JP2008095672A

JP2008095672A - エンジンの動弁機構

Info

Publication number: JP2008095672A
Application number: JP2006304576A
Authority: JP
Inventors: Tadashi Watanabe; 正渡辺; Makoto Watanabe; 渡辺　　誠; Muneki Moribe; 統樹森部; Sokichi Kobayashi; 宗吉小林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-10-12
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-04-24

Abstract

【課題】エンジンのカムシャフトを廃止して、各気筒の吸気用バルブと排気用バルブに油圧ピストンを設けることによって、直接またはロッカアームを介してこれらのバルブを開閉できるようにすることにある。
【解決手段】
エンジンの動弁機構は、各気筒の吸気用バルブエンドと排気用バルブエンドに油圧ピストンを設け、その油圧ピストンに潤滑油ポンプまたは新たに設けたポンプにて油圧を圧送し、その時のエンジン回転数、クランク角度、アクセル開度、アキュムレータ油圧、冷却水温度及び潤滑油温度などの情報をＥＣＵで処理し、油圧ピストンの近傍に取付けられた電磁弁をＯＮ／ＯＦＦすることによって、最適の時期に夫々のバルブを開閉することができることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの吸気用バルブ、排気用バルブの開閉を行う動弁機構に関する。

従来のエンジンの動弁機構は、クランクシャフトの回転をタイミングチェーンまたはタイミングベルトによりカムシャフトに伝えてカムシャフトを駆動、回転させることにより、各シリンダーの吸気用バルブと排気用バルブを設計された適切な時期に点火の順序に従って開閉させる機構である。

上述の如く、従来技術に係るエンジンの動弁機構は、カムシャフトに設けられたカムの回転運動をロッカアームまたはタペットを介して上下運動に変換し、バルブの開閉を行っている。しかしながら、この機構であると回転運動を上下運動に変換するために駆動損失が大きい。

カムシャフトを駆動するためにクランクシャフトの回転をタイミングチェーンまたはタイミングベルト、タイミングギヤなどがエンジンの先端に設けられているため、エンジンの全長を拡大することとなり、しかもカムシャフトの加工は高精度が要求されるために加工コストがかかる。

本発明はこのような点に鑑みて成されたもので、その目的はカムシャフトを廃止して、各気筒の吸気用バルブと排気用バルブに油圧ピストンを設けることによって、直接またはロッカアームを介してこれらのバルブを開閉できるようにすることにある。

上述の目的を達成するために本発明のエンジンの動弁機構は、各気筒の吸気用バルブエンドと排気用バルブエンドに直接またはロッカアームを介して油圧ピストンを設け、その油圧ピストンに潤滑油ポンプまたは新たに設けたポンプにて油圧を圧送し、その時のエンジン回転数、クランク角度、アクセル開度、アキュムレータ油圧、冷却水温度及び潤滑油温度などの情報をＥＣＵで処理し、油圧ピストンの近傍に取付けられた電磁弁をＯＮ／ＯＦＦすることによって、最適の時期に夫々のバルブを開閉することができることを特徴としている。

以上説明したように、本発明によれば従来のようにカムシャフトの回転運動をバルブの上下運動に変換することがないために駆動損失の低減を図ることが可能となる。

カムシャフトの廃止によって、それに付属するタイミングチェーンまたはタイミングベルト、タイミングギヤなども廃止することができるためにエンジンの全長を縮小することが可能となりコスト低減を図ることができる。

本発明のエンジンの動弁機構は、各気筒の吸気用バルブと排気用バルブに油圧ピストンを設けているため、車両が軽負荷状態で運転されている時には、制御によって簡単に気筒休止することができる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

図１〜図３は本発明の第１の実施の形態に係り、図１は本発明の油圧ピストンアッセンブリをバルブステムエンドに直接接触するように取付けた断面図、図２は本発明の油圧ピストンアッセンブリのロッカアームを介して使用した場合の取付け断面図、図３は油圧ピストンアッセンブリの断面図、図４は本発明の第２の実施の形態に係る電子制御するためのシステム図、図５は本発明の第３の実施の形態に係る油圧回路図である。

図１に示すように本発明の油圧ピストンアッセンブリ１はシリンダーヘッド２のバルブ８のバルブステムエンド５と油圧ピストンアッセンブリ１に組み込まれているピストンステムエンド４とが接触し、バルブスプリング１０に予圧をかけた状態でシリンダーヘッド２に圧入されている。そしてこの予圧は油圧ピストンアッセンブリ１のピストン１８を元に戻す力となるため油圧ピストンアッセンブリ１にはリターンスプリングは不要となる。また、油圧ピストンアッセンブリ１がシリンダーヘッド２から抜けないように止め輪１２で止められている。油圧ピストンアッセンブリ１の油孔３と同じ位置には、油圧ピストンアッセンブリ１に油圧を通す半円形のオイル通路１３が油圧ピストンアッセンブリ１の周りのシリンダーヘッド２のところに設けられている。

図２は本発明の油圧ピストンアッセンブリ１とバルブ８との間にロッカアーム１６を持つ実施例を示す。ロッカアーム１６はロッカシャフト１７を中心に左右に揺動することができ、ロッカアーム１６の一方の端には油圧ピストンアッセンブリ１のピストンステム１５と接触し、もう一方の端にはバルブステムエンド５と接触している。油圧ピストンアッセンブリ１のピストンステム１５はロッカアーム１６を介してバルブ８のバルブスプリング１０に予圧をかけた状態でシリンダーヘッド２に圧入されている。そしてこの予圧は油圧ピストンアッセンブリ１のピストン１８を元に戻す力となるため油圧ピストンアッセンブリ１にはリターンスプリングは不要となる。また、油圧ピストンアッセンブリ１がシリンダーヘッド２から抜けないように止め輪１２で止められている。油圧ピストンアッセンブリ１の油孔３と同じ位置には、油圧ピストンアッセンブリ１に油圧を通す半円形のオイル通路１３が油圧ピストンアッセンブリ１の周りのシリンダーヘッド２のところに設けられている。

本発明の油圧ピストンアッセンブリ１は図３に示すように、シリンダー２１、ピストン１８、ピストン用Ｏリング２０、リテーナ２２及びリテーナ用Ｏリング１９から構成されている。また、シリンダー２１にはピストン１８に油圧が圧送されるよう油孔３が設けられている。

従来の４サイクルガソリンエンジンの場合、吸気行程においては、エンジンのピストンが下がることによってシリンダー内に負圧が生じ、そこに燃料と空気の混合ガスがシリンダーに流れ込み、その時に吸気用バルブが開く、この吸気用バルブが開く時期は吸気行程の前の排気行程でピストンが上死点にかかる僅か前に開き始め、吸気行程でのピストンが下死点を僅かに過ぎた時点で吸気用バルブを閉じる機構となっている。一方、排気行程における排気用バルブの開閉時期においては、排気行程前の燃焼（膨張）行程時のピストンが下死点に違する僅か前に開き始め、排気行程の上死点を僅かに過ぎた時点で閉じる機構となっている。なお、４サイクルディーゼルエンジンの場合も、基本的には４サイクルガソリンエンジンと同じ機構であるが、吸気行程で４サイクルガソリンエンジンは混合ガスを吸気するのに対して、ディーゼルエンジンは吸気行程で空気と燃料を別々に吸気と噴射をするところだけが異なるため、本発明の実施についてはガソリンエンジン、ディーゼルエンジン共に利用可能である。

従来のエンジンの吸気、排気工程での吸気用バルブと排気用バルブの開閉については、エンジンのクランクシャフトにカムシャフトがタイミングチェーンまたはタイミングベルトを介して繋がっており、このカムシャフトには一半径方向にだけ突き出したおむすび形状のカムが各気筒に必要数だけ設けてあり、このカムがロッカアームやタペットを介して吸気用バルブや排気用バルブと接触して吸気、排気行程に必要な時期にこれらのバルブを押し出したり、戻したりして吸気、排気行程を成している。バルブの押し出しは前記おむすび形状の先端がロッカアームやタペットに回転したとき押し出し量は最大となり、バルブは最大限開く、これ以降回転が進むとバルブはバルブに取付けられたスプリングによって吸気ポートや排気ポートを閉じる。この機構であると回転運動を上下運動に変換するために駆動損失が発生し好ましくない。

したがって、本発明の第２の実施の形態に係る吸気用バルブ、排気用バルブを直接またはロッカアームを介して油圧ピストンアッセンブリ１にてエンジン回転の適正な時期に図４に示すような電子制御システムによって、これらのバルブを開閉することができる。

図４の電子制御システムによって、車両等が軽負荷状態で運転されている時に、任意の気筒の油圧ピストンアッセンブリ１への油圧を制御して、吸気、排気バルブを全開または全閉にすることによって気筒休止をさせることができるために燃料消費の低減が図れる。

図５は本発明の第３の実施の形態に係る油圧ピストンアッセンブリ１を作動する油圧回路図であり、図５に示すようにエンジンのオイルパン３６に蓄えられている潤滑油２３を、オイルストレーナ２４を通ってオイルポンプ２５で吸い上げ、更にオイルフィルター２６に圧送した後、吐出量制御弁２７を通って、アキュムレータ３０に油圧２８が圧送される。アキュムレータ３０には圧力制御弁３１と圧力センサー２９が取り付けられており、アキュムレータ３０内の油圧が一定になるよう制御されている。アキュムレータ３０の先には各バルブに設けられた油圧ピストンアッセンブリ１と繋がっており、その間に電磁弁３３が設けられている。この電磁弁３３をＯＮにすることによって、アキュムレータ３０内の油圧は図１のオイル通路１３からシリンダー２１に設けられた油孔３を通ってピストン１８の背面に圧送され、その油圧によってピストン１８が直接またはロッカアーム１６を介してバルブ８を押し出すとピストンシリンダー３７とバルブシート３５の間に隙間が生じ、そこから混合ガスや排気ガスを吸気、排気する。また、図４の各センサーからの情報によって、バルブ８を閉鎖する指令が入ると電磁弁３３はＯＦＦされ油圧ピストンアッセンブリ１の油圧２８はドレーン３４から抜けて、バルブ８はバルブスプリング１０の力によって押し戻される。この作動は従来のカムシャフトを使った場合と同し機能を果たすことができる。

本発明はエンジン及び自動車を製造、販売する産業分野で利用することができる。

図１は本発明の油圧ピストンアッセンブリをバルブに直接接触するように取付けた時の断面図である。図２は本発明の油圧ピストンアッセンブリとバルブをロッカアームを介して取付けた時の断面図である。図３は油圧ピストンアッセンブリの断面図である。図４は本発明を電子制御するためのシステム図である。図５は本発明を作動するための油圧回路図である。

符号の説明

１：油圧ピストンアッセンブリ
２：シリンダーヘッド
３：油孔
４：ピストンステムエンド
５：バルブステムエンド
６：バルブステム
７：オイルシール
８：バルブ
９：バルブガイド
１０：バルブスプリング
１１：スプリングシート
１２：止め輪
１３：オイル通路
１４：ポート
１５：ピストンステム
１６：ロッカアーム
１７：ロッカシャフト
１８：ピストン
１９：リテーナ用Ｏリング
２０：ピストン用Ｏリング
２１：シリンダー
２２：リテーナ
２３：潤滑油
２４：オイルストレーナ
２５：オイルポンプ
２６：オイルフィルター
２７：吐出量制御弁
２８：油圧
２９：圧力センサー
３０：アキュムレータ
３１：圧力制御弁
３２：エンジン
３３：電磁弁
３４：ドレーン
３５：バルブシート
３６：オイルパン
３７：ピストンシリンダー

Claims

エンジンの吸気、排気行程での吸気、排気バルブの開閉を従来のカムシャフトによる方式を廃止することによって、タイミングチェーンまたはタイミングベルト及びそれらのプーリが廃止できるためにエンジンの全長を縮小することができると共に、油圧ピストンにて吸気、排気バルブを開閉する方式にしたことを特徴とする動弁機構。
前記油圧ピストンは吸気、排気バルブと油圧ピストンを直接接触させてバルブの開閉をさせる、または油圧ピストンと吸気、排気バルブとの間にロッカアームを介してバルブの開閉をさせることを特徴とする請求項１記載の動弁機構。
前記油圧ピストンによるバルブの開閉を電子制御にて行うことによって、軽負荷運転状態でバルブを全開または全閉にして気筒休止を行うことができることを特徴とする動弁機構。
吸気、排気バルブの開閉を前記油圧ピストンにて行うことにより、バルブの応答性向上のために安定した油圧供給ができるようアキュムレータを設けたことを特徴とする動弁機構。