JPH0580562B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 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
りり燃焼最高温度を下げて窒素酸化物（NOx）
を低減するようにした排気再循環（EGR）方式
が用いられている。

しかし、この排気再循環方式では、エンジン出
力の低下、特に高負荷域ではスモーク発生量の増
加などの悪影響が出るという欠点の他に、排気再
循環装置のためエンジンの構造が複雑化するとい
う欠点がある。

そこで、排気弁の開弁タイミング・弁リフト
量・開弁期間を制御することにより燃焼室内に排
気の一部を残留させて希釈すると共に再燃焼させ
て排気再循環と同様の効果を得ようとする方式
が、例えば実公昭50−19041号公報に記載されて
いる。

上記公報のエンジンの排気浄化装置は自動車の
ガソリンエンジンに関するものである、これは排
気弁駆動用のカムを通常のカムと市街地走行用の
カムとからなる２段カムに形成し、排気ガスが問
題となる市街地走行時には市街地走行用カムで開
弁タイミングを遅らせると共に、弁リフト量を低
くして排気ガスの一部が燃焼室に残留するように
したものである。

しかしながら、この排気浄化装置では排気ガス
が問題とならない効外走行時（高負荷・高速走
行）と排気ガスが問題となる市街地走行時の２段
階にしかカムを切換えることが出来ないので、排
気弁を負荷に応じて精密に制御することが出来な
いという問題がある。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題に鑑みてなされたもの
で、エンジンの負荷に応じて排気弁の開弁タイミ
ングと排気排出期間を制御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。

（発明の構成） 本発明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
口する複数の排気通路を設け、上記排気通路にそ
れらを各々開閉しかつ開弁期間の時期が相互にオ
ーバーラツプする複数の排気弁を設け、上記排気
弁のうち少なくとも１つの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してその開弁期
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
ことにより負荷の減少に応じてオーバーラツプの
期間を増大させて排気排出期間が減少するように
したものである。

（発明の効果） 上記構成において、エンジンの高負荷時には、
この負荷に比例して燃焼室に多量の燃料が噴射さ
れる。そこで、負荷検出装置は、この負荷を、例
えば、燃料噴射量で検出する。その噴射量は、制
御装置に電気信号として出力され、制御装置で
は、その信号によつて、エンジンの負荷を演算す
る。その演算結果に基いてタイミング調節駆動装
置に負荷に応じた制御信号が出力される。

例えば、エンジンの高負荷時には、複数の排気
弁のオーバーラツプの期間を減少させて、排気排
出期間を大きく調節する。そうすると、燃焼室内
の排気を十分排出でき、燃焼室には十分な吸入空
気が吸入される。したがつて、高負荷時にも、吸
入空気の不足に伴うエンジンの出力の低下やスモ
ークの増加という問題が解決できる。

また、エンジンの低負荷時には、燃焼に必要な
吸入空気量は少なくてよい。そこで、低負荷側に
移行するにつれて、複数の排気弁のオーバーラツ
プの期間を増大させて、排気排出期間を連続的に
短く調節する。そうすると、燃焼室内に残留する
排気ガスの量が徐々に増加して、緩慢燃焼して燃
焼温度が下がる。そうすると、窒素酸化物が低減
してその排出量が減少する。

以上のように、エンジンの負荷に応じて、排気
弁の排気排出期間を変更すれば、デイーゼルエン
ジンでは、その構造上、高負荷時のみ吸入空気の
全量を燃焼に用い、エンジン出力の低減を防止で
き、スモークの発生を防止でき、また、負荷が減
少するに従つて燃焼に用いる吸入空気の割合が減
少するため、燃焼に用いない吸入空気を残留排気
ガスに置き換えても、燃焼に悪影響を与えること
がなく、窒素酸化物の排出量を低減できる効果が
ある。

（実施例） 以下、本発明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１
０ａ，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のものと同じか若しくはそ
れよりも小さく、その開弁期間の時期は第１排気
弁１０ａのものと相互に大幅にオーバーラツプす
るように設定されているけれども、第１排気弁１
０ａと第２排気弁１０ｂとの排気排出期間Ｔを後
述の如くエンジン負荷に応じて調節する為に第２
排気弁１０ｂの開弁開始時期を負荷に応じて早め
たり遅くしたり調節出来るようになつている。

そして、第２排気弁１０ｂは高負荷時には下死
点前例えば50゜の位置で開弁作動し、負荷の減少
に応じてその開弁開始時期を遅らせていつて排気
排出期間Ｔを連続的に短くし、燃焼室６に残留さ
せて再燃焼させる排気の量を漸増させるようにな
つている。そして、最小負荷時には第２排気弁１
０ｂ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し、排気排出期間Ｔ
が最小となるように設定される。

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。

次に、上記のように第２排気弁１０ｂの開弁タ
イミング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、高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。

上記の高負荷状態から負荷が減少していくと、
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、これにより負荷の減少に応じてオーバー
ラツプの期間が増大し排気排出期間Ｔが減少する
ように制御される。

以上のように、エンジンの負荷に応じて第１排
気弁１０ａと第２排気弁１０ｂとの排気排出期間
Ｔを調節し、低負荷時に燃焼用空気が必要以上に
過剰とならない程度に排気排出期間Ｔを短くして
排気を燃焼室６内に残留させるようにすると共
に、負荷の増加に応じて排気排出期間Ｔを増加さ
せて燃焼室６内に残留する排気の量を減少させて
いくので、負荷の全域に互つて負荷に応じた排気
弁制御をすることが出来るため、エンジン性能を
損なうことなく窒素酸化物の排出量を低減でき
る。

上記実施例を次のように部分的に変更すること
も出来る。

第４図に示すように、前記第１排気弁１０ａが
曲線１０Ａで示すように下死点（BDC）前35〜
75゜で開弁作動するように設定され、曲線１０Ｂ
で示すようにこの第１排気弁１０ａと時期的にオ
ーバラツプする開弁期間を有しそれよりも遅く開
弁する第２排気弁１０ｂの開弁開始時期を負荷に
応じて調節するように構成する。この場合、高負
荷時には第２排気弁１０ｂが下死点前例えば20゜
で開弁し、上死点後例えば10゜で閉弁し、負荷の
減少に応じてその開弁開始時期を早めていくこと
によりオーバーラツプの期間を増大させ排気排出
期間Ｔを短かくしていく。

また、前記吸気口７及び吸気通路は１個に限ら
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・開弁期間などの面で互
いに異なるものであつてもよい。

更に、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よく、
または頭上弁式のものでもよい。また前記タイミ
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】

図面は本発明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、第４図は変
形例における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，９ｂ…排気通路、１０
ａ，１０ｂ…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、２０
ａ，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、Ｔ…排気排出期間。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 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、上記シリンダヘツドの下面に各々開口
   する複数の排気通路と、上記排気通路を各々開閉
   し且つ開弁期間の時期が相互にオーバーラツプす
   る複数の排気弁と、上記排気弁のうち少なくとも
   １つの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信号を受け負荷の減少に
   応じてオーバーラツプの期間を増大させて排気排
   出期間が減少す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。