JPH0541206Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この考案は、内燃機関の吸気弁や排気弁を油圧
駆動するための装置に関する。

〔従来の技術〕

内燃機関の吸気弁や排気弁の作動タイミングは
エンジンの性能と密接に関連する。即ち、エンジ
ンの所期の性能を得るためには弁の作動タイミン
グを適切に制御する要請がある。吸気弁や排気弁
の駆動は、クランク軸の回転によつて駆動される
カムによつて機械的に行うのが通常である。そし
て、機械的な弁駆動機構において吸気弁や排気弁
の作動タイミングを任意に可変制御するため、ク
ランク軸のカム軸に対する回転位相を制御する機
械的な機構が提案されている。ところが、このよ
うな機械的な機構では広いバルブタイミング範囲
を得るのが困難であり、所期の性能が得られない
ことがある。

そこで、カム等により機械的に駆動する代わり
に、油圧アクチユエータによつて弁を駆動するも
のが提案されている。即ち、アクチユエータへの
油圧の供給タイミング、及び供給時間をコントロ
ールすることにより任意のバルブタイミングを得
ようとするものである。例えば、特開昭53−
130911号等参照。

〔考案が解決しようとする問題点〕 弁を油圧によつて制御する場合、自動車用とし
て考慮すると、弁自体は数百Hzもの高速で作動す
ることから、油圧アクチユエータの作動速度も十
分これに追従するものでなければならない。その
ためには、油圧源の圧力を高める解決手段がある
が、消費動力の増大、油圧制御系の大型化を招
く。油圧源の圧力をそれほど高くしなしで応答性
を上げるには配管系の長さを短縮すると共に油圧
配管系の圧力変動はできる限り抑制することが望
まれる。ところが、従来技術では、圧力変動の吸
収用のアキユムレータは油圧アクチユエータから
離間したところに配置されているため、アキユム
レータから油圧アクチユエータへの配管は長くな
り、かつアキユムレータによる圧力変動防止効果
も弱くなる。

この考案は油圧配管の長さを短縮することを目
的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この考案によれば、多気筒内燃機関において、
吸気弁又は排気弁の開閉作動を制御するための油
圧アクチユエータと、アクチユエータへの油圧の
導入制御弁と、アクチユエータからの油圧の排出
制御弁と、油圧導入制御弁の上流に位置されかつ
油圧導入配管としても機能する高圧アキユムレー
タと、油圧排出制御弁の下流に位置されかつ油圧
排出配管としても機能する低圧アキユムレータと
を備えており、各気筒の油圧導入制御弁及び排出
制御弁は対応する油圧アクチユエータの上方にお
いて水平面内に並列配置され、各気筒の油圧導入
制御弁及び排出制御弁の上方に高圧アキユムレー
タ及び低圧アキユムレータが内燃機関の本体の気
筒の並ぶ方向のほぼ全長に沿つて延設され、高圧
及び低圧アキユムレータは各気筒の導入制御弁及
び排出制御弁に夫々分岐されることを特徴とする
内燃機関の油圧式弁駆動装置が提供される。

〔作用〕

高圧アキユムレータから油圧がその気筒の油圧
導入制御弁が開のときアクチユエータに導入さ
れ、バルブは開弁される。油圧排気制御弁が閉の
ときアクチユエータから油圧が低圧アキユムレー
タに排出され、バルブは閉止される。

〔実施例〕

第１図−第４図はこの考案の油圧式弁駆動装置
を吸気弁に使用し、排気弁の駆動には通常のカム
軸を使用した４気筒で各気筒４バルブの内燃機関
の実施例を示す。第１図において、１０はシリン
ダヘツドであり、吸気ポート１２、排気ポート１
４が形成される。１６，１８はバルブシートであ
り、夫々吸気弁２０，排気弁２２により開閉され
る。２４は点火栓の電極部である。排気弁２２は
バルブスプリング２６によつてバルブシート１８
に着座する方向に付勢される。排気弁カム軸２８
は、通常のようにベルト又はチエーン（図示せ
ず）によりクランク軸に連結され、これにより回
転駆動される。カム軸２８上にカム３０が取付ら
れ、カム３０の回転中にカムノーズがバルブリフ
タ３２のところに来ると、排気弁２２はバルブス
プリング２６に抗してバルブシート１８から開弁
せしめられる。２７はカム軸カバーである。

吸気弁２０の駆動用のこの考案の油圧式弁駆動
装置は第１図では符号３４でその全体を示す。弁
駆動装置３４の筐体はアクチユエータハウジング
３６と、制御弁ハウジング３８と、アキユムレー
タハウジング４０との上下３段重ねから構成さ
れ、これらはボルト４２によつてシリンダヘツド
１０のボルト孔４４に締結固定される。その締結
固定に先立つて、ボルト孔４４に案内スリーブ４
６が一部突出するように打ち込まれる。案内スリ
ーブ４６の突出部分に３段重ねのハウジングの最
も下側のアクチユエータハウジング３６の下面の
位置合わせ孔４８が挿入され、位置合わせが行わ
れ、ボルト４２が挿入締結されることになる。

カバー５０は弁駆動装置３４の全体を被覆する
ものであり、シールリング５２を介してシリンダ
ヘツド面に固定される。５３はオイルキヤツプで
ある。

アクチユエータハウジング３６には各気筒の二
つの吸気弁２０の駆動用の油圧アクチユエータ５
４が配置される。各油圧アクチユエータ５４は、
ハウジング３６に形成される孔５６にねじ固定さ
れるシリンダ５８と、このシリンダ５８に摺動自
在に嵌合されるプランジヤ６０と、プランジヤ６
０の縦方向（弁軸方向）の位置決め用のシム６２
とを有する。シリンダ５８の端面にピンスパナに
係合するための凹部６４が形成され、シリンダ５
８の組みつけが可能となつている。プランジヤ６
０の下端は吸気弁２０のステム上端に接触してお
り、プランジヤ６０の他端に圧力室６６が形成さ
れる。圧力室６６に油圧が加わるとプランジヤ６
０は第２図の下方に動き、バルブステムをばね６
８に抗して変位させ、吸気弁２０は開弁される。
７０はスプリングリテーナであり、コツタ７２に
よつてバルブステム上端に楔止されている。

制御弁ハツジング３８には各気筒毎に油圧導入
制御弁７４と、油圧排出制御弁７６とが配置され
る（第３図参照）。これらの制御弁７４，７６は
水平面内で並列に配置される。油圧導入制御弁７
４は弁体７８と、弁体７８の駆動用の高速応答型
の駆動手段である圧電素子積層体８０と、環状の
弁座部材８２，８４，８６及び８８から構成され
る。弁座部材８２，８４，８６及び８８は一連に
配置され、その一端にストツパ９０が配置され、
他端のねじ部材９２によつてハウジング３８内に
保持される。第３図において、９４は入力ポー
ト、９６は第１出力ポート、９８は第２出力ポー
トである。入力ポート９４には後述のように圧力
源からの油圧が供給される。第１出力ポート９
６、第２出力ポート９８は環状室９７，９７′及
びハウジング３８内の横方向油圧通路９９（栓９
９ａにより閉鎖される）、９９′を介して長さ方向
油圧通路１００に合流され、この通路１００は第
１の吸気弁２０の駆動用のアクチユエータ５４の
油圧室６６に接続されると共に、第２の吸気弁２
０′の駆動用のアクチユエータ５４′の油圧室６
６′に接続される。ばね１０２は弁体７８を図の
左方に付勢し、弁体７８は弁座部材８４，８６を
閉鎖している。この位置は油圧導入制御弁７４の
閉鎖位置であり、入力ポート９４は、第１出力ポ
ート９６及び第２出力ポート９８から切り離され
ている。後述のように圧電積層体８０に通電した
油圧導入制御弁７４の開放位置では、弁座部材８
４，８６が開放するように弁体７８はばね１０２
に抗して図の右方に動き油圧が油圧通路１００を
介して油圧室６６，６６′に導入される。尚、１
０３は弁体７８のストツパであり、その背後に緩
衝用の弾性体１０３ａが設けられる。

圧電素子積層体８０はピエゾ圧電素子を多数枚
積層して構成される。圧電素子の通電によつて圧
電素子の厚みが増加する。即ち、その厚み×圧電
素子の枚数分の伸縮が通電か解除かで得られる。
圧電素子積層体８０は一端がカツプ状ピストン１
０４に嵌合される。カツプ状ピストン１０４はハ
ウジング３８の孔１０６に摺動自在に嵌合され
る。この孔１０６の外端にスリーブ状ナツト１０
８がねじ嵌合され、同ナツト１０８の端面にカツ
プ状ストツパ１１０が突き当てられ、保持ナツト
１１１が保持スリーブ状ナツト１０８にねじ嵌合
され、これにより圧電素子積層体が締結保持され
る。圧電素子積層体８０はリード線１１４，１１
６によつて外部の制御回路に接続される。この制
御回路から吸気弁２０，２０′の開弁信号が圧電
素子積層体８０に通電されると、同積層体８０は
伸張され、ピストン１０４は図の右方に皿ばね１
１７に抗して移動され、圧力室１１２の圧力は高
まる。その結果、弁体７８はばね１０２に抗して
図の右方に動き、弁座部材８４，８６は開放され
る。その結果、入力ポート９４は出力ポート９
６，９８に連通され、圧力室６６，６６′に油圧
が導入される。圧電素子積層体８０への通電が解
除されると、同積層体８０は収縮され、ピストン
１０４は図の左方に皿ばね１１７によつて駆動さ
れ、圧力室１１２の圧力は下がる。その結果、弁
体７８はばね１０２によつて図の左方に動き、弁
体７８によつて弁座部材８４，８６は閉鎖され
る。その結果、入力ポート９４は出力ポート９
６，９８から切り離される。弁座部材８８におい
て弁体７８の端面には補助油圧室１１８が形成さ
れ、この補助油圧室１１８には補助油圧ポート１
１９を介して後述のように補助油圧が導入され
る。そのため、弁体７８は閉弁方向に付勢されて
いる。補助油圧をかけることにより、スプリング
１０２の荷重をその分弱くすることができ、応答
速度を挙げることができる。

油圧排出用制御弁７６の構造は油圧導入用制御
弁７４の構造と実質的に同様であり、棒状弁体１
２０と、圧電素子積層体１２２を有しており、そ
の他の細部構成も同様である。即ち、制御弁７６
の閉鎖状態では入口ポート１４９は出口ポート１
５１，１５３から切り離され、開放状態では入口
ポート１４９は出口ポート１５１，１５３に接続
される。尚、油圧通路９９，９９′，１００（第
１図）は油圧導入用制御弁７４だけでなくこの排
出制御用制御弁７６にも共用される。即ち、出口
ポート１５１，１５３は、環状室１４５，１４７
を介して第２図の油圧通路９９，９９′に接続さ
れ、これは通路１００を介して油圧アクチユエー
タ５４，５４′の油圧室６６，６６′に連絡され
る。

アキユムレータハウジング４０は制御弁ハウジ
ング３８上に配置され、高圧アキユムレータ１３
０と、低圧アキユムレータ１３２と、補助油圧ア
キユムレータ１３４とを有し、これらのアキユム
レータ１３０，１３２，１３４はハウジング４０
内をエンジンの長さ方向に延設されている。高圧
アキユムレータ１３０は後述のように油圧ポンプ
から油圧アクチユエータへの油圧導入配管系の一
部分を構成する。また、低圧アキユムレータ１３
２も、後述するように油圧アクチユエータから油
タンクへの油圧排出配管系の一部分を構成する。
さらに、補助油圧アクユムレータ１３４は制御弁
７４，７６への補助油圧の導入配管系の一部分を
構成する。

高圧アキユムレータ１３０より各気筒の油圧導
入制御弁３４の入口ポート９４に向けて通路１３
６が延びている。同様に、低圧アキユムレータ１
３２より各気筒の油圧排出制御弁７６の入口ポー
ト１４９に通路１３８が延びている。更に、補助
油圧アキユムレータ１３４より油圧導入制御弁７
４の補助油圧室１１８への補助油圧ポート１１９
に通路１４０が延びており、油圧排出制御弁７６
の補助油圧室１４２への補助油圧ポート１４４に
向けて通路１４６が延びている。後述のように、
高圧アキユムレータ１３０は油圧ポンプに接続さ
れ、低圧アキユムレータ１３２はタンクに接続さ
れ、補助油圧アキユムレータ１３４は油圧ポンプ
からの圧力を減圧する減圧弁に接続される。以上
述べたこの考案の構成によれば、油圧アクチユエ
ータ５４の上方に制御弁７４，７６が、そしてそ
の上方に制御弁７４，７６への配管系の一部分を
構成するアキムレータ１３０，１３２，１３４が
配置されているため、各アキユムレータから油圧
アキユムレータ間の距離が最短となり、かつ油圧
導入側（アキユムレータ１３０）と油圧アクチユ
エータ５４，５４′との間、及び油圧排出側（ア
キユムレータ１３２）と油圧アクチユエータ５
４，５４′との間の距離を均等することができる。

第１図、第２図において、プランジヤ６０の上
端は段状に形成され、径が幾分細い部分６０ａを
有し、一方シリンダ５８はこの部分に向かつて延
びる環状突起５８ａを有している。この構成によ
り、吸気弁２０の閉弁の直前において径の細い部
分６０ａと環状突起５８ａとの間に閉鎖空間が形
成され、この空間内に制御油が封入され、その圧
縮効果により吸気弁２０の着座のシヨツクを解消
することができる。

プランジヤ６０とシリンダ５８の摺動面との間
に給排油溝１４７が形成され、これは内部通路１
４８を介して油圧排出制御弁７６の下流側とタン
クを結ぶ配管系に接続され、漏洩した油の回収が
図られる。

尚、吸気弁２０のバルブガイドの上端にオイル
シール１４９が設けられ、ばね受け１４９−１の
内部に位置される。このオイルシールは作動油が
吸気ポート側に漏洩するのを防止するためのもの
である。排気弁２２についても図示は省略するが
同様なシール構造を持たせることができる。

第５図は、第１図から第４図に示すこの考案の
弁駆動装置の油圧供給システム全体を概略的に示
したものである。吸気弁２０，２０′は油圧アク
チユエータ５４，５４′によつて駆動される。油
圧アクチユエータ５４，５４′はプランジヤ６０，
６０′と油圧室６６，６６′とを備える。油圧室６
６，６６′は油圧通路１００，９９（９９′）、油
圧導入制御弁７４及び油圧導入配管系の一部分を
構成するアキユムレータ１３０を介して油圧ポン
プ１５２に接続される。１５４は調圧弁であり、
油圧アクチユエータ５４への制御油圧を制御す
る。油圧室６６，６６′は油圧排出制御弁７６及
び油圧排出配管系の一部分を構成するアキユムレ
ータ１３２を介して油タンク１５８に接続され
る。１６０はストレーナである。油圧ポンプ１５
２の吐出口に減圧弁１６２が配置される。１６２
は減圧弁であり、補助油圧アキユムレータ１３４
を介して、油圧導入用制御弁７４の補助油圧室
（第３図の１１８）、油圧排出用制御弁７６の補助
油圧室（第３図の１４２）に接続され、補助油圧
が弁部材に印加されるようになつている。

第５図において制御回路１６４は圧電アクチユ
エータ８０，１２２を制御することにより、吸気
弁２０の作動を制御するものであり、例えば、マ
イクロコンピユータシステムとして構成され、エ
ンジン回転数信号NEやエンジン水温信号THW
等の運転条件因子に応じて圧電アクチユエータ８
０，１２２への信号が印加される。制御回路１６
４の詳細はこの考案と直接には関連しないのでそ
の説明は省略するが大略以下のようになつてい
る。即ち制御回路１６４はNEやTHWより吸気
弁の作動タイミングを算出する。吸気弁の開弁タ
イミングが到来すると制御回路１６４よりアクチ
ユエータ８０にON信号が、アクチユエータ１２
２にOFF信号が出力され、制御弁７４は開弁し、
制御弁７６は閉弁し、ポンプ１５２からの油圧が
油圧室６６，６６′に導入され、プランジヤ６０，
６０′は下降され、吸気弁２０，２０′は開弁され
る。開弁タイミングが到来すると制御回路１６４
よりアクチユエータ８０にOFF信号、アクチユ
エータ１２２にON信号が出力され、制御弁７４
は閉弁し、制御弁７６は開弁し、油圧室６６，６
６′から油圧がタンク１５８に排出され、プラン
ジヤ６０，６０′は上昇され、吸気弁２０，２
０′は閉弁される。

〔考案の効果〕

この考案によれば、各気筒の油圧導入制御弁及
び排出制御弁は対応する油圧アクチユエータの上
方において水平面内に並列配置され、各気筒の油
圧導入制御弁及び排出制御弁の上方に高圧アキユ
ムレータ及び低圧アキユムレータが内燃機関の本
体の気筒の並ぶ方向のほぼ全長に沿つて延設さ
れ、各各気筒の導入制御弁及び排出制御弁に夫々
分岐されることから、高圧アキユムレータと油圧
導入制御弁との間、油圧排出制御弁と低圧アキユ
ムレータとの間を最短距離で接続することがで
き、応答性の高い制御が実現する。そして、油圧
源の圧力が小さくてすむことからシール、ポンプ
の信頼性を高めることができ、油圧系の漏れ等に
よる損失を押さえることがてきる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの考案の弁駆動装置のエンジン横方
向における詳細断面図。第２図は第１図の−
線に沿う断面図。第３図は第１図の−線に沿
う断面図。第４図は第３図の方向よりみた図。
第５図はこの考案のシステム全体の概略図。 ２０，２０′……吸気弁、５４，５４′……油圧
アクチユエータ、６０，６０′……プランジヤ、
６６，６６′……油圧室、７４……油圧導入制御
弁、７６……油圧排出制御弁、８０……圧電素子
積層体、９９，９９′，１００……油圧通路、１
２２……圧電素子積層体、１３０……高圧アキユ
ムレータ、１３２……低圧アキユムレータ、１３
４……補助油圧アキユムレータ、１５２……油圧
ポンプ。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 多気筒内燃機関において、吸気弁又は排気弁の
   開閉作動を制御するための油圧アクチユエータ
   と、アクチユエータへの油圧の導入制御弁と、ア
   クチユエータからの油圧の排出制御弁と、油圧導
   入制御弁の上流に位置されかつ油圧導入配管とし
   ても機能する高圧アキユムレータと、油圧排出制
   御弁の下流に位置されかつ油圧排出配管としても
   機能する低圧アキユムレータとを備えており、各
   気筒の油圧導入制御弁及び排出制御弁は対応する
   油圧アクチユエータの上方において水平面内に並
   列配置され、各気筒の油圧導入制御弁及び排出制
   御弁の上方に高圧アキユムレータ及び低圧アキユ
   ムレータが内燃機関の本体の気筒の並ぶ方向のほ
   ぼ全長に沿つて延設され、高圧及び低圧アキユム
   レータは各気筒の導入制御弁及び排出制御弁に
   夫々分岐されることを特徴とする内燃機関の油圧
   式弁駆動装置。