JP6293636B2 - 排気弁駆動装置およびこれを備えた内燃機関 - Google Patents

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油圧管からバッファタンクに作動油を抜くことで、排気弁アクチュエータに導かれる作動油の油量を減少させる構成が採用されている。これにより、カムプロファイルにより定められた排気弁の開タイミングを遅らせ、かつ、閉タイミングを早めるようになっている。

特開平６−２８８２１０号公報（図１及び図５参照）

しかし、特許文献１に記載された排気弁駆動装置では、排気弁の開タイミングを遅らせる期間と排気弁の閉タイミングを早める期間とが同等となってしまい、排気弁の開タイミングに関わらず排気弁の閉タイミングを任意に変化させることができず、内燃機関の運転状態に応じて柔軟に排気弁動作を調整することができない。

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、内燃機関の運転状態に応じて柔軟に排気弁動作を調整することができるカム油圧駆動方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、本発明の参考例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、前記アクチュエータと前記プランジャとの間の前記油圧経路に一端部が接続される分岐経路と、前記分岐経路に設けられた開閉弁と、前記分岐経路の他端部が接続されるとともに前記作動油を収容する付加容積部と、前記開閉弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記プランジャによって前記作動油を加圧する間は前記開閉弁を閉とし、前記プランジャによって加圧された前記作動油を減圧する際に前記開閉弁を閉から開とする開閉弁動作を行うことを特徴とする。

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。例えば、プランジャによって加圧された作動油によってアクチュエータが動作して排気弁が開とされ、加圧された作動油をプランジャによって減圧することによってアクチュエータが動作して排気弁が閉とされる。
本発明では、プランジャによって作動油を加圧する間は開閉弁を閉とし、付加容積部内の圧力を油圧経路よりも低く保っておく。そして、プランジャによって加圧された作動油を減圧する際に、開閉弁動作にて開閉弁を閉から開とし、分岐経路を介して作動油を付加容積部へ導くようにした。これにより、プランジャが加圧後の作動油を減圧する際に作動油の圧力をさらに低下させることができ、排気弁の閉タイミングを早めることができる。
一方、プランジャが作動油を加圧する行程では、開閉弁は閉とされているので、カムのプロファイル通りに動作するプランジャに従った作動油の圧力上昇が行われ、排気弁の開タイミングはカムプロファイルによって決定されるタイミングとなり変更されることがない。
このように、排気弁の開タイミングを変更することなく閉タイミングのみを調整することができるので内燃機関の運転状態に応じた柔軟な排気弁動作を実現することができる。

さらに、本発明の参考例に係る排気弁駆動装置によれば、前記制御部は、前記内燃機関が低負荷とされている場合に、前記開閉弁動作を行うことを特徴とする。

開閉弁動作によって排気弁が閉となるタイミングが早くなると、次のサイクルの際に内燃機関の燃焼空間に新気を取り入れる期間が長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。したがって、内燃機関が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。
なお、内燃機関の低負荷とは、例えば内燃機関の定格負荷を１００％とした場合、７５％以下をいう。

さらに、本発明の参考例に係る排気弁駆動装置によれば、前記開閉弁動作にて前記開閉弁が開とされるタイミングは、前記排気弁が閉とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−１００°以上−３０°以下とされていることを特徴とする。

排気弁が閉とされるタイミングを０°とした場合に内燃機関のクランク角度で−１００°以上−３０°以下のタイミングで開閉弁を開とすることとしたので、排気弁の閉タイミングを適切に制御することができる。−３０°よりも大きいクランク角度で開閉弁を開とすると、排気弁の閉タイミングに近づき過ぎて油圧経路内の作動油圧力を有効に低下させることができず、排気弁の閉タイミングを早めることが困難となる。一方で、−１００°を超えて早めに開閉弁を開としても、油圧経路内の作動油圧力が依然として高い状態であるため有効に油圧経路内の作動油の圧力を下げることができず、排気弁の閉タイミングを早めることが困難となる。
なお、開閉弁動作にて開閉弁が開とされた後に開閉弁が閉とされるタイミングは、好ましくは排気弁が閉とされた後とされ、次のサイクルに影響を及ぼさない範囲で決定される。

また、本発明の排気弁駆動装置は、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、前記アクチュエータと前記プランジャとの間の前記油圧経路に一端部が接続される分岐経路と、前記分岐経路に設けられた開閉弁と、前記分岐経路の他端部が接続されるとともに前記作動油を収容する付加容積部と、前記開閉弁を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記プランジャによって前記作動油を加圧して前記排気弁を開とする際に前記開閉弁を所定時間だけ開とする第１開閉弁動作を行い、前記プランジャによって加圧された前記作動油を減圧した後でかつ前記排気弁が閉となる前に前記開閉弁を閉から開とする第２開閉弁動作を行うことを特徴とする。

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。例えば、プランジャによって加圧された作動油によってアクチュエータが動作して排気弁が開とされ、加圧された作動油をプランジャによって減圧することによってアクチュエータが動作して排気弁が閉とされる。
本発明では、プランジャによって作動油を加圧して排気弁が開とされる際に開閉弁を所定時間だけ開とする第１開閉弁動作を行うことにより、分岐経路を介して付加容積部内に加圧された作動油を導いて蓄圧しておく。その後、プランジャによって加圧された作動油を減圧する際に、開閉弁を閉から開とする第２開閉弁動作を行うこととした。これにより、付加容積部で蓄圧した作動油を供給することによって、減圧しつつある油圧経路内の圧力を再び上昇させることができ、排気弁が閉となるタイミングを遅らせることができる。また、プランジャによる加圧行程で得られた油圧を付加容積部で蓄圧してこれを利用することとしたので、排気弁の閉タイミングを遅らせるために必要な油圧を別の油圧ポンプ等を用いる必要がなく、簡便でかつ低コストにて実現することができる。
一方、プランジャが作動油を加圧して排気弁を開とした後に開閉弁を開とする第１開閉弁動作では、後の第２開閉弁動作にて排気弁の閉タイミングを遅らせるために必要な油圧を蓄圧するだけなので、排気弁の開タイミングはカムプロファイルによって決定されるタイミングから大幅に変更されることがない。
このように、排気弁の開タイミングを大幅に変更することなく排気弁の閉タイミングのみを調整することができるので内燃機関の運転状態に応じた柔軟な排気弁動作を実現することができる。

さらに、本発明の排気弁駆動装置によれば、前記制御部は、前記内燃機関が高負荷とされている場合に、前記第１開閉弁動作および前記第２開閉弁動作を行うことを特徴とする。

第１開閉弁動作及び第２開閉弁動作によって排気弁の閉タイミングを遅らせることができ、次のサイクルにて筒内に取り込む新気の量を低下させることができので、内燃機関が高負荷であっても筒内の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。
なお、内燃機関の高負荷とは、例えば内燃機関の定格負荷を１００％とした場合、７５％以上をいう。

さらに、本発明の排気弁駆動装置によれば、前記第１開閉弁動作にて前記開閉弁が開とされるタイミングは、前記排気弁が開とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−５０°以下とされ、前記第１開閉弁動作にて前記開閉弁が閉とされるタイミングは、前記排気弁が開とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−２０°以上＋１０°以下とされ、前記第２開閉弁動作にて前記開閉弁が開とされるタイミングは、前記排気弁が閉とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−８０°以上−４０°以下とされることを特徴とする。

第１開閉弁動作にて開閉弁が開とされるタイミングを、排気弁の閉タイミングを０°とした場合に内燃機関のクランク角度で−５０°以下とした。これにより、油圧経路内で生じた圧力を効果的に付加容積部に蓄えることができる。−５０°よりも後に開閉弁を開くと油圧経路内の圧力の上昇直前または上昇中に開閉弁を開くことになり、油圧経路内に脈動を生じさせるおそれがあるので好ましくない。
第１開閉弁動作にて開閉弁が閉とされるタイミングを、排気弁の閉タイミングを０°とした場合に内燃機関のクランク角度で−２０°以上＋１０°以下とした。これにより、付加容積部内に油圧を効果的に蓄えることができる。−２０°よりも前に開閉弁を閉じてしまうと油圧経路内の油圧上昇の途中で蓄圧が終わってしまうので好ましくはなく、＋１０°よりも後とすると、油圧経路内の油圧が下降する時に開閉弁を閉じることになり蓄圧が十分にできないおそれがあるので好ましくない。
第２開閉弁動作にて開閉弁が開とされるタイミングを、排気弁が閉とされるタイミングを０°とした場合に−８０°以上−４０°以下とした。これにより、第１開閉弁動作にて付加容積部内に蓄圧された油圧を油圧経路に導いて排気弁の閉タイミングを効果的に制御することができる。−４０°よりも排気弁の閉タイミングに近い側で開閉弁を開としても、排気弁の閉タイミングに近づき過ぎて排気弁の閉タイミングを制御できないおそれがあるので好ましくない。一方、−８０°よりも早めに開閉弁を開とすると、油圧経路内の油圧が依然として高い状態にあるので、開閉弁を開として蓄圧した油圧を油圧経路内に導入しても油圧経路内の圧力を上昇させる効果が得られないおそれがあるので好ましくない。
なお、第２開閉弁動作にて開閉弁が開とされた後に開閉弁が閉とされるタイミングは、排気弁が閉とされた後であればよく、次のサイクルに影響を及ぼさない範囲で決定される。

さらに、本発明の排気弁駆動装置によれば、前記付加容積部の容積は、前記油圧経路の容積の１倍以上３倍以下とされていることを特徴とする。

付加容積部の容積を油圧経路の容積の１倍以上３倍以下とすることにより、排気弁の閉タイミングを適切に調整することができる。付加容積部の容積が油圧経路の容積の１倍未満では、付加容積部の容積が小さすぎて油圧を十分に蓄えることができず排気弁の閉タイミングの調整が困難となるおそれがあるので好ましくない。一方、付加容積部の容積が油圧経路の容積の３倍を超えると、付加容積部に蓄えられる油圧が過大となり、開閉弁動作時に開閉弁が開いたときの圧力の低下速度が増加して排気弁の着座速度が大きくなり機械的損傷に到るおそれがあるので好ましくない。また、付加容積部の容積が油圧経路の容積の３倍を超えると、第１開閉弁動作時に大きな油圧を付加容積部で吸収することになり油圧経路内の油圧が十分に上がらずに排気弁のリフト動作が不安定となるおそれがあるので好ましくない。さらに、付加容積部の容積が油圧経路の容積の３倍を超えて大きくなるとスペースが必要となり好ましくない。

また、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、柔軟に排気弁動作を調整することができる内燃機関を提供することができる。

排気弁の閉タイミングを調整することができるので、内燃機関の運転状態に応じた柔軟な排気弁動作が可能となる。

本発明の参考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。 参考実施形態にかかる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。 本発明の一実施形態にかかる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。
［参考実施形態］
図１には、本参考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、ディーゼルエンジンの各気筒に対して設けられている。この排気弁駆動装置１は、図１に示されているように、シリンダヘッド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。
排気弁５のリフト量は、図示しないセンサによって常時計測されており、このセンサの出力は図示しない制御部へと送信される。これにより、制御部では、排気弁５が開とされる開タイミングおよび閉とされる閉タイミングが把握できるようになっている。

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による減圧時に吸い込む際の油量をプランジャ１１の加圧時に押し込む際の油量よりも少なくしておく。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よりも少なくなった油量を吸い込むことになるので、ピストン７が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。

油圧経路９には、ピストン７とプランジャ１１との間、より具体的には第１分岐点９ｂと第２分岐点９ｃとの間の第３分岐点９ｅに分岐経路４０の一端部が接続されている。分岐経路４０には、開閉弁４２が設けられており、分岐経路４０の他端部に付加容積部４４が設けられている。
開閉弁４２は、例えば電磁弁が用いられ、図示しない制御部によってその開閉が制御される。本参考実施形態では、後述するが、開閉弁４２は、制御部によって、プランジャ１１によって作動油を加圧する間は閉とされ、プランジャ１１によって加圧された作動油を減圧する前に閉から開とされるように制御される。

付加容積部４４は、作動油を収容することができる所定体積を有するタンクとなっている。付加容積部４４の容積は、油圧経路９の容積の１倍以上３倍以下とされている。付加容積部４４内の作動油圧は、常態において、低圧作動油供給経路２３から供給される作動油圧、具体的には図２（ｃ）に示したベース圧力が維持される。

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、参考として開閉弁４２が常時閉とされた場合について説明し、次に、本参考実施形態のように開閉弁が開閉タイミングを制御する場合について説明する。

＜開閉弁４２；常時閉＞
開閉弁４２が常時閉とされた場合は、分岐経路４０を介して油圧経路９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。

図２には、（ａ）にカム１３のリフト量、（ｂ）に開閉弁４２の弁開度、（ｃ）に作動油圧、（ｄ）に排気弁５のリフト量が示されている。同図において、開閉弁４２が常時閉の場合は、実線にて示されている。

同図（ｂ）の実線にて示すように、開閉弁４２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時閉とされている。
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。カムリフト量が時刻ｔ２にて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る間に、作動油圧が所定値に達すると、時刻ｔ１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。すなわち時刻ｔ１が排気弁の開タイミングとなる。そして、排気弁リフト量が増大して、時刻ｔ３にて排気弁５が完全に開となる。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、作動油圧は所定の脈動を伴いながら減少する。
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ｔ５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ｔ６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間に、排気弁５が時刻ｔ７にて全閉となる。

＜本参考実施形態による開閉弁４２の制御＞
ディーゼルエンジンの負荷が減少し、低負荷（例えば定格負荷を１００％とした場合に７５％以下）となった場合には、図示しない制御部からの指示に従い、開閉弁４２を所定のタイミングにて開閉動作を行う。具体的には、図２（ｂ）に破線で示すように、開閉弁４２は、プランジャ１１によって作動油を加圧する間は閉とされ、プランジャ１１によって加圧された作動油を減圧する際に閉から開とされるように制御される（開閉弁動作）。

時刻ｔ０から、開閉弁４２が閉から開とされる時刻Ｔａ１までは、上述したように図２の実線の通りに動作する。なお、付加容積部４４内の作動油圧は、低圧作動油供給経路２３から供給される作動油圧すなわちベース圧力（図２（ｃ）参照）に維持されている。
時刻ｔ５にてカムリフト量が低下してプランジャ１１によって減圧が行われる際の時刻Ｔａ１にて、開閉弁４２が開とされると、油圧経路９内の作動油圧が分岐経路４０を介して付加容積部４４内へと導かれ、時刻Ｔａ１の直後の時刻Ｔａ１’あたりで作動油圧がさらに低下し始める。
開閉弁４２が開とされるタイミングは、排気弁５が閉とされる閉タイミング（時刻ｔ７’）を０°とした場合にディーゼルエンジンのクランク角度で−１００°以上−３０°以下とすることが好ましい。これにより、排気弁５の閉タイミングを適切に制御することができる。
−３０°よりも大きいクランク角度で開閉弁４２を開とすると、排気弁５の閉タイミングに近づき過ぎて油圧経路９内の作動油圧力を有効に低下させることができず、排気弁５の閉タイミングを早めることが困難となる。一方で、−１００°を超えて早めに開閉弁４２を開としても、油圧経路９内の作動油圧力が依然として高い状態であるため有効に油圧経路９内の作動油の圧力を下げることができず、排気弁５の閉タイミングを早めることが困難となる。

開閉弁４２の開閉タイミングは、図示しない制御部によって、排気弁５のリフト量を検出するセンサから得られた結果に基づいて行われる。具体的には、排気弁５のリフト量を検出するセンサから排気弁５の閉タイミング（時刻ｔ７’）を制御部にて得て、この閉タイミングに対して次回のサイクルにおける開閉弁４２の開タイミングを決定する。このようなフィードバック制御を行うことにより、開閉弁４２の開閉タイミングを所定のタイミングに設定する。

時刻Ｔａ１の後で開閉弁４２が開状態で維持される時刻Ｔａ２までの時間間隔は、作動油圧の所望の低下量によって決定され、本参考実施形態では、カムリフト量がゼロとなる直後まで開閉弁４２の開状態が維持される。そして、時刻Ｔａ２にて、制御部の指示によって開閉弁４２は閉とされる。この開閉弁４２の閉タイミングは、排気弁５が閉とされた後であればよく、次のサイクルに影響を及ぼさない範囲で決定される。

このように開閉弁４２を一定時間の間だけ開として油圧経路９内の加圧後の作動油圧をプランジャ１１で減圧する際にさらに低下させているので、排気弁リフト量は時刻Ｔａ１にて開閉弁４２を常時閉とした場合よりも早めに減少し始め、その結果として、排気弁５の閉タイミングである時刻ｔ７’にて時刻ｔ７よりも早めに排気弁５は全閉となる。

本参考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によって作動油を加圧する間は開閉弁を閉とし、付加容積部４４内の圧力を油圧経路９よりも低く保っておく。そして、プランジャ１１によって加圧された作動油を減圧する際に、開閉弁４２を閉から開とする開閉弁動作を行い、分岐経路４０を介して作動油を付加容積部４４へ導くようにした。これにより、プランジャ１１が加圧後の作動油を減圧する際に作動油の圧力をさらに低下させることができ、排気弁５の閉タイミングを早めることができる。
一方、プランジャ１１が作動油を加圧する行程では、開閉弁４２は閉とされているので、カム１３のプロファイル通りに動作するプランジャ１１に従った作動油の圧力上昇が行われ、排気弁５の開タイミングはカムプロファイルによって決定されるタイミングとなり変更されることがない。
このように、排気弁５の開タイミングを変更することなく閉タイミングのみを調整することができるのでディーゼルエンジンの運転状態に応じた柔軟な排気弁動作を実現することができる。

排気弁５が閉となるタイミングが早くなると、次のサイクルの際にディーゼルエンジンの燃焼空間に新気を取り入れる期間が長くなるため圧縮される新気が多くなりディーゼルエンジンの圧縮圧力および燃焼圧力が高くなる。したがって、本参考実施形態では、上記開閉弁４２の制御をディーゼルエンジンが低負荷とされているときに行うこととしたので、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。

付加容積部４４の容積を油圧経路の容積の１倍以上３倍以下とすることにより、排気弁５の閉タイミングを適切に調整することができる。付加容積部４４の容積が油圧経路の容積の１倍未満では、付加容積部の容積が小さすぎて油圧を十分に蓄えることができず排気弁の閉タイミングの調整が困難となるおそれがあるので好ましくない。一方、付加容積部４４の容積が油圧経路９の容積の３倍を超えると、付加容積部４４に蓄えられる油圧が過大となり、開閉弁動作時に開閉弁４２が開いたときの圧力の低下速度が増加して排気弁５の着座速度が大きくなり機械的損傷に到るおそれがあるので好ましくない。また、付加容積部４４の容積が油圧経路９の容積の３倍を超えて大きくなるとスペースが必要となり好ましくない。

［実施形態］
次に、本発明の一実施形態について説明する。本実施形態は、参考実施形態に対して開閉弁４２の開閉タイミングの制御が異なるのみで、その他は同様であるので、同一構成については同一符号を付してその説明を省略することとする。
以下では、参考実施形態と相違する開閉弁４２の制御について図３を用いて説明する。
本実施形態では、ディーゼルエンジンの負荷が増大し、高負荷（例えば定格負荷を１００％とした場合に７５％以上）となった場合には、図示しない制御部からの指示に従い、開閉弁４２を所定のタイミングにて開閉動作を行う。具体的には、図３（ｂ）に破線で示すように、プランジャ１１によって作動油を加圧して排気弁５を開とする際に開閉弁４２を所定時間だけ開とする第１開閉弁動作を行い、プランジャ１１によって加圧された作動油を減圧する際に開閉弁４２を所定時間だけ開とする第２開閉弁動作を行う。
なお、図３における実線は、開閉弁４２が常時閉とされている場合であり、図２の実線と同様である。

先ず、カム１３のカムリフト量が増大し始める時刻ｔ０よりも前のタイミングである時刻Ｔｂ１にて開閉弁４２が開とされる（第１開閉弁動作）。そして、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。この際に、分岐経路４０を介して作動油が油圧経路９から付加容積部４４へと導かれ付加容積部４４内が蓄圧される。したがって、図３（ｃ）の破線で示されているように、開閉弁４２を常時閉とした実線に対して少し遅れて圧力が上昇する。この圧力上昇の遅れに伴い、図３（ｄ）に示すように排気弁５は時刻ｔ１’にて開となる。このように排気弁５は、開閉弁４２を常時閉とした場合の排気弁５の開タイミングの時刻ｔ１よりも少し遅れて開となるが、ディーゼルエンジンの運転に影響が出ない程度の許容できる遅れとされている。
開閉弁４２が開とされるタイミングは、排気弁５の開タイミング（ｔ１’）を０°とした場合にディーゼルエンジンのクランク角度で−５０°以下とするのが好ましい。これにより、油圧経路９内で生じた圧力を効果的に付加容積部４４に蓄えることができる。−５０°よりも後に開閉弁４２を開くと油圧経路９内の圧力の上昇直前または上昇中に開閉弁４２を開くことになり、油圧経路９内に脈動を生じさせるおそれがあるので好ましくない。

第１開閉弁動作にて開閉弁４２が閉とされる時刻Ｔｂ２は、カムリフト量が減少してプランジャ１１が減圧を始める前までに設定され、付加容積部４４内に蓄圧しておくべき所望圧力に応じて決定される。
開閉弁４２が閉とされるタイミングは、排気弁５の開タイミング（ｔ１’）を０°とした場合にディーゼルエンジンのクランク角度で−２０°以上＋１０°以下とするのが好ましい。これにより、付加容積部４４内に油圧を効果的に蓄えることができる。
−２０°よりも前に開閉弁４２を閉じてしまうと油圧経路９内の油圧上昇の途中で蓄圧が終わってしまうので好ましくはなく、＋１０°よりも後とすると、油圧経路９内の油圧が下降する時に開閉弁４２を閉じることになり蓄圧が十分にできないおそれがあるので好ましくない。
油圧経路９内の作動油圧は、付加容積部４４内に導かれた分だけ低下することになり（図２（ｃ）の破線参照）、これに伴い排気弁５のリフト量も低下する（図２（ｄ）の破線参照）。ただし、このリフト量の低下はディーゼルエンジンの運転に支障を来すものではない。

時刻ｔ５にてカムリフト量が低下してプランジャ１１によって減圧が行われると、時刻ｔ６’にて排気弁５のリフト量が低下し始める。そして、時刻Ｔｃ１にて開閉弁４２を開く（第２開閉弁動作）。これにより、付加容積部４４で蓄圧した作動油を油圧経路９内に供給することによって、減圧しつつある油圧経路９内の圧力を時刻Ｔｃ１直後の時刻Ｔｃ１’あたりで再び上昇させることができ、排気弁５が閉となるタイミングを時刻ｔ７’まで遅らせることができる。
開閉弁４２が開とされるタイミングは、排気弁５が閉とされるタイミング（時刻ｔ７’）を０°とした場合に−８０°以上−４０°以下とすることが好ましい。これにより、開閉弁４２が閉じる前に付加容積部４４内に蓄圧された油圧を油圧経路９に導いて排気弁５の閉タイミングを効果的に制御することができる。
−４０°よりも排気弁５の閉タイミングに近い側で開閉弁４２を開としても、排気弁５の閉タイミングに近づき過ぎて排気弁５の閉タイミングを制御できないおそれがあるので好ましくない。一方、−８０°よりも早めに開閉弁４２を開とすると、油圧経路９内の油圧が依然として高い状態にあるので、開閉弁４２を開として蓄圧した油圧を油圧経路９内に導入して油圧経路９内の圧力を上昇させる効果が得られないおそれがあるので好ましくない。

開閉弁４２は、付加容積部４４内に蓄圧された作動油が油圧経路９内に戻された後に時刻Ｔｃ２にて閉とされる。このタイミングは、排気弁５が閉とされた後であればよく、次のサイクルに影響を及ぼさない範囲で決定される。

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によって作動油を加圧して排気弁５が開とされる際に開閉弁４２を所定時間だけ開とする第１開閉弁動作を行うことにより、分岐経路４０を介して付加容積部４４内に加圧された作動油を導いて蓄圧しておく。その後、プランジャ１１によって加圧された作動油を減圧する際に、開閉弁４２を所定時間だけ開とする第２開閉弁動作を行うこととした。これにより、付加容積部４４で蓄圧した作動油を供給することによって、減圧しつつある油圧経路９内の圧力を再び上昇させることができ、排気弁５が閉となるタイミングを遅らせることができる。
また、プランジャ１１による加圧行程で得られた油圧を付加容積部４４で蓄圧してこれを利用することとしたので、排気弁５の閉タイミングを遅らせるために必要な油圧を別の油圧ポンプ等を用いる必要がなく、簡便でかつ低コストにて実現することができる。
また、排気弁５の開タイミングを大幅に変更することなく閉タイミングを調整することができるのでディーゼルエンジンの運転状態に応じた柔軟な排気弁動作を実現することができる。

排気弁５の閉タイミングを遅らせることができ、ディーゼルエンジンの筒内に取り込む新気の量を低下させることができので、ディーゼルエンジンが高負荷であっても筒内の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。

付加容積部４４の容積を油圧経路９の容積の１倍以上３倍以下とすることにより、排気弁５の閉タイミングを適切に調整することができる。付加容積部４４の容積が油圧経路９の容積の１倍未満では、付加容積部４４の容積が小さすぎて油圧を十分に蓄えることができず排気弁の閉タイミングの調整が困難となるおそれがあるので好ましくない。一方、付加容積部４４の容積が油圧経路９の容積の３倍を超えると、第１開閉弁動作時に大きな油圧を付加容積部４４で吸収することになり油圧経路９内の油圧が十分に上がらずに排気弁５のリフト動作が不安定となるおそれがあるので好ましくない。また、付加容積部４４の容積が油圧経路９の容積の３倍を超えて大きくなるとスペースが必要となり好ましくない。

１ 排気弁駆動装置
３ シリンダヘッド
５ 排気弁
７ ピストン
９ 油圧経路
１１ プランジャ
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
３５ 接続軸
３７ カムローラ
４０ 分岐経路
４２ 開閉弁
４４ 付加容積部

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、
   前記アクチュエータと前記プランジャとの間の前記油圧経路に一端部が接続される分岐経路と、
   前記分岐経路に設けられた開閉弁と、
   前記分岐経路の他端部が接続されるとともに前記作動油を収容する付加容積部と、
   前記開閉弁を制御する制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記プランジャによって前記作動油を加圧して前記排気弁を開とする際に前記開閉弁を所定時間だけ開とする第１開閉弁動作を行い、前記プランジャによって加圧された前記作動油を減圧した後でかつ前記排気弁が閉となる前に前記開閉弁を閉から開とする第２開閉弁動作を行うことを特徴とする排気弁駆動装置。
2. 前記制御部は、前記内燃機関が高負荷とされている場合に、前記第１開閉弁動作および前記第２開閉弁動作を行うことを特徴とする請求項１に記載の排気弁駆動装置。
3. 前記第１開閉弁動作にて前記開閉弁が開とされるタイミングは、前記排気弁が開とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−５０°以下とされ、
   前記第１開閉弁動作にて前記開閉弁が閉とされるタイミングは、前記排気弁が開とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−２０°以上＋１０°以下とされ、
   前記第２開閉弁動作にて前記開閉弁が開とされるタイミングは、前記排気弁が閉とされるタイミングを０°とした場合に前記内燃機関のクランク角度で−８０°以上−４０°以下とされ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. 前記付加容積部の容積は、前記油圧経路の容積の１倍以上３倍以下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を備えていることを特徴とする内燃機関。

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