JPH05202707A - エンジンの動弁装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジン振動がアクチュエータに与える影響を
殆どなくし、弁の動作の信頼性を向上させる。 【構成】エンジン外に設けられた第１のシリンダ２と、
エンジンのシリンダブロック６０に設けられた第２のシ
リンダ３と、シリンダ２に摺動自在に装備された第１の
ピストン５３と、シリンダ３の内部に一端を臨ませ他端
を外部に臨ませた状態で該シリンダ３の長手方向に沿っ
て往復移動可能に装備されるとともにその他端側に吸気
弁５８が一体的に設けられたプランジャ５７と、ピスト
ン５３をその摺動方向に往復駆動する積層圧電素子５６
とを備えている。そして、シリンダ２とシリンダ３とが
ホース４により連結されるとともに、当該ホース４及び
これに連通するシリンダ２，３の内部にオイル１０が充
填されている。

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遠隔操
作により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種々提案されている。

【０００４】図には、出願人が先に出願したこの種の動
弁装置の一例が示されている。この図の動弁装置５１
は、図示しない吸気ポートの開閉を行なうものである。

【０００５】この動弁装置５１では、エンジン停止中、
動弁装置５１を構成するシリンダ５２（このシリンダ５
２はシリンダブロック６０上に固定されている。）の第
１室５４内に装備された積層圧電素子５６が変位を発生
していない場合は、第２室５５内のオイルに圧力が作用
しないので吸気弁５８（及びプランジャ５７）は圧縮コ
イルばね６３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エンジンコントロールユニ
ット（以下、「ＥＣＵ」と略述する。）５０により積層
圧電素子５６に通電が行なわれると、当該積層圧電素子
５６を構成する各圧電素子５６Ａが軸方向に伸び積層圧
電素子５６が矢印Ｂ方向に変位を発生し、第１のピスト
ン５３が矢印Ｂ方向に駆動される。この時、この第１の
ピストン５３は、第２室５５内のオイルに圧力を与え、
このオイルの圧力によりプランジャ５７が矢印Ｂ方向に
移動せしめられ、プランジャ５７を介して吸気弁５８が
開放せしめられる。図４には、プランジャ５７が移動し
て吸気弁５８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、積層圧電素子５６の
変位は、第１のピストン５３とプランジャ５７の受厚面
積の比に応じて増幅されて吸気弁５８に伝達されるよう
になっている。従って、例えば、積層圧電素子５６を構
成する各圧電素子５６Ａの変位量がミクロンオーダーで
あっても、吸気弁５８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。

【０００６】この一方、ＥＣＵ５０により通電が停止さ
れると、積層圧電素子５６を構成する各圧電素子５６Ａ
は元の形状に戻る。このため、第１のピストン５３が図
４の位置から矢印Ａ方向に移動して原位置（図３の状
態）に戻る。このため、第２室５５内の油圧が急激に負
圧となり、吸気弁５８が原位置に戻る。このようにし
て、吸気弁５８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５８の開閉が行なわれる。

【０００７】使用中にオイルシール９１または９２から
オイルが漏れ第２室５５内のオイルの圧力が規定値より
低下した時、吸気弁５８がリフトしていない図３の状態
において、図示しないオイル供給手段からオイル通路９
０に流入したオイルの圧力により逆止弁７２が開かれ作
動流体補給専用通路７０を構成する第２通路部７０Ｂ，
下側リフトチェック溝６６，第１通路部７０Ａ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５５内に過剰な
オイルが供給され第２室５５内の油圧が規定より幾分大
きくなった場合には、図４の位置にプランジャ５７が下
がって来たときに、第２室５５内のオイルがオイル排出
専用通路８０を構成する第１通路部８０Ａ，上側リフト
チェック溝６５，第２通路部８０Ｂを通り、該オイルの
圧力によって逆止弁７１が開かれ、過剰分のオイルが速
やかに排出されて第２室５５内の油圧が規定値になる。
このようにして、第２室５５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。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上述した動弁装置５１
によれば、積層圧電素子５６の変位を第１のピストン５
３とプランジャ５７の受圧面積の比に応じて増幅して吸
気弁（以下、この項の説明では「弁」と称す。）５８に
伝達できるので、この積層圧電素子５６に対する通電開
始・通電停止をＥＣＵ５０を用いて適宜制御することに
より、弁５８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５８
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５８の円滑
な動作を確保することができ、また、上側リフトチェッ
ク溝６５及び下側リフトチェック溝６６，作動流体補給
専用通路７０，作動流体排出専用通路８０の作用により
経時的にシリンダ５２の第２室５５内にオイルの不足，
あるいは何等かの原因による過剰が生じた場合に、速や
かにオイルの補充・排出が行なわれ、オイル量を常にほ
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る等数々の利点がある。しかし、
その後の研究により、動弁装置５１では、非圧縮性流体
を用いた変位増幅機構を採用する他のエンジンの動弁装
置（特開昭６１−５８９０９号等）と同様に、弁のを駆
動手段である積層圧電素子（以下、この項の説明では、
「アクチュエータ」と称す。）が吸気弁（又は排気弁）
の上部に設けられていることから、アクチュエータの重
量の分シリンダヘッドが重くなり、また、アクチュエー
タがエンジンに直接付いているのでエンジンの振動等の
影響により、経時的にその作動の信頼性が悪化するとい
う不都合が生じる可能性のあることが判明した。また、
４弁（４バルブ）のエンジンのように、吸気弁や排気弁
がそれぞれ複数ある場合、同じ動作をする弁が複数ある
にもかかわらず、弁の数だけアクチュエータを設ける必
要もあった。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、上述した事情の下になされた
ものであり、その目的は、とくに、エンジン振動がアク
チュエータに与える影響を殆どなくし、弁の動作の信頼
性を向上せしめることができると同時に、一つのアクチ
ュエータを用いて複数の弁を同時に開閉し得るエンジン
の動弁装置を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明の動弁装置は、エンジン外に設けられた第１
のシリンダと、エンジンのシリンダブロック部に設けら
れた１又は２以上の第２のシリンダと、第１のシリンダ
に摺動自在に装備された第１のピストンと、第２のシリ
ンダの内部に一端を臨ませ他端を外部に臨ませた状態で
該第２のシリンダの長手方向に沿って往復移動可能に装
備されるとともにその他端側に吸気弁もしくは排気弁が
一体的に設けられた第２のピストンと、第１のピストン
をその摺動方向に往復駆動するアクチュエータとを備
え、第１のシリンダと第２のシリンダとを管状部材によ
り連結するとともに、当該管状部材及びこれに連通する
第１，第２のシリンダの内部に非圧縮性の作動流体を充
填したことを特徴として構成されている。

【００１１】

【作用】エンジン停止中、アクチュエータが変位を発生
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アクチュエータが所定の
弁開方向に変位して第１のシリンダ内の第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、この流体圧が管状部材を介して第２の
シリンダ内の第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、アクチュエータの変位は、
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、アク
チュエータが前と反対の弁閉方向に変位して第１のピス
トンをその方向に駆動すると、第１，第２のシリンダ及
び管状部材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。このようにして、エンジンから離れ
た所に設けられた第１のシリンダ内のアクチュエータの
変位が油圧を介してエンジンの吸気弁もしくは排気弁が
一体的に設けられた第２のピストンに伝達されるので、
アクチュエータの作動がエンジン振動により影響を受け
にくい。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の好ましい実施例を図１ないし
図２に基づいて説明する。ここで、前述した図の従来例
と同一もしくは同等の構成部分については同一の符号を
付すものとする。

【００１３】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、エンジン外に設けられた第１のシリンダ２と、
エンジンのシリンダブロック６０に設けられた第２のシ
リンダ３と、第１のシリンダ２に摺動自在に装備された
第１のピストン５３と、第２のシリンダ３の内部に一端
（図における上端）を臨ませ他端（図における下端）を
外部に臨ませた状態で該第２のシリンダ３の長手方向に
沿って往復移動可能に装備されるとともにその他端側に
吸気弁５８が一体的に設けられた第２のピストンとして
のプランジャ５７と、第１のピストン５３をその摺動方
向に往復駆動するアクチュエータとしての積層圧電素子
５６とを備えている。そして、第１のシリンダ２と第２
のシリンダ３とは管状部材としてのホース４により連結
されており、また、このホース４及びこれに連通する第
１，第２のシリンダ２，３の内部には非圧縮性の作動流
体としてのオイル１０が充填されている。

【００１４】これを更に詳述すると、第１のシリンダ２
は、図１における下端が全面的に開口し、上端が中心の
部分を除いて閉塞された有底円筒状部材から成り、下端
開口部が閉塞された状態で、エンジンから所定距離を隔
てた取り付け部材５上に固定されている。この第１のシ
リンダ２の上端面中心の開口部の周縁は外方に向かって
突設されており、この突設部２Ａに接続部材６を介して
ホース４の一端が接続されている。第１のシリンダ２の
内部には、前述した如く第１のピストン５３が摺動自在
に装備されており、この第１のピストン５３と取り付け
部材５との間には、一端（図における上端）が第１のピ
ストン５３の下面に固着され、他端（図における下端）
が取り付け部材５上面に固着された前述した積層圧電素
子５６が介装されている。この積層圧電素子５６には、
ＥＣＵ５０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
び通電時間が制御されるようになっている。

【００１５】第２のシリンダ３は、多少厚肉の円筒状部
材から成り、エンジンのシリンダブロック６０によりそ
の一端（図における下端）が閉塞された状態でシリンダ
ブロック６０上に固定されている。この第２のシリンダ
３の他端（図における上端）には、中央部がホース４と
ほぼ同一径で開口した蓋部材を兼ねたホース取り付け部
材７により閉塞されている。そして、このホース取り付
け部材７の突出端部に接続部材８を介してホース４の他
端が接続されている。また、第２のシリンダ３には、プ
ランジャ５７が前述の如くして装備されており、このプ
ランジャ５７は、シリンダヘッド６０を貫通した状態で
設けられたガイド部材９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。このプランジャ５７
の他端側に設けられた吸気弁５８は、実際には、図示し
ない吸気ポートのシリンダブロック６０側の入口を開閉
し得る位置に設けられている。そして、プランジャ５７
及び吸気弁５８は、プランジャ５７の図１における上端
の部分に固定されたばね押さえ１２とガイド部材９との
間に介設された圧縮コイルばね６３によって、図中矢印
Ａ方向に付勢されている。ここで、図１の状態が、圧縮
コイルばね６３が最大限伸びたバルブリフトゼロの状態
を示す。

【００１６】更に、本実施例では、プランジャ５７の外
周部に長手方向に沿って所定間隔を隔てて上側リフトチ
ェック溝６５と下側リフトチェック溝６６が形成され、
これらのリフトチェック溝６５，６６がプランジャ５７
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位置（図示せず）に来た場
合に第２のシリンダ３の内部を外部に連通せしめる作動
流体補給専用通路７０と作動流体排出専用通路８０とが
設けられている。作動流体排出専用通路８０は、第２の
シリンダ３の内部から当該シリンダ３の周壁の一部を介
してガイド部材９の内周面に至るコ字状の第１通路部８
０Ａと、プランジャ５７を介して当該第１通路部８０Ａ
と反対側の対応する位置のガイド部材９及び第２のシリ
ンダ３の周壁に形成されたＬ字状の第２通路部８０Ｂと
を含んで構成されている。そして、この第２通路部８０
Ｂの図における左下端部には、当該通路部８０Ｂ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７１が設けられている。同様
に、作動流体補給専用通路７０は、第２のシリンダ３の
内部から当該シリンダ３の周壁の一部を介してガイド部
材９の内周面に至るコ字状の第１通路部７０Ａと、プラ
ンジャ５７を介して当該第１通路部７０Ａと反対側の対
応する位置のガイド部材９及びシリンダ３の周壁に形成
されたＬ字状の第２通路部７０Ｂとを含んで構成されて
いる。そして、この第２通路部７０Ｂの図における左下
端部には、外部から当該通路部７０Ｂ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７２が設けられている。これらの逆止弁７１，７２外
部のシリンダブロック６０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９０
が設けられている。

【００１７】図１において、符号９１及び符号９２はオ
イルシールを示す。

【００１８】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、積層圧電素子５６が変位を発
生していない場合は、第１，第２のシリンダ２，３及び
ホース４内部のオイル１０に圧力が作用しないので吸気
弁５８（及びプランジャ５７）は圧縮コイルばね６３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により積層圧電素子５６に通電
がなされると、当該積層圧電素子５６を構成する各圧電
素子５６Ａが軸方向に伸び該積層圧電素子５６が矢印Ａ
方向に変位を発生し、第１のピストン５３が矢印Ａ方向
に駆動される。この時、この第１のピストン５３は、オ
イル１０に圧力を与え、このオイル１０の圧力によりプ
ランジャ５７が矢印Ｂ方向に移動せしめられ、プランジ
ャ５７を介して吸気弁８が開放せしめられる。この場合
において、積層圧電素子５６の変位は、前述した動弁装
置５１と同様に、第１のピストン５３とプランジャ５７
の受圧面積の比に応じて増幅されて吸気弁５８に伝達さ
れるようになっており、同様に、例えば、積層圧電素子
５６を構成する各圧電素子５６Ａの変位量がミクロンオ
ーダーであっても、吸気弁５８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。

【００１９】この一方、ＥＣＵ５０により通電が停止さ
れると、積層圧電素子５６を構成する各圧電素子５６Ａ
は元の形状に戻る。このため、第１のピストン５３が矢
印Ｂ方向に移動して原位置（図１の状態）に戻る。この
ため、第１，第２のシリンダ２，３及びホース４内部の
オイル１０の油圧が急激に負圧となり、吸気弁５８が原
位置に戻る。このようにして、吸気弁５８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５８の開
閉が行なわれる。

【００２０】使用中にオイルシール９１または９２から
オイル１０が漏れ内部のオイル１０の圧力が規定値より
低下した時、吸気弁５８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７２が開かれ作動流体補給専用通路７０
を構成する第２通路部７０Ｂ，下側リフトチェック溝６
６，第１通路部７０Ａ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
によって過剰なオイルが供給され油圧が規定より幾分大
きくなった場合には、バルブリフト最大位置にプランジ
ャ７が下がって来たときに、オイル１０がオイル排出専
用通路８０を構成する第１通路部８０Ａ，上側リフトチ
ェック溝６５，第２通路部８０Ｂを通り、該オイル１０
の圧力によって逆止弁７１が開かれ、過剰分のオイルが
速やかに排出されて油圧が規定値になる。このようにし
て、本実施例では、前述した動弁装置５１と同様に、第
１，第２のシリンダ２，３及びホース４内部のオイル１
０の量が常にほぼ一定に保たれるようになっている。

【００２１】以上説明したように、本実施例によると、
アクチュエータとしての積層圧電素子５６が、エンジン
から離れた場所にホース４を介して設けられているの
で、エンジンの振動が積層圧電素子に影響を与えること
が殆どなく、積層圧電素子５６による吸気弁５８の開閉
制御の信頼性が向上し、積層圧電素子５６がシリンダヘ
ッド部に設けられていないので、その分シリンダヘッド
の軽量化を図ることができる。

【００２２】また、吸気弁が二つある４弁のエンジンの
場合、図２に示す応用例の如く、これら二つの吸気弁５
８，５８を第２のシリンダ３，３にそれぞれ装備し、こ
れらの第２のシリンダ３，３にそれぞれホース４Ａ，４
Ｂの一端を接続し、当該ホース４Ａ，４Ｂの他端をその
一端にホース４Ｃの一端が接続された図示のような二股
状接続部材１１の他端側にそれぞれ接続し、更にここで
は図示していないがホース４Ｃの他端側を第１のシリン
ダ２に接続すれば、一つの積層圧電素子５６により、吸
気弁５８，５８を同時に開閉させることができる。この
ため、各弁毎に積層圧電素子５６等のアクチュエータを
設ける必要がないので、軽量化及びコストの低減を図る
ことができる。

【００２３】更に、上記実施例は、大部分の構造が前述
した動弁装置５１と同様であるので、同様の利点をも兼
ね備えている。即ち、吸気弁５８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でき、吸気弁５８の開
閉のタイミングをＥＣＵのソフトウェアのプログラム変
更により容易に変更設定することができ、また、積層圧
電素子５６の変位を増幅して吸気弁５８を駆動し、しか
も吸気弁５８の開，閉ともに油圧により行なうようにし
たので、作動応答性が向上し、エンジンの高回転時にあ
っても吸気弁５８の円滑な動作を確保することができ、
さらに、プランジャ５７に設けられた上側リフトチェッ
ク溝６５，下側リフトチェック溝６６及び流体補給専用
通路７０，流体排出専用通路８０の作用により、内部の
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気性
能が低下するのを効果的に抑制することができる。

【００２４】なお、上記実施例では、吸気弁を開閉する
動弁装置について説明したが、本発明は排気弁の開閉に
ついても同様に適用することができることは勿論であ
り、また、上記実施例ではアクチュエータとして積層圧
電素子を使用する場合を例示したが本発明はこれに限定
されるものではなく、アクチュエータとしてソレノイド
や従来のカムシャフトを使用する構成であっても良い。

【００２５】

【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、エンジンから離れた所に設けら
れた第１のシリンダ内のアクチュエータの変位が油圧を
介してエンジンの吸気弁もしくは排気弁が一体的に設け
られた第２のピストンに伝達されるので、アクチュエー
タの作動がエンジン振動により影響を受けにくくなって
いることから、アクチュエータによる吸気弁もしくは排
気弁の開閉制御の信頼性が向上し、アクチュエータがシ
リンダヘッド部に設けられていないので、その分シリン
ダヘッドの軽量化を図ることができ、更には、上記図２
の応用例でも説明したように、一つのアクチュエータに
より複数の弁を同時に開閉駆動することができるので、
各弁毎にアクチュエータを設ける必要がなく、一層の軽
量化及びコストの低減を図ることができるいう従来にな
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の実施例の応用例を示す説明図である。

【図３ないし図４】先に出願した動弁装置を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

１ 動弁装置 ２ 第１のシリンダ ３ 第２のシリンダ ４ 管状部材としてのホース １０ 非圧縮性の作動流体としてのオイル ５３ 第１のピストン ５６ アクチュエータとしての積層圧電素子 ５７ 第２のピストンとしてのプランジャ ５８ 吸気弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン外に設けられた第１のシリンダ
   と、前記エンジンのシリンダブロック部に設けられた１
   又は２以上の第２のシリンダと、前記第１のシリンダに
   摺動自在に装備された第１のピストンと、前記第２のシ
   リンダの内部に一端を臨ませ他端を外部に臨ませた状態
   で該第２のシリンダの長手方向に沿って往復移動可能に
   装備されるとともにその他端側に吸気弁もしくは排気弁
   が一体的に設けられた第２のピストンと、前記第１のピ
   ストンをその摺動方向に往復駆動するアクチュエータと
   を備え、前記第１のシリンダと第２のシリンダとを管状
   部材により連結するとともに、当該管状部材及びこれに
   連通する前記第１，第２のシリンダの内部に非圧縮性の
   作動流体を充填したことを特徴とするエンジンの動弁装
   置。