JPH027203Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、デイーゼルエンジンの排気弁制御装
置に関する。

（従来技術） 従来、デイーゼルエンジンではその排気の一部
を排気通路から吸気通路へ再循環させることによ
り排気ガスを浄化しようとする排気再循環
（EGR）方式が用いられているが、上記従来の排
気再循環方式におけるエンジン出力の低下や高負
荷時のスモーク排出量の増加などの欠点を解消す
べく、各シリンダの副室を排気膨張管によつて連
通し、その連通路に排気循環流を制御する開閉弁
を設け、この開閉弁の開閉タイミングをエンジン
の負荷に対応して制御するようにして、一方のシ
リンダから他方のシリンダへの排気の環流量を低
負荷時には増加させ高負荷時には減少させるよう
にした副室付き内燃機関の排気環流制御装置が実
公昭57−43055号公報に記載されている。

しかしながら、上記排気環流制御装置では、高
負荷域へ移行するにつれて排気環流量を減少させ
ていくので、高負荷域におけるエンジン出力低下
という問題は略解決し得るが、高負荷時における
スモークについては排気再循環方式に起因するス
モーク排気量の増加を防止し得るにすぎないか
ら、スモーク排出量を効果的に低減し得ないので
ある。

つまり、通常の排気再循環方式によつても、そ
の変形である上記排気環流制御装置によつても、
高負荷時におけるスモークの悪化というデイーゼ
ルエンジン特有の問題を解決することは出来な
い。

（考案の目的） 本考案は上記諸欠点に鑑みてなされたもので、
エンジン負荷に応じて排気弁の開弁タイミングを
調節することにより高負荷域におけるスモークの
排出を改善し得るような排気弁制御装置を提供す
ることを目的とする。

（考案の構成） 本考案のデイーゼルエンジンの排気弁制御装置
は、上死点時のピストン上面が燃焼室に臨むシリ
ンダヘツドの下面に近接するデイーゼルエンジン
において、上記シリンダヘツドの下面に各々開口
する第１排気通路と第２排気通路とを設け、上記
第１排気通路を開閉する排気弁であつて開弁期間
の時期が固定された第１排気弁を設けると共に上
記第２排気通路を開閉する排気弁であつて上記第
１排気弁の開弁前に開弁しかつ上記第１排気弁の
開弁期間内に閉弁する第２排気弁を設け、上記第
２排気弁の動弁機構をタイミング調節駆動装置で
調節操作することによりその開弁期間の時期を移
行させるようにし、エンジンの負荷を負荷検出装
置で検出して制御装置へ出力し、この制御装置で
タイミング調節駆動装置を制御することにより負
荷の増加に応じて第２排気弁の開弁開始時期を遅
らせるようにしたものである。

（考案の効果） 本考案は以上のように構成されるから、低負荷
域から高負荷域へ移行し燃料噴射量が増加してい
くのに対応して、排気弁の排気開始時期が遅くな
るように制御され、爆発後の高温・高圧ガスが高
温・高圧状態のまま燃焼室内に比較的長時間滞留
するため、カーボン及び未燃一酸化炭素や炭化水
素などの熱化学反応が促進されて有効に燃焼し、
スモーク排出量が著しく低域する。特に、スモー
ク排出量の多い低回転高負荷時におけるスモーク
排出量低減の効果が大きくなり、エンジンの出力
も向上し、燃費も改善される。

（実施例） 以下、本考案の実施例を図面に基いて説明す
る。

第１図及び第２図に示すように、デイーゼルエ
ンジン１は立型４サイクル４気筒のツインカム３
バルブエンジンで、シリンダブロツク２のシリン
ダ３内にはシリンダ３とピストン４とシリンダヘ
ツド５の下面とで燃焼室６が形成され、燃焼室６
に臨むシリンダヘツド５には１個の吸気口７とこ
れよりも小径の２個の排気口８ａ，８ｂとが開口
され、上記吸気口７に連通する吸気通路（図示
略）及び各排気口８ａ，８ｂに連通する排気通路
９ａ，９ｂとがシリンダヘツド５内に形成され、
各々吸気マニホールド又は排気マニホールドに接
続される。

上記一方の排気口８ａと吸気口７とはシリンダ
３の右半部の上方で前後に並べて配置され、他方
の排気口８ｂは一方の排気口８ａよりも小径でシ
リンダ３の左半部中央の上方に配置されていて、
上記吸気口７を開閉する吸気弁（図示略）と上記
各排気口８ａ，８ｂとを開閉する排気弁１０ａ，
１０ｂとがシリンダヘツド５に立向きに付設さ
れ、次のような頭上カム軸式の動弁機構で駆動さ
れる。

上記吸気弁と一方の排気弁１０ａ（以下第１排
気弁という）とを駆動する第１カム軸１２ａ及び
他方の排気弁１０ｂ（以下第２排気弁という）を
駆動する第２カム軸１２ｂとがシリンダヘツド５
の上方に平行に配置され、第１カム軸１２ａはタ
イミングベルト１３とタイミングプーリ１４とを
介してクランク軸に連動連結されると共に第１カ
ム軸１２ａと第２カム軸１２ｂとは対称に矢印の
ように同期回転するようにギヤトレイン１５で連
動連結されている。

そして、吸気弁と各排気弁１０ａ，１０ｂの各
弁軸１６の上端に設けられたタペツト１７はタペ
ツトガイド１８の摺動孔に上下動自在に挿嵌され
ると共にバルブスプリング１９で上方へ付勢され
てカム軸１２ａ，１２ｂのカム２０ａ，２０ｂ，
２０ｃに接当している。

上記吸気弁は第３図に実線曲線で示すように上
死点（TDC）前５〜45゜の位置で開弁作動し、下
死点（BDC）後30〜60゜の位置で閉作動するよう
にそのカム２０ｃが形成され、上記第１排気弁１
０ａは曲線１０Ａのように下死点前例えば20゜で
開弁作動し、上死点後例えば10゜で閉弁作動する
ようにそのカム２０ａが形成されている。

これに対して、第２排気弁１０ｂは曲線１０Ｂ
で示すようにその開弁期間の時間長さ及び弁リフ
トは第１排気弁１０ａのものより小さく、かつ第
１排気弁１０ａの開弁前に開弁すると共に第１排
気弁１０ａの開弁期間内に開弁するようにそのカ
ム２０ｂが形成されており、第２排気弁１０ｂの
開弁期間の時期を後述のようにエンジンの負荷に
応じて早めたり遅くしたり調節して排気開始時期
を調節できるようになつている。

そして、第２排気弁１０ｂは低負荷時には図示
の曲線１０Ｂのように下死点前50゜の位置で開弁
作動し、負荷の増加に応じてその開弁開始時期を
遅らせていつて、燃焼室６内で燃料の爆発燃焼後
高温・高圧の状態をより長く持続させることによ
りスモークや未燃ガスの燃焼を促進させ、スモー
クの排出量を低減させるのであるが、高負荷時に
は第２排気弁１０ｂの開弁開始時期が第１排気弁
１０ａのものに極く接近するか若しくは一致する
ように制御される。

但し、第１排気弁１０ａと第２排気弁１０ｂの
開閉タイミングは上記の値に限定されるものでは
ない。

尚、排気ガス中のカーボンを除去する為のフイ
ルタが詰まつた際には、第２排気弁１０ｂの開弁
開始時期を早め、排気ガス温度を高くして上記フ
イルタの再生（リジエネレーシヨン）を行うもの
とする。

次に、上記のように第２排気弁１０ｂの開弁期
間の時期を制御すべく動弁機構を調節する為のタ
イミング調節駆動装置２１及び制御装置２２等に
ついて詳しく説明する。

上記タイミング調節駆動装置２１は第１図に示
すように構成される。

上記第２カム軸１２ｂがギヤトレイン１５の近
くでギヤトレイン１５側の駆動カム軸２４と従動
カム軸２５とに分断され、分断個所の両側におい
て両カム軸２４，２５には図示のように所定長さ
の範囲に互つて反対向きのヘリカルスプライン２
６ａ，２６ｂが形成され、両ヘリカルスプライン
２６ａ，２６ｂの個所で駆動カム軸２４と従動カ
ム軸２５とに連結スリーブ２７が外嵌され、この
連結スリーブ２７の内面の突起２８が各ヘリカル
スプライン２６ａ，２６ｂに嵌合して駆動カム軸
２４と従動カム軸２５とが連動連結される。上記
連結スリーブ２７を軸方向（前方または後方）へ
駆動する為、この連結スリーブ２７の外側に環状
溝２９が形成されると共に、シリンダヘツド５に
前後移動自在に支持されたドライバー３０のフオ
ーク部３１の先端が上記環状溝２９に回転摺動自
在に摺接され、上記ドライバー３０の側面のラツ
ク３２には電動モータ３３で正転・逆転駆動され
るピニオン３４が噛合しており、電源３３Ａから
電動モータ３３を経てアースに至るモータ駆動回
路には電動モータ３３の回転方向を正逆切換える
常開リレースイツチ３５が接続されている。

また、上記ドライバー３０の位置を検出する為
のポジシヨンセンサ３６が設けられる。このポジ
シヨンセンサ３６はドライバー３０に連結された
タツプ３７の位置に応じてセンサ回路の可変抵抗
が増減し、その電流変化に対応した検出信号を制
御装置２２へ出力するようにしたものであるが、
これ以外に各種のポジシヨンセンサを用い得るこ
とは勿論である。

また、上記ドライバー３０を駆動する手段とし
てはラツク・ピニオン機構以外に、ステツピング
モータや電磁弁で油圧回路が開閉されるようにし
た油圧シリンダで駆動するように構成してもよ
い。

更に、エンジンの負荷を検出する負荷検出装置
３８は燃料噴射ポンプ２３のコントロールレバー
３９に連結されたポテンシヨンメータからなり、
エンジン負荷に対応する検出信号が制御装置２２
へ出力されるようになつている。

上記制御装置２２は負荷検出装置３８からの検
出信号を受けると共にポジシヨンセンサ３６から
連結スリーブ２７の位置を検出する検出信号を受
けて上記リレースイツチ３５を正転側または逆転
側に接続してモータ３３を駆動し、ラツクピニオ
ン機構３２，３４を介してドライバー３０を前方
又は後方へ調節移動するようにフイードバツク制
御するものである。

以上の構成におけるその作用は以下のとおりで
ある。

エンジン負荷が負荷検出装置３８から制御装置
２２へ出力され、低負荷時には制御装置２２から
リレースイツチ３５を正転側へオンする信号が出
力され、モータ３３及びピニオン３４が図示で時
計方向に回転し、これによりドライバー３０が前
方へ移動してフオーク部３１を介して連結スリー
ブ２７が前方へ移動させられる。すると、駆動カ
ム軸２４はヘリカルスプライン２６ａと突起２８
との作用で逆回転方向へ、従動カム軸２５はヘリ
カルスプライン２６ｂと突起２８との作用で回転
方向へそれぞれ回されるようになるが、実際には
駆動カム軸２４が回転しているので、従動カム軸
２５は駆動カム軸２４との相対的な回転ずれ分だ
け駆動カム軸２４に対して回転方向へ進角され
て、第３図に点線１０Ｂで示すように最も早い時
期に開弁し、第１排気弁１０ａと第２排気弁１０
ｂとの排気排出期間Ｔが最も長くなるように調節
される。

上記の低負荷状態から負荷が増加していくと、
これを負荷検出装置３８で検出し、制御装置２２
からの信号でリレースイツチ３５が逆転側へ接続
され、連結スリーブ２７は上記と反対方向（後
方）へ調節移動され、上記と同様の作用で従動カ
ム軸２５は逆回転方向へ遅角され、第２排気弁１
０ｂが負荷に応じた遅い時期に開弁するように調
節され、これにより負荷の増加に応じて第２排気
弁１０ｂの開弁開始時期つまり排気開始時期が遅
くなるように制御される。

以上のように、低負荷時には燃料噴射量も少な
く、スモーク排出量も少ないので、第２排気弁１
０ｂの開弁開始時期即ち排気弁１０ａ，１０ｂの
排気開始時期が早められて、エンジン性能の向上
が図られる。そして、負荷の増加と共に燃料噴射
量が増加していくのに対応して第２排気弁１０ｂ
の開弁開始時期即ち排気弁１０ａ，１０ｂの排気
開始時期が遅くなり、爆発後の高温高圧ガスが比
較的長く燃焼室内に滞留して高温高圧状態が持続
されるので、カーボン及び未燃一酸化炭素や炭化
水素の熱化学反応が促進されて有効に燃焼し、カ
ーボンの排出量が減少する。

通常のデイーゼルエンジンでは、燃料噴射の最
終段階に噴射される燃料が燃焼時間不十分のため
カーボンとして排出されやすいが、上記のように
排気開始時期を遅くすると、燃焼時間の条件がよ
くなり、また燃焼室６内の高温・高圧ガスにより
燃焼の条件もよくなつて比較的短時間で燃焼し易
くなる。

ここで、上記実施例を次のように部分的に変更
することができる。

エンジン回転数を検出する回転数センサをも設
け、その検出信号を制御装置２２へ出力するよう
にし、エンジン負荷とエンジン回転数とに基いて
第２排気弁１０ｂの開弁開始時期を調節する。

前記吸気口７及び吸気通路は１個に限ず２個以
上設けることも有り得ることは勿論であり、また
第１排気弁１０ａと第２排気弁１０ｂとは弁の口
径・弁リフト量・開弁期間の長さなどの面で互い
に同じものであつてもよい。

また、動弁機構はカム軸１２ａ，１２ｂでロツ
カーアームを介して吸気弁や排気弁１０ａ，１０
ｂを駆動する形式の頭上カム軸式のものでもよ
く、または頭上弁式のものでもよい。

更に、前記タイミング調節駆動装置２１におい
て第２カム軸１２ｂの従動カム軸２５のヘリカル
スプライン２６ｂはストレートスプラインに形成
してもよい。

【図面の簡単な説明】

図面は本考案の実施例を示すもので、第１図は
全体構成図、第２図は動弁機構を示す要部縦断面
図、第３図は弁リフト量を示す線図である。 １……デイーゼルエンジン、５……シリンダヘ
ツド、６……燃焼室、９ａ……第１排気通路、９
ｂ……第２排気通路、１０ａ……第１排気弁、１
０ｂ……第２排気弁、１２ａ，１２ｂ……カム
軸、１３……タイミングベルト、１４……タイミ
ングプーリ、１５……ギヤトレイン、１７……タ
ペツト、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ……カム、２１
……タイミング調節駆動装置、２２……制御装
置、３８……負荷検出装置。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 上死点時のピストン上面が燃焼室に臨むシリン
   ダヘツドの下面に近接するデイーゼルエンジンに
   おいて、上記シリンダの下面に各々開口する第１
   排気通路及び第２排気通路と、上記第１排気通路
   を開閉する排気弁であつて開弁期間の時期が固定
   された第１排気弁と、上記第２排気通路を開閉す
   る排気弁であつて上記第１排気弁の開弁前に開弁
   しかつ第１排気弁の開弁期間内に閉弁する第２排
   気弁と、上記第２排気弁の動弁機構を調節操作し
   てその開弁期間の時期を移行させるタイミング調
   節駆動装置と、エンジンの負荷を検出する負荷検
   出装置と、上記負荷検出装置の出力を受け負荷の
   増加に応じて第２排気弁の開弁開始時期が遅くな
   るように上記タイミング調節駆動装置を制御する
   制御装置とを備えたことを特徴とするデイーゼル
   エンジンの排気弁制御装置。