内燃機関の動弁駆動装置
【課題】 製造コストの増大或いは組立性の低下を招くことがないと共に、機械的なストッパによることなく、バルブの最大ストロークを確実に制限する。
【解決手段】 流体圧によりピストン１５を作動させ、そのピストン１５により吸・排気弁等のバルブ１２をリフトさせて、そのバルブ１２を開弁すると共に、流体圧を解除してバルブ１２を閉弁する内燃機関の動弁駆動装置において、ピストン１５に流体圧を作用させて、そのピストン１５が最大ストロークに達する直前に、ピストン１５にかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段１３、２８を備える。
【解決手段】 流体圧によりピストン１５を作動させ、そのピストン１５により吸・排気弁等のバルブ１２をリフトさせて、そのバルブ１２を開弁すると共に、流体圧を解除してバルブ１２を閉弁する内燃機関の動弁駆動装置において、ピストン１５に流体圧を作用させて、そのピストン１５が最大ストロークに達する直前に、ピストン１５にかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段１３、２８を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁或いは排気弁をなすバルブを開閉駆動するための装置に係り、特に、カム機構を有さず、流体圧を利用してバルブを開閉駆動する内燃機関の動弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン制御の自由度を高めるため、カム機構によるバルブの開閉駆動を廃止し、これに代わって電磁駆動或いは流体圧駆動とする、所謂カムレス方式の動弁駆動装置が有望視されている。例えば、特許文献１等にはこのようなカムレス方式の動弁駆動装置が開示されている。当該装置では、バルブにピストンを連結すると共に、バルブのバルブスプリングに逆らって必要量だけリフトさせるだけの高圧の流体圧を作り、その流体圧をピストンに作用させ、そのピストンを介してバルブを開弁駆動している。従って、流体圧の供給時期や大きさを制御することにより、バルブの開閉タイミングやリフト量を自由に設定することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２８７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記装置では、バルブの最大ストロークを制限するために、ピストン或いはバルブに機械的なストッパが設けられていた。しかしながら、ピストン或いはバルブに機械的なストッパを設けると、ピストン或いはバルブの形状が複雑となり、製造コストが増大すると共に組立性が低下するという問題があった。また、機械的なストッパによると、バルブが最大ストロークに達したときに、音及び衝撃が発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、製造コストの増大或いは組立性の低下を招くことがないと共に、機械的なストッパによることなく、バルブの最大ストロークを確実に制限することができる内燃機関の動弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、流体圧によりピストンを作動させ、そのピストンにより吸・排気弁等のバルブをリフトさせて、そのバルブを開弁すると共に、流体圧を解除して上記バルブを閉弁する内燃機関の動弁駆動装置において、上記ピストンに流体圧を作用させて、そのピストンが最大ストロークに達する直前に、上記ピストンにかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段を備えたものである。
【０００７】
ここで、上記ピストンが、アクチュエータボデイ内に摺動自在に、かつ、ストロークが規制されて設けられた筒状の外側ピストンと、該外側ピストン内に摺動自在に、かつ、上記バルブに連結させて設けられた内側ピストンとからなり、上記バルブの開弁時には上記外側ピストン及び上記内側ピストンに流体圧を作用させて、それら外側ピストンと内側ピストンとを同時にリフトさせ、上記外側ピストンの停止後には上記内側ピストンのみに流体圧を作用させて、その内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記流体圧開放手段が上記内側ピストンに作用する流体圧を逃がすものであっても良い。
【０００８】
また、上記流体圧開放手段が、上記外側ピストンの内周面に設けられ、上記内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記外側ピストン内における上記内側ピストンよりも上側の空間と連通するスリットを有しても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造コストの増大或いは組立性の低下を招くことがないと共に、機械的なストッパによることなく、バルブの最大ストロークを確実に制限することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る動弁駆動装置の全体図である。本実施形態の動弁駆動装置は、車両用等の多気筒コモンレールディーゼルエンジンに適用したものである。
【００１２】
まず、コモンレール式燃料噴射装置について説明する。
【００１３】
エンジン（内燃機関）の各気筒毎に燃料噴射を実行するインジェクタ１が設けられる。このインジェクタ１には、コモンレール２に貯留されたコモンレール圧Ｐｃ（例えば数１０〜数１００ＭＰａ程度）の高圧燃料が常時供給されている。燃料タンク３の燃料は燃料フィルタ４を通じてフィードポンプ５によって吸引された後、高圧ポンプ６に送られる。コモンレール２への燃料圧送は、この高圧ポンプ６によって行われる。フィードポンプ５のフィード圧Ｐｆは、リリーフ弁からなる圧力調整弁７によって調整され、一定に保たれる。フィード圧Ｐｆは常圧よりは大きい（つまり燃料は加圧された状態にある）が、コモンレール圧Ｐｃよりは著しく小さい値で、例えば０．５ＭＰａ程度である。
【００１４】
図示する装置全体を総括的に制御する制御装置としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）８が設けられる。このＥＣＵ８には、エンジンの運転状態（エンジンのクランク角、回転速度、エンジン負荷等）を検出するセンサ（図示せず）が接続される。ＥＣＵ８は、これらセンサの検出信号に基づいてエンジンの運転状態を把握すると共に、その運転状態に基づいた駆動信号をインジェクタ１の電磁ソレノイドに送ってインジェクタ１を開閉制御する。電磁ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦに応じて燃料噴射が実行・停止される。燃料噴射停止時にはインジェクタ１から常圧程度の燃料がリターン通路９を通じて燃料タンク３に戻される。ＥＣＵ８は、エンジンの運転状態に基づいて実際のコモンレール圧を目標圧に向けてフィードバック制御する。このため実際のコモンレール圧を検出するためのコモンレール圧センサ１０が設けられる。
【００１５】
次に、本実施形態の動弁駆動装置について説明する。
【００１６】
エンジンのシリンダヘッド１１には、エンジンの吸気弁或いは排気弁をなすバルブ１２が昇降自在に支持される。バルブ１２は全体的に軸状に形成され、その下端部には弁体１３が設けられる。バルブ１２の閉弁時、バルブ１２は弁体１３にてシリンダヘッド１１のシート部１４に着座するようになっている。バルブ１２の上端部には、ピストン１５が設けられる。シリンダヘッド１１の上部には本装置の主要部をなすバルブ駆動アクチュエータ１６が設けられ、そのアクチュエータボデイ１７がシリンダヘッド１１の上端部に固設される。ピストン１５はこのアクチュエータボデイ１７に昇降自在に支持される。
【００１７】
バルブ１２の長手方向中間部には鍔部１８が設けられ、鍔部１８とシリンダヘッド１１との間にはバルブ１２を閉弁方向（図１中の上側）に付勢するためのバルブスプリング１９が圧縮状態で配設される。本実施形態のバルブスプリング１９はコイルスプリングからなる。また、アクチュエータボデイ１７の下端部には鍔部１８を吸引するための磁石２０が埋設され、この磁石２０によってもバルブ１２が閉弁方向に付勢される。本実施形態の磁石２０は、バルブ１２を囲繞するリング状の永久磁石からなる。なお、図１においては一気筒の一個のバルブのみが示されているが、多気筒或いは複数のバルブについて開閉駆動したい場合は同じ構成を当該バルブに与えればよい。
【００１８】
図２及び図３に示すように、本実施形態のピストン１５は、アクチュエータボデイ１７内に摺動自在に設けられた円筒状の外側ピストン２１と、外側ピストン２１内に摺動自在に、かつ、バルブ１２の上端部に一体的に連結させて設けられた内側ピストン２２とからなる二重ピストンである。外側ピストン２１はアクチュエータボデイ１７内に設けられた外側ピストン挿入孔２３に軸シールをなしつつ挿入される。内側ピストン２２は少なくともバルブ１２の上端の部分であり、内側ピストン挿入孔２４をなす外側ピストン２１の内周に軸シールをなしつつ挿入される。なお、本実施形態においてはバルブ１２と内側ピストン２２とを一体的に形成したが、これらを別体として構成しても構わない。
【００１９】
外側ピストン２１の下端部の外周面は拡径されており、この拡径部２５はアクチュエータボデイ１７内に設けられた油室２６内を外側ピストン２１の移動に従い移動するようになっている。外側ピストン２１の移動は、その外側ピストン２１の下端面が油室２６の底面に当接することで規制される。つまり、外側ピストン２１の下方への移動は所定範囲内に制限される。この外側ピストン２１の最大ストロークは、バルブ１２の閉弁時における外側ピストン２１の下端面と油室２６の底面との間隔Ｌ１（図２参照）により決定される。この間隔Ｌ１はバルブ１２の全ストロークに対してきわめて小さい値に設定されており、例えば１ｍｍ程度である。
【００２０】
外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４の上端部には外側段差部２７が設けられると共に、内側ピストン２２の上端部には外側段差部２７と係合するための内側段差部２８が設けられる。バルブ１２の開弁初期及び閉弁終期には、外側段差部２７と内側段差部２８とが係合され、外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動される。本実施形態においては、外側段差部２７及び内側段差部２８はテーパ状にそれぞれ形成される。また、外側段差部２７と内側段差部２８は、それらが係合した状態で、外側ピストン２１の上端面２９と内側ピストン２２の上端面３０とが略面一となるように設定される。例えば、外側ピストン２１の上端面２９の直径は９ｍｍ程度であり、内側ピストン２２の上端面３０の直径は２．７ｍｍ程度である。
【００２１】
外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４の下端部には、軸方向に沿って真直にスリット３１が設けられる。スリット３１は、周方向に沿って所定間隔を隔てて複数（図３参照、図示例では四本）設けられる。スリット３１は、内側ピストン２２が最大ストローク近傍に達したときに、外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４における内側ピストン２２よりも上側の空間（内側ピストン挿入孔２４）と連通されるものである。スリット３１は、外側段差部２７に対して所定間隔Ｌ２だけ離間させて設けられている。この間隔Ｌ２は、上記の間隔Ｌ１に比べて比較的大きい値に設定されており、例えば１１ｍｍ程度である。
【００２２】
ここで、内側ピストン２２が最大ストロークに達する直前に、内側ピストン２２にかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段が設けられる。本実施形態においては、内側ピストン２２の内側段差部２８及び外側ピストン２１のスリット３１が流体圧開放手段を主に構成する。
【００２３】
アクチュエータボデイ１７内には、外側ピストン２１の上端面（受圧面）２９及び内側ピストン２２の上端面（受圧面）３０に面した圧力室３２が設けられる。圧力室３２は、バルブ１２を開弁方向にリフトするための作動流体が供給されるもので、主にアクチュエータボデイ１７の外側ピストン挿入孔２３と外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４とから構成される。圧力室３２の底面部分は受圧面２９、３０によって区画形成される。
【００２４】
本実施形態の作動流体は、エンジンの燃料と共通の軽油が用いられる。圧力室３２に燃料が供給されるとバルブ１２が外側ピストン２１及び内側ピストン２２を介して開弁方向に押され、この押力がバルブスプリング１９の付勢力及び永久磁石２０の吸引力を上回るとバルブ１２が開弁する。一方、圧力室３２から燃料が排出されると、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び永久磁石２０の吸引力により閉弁する。つまり、油圧により外側ピストン２１及び内側ピストン２２を作動させ、その外側ピストン２１及び内側ピストン２２によりバルブ１２を開弁すると共に、圧力室３２内の油圧を解除してバルブ１２を閉弁する。
【００２５】
図１及び図４に示すように、圧力室３２の側方（図１中の左側）には、圧力室３２への高圧燃料の供給・供給停止を切り換えるための第一作動弁３３が設けられる。本実施形態の第一作動弁３３は、圧力バランス式制御弁からなる。
【００２６】
第一作動弁３３は、アクチュエータボデイ１７の一側部（図１中の左側）に取り付けられたハウジング３４と、このハウジング３４内に摺動自在に設けられたニードル状のバランス弁３５とを有する。バランス弁３５の先端部３６は半球状に形成されており、この先端部３６が圧力室３２側に向けて配置される。バランス弁３５の先端部３６側（図４中の右側）には供給通路３７が、バランス弁３５の後端部側（図４中の左側）には弁制御室３８がそれぞれ区画形成される。供給通路３７と弁制御室３８とは、バランス弁３５に設けられた連通孔３９により連通される。
【００２７】
供給通路３７は外部の配管７１を介して高圧燃料供給源としてのコモンレール２に接続され、供給通路３７にはコモンレール圧Ｐｃの高圧燃料が常時供給される。供給通路３７はバランス弁３５の先端部３６側に面して圧力室３２に連通されると共に、その途中にバランス弁３５の先端部３６が線接触或いは面接触される弁シート部４０を有する。弁シート部４０の上流側（図４中の上側）には供給通路３７の入口４１（コモンレール２からの高圧燃料の入口）が、弁シート部４０の下流側（図４中の右側）には供給通路３７の出口４２（圧力室３２への高圧燃料の入口）が設けられる。
【００２８】
弁制御室３８には、バランス弁３５を閉弁方向（図４中の右側）に付勢するためのバネ４３と、このバネ４３を保持するための鍔部４４を有する軸状のバネ保持部材４５とが設けられる。バネ保持部材４５の鍔部４４には両端部を連通するための連通溝４６が設けられている。本実施形態のバネ４３はコイルスプリングからなり、バランス弁３５とバネ保持部材４５の鍔部４４との間に圧縮状態で配設される。
【００２９】
弁制御室３８は、燃料の出口であるオリフィス４７を介してリターン通路９に連通される。オリフィス４７の側方にはこれを開閉する開閉弁としてのアーマチュア４８が移動自在に設けられる。アーマチュア４８の側方には、このアーマチュア４８を開弁方向（図４中の左側）に移動するための電気アクチュエータとしての電磁ソレノイド４９と、アーマチュア４８を閉弁方向（図４中の右側）に付勢するためのアーマチュアスプリング５０と、このアーマチュアスプリング５０を保持するための鍔部５１を有する軸状のアーマチュアスプリング保持部材５２とが設けられる。アーマチュアスプリング保持部材５２は弁制御室３８とリターン通路９とを連通する連通孔（図示せず）を有する。本実施形態のアーマチュアスプリング５０はコイルスプリングからなり、アーマチュア４８とアーマチュアスプリング保持部材５２の鍔部５１との間に圧縮状態で配設される。電磁ソレノイド４９はＥＣＵ８に接続され、ＥＣＵ８から与えられる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３０】
通常、電磁ソレノイド４９がＯＦＦのときは、アーマチュアスプリング５０によりアーマチュア４８が閉弁方向に押しつけられ、オリフィス４７が閉じられる。従って、バネ保持部材４５の受圧面をなす背面５３及び弁制御室３８と、バランス弁３５の受圧面をなす正面５４とに高圧燃料が作用する。その際、バネ保持部材４５の受圧面５３の面積がバランス弁３５の受圧面５４の面積に比べて大きいため、バネ保持部材４５がバネ４３を介してバランス弁３５を弁シート部４０へと押しつける。従って、バランス弁３５により供給通路３７の出口４２が閉じられる。
【００３１】
一方、図５に示されるように、電磁ソレノイド４９がＯＮされると、アーマチュアスプリング５０の付勢力に抗じてアーマチュア４８が開弁方向に移動され、オリフィス４７が開かれる。こうなると、弁制御室３８内に供給された高圧燃料の一部がオリフィス４７を通じてリターン通路９へと排出される。従って、バネ４３の付勢力に抗じてバランス弁３５が開弁方向に移動され、供給通路３７の出口４２が開かれる。これによって、コモンレール２が供給通路３７を介して圧力室３２に連通されて、高圧燃料がコモンレール２から圧力室３２へと瞬時に勢いよく供給される。
【００３２】
図１及び図６に示すように、圧力室３２の上方（図１中の上側）には、圧力室３２への低圧燃料の供給・供給停止及び圧力室３２からの高圧燃料の排出を切り換えるための第二作動弁５５が設けられる。本実施形態の第二作動弁５５は、機械式逆止弁からなる。
【００３３】
第二作動弁５５は、アクチュエータボデイ１７内に設けられた供給通路５６を備えている。供給通路５６は外部の配管７２を介して低圧作動流体供給源としての低圧室５７（図１参照）に接続される。低圧室５７は、圧力調整弁７の上流側且つ高圧ポンプ６の上流側のフィード通路５８（図１参照）に接続され、フィード通路５８からフィード圧Ｐｆの低圧燃料を常時導入、貯留している。
【００３４】
供給通路５６には、有底円筒状のバルブ保持部材５９が設けられる。バルブ保持部材５９はその底部を圧力室３２に向けて配置される。バルブ保持部材５９の底部には両端部を連通するオリフィス孔６０（図６参照）が設けられる。バルブ保持部材５９の底部には、弁体６１が昇降自在に設けられる。
【００３５】
弁体６１は、全体として軸状に形成され、その下端部（図６中の下側）には傘弁部６２が形成されると共に、上端部（図６中の上側）には鍔部６３が設けられる。傘弁部６２の上端部が圧力室３２の上端部に形成されたシート部６４に対し着座する。
【００３６】
バルブ保持部材５９内には第一リターンスプリング６５が設けられる。本実施形態の第一リターンスプリング６５はコイルスプリングからなる。第一リターンスプリング６５はセットフォース及びバネ定数が比較的小さく、弁体６１の鍔部６３とバルブ保持部材５９との間に圧縮状態で配設される。これにより、弁体６１は閉弁方向（図６中の上側）に常時付勢される。
【００３７】
第二作動弁５５を強制的に開弁するための電気アクチュエータ（例えば電磁アクチュエータ）６６が設けられる。電気アクチュエータ６６にはロッド６７が軸方向に移動自在に接続され、そのロッド６７の先端部には有底円筒状のスプリングシート６８がその底部にて取り付けられる。バルブ保持部材５９内には第二リターンスプリング６９が設けられる。本実施形態の第二リターンスプリング６９はコイルスプリングからなる。第二リターンスプリング６９はセットフォース及びバネ定数が比較的大きく、スプリングシート６８とバルブ保持部材５９との間に圧縮状態で配設される。これにより、スプリングシート６８は弁体６１の閉弁方向に常時付勢される。電気アクチュエータ６６はＥＣＵ８に接続され、ＥＣＵ８から与えられる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３８】
供給通路５６には、電気アクチュエータ６６内を介して第三作動弁７０（図１参照）が接続される。本実施形態の第三作動弁７０は機械式逆止弁からなる。第三作動弁７０は、入口側が供給通路５６に接続され、出口側がフィード通路５８に接続される。第三作動弁７０は入口側と出口側との圧力差に基づき開弁し、入口側の圧力が出口側の圧力より所定圧力高くなったときのみ開弁する。
【００３９】
ここで、第三作動弁７０の開弁設定圧は、フィード圧Ｐｆより若干高く、コモンレール圧Ｐｃよりは著しく低い値である。従って、第三作動弁７０の入口側に低圧燃料が存在しても第三作動弁７０は開弁しないが、第三作動弁７０の入口側に高圧燃料が存在すると第三作動弁７０は直ちに開弁する。
【００４０】
まず、バルブ１２を開弁するときには、電気アクチュエータ６６をＯＦＦに保持すると共に、バルブ１２の開弁初期の所定期間だけ第一作動弁３３を開にする。すると、高圧燃料がコモンレール２から第一作動弁３３を介して圧力室３２へと供給される。この高圧燃料により外側ピストン２１の受圧面２９及び内側ピストン２２の受圧面３０が押され、これによりバルブ１２には初期エネルギが与えられる。バルブ１２はバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力が作用する条件下で慣性運動し下方にリフトされる。このバルブ１２の慣性運動の過程で圧力室３２の容積が次第に増加して、圧力室３２の圧力が供給通路５６の圧力（つまり低圧室５７の圧力）よりも低くなる。
【００４１】
こうなると、図７に示されるように、圧力室３２と低圧室５７との圧力差に起因して第二作動弁５５の弁体６１が、第一リターンスプリング６５による付勢力に抗じて開弁側に移動され、第二作動弁５５が開となる。これにより、低圧室５７の低圧燃料が供給通路５６を介して圧力室３２に導入される。つまり、圧力室３２には容積増加分を補うように燃料が補給される。
【００４２】
一方、バルブ１２を閉弁するときには、第一作動弁３３を閉に保持すると共に、電気アクチュエータ６６をＯＮにする。すると、図８に示されるように、第二作動弁５５の弁体６１がスプリングシート６８により開弁側に押され、第二作動弁５５が強制的に開となる。こうなると、圧力室３２の高圧燃料が供給通路５６及び電気アクチュエータ６６内を経て第三作動弁７０の入口側に至り、第三作動弁７０を押し開いてフィード通路５８に排出される。第三作動弁７０の開弁設定圧が高圧燃料の圧力すなわちコモンレール圧Ｐｃより低い値に設定されていることから、第三作動弁７０は自ずと開くことになる。これにより、圧力室３２の圧力が下がり、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力により上昇すなわち閉弁方向に移動される。
【００４３】
次に、本実施形態の特徴部分であるスリット３１の作用を説明する。
【００４４】
図９（ａ）に示されるように、バルブ１２を開弁すべく圧力室３２に高圧燃料が供給されると、その高圧燃料が外側ピストン２１の受圧面２９と内側ピストン２２の受圧面３０とに作用する。従って、開弁初期においては外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時にリフトされて、これら外側ピストン２１及び内側ピストン２２によりバルブ１２が開弁方向にリフトされる。その際、油室２６内に燃料が存在するが、その油圧はコモンレール圧Ｐｃに比べて小さく、例えば１ＭＰａ以下程度である。従って、油室２６内に燃料が存在しても外側ピストン２１はリフトされる。なお、油室２６に油室２６内の燃料の一部を排出するためのリーク通路を接続して設けても良い。
【００４５】
次に、図９（ｂ）に示されるように、外側ピストン２１の下端面が油室２６の底部に当接するまで外側ピストン２１及び内側ピストン２２がリフトすると、外側ピストン２１のリフトが停止される。その外側ピストン２１の停止後、高圧燃料が内側ピストン２２の受圧面３０に作用し、内側ピストン２２のみがリフトされて、その内側ピストン２２によりバルブ１２がさらに開弁方向にリフトされる。
【００４６】
次に、図９（ｃ）に示されるように、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１のスリット３１上端よりも下方に位置するように内側ピストン２２がリフトされると、最大ストローク近傍で圧力室３２の一部を構成する内側ピストン挿入孔２４がスリット３１に対して連通される。こうなると、圧力室３２内に供給された高圧燃料の一部がスリット３１へと流れようとする。つまり、内側ピストン２２に作用する油圧の一部が逃される。従って、内側ピストン２２に作用する油圧が下がり、バルブ１２を押す力が減少する。このとき、内側ピストン２２は高圧燃料供給の初期エネルギによる慣性運動によりリフトされているため、この開弁終期においてはその慣性運動のエネルギは開弁初期に比べて小さいものである。従って、バルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力も相まって、内側ピストン２２（バルブ１２）のリフトが停止される。
【００４７】
このように、本実施形態においては、内側ピストン２２が挿入される内側ピストン挿入孔２４の下端部にスリット３１を設け、内側ピストン２２が最大ストロークに達する直前に、内側ピストン挿入孔２４（圧力室３２）とスリット３１とが連通するように構成している。これにより、バルブ１２の最大ストロークを制御しているため、外側ピストン２１、内側ピストン２２及びバルブ１２の構造をシンプルなままに維持し、それらの組立を容易にすることができる。また、本実施形態においては、バルブ１２の最大ストロークを制御するために機械的なストッパを設けていないため、音及び衝撃が発生することはない。
【００４８】
一方、図１０（ａ）に示されるように、バルブ１２を閉弁すべく圧力室３２内の高圧燃料が排出されると、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力により上昇されて、そのバルブ１２の上端部に連結された内側ピストン２２が閉弁方向へと移動される。
【００４９】
次に、図１０（ｂ）に示されるように、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１の外側段差部２７に係合されるまで内側ピストン２２が移動されると、内側ピストン２２が外側ピストン２１を押すようになる。これにより、外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動される。
【００５０】
次に、図１に示されるようにバルブ１２の弁体１３がシリンダヘッド１１のシート部１４に着座すると、図１０（ｃ）に示されるように外側ピストン２１及び内側ピストン２２の移動が停止される。その後、電気アクチュエータ６６をＯＦＦにして、第二作動弁５５を閉とする。これにより、バルブ１２が再び閉弁状態に保持される。
【００５１】
ところで、本実施形態のピストン１５は外側ピストン２１と内側ピストン２２とから構成される二重ピストンであり、閉弁初期から所定期間は内側ピストン２２のみが移動し、閉弁終期には外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動するように構成されている。従って、閉弁終期においてピストン１５全体としての受圧面積が増加することにより、閉弁速度が減速され、バルブ１２の弁体１３がシリンダヘッド１１のシート部１４に着座する際の着座衝撃力を低減することができる。このようにすることで、着座音の低減及びシート部１４の摩耗の低減を図ることが可能となる。
【００５２】
加えて、本実施形態においては、開弁初期には外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動し、外側ピストン２１が停止した後には内側ピストン２２のみが移動するように構成されている。従って、開弁初期においてもピストン１５全体としての受圧面積が大きく、開弁速度が上昇し、応答遅れを短縮することができる。その場合開弁初期の受圧面積の増加に伴い高圧燃料供給の初期エネルギを大きくする必要があるが、本実施形態では外側ピストン２１のストロークがきわめて小さくなるように制限されているため、初期エネルギの増加は最小限に抑制される。このようにすることで、吸・排気行程における緻密なバルブ１２の制御が可能となる。
【００５３】
本発明は以上説明した実施形態には限定はされない。
【００５４】
例えば、上記の実施形態ではスリット３１を軸方向に沿って真直に設けるとしたが、スリット３１を軸方向に向けてスパイラル状に設けても良い。
【００５５】
また、上記の実施形態ではスリット１３を外側ピストン２１の下端部に設けるとしたが、外側段差部２７に対して離間されていれば良く、スリット３１が外側ピストン２１の下端部よりも上方に設けられていても良い。
【００５６】
また、上記の実施形態ではピストン１５を外側ピストン２１及び内側ピストン２２からなる二重ピストンであるとしたが、ピストン１５をバルブ１２の上端部に連結させて設けられる単一ピストンとしても良い。その場合、アクチュエータボデイ１７内に上記単一ピストンを摺動可能に支持するためのピストン挿入孔を設け、そのピストン挿入孔の下端部にスリット３１を設ければ良い。
【００５７】
また、図１１に示すように、流体圧開放を容易にするために、外側ピストン２１の下端面に、外側ピストン２１が最大ストロークに達した際にスリット３１と油室２６とを連通するための溝８１を設けると共に、油室２６の底面に、外側ピストン２１が最大ストロークに達した際にスリット３１と油室２６とを連通するための溝８２を設けても良い。この場合、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１のスリット３１上端よりも下方に位置するように内側ピストン２２がリフトされると、最大ストローク近傍で圧力室３２の一部を構成する内側ピストン挿入孔２４がスリット３１及び溝８１、８２を介して油室２６へと連通される。こうなると、圧力室３２内に供給された高圧燃料の一部が油室２６へと逃される。なお、外側ピストン２１の溝８１及び油室２６の溝８２のうちどちらか一方だけを設けても良い。
【００５８】
また、スリット３１に代えて、図１２に示すように、外側ピストン２１に油室２６への連通孔８３を設けても良い。例えば、連通孔８３は外側ピストン２１の拡径部２５よりも上方に設けられる。連通孔８３は、周方向に所定間隔を隔てて複数（例えば、三〜四つ程度）設けられる。この場合、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１の連通孔８３よりも下方に位置するように内側ピストン２２がリフトされると、最大ストローク近傍で圧力室３２の一部を構成する内側ピストン挿入孔２４が連通孔８３を介して油室２６へと連通される。こうなると、圧力室３２内に供給された高圧燃料の一部が油室２６へと逃される。なお、連通孔８３を外側ピストン２１の拡径部２５に設けても良い。
【００５９】
また、上記の実施形態では作動流体をエンジンの燃料（軽油）としたが、作動流体が通常のオイル等であっても良い。
【００６０】
また、上記の実施形態では高圧燃料をコモンレール圧Ｐｃの燃料とし、低圧燃料をフィード圧Ｐｆの燃料としたが、別途油圧装置により高圧燃料と低圧燃料とを作っても良い。但し、コモンレールディーゼルエンジンの場合は元々高圧燃料と低圧燃料とが作られているので、上記の実施形態のようにそれらを利用する方が構成がシンプル、低コストとなるため望ましい。
【００６１】
また、上記の実施形態ではバルブ１２を閉弁方向に付勢するためにバルブスプリング１９及び磁石２０を併用したが、バルブスプリング１９のみ、或いは、磁石２０のみを単独で使用しても良い。
【００６２】
さらに、本発明の動弁駆動装置が適用されるエンジンはコモンレールディーゼルエンジンに限らず、通常の噴射ポンプ式ディーゼルエンジン或いはガソリンエンジン等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係る動弁駆動装置の全体図である。
【図２】ピストンの断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】第一作動弁の要部断面図で、電磁ソレノイドがＯＦＦの状態である。
【図５】第一作動弁の要部断面図で、高圧供給状態である。
【図６】第二作動弁の要部断面図で、電気アクチュエータがＯＦＦの状態である。
【図７】第二作動弁の要部断面図で、低圧供給状態である。
【図８】第二作動弁の要部断面図で、高圧排出状態である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、バルブの開弁時におけるピストンの作動状態を示す概略図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、バルブの閉弁時におけるピストンの作動状態を示す概略図である。
【図１１】ピストンの変形例を示す概略図である。
【図１２】ピストンの変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６４】
１２ バルブ
１５ ピストン
１７ アクチュエータボデイ
２１ 外側ピストン
２２ 内側ピストン
２８ 内側段差部（流体圧開放手段）
３１ スリット（流体圧開放手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気弁或いは排気弁をなすバルブを開閉駆動するための装置に係り、特に、カム機構を有さず、流体圧を利用してバルブを開閉駆動する内燃機関の動弁駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン制御の自由度を高めるため、カム機構によるバルブの開閉駆動を廃止し、これに代わって電磁駆動或いは流体圧駆動とする、所謂カムレス方式の動弁駆動装置が有望視されている。例えば、特許文献１等にはこのようなカムレス方式の動弁駆動装置が開示されている。当該装置では、バルブにピストンを連結すると共に、バルブのバルブスプリングに逆らって必要量だけリフトさせるだけの高圧の流体圧を作り、その流体圧をピストンに作用させ、そのピストンを介してバルブを開弁駆動している。従って、流体圧の供給時期や大きさを制御することにより、バルブの開閉タイミングやリフト量を自由に設定することができる。
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２８７１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで上記装置では、バルブの最大ストロークを制限するために、ピストン或いはバルブに機械的なストッパが設けられていた。しかしながら、ピストン或いはバルブに機械的なストッパを設けると、ピストン或いはバルブの形状が複雑となり、製造コストが増大すると共に組立性が低下するという問題があった。また、機械的なストッパによると、バルブが最大ストロークに達したときに、音及び衝撃が発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、製造コストの増大或いは組立性の低下を招くことがないと共に、機械的なストッパによることなく、バルブの最大ストロークを確実に制限することができる内燃機関の動弁駆動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、流体圧によりピストンを作動させ、そのピストンにより吸・排気弁等のバルブをリフトさせて、そのバルブを開弁すると共に、流体圧を解除して上記バルブを閉弁する内燃機関の動弁駆動装置において、上記ピストンに流体圧を作用させて、そのピストンが最大ストロークに達する直前に、上記ピストンにかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段を備えたものである。
【０００７】
ここで、上記ピストンが、アクチュエータボデイ内に摺動自在に、かつ、ストロークが規制されて設けられた筒状の外側ピストンと、該外側ピストン内に摺動自在に、かつ、上記バルブに連結させて設けられた内側ピストンとからなり、上記バルブの開弁時には上記外側ピストン及び上記内側ピストンに流体圧を作用させて、それら外側ピストンと内側ピストンとを同時にリフトさせ、上記外側ピストンの停止後には上記内側ピストンのみに流体圧を作用させて、その内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記流体圧開放手段が上記内側ピストンに作用する流体圧を逃がすものであっても良い。
【０００８】
また、上記流体圧開放手段が、上記外側ピストンの内周面に設けられ、上記内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記外側ピストン内における上記内側ピストンよりも上側の空間と連通するスリットを有しても良い。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、製造コストの増大或いは組立性の低下を招くことがないと共に、機械的なストッパによることなく、バルブの最大ストロークを確実に制限することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。
【００１１】
図１は、本発明の一実施形態に係る動弁駆動装置の全体図である。本実施形態の動弁駆動装置は、車両用等の多気筒コモンレールディーゼルエンジンに適用したものである。
【００１２】
まず、コモンレール式燃料噴射装置について説明する。
【００１３】
エンジン（内燃機関）の各気筒毎に燃料噴射を実行するインジェクタ１が設けられる。このインジェクタ１には、コモンレール２に貯留されたコモンレール圧Ｐｃ（例えば数１０〜数１００ＭＰａ程度）の高圧燃料が常時供給されている。燃料タンク３の燃料は燃料フィルタ４を通じてフィードポンプ５によって吸引された後、高圧ポンプ６に送られる。コモンレール２への燃料圧送は、この高圧ポンプ６によって行われる。フィードポンプ５のフィード圧Ｐｆは、リリーフ弁からなる圧力調整弁７によって調整され、一定に保たれる。フィード圧Ｐｆは常圧よりは大きい（つまり燃料は加圧された状態にある）が、コモンレール圧Ｐｃよりは著しく小さい値で、例えば０．５ＭＰａ程度である。
【００１４】
図示する装置全体を総括的に制御する制御装置としての電子制御ユニット（以下ＥＣＵという）８が設けられる。このＥＣＵ８には、エンジンの運転状態（エンジンのクランク角、回転速度、エンジン負荷等）を検出するセンサ（図示せず）が接続される。ＥＣＵ８は、これらセンサの検出信号に基づいてエンジンの運転状態を把握すると共に、その運転状態に基づいた駆動信号をインジェクタ１の電磁ソレノイドに送ってインジェクタ１を開閉制御する。電磁ソレノイドのＯＮ／ＯＦＦに応じて燃料噴射が実行・停止される。燃料噴射停止時にはインジェクタ１から常圧程度の燃料がリターン通路９を通じて燃料タンク３に戻される。ＥＣＵ８は、エンジンの運転状態に基づいて実際のコモンレール圧を目標圧に向けてフィードバック制御する。このため実際のコモンレール圧を検出するためのコモンレール圧センサ１０が設けられる。
【００１５】
次に、本実施形態の動弁駆動装置について説明する。
【００１６】
エンジンのシリンダヘッド１１には、エンジンの吸気弁或いは排気弁をなすバルブ１２が昇降自在に支持される。バルブ１２は全体的に軸状に形成され、その下端部には弁体１３が設けられる。バルブ１２の閉弁時、バルブ１２は弁体１３にてシリンダヘッド１１のシート部１４に着座するようになっている。バルブ１２の上端部には、ピストン１５が設けられる。シリンダヘッド１１の上部には本装置の主要部をなすバルブ駆動アクチュエータ１６が設けられ、そのアクチュエータボデイ１７がシリンダヘッド１１の上端部に固設される。ピストン１５はこのアクチュエータボデイ１７に昇降自在に支持される。
【００１７】
バルブ１２の長手方向中間部には鍔部１８が設けられ、鍔部１８とシリンダヘッド１１との間にはバルブ１２を閉弁方向（図１中の上側）に付勢するためのバルブスプリング１９が圧縮状態で配設される。本実施形態のバルブスプリング１９はコイルスプリングからなる。また、アクチュエータボデイ１７の下端部には鍔部１８を吸引するための磁石２０が埋設され、この磁石２０によってもバルブ１２が閉弁方向に付勢される。本実施形態の磁石２０は、バルブ１２を囲繞するリング状の永久磁石からなる。なお、図１においては一気筒の一個のバルブのみが示されているが、多気筒或いは複数のバルブについて開閉駆動したい場合は同じ構成を当該バルブに与えればよい。
【００１８】
図２及び図３に示すように、本実施形態のピストン１５は、アクチュエータボデイ１７内に摺動自在に設けられた円筒状の外側ピストン２１と、外側ピストン２１内に摺動自在に、かつ、バルブ１２の上端部に一体的に連結させて設けられた内側ピストン２２とからなる二重ピストンである。外側ピストン２１はアクチュエータボデイ１７内に設けられた外側ピストン挿入孔２３に軸シールをなしつつ挿入される。内側ピストン２２は少なくともバルブ１２の上端の部分であり、内側ピストン挿入孔２４をなす外側ピストン２１の内周に軸シールをなしつつ挿入される。なお、本実施形態においてはバルブ１２と内側ピストン２２とを一体的に形成したが、これらを別体として構成しても構わない。
【００１９】
外側ピストン２１の下端部の外周面は拡径されており、この拡径部２５はアクチュエータボデイ１７内に設けられた油室２６内を外側ピストン２１の移動に従い移動するようになっている。外側ピストン２１の移動は、その外側ピストン２１の下端面が油室２６の底面に当接することで規制される。つまり、外側ピストン２１の下方への移動は所定範囲内に制限される。この外側ピストン２１の最大ストロークは、バルブ１２の閉弁時における外側ピストン２１の下端面と油室２６の底面との間隔Ｌ１（図２参照）により決定される。この間隔Ｌ１はバルブ１２の全ストロークに対してきわめて小さい値に設定されており、例えば１ｍｍ程度である。
【００２０】
外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４の上端部には外側段差部２７が設けられると共に、内側ピストン２２の上端部には外側段差部２７と係合するための内側段差部２８が設けられる。バルブ１２の開弁初期及び閉弁終期には、外側段差部２７と内側段差部２８とが係合され、外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動される。本実施形態においては、外側段差部２７及び内側段差部２８はテーパ状にそれぞれ形成される。また、外側段差部２７と内側段差部２８は、それらが係合した状態で、外側ピストン２１の上端面２９と内側ピストン２２の上端面３０とが略面一となるように設定される。例えば、外側ピストン２１の上端面２９の直径は９ｍｍ程度であり、内側ピストン２２の上端面３０の直径は２．７ｍｍ程度である。
【００２１】
外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４の下端部には、軸方向に沿って真直にスリット３１が設けられる。スリット３１は、周方向に沿って所定間隔を隔てて複数（図３参照、図示例では四本）設けられる。スリット３１は、内側ピストン２２が最大ストローク近傍に達したときに、外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４における内側ピストン２２よりも上側の空間（内側ピストン挿入孔２４）と連通されるものである。スリット３１は、外側段差部２７に対して所定間隔Ｌ２だけ離間させて設けられている。この間隔Ｌ２は、上記の間隔Ｌ１に比べて比較的大きい値に設定されており、例えば１１ｍｍ程度である。
【００２２】
ここで、内側ピストン２２が最大ストロークに達する直前に、内側ピストン２２にかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段が設けられる。本実施形態においては、内側ピストン２２の内側段差部２８及び外側ピストン２１のスリット３１が流体圧開放手段を主に構成する。
【００２３】
アクチュエータボデイ１７内には、外側ピストン２１の上端面（受圧面）２９及び内側ピストン２２の上端面（受圧面）３０に面した圧力室３２が設けられる。圧力室３２は、バルブ１２を開弁方向にリフトするための作動流体が供給されるもので、主にアクチュエータボデイ１７の外側ピストン挿入孔２３と外側ピストン２１の内側ピストン挿入孔２４とから構成される。圧力室３２の底面部分は受圧面２９、３０によって区画形成される。
【００２４】
本実施形態の作動流体は、エンジンの燃料と共通の軽油が用いられる。圧力室３２に燃料が供給されるとバルブ１２が外側ピストン２１及び内側ピストン２２を介して開弁方向に押され、この押力がバルブスプリング１９の付勢力及び永久磁石２０の吸引力を上回るとバルブ１２が開弁する。一方、圧力室３２から燃料が排出されると、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び永久磁石２０の吸引力により閉弁する。つまり、油圧により外側ピストン２１及び内側ピストン２２を作動させ、その外側ピストン２１及び内側ピストン２２によりバルブ１２を開弁すると共に、圧力室３２内の油圧を解除してバルブ１２を閉弁する。
【００２５】
図１及び図４に示すように、圧力室３２の側方（図１中の左側）には、圧力室３２への高圧燃料の供給・供給停止を切り換えるための第一作動弁３３が設けられる。本実施形態の第一作動弁３３は、圧力バランス式制御弁からなる。
【００２６】
第一作動弁３３は、アクチュエータボデイ１７の一側部（図１中の左側）に取り付けられたハウジング３４と、このハウジング３４内に摺動自在に設けられたニードル状のバランス弁３５とを有する。バランス弁３５の先端部３６は半球状に形成されており、この先端部３６が圧力室３２側に向けて配置される。バランス弁３５の先端部３６側（図４中の右側）には供給通路３７が、バランス弁３５の後端部側（図４中の左側）には弁制御室３８がそれぞれ区画形成される。供給通路３７と弁制御室３８とは、バランス弁３５に設けられた連通孔３９により連通される。
【００２７】
供給通路３７は外部の配管７１を介して高圧燃料供給源としてのコモンレール２に接続され、供給通路３７にはコモンレール圧Ｐｃの高圧燃料が常時供給される。供給通路３７はバランス弁３５の先端部３６側に面して圧力室３２に連通されると共に、その途中にバランス弁３５の先端部３６が線接触或いは面接触される弁シート部４０を有する。弁シート部４０の上流側（図４中の上側）には供給通路３７の入口４１（コモンレール２からの高圧燃料の入口）が、弁シート部４０の下流側（図４中の右側）には供給通路３７の出口４２（圧力室３２への高圧燃料の入口）が設けられる。
【００２８】
弁制御室３８には、バランス弁３５を閉弁方向（図４中の右側）に付勢するためのバネ４３と、このバネ４３を保持するための鍔部４４を有する軸状のバネ保持部材４５とが設けられる。バネ保持部材４５の鍔部４４には両端部を連通するための連通溝４６が設けられている。本実施形態のバネ４３はコイルスプリングからなり、バランス弁３５とバネ保持部材４５の鍔部４４との間に圧縮状態で配設される。
【００２９】
弁制御室３８は、燃料の出口であるオリフィス４７を介してリターン通路９に連通される。オリフィス４７の側方にはこれを開閉する開閉弁としてのアーマチュア４８が移動自在に設けられる。アーマチュア４８の側方には、このアーマチュア４８を開弁方向（図４中の左側）に移動するための電気アクチュエータとしての電磁ソレノイド４９と、アーマチュア４８を閉弁方向（図４中の右側）に付勢するためのアーマチュアスプリング５０と、このアーマチュアスプリング５０を保持するための鍔部５１を有する軸状のアーマチュアスプリング保持部材５２とが設けられる。アーマチュアスプリング保持部材５２は弁制御室３８とリターン通路９とを連通する連通孔（図示せず）を有する。本実施形態のアーマチュアスプリング５０はコイルスプリングからなり、アーマチュア４８とアーマチュアスプリング保持部材５２の鍔部５１との間に圧縮状態で配設される。電磁ソレノイド４９はＥＣＵ８に接続され、ＥＣＵ８から与えられる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３０】
通常、電磁ソレノイド４９がＯＦＦのときは、アーマチュアスプリング５０によりアーマチュア４８が閉弁方向に押しつけられ、オリフィス４７が閉じられる。従って、バネ保持部材４５の受圧面をなす背面５３及び弁制御室３８と、バランス弁３５の受圧面をなす正面５４とに高圧燃料が作用する。その際、バネ保持部材４５の受圧面５３の面積がバランス弁３５の受圧面５４の面積に比べて大きいため、バネ保持部材４５がバネ４３を介してバランス弁３５を弁シート部４０へと押しつける。従って、バランス弁３５により供給通路３７の出口４２が閉じられる。
【００３１】
一方、図５に示されるように、電磁ソレノイド４９がＯＮされると、アーマチュアスプリング５０の付勢力に抗じてアーマチュア４８が開弁方向に移動され、オリフィス４７が開かれる。こうなると、弁制御室３８内に供給された高圧燃料の一部がオリフィス４７を通じてリターン通路９へと排出される。従って、バネ４３の付勢力に抗じてバランス弁３５が開弁方向に移動され、供給通路３７の出口４２が開かれる。これによって、コモンレール２が供給通路３７を介して圧力室３２に連通されて、高圧燃料がコモンレール２から圧力室３２へと瞬時に勢いよく供給される。
【００３２】
図１及び図６に示すように、圧力室３２の上方（図１中の上側）には、圧力室３２への低圧燃料の供給・供給停止及び圧力室３２からの高圧燃料の排出を切り換えるための第二作動弁５５が設けられる。本実施形態の第二作動弁５５は、機械式逆止弁からなる。
【００３３】
第二作動弁５５は、アクチュエータボデイ１７内に設けられた供給通路５６を備えている。供給通路５６は外部の配管７２を介して低圧作動流体供給源としての低圧室５７（図１参照）に接続される。低圧室５７は、圧力調整弁７の上流側且つ高圧ポンプ６の上流側のフィード通路５８（図１参照）に接続され、フィード通路５８からフィード圧Ｐｆの低圧燃料を常時導入、貯留している。
【００３４】
供給通路５６には、有底円筒状のバルブ保持部材５９が設けられる。バルブ保持部材５９はその底部を圧力室３２に向けて配置される。バルブ保持部材５９の底部には両端部を連通するオリフィス孔６０（図６参照）が設けられる。バルブ保持部材５９の底部には、弁体６１が昇降自在に設けられる。
【００３５】
弁体６１は、全体として軸状に形成され、その下端部（図６中の下側）には傘弁部６２が形成されると共に、上端部（図６中の上側）には鍔部６３が設けられる。傘弁部６２の上端部が圧力室３２の上端部に形成されたシート部６４に対し着座する。
【００３６】
バルブ保持部材５９内には第一リターンスプリング６５が設けられる。本実施形態の第一リターンスプリング６５はコイルスプリングからなる。第一リターンスプリング６５はセットフォース及びバネ定数が比較的小さく、弁体６１の鍔部６３とバルブ保持部材５９との間に圧縮状態で配設される。これにより、弁体６１は閉弁方向（図６中の上側）に常時付勢される。
【００３７】
第二作動弁５５を強制的に開弁するための電気アクチュエータ（例えば電磁アクチュエータ）６６が設けられる。電気アクチュエータ６６にはロッド６７が軸方向に移動自在に接続され、そのロッド６７の先端部には有底円筒状のスプリングシート６８がその底部にて取り付けられる。バルブ保持部材５９内には第二リターンスプリング６９が設けられる。本実施形態の第二リターンスプリング６９はコイルスプリングからなる。第二リターンスプリング６９はセットフォース及びバネ定数が比較的大きく、スプリングシート６８とバルブ保持部材５９との間に圧縮状態で配設される。これにより、スプリングシート６８は弁体６１の閉弁方向に常時付勢される。電気アクチュエータ６６はＥＣＵ８に接続され、ＥＣＵ８から与えられる駆動信号によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。
【００３８】
供給通路５６には、電気アクチュエータ６６内を介して第三作動弁７０（図１参照）が接続される。本実施形態の第三作動弁７０は機械式逆止弁からなる。第三作動弁７０は、入口側が供給通路５６に接続され、出口側がフィード通路５８に接続される。第三作動弁７０は入口側と出口側との圧力差に基づき開弁し、入口側の圧力が出口側の圧力より所定圧力高くなったときのみ開弁する。
【００３９】
ここで、第三作動弁７０の開弁設定圧は、フィード圧Ｐｆより若干高く、コモンレール圧Ｐｃよりは著しく低い値である。従って、第三作動弁７０の入口側に低圧燃料が存在しても第三作動弁７０は開弁しないが、第三作動弁７０の入口側に高圧燃料が存在すると第三作動弁７０は直ちに開弁する。
【００４０】
まず、バルブ１２を開弁するときには、電気アクチュエータ６６をＯＦＦに保持すると共に、バルブ１２の開弁初期の所定期間だけ第一作動弁３３を開にする。すると、高圧燃料がコモンレール２から第一作動弁３３を介して圧力室３２へと供給される。この高圧燃料により外側ピストン２１の受圧面２９及び内側ピストン２２の受圧面３０が押され、これによりバルブ１２には初期エネルギが与えられる。バルブ１２はバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力が作用する条件下で慣性運動し下方にリフトされる。このバルブ１２の慣性運動の過程で圧力室３２の容積が次第に増加して、圧力室３２の圧力が供給通路５６の圧力（つまり低圧室５７の圧力）よりも低くなる。
【００４１】
こうなると、図７に示されるように、圧力室３２と低圧室５７との圧力差に起因して第二作動弁５５の弁体６１が、第一リターンスプリング６５による付勢力に抗じて開弁側に移動され、第二作動弁５５が開となる。これにより、低圧室５７の低圧燃料が供給通路５６を介して圧力室３２に導入される。つまり、圧力室３２には容積増加分を補うように燃料が補給される。
【００４２】
一方、バルブ１２を閉弁するときには、第一作動弁３３を閉に保持すると共に、電気アクチュエータ６６をＯＮにする。すると、図８に示されるように、第二作動弁５５の弁体６１がスプリングシート６８により開弁側に押され、第二作動弁５５が強制的に開となる。こうなると、圧力室３２の高圧燃料が供給通路５６及び電気アクチュエータ６６内を経て第三作動弁７０の入口側に至り、第三作動弁７０を押し開いてフィード通路５８に排出される。第三作動弁７０の開弁設定圧が高圧燃料の圧力すなわちコモンレール圧Ｐｃより低い値に設定されていることから、第三作動弁７０は自ずと開くことになる。これにより、圧力室３２の圧力が下がり、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力により上昇すなわち閉弁方向に移動される。
【００４３】
次に、本実施形態の特徴部分であるスリット３１の作用を説明する。
【００４４】
図９（ａ）に示されるように、バルブ１２を開弁すべく圧力室３２に高圧燃料が供給されると、その高圧燃料が外側ピストン２１の受圧面２９と内側ピストン２２の受圧面３０とに作用する。従って、開弁初期においては外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時にリフトされて、これら外側ピストン２１及び内側ピストン２２によりバルブ１２が開弁方向にリフトされる。その際、油室２６内に燃料が存在するが、その油圧はコモンレール圧Ｐｃに比べて小さく、例えば１ＭＰａ以下程度である。従って、油室２６内に燃料が存在しても外側ピストン２１はリフトされる。なお、油室２６に油室２６内の燃料の一部を排出するためのリーク通路を接続して設けても良い。
【００４５】
次に、図９（ｂ）に示されるように、外側ピストン２１の下端面が油室２６の底部に当接するまで外側ピストン２１及び内側ピストン２２がリフトすると、外側ピストン２１のリフトが停止される。その外側ピストン２１の停止後、高圧燃料が内側ピストン２２の受圧面３０に作用し、内側ピストン２２のみがリフトされて、その内側ピストン２２によりバルブ１２がさらに開弁方向にリフトされる。
【００４６】
次に、図９（ｃ）に示されるように、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１のスリット３１上端よりも下方に位置するように内側ピストン２２がリフトされると、最大ストローク近傍で圧力室３２の一部を構成する内側ピストン挿入孔２４がスリット３１に対して連通される。こうなると、圧力室３２内に供給された高圧燃料の一部がスリット３１へと流れようとする。つまり、内側ピストン２２に作用する油圧の一部が逃される。従って、内側ピストン２２に作用する油圧が下がり、バルブ１２を押す力が減少する。このとき、内側ピストン２２は高圧燃料供給の初期エネルギによる慣性運動によりリフトされているため、この開弁終期においてはその慣性運動のエネルギは開弁初期に比べて小さいものである。従って、バルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力も相まって、内側ピストン２２（バルブ１２）のリフトが停止される。
【００４７】
このように、本実施形態においては、内側ピストン２２が挿入される内側ピストン挿入孔２４の下端部にスリット３１を設け、内側ピストン２２が最大ストロークに達する直前に、内側ピストン挿入孔２４（圧力室３２）とスリット３１とが連通するように構成している。これにより、バルブ１２の最大ストロークを制御しているため、外側ピストン２１、内側ピストン２２及びバルブ１２の構造をシンプルなままに維持し、それらの組立を容易にすることができる。また、本実施形態においては、バルブ１２の最大ストロークを制御するために機械的なストッパを設けていないため、音及び衝撃が発生することはない。
【００４８】
一方、図１０（ａ）に示されるように、バルブ１２を閉弁すべく圧力室３２内の高圧燃料が排出されると、バルブ１２がバルブスプリング１９の付勢力及び磁石２０の吸引力により上昇されて、そのバルブ１２の上端部に連結された内側ピストン２２が閉弁方向へと移動される。
【００４９】
次に、図１０（ｂ）に示されるように、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１の外側段差部２７に係合されるまで内側ピストン２２が移動されると、内側ピストン２２が外側ピストン２１を押すようになる。これにより、外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動される。
【００５０】
次に、図１に示されるようにバルブ１２の弁体１３がシリンダヘッド１１のシート部１４に着座すると、図１０（ｃ）に示されるように外側ピストン２１及び内側ピストン２２の移動が停止される。その後、電気アクチュエータ６６をＯＦＦにして、第二作動弁５５を閉とする。これにより、バルブ１２が再び閉弁状態に保持される。
【００５１】
ところで、本実施形態のピストン１５は外側ピストン２１と内側ピストン２２とから構成される二重ピストンであり、閉弁初期から所定期間は内側ピストン２２のみが移動し、閉弁終期には外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動するように構成されている。従って、閉弁終期においてピストン１５全体としての受圧面積が増加することにより、閉弁速度が減速され、バルブ１２の弁体１３がシリンダヘッド１１のシート部１４に着座する際の着座衝撃力を低減することができる。このようにすることで、着座音の低減及びシート部１４の摩耗の低減を図ることが可能となる。
【００５２】
加えて、本実施形態においては、開弁初期には外側ピストン２１と内側ピストン２２とが同時に移動し、外側ピストン２１が停止した後には内側ピストン２２のみが移動するように構成されている。従って、開弁初期においてもピストン１５全体としての受圧面積が大きく、開弁速度が上昇し、応答遅れを短縮することができる。その場合開弁初期の受圧面積の増加に伴い高圧燃料供給の初期エネルギを大きくする必要があるが、本実施形態では外側ピストン２１のストロークがきわめて小さくなるように制限されているため、初期エネルギの増加は最小限に抑制される。このようにすることで、吸・排気行程における緻密なバルブ１２の制御が可能となる。
【００５３】
本発明は以上説明した実施形態には限定はされない。
【００５４】
例えば、上記の実施形態ではスリット３１を軸方向に沿って真直に設けるとしたが、スリット３１を軸方向に向けてスパイラル状に設けても良い。
【００５５】
また、上記の実施形態ではスリット１３を外側ピストン２１の下端部に設けるとしたが、外側段差部２７に対して離間されていれば良く、スリット３１が外側ピストン２１の下端部よりも上方に設けられていても良い。
【００５６】
また、上記の実施形態ではピストン１５を外側ピストン２１及び内側ピストン２２からなる二重ピストンであるとしたが、ピストン１５をバルブ１２の上端部に連結させて設けられる単一ピストンとしても良い。その場合、アクチュエータボデイ１７内に上記単一ピストンを摺動可能に支持するためのピストン挿入孔を設け、そのピストン挿入孔の下端部にスリット３１を設ければ良い。
【００５７】
また、図１１に示すように、流体圧開放を容易にするために、外側ピストン２１の下端面に、外側ピストン２１が最大ストロークに達した際にスリット３１と油室２６とを連通するための溝８１を設けると共に、油室２６の底面に、外側ピストン２１が最大ストロークに達した際にスリット３１と油室２６とを連通するための溝８２を設けても良い。この場合、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１のスリット３１上端よりも下方に位置するように内側ピストン２２がリフトされると、最大ストローク近傍で圧力室３２の一部を構成する内側ピストン挿入孔２４がスリット３１及び溝８１、８２を介して油室２６へと連通される。こうなると、圧力室３２内に供給された高圧燃料の一部が油室２６へと逃される。なお、外側ピストン２１の溝８１及び油室２６の溝８２のうちどちらか一方だけを設けても良い。
【００５８】
また、スリット３１に代えて、図１２に示すように、外側ピストン２１に油室２６への連通孔８３を設けても良い。例えば、連通孔８３は外側ピストン２１の拡径部２５よりも上方に設けられる。連通孔８３は、周方向に所定間隔を隔てて複数（例えば、三〜四つ程度）設けられる。この場合、内側ピストン２２の内側段差部２８が外側ピストン２１の連通孔８３よりも下方に位置するように内側ピストン２２がリフトされると、最大ストローク近傍で圧力室３２の一部を構成する内側ピストン挿入孔２４が連通孔８３を介して油室２６へと連通される。こうなると、圧力室３２内に供給された高圧燃料の一部が油室２６へと逃される。なお、連通孔８３を外側ピストン２１の拡径部２５に設けても良い。
【００５９】
また、上記の実施形態では作動流体をエンジンの燃料（軽油）としたが、作動流体が通常のオイル等であっても良い。
【００６０】
また、上記の実施形態では高圧燃料をコモンレール圧Ｐｃの燃料とし、低圧燃料をフィード圧Ｐｆの燃料としたが、別途油圧装置により高圧燃料と低圧燃料とを作っても良い。但し、コモンレールディーゼルエンジンの場合は元々高圧燃料と低圧燃料とが作られているので、上記の実施形態のようにそれらを利用する方が構成がシンプル、低コストとなるため望ましい。
【００６１】
また、上記の実施形態ではバルブ１２を閉弁方向に付勢するためにバルブスプリング１９及び磁石２０を併用したが、バルブスプリング１９のみ、或いは、磁石２０のみを単独で使用しても良い。
【００６２】
さらに、本発明の動弁駆動装置が適用されるエンジンはコモンレールディーゼルエンジンに限らず、通常の噴射ポンプ式ディーゼルエンジン或いはガソリンエンジン等であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の一実施形態に係る動弁駆動装置の全体図である。
【図２】ピストンの断面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線矢視断面図である。
【図４】第一作動弁の要部断面図で、電磁ソレノイドがＯＦＦの状態である。
【図５】第一作動弁の要部断面図で、高圧供給状態である。
【図６】第二作動弁の要部断面図で、電気アクチュエータがＯＦＦの状態である。
【図７】第二作動弁の要部断面図で、低圧供給状態である。
【図８】第二作動弁の要部断面図で、高圧排出状態である。
【図９】（ａ）〜（ｃ）は、バルブの開弁時におけるピストンの作動状態を示す概略図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、バルブの閉弁時におけるピストンの作動状態を示す概略図である。
【図１１】ピストンの変形例を示す概略図である。
【図１２】ピストンの変形例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００６４】
１２ バルブ
１５ ピストン
１７ アクチュエータボデイ
２１ 外側ピストン
２２ 内側ピストン
２８ 内側段差部（流体圧開放手段）
３１ スリット（流体圧開放手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体圧によりピストンを作動させ、そのピストンにより吸・排気弁等のバルブをリフトさせて、そのバルブを開弁すると共に、流体圧を解除して上記バルブを閉弁する内燃機関の動弁駆動装置において、上記ピストンに流体圧を作用させて、そのピストンが最大ストロークに達する直前に、上記ピストンにかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段を備えたことを特徴とする内燃機関の動弁駆動装置。
【請求項２】
上記ピストンが、アクチュエータボデイ内に摺動自在に、かつ、ストロークが規制されて設けられた筒状の外側ピストンと、該外側ピストン内に摺動自在に、かつ、上記バルブに連結させて設けられた内側ピストンとからなり、上記バルブの開弁時には上記外側ピストン及び上記内側ピストンに流体圧を作用させて、それら外側ピストンと内側ピストンとを同時にリフトさせ、上記外側ピストンの停止後には上記内側ピストンのみに流体圧を作用させて、その内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記流体圧開放手段が上記内側ピストンに作用する流体圧を逃がすものである請求項１記載の内燃機関の動弁駆動装置。
【請求項３】
上記流体圧開放手段が、上記外側ピストンの内周面に設けられ、上記内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記外側ピストン内における上記内側ピストンよりも上側の空間と連通するスリットを有する請求項２記載の内燃機関の動弁駆動装置。
【請求項１】
流体圧によりピストンを作動させ、そのピストンにより吸・排気弁等のバルブをリフトさせて、そのバルブを開弁すると共に、流体圧を解除して上記バルブを閉弁する内燃機関の動弁駆動装置において、上記ピストンに流体圧を作用させて、そのピストンが最大ストロークに達する直前に、上記ピストンにかかる流体圧を下げるための流体圧開放手段を備えたことを特徴とする内燃機関の動弁駆動装置。
【請求項２】
上記ピストンが、アクチュエータボデイ内に摺動自在に、かつ、ストロークが規制されて設けられた筒状の外側ピストンと、該外側ピストン内に摺動自在に、かつ、上記バルブに連結させて設けられた内側ピストンとからなり、上記バルブの開弁時には上記外側ピストン及び上記内側ピストンに流体圧を作用させて、それら外側ピストンと内側ピストンとを同時にリフトさせ、上記外側ピストンの停止後には上記内側ピストンのみに流体圧を作用させて、その内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記流体圧開放手段が上記内側ピストンに作用する流体圧を逃がすものである請求項１記載の内燃機関の動弁駆動装置。
【請求項３】
上記流体圧開放手段が、上記外側ピストンの内周面に設けられ、上記内側ピストンが最大ストローク近傍に達したときに、上記外側ピストン内における上記内側ピストンよりも上側の空間と連通するスリットを有する請求項２記載の内燃機関の動弁駆動装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２００６−１５２８７２（Ｐ２００６−１５２８７２Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４２４６６（Ｐ２００４−３４２４６６）
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月２６日（２００４．１１．２６）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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