JPH0213124B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、吸排気弁と開閉駆動するカム機構を
エンジン回転数に応じて切換える可変弁機構の駆
動装置に関し、特に、可変弁機構の油圧シリンダ
に供給されないオイルをエンジンの各摺動部へ給
送する抵抗弁ユニツトの改良に関するものであ
る。

従来より、機関の吸気弁、排気弁等の開閉弁の
開閉条件を機関作動特性に応じて可変となした可
変バルブ機関において、該開閉弁を作動せしめる
カム軸にカムプロフイルの異なる複数のカムを互
いに隣接して止着し、エンジンの作動特性に応じ
てカム軸（又は、ロツカーアーム）を移動させる
ことにより選択的に開閉弁を開閉するようにした
可変バルブ機関は数多く提案されている。そして
カム軸又はロツカーアームの移動手段として、該
カム軸又はロツカーアームに連結される油圧ピス
トンが用いられ、該油圧ピストン自体はエンジン
の回転に応じて駆動されるオイルポンプからの吐
出オイルにより駆動される。また、この吐出オイ
ルは同時にエンジンの各摺動部の潤滑にも使用さ
れるのが一般的である。そして一般にはエンジン
の回転数が比較的低いときは、吐出オイルの全量
が該エンジンの各摺動部の潤滑用に使用されるよ
うになつている。従つて、このようなエンジン状
態において、カム軸又はロツカーアームを移動さ
せるべく油圧ピストンを駆動すると、オイルポン
プの吐出オイルはエンジンの各摺動部の潤滑用の
みならず、油圧ピストン駆動用として同時に両油
圧系に供給される為、油圧ピストンへの供給が始
まると同時にオイルポンプからの吐出オイルの圧
力は急激に低下し、油圧ピストンの移動速度は非
常に遅くなつてしまい、エンジンの吸気弁、排気
弁等の開閉条件の可変制御に非常に長い時間を要
してしまう。このことは特に、エンジンの作動特
性が急激に変化した場合、特にエンジンが高回転
運転から低回転運動に急激に変化した場合に重大
な欠点となる。何となれば、このような場合に吸
気弁、排気弁等を高回転用カムから低回転用カム
に変更する訳であるが、その際に前記の如く吸気
弁、排気弁等の可変制御に非常に長い時間を要す
るとエンジンが低回転運転状態になつても、まだ
低回転用カムへの移動が完了しない為、エンジン
の運転性能が損なわれると同時に、排気エミツシ
ヨンにも悪影響を及ぼすからである。

しかして以上の問題を解決すべく、本出願人
は、既に特願昭56−57019号において、オイルポ
ンプからカム軸を切換駆動する油圧シリンダへオ
イルを給送する送油管の途中に、そのオイルをオ
イルパンへ環流させるリリーフ弁と、このリリー
フ弁より低い開弁圧に設定されてオイルをエンジ
ンの各摺動部へ供給可能な抵抗弁ユニツトとを設
けた装置を提案した。

ところがこの装置においては、アイドル運転時
等のようにカム機構を切換える必要のない低回転
数域において、オイルポンプは抵抗弁ユニツトの
弁体を充分開弁させるべくその吐出圧を上昇させ
て、各摺動部へオイルを供給しており、したがつ
てその間、オイルポンプは実質的に該弁体を開放
させるために動力を費していることとなる。また
上記装置においては、長期の使用等によりオイル
ポンプの性能が低下すると、上記低回転数域にお
いて充分吐出圧が上昇せず、このため抵抗弁ユニ
ツトの弁体が開弁しなくなるおそれもある。

本発明は以上の点に鑑み、エンジンの低回転数
域においては低い圧力で抵抗弁ユニツトの弁体を
開弁させることを可能ならしめ、もつてオイルポ
ンプの動力損失を低減させるとともに、性能が低
下しても該弁体を充分開放させることのできる可
変弁機構の駆動装置を得ることを目的としてなさ
れたもので、吸排気弁を開閉駆動するカム機構を
エンジンオイルポンプの吐出オイル圧によつて切
換え作動させ、かつオイルポンプから上記可変弁
機構の油圧シリンダへオイルを給送する送油管の
途中に、該オイルをオイルパンへ環流させるリリ
ーフ弁と、このリリーフ弁より低い開弁圧に設定
されてオイルをエンジンの各摺動部へ供給可能な
抵抗弁ユニツトとを有する可変弁機構の駆動装置
において、上記抵抗弁ユニツトの弁体の開弁圧を
可変とすべく構成したことを特徴としている。

以下図示実施例により本発明を説明する。

第１図において、オイルパン１にはエンジン
（図示せず）の潤滑に使用するオイル２は満たさ
れている。オイルポンプ４はエンジンの回転に応
じて回転駆動され、吸入管３にてオイル２を汲み
上げ第１送油管５に圧送する。リリーフバルブユ
ニツト７は送油管５から延びる分岐管６を介して
送油管５に連通せしめられる。リリーフバルブユ
ニツト７のニードルバルブ８はスプリング９によ
り付勢されており、通常分岐管６の油圧を５〜６
Kg／cm²に保つべくスプリング９の初期ばね荷重を
調整してある。戻し管１０はリリーフバルブユニ
ツト７にて調圧された余りのオイルをオイルパン
１に戻す通路である。

抵抗弁ユニツト１１は上記送油管５内のオイル
を潤滑油としてユニツトの各摺動部へ供給するも
のであり、各摺動部への通路１２を開閉するニー
ドルバルブ１３は、スプリング１４により付勢さ
れ、非作動時において入口１５と通路１２とを遮
断する。ニードルバルブ１３の開弁圧はリリーフ
バルブユニツト７の開弁圧より低くセツトしてあ
る。ニードルバルブ１３の周囲であつて通路１２
との接続部には環状溝１６が設けられる。抵抗弁
ユニツト１１より流出したオイルは通路１２を介
してエンジンの各摺動部（図示せず）に送られ
る。ピストン室１７内に摺動自在に嵌合されたピ
ストン１８とニードルバルブ１３との間は、スプ
リング１４が弾装されており、ピストン１８の軸
方向位置によりバルブ１３への付勢力が変化する
ようになつている。すなわち、これによりバルブ
１３の開弁圧が変化する。ストツパボルト１９
は、ボデイー３２にネジ止めされており、ピスト
ン１８の軸方向移動量を規制するとともにオリフ
イス２０を介してピストン室１７を外部とを連通
する。スプール弁２１はシリンダ２２内に液密的
に嵌合し、軸方向に摺動自在である。スプール弁
２１の中央部外周には環状溝２３が設けられ、こ
のスプール弁２１の位置により、シリンダ２２に
設けられたポート２４，２５を相互に連通もしく
は遮断する。スプリング２６はスプール弁２１を
図中左方向に付勢しており、セツトボルト２７に
よりその付勢力が定められる。シリンダ２２の左
室２８は送油路２９を介して上記環状溝１６に連
通しており、エンジンの各摺動部に連通する通路
１２内の潤滑油圧が導かれる。一方ポート２４は
送油路３０を介して抵抗弁ユニツト１１の入口１
５に連通しており、ポート２５は送油路３１を介
してピストン室１７に連通する。

油圧切換弁４０は抵抗弁ユニツト１１の上流側
において、第１送油管５から分岐する第２送油管
４１に連通する。油圧切換弁４０には油圧シリン
ダー５０の左室５１に連通する第３送油管４２、
油圧シリンダ５０の右室５２に連通する第４送油
管４３、オイルパン１に連通するドレン用送油管
４４がそれぞれ設けられる。コンピユータ５６は
エンジン回転数S₁、水温S₂、負荷S₃あるいは油温
S₄等のエンジン運転条件を代表する信号により導
線５７を介して油圧切換弁４０を制御し、各送油
管４１，４２，４３，４４の連通する組合せを決
定する。この組合せパターンとしては送油管４１
→４２，４３→４４、及び４１→４３，４２→４
４の２通りの選択があり、エンジン運転条件によ
り決定される。第１図では油圧切換弁４０は４１
→４３，４２→４４が連通する第２の位置にあ
る。油圧シリンダ５０の油圧ピストン５３はシー
ル材５４により液密的に摺動可能である。連結棒
５５の一端は油圧ピストン５３に固定されてい
る。

カムシヤフト６０はエンジンの回転に同期して
回転駆動される。高速回転用カム６１、低速回転
用カム６２は、それぞれ高速回転、低速回転に適
合した吸、排気弁のバルブリフト量及びバルブ開
閉時期が得られるようなプロフイールを持つてい
る。ロツカアーム６３はカムフオロア６４、ブツ
シユ６５、アーム６６からなり、ブツシユ６５は
ロツカシヤフト６７に揺動及び軸方向に摺動可能
に係合している。ブツシユ６５はロツカシヤフト
６７にラチエツト６８により位置決めされるもの
で、ラチエツト６８はボール６９をセツトスプリ
ング７０を介してロツカシヤフト６７の円周溝７
１または７２に押し付けるようになつている。な
お、円周溝７１は高速回転用カム６１を使用する
場合、円周溝７２は低速回転用カム６２を使用す
る場合に用いられる。７３はバルブリフタであ
る。また連結棒５５には、リテーナ７４，７５が
所定間隔だけ離して嵌着されるとともに、これら
の間には、圧縮スプリング７８，７９を介してリ
ング７６，７７は軸方向に移動可能に嵌合され
る。リング７６，７７の間にはピン８０が挾持さ
れ、このピン８０を介して圧縮スプリング力がブ
ツシユ６５に伝えられる。

第２図は上記油圧切換弁４０の具体的構造の一
例を示すものである。

１０１は嵌合穴１０２を設けたハウジングで、
この嵌合穴１０２にはスプール弁１０５が嵌合穴
１０２の軸心方向に液密的に移動可能に嵌合され
る。ハウジング１０１にはスプール弁１０５によ
り嵌合穴１０２に選択的に連通される環状溝１０
６，１０７，１０８，１０９，１１０が設けられ
ている。環状溝１０６と１１０は連通穴１１１に
より連結される。環状溝１１０は送油管４４に連
結されドレン側に通じている。環状溝１０７は送
油管４２を介して油圧シリンダ５０の左室５１に
連結される。環状溝１０８は送油管４１に連結さ
れそこからオイルが供給される。環状溝１０９は
送油管４３を介して油圧シリンダ５０の右室５２
に連結される。スプール弁１０５の左端部には連
結材１１７を介してコア１１６が設けられる。コ
ア１１６の周囲にはコイル１１３が設けられ、コ
イル１１３に通電されない状態ではスプール弁１
０５はバネ１１５により図中右端位置に押し付け
られている。

さて、スプール弁１０５が図示の位置にあると
き、送油管４１内のオイルは環状溝１０８，１０
９、送油管４３を介して油圧シリンダ５０の右室
５２に流入する。一方、油圧シリンダ５０の左室
５１に連通する送油管４２は環状溝１０７，１０
６、連通穴１１１、環状溝１１０、送油管４４を
介してドレン側に通じている。油圧切換弁４０に
切換え信号が入力され、コイル１１３に通電され
るとスプール弁１０５はバネ１１５を圧縮し、図
中左端側に吸引される。この状態において、油圧
シリンダ５０の右室５２に連通する送油管４３は
環状溝１０９，１１０、送油管４４を介してドレ
ン側に通じ、一方油圧シリンダ５０の左室５１に
連通する送油管４２は環状の溝１０７，１０８、
送油管４１を介してオイルが供給され油圧ピスト
ン５３は前述の如く第１図において右側に移動す
る。

以上の如く構成した装置の作動は次の通りであ
る。エンジンの回転に応じて回転駆動されるオイ
ルポンプ４により、オイルパン１のオイル２は吸
入管３を通り第１送油管５に圧送される。送油管
５にはリリーフバルブユニツト７が分岐管６を介
して取付けてあり、分岐管６内の油圧がスプリン
グ９のセツト圧より低い場合はニードルバルブ８
が開かず、したがつて、分岐管６と戻し管１０は
遮断され、オイルポンプ４の吐出オイルは全量送
油管５に送られる。逆に、分岐管６内の油圧がス
プリング９のセツト圧より高くなるとニードルバ
ルブ８が開いて分岐管６と戻し管１０が連通し、
その結果、送油管５内のオイルの一部が戻し管１
０に逃げ、送油管５内の油圧が設定値（通常５〜
６Kg／cm²）以上にならないようになつている。送
油管５内のオイルは一部は送油管４１を通り油圧
切換弁４０に流入する。このとき、送油管４１は
送油管４３を介して油圧シリンダ５０の右室５２
に連通しているが、油圧ピストン５３は図中左方
にフルストロークした状態にあるため、これ以上
オイルは右室５２内には流入できず、単に油圧ピ
ストン５３を左方に押し付ける力としてのみ作用
する。このため送油管５内のオイルは全量抵抗弁
ユニツト１１に圧送される。入口１５に流入した
オイルは、スプリング１４を圧縮しニードルバル
ブ１３を押し開いて環状溝１６に流入し、通路１
２を通りエンジンの各摺動部へ供給されてこれを
潤滑する。しかしてエンジン回転数が高い場合、
通路１２内の潤滑油圧が高いため、スプール弁２
１の左室２８内の油圧も高い。したがつてスプー
ル弁２１はスプリング２６の付勢力に打ち勝つて
図中右方向に移動し、溝２３がポート２４，２５
の両者に連通することとなり、入口１５内のオイ
ルの一部は送油路３０、ポート２４、環状溝２
３、ポート２５、送油路３１を通り、ピストン室
１７に流入する。このため入口１５とピストン室
１７の油圧は等しくなるが、ニードルバルブ１４
とピストン１８の受圧面積の差により、ピストン
１８は図中左端に移動する。すなわちスプリング
１４は、ニードルバルブ１３を所定の力で左端に
押し付けるべく圧縮され、この結果ニードルバル
ブ１３は所定の開弁圧を保つこととなり、これに
より送油管５内の油圧は抵抗弁ユニツト１１の開
弁圧以上に保たれる。この状態において油圧切換
弁４０に切換信号が入力されると、油圧シリンダ
５０側にオイルが急激に流入するため、送油管５
内の油圧は急激に低下する。この油圧がニードル
バルブ１３の開弁圧以下になると、このニードル
バルブ１３は入口１５を閉じ通路１２へのオイル
供給を一時停止し（0.3秒程度）油圧シリンダ５
０側にオイルポンプ４の吐出油を実質的に全量供
給する。しかして通路１２内の油圧が一時的に０
となるのでスプール弁２１の左室２８の油圧も０
となり、スプール弁２１はスプリング２６により
図中左端に移動してポート２４，２５を遮断す
る。この結果、送油路３１、ピストン室１７への
オイルの導入が停止され、ピストン室１７のオイ
ルは、ピストン１８がスプリング１４に押されオ
リフイス２０を介して外部へ流出するが、オリフ
イス２０を介して流出するためピストン１８は油
圧ピストン５３の移動時間（0.3秒程度）内では
ほとんど移動せず、したがつてニードルバルブ１
３の開弁圧はほとんど低下しない。しかして油圧
ピストン５３の移動が完了すると再び送油管５内
の油圧が上昇し、ニードルバルブ１３が押し開か
れて通路１２にオイルが供給され、スプール弁２
１は図中右方向に移動する。このようにエンジン
摺動部への潤滑油の供給が一時的に停止される
が、ジヤーナル軸受では一時的に給油を停止して
も摺動部の油膜厚さはほとんど減少せず問題とは
ならない。

次にエンジン回転数が低下（カム切換をおこな
わない回転域）した場合を第３図に基いて説明す
る。この場合、通路１２内の潤滑油圧も低下する
ため、スプール弁２１はスプリング２６により図
中左端に移動され、この結果ピストン室１７への
オイルの導入が停止する。この時ピストン１８は
スプリング１４により図中右方向に押されてスト
ツパボルト１９に当接するまで移動し、ピストン
室１７内のオイルはオリフイス２０を介して外部
へ流出する。したがつて、スプリング１４のニー
ドルバルブ１３に対する押し付け力は非常に弱く
なり、ニードルバルブ１３の開弁圧がほぼ０とな
つて、送油管５と通路１２の油圧はほぼ等しくな
る。すなわち、ニードルバルブ１３は非常に低い
開弁圧で開放することとなり、オイルポンプ４は
極めて低い吐出圧で駆動する。

第１図は吸、排気弁の駆動用のカムが高速回転
用カム６１から低速回転用カム６２へ切換えられ
る直前の状態を示すが、油圧ピストン５３がこの
状態から右方向に動くと、これとともに、連結棒
５５も左方向に移動し、圧縮スプリング７８が圧
縮される。この圧縮力はピン８０を介してロツカ
アーム６３に伝わり、ラチエツト６８の設定値よ
り大きくなつた時、ラチエツト６８のボール６９
が円周溝７１から外れ、ロツカアーム６３は圧縮
スプリング７８の圧縮により急激に右方向に移動
する。なお、ラチエツト６８が外れてもロツカア
ーム６３は高速回転用カム６１と低速回転用カム
６２の共通するベース円上でしか移動しない構造
になつている（図示せず）。しかして、ラチエツ
ト６８のボール６９の円周溝７２に嵌入して低速
回転用カム６２とカムフオロア６４とが係合し、
ロツカアーム６３は低速に適したバルブ作動を
吸、排気弁に伝達することとなる。逆に低速回転
用カム６２より高速回転用カム６１に切り換える
場合も上記と同様にして行われる。

上述したように吸、排気弁を切り換えない低回
転域においては抵抗弁ユニツト１１、ニードルバ
ルブ１３の開弁圧をほぼ０として潤滑油を流すこ
とができるのでオイルポンプ４の吐出圧は低くて
すみ動力損失を小さくすることができ、また吸、
排気弁を切換える高回転域では自動的にニードル
バルブ１３の開弁圧を高くして抵抗弁システムを
作動させ、油圧ピストン５３を非常に速く作動さ
せることができる。

第４図は第２の実施例を示し、上記第１の実施
例と異なり、抵抗弁ユニツト１１の開弁圧を三方
向切換弁１３０を切換えることにより可変とした
もので、この切換制御はコンピユータ５６により
行なわれるようになつている。三方向切換弁１３
０はハウジング１３１内に液密を保つて回転自在
に嵌合されたロータ１３２を回転させることによ
りオイルの流路を切換える。すなわちハウジング
１３１に切換穴１３３，１３４，１３５が穿設さ
れる一方、ロータ１３２にはこれらの切換穴１３
３，１３４，１３５に選択的に連通可能な通路１
３６が形成され、図示しないパルスモーター等を
介してロータ１３２を回動させることにより、こ
れら切換穴１３３，１３４，１３５と通路１３６
の連通関係が切換えられる。なお上記パルスモー
タ等の駆動は、導線１３７を介してコンピユータ
５６により行なわれる。

図示状態においては、切換穴１３３が送油管５
に、切換穴１３４が送油管１３８を介してピスト
ン室１７に、切換穴１３５が送油管１３９を介し
てオイルパン１に、それぞれ連通している。抵抗
弁ユニツト１１のニードルバルブ１３、スプリン
グ１４、ピストン１８の構成は、基本的には上記
第１の実施例のものと同一である。

上記構成を有する第２の実施例の作動を説明す
ると、第４図に示される三方向切換弁１３０のロ
ータ１３２の位置においては、切換穴１３３、通
路１３６、切換穴１３４、送油管１３８を介して
送油管５の油圧がピストン室１７に導入されてい
るため、ピストン１８は図中左端に押し付けら
れ、ニードルバルブ１３の開弁圧は高く保たれ
る。この状態において油圧切換弁４０を切換える
と、上記第１の実施例と同様にオイルポンプ４の
吐出油は実質的に全量油圧シリンダ５０側に供給
され、油圧ピストン５３は非常に速く作動する。

一方油圧切換弁４０を作動させないエンジン運
転領域においては、三方向切換弁１３０のロータ
１３２の回転位置を切換え、ピストン室１７、送
油管１３８、切換穴１３４、通路１３６、切換穴
１３５、送油管１３９を相互に連通させればよ
い。これによりピストン室１７への油圧導入が停
止されるとともに、ピストン室１７のオイルは外
部に流出するためピストン１８は右端部まで移動
する。この結果スプリング１４のニードルバルブ
１３に対する押し付け力は非常に弱くなり、ニー
ドルバルブ１３の開弁圧はほぼ０となつて送油管
５と通路１２の油圧はほぼ等しくなる。

なお三方向切換弁１３０の切換としては、潤滑
油圧を用いて、一定値以上で開弁圧を高くするよ
うに制御するもの、エンジン回転数を用いて、一
定値以上で開弁圧を高くし、またはある回転数範
囲内では開弁圧を高くするよう制御するもの、負
荷を用いて、一定値以上で開弁圧を高くするよう
制御するもの等が考えられるが、これらを組合せ
ることも可能である。

第５図は本発明の第３の実施例を示すものであ
る。この実施例においては、ニードルバルブ１３
の開弁圧は電磁ソレノイド１４０により制御され
るようになつている。しかして、基本的な作用は
上記第２の実施例と同様でありすなわち、例えば
低回転数域等においては、押えピストン１４１を
吸引せず図中右端方向に移動させ開弁圧を低く保
持し、また高回転数域においては、押えピストン
１４１を吸引しスプリング１４の付勢力を強くし
開弁圧を高くするようになつており、その詳細な
説明は省略する。

以上のように発明によれば、吸排気弁を開閉駆
動するカム機構の切換えをエンジン潤滑油をその
まま動力源として用いて行うものでありながら、
カム機構の切換え時には、どのようなエンジン運
転条件においても、油圧シリンダを作動させるに
十分な吐出オイル圧をこの油圧シリンダに供給す
るとともに抵抗弁ユニツトの開弁圧を高く保つて
油圧シリンダによるカム機構の切換えを急速に行
うことができ、またアイドル時のようなカム機構
の切換えを行う必要のないエンジン低回転時にお
いては、抵抗弁ユニツトの開弁圧を低くしてオイ
ルポンプを低い吐出圧で駆動するようにして動力
損失を少なくし、オイルポンプの性能が低下して
も抵抗弁ユニツトを十分開放することができるよ
うにし、エンジン各摺動部への潤滑油の供給には
支障のないようにすることができるという効果が
得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は第１の実施例を示す断面図、第２図は
油圧切換弁を示す断面図、第３図は第１の実施例
においてエンジンが低回転数域にある状態を示す
断面図、第４図は第２の実施例を示す断面図、第
５図は第３の実施例を示す断面図である。 １……オイルパン、２……オイル、４……オイ
ルポンプ、５……送油管、７……リリーフバルブ
ユニツト（リリーフ弁）、１１……抵抗弁ユニツ
ト、１３……弁体（ニードルバルブ）、４０……
油圧切換弁、５０……油圧シリンダ、６０……カ
ムシヤフト、６１……高速回転用カム、６２……
低速回転用カム、１３０……三方向切換弁、１４
０……電磁ソレノイド。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 吸排気弁を開閉駆動するカム機構をエンジン
   回転数に応じて切換えるに当り、その切換えを、
   エンジン各摺動部の潤滑用に使用されるエンジン
   オイルポンプの吐出オイル圧を油圧シリンダに供
   給することによつて行う可変弁機構の駆動装置で
   あつて、オイルポンプから上記可変弁機構の油圧
   シリンダへオイルを給送する送油管の途中に、該
   オイルをオイルパンへ環流させるリリーフ弁と、
   このリリーフ弁より低い開弁圧に設定されてオイ
   ルをエンジンの各摺動部へ供給可能な抵抗弁ユニ
   ツトとを有する可変弁機構の駆動装置において、
   上記抵抗弁ユニツトの弁体の開弁圧を可変とすべ
   く構成したことを特徴とする可変弁機構の駆動装
   置。 ２ 上記抵抗弁ユニツトの弁体の開弁圧は、この
   ユニツトより下流側の油圧に応じて可変であり、
   該油圧が設定値より大きい場合上記開弁圧が高く
   なることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の可変弁機構の駆動装置。 ３ 上記抵抗弁ユニツトの弁体の開弁圧は、三方
   向切換弁を介して可変であることを特徴とする特
   許請求の範囲第１項記載の可変弁機構の駆動装
   置。 ４ 上記抵抗弁ユニツトの弁体の開弁圧は、電磁
   ソレノイドを介して可変であることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項記載の可変弁機構の駆動装
   置。