JPH04502661A - 内燃機関に用いられる電油式の弁制御装置 - 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】 内燃機関に用いられる電池式の弁制御装置背景技術 本発明は請求項１の上位概念に記載した形式の内燃機関に用いられる電池式の弁 制御装置から出発する。

このような形式の公知の弁制御ｉＩｌ装置では、制御したい個々の機関弁に各１ つの電磁弁が配属されているので、多シリンダ内燃機関においては、シリンダ数 に相応した数の電磁弁が設けられていなければならない、これによって、制御装 置全体のコストが高くなるだけでなく、装置の故障発生率も高くなる。すなわち 、たとえば個々の電磁弁と電子制御装置との間に個々の接続ケーブルが設けられ ていなければならず、さらに、これらの接続ケーブルもしくは電磁弁のための個 々の出口が、電子制御装置内に相応に手間のかかる切換え兼プログラム装置を有 していなければならない。

制御されない機関弁においては、弁の開放行程経過が駆動カムのカム軌道の経過 ｌ＝相当している。この場合、開放時間横断面積は、最大要求に、つまり最高回 転数における全負荷に十分となるように形成されている０周知のように、低い回 転数では、機関人口弁の閉鎖時機が早めに設定されると、内燃機関のトルクと出 力とを改善することができる。低い回転数と小さな負荷とに基づき、当然ながら 、所要開放時間横断面積も小となる０周知のように、開放時間横断面積を縮小す るためには、機関弁の開制御過程の間、流出通路が電磁弁によって開放され、こ のことは、この時機に圧力室に、電磁弁にも負荷されてしまうような高い開制御 圧が生ぜしめられてしまう限り問題となる。この圧力を克服するためには、電磁 弁が前制御を有しているか、または強力な開放磁石を有していなければならない 。

ただし、前制御は多くの時間がかかり、また強力な磁石は大きな重量と容積とコ ストとがかかる。

発明の利点 請求項１の特徴部に記載の本発明による電池式の弁制御装置には従来のものに比 べて次のような利点がある。すなわち、いずれにせよ制御を行ないたくない時期 に、高圧力室は遮断室によフて簡単に電磁弁と分断されている。したがって、特 に低い負荷と低い回転数とに対する特別な運転範囲において、遮断弁が閉鎖され ている限りは電磁弁が開制御し得るので、次に遮断弁が開くやいなや、油圧オイ ルは電磁弁の制御装置に対する負荷なしで電磁弁を介してオイル容器に無圧で流 出することができる０次いで駆動カムのカム軌道が降下するやいなや、つまりカ ムピストンが圧縮行程から吸込行程に移行するやいなや、圧力室内の圧力は再び 遮断弁が自動的に閉じるまで減少する。圧力室内に残った中空室には、供給通路 を介して流入する制御オイルが充てんされる。

機能的な所与性に基づき、電磁弁は低い回転数と低い負荷とにおいては常に開い たままであると有利である。すなわち、圧力室を介して間接的に駆動される弁ピ ストンが制御通路を開制御し、ひいては遮断弁を開放し、その後に、圧力室内の 圧力が減じられて、機関弁が再び閉鎖されるまで、時間横断面はたんに駆動カム 軌道の第１の区分によってしか規定されない、中間回転数では、電磁弁を必要に 応じてタイミング制御することができ、高い回転数と高い負荷とにおいては電磁 弁が常に閉じられたままとなる。

もちろん、遮断弁を制御するためには、圧力室および遮断弁の圧力と閉鎖力との 間の調和が必要となり、この場合、圧力室内の圧力は機関弁の閉鎖力によって、 ひいてはその開放力によって規定される。

本発明の有利な構成では、遮断弁と電磁弁との間で流出通路に、前記電磁弁の方 向に開く逆止弁が配置されており、この場合、別の構成では、逆止弁と電磁弁と の間で流出通路に、同じ内燃機関の別の弁制御ユニットに通じた別の流出通路が 開口している。本発明は制御時間の間に重なり合いが存在しているけれども、１ つの電磁弁だけで一連の機関弁を制御する可能性を提供する。常に遮断弁は、機 関弁が既に最小行程を開放している場合にしか、つまり駆動カムが所定の最小回 転角度だけ回転させられている場合にしか開制御され得ないので、重なり合った 区分が機能的に取り除かれることが、つまり重なり合が行なわれるようなカム軸 の回転角度範囲がもはや有効ではなくなった場合にしか制御が有効とならないこ とが達成される。いずれの場合でも逆上弁によって、たとえば別の機関弁のうち の１つの機関弁の圧力室内の開放圧によって別の流出通路に生ぜしめられた圧力 が、当該機関弁の圧力室に進入してしまわないことが達成される。

本発明の別の有利な構成では、前記制御通路と前記流出通路との間で前記遮断弁 の上流側に、放圧導管が設けられており、該放圧導管に、前記流出通路に向かっ て開く逆止弁が配置されている。圧力室で圧力が再び減少して、制御通路が既に 再びカムピストンによって遮断されると、常に遮断弁はその閉鎖過程のために前 記放圧導管を介して油圧オイルを圧力室に向かって押し戻す、それに対して開制 御過程の間は、前記逆止弁が圧力室内の高い圧力によって遮断されて保持される 。

本発明の別の有利な構成では、駆動カムのカム軌道がカム軸の回転角度で見てゆ つ（りと上昇して、急激に降下するように構成されている。はぼ一定の行程速度 の中間範囲を有する長いゆっくりとした始動の後に、機関弁の最大開放位置にお ける短時間の維持が行なわれ、その後に急激な降下が行なわれ、この降下によっ て特に制御開始後に、機関弁のできるだけ迅速な閉鎖が得られる。

本発明のさらに別の有利な構成では、遮断弁がスライダ弁として構成されており 、閉鎖ばねに抗して摺動可能な前記スライダ弁のスライダが、端面側で、圧力室 圧下の油圧オイルを負荷されるようになっている。

本発明の別の特徴および有利な構成は、以下の説明、図面および請求の範囲から 認められる。

図面 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。第１図は弁制御装置と、 この弁制御装置に所属のハイドロリック回路の縦断面図を示しており、第２図は ４シリンダ内燃機関に用いられる同一の４つの弁制御装置の機能線図を示してい る。

実施例の説明 シリンダヘッドｌの第１図に断面図で示した部分において、孔２にはカムピスト ン３が半径方向でシールされてかつ、軸方向摺動可能に配置されている。このカ ムピストンはタペットばね４によって駆動カム６の外側のカム軌道５に圧着され る。前記駆動カムは半機関回転数、つまり機関回転数の半分の回転数でクランク 軸に対して同期的に駆動されるカム軸７に配置されている。カム軸７は矢印１で 示した回転方向で駆動され、徐々に上昇する第１の圧縮行程区分ＩＩを有してい る。この第１の圧縮行程区分に続いて、急勾配の吸込行程区分ＩＩ＋が設けられ ており、この場合、前記両作業行程ＩＩ、　ＩＩ＋の間でカム軌道５の基本円区 分ＩＶが作用する。この基本円区分の間、カムピストンはその出発位置に留まる 。

駆動カム６によって生ぜしめられた圧縮行程（カム軌道５の圧縮行程区分Ｉ＋） の間、カムピストン３は油圧オイルを押し退け、この場合、このカムピストンは タペットばね４の力に抗して駆動されて油圧オイルを圧力室８に搬送する。

圧力室８は他方において弁ピストン９によって制限されており、この弁ピストン は機関人口弁に設けられた弁頭部１２の弁軸部１１と結合されている。弁ピスト ン９はシリンダヘッド１に設けられた孔】３に軸方向運動可能にかつ、半径方向 でシールされて支承されていて、閉鎖ばね１４によって負荷されている。この閉 鎖ばねは弁頭部１２を弁座１５に押圧していて、この機関人口弁の閉鎖力を規定 している。これによって、圧力室に向いた前記弁ピストン９の端面と相まって作 業圧も規定される。この作業圧は駆動カム６によるカムピストン３の摸作時に圧 力室８に生ぜしめられ、その結果、弁ピストン９がこの作業圧によってシフトさ れて機関人口弁を開いて、吸込通路１６を内燃機関の燃焼室に接続させる。

タペットばね４のカムピストン３および弁ピストン９と共にハイドロリックバル ブタペットを形成する圧力室８からは、流出通路１７が分岐しており、この流出 通路には流れ方向で見て順次に遮断弁１８と逆止弁１９と電磁弁２１とが配置さ れており、その後にこの流出通路１７は油圧オイル容器２２に開口している。

電磁弁２工は２ポ一ト２位置弁として構成されており、この２ポ一ト２位置弁は 無電流状態において閉鎖されている。逆止弁１９は流れ方向で油圧オイル容器２ ２に向かって開く、遮断弁１８はスライダ弁として構成されており、このスライ ダ弁は制御スライダ２３を備えていて、この制御スライダは制御ばね２４によっ て図示の閉鎖方向に負荷されている。制御スライダ２３は油圧によって操作され る。この油圧は制御通路２５を介して供給されて、制御ばね２４とは反対の側の 前記制御スライダ２３の端面に加えられる。前記制御通路の入口２６は弁ピスト ン９によって制御される。弁ピストン９が閉鎖ばね１４の力に抗して規定の距離 だけ進むやいなや、この弁ピストンがその上側の端縁部で制御通路２５の入口２ ６を開制御するので、圧力室８の圧力は制御通路２５を介して制御スライダ２３ の端面に伝達されて、制御ばね２４の力に抗して前記制御スライダをシフトする 。その後に、流出通路１７が開制御される。制御通路２５と流出通路１７どの間 には、放圧通路２７が設けられており、この放圧通路には、流出通路１７の方向 で開く逆止弁２８が配置されている。

圧力室８には供給通路２９が開口しており、この供給通路には、圧力室の方向で 開く逆止弁３１が配置されている。供給通路２９には、フィードポンプ３２によ って容器２２から油圧オイルが供給され、この場合、フィードポンプ３２の搬送 圧は圧力保持弁３３を介して十分に一定に保持される。

１つの電磁弁２１によフで上記の複数の弁制御ユニットを制御できるようにする ために、流出通路１７には逆止弁１９と電磁弁２１との間で、同じ機関に所属す る別の弁制御ユニットの逆止弁３５を備えた流出通路３４が開口している。この 実施例は４シリンダ内燃機関のものであり、この場合、駆動カム６がちょうど非 有効状態にある場合に常に電磁弁２１の機関弁制御ユニットは各遮断弁１８を介 して油圧を遮断されている。

前記の電池式の弁制御ユニットは次のように作動する。半機関回転数でクランク 軸に対して同期的（二駆動されるカム軸７を介して、駆動カム６は回転方向１で 駆動されて、そのカム軌道１１〜ＩＶにわたってタペットばね４のばね力に抗し てカムピストン３を操作し、この場合、孔２に存在する油圧オイルはカム軌道５ の圧縮行程区分１１の間、圧力室８に搬送され、その後に、カムピストン３の吸 込行程としてのカム軌道５の吸込行程区分ＩＩ＋の間に、再びオイルは圧力室８ から収容される。駆動カムの基本円に相当する軌道区分ＩＶの間に、カムピスト ン３は図示の位置に留まり、この場合、タペットばね４はカムピストン３と駆動 カム軌道との間の形状接続を生ぜしめる。しかしながら、タペットばね４は圧力 室８内の圧力には作用しない。

カムピストン３が搬送されることに基づき、弁ピストン９は弁軸部１１および弁 頭部１２を含めて閉鎖ばね１４のばね力に抗して下方にシフトされ、これによっ て弁頭部１２が弁座１５から持ち上がって、吸込通路１６が適宜に開制御される 。その後に機関シリンダに流入する空気量は一方では前記開制御行程に関連して いて、他方では開制御時間に関連しており、これによって、いわゆる開放時間横 断面積が生ぜしめられる。

圧力室８から油圧オイルが流出し得ない限り、この開放時間横断面積は回転数に 対して反比例する。すなわち、高い回転数においては開放時間横断面積が小とな り、逆に低い回転数においては大となるわけである。

これに加えて、質量慣性と摩擦と絞り効果とによる影響が生じる。しかしこの場 合、これらの影響に関しては詳しく説明しない、カムピストン３の前記搬送段階 の間、逆止弁３１、ひいては供給通路２９は遮断されている。流出通路１７もま ず遮断弁１８によ）て遮断されている。弁ピストン９が所定の最小行稚仔だけシ フトされるやいなや、この弁ピストンは制御通路２５の入口２６を開制御し、そ の後に、制御スライダ２３の端面にオイル圧が伝播して、この制御スライダを制 御ばね２４のばね力に抗してシフトし、これによって流出通路１７が開制御され る。電磁弁２１が遮断されている限り、遮断弁１８の前記開制御は圧力室８内の 圧力にはほとんど作用しないので、駆動カム６の圧縮行程区分１■が有効となっ ている場合には、弁ピストン９、ひいては弁頭部１２がさらに下方に移動させら れる。前記圧縮行程区分目は、行程終了に向かって穏やかな移行で行程運動が十 分線状に、つまり均一に行なわれるように構成されている。

比較的急勾配に構成されている駆動カム６の吸込行程区分ＩＩ＋が有効になると 、カムピストン３はタペットばね４によって駆動されてカム軸の僅か約６０〜８ ０°の回転角度（’ＮＷ）で再び図示の出発位置に到達するので、弁ピストン９ と弁頭部１２も相応に迅速に閉鎖ばね１４によって上方にシフトされ、その後に 機関弁が閉鎖される。このとき制御通路２５の入口２６は弁ピストン９によって 遮断されるが、しかしこの場合、既に先に圧力室８内の圧力減少に基づいて、制 御スライダ２３が制御ばね２４によって駆動されてその遮断方向にシフトされる 。いずれの場合でも放圧導管２７により、制御スライダ２３によって押し退けら ｎた残留オイル量が逆止弁２８を介して流出通路１７に戻って、遮断弁１８の遮 断位置を保証することが可能となる。

流出されたオイル量に基づき圧力室８に負圧が生ぜしめられると、供給導管２９ を介してフィードポンプ３２からこの負圧が補償され、この場合、油圧オイルが 逆止弁３１を介して流入し、図示の出発位置に対して、つまり駆動カム６の基本 円区分ＩＶが有効となっている場合の位置に対して、圧力室８内に圧力保持弁３ ３の吐出圧に相応する一定の充てん圧を生ぜしぬる。

しかしながら駆動カム６の作業行程時に電磁弁２１が開放されると、遮断弁１８ が弁ピストン９の規定の前行程後に開放された後に、油圧オイルは圧力室８から 流出通路１７と逆止弁１９と電磁弁２１とを介してオイル容器２２に流入する。

したがって、この時点から弁ピストン９の開制御行程は終了される。それという のは、圧力室８内に十分な圧力がもはや存在しないからである。カムピストン３ によって搬送された別のオイル量は直接にオイル容器２２に流入する。この搬送 過程の間、この搬送圧によって制御スライダ２３は開制御位置に保持され、次い で、上で説明したようにカムピストン３の吸込行程の導入時に再び図示の出発位 置に戻る。

第２図に示した線図に基づき、以下に、４シリンダ内燃機関における本発明によ る機関弁制御の機能を説明する。この場合、流出通路３４は別の３つの機関制御 ユニットに通じており、この機関の４つの全ての機関弁制御ユニットは唯一つの 電磁弁２１を介して制御される。第２図には、回転角度’ＮＷ（横座標）の上に 弁ピストン９もしくは弁頭部１２の行程Ｈ（縦座標座）が描かれている＃４つの 機関シリンダは並んで配置された順序でａ、ｂ、ｃ、ｄで示されている。この４ シリンダ内燃機関における点火順序はｃ、ｄ、ｂ。

ａである。上下に配置された４つの線図に示された曲線から判かるように、これ らの曲線は駆動カム６のカム軌道５に相応して、はぼ一定の行程変化を有するゆ っ（りとした上昇を有していて、それぞれ約１８ｏ。

ＮＷの開制御行程と６０〜８０”ＮＷの閉鎖行程とにおいて急激な降下を有して いる。

第２図のシリンダＣに関する線図がら分かるように、１００°ＮＷと、対応する 弁ピストン９の行程とにおいて遮断弁１８が、ひいては流出通路１７が開制御さ れると、機関弁の閉鎖時機、つまり弁座１５に対する弁８１部１２の載着が、破 線で示したように］８０°ＮＷで達成される。すなわち、電磁弁２１が開いてい ると、約１００°ＮＷにおいて機関弁の開制御行程が終γするので、この機関弁 は約１８０’ＮＷにおいて閉鎖されている訳である。したがって、１００°ＮＷ までは決して閉鎖制御が行なわれない、その理由は、このときまで遮断弁１８が 原則的に閉鎖されているからである。線図に示した内燃機関のシリンダａがら判 がるように、カムピストン３の吸込行程がＯ’ＮＷにおいて開始したとしても６ ０〜８０°ＮＷにおいて機関弁の閉鎖過程は終了している。すなわち、機関シリ ンダａ、ｃの場合のように個々の機関弁の重なり合った開放時間において、シリ ンダａに対する弁制御ユニットの流出通路の開ｙｍｍはシリンダＣの弁制御ユニ ットに対してなんら制御影響を有し得ないわけである。それというのは、シリン ダＣにおいては流出通路１７が原則的にまだ遮断弁１８によって遮断されていて 、約１００″ＮＷにおいて初めて開放されるからである。

これによって、単に１つの電磁弁２１を用いるだけで４シリンダ内燃機関の全て の弁制御ユニットを制御することができる。その理由は、前記制御ユニットのう ちの１つの制御ユニットの制御時間に関して、それぞれ他の制御ユニットの制御 時間との重なりが存在し得ないからである。

したがって、電子制御装置によって行なわれる電磁弁２１の操作は、たとえば高 い回転数と高い負荷とにおいては前記電磁弁が常時閉じたままとなり、これによ って、機関弁における最適の開放時間横断面積が得られ、低い回転数と低い負荷 とにおいては前記電磁弁が常に開いたままとなり、これにまフて、前記開放時間 横断面積ができる限り小さく保持されるように行なわれ、この場合、前記開放時 間横断面積は遮断弁の遮断時間によって規定される。中間回転数範囲もしくは中 間負荷範囲において、つまり遮断弁１８の開制御時機と、電磁弁２１が常に遮断 されている制御状態との間の回転数範囲において、制御は電磁弁のタイミング制 御によって行なわれ、このことは、たとえばクランク角度に対して同期的に行な うことができる。このようニシテ、１００”　ＮＷト〜２７０°ＮＷ、−）　＊ 　ｊＪ　ＩＩ終的な弁閉鎖点との間の範囲は、電磁弁２１を介して、しかも４つ のシリンダのそれぞれに関して無関係に制御される。

上記の説明や以下の請求の範囲や図面に示した全ての特徴は個々の場合でも、互 いに任意に組み合わされた場合でも、本発明にとって重要となり得る。

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Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．内燃機関に用いられる電油式の弁制御装置であって、 弁タペットを介して機関カム軸の駆動カムによって軸方向に駆動される機関弁が 設けられており、前記弁タペットの有効長さを規定しかつ油圧オイルを充てんさ れる可変の容積の圧力室が設けられていて、該圧力室が一方では前記駆動カムに よって操作されるカムピストンによって制限されていて、他方では弁軸部に作用 する弁ピストンによって制限されており、前記圧力室から分岐された油圧オイル の流出通路が設けられており、 前記圧力室に開口していて該圧力室に向かって開く逆止弁を有している油圧オイ ル用の供給通路が設けられており、 さらに、機関特性値を処理する電子制御装置を介して制御される、前記流出通路 を制御するための、ひいては圧力室容積を制御するための電磁弁が設けられてい る形式のものにおいて、 流出通路（１７）が遮断弁（１８）を介して遮断されており、該遮断弁がハイド ロリック式に開制御可能であり、 井ピストン（９）が、カム軸（７）の規定の回転角度°ＮＷに相当する行程を進 んだ後に、制御通路（２５）を開制御するようになっており、 遮断弁（１８）に通じた制御通路（２５）が制御圧としての圧力室圧を前記遮断 弁に伝達するようになっており、 弁ピストン（９）による前記制御通路（２５）の開制御の後に、前記遮断弁（１ ８）が圧力室（８）内の作業圧によって開放されるようになっていることを特徴 とする、内燃機関に用いられる電油式の弁制御装置。 ２．遮断弁（１８）と電磁弁（２１）との間で流出通路（１７）に、前記電磁弁 （２１）の方向に開く逆止弁（１９）が配置されている、請求項１記載の弁制御 装置。 ３．逆止弁（１９）と電磁弁（２１）との間で流出通路（１７）に、同じ内燃機 関の別の弁制御ユニットに通じた別の流出通路（３４）が開口している、請求項 ２記載の弁制御装置。 ４．前記制御通路（２５）と前記流出通路（１７）との間で前記遮断弁（１８） の上流側に、放圧導管（２７）が設けられており、該放圧導管に、前記流出通路 （１７）に向かって開く逆止弁（２８）が配置されている、請求項１から３まで のいずれか１項記載の弁制御装置。 ５．駆動カム（６）がカム軌道（５）（ＩＩ〜ＩＶ）を有しており、該カム軌道 が、駆動したいカムピストン（３）の吐出行程に関してゆっくりと上昇していて （圧縮行程区分ＩＩ）、吸込行程に関して急激に降下している（吸込行程区分Ｉ ＩＩ）、請求項１から４までのいずれか１項記載の弁制御装置。 ６．遮断弁（１８）がスライダ弁として構成されており、逆止弁（２４）に抗し て遮断位置から摺動可能な前記スライダ弁のスライダ（２３）が、前記逆止弁（ ２４）とは反対の側の端面に、前記制御通路（２５）によって供給される油圧オ イルによって負荷されるようになっている、請求項１から５までのいずれか１項 記載の弁制御装置。