになる。これにより少量の作動油が排
出されて作動。

油圧力が低下し、これが空気室５の荷重Ｆａと釣合うと
ころまで棒状ピストン８は押し戻される。

これにより、オーバーシュート防止用のクッション機構
やストッパ等を省略できる。なお、供給孔２０と環状溝
２６との連通が絶たれた後、適当時期に制御弁１５を中
立位置に戻しておく。

排気弁閉弁行程においては、制御弁１５を中立状態から
排出管路１４に接続する。これにより系内の圧力が低下
し、逆止弁３１が開かれるため、油圧シリンダ７内で棒
状ピストン８を押付けていた作動油は、排出孔２１およ
び作動油排出口２５を経て排出される。これにより油圧
力が低下するため、空気室５の空気荷重Ｆａにより棒状
ピストン８は変位を受ける。このときのピストン速度お
よび排出油流量の関係も第３図に示されている。

第５図は、このときの排出孔２１と作動油排出口２５と
の間の開口面積の変化を、第４図と同様に示すものであ
る。ここでも、排出孔２１の断面形状は円形となってい
る。閉弁行程の後半、特に開口面積が微小となる■に示
す位置から後は、棒状ピストン８の速度は急激に減少し
、■に示す位置では開口面積はＯとなり、作動油の排出
は無くなる。

しかし、排気弁１の慣性力により棒状ピストン８はさら
に変位し、この後は軟着廃用作動油排出口′２８と軟着
外用排出孔２３とが連通する。これによりこれら排出口
２８と排出孔２３との間の開口面積が徐々に増大し、ダ
ンパの機能を果たすことになる。

このため排気弁１は第２図ａの距離８間でその速度が徐
々に低下することになって軟着塵が実現され、第５図の
■で示す位置で完全に着座する。

なお、上記においては、供給孔２０および排出孔２１と
して断面形状が円形のものを示したが、たとえば第６図
ａ、ｂに示すようなものであってもよい。本図のように
、供給孔２０においては下縁を輪心と直角な方向に形成
するとともに上縁を先細り状とすることにより、急速開
弁および減速オーバーシュートに対し効果的であり、ざ
らに、排出孔２１においては上縁を軸心と直角な方向に
形成するとともに下縁を先細り状とすることにより、急
速開弁および軟着塵に対し効果的である。なお、供゛給
孔２０と排出孔２１との断面積互いに等しくする必！！
はなく、棒状ピストン８に要求される速度に応じて適宜
に決定できる。

また、上記においては、供給孔２０および排出孔２１の
断面形状を先細り状としたが、作動油供給口２４および
作動油排出口２５の断面形状を先細り状としてもよく、
このときは環状溝２６．２７を棒状ピストン８側に形成
する必要がある。

発明の効果 以上述べたように本発明によると、従来のような複雑な
制御弁操作装置は不要となり、また制御弁は方向切換弁
にて構成できて流量制御は必要としないことから高速応
答が可能になるうえに安価なものとすることができ、ま
た供給孔等のうち必要箇所の断面を軸心方向に先細り状
に形成したため、弁の最大リフトの手前および着座の手
前で作動流体の流速すなわち前記弁の速度を低下でき、
オーバーシュートや着座時の振動、騒音を確実に防止で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のシステム図、第２図は油圧
シリンダまわりの詳細図、第３図は弁リフトとピストン
速度と作動油流量との関係を示す図、第４図は開弁時の
開口面積の変化を示す図、第５図は開弁時の開口面積の
変化を示す図、第６図は供給孔および排出口の他の形状
例を示す図、第７図は従来例のシステム図である。 １・・・排気弁（吸気弁）、３・・・空気シリンダ、４
・・・空気圧縮ピストン、７・・・油圧シリンダ（流体
圧シリンダ）、８・・・棒状ピストン、１１・・・供給
管路、１４・・・排出管路、１５・・・制御弁、１８・
・・流体１、通路、２０・・・供給孔、２１・・・排出
孔、２３・・・軟着廃用排出孔、２４・・・作動油供給
口（流体供給口）、２５・・・作動油排出口（流体排出
口）、２８・・・軟着塵用作動油排出口（軟着廃用流体
排出口）　、３０．３１．３２・・・逆止弁、３３・・
・オーバーシュート防止用作動油排出口（オーバーシュ
ート防止用流体排出口） 代理人　　　森　　本　　義　　弘 第１図 第６図 （ａ）　　　　　　　　（ｂ） 第２゛７（図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、内燃機関の吸気弁または排気弁の開閉制御を流体圧
   を用いて行なう流体圧駆動式動弁制御装置において、 前記吸気弁または排気弁に連動する棒状ピ ストンを、機関燃焼室の上方に設けられた流体圧シリン
   ダに滑動可能に嵌挿し、 前記棒状ピストンに、この棒状ピストンの 端面からその内部に向かう軸心方向の流体通路を形成す
   るとともに、この棒状ピストンの側面から前記流体通路
   に向けて貫通する供給孔および排出孔を形成し、 前記流体圧シリンダの側壁に、前記供給孔 に連通する流体供給口と、前記排出孔に連通する流体排
   出口とを形成し、 前記吸気弁または排気弁の開閉にともなう 流体圧シリンダ内での棒状ピストンの摺動により、前記
   吸気弁または排気弁の最大リフトの手前および着座の手
   前で流路を徐々に絞り込み可能なように、前記流体供給
   口と供給孔および前記流体排出口と排出孔のうち必要箇
   所の断面を軸心方向に先細り状に形成したことを特徴と
   する流体圧駆動式動弁制御装置。 ２、流体圧シリンダは、吸気弁または排気弁が最大リフ
   トを越えたときに供給孔に連通するオーバーシュート防
   止用流体排出口を有することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項に記載の流体圧駆動式動弁制御装置。 ３、棒状ピストンは、吸気弁または排気弁が着座する直
   前に流体圧シリンダに形成された軟着座用流体排出口と
   軸心方向の流体通路とを連通させる軟着座用排出孔を有
   することを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項に記載の流体圧駆動式動弁制御装置。