JP2019190402A - 内燃機関の動弁機構及びこれを用いたコージェネレーション装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費の悪化を抑制でき、且つ燃焼室の密閉性を向上できる内燃機関の動弁機構を提供する。【解決手段】動弁機構１６は、エンジン６のシリンダヘッド１１に摺動可能に設けられたバルブ４３と、バルブ４３を閉方向に付勢するバルブスプリング４６と、シリンダヘッド１１とバルブスプリング４６との間に介装されたバルブセット荷重変更機構５０と、バルブセット荷重変更機構５０の動作を制御する制御装置２６とを備える。制御装置２６は、バルブスプリングのセット荷重を、クランキング動作中Ｔ２にエンジン６の運転中Ｔ３に比べて大きくする。【選択図】図７

Description

本開示は、吸気バルブ又は排気バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングのセット荷重を調整する内燃機関の動弁機構に関する。

内燃機関のバルブスプリングのセット荷重は、エンジン回転速度が上限値に達してもバルブを正常に往復運動させる値に設定される。言い換えれば、バルブスプリングのセット荷重を大きくすることにより、往復運動するバルブが慣性力によってジャンプしたり着座時にバウンスしたりするといったバルブの異常な運動（即ち、エンジンのオーバーラン）を確実に防止することができる。しかしながら、バルブスプリングのセット荷重を大きくすると、フリクションが増大することによって燃費が悪化する。そのため、バルブスプリングのセット荷重は、バルブの異常な運動が生じない範囲においてできるだけ低く設定することが望ましい。また、バルブスプリングのセット荷重を低く設定することにより、バルブやロッカアームの軸受、バルブとカムとの摺動部等の耐久性が向上する。

特許文献１には、既存の形状をできるだけ変更せずに、セット荷重を低く設定することによるフリクションの低減やバルブ系の耐久性向上と、セット荷重を高く設定することによる排気ブレーキ効率の向上とを両立できるセット荷重調整装置が提案されている。このセット荷重調整装置では、ロアスプリングシートの下面にテーパ状の溝が複数個形成され、シリンダヘッドの上面に孔が複数個形成され、シリンダヘッドの孔とそれらの溝との間にボールが挿入され、ロアスプリングシートに回動手段が設けられている。回動手段は、ラック及びピニオンギヤや、ウォーム及びウォームホイール、ワイヤによって構成されている。

特許文献２には、バルブスプリングの下端を昇降させることによってセット荷重を変更可能な荷重調整装置と、エンジンの回転速度に対応してセット荷重を最適に調整するように荷重調整装置の作動を制御する制御装置とが開示されている。この制御装置は、エンジンの回転速度が予め定めた回転速度を超えた時や、排気ブレーキを作動させた時に、セット荷重が高くなるように荷重調整装置の作動を制御している。

特開平８−２１２１７号公報 特開２００２−２２１０１０号公報

ところで、エンジンの運転が長時間に亘って続くと、オイルや燃料に由来するカーボンがバルブに堆積する。カーボンは燃焼室で発生し、バルブの傘表だけでなくバルブフェースや傘裏、ステムにも堆積する。また、コージェネレーション装置や発電機のように、一定回転速度で長時間に亘って運転される内燃機関では、吸気バルブのカーボン堆積量が多くなる傾向がある。バルブに堆積したカーボンがバルブとバルブシートとの間に挟まると、燃焼室の密閉性が低下するため、圧縮不良が起き、良好な燃焼が阻害される。また、この事象はエンジンストールや始動不良の原因にもなる。

ここで、バルブスプリングのセット荷重を大きくすることによって、バルブとバルブシートとの間に付着したカーボンを挟み潰すことが考えられる。ところが、バルブスプリングのセット荷重を大きくすると、上記のようにフリクションが増大することによって燃費が悪化する。

特許文献２に記載の荷重調整装置は、エンジンの回転速度が高くなった時にセット荷重を高くしているが、低速回転時やエンジン停止時、エンジン始動時にはセット荷重を低くしている。そのため、バルブとバルブシートとの間に付着したカーボンを挟み潰すことができない。

本発明は、このような背景に鑑み、燃費の悪化を抑制でき、且つ燃焼室の密閉性を向上できる内燃機関の動弁機構を提供することを課題とする。

このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、内燃機関（６）の動弁機構（１６）であって、シリンダヘッド（１１）に摺動可能に設けられたバルブ（４３）と、前記バルブ（４３）を閉方向に付勢するバルブスプリング（４６）と、前記シリンダヘッド（１１）と前記バルブスプリング（４６）との間に介装されたバルブセット荷重変更機構（５０）と、前記バルブセット荷重変更機構（５０）の動作を制御する制御装置（２６）と、を備え、前記制御装置（２６）は、前記バルブスプリング（４６）のセット荷重を、クランキング動作中（Ｔ２）に前記内燃機関（６）の運転中（Ｔ３）に比べて大きくする。ここで、内燃機関の運転中（Ｔ３）とは、始動のためのクランキング動作中（Ｔ２）及び停止のための惰性運転中（Ｔ４）を含まない期間（ファイアリング運転中）を意味する。

この構成によれば、クランキング動作中に大きなセット荷重で付勢されたバルブによってカーボンを挟み潰すことができる。また、内燃機関の運転中はセット荷重が低くフリクションの低い状態で運転することができ、燃費効率低下の要因となるセット荷重の高い状態での運転時間を短くすることができる。そのため、内燃機関の良好な圧縮及び燃焼と低燃費とを両立することができる。

また、上記構成において、前記制御装置（２６）は、前記セット荷重を、前記内燃機関（６）の運転停止時の惰性運転中（Ｔ４）に前記内燃機関（６）の運転中（Ｔ３）に比べて大きくするとよい。

この構成によれば、惰性運転中に大きなセット荷重で付勢されたバルブによってカーボンを挟み潰すことができる。そのため、内燃機関の次回の始動を円滑にすることができる。

また、上記構成において、前記制御装置（２６）は、前記セット荷重を、前記内燃機関（６）の停止中に前記内燃機関（６）の運転中（Ｔ３）に比べて小さな値に維持するとよい。

この構成によれば、内燃機関の停止後及び内燃機関のクランキング前にバルブスプリングのセット荷重を変更する必要がなく、セット荷重の変更に要するエネルギーを省力化できる。

また、上記構成において、前記内燃機関（６）の停止中に、前記内燃機関（６）のピストン（１３）が上死点近傍に保持され、且つ前記バルブ（４３）が閉位置に保持されるとよい。

この構成によれば、内燃機関の停止中にバルブフェース及びバルブシートにカーボンが付着することを抑制できる。

また、上記構成において、前記バルブセット荷重変更機構（５０）は、前記バルブ（４３）の軸線回りに回動可能に設けられて前記バルブスプリング（４６）の下端を支持するスプリングシート（５１）と、前記スプリングシート（５１）の回転に応じて前記スプリングシート（５１）を昇降させるカム機構（５２）と、前記スプリングシート（５１）を回転駆動するアクチュエータ（５３）と、を備えるとよい。

この構成によれば、カム機構を用いた簡単な構成によってバルブスプリングのセット荷重を変更することができる。

また、上記構成において、前記スプリングシート（５１）と前記バルブ（４３）とが、前記バルブスプリング（４６）を介して相対回転不能に連結されているとよい。

この構成によれば、スプリングシートがアクチュエータによって回転駆動されると、バルブがスプリングシートと一体に回転する。これにより、バルブフェースとバルブシートとが摺動し、これらに付着しているカーボンが破砕、除去される。従って、バルブの密閉性が向上し、良好な圧縮が可能になる。

また、上記構成において、前記カム機構（５２）が前記スプリングシート（５１）を上昇位置に保持した状態で前記スプリングシート（５１）を回転可能に支持するように構成されているとよい。

この構成によれば、スプリングシートを上昇位置に保持したまま、バルブをスプリングシートと一体に回転されることができる。そのため、バルブフェースやバルブシートに付着しているカーボンがより確実に破砕、除去される。

また、上記構成において、前記制御装置（２６）は、前記内燃機関（６）の始動信号の入力に応じ、クランキング動作の開始前に、前記スプリングシート（５１）を上昇位置にて回動させるとよい。

この構成によれば、クランキング動作の開始前にバルブを軸線回りに摺動させることができる。これにより、バルブフェースやバルブシートに付着しているカーボンがより確実に破砕、除去され、内燃機関の始動がより円滑になる。

また、上記構成において、前記制御装置（２６）は、前記内燃機関（６）の停止後（ｔ６後）に、前記スプリングシート（５１）を上昇位置にて回動させるとよい。

この構成によれば、内燃機関の停止後にバルブを軸線回りに摺動させることができる。これにより、バルブフェースやバルブシートに付着しているカーボンがより確実に破砕、除去され、内燃機関の停止中にバルブフェース及びバルブシートにカーボンが付着することが一層確実に抑制される。

また、本発明のある実施形態は、上記構成の動弁機構（１６）を有する前記内燃機関（６）と、前記内燃機関（６）によって駆動されて電力を発生する発電機（５）と、前記内燃機関（６）の排熱を利用して熱交換を行う熱交換器（７）と、を備えるコージェネレーション装置（１）である。

この構成によれば、長時間運転によってカーボンがバルブに堆積し易いコージェネレーション装置において、内燃機関の良好な圧縮及び燃焼と低燃費とを両立することができる。

このように本発明によれば、燃費の悪化を抑制でき、且つ燃焼室の密閉性を向上できる内燃機関の動弁機構を提供することができる。

実施形態に係るコージェネレーション装置の概略構成図 図１に示されるエンジンの平断面図 図２に示される動弁機構の拡大平断面図 図３中のIV-IV断面図 （Ａ）低セット荷重状態、（Ｂ）高セット荷重状態における、図４中のＶ−Ｖ断面図 （Ａ）低セット荷重状態、（Ｂ）高セット荷重状態における、動弁機構の拡大断面図 エンジン及びバルブセット荷重変更機構の制御状態を示すタイムチャート

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。

図１は、実施形態に係るコージェネレーション装置１の概略構成図である。図１に示されるように、コージェネレーション装置１は、内燃機関や外燃機関等の排熱を利用して動力・温熱・冷熱を取り出し、総合エネルギー効率を高める新エネルギー供給システムであり、商用電源２（商用電力系統）から電気負荷３に至る交流電力の給電線４に接続される。商用電源２は、単相三線からＡＣ１００／２００Ｖで５０Ｈｚ（又は６０Ｈｚ）の交流電力を出力する。

コージェネレーション装置１は、給電線４に接続される発電機５（スタータ／ジェネレータ）と、発電機５を駆動する内燃機関からなるエンジン６と、エンジン６の冷却水を排気熱と熱交換させて昇温する熱交換器７とを主要部品として有する。発電機５、エンジン６及び熱交換器７はコージェネレーション装置１の筐体８の内部に収容される。熱交換器７で昇温させられた冷却水は、排熱利用給湯暖房ユニット等の熱負荷９に供給され、温水の生成などに利用される。

図２は、エンジン６の平断面図である。図２に併せて示されるように、エンジン６は、複数種のガスを燃料とする、水冷の４サイクルの単気筒ＯＨＶ（Over Head Valve）型の火花点火式エンジンである。エンジン６は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を水平方向（横向き）に配置し、その内部に往復動自在に配置された１個のピストン１３を備えている。ピストン１３は、コンロッド１４を介してクランクシャフト１５のクランクピン１５ａに連結されている。シリンダヘッド１１には動弁室が形成され、動弁室には動弁機構１６が収容されている。

図１に示されるように、クランクシャフト１５は鉛直方向に配置され、エンジン６から上方へ延出している。エンジン６の近傍には、クランク角（具体的には、後述するカムシャフト４８の回転角度）を検出するクランク角センサ１７が設けられている。

発電機５は多極コイルを備え、クランクシャフト１５の上端に取り付けられるフライホイールの内側のクランクケース上に固定される。発電機５は、フライホイールとの間で相対回転する時、交流電力を生成する（即ち、ジェネレータとして機能する）。発電機５は、商用電源２（あるいはバッテリ）から通電される時、エンジン６をクランキングするスタータモータとしても機能する。

エア供給源１８から供給されるエア（吸気）は、エアクリーナ１９を通ってミキサ２０に供給される。一方、燃料供給源２１から供給されるガスは、遮断弁２２、流量調整弁２３を介してミキサ２０に供給される。ミキサ２０にてエアとガスとが混合されることによって混合気が生成される。

ミキサ２０で生成された混合気はエンジン６内部の燃焼室（図２）に流れる。燃焼室の付近には図示しない点火プラグが配置される。点火プラグは、図示しないバッテリの出力がパワートランジスタやイグニッションコイルなどからなる点火装置を介して供給されると、燃焼室に臨む電極間に火花放電を生じ、混合気を着火して燃焼させる。燃焼室で発生した既燃焼ガスは排ガスとしてエンジン６外へ排出され、熱交換器７を介してエンジン６に接続される排気管２４を通って筐体８の外に排出される。

発電機５の出力はインバータユニット２５に送られる。インバータユニット２５は発電機５の出力をＡＣ１００／２００Ｖ（単相）に変換する。インバータユニット２５は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御ユニット）からなる制御装置２６の指令を受けて発電機５の機能をスタータとジェネレータの間で切り替える。制御装置２６には、熱負荷９の操作ユニット９ａが接続される。また、制御装置２６には、電動モータ２７〜２９が接続されている。電動モータ２７は遮断弁２２を駆動し、電動モータ２８は流量調整弁２３を駆動し、電動モータ２９はミキサ２０の下流側に設けられたスロットル弁３０をそれぞれ駆動する。

制御装置２６は、熱負荷９の操作ユニット９ａにより入力される情報、及びクランク角センサ１７の他、各種センサを介して入力された情報に基づき、発電機５及び電動モータ２７〜２９を制御することにより、クランクシャフト１５、遮断弁２２、流量調整弁２３、スロットル弁３０を駆動してエンジン６の始動と運転の制御並びに発電の制御を行う。

制御装置２６は、始動信号（エンジン始動要求）を検出すると所定の開度による所定期間に亘るクランキングを開始させる制御を行う。停止信号（エンジン停止要求）を検出すると、エンジン６への燃料供給や点火プラグによる着火を停止する制御を行う。

インバータユニット２５の出力は屋内配電盤３１に送られる。屋内配電盤３１は、過電流の通電などを防止する主幹ブレーカと、インバータユニット２５の出力に商用電源２の電力を加えて電気負荷３に供給する分電盤と、発電機５の専用ブレーカと、商用電源２から主幹ブレーカに至る給電路に配置されてそこを流れる交流電力の電流に応じた信号を生じる電流センサなどを備える。即ち、インバータユニット２５の出力は、屋内配電盤３１で商用電源２の電力と連系されて電気負荷３に供給される。

インバータユニット２５の出力は、屋内配電盤３１で商用電源２から電気負荷３に至る交流電力の給電線４に接続可能にされる。なお、発電機５の発電出力（定格電力）は、１．０ｋＷ程度である。

エンジン６を冷却するための冷却水通路３２は、エンジン６のシリンダブロック１２とオイルタンクや熱交換器７を通り、熱負荷９に接続される。熱交換器７において、冷却水は、排気（排ガス）と熱交換して昇温させられる。なお、熱交換器７は、例えば、冷却水通路３２を変形させ、排気管２４を覆うような構造としたものである。熱交換器７を通過した冷却水は、シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１１に形成されるシリンダ通路に供給されてエンジン６と熱交換し、エンジン６を冷却する。排気やエンジン６との熱交換によって昇温させられた高温の冷却水は、冷却水通路３２を通ってコージェネレーション装置１の筐体８の外部から熱負荷９に戻される。

図３は、図２に示される動弁機構１６の拡大断面図である。図３に示されるように、シリンダヘッド１１には吸気ポート４１及び排気ポート４２が形成されている。シリンダヘッド１１には、吸気ポート４１の燃焼室側の開口を開閉する吸気バルブ４３Ｉが摺動可能に設けられると共に、排気ポート４２の燃焼室側の開口を開閉する排気バルブ４３Ｅが摺動可能に設けられている。これらのバルブ４３は、傘部と軸状のステムとを有するポペットバルブであり、シリンダヘッド１１に圧入されて上方に突出するバルブガイド４４によって摺動可能に支持されている。これらのバルブ４３のステムエンド近傍にはそれぞれ円盤形状のリテーナ４５が固定されており、各リテーナ４５とシリンダヘッド１１の上面との間には圧縮コイルばねからなるバルブスプリング４６が介装されている。これにより、バルブ４３は、常時閉方向（図３の上方向）に付勢されて傘部がバルブシート４７に着座する。傘部の傘裏外周部に形成されたバルブフェースは、バルブシート４７に着座することによって対応する吸気ポート４１又は排気ポート４２を閉じて燃焼室を密閉するシール面をなす。

動弁機構１６は、シリンダヘッド１１に支持されたカムシャフト４８、吸気側及び排気側の２本のロッカシャフトに揺動可能に支持された吸気側及び排気側のロッカアーム４９等を備えた公知の構成を有している。ロッカアーム４９は、それぞれ一端においてカム当接し、他端において対応するバルブ４３のステムエンドに当接している。

カムシャフト４８が図示しない動力伝達機構を介してクランクシャフト１５の２分の１の回転速度をもって回転駆動されると、ローラを介してカムに転接する吸気側及び排気側のロッカアーム４９がそれぞれ所定のタイミングで揺動する。吸気バルブ４３Ｉ及び排気バルブ４３Ｅがバルブスプリング４６の付勢力に抗して開方向（図３の下方向）に駆動されて傘部がバルブシート４７から離間することにより、吸気ポート４１及び排気ポート４２が開放されて燃焼室と連通する。

シリンダヘッド１１とバルブスプリング４６との間には、バルブスプリング４６のセット荷重を変更可能なバルブセット荷重変更機構５０が設けられている。バルブセット荷重変更機構５０は、バルブ４３の軸線回りに回動可能に設けられてバルブスプリング４６の下端を支持するスプリングシート５１と、スプリングシート５１の回転に応じてスプリングシート５１を昇降させるカム機構５２と、スプリングシート５１を回転駆動するアクチュエータ５３とを備えている。アクチュエータ５３がスプリングシート５１を回転駆動することにより、スプリングシート５１が昇降し、バルブスプリング４６の長さが変化することによってバルブスプリング４６のセット荷重が変化する。以下、詳細に説明する。

カム機構５２は、スプリングシート５１の下面に形成された周方向に延在する下向斜面５１ａと、この下向斜面５１ａに対抗する上向斜面５４ａとによって構成される。本実施形態では、上向斜面５４ａは、スプリングシート５１と上下を逆さまにしてシリンダヘッド１１に固定したスプリングシート５１と同一形状の部材（以下、カムベース５４という）の上面に形成されている。スプリングシート５１及びカムベース５４は、下向斜面５１ａ及び上向斜面５４ａの周方向の両側に凸部と凹部とを備えている。

図４は、図３中のIV-IV断面図である。図３及び図４に示されるように、スプリングシート５１及びカムベース５４は、バルブガイド４４の外側に組み付けられており、それらの外周面にはギヤ５５が全周に亘って形成されている。カムベース５４は、シリンダヘッド１１に固定されて外周部のギヤ５５に係合するストッパ５６によって回転不能とされている。一方、スプリングシート５１はバルブガイド４４に沿って上下動可能とされている。

アクチュエータ５３は、スプリングシート５１の外周部のギヤ５５に係合するラック５７と、ラック５７を進退駆動するリニアソレノイド５８とを備えている。リニアソレノイド５８は制御装置２６（図１）によって駆動制御される。

図５は、（Ａ）低セット荷重状態、（Ｂ）高セット荷重状態における、図４中のＶ−Ｖ断面図であり、図６は、（Ａ）低セット荷重状態、（Ｂ）高セット荷重状態における、動弁機構１６の拡大平断面図である。図５（Ａ）及び図６（Ａ）に示されるように、スプリングシート５１及びカムベース５４が凸部と凹部とを対向させている状態では、スプリングシート５１は下降位置（低位置）に位置し、バルブスプリング４６のセット荷重が低くなる。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）に示されるように、スプリングシート５１及びカムベース５４が凸部同士及び凹部同士を対向させている状態では、スプリングシート５１は上昇位置（高位置）に位置し、バルブスプリング４６のセット荷重が高くなる。

スプリングシート５１は、上昇位置にある状態のまま、即ち、バルブスプリング４６のセット荷重が高い状態で、凸部の周方向長さに対応する角度分だけ回動可能となっている。図５（Ｂ）及び図６（Ｂ）には、スプリングシート５１が下降位置から上昇位置に移動した後に更に回転した状態が示されている。

制御装置２６がアクチュエータ５３の動作を制御してラック５７を進退させることにより、スプリングシート５１がカム機構５２を介して昇降する。ラック５７は、金属板等の薄い板材からなる弾性体であり、自身の進退によって回転するスプリングシート５１の昇降を許容する。

スプリングシート５１がアクチュエータ５３によって回転駆動されるとバルブシート４７の上面に下端を当接させているバルブスプリング４６も回転する。バルブスプリング４６が回転するとバルブスプリング４６の上端が当接しているリテーナ４５も回転する。なお、バルブシート４７とバルブスプリング４６との当接部及びバルブスプリング４６とリテーナ４５との当接部には相対回転防止用の係合手段が設けられていてもよい。リテーナ４５が回転すると、図示しないコッタを介して結合されたバルブ４３も回転する。従って、アクチュエータ５３がスプリングシート５１を回転駆動すると、バルブ４３もスプリングシート５１と共に回転する。バルブ４３が回転すると、そのバルブフェースがバルブシート４７に対して摺動する。

次に、制御装置２６による制御と、それによるエンジン６や動弁機構１６の動作について説明する。図７は、エンジン６及びバルブセット荷重変更機構５０の制御状態を示すタイムチャートである。図７に示されるように、エンジン６の停止中Ｔ１は、バルブスプリング４６のセット荷重は大に設定されている。時点ｔ１にて、「ＯＮ」として示されるエンジン始動信号（始動要求）が入力すると、制御装置２６は、アクチュエータ５３を駆動し、セット荷重を大に維持したまま（スプリングシート５１を上昇位置に保持したまま）、時点ｔ１から時点ｔ２までの所定期間に亘ってスプリングシート５１を回転駆動し、バルブ４３をバルブシート４７に対して摺動させる。

その後、制御装置２６は発電機５をスタートモータとして作動させてクランキング動作を行う。クランキング動作中Ｔ２は、制御装置２６はアクチュエータ５３を駆動しておらず、バルブスプリング４６のセット荷重は大に設定されている。エンジン回転数が所定値以上になった時点ｔ３において、制御装置２６はエンジン６の運転制御（ファイアリング制御）を開始すると共に、発電機５の機能をスタータモータからジェネレータに変更し、エンジン６の運転中Ｔ３に発電機５に発電させる。また、制御装置２６は時点ｔ３において、アクチュエータ５３を駆動してバルブスプリング４６のセット荷重を小に切り替える。バルブスプリング４６のセット荷重は、エンジン６の運転中Ｔ３、小に維持される。

時点ｔ４にて、「ＯＦＦ」として示されるエンジン停止信号（停止要求）が入力すると、制御装置２６は、エンジン６の運転制御（ファイアリング制御）を停止すると共に、アクチュエータ５３を駆動してバルブスプリング４６のセット荷重を大に変更する。これにより、エンジン６は停止に至る前の惰性運転状態となる。その後、エンジン６の回転数が低下した時点ｔ５において、制御装置２６は、発電機５のコイルに通電することによって発電機５を電磁ブレーキとして機能させ、時点ｔ６にてエンジン回転数が０になる際に、ピストン１３が上死点近傍を保持し、且つバルブ４３を閉位置に保持する。運転制御が停止された時点ｔ４からエンジン回転数が０になる時点ｔ６までの期間が、停止のための惰性運転中Ｔ４であり、その後、エンジン６は停止中Ｔ１になる。

エンジン６の停止後、制御装置２６は、アクチュエータ５３を駆動し、セット荷重を大にした状態のまま時点ｔ６から時点ｔ７までの所定期間に亘ってスプリングシート５１を回転駆動することでバルブ４３をバルブシート４７に対して摺動させる。

次に、このように構成された動弁機構１６の作用効果を説明する。

制御装置２６がバルブスプリング４６のセット荷重をクランキング動作中Ｔ２にエンジン６の運転中Ｔ３に比べて大きくすることにより、クランキング動作中Ｔ２に大きなセット荷重で付勢されたバルブ４３によってカーボンが挟み潰される。そのため、エンジン６の良好な圧縮が可能になる。また、エンジン６の運転中Ｔ３はセット荷重が低くフリクションの低い状態でエンジン６が運転されるため、燃費効率低下の要因となるセット荷重の高い状態での運転時間が短くなり、低燃費運転が可能である。

制御装置２６がバルブスプリング４６のセット荷重を、エンジン６の運転停止時の惰性運転中Ｔ４にエンジン６の運転中Ｔ３に比べて大きくすることにより、惰性運転中Ｔ４に大きなセット荷重で付勢されたバルブ４３によってカーボンが挟み潰される。そのため、エンジン６の次回の始動が円滑になる。

制御装置２６が、バルブスプリング４６のセット荷重を、エンジン６の停止中Ｔ１にエンジン６の運転中Ｔ３に比べて小さな値に維持することにより、エンジン６の停止後及びエンジン６のクランキング前にバルブスプリング４６のセット荷重を変更する必要がなく、セット荷重の変更に要するエネルギーが省力化される。

上記のように発電機５が電磁ブレーキとして動作することによって、エンジン６の停止中Ｔ１に、エンジン６のピストン１３が上死点近傍に保持され、且つバルブ４３が閉位置に保持される。そのため、エンジン６の停止中Ｔ１にバルブフェース及びバルブシート４７にカーボンが付着することが抑制される。

図３、図５及び図６に示されるように、バルブセット荷重変更機構５０は、スプリングシート５１の回転に応じてスプリングシート５１を昇降させるカム機構５２を備えており、カム機構５２を用いた簡単な構成によってバルブスプリング４６のセット荷重の変更が可能である。

スプリングシート５１とバルブ４３とが、バルブスプリング４６を介して相対回転不能に連結されているため、スプリングシート５１がアクチュエータ５３によって回転駆動されると、バルブ４３がスプリングシート５１と一体に回転する。これにより、バルブフェースとバルブシート４７とが摺動し、これらに付着しているカーボンが破砕、除去される。従って、バルブ４３の密閉性が向上し、良好な圧縮が可能になる。

カム機構５２がスプリングシート５１を上昇位置に保持した状態でスプリングシート５１を回転可能に支持するように構成されているため、スプリングシート５１を上昇位置に保持したまま、スプリングシート５１と一体にバルブ４３を回転させることができる。そのため、バルブフェースやバルブシート４７に付着しているカーボンがより確実に破砕、除去される。

図７に示されるように、制御装置２６が、時点ｔ１におけるエンジン６の始動信号の入力に応じ、クランキング動作の開始前（時点ｔ３前）に、スプリングシート５１を上昇位置にて回動させることにより、バルブ４３が軸線回りに摺動する。これにより、バルブフェースやバルブシート４７に付着しているカーボンがより確実に破砕、除去され、エンジン６の始動がより円滑になる。

制御装置２６が、エンジン６の停止後（時点ｔ６後）に、スプリングシート５１を上昇位置にて回動させることにより、バルブ４３が軸線回りに摺動する。これにより、バルブフェースやバルブシート４７に付着しているカーボンがより確実に破砕、除去され、エンジン６の停止中Ｔ１にバルブフェース及びバルブシート４７にカーボンが付着することが一層確実に抑制される。

図１に示されるように本実施形態では、上記構成の動弁機構１６を有するエンジン６が、エンジン６によって駆動されて電力を発生する発電機５と、エンジン６の排熱を利用して熱交換を行う熱交換器７と、を備えるコージェネレーション装置１されている。そのため、長時間運転によってカーボンがバルブ４３に堆積し易いコージェネレーション装置１において、エンジン６の良好な圧縮及び燃焼と低燃費とが両立される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として動弁機構１６がコージェネレーション装置１に適用されているが、発電機５や自動車用の内燃機関に適用されてもよい。また、上記実施形態では、エンジン６がガスを燃料としているが、ガソリンや軽油などの液体を燃料としてもよい。この場合、ミキサ２０の代わりに、燃焼室に燃料を供給する手段としてキャブレターや燃料噴射弁が用いられるとよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ コージェネレーション装置
５ 発電機（ジェネレータ、スタータモータ）
６ エンジン（内燃機関）
７ 熱交換器
１１ シリンダヘッド
１３ ピストン
１６ 動弁機構
２６ 制御装置
４３ バルブ
４３Ｅ 排気バルブ
４３Ｉ 吸気バルブ
４６ バルブスプリング
５０ バルブセット荷重変更機構
５１ スプリングシート
５２ カム機構
５３ アクチュエータ
Ｔ１ 停止中
Ｔ２ クランキング動作中
Ｔ３ 運転中
Ｔ４ 惰性運転中

Claims (10)

1. 内燃機関の動弁機構であって、
   シリンダヘッドに摺動可能に設けられたバルブと、
   前記バルブを閉方向に付勢するバルブスプリングと、
   前記シリンダヘッドと前記バルブスプリングとの間に介装されたバルブセット荷重変更機構と、
   前記バルブセット荷重変更機構の動作を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記バルブスプリングのセット荷重を、クランキング動作中に前記内燃機関の運転中に比べて大きくすることを特徴とする前記内燃機関の動弁機構。
2. 前記制御装置は、前記セット荷重を、前記内燃機関の運転停止時の惰性運転中に前記内燃機関の運転中に比べて大きくすることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の動弁機構。
3. 前記制御装置は、前記セット荷重を、前記内燃機関の停止中に前記内燃機関の運転中に比べて小さな値に維持することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の動弁機構。
4. 前記内燃機関の停止中に、前記内燃機関のピストンが上死点近傍に保持され、且つ前記バルブが閉位置に保持されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれかに記載の内燃機関の動弁機構。
5. 前記バルブセット荷重変更機構は、
   前記バルブの軸線回りに回動可能に設けられて前記バルブスプリングの下端を支持するスプリングシートと、
   前記スプリングシートの回転に応じて前記スプリングシートを昇降させるカム機構と、
   前記スプリングシートを回転駆動するアクチュエータと、を備えることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の内燃機関の動弁機構。
6. 前記スプリングシートと前記バルブとが、前記バルブスプリングを介して相対回転不能に連結されていることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の動弁機構。
7. 前記カム機構が前記スプリングシートを上昇位置に保持した状態で前記スプリングシートを回転可能に支持するように構成されていることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の動弁機構。
8. 前記制御装置は、前記内燃機関の始動信号の入力に応じ、クランキング動作の開始前に、前記スプリングシートを上昇位置にて回動させることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の内燃機関の動弁機構。
9. 前記制御装置は、前記内燃機関の停止後に、前記スプリングシートを上昇位置にて回動させることを特徴とする請求項６〜請求項８のいずれかに記載の内燃機関の動弁機構。
10. 請求項１〜請求項９のいずれかに記載の動弁機構を有する前記内燃機関と、
    前記内燃機関によって駆動されて電力を発生する発電機と、
    前記内燃機関の排熱を利用して熱交換を行う熱交換器と、を備えることを特徴とするコージェネレーション装置。

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