JPH0357808A - 可変バルブタイミング装置 - 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、車両用エンジンの動弁系に設けられて吸気バ
ルブの開閉タイミングを可変に制御する可変バルブタイ
ミング装置に関し、詳しくは、油圧リフタを用いた方式
に関する。

〔従来の技術〕

一般にエンジンにおいては、低速●低負荷の条件では、
バルブ開時間を短くして燃費を向上すると共に運転を安
定化し、高速・高負荷の条件では、バルブ開時間を長く
して高出力化を図るようにバルブタイミングを可変に制
御することが提案されている。この場合の可変制御方法
として種々提案されているが、カムフォロアによるバル
ブのリフト量を変化させればバルブタイミングも変化す
ることから、カムとバルブとの間に油圧リフタを設けて
このりフタ油圧を制御するものがある。

そこで従来、この種の油圧リフタによる可変バルブタイ
ミング装置に関しては、例えば特開昭６ｔ−９３２１８
号公報の先行技術がある。ここで、カムとバルブとの間
に介設される油圧リフタを、カップ状のアウタリフタに
中空ボックス状のインナリフ夕を嵌合し、両者の間に高
圧オイル室を設けて構成する。そして高圧オイル室への
オイル通路中に逆止弁を設け、この逆止弁を電磁弁によ
り強制的に開いて高圧オイル室の油圧を制御することが
示されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、上記先行技術のものにあっては、油圧リフタ
のカムとバルブとの受圧面積が等しくなっているため、
カムリフト量に対しバルブリフト量が等しいか，または
小さい関係になり、タイミング制御域の拡大，カム側の
構造の小型化等が期待できない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたもので、その目的
とするところは、バルブのリフト量と共にタイミングの
制御域を拡大し、広い運転域で最適にバルブタイミング
を制御することが可能な可変バルブタイミング装置を提
供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達或するため、本発明の可変バルブタイミン
グ装置は、ダイレクト式動弁機横のバルブとカムとの間
に油圧リフタを介設する可変バルブタイミング装置にお
いて、上記油圧リフタは、リフタボデーに上記カム側に
接する大径のカムピストンと、上記バルブ側に接する小
径のリフタピストンとを嵌合し、これらの内部に油圧室
を形成して戊り、上記油圧室にオイル供給通路を連通し
、リリーフ通路に、制御ユニットの信号によりリリーフ
タイミングを変化させてバルブタイミングおよびバルブ
リフト量を可変に制御する電磁リリーフ弁を設け、上記
リフタピストンと上記バルブとの間にチェック弁付高圧
室を備えたアジャスタピストンを介設し、上記チェック
弁付高圧室に連通する油通路を上記リフタピストン端部
に連通開口すると共に、上記油通路に連通する通路を上
記リフタピストン端部の小径部に設け、上記リフタピス
トンの段差部が当接するストツバを上記リフタボデーの
小径筒部上部に形成したことを特徴とするものである。

〔作　　　用〕

上記構成に基づき、カムの回転によるリフトで大径のカ
ムピストンが押し下げられ、それに応してリフタピスト
ンが作動する。この場合、リフタピストンの移動量は大
径のカムピストンと小径のリフタピストンとの受圧而積
の比に応じて定められる。そしてバルブを倍増してリフ
トしながらダイレクト式に開弁動作する。そして電磁リ
リーフ弁によりリリーフタイミングを変化することで、
各運転条件等に応じてリフト量と共にバルブタイミング
が常に最適に可変に制御されるようになる。

また閉弁の際に、バルブ着座と同時にリフタボデースト
ッパ部とリフタピストンとの間に浦の閉じ込みを生じ、
着座衝撃力を吸収する。一方、このアジャスタピストン
の高圧室によりバルブの伸縮等を吸収し、バルブクリア
ランスを零調整するようになる。

〔実　施　例〕

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図（ａ）　．　（ｂ）において、符号ｌはシリンダ
ヘッド、２は吸（排）気ポー１・、３は吸（排）気バル
ブ、４は動弁機構であり、吸（排）気バルブ３は、シリ
ンダヘッドｌのバルブガイド５により支持されて傘部３
ａをバルブシート６に接し、ステムエンド３ｂのりテー
ナ７にバルブスプリング８が吸（排）気バルブ３を閉じ
る方向に付勢して取付けられる。動弁機構４は、吸（排
）気バルブ３のステムエンド３ｂ側にカム軸９のカムｌ
Ｏを同軸上に配置し、ダイレクト式に弁開閉動作するよ
うになっている。

そこで上記吸（排）気バルブ３とカムＬＯとの間に、可
変バルブタイミング用の油圧リフタ２０が介設されてい
る。この浦圧リフタ２０は、シリンダヘッドｌのバルブ
スプリング８後方の四部１１において、リテーナ７と干
渉しない位置にカップ状のりフタボデ−２１が圧大して
嵌着される。リフタボデ−２１は、大径筒部２１ａに対
しその底部中心に小径筒部２ｌｂを有する形状であり、
大径筒部２１ａに受圧面積の大きいカムピストン２２が
底をカムＩＯ側に向け嵌合し、小径筒部２ｌｂに受圧面
積の小さいリフタピストン２３が底を吸（排）気バルブ
３側に向けて嵌合してある。こうしてリフタボデ−２１
の内部のカムピストン２２とリフタピストン２３との間
に、油圧室２４が形成され、カムピストン２２とリフタ
ピストン２３との間に、スプリング２５が付勢される。

そしてカムピストン２２にはカム１０が摺接し、リフタ
ピストン２３が吸（排）気バルブ３のステムエンド３ｂ
に当接して構成されるのであり、これによりカム１０の
リフト量Ｊｌ１に対し、浦圧室２４の容積Ｖ，カムピス
トン２２の受圧面積Ａ１と、リフタピストン２３の受圧
而積Ａ２との比（Ａ１　／Ａ２　）により、吸（排）気
バルブ３をリフトする。即ち、吸（排）気バルブ３のリ
フト量Ｊｌ２は、 Ｊｌ２−Ａ１／Ａ２　ＸＡ１　−Ｖ になり、バルブリフトがカムピストン２２の受圧面１ａ
Ａ１とリフタピストン２３の受圧面積Ａ２との比（ＡＩ
／Ａ２）により倍増作用される。

また吸（排）気バルブ３々（バルブシ一ト６に着座した
時の衝撃緩和対策として、リフタボデ−２｛の小径筒部
２ｌｂに貫通孔２１ｄを形成したストツバ２１ｃが設け
られ、このストツパ２１ｃと、リフタビストン２３の段
差部２３ａとの間にオイルダンパを形成するようになっ
ている。リフタピストン２３の吸（排）気バルブ３側に
はアジャスタピストン２６が嵌合し、アジャスタピスト
ン２６の内部にリフタピストン２３の油通路２３ｂ，チ
ェック弁２７を介して高圧室２Ｂが設けられ、リフタピ
ストン２３の段差部２３ａのカム１０ａ側には、リフト
時にリフタピストン２３の段差部２３ａとストッパ２１
ｃとの間に流入したオイルを油圧室２４内へオイルが油
通路２３ｂを介して排出する通路２３ｃがリフタピスト
ン２３の小径部２３ｄに設けられ、通路２３ｃの下端位
置は段差部２３ａからｍだけ離れた位置とし、この長さ
ｍは、第４図に示す吸（排）気バルブ３が閉弁する直前
のランプ領域に入る点ＣのランプリフトＬより所定長さ
ｎだけ小さい長さ（ｍ＝Ｌ−ｎ）に設定されている。こ
うして吸（排）気バルブ３の閉弁時には、アジャスタピ
ストン２６によりリフタピストン２３を常にストッパ２
１ｃに当接すると共に、吸（排）気バルブ３の傘部３ａ
がバルブシ一ト６に当接して閉弁する。

油圧系について述べると、オイルボンプ３０からの通路
３１がチェック弁３２を有して油圧室２４に連通し、油
圧室２４のリリーフ通路３３に電磁リリーフ弁３４が設
けられる。そして制御ユニット４０の信号により電磁リ
リーフ３４のリリーフ量を制御して、油圧室２４の容積
を可変に制御するようになっている。

第２図において、制御ユニット４０について述べる。

先ず、エンジン回転数Ｎｅを検出するクランク角センサ
３５，負荷に応じた吸入空気ＩＬＱを検出するエアフロ
ーメータ３６，気筒を判別するカム角センサ３７，スロ
ットル開度センサ３８，水温センサ３９を有する。クラ
ンク角センサ３５のエンジン回転数Ｎｅとエアフローメ
ータ３６の吸入空気ｆｔＱとは運転条件判定部４ｌに人
力し、エンジン回転数Ｎｏと吸入空気量Ｑとの関係から
各運転条件を判断し、この信号がバルブタイミング決定
手段４２に入力する。バルブタイミング決定手段４２に
おいては予め第３図に示すようなバルブタイミングのマ
ップが設定されており、低速または低負荷ではバルブタ
イミングを遅角することにより開き角を小にし、中速・
中負荷ではバルブタイミングをやや遅角して開き角を中
にし、高速・高負荷ではバルブタイミングを遅角せず開
き角を大にする。かかるバルブタイミングに応じたバル
ブ開き角φの信号は電磁リリーフ弁開閉タイミング設定
手段４３に人力し、この電磁リリーフ弁開閉タイミング
信号は駆動部４４に入力し、電磁リリーフ弁３４に出力
するようになっている。

またスロットル開度センサ３８のスロットル開度θは加
速検出手段４５に人力し、ｄθ／ｄｔにより加速を検出
し、この加速信号は補正量設定手段４６に人力してタイ
ミング補正量ΔＴ，を定める。水温センサ３９の水温ｔ
は補正量設定手段４７に人力する。

ここで冷態時には、使用オイルの粘性が変化すると、バ
ルブ開閉時期が変化するので、これを補うためタイミン
グ補正量ΔＴ，が設定されるのであり、これらの補正量
ΔＴｅ，　　ΔＴ，が電磁リリーフ弁開閉タイミング設
定手段４３に人力してリリーフ弁の開閉タイミングを補
正する。

一方、多気筒エンジンでは、すべての気筒の油圧リフタ
２０の油圧系を単一の電磁リリーフ弁３４で一律に制御
することは難しく、個々の気筒毎，または点火順序によ
る区分けされた複数気筒毎に、電磁リリーフ弁３４で独
立して制御される。そこでこれに対応するため、カム角
センサ３７の気筒判別信号が駆動部４４に人力し、点火
順序に応じて該当する気簡の場合にタイミング信号を出
力するようになっている。

次いで、かかる構戊の可変バルブタイミング装置の作用
を、第４図のバルブリフトカーブおよびタイミングチャ
ートを用いて述べる。

先ず、エンジン運転時に、カムＩＯがベースサークルに
あるとき油圧リフタ２０の曲圧室２４にはオイルボンブ
３０により常にオイルが供給され、電磁リリーフ弁３４
で一部リリーフされて所定の容積Ｖｏまで充填される。

また油圧リフタ２０の油圧室２４のオイルは、チェック
弁２７を介してアジャスタピストン２６の高圧室２８に
供給されて、常に一定の高圧が生じている。

そこで動弁機横４のカム１０が、カム軸９により回転し
てリフトすると、油圧リフタ２０の大径のカムピストン
２２の押圧移動が始まる。そして制御されたタイミング
で電磁リリーフ弁３４が閉じると、内部に高圧を発生す
るために有効な容積ｖ８となる。そしてこの高圧発生時
以降に高圧と受圧面積比とによる押圧力が小径のリフタ
ピストン２３に倍増して作用し、更にアジャスタピスト
ン２６の高圧室２８の油圧を介して吸（排）気バルブ３
に作用する。このため吸（排）気バルブ３は、バルブス
プリング８に抗してストロークし、カムリフトに対し所
定のタイミングでリフトしてダイレクト式に開弁動作す
る。

ところで、かかるエンジン運転時に、エンジン回転数Ｎ
ｅと負荷とに応じた吸入空気量Ｑの信号が制御ユニット
４０の運転条件判定部４ｌに人力して各運転条件が判断
され、バルブタイミング決定手段４２でバルブ開き角φ
がマップにより検索される。

そこで低速または低負荷の条件では、バルブ開き角φが
小に設定され、電磁リリーフ弁開閉タイミング設定手段
４３で電磁リリーフ弁閉タイミングを遅角する信号を、
駆動部４４を介して電磁リリーフ弁３４に出力してリリ
ーフ量を多くする。このため、油圧室２４の有効容積ｖ
ｋ８が小さく制御されることになり、カムリフトに対し
大きく遅れてバルブリフトして吸（排）気バルブ３のリ
フトが小さくなる。即ち、第４図のように下死点前で排
気バルブが開弁し、上死点前で吸気バルブが開弁する場
合のリフト特性は曲線ＬＩＢＸ　＋　　Ｌ　Ｉ　ＩＮの
ようになり、バルブ開き角φの小さいバルブタイミング
になる。

一方、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量Ｑとが増大した
条件になると、電磁リリーフ弁３４のリリーフ量が減じ
て油圧室２４の有効容積Ｖ８は増大制御されることにな
り、このため油圧室２４の有効容積ＶＥの増大に応じバ
ルブリフト開始が早まり、バルブリフトａは第４図の曲
線Ｌ２［（Ｘ　＋　　ＬＮＲＸ　＋Ｌ２ＩＮ　＋　　Ｌ
　３１？＋のように増し、これに応じてバルブ開き角φ
も大きくなる。こうして、各運転条件に対し常に最適な
バルブタイミングに可変制御される。

またカム１０のベースサークルでは、吸（排）気バルブ
３がバルブスプリング８により後退して閉弁動作するが
、このとき吸（排）気バルブ３がバルブシ一ト６に着座
する直前のランプ領域に入るＣ点で、第１図（ｂ）に示
すごとく、ゾフタピストン２３の通路２３ｃがストッパ
２１ｃによって閉じられ、リフタピストン２３の段差部
２３ａとストツバ２１ｃとの間にオイルが貯留される。

このオイルは、アジャスタピストン２Ｂの高圧室２８の
油圧によりリフタピストン２３の小径部２３ｄとストッ
パ２１ｃの貫通孔２３とのクリアランスから排出されて
、リフタピストン２３の段差部２３ａがストツバ２１ｃ
に当接し吸（排）気バルブ３は閉弁する。

第５図において、本発明の第２の実施例として吸（排）
気バルブ３とカム｛０の軸線が偏心している場合につい
て述べる。

かかる実施例では、カムｌＯの軸線０１と同軸上に油圧
リフタ２０のリフタボデー２１，カムピストン２２が配
置される。またリフタボデ−２１の小径筒部２ｌｂのピ
ストン孔２｛８は、吸（排）気バルブ３の軸線０２と同
軸上に配置され、ピストン孔２１ｅにリフタピストン２
３が傾いて挿入される。こうして、油圧リフタ２０のカ
ムピストン２２とリフタピストン２３の配置は、偏心角
Ａに応じ偏心しているが、油圧室２４の油圧は上記実施
例と同様に作用して、弁開閉動作およびバルブタイミン
グを可変に制御する。

第６図において、本発明の第３の実施例として吸（排）
気バルブが２個以上の場合について述べる。

かかる実施例では、油圧リフタ２１のリフタボデ−２１
の小径筒部２ｌｂに、２個の吸（排）気バルブ３．３′
のピストン孔２Ｌｅ，　２Ｌｅ’がそれぞれの輔線ｏ２
，ｏ’２に応じた異なる傾きで設けられ、各ピストン孔
２１ｅ．　２１ｅ’　にリフタピストン２３．　　２３
’が１茨合する。そして一方のリフタピストン２３′　
　も同様にして他方の吸（排）気バルブ３′に連結する
。こうして、１組のカム１０，浦圧リフタ２０のカムピ
ストン２２および油圧室２４に対し、２組の吸（排）気
バルブ３．３′が組合わされるが、油圧室２４の油圧は
２個のリフタピストン２３．　２３’　に等しく作用す
る。そこで、カム１０のリフトにより２個の吸（排）気
バルブ３．３′が同時にリフトし、上記実施例と同様に
作用する。

以上、本発明の実施例について述べたが、これに限定さ
れない。

〔発明の効果〕

以上述べてきたように、本発明によれば、ダイレクト式
動弁機構のカムとバルブとの間に介設される可変バルブ
タイミング用油圧リフタが、受圧面積を異にして構成さ
れ、カムリフトに対しバルブリフトを倍増作用するので
、カム自体の形状を小型化し得る。

さらに、油圧リフタの受圧面積の比によりバルブリフト
状態を任意に定めることができ、設計の自由度が増大す
る。

また、油圧リフタの油圧室の容積を各運転条件に応じ電
磁リリーフ弁により電子制御するので、常に最適なバル
ブタイミングが得られ、燃費，出力等を向上し得る。

さらにまた、油圧リフタのリフタピストンとバルブとの
間には高圧室を有するアジャスタピストンが介設され、
リフタボデーの小径筒部上部にストッパが、リフタピス
トンの上部に段差部がそれぞれ形成されているので、バ
ルブ閉弁時にストツバと段差部との間にオイルが貯留さ
れ、オイルダンパ作用をするため、バルブ着座時の衝撃
が吸収され、着座音を低減し得る。

そして、第２の実施例のようにカムとバルブとの配置が
偏心したり、第３の実施例のように多弁用にも適用でき
、設計自由度が増す。

【図面の簡単な説明】

第■図（ａ）は本発明の可変バルブタイミング装置の実
施例を示す構成図，第１図（ｂ）は要部の拡大断面図、 第２図は制御ユニットのブロック図、 第３図はバルブタイミングのマップを示す図、第４図は
バルブタイミングの可変状態を示すバルブダイヤグラム
図、 第５図は偏心カムに適用した本発明の第２の実施例を示
す構成図、 第６図は多弁式に適用した本発明の第３の実施同を示す
構成図である。 ３・・・吸（排）気バルブ、４・・・動弁機構、１０・
・・カム、２０・・・油圧リフタ、２Ｉ・・・リフタボ
デー、２１ｃ・・・ストツバ、２２・・・カムピストン
、２３・・・リフタピストン、２４・・・油圧室、２６
・・・アジャスタピストン、２７・・・チェック弁、２
８・・・高圧室、３ｌ・・・オイル供給通路、３３・・
・リリーフ通路、３４・・・電磁リリーフ弁、４０・・
・制御ユニット

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）ダイレクト式動弁機構のバルブとカムとの間に油
   圧リフタを介設する可変バルブタイミング装置において
   、 上記油圧リフタは、リフタボデーに上記カム側に接する
   大径のカムピストンと、上記バルブ側に接する小径のリ
   フタピストンとを嵌合し、これらの内部に油圧室を形成
   して成り、 上記油圧室にオイル供給通路を連通し、リリーフ通路に
   、制御ユニットの信号によりリリーフタイミングを変化
   させてバルブタイミングおよびバルブリフト量を可変に
   制御する電磁リリーフ弁を設け、 上記リフタピストンと上記バルブとの間にチェック弁付
   高圧室を備えたアジャスタピストンを介設し、 上記チェック弁付高圧室に連通する油通路を上記リフタ
   ピストン端部に連通開口すると共に、上記油通路に連通
   する通路を上記リフタピストン端部の小径部に設け、上
   記リフタピストンの段差部が当接するストッパを上記リ
   フタボデーの小径筒部上部に形成したことを特徴とする
   可変バルブタイミング装置。
2. （２）上記油圧リフタのリフタボデー、カムピストンは
   同軸上に配置し、 上記リフタボデーの小径筒部に上記カムとバルブとの偏
   心に応じてピストン孔を設け、上記ピストン孔に上記リ
   フタピストンを上記バルブと同軸上の配置で嵌合する請
   求項（１）記載の可変バルブタイミング装置。
3. （３）上記油圧リフタにおけるリフタボデーの小径筒部
   には、２個のピストン孔をバルブ配置関係に応じて設け
   、 上記２個のピストン孔のリフタピストンを２個以上のバ
   ルブに同時に連結する請求項（１）記載の可変バルブタ
   イミング装置。