JPH04287814A - エンジンの動弁装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エンジンの動弁装置に
係り、さらに詳しくは、吸気弁あるいは排気弁を電気的
駆動手段によって開閉するようにしたエンジンの動弁装
置に関する。

【０００２】

【背景技術】従来、エンジンの吸気もしくは排気弁は、
エンジンによって駆動されるカム機構を用いて機械的に
開閉するのが一般的であったが、このようにカム機構に
よって機械的に弁の開閉をする場合には、エンジンの機
械抵抗が増大することから、エンジンの出力特性上得策
でなく、このため、近年、ソレノイド等の電気的駆動手
段を用いて直接的に弁を開閉するいわゆる電気的動弁機
構を採用する傾向になってきた（例えば、特開昭５８−
１８３８０５号公報参照）。しかし、この公知例の如く
ソレノイド等の電気的駆動手段によって直接的に弁を開
閉駆動する場合には、該電気的駆動手段には、その作動
特性上、変位量を大きくとればそれだけその作動応答性
が悪化し、作動騒音が高くなるという不都合があり、こ
のため、バルブリフト量を大きくとることができず、結
果的に、エンジンの吸排気特性が悪化するという不都合
があった。

【０００３】かかる問題点を解決するため、最近になっ
て、エンジンの吸気もしくは排気弁と該弁を電気的に開
閉駆動する（圧電素子等から成る）電気的駆動手段との
間に、非圧縮性流体を用いた変位増幅機構を介設して電
気的駆動手段の変位を増幅して弁側に伝達するようにし
たエンジンの動弁装置が提案されている（特開昭６１−
５８９０９号公報参照）。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記特開昭６１−５８
９０９号公報に記載されている発明によれば、確かに、
電気的駆動手段の作動ストロークを増大させることなく
弁のバルブリフト量を増大させることは可能であると考
えられる。しかしながら、この発明では、「第１のピス
トンが摺動する第１室と該第１室に連通し且つ該第１の
ピストンより小さい受圧面積を持つ第２のピストンが摺
動する第２室内にそれぞれ非圧縮性流体を単に充填封入
する」という手段が採用されていることから、第１，第
２のピストンが摺動することに鑑みれば、非圧縮性流体
（作動流体）の外部への漏洩を完全に防止することは不
可能であり、これがため、経時的に作動流体が減少して
弁を当初と同様に作動させることが困難となり、経時的
に吸排気特性が悪化するおそれがあるという不都合を有
していた。かかる場合に、第１室，第２室内に常時作動
流体を外部から供給するようにすることが考えられるが
、このようにすると、ピストンの移動により作動流体（
室内）に負圧が生じた場合に、外部から作動流体が過剰
に室内に流入して作動流体の圧力が異常に上昇し、ピス
トンひいては弁の動きが規制されて吸気あるいは排気を
円滑に行なえなくなるおそれがあるという不都合がある
。また、上記公報の実施例の記載によれば、弁の開く方
向は、油圧を利用して電気的駆動手段である圧電素子の
変位を増幅して弁を駆動しているが、弁が閉じる方向は
、バルブスプリングの復元力により弁を駆動しているた
め、エンジンの高速回転時に弁の動きが圧電素子の伸縮
変化に追従できなくなり、図４に示すように、弁の円滑
な作動を確保することが困難になるという不都合をも有
していた。この図４において、実線は吸気弁のバルブリ
フトを示し、点線は排気弁のバルブリフトを示す。

【０００５】

【発明の目的】本発明の目的は、かかる従来例の有する
不都合を改善し、吸気弁あるいは排気弁の動きを運転状
況に応じて，特にエンジン高回転時にあっても所望のタ
イミングで制御し得るとともに、弁の経時的な動作の不
確実性に起因して吸排気特性が悪化するのを抑制するこ
とが可能なエンジンの動弁装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の動弁装置は、円
筒状のシリンダと、このシリンダの内部に摺動可能に装
備された第１のピストンと、この第１のピストンを介し
て一方と他方の側にそれぞれ形成された第１室及び第２
室と、第１室内に収納されシリンダの長手方向に沿って
変位し第１のピストンを往復移動せしめる電気的駆動手
段と、第２室に一端を臨ませ他端をシリンダ外部に臨ま
せた状態で設けられ且つシリンダの長手方向に沿って往
復移動可能な第１のピストンより小さい受圧面積を有す
る第２のピストンとを備えている。そして、この第２の
ピストンの他端には、吸気弁若しくは排気弁が一体的に
設けられている。また、第２室内に比圧縮性の作動流体
が充填されている。さらに、第２のピストンの外周部に
長手方向に沿って所定間隔を隔てて第１の環状凹溝と第
２の環状凹溝が形成され、これらの環状凹溝が第２のピ
ストンの移動とともにそれぞれ所定の位置に来た場合に
第２室を外部に連通せしめる作動流体補給専用通路と作
動流体排出専用通路とが設けられている。このような構
成によって、前述した目的を達成しようとするものであ
る。

【０００７】

【作用】エンジン停止中、電気的駆動手段が変位を発生
していない場合は、作動流体に圧力が作用しないので弁
は適宜な原位置保持手段により保持され閉じた状態とな
っている。エンジンが始動して電気的駆動手段に通電が
行なわれ当該電気的駆動手段が弁を開く方向に変位して
第１のピストンをその方向に駆動すると、当該第１のピ
ストンが作動流体に圧力を与え、この流体圧が第２のピ
ストンの受圧面に作用して、第２のピストンと一体的に
弁が開く方向に移動する（リフトする）。この場合にお
いて、電気的駆動手段の変位は、第１のピストンと第２
のピストンの面積の比に応じて増幅されて弁に伝達され
るようになっている。一方、電気的駆動手段に通電が行
なわれなくなり当該電気的駆動手段が弁を閉じる方向に
変位して第１のピストンをその方向に駆動すると、第２
室内の作動流体の流体圧が急激に負圧となり、弁が原位
置に戻る。また、第２のピストンの外周部に形成された
第１の環状凹溝と第２の環状凹溝が第２のピストンの移
動とともにそれぞれ所定の位置に来た場合には、第２室
が作動流体補給専用通路あるいは作動流体排出専用通路
により外部に連通せしめられるので、外部に適宜なオイ
ル供給手段を設けることにより経時的に第２室内に作動
流体の不足，あるいは何等かの原因による過剰が生じた
場合に、速やかに作動流体の補充・排出が行なわれ、作
動流体量が常にほぼ一定に保たれる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図１ないし
図に基づいて説明する。

【０００９】図１には、図示しない吸気ポートの開閉を
行なう吸気弁の動弁装置１が示されている。この動弁装
置１は、エンジンのシリンダヘッド１０上に設けられた
有底円筒状のシリンダ２と、このシリンダ２の内部に摺
動可能に装備された第１のピストン３と、この第１のピ
ストン３を介して一方と他方の側にそれぞれ形成された
第１室４及び第２室５と、第１室４内に収納されシリン
ダ２の長手方向に沿って変位し第１のピストン３を往復
移動せしめる電気的駆動手段６と、第２室５に一端を臨
ませ他端をシリンダ２外部に臨ませた状態で設けられ且
つシリンダ２の長手方向に沿って往復移動可能な第２の
ピストンとしてのプランジャ７とを備えている。そして
、このプランジャ７は、図１から明らかなように第１の
ピストン３の受圧面より格段小さな受圧面（端面）を有
しており、その他端には吸気弁８が一体的に設けられて
いる。

【００１０】吸気弁８は、実際には、図示しない吸気ポ
ートの図示しないシリンダブロック側の入口を開閉し得
る位置に設けられている。プランジャ７及び吸気弁８は
、プランジャ７の図１における上端の部分に固定された
ストッパ９に図１における下方から嵌合するばね押さえ
１１とシリンダ２の開口端に装着された蓋部材１２との
間に介設された圧縮コイルばね１３によって、図中矢印
Ａ方向に付勢されている。ここで、プランジャ７は、シ
リンダヘッド１０と蓋部材１２とを貫通した状態で設け
られたガイド部材１４に沿って図中矢印Ａ，Ｂ方向に往
復移動し得るようになっている。図１の状態が、圧縮コ
イルばね１３が最大限伸びたバルブリフトゼロの状態を
示す。第２室５内には、非圧縮性の作動流体としてのオ
イルが充填されている。

【００１１】更に、本実施例では、プランジャ７の外周
部に長手方向に沿って所定間隔を隔てて第１の環状凹溝
としての上側リフトチェック溝１５と第２の環状凹溝と
しての下側リフトチェック溝１６が形成され、これらの
リフトチェック溝１５，１６がプランジャ７の移動とと
もにそれぞれバルブリフトのゼロの図１に示す位置，バ
ルブリフト最大の図２に示す位置に来た場合に第２室５
を外部に連通せしめる作動流体補給専用通路２０と作動
流体排出専用通路３０とが設けられている。これを更に
詳述すると、作動流体排出専用通路３０は、第２室５か
ら蓋部材１２の一部を介してガイド部材１４の内周面に
至る断面Ｌ字状の第１通路部３０Ａと、プランジャ７を
介して当該第１通路部３０Ａと反対側の対応する位置の
ガイド部材１４及び蓋部材１２に形成された断面Ｌ字状
の第２通路部３０Ｂとを含んで構成されている。そして
、この第２通路部３０Ｂの図における左下端部には、当
該通路部３０Ｂ側から外部方向へのオイルの流れのみを
許容し、反対向きの流れを阻止する第１の逆止弁２１が
設けられている。同様に、作動流体補給専用通路２０は
、第２室５から蓋部材１２の一部を介してガイド部材１
４の内周面に至る断面Ｌ字状の第１通路部２０Ａと、プ
ランジャ７を介して当該第１通路部２０Ａと反対側の対
応する位置のガイド部材１４及び蓋部材１２に形成され
た断面Ｌ字状の第２通路部２０Ｂとを含んで構成されて
いる。そして、この第２通路部２０Ｂの図における左下
端部には、外部から当該通路部２０Ｂ側へのオイルの流
れのみを許容し、反対向きの流れを阻止する第２の逆止
弁２２が設けられている。これらの逆止弁２１，２２外
部のシリンダブロック１０部分には、図示しないオイル
供給手段（エンジン油圧）に接続されたオイル通路４０
が設けられている。

【００１２】前記電気的駆動手段６は、電圧が印加され
ることによって、機械的に変位を発生する（伸びる）圧
電素子６Ａを同軸状に多数積み重ねて構成されている。 この電気的駆動手段６は、前述したシリンダ２の上部側
の第１室４に収納され、一端（図における下端）が第１
のピストン３の上面に固着され、他端（図における上端
）がシリンダ２の内底面（図における上面）に固着され
ている。また、この電気的駆動手段６には、エンジンコ
ントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）５０
が接続されており、このＥＣＵ５０によって、エンジン
の運転状態に応じてその通電タイミング及び通電時間（
即ち、吸気弁８の開弁タイミングと開弁時間）が制御さ
れるようになっている。図１において、符号４１及び符
号４２はオイルシールを示す。

【００１３】このように構成された本実施例の動弁装置
１では、エンジン停止中、電気的駆動手段６が変位を発
生していない場合は、第２室５内のオイルに圧力が作用
しないので吸気弁８（及びプランジャ７）は圧縮コイル
ばね１３により原位置に保持され閉じた状態となってい
る。エンジンが始動してＥＣＵ５０により電気的駆動手
段６に通電が行なわれると、当該電気的駆動手段６を構
成する各圧電素子６Ａが軸方向に伸び該電気的駆動手段
６が矢印Ｂ方向に変位を発生し、第１のピストン３が矢
印Ｂ方向に駆動される。この時、この第１のピストン３
は、第２室５内のオイルに圧力を与え、この圧力により
プランジャ７が矢印Ｂ方向に移動せしめられ、プランジ
ャ７を介して吸気弁８が開放せしめられる。図２には、
プランジャ７が移動して吸気弁８が全開となったバルブ
リフト最大の状態が示されている。この場合において、
電気的駆動手段６の変位は、第１のピストン３とプラン
ジャ７の面積の比に応じて増幅されて吸気弁８に伝達さ
れるようになっている。従って、例えば、電気的駆動手
段６を構成する各圧電素子６Ａの変位量がミクロンオー
ダーであっても、吸気弁８の移動量即ち、バルブリフト
量はミリメーターオーダーとすることも可能である。

【００１４】この一方、ＥＣＵ５０により通電が停止さ
れると、電気的駆動手段６を構成する各圧電素子６Ａは
元の形状に戻る。このため、第１のピストン３が図２の
位置から矢印Ａ方向に移動して原位置（図１の状態）に
戻る。このため、第２室５内の油圧が急激に負圧となり
、吸気弁８が原位置に戻る。このようにして、吸気弁８
が矢印Ａ，Ｂ方向に往復駆動されることにより、当該吸
気弁８の開閉が行なわれる。

【００１５】この場合において、使用中にオイルシール
４１または４２からオイルが漏れ第２室５内のオイルの
圧力が規定値より低下した時、吸気弁８がリフトしてい
ない図１の状態において、図示しないオイル供給手段か
らのオイルの圧力により逆止弁２２が開かれ作動流体補
給専用通路２０を構成する第２通路部２０Ｂ，下側リフ
トチェック溝１６，第１通路部２０Ａを介してオイルが
補充される。（ここで、補充されるオイル量は、オイル
シールより漏れた小量のオイル分である。）この一方、
何等かの理由によって第２室５内に過剰なオイルが供給
され第２室内の油圧が規定より幾分大きくなった場合に
は、図２の位置にプランジャ７が下がって来たときに、
第２室５内のオイルがオイル排出専用通路３０を構成す
る第１通路部３０Ａ，上側リフトチェック溝１５，第２
通路部３０Ｂを通り、該オイルの圧力によって逆止弁２
１が開かれ、過剰分のオイルが速やかに排出されて第２
室５内の油圧が規定値になる。このようにして、本実施
例では、第２室５内のオイル量が常にほぼ一定に保たれ
るようになっている。

【００１６】図３には、この実施例の同弁装置１を吸気
弁８及び図示しない排気弁に適用したエンジンにおける
エンジン高回転時の電気的駆動手段（圧電素子）６の変
位量ｅ，ｆと吸気弁８のバルブリフト量ｃ，排気弁のバ
ルブリフト量ｄとの関係が示されている。この図から明
らかなように、ＥＣＵ５０による電気的駆動手段６への
通電開始・通電停止（オン・オフ）により吸気弁８（あ
るいは排気弁）の開閉は制御されるので、弁の開閉のタ
イミングはソフトウェアのプログラムに応じて所望のタ
イミングに設定でき、また高回転時であっても、電気的
駆動手段の変位に十分に追従していることがわかる。

【００１７】以上説明したように、本実施例によると、
吸気弁２等の開閉のタイミングをエンジンの運転状況に
応じて且つ所望のタイミングでＥＣＵ５０により制御す
ることが可能となり、従来のカムを使用する方式と異な
り、吸気弁等の開閉のタイミングをＥＣＵのソフトエア
のプログラム変更により容易に変更設定することができ
、これにより、他機種への対応が可能となり汎用性の面
でも優れている。また、圧電素子の変位を増幅して弁を
駆動し、しかも弁の開，閉ともに油圧により行なうよう
にしたので、変位増幅機構として例えばてこ式の機械的
増幅機構を採用する場合と比較して、機械抵抗が少なく
それだけ装置の作動応答性が向上し、エンジンの高回転
時にあっても弁の円滑な動作を確保することができる。 さらに、本実施例では、プランジャ７に設けられた上側
リフトチェック溝１５，下側リフトチェック溝１６及び
流体補給専用通路２０，流体排出専用通路３０の作用に
より、第２室５内のオイル量が常にほぼ一定に保たれる
ので、経時的にオイルがオイルシール部分から漏洩した
場合や何等かの理由で一時的に過剰にオイルが供給され
た場合であっても、バルブリフト量を一定に保つことが
でき、初期と同様の良好な弁の動作状態を相当長期間に
わたって維持し続けることができ、経時的に弁の動作不
良に起因して吸排気性能が低下するのを効果的に抑制す
ることができる。

【００１８】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、これによれば、電気的駆動手段の変位を第１の
ピストンと第２のピストンの面積の比に応じて増幅して
吸気弁あるいは排気弁に伝達できるので、この電気的駆
動手段に対する通電開始・通電停止を適宜な制御装置を
用いて制御することにより、吸気弁あるいは排気弁の開
閉をエンジンの運転状況に応じて所望のタイミングで行
なうことが可能となり、しかも弁の開，閉ともに油圧に
より行なわれるので、作動応答性が向上し、エンジンの
高回転時にあっても弁の円滑な動作を確保することがで
き、また、第２のピストンの外周部に形成された第１の
環状凹溝と第２の環状凹溝，作動流体補給専用通路，作
動流体排出専用通路の作用により経時的にシリンダの第
２室内に作動流体の不足，あるいは何等かの原因による
過剰が生じた場合に、速やかに作動流体の補充・排出が
行なわれ、作動流体量を常にほぼ一定に保つことができ
、これによりバルブリフト量を一定に保つことができ、
初期と同様の良好な弁の動作状態を相当長期間にわたっ
て維持し続けることができ、経時的に弁の動作不良に起
因して吸排気性能が低下するのを効果的に抑制すること
ができるという従来にない優れたエンジンの動弁装置を
提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の構成を示す説明図である。

【図２】図１の実施例の動作説明図である。

【図３】実施例におけるエンジン高回転時の電気的駆動
手段の変位とバルブリフト量との関係を示す線図である
。

【図４】従来例におけるエンジン高回転時のバルブリフ
トの一例を示す線図である。

【符号の説明】

１　　動弁装置 ２　　シリンダ ３　　第１のピストン ４　　第１室 ５　　第２室 ６　　電気的駆動手段 ７　　第２のピストンとしてのプランジャ８　　吸気弁 １５　　第１の環状凹溝としての上側リフトチェック溝
１６　　第２の環状凹溝としての下側リフトチェック溝
２０　　作動流体補給専用通路 ３０　　作動流体排出専用通路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　円筒状のシリンダと、このシリンダの
   内部に摺動可能に装備された第１のピストンと、この第
   １のピストンを介して一方と他方の側にそれぞれ形成さ
   れた第１室及び第２室と、前記第１室内に収納され前記
   シリンダの長手方向に沿って変位し前記第１のピストン
   を往復移動せしめる電気的駆動手段と、前記第２室に一
   端を臨ませ他端をシリンダ外部に臨ませた状態で設けら
   れ且つ前記シリンダの長手方向に沿って往復移動可能な
   前記第１のピストンより小さい受圧面積を有する第２の
   ピストンとを備え、この第２のピストンの他端に吸気弁
   若しくは排気弁が一体的に設けられ、前記第２室内に比
   圧縮性の作動流体が充填され、前記第２のピストンの外
   周部に長手方向に沿って所定間隔を隔てて第１の環状凹
   溝と第２の環状凹溝が形成され、これらの環状凹溝が第
   ２のピストンの移動とともにそれぞれ所定の位置に来た
   場合に前記第２室を外部に連通せしめる作動流体補給専
   用通路と作動流体排出専用通路とが設けられていること
   を特徴としたエンジンの動弁装置。