(57)【要約】  【課題】定常運転時はもとより、過渡応答時においても最適なリフト荷重が設定できるようにする。  【解決手段】バルブ１を押し上げるバルブスプリング５のばね定数を、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが共に低い領域において通常動作する値に設定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが共に高い領域では、アシスト制御ユニット７からの通電によりソレノイドコイル６を励磁して、バルブステム２にバルブスプリング５の付勢力と同方向に作用するアシスト荷重Ｆａ’を発生させる。その結果、低回転、低回転加速度領域ではバルブスプリング５によるスプリング荷重Ｆｓとバルブ１の慣性荷重Ｆｉとの和にて、バルブ１を押し上げるリフト荷重Ｆｖを発生させる。又エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの少なくとも一方が高い領域では、リフト荷重Ｆｖをアシスト荷重Ｆａ’の分だけ増加させて、最適な値に設定する。【選択図】図１
2005105887.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランク軸と同期回転するカムにより開弁駆動するバルブを閉方向へ常時付勢するバルブスプリングと、
上記バルブを閉方向或いは開方向へ付勢する補助付勢手段と
を備えたエンジンの動弁装置において、
上記補助付勢手段の付勢力をエンジン回転数及びエンジン回転加速度に基づいて制御することを特徴とするエンジンの動弁装置。
【請求項２】
上記エンジン回転数と上記エンジン回転加速度との少なくとも一方が増加するに従い上記補助付勢手段の付勢力を増加させることを特徴とする請求項１記載のエンジンの動弁装置。
【請求項３】
上記補助付勢手段は電磁ソレノイドであり、
上記バルブスプリングを支持するスプリングリテーナから延出する筒状部の側面に沿うように配設したことを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンの動弁装置。
【請求項４】
上記補助付勢手段は電磁ソレノイドであり、
直動式動弁装置に設けたリフタの側面に沿うように配設したことを特徴とする請求項１或いは２記載のエンジンの動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン回転数等に応じてバルブに対する付勢力を可変させるエンジンの動弁装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、４サイクルエンジンでは、シリンダヘッドに形成した吸気ポートと排気ポートとに、吸気バルブと排気バルブとを各々配設し、各バルブに設けたバルブステムのステムエンドを吸気カムと排気カムとにより所定タイミングで押圧することで、各ポートを開弁動作させる。
【０００３】
各ステムエンドにはスプリングリテーナが固設されており、スプリングリテーナとシリンダヘッドに形成したスプリングシートとの間に介装したバルブスプリングの付勢力により、各バルブは閉弁方向へ常時付勢されている。
【０００４】
ところで、バルブステムを押し上げるリフト荷重Ｆｖは、固有振動による荷重を除けば、バルブスプリングの付勢力（スプリング荷重）Ｆｓと慣性荷重Ｆｉとの和、すなわち、
Ｆｖ＝Ｆｓ＋Ｆｉ  …（１）
となる。
【０００５】
ここで、スプリング荷重Ｆｓは、おおよそ式（２）から求めることができる。  
Ｆｓ≒Ｌ・ｋ＋ｋｏ  …（２）
ここで、Ｌ：バルブリフト量、ｋ：バルブスプリングのばね定数、ｋｏ：バルブスプリングのセット荷重である。
【０００６】
又、慣性荷重Ｆｉは、おおよそ式（３）から求めることができる。  
Ｆｉ≒Ｍ・ａ  …（３）
ここで、Ｍ：バルブの質量、ａ：バルブリフト加速度である。
【０００７】
式（２）に示すように、スプリング荷重Ｆｓは、バルブリフト量Ｌによって決定される値であり、エンジン回転数の影響は殆ど受けない。一方、慣性荷重Ｆｉは、式（３）から明らかなように、バルブリフト加速度ａによって決定されるため、エンジン回転変動の影響を受ける。
【０００８】
図７に示すように、バルブリフト加速度ａは、バルブ開き始めと、閉じ終わり付近で急激に大きくなり、最大バルブリフト位置（クランク角β）付近で負の加速度を示す。最大バルブリフト位置（クランク角β）付近では、負の加速度を示すため、バルブスプリングのばね定数ｋを決定するに際しては、最大バルブリフト位置（クランク角β）でのバルブバウンス、ジャンプを考慮する必要がある。
【０００９】
バルブバウンスやジャンプを抑制するには，
|Ｆｓ|＞|Ｆｉ|  …（４）
の関係を満足させなければならない。換言すれば、図７に示すように、最大バルブリフト位置（クランク角β）でのリフト荷重Ｆｖが０以上になるように設定する必要がある。全運転領域で、不等式（４）を満足させるには、スプリング荷重Ｆｓを大きく設定すれば良い。
【００１０】
しかし、スプリング荷重Ｆｓを大きく設定すると、フリクションが増大し、出力及び燃費に影響してくるため、必要以上に大きな値に設定することはできない。
【００１１】
この対策として、例えば特開平２−２２１６０８号公報には、バルブスプリングの両端を支持するスプリングリテーナとスプリングシートとに、永久磁石と電磁石とを対向配設し、電磁石に対する通電方向、及び電流値をエンジン回転数に応じて可変設定することで、両磁石間に発生する吸引、反発力を利用して、リフト荷重Ｆｖを調整する技術が開示されている。
【特許文献１】特開平２−２２１６０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特開平２−２２１６０８号公報には、エンジン回転数をパラメータとして、電磁石に対する電流値をエンジン回転数に応じて設定する技術が開示されているが、慣性荷重Ｆｉの関数であるバルブリフト加速度ａは、エンジン回転数とエンジン回転加速度とに影響されるため、エンジン回転数のみではリフト荷重Ｆｖを最適な値に調整することはできない。
【００１３】
すなわち、例えばエンジンが低回転数域にあってもアクセルペダルを踏み込んだような、過渡応答時には、エンジン回転加速度の上昇に従い、慣性荷重Ｆｉが増加するため、最適なリフト荷重Ｆｖを得ようとした場合には、エンジン回転加速度を考慮して設定する必要がある。
【００１４】
更に、スプリングリテーナに永久磁石を固設しているため、動弁系の慣性質量が増大し、従って、慣性荷重Ｆｉが増加するため、不等式（４）の関係を維持するためには、スプリング荷重Ｆｓを増加しなければならない。その結果、リフト荷重Ｆｖが大きくなってしまい、低フクリション化の傾向にある最近のエンジンに採用することが困難となる。
【００１５】
本発明は、上記事情に鑑み、定常運転時はもとより、過渡応答時においても最適なリフト荷重を設定することができ、良好な運転性能が得られるばかりでなく、動弁系の慣性質量の増加を抑制し、低フリクション化を可能とするエンジンの動弁装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記目的を達成するため本発明は、クランク軸と同期回転するカムにより開弁駆動するバルブを閉方向へ常時付勢するバルブスプリングと、上記バルブを閉方向或いは開方向へ付勢する補助付勢手段とを備えたエンジンの動弁装置において、上記補助付勢手段の付勢力をエンジン回転数及びエンジン回転加速度に基づいて制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、補助付勢手段の付勢力をエンジン回転数及びエンジン回転加速度に基づいて制御するので、定常運転時はもとより、過渡応答時においても最適なリフト荷重を設定することができ、良好な運転性能を得ることができる。
【００１８】
又、補助付勢手段をリフタの側面に沿うように配設することで、動弁系の慣性質量の増加が抑制され、低フリクション化を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図１〜図４に基づいて本発明の一形態を説明する。図１にバルブスプリングアシスト機構を備える動弁装置の概略構成図を示す。
【００２０】
同図の符号１は吸排気バルブである。吸排気バルブは、吸気バルブ、及び排気バルブの総称であり、各気筒に配設されている吸気バルブと排気バルブとの全てに適用される。
【００２１】
吸排気バルブ１のバルブステム２のステムエンドにスプリングリテーナ３が固設されており、スプリングリテーナ３と、シリンダヘッド４に形成したスプリングシート４ａとの間に、バルブステム２の下端に形成した弁体２ａを閉弁方向へ常時付勢するバルブスプリング５が介装されている。尚、図示しないが、バルブステム２のステムエンドには、ロッカアームを介してカムが連設されている。カムは、クランク軸に対して、１／２の速度で同期回転するカム軸に設けられている。
【００２２】
又、バルブステム２の外周にソレノイドコイル６が配設されている。尚、ソレノイドコイル６はスプリングリテーナ３を駆動させるように配設されていても良い。更に、動弁機構が直動式の場合は、スプリングリテーナ３の上部にリフタが配設されており、このリフタの外周にソレノイドコイル６を配設しても良い。
【００２３】
又、バルブステム２の移動範囲において、少なくとも、ソレノイドコイル６に対設する領域が、鉄等の磁性体で形成されており、この部位がプランジャとして機能する。
【００２４】
ソレノイドコイル６はアシスト制御ユニット７に接続されており、アシスト制御ユニット７に、クランク軸の回転等からエンジン回転数Ｎｅ[rpm]を検出する回転数センサ８が接続されている。アシスト制御ユニット７は、回転数センサ８で検出したエンジン回転数Ｎｅに基づき、その変化量からエンジン回転加速度α[rpm/s]を算出し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとに基づき、図２に示す運転領域マップを参照して、ソレノイドコイル６に対して通電するか否かを調べる。
【００２５】
図２に示すように、運転領域マップには、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとに基づき運転領域を区分し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの双方が低い領域では、ソレノイドコイル６を非通電とし、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの少なくもと一方が高い領域では、ソレノイドコイル６に通電する。従って、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの一方が低くても、他方が高い場合は、ソレノイドコイル６に通電されて励磁される。
【００２６】
すなわち、エンジン回転数Ｎｅが低くても、アクセルペダルを踏み込んだ過渡応答時には、エンジン回転加速度αの上昇に従い、慣性荷重Ｆｉが増加するため、そのバランスから、ソレノイドコイル６に通電し、バルブステム２に電磁力によりアシスト荷重Ｆａを発生させて、スプリング荷重Ｆｓを見かけ上高める。
【００２７】
又、高速路での定速走行のように、エンジン回転数Ｎｅが高い領域においても、エンジン回転数Ｎｅに比例して吸排気バルブ１の開閉時の加速度が速くなり、慣性荷重Ｆｉも増大するため、そのバランスから、ソレノイドコイル６に通電し、スプリング荷重Ｆｓを見かけ上高める。
【００２８】
一方、一般道を定速走行しているような、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが共に低い領域では、慣性荷重Ｆｉが低いため、そのバランスから、ソレノイドコイル６を非通電とし、通常のリフト荷重Ｆｖでバルブステム２を押し上げる。
【００２９】
すなわち、ソレノイドコイル６が通電により励磁されると、バルブステム２に、バルブステム２を閉弁方向へ付勢するアシスト荷重Ｆａが発生する。その結果、スプリング荷重Ｆｓは、アシスト荷重Ｆａが加算された仮想スプリング荷重Ｆｓ’となる。
【００３０】
Ｆｓ’≒Ｆｓ＋Ｆａ  …（２’）
バルブバウンス、ジャンプを抑制するには、仮想スプリング荷重Ｆｓ’と慣性荷重Ｆｉとは、不等式（４）と同様、
|Ｆｓ’|＞|Ｆｉ|  …（４’）
の関係を満足させる必要がある。換言すれば、図４に示すように、最大バルブリフト位置（クランク角β）でのリフト荷重Ｆｖが、少なくとも０になるように設定する。
【００３１】
本形態では、バルブスプリング５として、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが共に低い領域（図２の非通電領域）において、図７に示すように、最大バルブリフト位置（クランク角β）でのリフト荷重Ｆｖが、少なくとも０になるようなばね定数ｋの低荷重スプリングを採用している。
【００３２】
又、ソレノイドコイル６に対する通電時においては、バルブステム２に発生させる電磁力を、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの一方が高い領域（図２の通電領域）において、図４に示すように、最大バルブリフト位置（クランク角β）でのリフト荷重Ｆｖが、少なくとも０になるようなアシスト荷重Ｆａを発生させることのできる値に設定されている。
【００３３】
次に、本形態の作用について説明する。  
エンジン運転時、クランク軸の回転に同期して、カム軸が１／２の速度で回転する。カム軸の回転により、カム軸に設けたカムが吸排気バルブ１のバルブステム２を所定タイミングで押圧し、バルブステム２をバルブスプリング５の付勢力に抗して開弁動作させる。
【００３４】
その際、アシスト制御ユニット７では、回転数センサ８で検出したエンジン回転数Ｎｅ[rpm]を読込み、更に、エンジン回転数Ｎｅの変化からエンジン回転加速度α[rpm/s]を算出する。
【００３５】
次いで、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとをパラメータとして、図２に示す運転領域マップを参照し、現在の運転領域が非通電領域か、通電領域かを調べる。
【００３６】
そして、非通電領域にあるときは、ソレノイドコイル６に対して非通電とする。その結果、バルブステム２を押し上げるリフト荷重Ｆｖは、式（２）に従い、おおよそ、バルブスプリング５のばね定数ｋに比例したスプリング荷重Ｆｓと慣性荷重Ｆｉとの和となるため（Ｆｖ＝Ｆｓ＋Ｆｉ）、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが共に低い領域では、低フリクション化を実現することができる。又、相対的にエンジン出力を向上させることができると共に、低燃費化を実現することができる。
【００３７】
又、運転領域が通電領域、すなわち、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの少なくとも一方が高いときは、ソレノイドコイル６に通電する。すると、ソレノイドコイル６が励磁され、バルブステム２に電磁力によるアシスト荷重Ｆａを発生させる。
【００３８】
その結果、図４に示すように、スプリング荷重Ｆｓにアシスト荷重Ｆａが加算された仮想スプリング荷重Ｆｓ’と慣性荷重Ｆｉとの和が、バルブステム２を押し上げるリフト荷重Ｆｖとなる（Ｆｖ＝Ｆｓ’＋Ｆｉ）。
【００３９】
従って、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの少なくとも一方が高く、その分、慣性荷重Ｆｉが増加しても、リフト荷重Ｆｖがアシスト荷重Ｆａの分だけ増加されているため、最大バルブリフト位置（クランク角β）において、リフト荷重Ｆｖが少なくとも０となり、バルブバウンス、ジャンプを抑制することができる。
【００４０】
尚、図２に示す運転領域マップの通電領域と非通電領域との境界は、運転領域毎の慣性荷重Ｆｉ、及びバルブスプリング５のばね定数ｋ等とのバランスで決定する。
【００４１】
又、本形態では、ソレノイドコイル６に通電する電流値を一定としたが、電流値を可変制御したり、或いはデューティ制御することで、バルブステム２に発生するアシスト荷重Ｆａを比例制御するようにしても良い。例えば、図３に示す運転領域マップでは、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとをパラメータとして、図２に示す非通電領域を、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが高くなるに従い、デューティ比を１０％〜８０％まで段階的に高くなるように設定されている。
【００４２】
同図示にす運転領域マップによれば、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとが共に低い領域でも、アシスト荷重Ｆａを発生させることができるため、エンジン始動後の全ての領域において、最適なリフト荷重Ｆｖを得ることができる。
【００４３】
この場合、ソレノイドコイル６に通電する電流値、或いはデューティ比を、スロットル弁下流の吸気管圧力や、ディーゼルエンジンであれば排気ブレーキ作動時の排気圧等を参酌し、吸排気バルブ１に与える影響を考慮して設定すれば、よりきめの細かい制御が可能となる。
【００４４】
又、本形態の別態様として、バルブスプリング５を高荷重スプリングとし、ソレノイドコイル６に対する通電により発生するアシスト荷重Ｆａを、バルブスプリング５の付勢方向とは逆の方向へ動作させることも考えられる。
【００４５】
具体的には、バルブスプリング５のばね定数ｋを、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転加速度αとの少なくとも一方が高い領域における、最大バルブリフト位置（クランク角β）でのリフト荷重Ｆｖが、少なくとも０になるような値に設定する。そして、ソレノイドコイル６に対しては、図２の通電領域では非通電とし、非通電領域では通電とする。
【００４６】
その結果、本態様では、図２の通電領域では通常のスプリング荷重Ｆｓが設定される。一方、非通電領域では、式（２''）に示すような仮想スプリング荷重Ｆｓ''が設定される。  
Ｆｓ''≒Ｆｓ−Ｆａ  …（２''）
次に、ソレノイドコイル６の具体的な配置例を説明する。  
【実施例１】
【００４７】
図５に実施例１による動弁装置の要部断面図を示す。尚、図１と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００４８】
バルブステム２は、シリンダヘッド４に装着されたバルブガイド１１に進退自在に挿通支持されている。バルブガイド１１の上端にヨーク１２を固設し、ヨーク１２にソレノイドコイル６が内装されている。
【００４９】
更に、ソレノイドコイル６内周とバルブステム２との間に、スプリングリテーナ３から延出すると共にバルブステム２に装着されている筒状部１３が臨まされている。スプリングリテーナ３の少なくとも筒状部１３の、ソレノイドコイル６に対向する側面は磁性体で形成されており、この部位がプランジャとして機能する。従って、スプリングリテーナ３全体が磁性体で形成されていても良い。
【００５０】
本実施例で、ソレノイドコイル６を励磁して、筒状部１３に電磁力を発生させることでアシスト荷重Ｆａを生成するようにしたものである。
【００５１】
このように本実施例では、バルブガイド１１にヨーク１２を介してソレノイドコイル６を固設したので、バルブステム２の慣性質量が増大せず、相対的に慣性荷重Ｆｉの増加を抑制することができる。
【実施例２】
【００５２】
図６に実施例２による動弁装置の要部断面図を示す。尚、図１と同一の構成部分については同一の符号を付して説明を省略する。
【００５３】
本実施例は直動式動弁機構に、本形態によるバルブスプリングアシスト機構を適用した例を示す。直動式動弁機構は、バルブステム２のステムエンドに、ピストン式のリフタ２１が連結され、その頂部にバルブクリアランスを調整するシム２２が装着されている。更に、シム２２上に吸排気カム２３が摺接されている。吸排気カム２３は、吸気カム、及び排気カムの総称であり、各気筒に配設されている全ての吸排カム、排気カムに適用される。
【００５４】
エンジン運転時に吸排気カム２３が回転すると、この回転運動が、吸排気カム２３に摺接されているリフタ２１により往復運動に変換されて、バルブステム２の下端に設けた弁体２ａが開閉動作される。
【００５５】
リフタ２１は筒状に形成されており、その側面２１ａがシリンダヘッド４に形成したシリンダ部４ａに沿って往復動作する。シリンダ部４ａの、側面２１ａの移動領域に対向する部位に、ソレノイドコイル６が取り付けられている。リフタ２１の少なくとも側面２１ａの、ソレノイドコイル６に対向する部位は磁性体で形成されており、この部位がプランジャとして機能する。従って、リフタ２１全体が磁性体で形成されていても良い。
【００５６】
ソレノイドコイル６は、リフタ２１の側面２１ａに電磁力を発生させてアシスト荷重Ｆａを生じさせるようにしている。
【００５７】
本実施例では、シリンダヘッド４に形成したシリンダ部４ａにソレノイドコイル６を固設したので、バルブステム２の慣性質量が増大せず、相対的に慣性荷重Ｆｉの増加を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】バルブスプリングアシスト機構を備える動弁装置の概略構成図
【図２】運転領域マップの説明図
【図３】別態様による運転領域マップの説明図
【図４】バルブステムを押し上げるリフト荷重の説明図
【図５】実施例１によるバルブスプリングアシスト機構を備える動弁装置の要部概略構成図
【図６】実施例２によるバルブスプリングアシスト機構を備える動弁装置の要部概略構成図
【図７】従来のバルブステムを押し上げるリフト荷重の説明図
【符号の説明】
【００５９】
１  吸排気バルブ
２  バルブステム
３  スプリングリテーナ
４  シリンダヘッド
５  バルブスプリング
６  ソレノイドコイル
７  アシスト制御ユニット
８  回転数センサ
１３  筒状部
２１  リフタ
２１ａ  側面
２３  吸排気カム
α  エンジン回転加速度
Ｆａ  アシスト荷重
Ｆｉ  慣性荷重
Ｆｓ  スプリング荷重
Ｆｓ’  仮想スプリング荷重
Ｆｖ  リフト荷重
Ｎｅ  エンジン回転数
ａ  バルブリフト加速度
ｋ  ばね定数
代理人    弁理士    伊  藤    進
【図１】
2005105887.tif 000003
【図２】
2005105887.tif 000004
【図３】
2005105887.tif 000005
【図４】
2005105887.tif 000006
【図５】
2005105887.tif 000007
【図６】
2005105887.tif 000008
【図７】
2005105887.tif 000009