JP2015132192A - 排気弁駆動装置およびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】排気弁の開閉タイミングを可変としたカム油圧駆動方式を採用した上で、内燃機関の運転に支障を来さず信頼性の高い排気弁駆動装置を提供する。
【解決手段】プランジャ１１には、プランジャ１１が作動油を加圧する加圧室２９からプランジャ１１の外周面に位置する外周面開口部１１ｄまで連通する連通孔１２が形成され、第２シリンダ２７の内周面には、プランジャ１１が往復動する行程の一部の期間にわたって外周面開口部１１ｄに対して連通する溝部３０が形成され、溝部３０には、作動油を排出するための作動油排出経路３１が接続され、作動油排出経路３１には、排出量調整弁３３が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、カムによって駆動される機械式とされた排気弁駆動装置およびこれを備えた内燃機関に関するものである。

例えば低速２ストロークサイクルディーゼル機関とされた舶用ディーゼル機関（内燃機関）は、油圧機構を用いて排気弁を駆動している。この油圧機構の油圧制御に電磁弁を用いる電子制御方式のエンジンでは、運転負荷に応じて排気弁の開閉タイミングが最適になるように制御されている。一方、機械式のエンジンは、カム駆動のプランジャによって発生された油圧の圧力変化に応じて排気弁アクチュエータを動作させるカム油圧駆動方式であるため、排気弁の開閉タイミングはカムプロファイルに依存してしまうため運転中に変更することが難しい。

これを解決するために、特許文献１では、排気弁を駆動する排気弁アクチュエータに作動油を供給する作動油管に対して、別に設けた加圧作動油原から高圧の作動油を供給する構成が採用されている。具体的には、電子制御油圧弁を切り換えることによって、加圧作動油源からの作動油を作動油管に追加供給し、カムプロファイルにより定められるタイミングよりも排気弁を早く開くようになっている。また、カムの作動期間中に作動油を追加供給することによって、カムプロファイルにより定めるタイミングよりも排気弁を遅く閉鎖するようになっている。

特開２０１０−１０６８４３号公報

しかし、特許文献１に記載された排気弁駆動装置では、加圧作動油原であるポンプの故障等によって油圧が低下した場合には、作動油管に作動油を追加供給することによって排気弁の閉タイミングを遅らせることができず、排気弁の閉タイミングはカムプロファイルにより定められたものとなる。そして、エンジンが高負荷とされた場合には、本来の排気弁の閉タイミングまで遅らせることができないので、筒内の圧縮圧力および燃焼圧力が通常よりも大きくなってしまい、設計許容圧力を超えてエンジンが損傷してしまうおそれがある。また、電子制御油圧弁が閉じた状態で固着してしまい、作動油管に作動油を追加供給できない場合も上記と同様の問題が発生し得る。
さらに、電子制御油圧弁が開いた状態で固着してしまい、加圧作動油源から作動油管に作動油が常時供給され続ける場合には、排気弁を閉じることができなくなり、エンジンの運転継続ができなくなるおそれがある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、排気弁の開閉タイミングを可変としたカム油圧駆動方式を採用した上で、内燃機関の運転に支障を来さず信頼性の高い排気弁駆動装置およびこれを備えた内燃機関を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の排気弁駆動装置およびこれを備えた内燃機関は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる排気弁駆動装置は、内燃機関の排気弁を動作させるアクチュエータと、該アクチュエータを動作させる作動油を供給する油圧経路と、該油圧経路に接続されたプランジャと、該プランジャを収容するシリンダと、前記プランジャを往復動させるカムと、を備え、前記プランジャによって加圧された前記作動油によって前記アクチュエータが動作して前記排気弁を開とし、加圧された前記作動油を前記プランジャによって減圧することによって前記アクチュエータが動作して前記排気弁を閉とする排気弁駆動装置において、前記プランジャには、該プランジャが前記作動油を加圧する加圧空間から該プランジャの外周面に位置する外周面開口部まで連通する連通孔が形成され、前記シリンダの内周面には、前記プランジャが往復動する行程の一部の期間にわたって前記外周面開口部に対して連通する溝部が形成され、該溝部には、前記作動油を排出するための作動油排出経路が接続され、該作動油排出経路には、排出量調整弁が設けられていることを特徴とする。

カムによってプランジャを動作させる機械式の排気弁駆動装置とされている。すなわち、カムの動作によって駆動されたプランジャの往復動に応じて排気弁が開閉される。
本発明では、プランジャが作動油を加圧する加圧空間からプランジャ外周面の開口部へと作動油が流れる連通孔をプランジャに設けた。そして、この連通孔の外周面開口部に対して、プランジャが往復動する行程の一部の区間にわたって連通する溝部をシリンダ内周面に形成した。溝部からは、作動油排出経路を介して溝部内の作動油が排出されるようにした。これにより、プランジャの連通孔とシリンダの溝部とが連通している間は、プランジャによって作動油を加圧する加圧空間から作動油を排出することができる。したがって、プランジャが作動油を加圧する行程では、加圧途中の作動油がプランジャの連通孔を介して排出されるので作動油の圧力上昇が遅くなり、排気弁の開タイミングを遅らせることができる。一方、プランジャが加圧後の作動油を減圧する行程では、加圧途中で作動油が抜かれており作動油圧が低下しているため、排気弁の閉タイミングを早めることができる。
そして、本発明では、作動油排出経路に排出量調整弁を設け、加圧空間から作動油が排出される流量を調整することとしたので、プランジャによって作動油を加圧する際の圧力上昇の程度と、プランジャによって加圧された作動油の到達圧力の低下の程度を調整することができ、排気弁の開タイミング及び閉タイミングを任意に変更することができる。
また、本発明は、別に設けた加圧源によって加圧された作動油を油圧経路に供給する構成を採用せず、連通孔を介して作動油を排出することによって作動油の圧力変化を調整することとしているので、作動油の加圧源を別に設ける必要がない。したがって、本発明は、別に設けた加圧源が故障することによって内燃機関の運転に支障を来すといったリスクを負うことがなく、高い信頼性を実現することができる。
排出量調整弁としては、電子制御による比例制御弁や機械的機構を備えた可変オリフィス等が用いられる。

さらに、本発明の排気弁駆動装置によれば、前記排出量調整弁は、前記内燃機関の負荷が下がるに従い開度が大きくなる方向に制御されることを特徴とする。

排出量調整弁を開度が大きくなる方向すなわち開方向に制御すると、作動油圧の低下の程度が大きくなるため、排気弁が閉となるタイミングが早くなる。排気弁が閉となるタイミングが早くなるほど、排気弁が閉鎖された時に燃焼室内に密閉される空気量が多くなるため、圧縮される空気（新気）が多くなり内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が高くなる。したがって、内燃機関の負荷が下がるに従い排出量調整弁を開方向に制御することにより、低負荷であっても内燃機関の燃焼改善が行われて燃料消費率が改善される。
また、排出量調整弁を内燃機関の負荷が下がるに従い開方向に制御して、排気弁が開となるタイミングを遅くすると、燃焼ガスと新気とのガス交換を筒内で行う時間が短くなるおそれがあるが、負荷が下がった部分負荷状態では内燃機関の回転数が低いためガス交換のための時間を十分にとることができる。また、排気弁の開タイミングを遅らせることで、開タイミングを遅らせた時間分だけ燃焼後の筒内圧力を低下させずに維持することができるので、この燃焼後の筒内圧力に維持された筒内ガスから軸回転力をより多く取り出すことができ、燃料消費率がさらに改善される。

さらに、本発明の排気弁駆動装置によれば、前記排出量調整弁が最大開度とされた場合に前記排気弁が閉となるタイミングにて、前記内燃機関が高負荷であっても該内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように、前記外周面開口部に対して前記溝部が連通する期間が設定されていることを特徴とする。

排気弁が閉となるタイミングが早くなるほど、排気弁が閉鎖された時に燃焼室内に密閉される空気量が多くなるため、圧縮される新気が多くなり内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が高くなる。そして、排気弁が閉となるタイミングが最も早くなるのは、排出量調整弁が最大開度とされた場合である。このように排出量調整弁が最大開度となった場合に、内燃機関が高負荷であっても内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部に対して溝部が連通する期間が決定されている。すなわち、外周面開口部に対して溝部が連通する期間によって作動油が排出される流量が決まるので、排出量調整弁が最大開度となり作動油の排出量が最大となっても、内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部に対して溝部が連通する期間を制限するようにした。したがって、何らかの原因で排出量調整弁が最大開度のまま固着してしまった場合であっても、作動油が排出される流量が安全範囲に制限されているので、設計許容圧力を超えて圧縮圧力および燃焼圧力が高くならず、内燃機関の損傷を回避することができる。

さらに、本発明の排気弁駆動装置によれば、前記排出量調整弁は、全閉可能とされていることを特徴とする。

排出量調整弁を全閉とすることにより、プランジャの加圧空間から作動油が排出されない状態とすることができる。これにより、カムのプロファイルに従った排気弁の動作が可能となる。
また、上記発明のように、排出量調整弁の最大開度にて内燃機関が高負荷であっても内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部に対して溝部が連通する期間が決定されている場合には、何らかの原因で排出量調整弁が全閉のまま固着してしまった場合であっても、排気弁はカムプロファイルに従って動作するだけで、排気弁の閉タイミングは排出量調整弁の最大開度となる場合よりも遅いので、設計許容圧力を超えて圧縮圧力および燃焼圧力が高くなることはなく、内燃機関の損傷を回避することができる。

本発明の内燃機関は、上記のいずれかに記載の排気弁駆動装置と、該排気弁駆動装置によって駆動される前記排気弁と、該排気弁を収容する燃焼室とを備えていることを特徴とする。

上記のいずれかの排気弁駆動装置を備えているので、信頼性の高い内燃機関を提供することができる。

別に設けた加圧作動油源によって加圧された作動油を油圧経路に追加供給する構成を採用せず、本発明では、連通孔を介して作動油を排出することによって作動油の圧力変化を調整することとしたので、加圧作動油源を設ける必要がない。したがって、加圧作動油源が故障することによって内燃機関の運転に支障を来すといったリスクを負うことがなく、高い信頼性を実現することができる。

本発明の一実施形態にかかる排気弁駆動装置を示した概略構成図である。 図１の排気弁駆動装置を用いた場合の作動油の圧力変化および排気弁リフトの変化を示したグラフである。

以下に、本発明にかかる実施形態について、図面を参照して説明する。
図１には、本実施形態にかかる排気弁駆動装置１が示されている。排気弁駆動装置１は、船舶主機用ディーゼルエンジン（内燃機関）に設けられている。船舶主機用ディーゼルエンジン（以下「ディーゼルエンジン」という。）は、例えば低速２ストロークサイクル機関とされており、下方から給気して上方へ排気するように１方向に掃気されるユニフロー型が採用されている。ディーゼルエンジンからの出力は、図示しないプロペラ軸を介してスクリュープロペラに直接的または間接的に接続されている。

排気弁駆動装置１は、図１に示されているように、シリンダカバー３に形成された排気流路を開閉する排気弁５と、排気弁５を駆動するピストン（アクチュエータ）７と、ピストン７へ作動油を供給する油圧経路９と、油圧経路９に接続されたプランジャ１１と、プランジャ１１を往復動させるカム１３とを備えている。

ピストン７は、上下方向に延在する排気弁５の軸部５ａに接続されており、第１シリンダ１５内を上下方向に往復動するようになっている。第１シリンダ１５とピストン７とによって形成された油圧室１７には、油圧経路９の一端９ａが接続されている。なお、排気弁５は、図示しない空気ばね等の付勢手段によって上方すなわち第１シリンダ１５方向に付勢されている。

油圧経路９には、第１分岐点９ｂから分岐したオリフィス用経路１９が接続されている。オリフィス用経路１９には固定絞りとされたオリフィス２１が設けられている。
油圧経路９内の圧力が所定値以上となった場合に、オリフィス２１から所定量の作動油が油圧経路９の外部へと排出されるようになっている。これにより、プランジャ１１による加圧時に所定量の作動油を油圧経路９外へ排出し、プランジャ１１による減圧時に油圧経路９に残存する油量を少なくしておくことで、ピストン７と排気弁５は加圧時に比べて上方（排気弁閉止方向）に保持される。そして、プランジャ１１を押し下げて作動油を吸い込む際には加圧時と同量の油量を吸い込むことになるので、ピストン７はプランジャ１１による減圧が完了するより前に確実に上方へ吸い上げられて排気弁５が安定的に閉とされるようになっている。

油圧経路９には、第２分岐点９ｃから分岐した低圧作動油供給経路２３が接続されている。低圧作動油供給経路２３には、排気弁５を開閉する際に用いるベースとなる油圧が図示しない低圧作動油源から供給されるようになっている。低圧作動油供給経路２３には、逆止弁２５が設けられており、油圧経路９内の油圧が所定値以下になった場合に、低圧作動油供給経路２３から不足分の作動油が供給されるようになっている。これによりベースとなる油圧、具体的には図２（ｃ）に示した最低作動油圧であるベース圧力が維持される。一方、逆止弁２５は、油圧経路９内の圧力が所定値以上の場合には閉とされたままとされる。すなわち、プランジャ１１による加圧行程の際には逆止弁２５は閉とされる。

プランジャ１１は、第２シリンダ２７内を上下方向に往復動するようになっている。第２シリンダ２７とプランジャ１１とによって形成された加圧室（加圧空間）２９には、油圧経路９の他端９ｄが接続されている。プランジャ１１には、加圧室２９に面する端面１１ａに設けた端面開口部１１ｂと、プランジャ１１の側面となる外周面１１ｃに設けた外周面開口部１１ｄとを接続する連通孔１２が形成されている。連通孔１２は、プランジャ１１の中心軸に沿って形成された中心軸孔部１２ａと、中心軸孔部１２ａの下端に接続されるとともに外周面１１ｃに向けて半径方向に形成された半径孔部１２ｂとによって構成されている。この連通孔１２により、加圧室２９内の作動油が外周面開口部１１ｄから外部へと排出される。なお、連通孔１２の形状は特に限定されるものではなく、加圧室２９から外部へと作動油を排出できる形状であれば良い。

第２シリンダ２７の側面となる内周面には、外周面開口部１１ｄに対向する位置に、溝部３０が形成されている。溝部３０の高さ、すなわちプランジャ１１の往復動方向における寸法は、プランジャ１１が往復動する行程の一部の期間にわたって外周面開口部１１ｄに対して連通する寸法とされている。具体的には、溝部３０の下端は、プランジャ１１が下死点に位置しているときに外周面開口部１１ｄと溝部３０が連通する位置に設定され、溝部３０の上端は、プランジャ１１が上死点に位置する前に溝部３０がプランジャ１１の外周面１１ｃによって閉塞される位置に設定される。さらに具体的には、排出量調整弁３３が最大開度となった場合に、ディーゼルエンジンが高負荷であっても筒内の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部１１ｄに対して溝部３０が連通する期間が決定され、その期間に応じて溝部３０の高さが決定される。

溝部３０と低圧作動油供給経路２３との間には、作動油排出経路３１が接続されている。作動油排出経路３１には、排出量調整弁３３が設けられている。排出量調整弁３３としては、電子制御による比例制御弁や機械的機構を備えた可変オリフィス等が用いられ、図示しない制御部によってその開度が制御されるようになっている。排出量調整弁３３の開度は、無段階に調整できるようになっており、全閉も可能となっている。排出量調整弁３３の開度調整は、ディーゼルエンジンの負荷に応じて行われ、ディーゼルエンジンが高負荷の場合には全閉とされ、ディーゼルエンジンの負荷が下がるに従い開方向に調整される。

プランジャ１１の下部には、接続軸３５が取り付けられており、この接続軸３５の下端にはカムローラ３７が設けられている。カムローラ３７は、下方のカム１３の外周面すなわちプロファイル上を転動するようになっている。
カム１３は、カム軸３９に固定されており、カム軸３９とともに回転する。カム軸３９は、ディーゼルエンジンのクランク軸と同期して回転するようになっている。

次に、上記構成の排気弁駆動装置１の動作について説明する。
先ず、排出量調整弁３３が全閉の場合について説明し、次に排出量調整弁３３が開となった場合について説明する。

＜排出量調整弁３３；全閉＞
排出量調整弁３３が全閉とされた場合は、加圧室２９から作動油が排出されることがないので、カム１３のプロファイルに従った排気弁５の開閉が行われる。主として、排出量調整弁１３が全閉とされる場合は、ディーゼルエンジンの負荷が高負荷側の場合である。

図２には、（ａ）にカム１３のリフト量、（ｂ）に排出量調整弁３３の弁開度、（ｃ）に油圧経路９における作動油圧、（ｄ）に排気弁５のリフト量が示されている。同図において、排出量調整弁３３が全閉の場合は、実線にて示されている。

同図（ｂ）に示すように、排出量調整弁３３の開度は、カムリフト量が上昇して低下する１サイクルにわたって常に全閉とされている。
時刻ｔ０にてカム１３のプロファイルに従いカムリフト量が増大してプランジャ１１が押し上げられ始めると、加圧室２９すなわち油圧経路９の作動油圧が上昇し始める。そして、時刻ｔ１にてカムリフト量が最大値に達してプランジャ１１が上死点まで押し上げられ、作動油圧が最大値に達すると、時刻ｔ２にて、ピストン７側の油圧室１７における油圧が作用し、図示しない空気ばねの付勢力および筒内圧力に打ち勝ってピストン７を押し下げる。これにより、排気弁リフトが増大して、排気弁５が開となる。このとき、ピストン７が押し下げられるに伴い、作動油が油圧室１７に取り込まれるので、作動油圧は急激に減少する。
そして、カム１３のプロファイルに従いプランジャ１１が上死点に維持されている時刻ｔ３までの期間は、排気弁リフト量も最大で維持されており、排気弁５は開のままとされる。

時刻ｔ３にてカム１３のプロファイルに従いカムリフト量が減少してプランジャ１１が下降し始めると、作動油圧が低下し始める。作動油圧が所定値を下回ると、図示しない空気ばねの付勢力および筒内圧力が打ち勝って時刻ｔ４からピストン７が上方へと押し上げられることによって排気弁リフト量が減少し始める。カムリフト量が最小値に達してプランジャ１１が下死点まで下げられると、排気弁５が時刻ｔ５にて全閉となる。

＜排出量調整弁３３；開＞
つぎに、ディーゼルエンジンの負荷が減少し、低負荷側となった場合には、図示しない制御部からの指示に従い、排出量調整弁３３を所定量だけ開とする場合について説明する。図２（ｂ）に破線で示すように、排出量調整弁３３の開度は、カムリフト量が上昇して低下する１サイクルにわたって所定開度にて一定とされている。

図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ０にてカム１３のプロファイルに従いカムリフト量が増大してプランジャ１１が押し上げられ始めても、時刻ｔ０’までの所定期間は、作動油圧は上昇しない。なぜなら、この期間はプランジャ１１の連通孔１２と第２シリンダ２７の溝部３０とが連通しており、プランジャ１１が上昇しても加圧室２９内の作動油がプランジャ１１の外部へと排出されるため加圧室２９すなわち油圧経路９の圧力は上昇しないからである。
そして、時刻ｔ０’を過ぎると、連通孔１２と溝部３０とが連通しなくなるので、作動油圧が上昇し始める。このように、排出量調整弁３３の全閉時（実線）に比べて、破線で示すように作動油の圧力上昇のタイミングが時刻ｔ０から時刻ｔ０’まで遅れるので、排気弁５が開となるタイミングも遅れることになる。すなわち、排気弁リフト量は、時刻ｔ２から所定時間遅れた時刻ｔ２’から上昇し始める。

時刻ｔ３にてカム１３のプロファイルに従いカムリフト量が減少してプランジャ１１が下降し始めると、作動油圧が低下し始める。このとき、作動油圧は、連通孔１２が溝部３０に連通していた時間すなわち時刻ｔ０からｔ０’の間に作動油が所定量排出されているので、図２（ｃ）に作動油圧を破線で示したように、排出量調整弁３３の全閉時（実線）に比べて作動油圧が低くなっている。これにより、作動油圧に対して、図示しない空気ばねの付勢力および筒内圧力が早く打ち勝つため、排気弁リフト量は時刻ｔ４’にて時刻ｔ４よりも早めに減少し出し、その結果として、時刻ｔ５’にて時刻ｔ５よりも早めに排気弁５は全閉となる。

このように、図２（ｄ）の排気弁リフト量の変化を参照すれば分かるように、排出量調整弁３３を開くことにより、排気弁５の開タイミングを遅くし、かつ、排気弁５の閉タイミングを早めることができる。また、図示しない制御部からの指令によって、排出量調整弁３３の開度を適宜調整することにより、排気弁５の開閉タイミングを調整することができる。

本実施形態の排気弁駆動装置１によれば、以下の作用効果を奏することができる。
プランジャ１１の端面１１ａの開口部１１ｂからプランジャ１１の外周面開口部１１ｄへと作動油が流れる連通孔１２をプランジャ１１に設けた。そして、この連通孔１２の外周面開口部１１ｄに対して、プランジャ１１が往復動する行程の一部の区間にわたって連通する溝部３０を第２シリンダ２７の内周面に形成した。また、溝部３０からは、作動油排出経路３１を介して溝部３０内の作動油が排出されるようにした。これにより、プランジャ１１の連通孔１２と第２シリンダ２７の溝部３０とが連通している間は、プランジャ１１によって作動油を加圧する加圧室３９から作動油を排出することができる。したがって、プランジャ１１が作動油を加圧する行程では、加圧途中の作動油がプランジャ１１の連通孔１２を介して排出されるので作動油の圧力上昇が遅くなり、排気弁５の開タイミングを遅らせることができる。一方、プランジャ１１が加圧後の作動油を減圧する行程では、加圧途中で作動油が抜かれており作動油圧が低下しているため、排気弁５の閉タイミングを早めることができる。

そして、作動油排出経路３１に排出量調整弁３３を設け、加圧室２９から作動油が排出される流量を調整することとしたので、プランジャ１１によって作動油を加圧する際の圧力上昇の程度と、プランジャ１１によって加圧された作動油の到達圧力の低下の程度を調整することができ、排気弁５の開タイミング及び閉タイミングを任意に変更することができる。

また、別に設けた加圧源（例えば特許文献１の加圧作動油源）によって加圧された作動油を油圧経路９に供給する構成を採用せず、連通孔１２を介して作動油を排出することによって作動油の圧力変化を調整することとしているので、作動油の加圧源を別に設ける必要がない。したがって、別に設けた加圧源が故障することによってディーゼルエンジンの運転に支障を来すといったリスクを負うことがなく、高い信頼性を実現することができる。

また、排出量調整弁３３を開方向に制御すると、作動油圧の低下の程度が大きくなるため、排気弁５が閉となるタイミングが早くなる。排気弁５が閉となるタイミングが早くなるほど、排気弁が閉鎖された時に燃焼室内に密閉される空気量が多くなるため、圧縮される新気が多くなり筒内の圧縮圧力および燃焼圧力が高くなる。したがって、ディーゼルエンジンの負荷が下がるに従い排出量調整弁３３を開方向に制御することにより、低負荷であってもディーゼルエンジンの燃焼改善が行われて燃料消費率を改善することができる。
また、排出量調整弁３３をディーゼルエンジンの負荷が下がるに従い閉方向に制御して、排気弁５が開となるタイミングを遅くすると、燃焼ガスと新気とのガス交換を筒内で行う時間が短くなるおそれがあるが、負荷が下がった部分負荷状態ではディーゼルエンジンの回転数が低いためガス交換のための時間を十分にとることができる。また、排気弁５の閉タイミングを遅らせることで、閉タイミングを遅らせた時間分だけ燃焼後の筒内圧力を低下させずに維持することができるので、この燃焼後の筒内圧力に維持された筒内ガスから軸回転力をより多く取り出すことができ、燃料消費率をさらに改善することができる。

上述のように、排気弁５が閉となるタイミングが早くなるほど、排気弁が閉鎖された時に燃焼室内に密閉される空気量が多くなるため、圧縮される新気が多くなり内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が高くなる。そして、排気弁５が閉となるタイミングが最も早くなるのは、排出量調整弁３３が最大開度とされた場合である。このように排出量調整弁３３が最大開度となった場合に、ディーゼルエンジンが高負荷であっても筒内の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部１１ｄに対して溝部３０が連通する期間が決定されている。すなわち、外周面開口部１１ｄに対して溝部３０が連通する期間によって作動油が排出される流量が決まるので、排出量調整弁３３が最大開度となり作動油の排出量が最大となっても、ディーゼルエンジンの圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部１１ｄに対して溝部３０が連通する期間を制限するようにした。したがって、何らかの原因で排出量調整弁３３が最大開度のまま固着してしまった場合であっても、作動油が排出される流量が制限されているので、設計許容圧力を超えて圧縮圧力および燃焼圧力が高くならず、ディーゼルエンジンの損傷を回避することができる。

排出量調整弁３３を全閉とすることにより、プランジャ１１の加圧室２９から作動油が排出されない状態とすることができる。これにより、カム１３のプロファイルに従った排気弁５の動作が可能となる。
また、上述のように、排出量調整弁３３の最大開度にてディーゼルエンジンが高負荷であっても筒内の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように外周面開口部１１ｄに対して溝部３０が連通する期間が決定されているので、何らかの原因で排出量調整弁３３が全閉のまま固着してしまった場合であっても、排気弁５はカムプロファイルに従って動作するだけで、排気弁５の閉タイミングは排出量調整弁３３の最大開度となる場合よりも遅いので、設計許容圧力を超えて圧縮圧力および燃焼圧力が高くなることはなく、ディーゼルエンジンの損傷を回避することができる。

なお、上述した排気弁駆動装置１は、ディーゼルエンジンの気筒毎に設けてもよいし、あるいは、ピストン７、第１シリンダ１５、カム１３及びプランジャ１１を各気筒に設けた上で、作動油排出経路３１及び排出量調整弁３３を複数の気筒に対して共通化してもよい。

１ 排気弁駆動装置
３ シリンダカバー
５ 排気弁
７ ピストン
９ 油圧経路
１１ プランジャ
１１ｄ 外周面開口部
１２ 連通孔
１３ カム
１５ 第１シリンダ
１７ 油圧室
１９ オリフィス用経路
２１ オリフィス
２３ 低圧作動油供給経路
２５ 逆止弁
２７ 第２シリンダ
２９ 加圧室
３０ 溝部
３１ 作動油排出経路
３３ 排出量調整弁
３５ 接続軸
３７ カムローラ

上記課題を解決するために、本発明の排気弁駆動装置およびこれを備えた内燃機関は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明にかかる排気弁駆動装置は、内燃機関の排気弁を動作させるアクチュエータと、該アクチュエータを動作させる作動油を供給する油圧経路と、該油圧経路に接続されたプランジャと、該プランジャを収容するシリンダと、前記プランジャを往復動させるカムと、を備え、前記プランジャによって加圧された前記作動油によって前記アクチュエータが動作して前記排気弁を開とし、加圧された前記作動油を前記プランジャによって減圧することによって前記アクチュエータが動作して前記排気弁を閉とする排気弁駆動装置において、前記プランジャには、該プランジャが前記作動油を加圧する加圧空間から該プランジャの外周面に位置する外周面開口部まで連通する連通孔が形成され、前記シリンダの内周面には、前記プランジャが往復動する行程の一部の期間にわたって前記外周面開口部に対して連通する溝部が形成され、該溝部には、前記作動油を排出するための作動油排出経路が接続され、該作動油排出経路には、開度が制御される排出量調整弁が設けられていることを特徴とする。

Claims (5)

1. 内燃機関の排気弁を動作させるアクチュエータと、
   該アクチュエータに作動油を供給する油圧経路と、
   該油圧経路に接続されたプランジャと、
   該プランジャを収容するシリンダと、
   前記プランジャを往復動させるカムと、
   を備え、
   前記プランジャによって加圧された前記作動油によって前記アクチュエータが動作して前記排気弁を開とする排気弁駆動装置において、
   前記プランジャには、該プランジャが前記作動油を加圧する加圧空間から該プランジャの外周面に位置する外周面開口部まで連通する連通孔が形成され、
   前記シリンダの内周面には、前記プランジャが往復動する行程の一部の期間にわたって前記外周面開口部と連通する溝部が形成され、
   該溝部には、前記作動油を排出するための作動油排出経路が接続され、
   該作動油排出経路には、排出量調整弁が設けられていることを特徴とする排気弁駆動装置。
2. 前記排出量調整弁は、前記内燃機関の負荷が下がるに従い開度が大きくなるように制御されることを特徴とする請求項１に記載の排気弁駆動装置。
3. 前記排出量調整弁が最大開度とされた場合に前記排気弁が閉となるタイミングにて、前記内燃機関が高負荷であっても該内燃機関の圧縮圧力および燃焼圧力が設計許容圧力以下となるように、前記外周面開口部に対して前記溝部が連通する期間が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の排気弁駆動装置。
4. 前記排出量調整弁は、全閉可能とされていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の排気弁駆動装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の排気弁駆動装置と、
   該排気弁駆動装置によって駆動される前記排気弁と、
   該排気弁を収容する燃焼室と、
   を備えていることを特徴とする内燃機関。
   

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