JP2024038780A - 排気弁駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される排気弁駆動装置において、駆動消費動力を抑える。【解決手段】燃焼室の排気口を開閉する排気弁棒３と、排気弁棒３を開放方向に付勢する油圧機構８と、排気弁棒３を閉塞方向に付勢する第１の空気バネ５ａと、排気弁棒３を開放方向に付勢する第２の空気バネ５ｂとを備え、第２の空気バネ５ｂは、排気弁棒３の移動範囲の一部区間のみにおいて、排気弁棒３を付勢して加速させ、一部区間外では、排気弁棒３を付勢しない。【選択図】図１

Description

本発明は、排気弁駆動装置に関し、詳しくは、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用され、駆動消費動力を抑えた排気弁駆動装置に関する。

ディーゼルエンジンなどの内燃機関においては、燃焼室で燃料を燃焼（爆発）させた後、燃焼室の排気口からの排気のために、特許文献１に記載されているように、排気弁駆動装置が使用されている。

従来の排気弁駆動装置は、図６に示すように、図示しない燃焼室の排気口上に設置され、排気口からの排気を導く排気筒１０１を有する筐体１００を備えている。排気筒１０１の端部である排気筒端部１０１ａは、燃焼室の排気口に突合される。燃焼室の排気口及び排気筒端部１０１ａから、図６中矢印ｅで示すように、燃焼室から排ガスが排気される。

この排気弁駆動装置は、筐体１００により、排気筒端部１０１ａに対する進退方向に移動可能に支持された排気弁棒１０３を備えている。排気弁棒１０３は、先端部が排気筒端部１０１ａを開閉する弁体１０２となっており、油圧で駆動される。

弁体１０２は、円盤状に構成されており、弁座１０１ｂ（円形の排気筒端部１０１ａの周囲部）に燃焼室側から押接されることによって、排気筒端部１０１ａを閉塞する。弁体１０２は、弁座１０１ｂが燃焼室側に離間されることによって、排気筒端部１０１ａを開放する。

排気弁棒１０３は、先端部分である弁体１０２を燃焼室内に位置させ、弁体１０２から続く棒状の軸部１０３ａを、排気筒１０１内を経て燃焼室の外方に延在させ、筐体１００により支持されている。弁体１０２は、図６中矢印ｇｐで示す燃焼室内ガス圧によって、図６中矢印ｃで示すように、弁座１０１ｂに押圧される。排気弁棒１０３の軸部１０３ａは、図６中矢印ｏｐで示す駆動用高圧油の油圧によって、燃焼室の方向（矢印ｏで示す開放方向）に駆動される。排気弁棒１０３の基端部分には、駆動用高圧油の油圧ｏｐを受けて排気弁棒１０３を開放方向に移動させるアクチュエータ１０４が取り付けられている。

排気弁棒１０３には、空気バネ１０５が設けられている。空気バネ１０５は、排気弁棒１０３の周囲に設けた空気バネシリンダ１０６内の密閉空間の体積を、排気弁棒１０３に取り付けた円環状ピストン１０７によって圧縮及び膨張させるように構成されている。空気バネシリンダ１０６内には、図６中矢印ｐ１で示すように空気が供給され空気圧が高まる。

この排気弁駆動装置では、図示しない駆動油圧ポンプに駆動用高圧油が出し入れされ、この駆動用高圧油が高圧管を介して送られることで、アクチュエータ１０４が動かされる。駆動用高圧油により動かされたアクチュエータ１０４は、排気弁棒１０３と一体で作動することにより、排気筒端部１０１ａの開放を行う。駆動油圧ポンプは、比例制御弁を有し、この比例制御弁が、図示しない機関制御装置から排気弁開放信号又は排気弁閉塞信号を送られて排気筒端部１０１ａを開放又は閉塞するように構成されている。

図７（ａ）は、この排気弁駆動装置において、排気弁棒１０３に作用する力（排気弁作用力パターン）及び排気筒端部１０１ａ（弁体１０２）の開度を示すグラフである。
図７（ｂ）は、この排気弁駆動装置において、駆動用高圧油の圧力変化及び排気筒端部１０１ａ（弁体１０２）の開度を示すグラフである。
図７（ａ）においては、排気筒端部１０１ａの開放方向を正（＋）とし閉塞方向を負（－）で示し、排気筒端部１０１ａ（弁体１０２）の開度（破線）、排気弁棒１０３の慣性力（一点鎖線）、弁体１０２に作用する燃焼室内ガス圧ｇｐ（二点鎖線）及び空気バネ１０５の力（細線）を示している。
図７（ｂ）においては、排気筒端部１０１ａの開放方向を正（＋）とし閉塞方向を負（－）で示し、駆動用高圧油の圧力（細線）を示している。

この排気弁駆動装置では、図７（ａ）（ｂ）中に（ａ）～（ｇ）で示す以下の弁作動ステップ（ａ）～（ｇ）により、排気筒端部１０１ａの開閉が行われる。
（ａ）排気弁開放信号で比例制御弁を作動させる。
（ｂ）駆動油（圧力源）（圧力ｐ）を駆動油圧ポンプに送り込み 高圧管を介して、アクチュエータ１０４に駆動用高圧油の油圧ｏｐを開弁時最大油圧Ｐｏmaxまで掛け、燃焼室内ガス圧ｇｐ、排気弁棒１０３の慣性力、及び、空気バネ１０５の力に抗して、排気筒端部１０１ａの開放を開始する。
（ｃ）排気筒端部１０１ａを開放させる過程では、燃焼室内ガス圧ｇｐは低減し、排気弁棒１０３の慣性力も小さくなり、駆動用高圧油の油圧ｏｐは低下する。
（ｄ）排気筒端部１０１ａが開放（全開）に近づくと、空気バネ１０５の力及び駆動用高圧油の油圧ｏｐの制御によって排気弁棒１０３を減速させ、排気筒端部１０１ａの開放（全開）に達する。
（ｅ）排気筒端部１０１ａの開放（全開）を維持したのち、排気弁閉塞信号が比例制御弁に入力され、空気バネ１０５の力により、排気弁棒１０３は、排気筒端部１０１ａを閉塞させる方向への移動を開始する。
（ｆ）排気筒端部１０１ａの閉塞に近づき、排気弁棒１０３の慣性力が負（－）になっても、空気バネ１０５の力が作用し続けるため、駆動用高圧油の油圧ｏｐを閉弁時ピーク油圧Ｐｃmaxまでの間で制御して排気弁棒１０３を減速させ、弁体１０２の着座速度を抑える。
（ｇ）弁体１０２は、空気バネ１０５の力と、駆動用高圧油の制御された油圧ｏｐとによって、弁座１０１ｂに緩やかに着座する。

実開昭６４－０２２８０５号公報

上述した排気弁駆動装置において、駆動消費動力は、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）によって決まる駆動油（圧力源）の圧力ｐと消費流量（ｖ）とを掛けた値（＝ｐ・ｖ）に比例する。
したがって、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）を下げて駆動油（圧力源）の圧力ｐを下げるか、及び／又は、排気筒端部１０１ａの開放時の消費流量（ｖ）を減らすことにより、駆動消費動力を抑えることができる。

しかしながら、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）は、排気弁駆動装置の作動期間に生じる燃焼室内ガス圧ｇｐの最大値及び空気バネ１０５の力より若干高めの圧力に設定する必要がある。駆動油圧ポンプからアクチュエータまでの圧力損失があることや、燃焼室内ガス圧ｇｐ及び空気バネ１０５の力に抗して排気筒端部１０１ａを開放するためである。
また、排気弁駆動装置の作動中には、空気バネ１０５の力を、排気弁棒１０３の作動時に生じる慣性力に負けないように設定することにより、駆動油圧系のキャビテーション発生を抑える必要がある。

したがって、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）は、むやみに下げることはできない。また、排気筒端部１０１ａの開放時の消費流量（ｖ）も、排気弁棒１０３のストロークを維持するならば、減らすことができない。
よって、従来の排気弁駆動装置において、駆動消費動力を抑えることは困難である。

そこで、本発明の課題は、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される排気弁駆動装置であって、駆動消費動力を抑えた排気弁駆動装置を提供することにある。

さらに本発明の他の課題は、以下の記載によって明らかとなる。

上記課題は以下の各発明によって解決される。
１．
内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第１の空気バネと、
前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させる第２の空気バネと
を備え、
前記第２の空気バネは、前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させて前記排気弁棒を加速させ、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記排気弁棒に対して、力を作用させない
ことを特徴とする排気弁駆動装置。
２．
前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近である
ことを特徴とする前記１記載の排気弁駆動装置。
３．
内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第１の空気バネと、
前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させる第２の空気バネと
を備え、
前記第２の空気バネは、
前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させて前記排気弁棒を加速させ、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、
前記排気口が全開される位置から、前記排気口が閉塞される位置に至る閉塞過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、前記閉塞過程の前記途中位置以降は、排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させて前記排気弁棒を減速させる
ことを特徴とする排気弁駆動装置。
４．
前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近であり、
前記閉塞過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記開放方向から前記閉塞方向へ変わる位置付近である
ことを特徴とする前記３記載の排気弁駆動装置。
５．
前記第１の空気バネは、第１の空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を、前記排気弁棒に取り付けた第１の円環状ピストンによって圧縮及び膨張させるように構成され、
前記第２の空気バネは、前記第１の円環状ピストンに向けて押上棒が取り付けられた第２の円環状ピストンによって、第２の空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させるように構成され、
前記排気弁棒の位置が前記排気口を閉塞させる位置と前記途中位置との間であるときには、前記第１の円環状ピストンが前記押上棒に接触していることによって、前記排気弁棒に対して力を作用させ、
前記排気弁棒の位置が前記途中位置と前記排気口を開放させる位置との間であるときには、前記第２の円環状ピストンがストッパに当接して停止し、前記第１の円環状ピストンが前記押上棒から離間することによって、前記排気弁棒に対して力を作用させない
ことを特徴とする前記１～４の何れかに記載の排気弁駆動装置。

本発明によれば、ディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される排気弁駆動装置であって、駆動消費動力を抑えた排気弁駆動装置を提供することができる。

実施形態の排気弁駆動装置の概略構成を示すブロック図 実施形態の排気弁駆動装置の構成を示す縦断面図 実施形態の排気弁駆動装置の概略構成（閉弁状態）を示す縦断面図 実施形態の排気弁駆動装置の概略構成（開弁状態）を示す縦断面図 （ａ）実施形態の排気弁駆動装置における排気弁作用力パターン及び弁体の開度を示すグラフ、（ｂ）実施形態の排気弁駆動装置における駆動用高圧油の圧力変化及び弁体の開度を示すグラフ 従来の排気弁駆動装置の構成を示す縦断面図 （ａ）従来の排気弁駆動装置における排気弁作用力パターン及び弁体の開度を示すグラフ、（ｂ）従来の排気弁駆動装置における駆動用高圧油の圧力変化及び弁体の開度を示すグラフ

本発明に係る排気弁駆動装置は、特に船舶に搭載されるディーゼルエンジンなどの内燃機関に使用される。

以下、本発明について好ましい実施の形態について説明する。
図１は、実施形態の排気弁駆動装置の概略構成を示すブロック図である。

この実施形態の排気弁駆動装置は、図１に示すように、油圧機構を構成する駆動油圧ポンプ８と、この駆動油圧ポンプ８から送られる駆動用高圧油の油圧によって動かされ、図示しない燃焼室の排気口を開閉する排気弁棒３と、この排気弁棒３を移動可能に支持する筐体１０とを備えて構成され、排気口の開閉を行う装置である。

駆動油圧ポンプ８は、比例制御弁９を有し、この比例制御弁９に、機関制御装置１１から排気弁開放信号又は排気弁閉塞信号が送られると、比例制御弁９を介して駆動油（圧力源）が供給される。比例制御弁９へは、駆動油入口アキュムレータ（蓄圧器）１７ａを有する供給管１７により駆動油（圧力源）が供給され、また、駆動油出口アキュムレータ１６ａを有する排出管１６により駆動油（圧力源）が排出される。駆動油圧ポンプ８は、供給された駆動油（圧力源）により駆動用高圧油として出し入れする。なお、駆動油（圧力源）の圧力Ｐを高くし、駆動油圧ポンプ８のシリンダを小径化し、駆動油を減圧して駆動用高圧油として使用することで、駆動油圧ポンプ８をコンパクトとすることができる。

駆動油圧ポンプ８から送出された駆動用高圧油は、高圧管１２を介して筐体１０に送られ、アクチュエータ４を動かす。駆動用高圧油により動かされたアクチュエータ４は、排気弁棒３と一体で作動し、燃焼室の排気口を開放させる開放方向に付勢する。

図２は、実施形態の排気弁駆動装置の構成を示す縦断面図である。

この排気弁駆動装置は、図２に示すように、燃焼室の排気口上に設置され、排気口からの排気を導く排気筒１を有する筐体１０を備えている。排気筒１の端部である排気筒端部１ａは、燃焼室の排気口に突合される。燃焼室の排気口及び排気筒端部１ａからは、図２中矢印Ｅで示すように、燃焼室から排ガスが排気される。

この排気弁駆動装置は、筐体１０により、排気筒端部１ａに対する進退方向に移動可能に支持された排気弁棒３を備えている。排気弁棒３は、先端部が排気筒端部１ａを開閉する弁体２となっており、油圧機構により駆動される。

弁体２は、円盤状に構成されており、弁座１ｂ（円形の排気筒端部１ａの周囲部）に燃焼室側から押接されることによって、排気筒端部１ａを閉塞する。弁体２は、弁座１ｂから燃焼室側に離間されることによって、排気筒端部１ａを開放する。

排気弁棒３は、先端部分である弁体２を燃焼室内に位置させ、弁体２から続く棒状の軸部３ａを、排気筒１内を経て燃焼室の外方に延在させ、筐体１０により支持されている。弁体２は、図２中矢印ＧＰで示す燃焼室内ガス圧によって、図２中矢印Ｃで示すように、弁座１ｂに押圧される。排気弁棒３の軸部３ａは、図２中矢印ＯＰで示す駆動用高圧油の油圧によって、燃焼室に進入する方向（矢印Ｏで示す開放方向）に駆動される。排気弁棒３の基端部分には、駆動用高圧油の油圧ＯＰを受けて排気弁棒３を開放方向に移動させるアクチュエータ４が取り付けられている。

排気弁棒３の移動範囲は、弁体２が排気筒端部１ａを閉塞させる位置と排気筒端部１ａが全開となる位置とに亘る範囲である。

図３は、実施形態の排気弁駆動装置の概略構成（閉弁状態）を示す縦断面図である。
図４は、実施形態の排気弁駆動装置の概略構成（開弁状態）を示す縦断面図である。

排気弁棒３には、図２、図３及び図４に示すように、第１の空気バネ５ａ及び第２の空気バネ５ｂが設けられている。第１の空気バネ５ａは、排気弁棒３の軸部３ａの略中央部の周囲に設けた第１の空気バネシリンダ６内の密閉空間の体積を、排気弁棒３に取り付けた第１の円環状ピストン７によって圧縮及び膨張させるように構成されている。第１の空気バネシリンダ６内は、図２、図３及び図４中矢印Ｐ１で示す空気圧が供給され、圧力Ｐ１となっている。

第１の空気バネ５ａは、弁体２が排気筒端部１ａを閉塞している位置から、弁体２が排気筒端部１ａを開放（全開）させる位置に亘るストロークＸ１の全移動範囲において、第１の空気バネシリンダ６内は密閉空間となっており、これら全ての移動範囲に亘って、排気弁棒３に対して、燃焼室から離れる方向であって排気筒端部１ａ（排気口）を閉塞させる閉塞方向（矢印Ｃ）の力を作用させる。

第２の空気バネ５ｂは、第１の空気バネ５ａよりもアクチュエータ４に近い箇所の軸部３ａの周囲に設けた第２の空気バネシリンダ１３内の密閉空間の体積を、第２の円環状ピストン１４によって、圧縮及び膨張させるように構成されている。第２の空気バネシリンダ１３内は、図２、図３及び図４中矢印Ｐ２で示す空気圧が供給され、圧力Ｐ２となっている。

第２の空気バネ５ｂは、弁体２が排気筒端部１ａを閉塞させる位置と排気筒端部１ａが全開となる位置とに亘る排気弁棒３の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、排気弁棒３に対して、排気筒端部１ａを開放させる開放方向（矢印Ｏ）の力を作用させる。

第２の空気バネ５ｂは、弁体２が排気筒端部１ａを閉塞させる位置から、排気筒端部１ａが所定の開度（０％＜開度＜１００％）になる途中位置に亘る区間（＜Ｘ１）において、排気弁棒３に対して、排気筒端部１ａを開放させる開放方向（矢印Ｏ）の力を作用させる。

第２の空気バネ５ｂの第２の円環状ピストン１４には、第１の空気バネ５ａの第１の円環状ピストン７に向けて、押上棒１５が取り付けられている。第２の空気バネ５ｂの第２の円環状ピストン１４は、図３に示すように、押上棒１５の下端を、第１の空気バネ５ａの第１の円環状ピストン７が押し上げることによって、第２の空気バネシリンダ１３内を圧縮させる。

第２の空気バネ５ｂは、排気筒端部１ａが閉塞される位置から、排気筒端部１ａが全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、排気弁棒３に対して、開放方向の力を作用させて排気弁棒３を加速させ、開放過程の途中位置以降は、排気弁棒３に対して、力を作用させない

第２の空気バネ５ｂは、押上棒１５の下端が第１の空気バネ５ａの第１の円環状ピストン７に接触していることによって、排気弁棒３に対して、排気筒端部１ａを開放させる開放方向（矢印Ｏ）の力を作用させる。この開放方向（矢印Ｏ）の力は、排気筒端部１ａを開放させるときの排気弁棒３を加速させ、排気筒端部１ａを閉塞させるときの排気弁棒３を減速させる。

第２の空気バネ５ｂは、排気筒端部１ａが所定の開度（０％＜開度＜１００％）になった途中位置では、図４に示すように、第２の円環状ピストン１４が筐体１０内のストッパ１４ａに当接して停止し、第２の空気バネシリンダ１３内をこれ以上拡張させない。このとき、第１の空気バネ５ａの第１の円環状ピストン７は、押上棒１５の下端から離間する。第２の空気バネ５ｂは、第１の空気バネ５ａの第１の円環状ピストン７が押上棒１５の下端から離れると、排気弁棒３に対して力を作用させなくなる（非作用となる）。

弁体２が排気筒端部１ａを閉塞している位置から、排気筒端部１ａが所定の開度（０％＜開度＜１００％）になる途中位置までにおいて、第２の空気バネ５ｂが排気弁棒３に対して作用させる力は、駆動用高圧油の油圧ＯＰに負圧が生じない力である。

開放過程において、第２の空気バネ５ｂが非作用となる排気筒端部１ａが所定の開度（０％＜開度＜１００％）になる開放過程における途中位置は、排気弁棒３が開放方向に移動するときの慣性力が、負（閉塞方向）から正（開放方向）へ変わる位置乃至その位置付近である。
また、閉塞過程において、第２の空気バネ５ｂが作用し始める排気筒端部１ａが所定の開度（０％＜開度＜１００％）になる閉塞過程における途中位置は、排気弁棒３が開放方向に移動するときの慣性力が、正（開放方向）から負（閉塞方向）へ変わる位置乃至その位置付近である。

排気筒端部１ａが開放（全開）されている位置から、閉塞に向かう閉塞過程においては、途中位置までは第２の空気バネ５ｂが作用せず、第１の空気バネ５ａのみが作用する。

排気筒端部１ａの閉塞に向かう閉塞過程（図４→図３）においては、第１の空気バネ５ａの第１の円環状ピストン７が押上棒１５の下端に当接して押し上げ始めると、第２の空気バネ５ｂによる減速方向の力が作用して排気弁棒３が減速され、弁体２の弁座１ｂへの着座速度が抑えられ、より緩やかな着座が実現される。

駆動油（圧力源）の圧力Ｐは、排気筒端部１ａの開放時に生じる最大油圧（Ｐｏmax）、すなわち、〔（燃焼室内ガス圧ＧＰ）＋（第１の空気バネ５ａ及び第２の空気バネ５ｂの力の合計）＋（排気弁棒３の慣性力）〕に依存し、第２の空気バネ５ｂにより、空気バネ力の合計が削減されることで、最大油圧（Ｐｏmax）を低減させ、駆動油（圧力源）の圧力Ｐを下げることができ、駆動消費動力の削減が実現される。

排気筒端部１ａの閉塞時については、油圧のピーク値（Ｐｃmax）を第２の空気バネ５ｂの力の相当分だけ低減させることができ、例えば、アクチュエータ４のピストンリング等の機器の耐久性を増すことができる。

図５（ａ）は、実施形態の排気弁駆動装置において、排気弁棒３に作用する力（排気弁作用力パターン）及び排気筒端部１ａ（弁体２）の開度を示すグラフである。
図５（ｂ）は、実施形態の排気弁駆動装置において、駆動用高圧油の圧力変化及び排気筒端部１ａ（弁体２）の開度を示すグラフである。
図５（ａ）においては、排気筒端部１ａの開放方向を正（＋）とし閉塞方向を負（－）で示し、排気筒端部１ａ（弁体２）の開度（破線）、排気弁棒３の慣性力（一点鎖線）、弁体２に作用する燃焼室内ガス圧ＧＰ（二点鎖線）、第１の空気バネ５ａの力（細線）、及び、第２の空気バネ５ｂの力（太線）を示している。
図５（ｂ）においては、排気筒端部１ａの開放方向を正（＋）とし閉塞方向を負（－）で示し、駆動用高圧油の圧力（細線）を示している。

この排気弁駆動装置では、図５（ａ）（ｂ）中に（Ａ）～（Ｇ）で示す以下の弁作動ステップ（Ａ）～（Ｇ）により、排気筒端部１ａの開閉が行われる。
（Ａ）排気弁開放信号で比例制御弁９を作動させる。
（Ｂ）駆動油（圧力源）を駆動油圧ポンプ８に送り込み 高圧管１２を介して、アクチュエータ４に駆動用高圧油の油圧ＯＰを開弁時最大油圧Ｐｏmaxまで掛け、燃焼室内ガス圧ＧＰ、排気弁棒３の慣性力、及び、第１の空気バネ５ａの力に抗して、排気筒端部１ａの開放を開始する。
このとき、第２の空気バネ５ｂの力が作用し、開弁作動に必要な力（駆動用高圧油の油圧ＯＰ）を、第２の空気バネ５ｂの力の相当分だけ削減することができ、駆動消費動力を抑えることができる。
（Ｃ）排気筒端部１ａを開放させる過程では、燃焼室内ガス圧ＧＰは低減し、排気弁棒３の慣性力も小さくなり、駆動用高圧油の油圧ＯＰは低下する。 排気筒端部１ａを開放させる過程の後半では、第２の空気バネ５ｂの力が非作用となり、弁速度が減速される。
（Ｄ）排気筒端部１ａが開放（全開）に近づくと、第１の空気バネ５ａの力及び駆動用高圧油の油圧ＯＰの制御によって排気弁棒３を減速させ、排気筒端部１ａの開放（全開）に達する。
（Ｅ）排気筒端部１ａの開放（全開）を維持したのち、排気弁閉塞信号が比例制御弁９に入力され、第１の空気バネ５ａの力により、排気弁棒３は、排気筒端部１ａを閉塞させる方向への移動を開始する。このとき、第２の空気バネ５ｂは非作用であり、排気弁棒３は、第１の空気バネ５ａの力により加速される。
（Ｆ）排気筒端部１ａの閉塞に近づき、排気弁棒３の慣性力が負（閉塞方向（－））になると、第２の空気バネ５ｂが作用し始め、排気弁棒３は減速される。駆動用高圧油の油圧ＯＰを閉弁時ピーク油圧Ｐｃmaxまでの間で制御して排気弁棒３をさらに減速させ、弁体２の着座速度を抑える。
このとき、第２の空気バネ５ｂの力の作用により、排気弁棒３の減速に必要な力（駆動用高圧油の油圧ＯＰ）を、第２の空気バネ５ｂの力の相当分だけ削減することができ、機器（例えば、アクチュエータ４のピストンリング等）の耐久性を増すことができる。
（Ｇ）弁体２は、第１の空気バネ５ａ及び第２の空気バネ５ｂの力の合計と、駆動用高圧油の制御された油圧ＯＰとによって、弁座１ｂに緩やかに着座する。第１の空気バネ５ａの力と第２の空気バネ５ｂの力とは方向が逆なので、これら力の合計は、第２の空気バネ５ｂの力から第１の空気バネ５ａの力を引いた（相殺した）力である。

この排気弁駆動装置において、駆動消費動力は、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）によって決まる駆動油（圧力源）の圧力Ｐと消費流量（Ｖ）とを掛けた値（＝Ｐ・Ｖ）に比例する。
したがって、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）を下げるか、及び／又は、排気筒端部１ａの開放時の消費流量（Ｖ）を減らすことにより、駆動消費動力を抑えることができる。

この排気弁駆動装置においては、駆動用高圧油の最大圧力（Ｐｏmax）は、第２の空気バネ５ｂの力の相当分だけ、従来よりも低くすることができ、駆動油（圧力源）の圧力Ｐを下げることができる。よって、この排気弁駆動装置においては、駆動消費動力を抑えることができる。
図５に示した実施形態においては、図７に示した従来の排気弁駆動装置に対して、最大圧力（Ｐｏmax）が約７０％程度に抑えられていることが確認できる。したがって、本発明に係る排気弁駆動装置は、駆動消費動力を抑えることができることが確認できる。

１ 排気筒
１ａ 排気筒端部
２ 弁体
３ 排気弁棒
４ アクチュエータ
５ａ 第１の空気バネ
５ｂ 第２の空気バネ
６ 第１の空気バネシリンダ
７ 円環状ピストン
８ 駆動油圧ポンプ
９ 比例制御弁
１０ 筐体
１１ 機関制御装置
１２ 高圧管
１３ 第２の空気バネシリンダ
１４ 円環状ピストン
１４ａ ストッパ
１５ 押上棒

Claims (5)

1. 内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
   前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
   前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第１の空気バネと、
   前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させる第２の空気バネと
   を備え、
   前記第２の空気バネは、前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させて前記排気弁棒を加速させ、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記排気弁棒に対して、力を作用させない
   ことを特徴とする排気弁駆動装置。
2. 前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近である
   ことを特徴とする請求項１記載の排気弁駆動装置。
3. 内燃機関の燃焼室の排気口を開閉する弁体を有し、前記燃焼室から離れる方向であって前記排気口を閉塞させる閉塞方向、及び、前記燃焼室に進入する方向であって前記排気口を開放させる開放方向に移動可能に支持された排気弁棒と、
   前記排気弁棒を、前記開放方向に付勢する油圧機構と、
   前記排気弁棒に対して、前記閉塞方向の力を作用させる第１の空気バネと、
   前記排気口を閉塞させる位置と前記排気口を全開させる位置とに亘る前記排気弁棒の移動範囲のうちの一部区間のみにおいて、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させる第２の空気バネと
   を備え、
   前記第２の空気バネは、
   前記排気口が閉塞される位置から、前記排気口が全開される位置に至る開放過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させて前記排気弁棒を加速させ、前記開放過程の前記途中位置以降は、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、
   前記排気口が全開される位置から、前記排気口が閉塞される位置に至る閉塞過程における所定の途中位置までは、前記排気弁棒に対して、力を作用させず、前記閉塞過程の前記途中位置以降は、排気弁棒に対して、前記開放方向の力を作用させて前記排気弁棒を減速させる
   ことを特徴とする排気弁駆動装置。
4. 前記開放過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記閉塞方向から前記開放方向へ変わる位置付近であり、
   前記閉塞過程の前記途中位置は、前記排気弁棒の慣性力が、前記開放方向から前記閉塞方向へ変わる位置付近である
   ことを特徴とする請求項３記載の排気弁駆動装置。
5. 前記第１の空気バネは、第１の空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を、前記排気弁棒に取り付けた第１の円環状ピストンによって圧縮及び膨張させるように構成され、
   前記第２の空気バネは、前記第１の円環状ピストンに向けて押上棒が取り付けられた第２の円環状ピストンによって、第２の空気バネシリンダ内の密閉空間の体積を圧縮及び膨張させるように構成され、
   前記排気弁棒の位置が前記排気口を閉塞させる位置と前記途中位置との間であるときには、前記第１の円環状ピストンが前記押上棒に接触していることによって、前記排気弁棒に対して力を作用させ、
   前記排気弁棒の位置が前記途中位置と前記排気口を開放させる位置との間であるときには、前記第２の円環状ピストンがストッパに当接して停止し、前記第１の円環状ピストンが前記押上棒から離間することによって、前記排気弁棒に対して力を作用させない
   ことを特徴とする請求項１～４の何れかに記載の排気弁駆動装置。

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