JPH1193710A

JPH1193710A - 過給機付２ストロークディーゼル機関の排気弁制御装置

Info

Publication number: JPH1193710A
Application number: JP9258014A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Aoyama; 俊一青山; Katsuya Mogi; 克也茂木
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1997-09-24
Filing date: 1997-09-24
Publication date: 1999-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】広い回転数範囲において２サイクルディーゼ
ル機関の掃気効率を向上させ、出力を高める。【解決手段】シリンダの下部に、ピストンによって開
閉される掃気ポートが開口形成されているとともに、シ
リンダヘッドにポペット型の排気弁が設けられている。
掃気ポートの上流側には、機械式過給機が配設されてい
る。掃気ポートは、下死点前約５０°で開き、下死点後
約５０°で閉じる。排気弁には、作動角を変化させる形
式の可変動弁機構が用いられており、低速時に比較して
高速時ほど作動角が大きくなるように制御される。高速
域において、オーバラップ期間およびブローダウン期間
の双方が拡大され、サイクル時間の短縮に伴う掃気効率
の低下を回避できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、過給機を備えた
２ストロークディーゼル機関に関し、特に、シリンダブ
ロックに設けられてピストン下死点側位置で開口する掃
気ポートと、シリンダヘッドに開閉作動可能に設けられ
た排気弁と、を有するユニフロー２ストロークディーゼ
ル機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】２ストロークディーゼル機関の一形態と
して、シリンダブロックに掃気ポートを有し、排気弁は
ポペット弁としてシリンダヘッドに設けたユニフロー型
のものが知られている。

【０００３】このようなユニフロー型の２ストローク機
関では、ガス交換は、ピストン下死点側で開口する掃気
ポートの開口期間と、膨張行程の半ばに掃気ポートの開
口に先立って開弁し、かつ掃気ポートよりも早く閉じる
排気弁の開弁期間とのオーバラップ期間に行われる。吸
入行程および排気行程が有り、かつピストンの移動によ
り強制的に吸入・排出が行われる４ストローク機関とは
異なり、２ストローク機関の場合は、圧力差によるガス
交換のため、掃気効率（充填効率）は、排圧ならびに開
弁時期の影響を大きく受けるのが特徴である。

【０００４】ここで、バルブリフト特性が固定的なもの
では、掃気が行われる掃気ポートと排気弁とのオーバラ
ップ時間面積、燃焼ガスのブローダウンが行われる排気
弁が開いてから掃気ポートが開口するまでの排気弁の開
弁時間面積は、回転数に反比例して減少する。

【０００５】一方、内燃機関の吸気弁や排気弁の開閉時
期を可変制御する可変動弁機構は従来から種々の形式の
ものが提案されており、一部で既に実用に供されてい
る。例えば、カムシャフトと該カムシャフトを駆動する
クランクシャフトとの間の位相関係を相対的にずらすこ
とによって、吸排気弁の開閉時期を同方向へ変化させる
ものや、異なるカムプロフィールを有する２つのカムに
従動する２つのロッカアームを設け、吸排気弁が実際に
連動するロッカアームを選択的に切り換えることによっ
て、バルブリフト特性を２種類に切り換えるようにした
装置などが実用されている。また、特開平６−１８５３
２１号公報には、不等速軸継手の原理を応用して、円筒
状カムシャフトを不等速回転させることでバルブリフト
特性を連続的に可変制御し得るようにした可変動弁機構
が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上述したように、ユニ
フロー２ストロークディーゼル機関においては、全開時
の掃気効率が排圧や開弁時期の影響を大きく受けるの
で、排気弁のバルブリフト特性が固定のものでは、機関
高速時には到底十分な掃気効率を維持することができな
い。また過給機関において仮に掃気ポートと排気弁との
オーバラップ期間を大きく設定したとすると、低速時等
において、筒内の燃焼ガスが一掃された後も、掃気ポー
トから送り込まれる新気が、開弁している排気弁から吹
き抜けてしまうため、過給圧が上昇しなくなる、という
問題が発生する。

【０００７】本発明の目的は、排気弁側に可変動弁機構
を設けることにより、広い回転数範囲で掃気効率を向上
させるとともに、低速域での新気の吹き抜けを防止する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の請求項１に係る過給機付２ストロークデ
ィーゼル機関の排気弁制御装置は、シリンダブロックに
設けられてピストン下死点側位置で開口する掃気ポート
と、シリンダヘッドに開閉作動可能に設けられた排気弁
と、を有するユニフロー２ストロークディーゼル機関で
あって、かつ吸気系に過給機を備えてなる過給機付２ス
トロークディーゼル機関において、上記排気弁の作動角
を可変制御することにより該排気弁の開閉時期を制御可
能な可変動弁機構を備え、機関高速時に排気弁開弁時期
が早くなるように制御されることを特徴としている。

【０００９】このように排気弁開弁時期を早くすること
により、ブローダウン時の時間開口面積が拡大される。

【００１０】また請求項２に係る排気弁制御装置は、機
関高速時に、同時に、上記排気弁の閉弁時期が遅くな
り、掃気ポート開口期間と排気弁開弁期間とのオーバラ
ップが拡大することを特徴としている。つまり、ブロー
ダウン時の時間開口面積の拡大と同時に、オーバラップ
の時間開口面積が拡大され、高速時の掃気効率が向上す
る。

【００１１】さらに請求項３に係る排気弁制御装置は、
機関高速時に、排気弁開弁から掃気ポート開口までのブ
ローダウン期間と、掃気ポート開口期間と排気弁開弁期
間とのオーバラップ期間と、の双方が拡大するととも
に、その拡大率が、上記ブローダウン期間と上記オーバ
ラップ期間とで、略同率となるように設定されているこ
とを特徴としている。

【００１２】ここで上記可変動弁機構としては、請求項
４のように、作動角拡大時に同時にリフト量が拡大する
ものであることが好ましい。

【００１３】さらに、請求項６のように、機関回転数の
上昇に対し、排気弁の作動角・リフトの角度面積が回転
数の上昇率以上の率で拡大することが望ましい。

【００１４】上記のような排気弁開閉時期の可変制御を
実現するために、請求項５に係る排気弁制御装置は、上
記可変動弁機構として、機関の回転に同期して回転する
駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設され、かつ排気弁
を駆動するカムを外周に有するカムシャフトと、このカ
ムシャフトの端部に設けられ、かつ半径方向に沿って係
合溝が形成された一方のフランジ部と、この一方のフラ
ンジ部に対向するように上記駆動軸側に設けられ、かつ
半径方向に沿って係合溝が形成された他方のフランジ部
と、上記両フランジ部の間に揺動自在に配設された環状
ディスクと、この環状ディスクの両側部に互いに反対方
向に突設されて、上記両フランジ部の各係合溝内に夫々
係合するピンと、上記環状ディスクを機関運転状態に応
じて揺動させる駆動機構と、を備えている。

【００１５】この構成においては、環状ディスクの回転
中心が駆動軸およびカムシャフトの中心と同心状態にあ
る場合には、駆動軸とカムシャフトとが等速回転し、ま
た環状ディスクが偏心位置にある場合には、両者が不等
速回転する。従って、上記環状ディスクの位置に応じ
て、排気弁のバルブリフト特性が連続的に変化し、排気
弁の開閉時期と作動角とが変化する。なお、この場合に
は、リフト量は一定である。

【００１６】また請求項７に係る排気弁制御装置は、請
求項４における可変動弁機構として、機関の回転に同期
して回転する駆動軸と、上記駆動軸に回動可能に嵌合さ
れた制御ハウジングと、上記制御ハウジングに係合さ
れ、上記制御ハウジングを上記駆動軸の回りに揺動させ
る制御シャフトと、上記制御ハウジングに回動可能に保
持され、上記駆動軸に動力伝達機構を介して連繋された
ドライブディスクと、上記ドライブディスクの回動中心
から偏心した位置に回動可能に保持され、上記駆動軸の
軸線方向に突出するピンを有する公転体と、上記制御ハ
ウジングの側面側に揺動可能に配置され、排気弁のバル
ブリフタに摺接するカム面を有するとともに、上記公転
体のピンにスライド可能に係合するピン係合部を有する
揺動カムと、を備えている。

【００１７】このような構成によれば、制御シャフトが
回動され、制御ハウジングが駆動軸の回りに揺動させら
れると、その揺動角に応じてドライブディスクの回転中
心が移動し、公転体の回動軌跡も初期位置からずれる。
ここで、排気弁の開弁時期及び排気弁の閉弁時期が初期
位置における公転体の回動軌跡上で定められるとする
と、ドライブディスクの回転中心が移動し、それに従っ
て公転体の回動軌跡も初期位置からずれると、そのずれ
た分だけ公転体の回動軌跡上の開弁時期及び閉弁時期も
ずれるため、作動角が連続的に変化する。又、ドライブ
ディスクの回転中心が移動した分だけ、揺動カムの揺動
開始位置が下方へ移動するため、排気弁の最大リフト量
が連続的に変化する。

【００１８】また請求項８のように、機関部分負荷時に
上記過給機の吐出量を減少させる手段を有し、かつこの
吐出量減少に対応して上記排気弁の作動角が減少制御さ
れることが望ましい。

【００１９】請求項９の発明は、排気弁の作動のクラン
クシャフトに対する位相を変化させる位相可変手段をさ
らに備えている。これにより、ブローダウン期間やオー
バラップ期間に対する自由度が一層拡大する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、サイク
ル時間が短縮されると同時に排圧が上昇してくる高速時
においても、掃気効率を高く確保することができ、ま
た、低速域では、相対的にブローダウン期間が短くなる
ことから、膨張仕事が無駄に失われることがない。さら
に、排気弁の閉弁時期を同時に可変制御すれば、低速域
での新気の吹き抜けによる過給圧の低下を回避すること
が可能となる。従って、圧力差に依存したガス交換特性
によって出力特性が左右される２ストロークディーゼル
機関において、広い回転範囲での性能向上が図れる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下、この発明の好ましい実施の
形態を図面に基づいて詳細に説明する。

【００２２】図１は、この発明に係るユニフロー型の２
ストロークディーゼル機関の一実施例を示すもので、シ
リンダブロック１に複数のシリンダ２が直列に配置され
ているともに、各シリンダ２内にピストン３が摺動可能
に嵌合している。シリンダ２頂部を覆うシリンダヘッド
４には、排気弁５によって開閉される排気ポート６が形
成され、かつ図示せぬ燃料噴射弁がシリンダ２内へ向け
て装着されている。シリンダ２の下部には、ピストン３
によって開閉される掃気ポート７が開口形成されてお
り、この掃気ポート７に接続される吸気通路の上流側に
は、リザーバ８を介して、ルーツブロアからなる機械式
過給機９が配設されている。

【００２３】上記排気弁５は、後述する可変動弁機構に
よって、その開閉時期を作動角とともに可変制御できる
構成となっている。この可変動弁機構としては、後述す
るように、最大リフト量が一定のもの、あるいは最大リ
フト量が同時に変化するもの、のいずれも用いることが
できるが、後者の作動角を拡大したときに最大リフト量
が同時に増大するものが一層望ましい。

【００２４】次に、本発明の２ストロークディーゼル機
関における全開時のガス交換について説明する。前述し
たように、ユニフロー型の２ストローク機関では、ガス
交換は、ピストン下死点側で開口する掃気ポート７の開
口期間と、膨張行程の半ばに掃気ポート７の開口に先立
って開弁し、かつ掃気ポート７よりも早く閉じる排気弁
５の開弁期間とのオーバラップ期間に行われる。ピスト
ンの移動により強制的に吸入・排出が行われる４ストロ
ーク機関とは異なり、２ストローク機関の場合は、圧力
差によるガス交換のため、掃気効率（充填効率）は、排
圧ならびに開弁時期の影響を大きく受ける。

【００２５】掃気流量は、差圧と、掃気ポート７および
排気弁５のオーバラップ時間割合で決まると簡単に仮定
すれば、概略、次式で求められる。

【００２６】

【数１】Ｑ（掃気流量）∝Ａ（ｔ）√（Ｐａ−Ｐｂ） …（１）式但し、Ａ（ｔ）は開口時間面積、Ｐａは掃気圧、Ｐｂは
排圧である。

【００２７】掃気ポート７が開く時点でブローダウンは
完了して筒内は排圧であると仮定すると、筒内の残留ガ
スを一掃するためには、機関回転数に拘わらず、掃気期
間における掃気流量Ｑを一定に維持することが必要とな
る。一方で、機関高速時には、サイクル時間が短縮され
るだけでなく、排圧Ｐｂが増大してくる。図２は、機関
回転数に伴って高くなる排圧Ｐｂの変化を示している。

【００２８】掃気圧Ｐａを仮に５００ｍｍＨｇとして
も、高速時に排圧Ｐｂが４００ｍｍＨｇとなれば、差圧
は、低速時の１／４程度となってしまう。そこで、上記
（１）式に基づき、高速時に掃気流量Ｑを維持するため
に必要な開口角度面積比を計算すると、図３のような特
性となる。この図３に明らかなように、１２００ｒｐｍ
において必要な開口角度面積を１とすると、６０００ｒ
ｐｍ付近では、１０倍以上の開口角度面積が必要とな
る。従って、仮に排気弁５の最大リフト量と作動角とが
相似形で変化する場合を仮定すると、図４に示すよう
に、３〜４倍の作動角可変幅が必要である。

【００２９】図５は、本発明による掃気ポート７および
排気弁５の開口特性の一例を示している。この例では、
排気弁５の最大リフト量と作動角とが相似形で変化する
ものと仮定してあり、かつその最大リフトの位置は一定
である。掃気ポート７は、下死点（ＢＤＣ）前約５０°
で開き、かつ下死点後約５０°において閉じる。そし
て、高速時には、排気弁５の作動角およびリフト量が拡
大する。これにより、排気弁５の開時期が早まり、ブロ
ーダウン時の時間開口面積が拡大するとともに、閉時期
が遅くなり、掃気の時期開口面積が拡大する。

【００３０】このような設定とすることにより、高速域
においても、必要十分な掃気が可能となり、広い回転数
範囲で掃気効率を向上できるとともに、高過給を行うこ
とが可能となる。つまり、低速時などに、掃気期間（掃
気ポート７と排気弁５の双方が開いている期間）が長す
ぎると、掃気ポート７から流入した新気が排気弁５へ大
量に吹き抜け、過給圧が十分に上昇しなくなるが、図５
のように低速時に排気弁５を必要以上に長く開弁しなけ
れば、新気の吹き抜けを防止でき、高い過給圧を確保で
きる。このためには、掃気に必要十分なオーバラップ期
間を把握して、排気弁５の作動角が機関回転数にほぼ反
比例するように、閉弁時期を精度よく制御する必要があ
る。

【００３１】またユニフロー型２ストロークディーゼル
機関の部分負荷時の燃焼について考えると、排気弁５の
開弁時期は、ブローダウン期間確保のために、高速時に
早めることが望ましいが、低速域にも早く開く特性であ
ると、膨張仕事が大量に失われる。従って、掃気の場合
と同様に、筒内圧力と排圧との差圧で流出する排気のた
めのブローダウン期間としては、機関回転数の上昇にほ
ぼ比例して増大する特性が求められる。なお、実際に
は、排気弁５の開弁時期を早めると、筒内圧力が上昇す
るため、その影響がある。

【００３２】このように、排気弁５の作動角は、低速で
小、高速で大とする必要があり、特に圧力差に依存した
ガス交換特性によって出力特性が左右される２ストロー
ク機関では、その影響が非常に大きい。

【００３３】次に上記のように排気弁５の作動角を可変
制御するための可変動弁機構の一例を図６に基づいて説
明する。この可変動弁機構は、特開平６−１８５３２１
号公報や米国特許第５，３６５，８９６号明細書等にお
いて開示されているように、不等速軸継手の原理を応用
して各気筒の円筒状カムシャフト２２を不等速回転させ
ることでバルブリフト特性を連続的に可変制御し得るよ
うにしたものである。

【００３４】この機構自体は公知であるので、図６を参
照して簡単に説明すると、図において、２１は図外の機
関クランク軸からタイミングチェーン１４を介して回転
力が伝達される駆動軸、２２は該駆動軸２１の外周に回
転自在に嵌合した中空円筒状のカムシャフトである。こ
のカムシャフト２２は、各気筒毎に分割して構成されて
いる。

【００３５】上記カムシャフト２２は、シリンダヘッド
４上端部のカム軸受に回転自在に支持されていると共
に、外周に、各気筒一対の排気弁５を開作動させる一対
のカム２６が形成されている。また、カムシャフト２２
は、上述したように複数個に分割形成されているが、そ
の一方の分割端部に、第１フランジ部２７が設けられて
いる。また、この複数に分割されたカムシャフト２２の
端部間に、それぞれスリーブ２８と環状ディスク２９が
配置されている。上記第１フランジ部２７には、半径方
向に沿った細長い係合溝が形成されている。

【００３６】上記スリーブ２８は、駆動軸２１に固定さ
れているものであって、該スリーブ２８に、上記第１フ
ランジ部２７に対向する第２フランジ部３２が形成され
ている。この第２フランジ部３２には、やはり半径方向
に沿った細長い係合溝が形成されている。

【００３７】両フランジ部２７，３２の間に位置する上
記環状ディスク２９は、略ドーナツ板状を呈し、駆動軸
２１の外周面との間に環状の間隙を有するとともに、デ
ィスクハウジング３４の内周面に回転自在に保持されて
いる。また、互いに１８０°異なる直径線上の対向位置
にそれぞれ反対側へ突出する一対のピン３６，３７を有
し、各ピン３６，３７が各係合溝に係合している。

【００３８】ディスクハウジング３４は、略三角形をな
し、その円形の開口部内に環状ディスク２９が保持され
ているとともに、三角形の頂部となる２カ所に、それぞ
れ円形のカム嵌合孔およびブッシュ嵌合孔が貫通形成さ
れている。

【００３９】そして、上記カム嵌合孔内に制御シャフト
４２が貫通しているとともに、該制御シャフト４２に設
けられた偏心カム４１が回転可能に嵌合している。また
ブッシュ嵌合孔には、支持シャフト４３にＣリング４５
を介して回転可能に支持された偏心ブッシュ４４が回転
可能に嵌合している。

【００４０】上記制御シャフト４２は、機関前後方向に
沿って複数気筒に亙って連続しており、その一端には、
駆動機構として回転型の油圧アクチュエータ４６が取り
付けられている。また、ディーゼル機関の前部に位置す
る制御シャフト４２の他端には、該制御シャフト４２の
回転位置つまり偏心カム４１の位相を検出する回転型の
ポテンショメータ４７が取り付けられている。

【００４１】上記の可変動弁機構においては、偏心カム
４１を介して環状ディスク２９の偏心位置を可変制御す
ることにより、カムシャフト２２が不等速回転し、駆動
軸２１との間で、その偏心量に応じた位相差が生じる。
例えば、環状ディスク２９の中心と駆動軸２１の中心と
が一致している状態では、カムシャフト２２が駆動軸２
１と等速で同期回転するため、カムプロフィールに沿っ
たバルブリフト特性が得られるのに対し、環状ディスク
２９の中心が一方へ偏心した状態では、偏心量に応じた
位相差が生じ、カムプロフィールを変形させた形のバル
ブリフト特性となる。従って、図７に一例を示すよう
に、作動角が狭いバルブリフト特性と作動角が広いバル
ブリフト特性が得られ、かつ両者間で、バルブリフト特
性を連続的に変化させることができる。なお、この実施
例では、２倍程度の作動角拡大を実現できる。

【００４２】次に、図８〜図１５に基づいて、可変動弁
機構の異なる実施例を説明する。この可変動弁機構は、
作動角の拡大と同時に最大リフト量が拡大する特性を有
するものである。

【００４３】図８は、この可変動弁機構の全体を示す斜
視図であり、図９は、同外観透視図である。又、図１０
は、一部を省略して示す正面図である。

【００４４】この図８〜図１０に示すように、図示しな
いシリンダヘッドの上部に、全気筒に亘って連続した駆
動軸１０１が配設されている。この駆動軸１０１は、シ
リンダヘッドに回動可能に支持されており、内部に潤滑
油通路（図示せず）が形成された中空状のものであっ
て、一端にスプロケット１０２が取り付けられ、タイミ
ングチェーン１０３を介して図外のクランクシャフトに
連動するようになっている。

【００４５】そして、この駆動軸１０１には、板状の制
御ハウジング１０５が相対回動可能に嵌合され、制御ハ
ウジング１０５の背面側に隣接するように駆動側歯車１
０６が固定されている（図１３（ａ）参照）。制御ハウ
ジング１０５は、図１０に示すように、駆動軸１０１の
図中右方向に円形の穴１０７が形成されており、この穴
１０７にドライブディスク１０９を回動可能に収容して
いる。

【００４６】ドライブディスク１０９は、上記駆動側歯
車１０６に噛み合う被駆動側歯車１１０と、この被駆動
側歯車１１０と一体の円板部１１１とを備えており、こ
の円板部１１１が上記穴１０７に回動可能に収容され、
駆動軸１０１に連動して回動するようになっている。そ
して、このドライブディスク１０９は、その回転中心位
置から所定量偏心した位置に円形の偏心穴１１２が形成
されており、その偏心穴１１２内にカムドライバ（公転
体）１１３が回動可能に収容されている。

【００４７】カムドライバ１１３は、上記偏心穴１１２
に収容される円板部１１５と、この円板部１１５から制
御ハウジング１０５の前面側（図８のＡ方向側）に突出
するピン１１６とを備えている。このうち、ピン１１６
は、円板部１１５の中心部に突出形成されており、二面
幅部分１１６ａとその両端の半円形部分１１６ｂとから
なり、その長さが円板部１１５のほぼ直径と同様であ
り、その二面幅部分１１６ａが後述する揺動カム１１７
の長穴（ピン係合部）１１９に僅かな隙間をもって係合
する厚みとなるように形成されている。このような、カ
ムドライバ１１５は、ドライブディスク１０９が回転す
ると、ドライブディスク１０９の回転中心の回りに、所
定量偏心した状態で回動する。

【００４８】又、駆動軸１０１には、揺動カム１１７が
回動可能に取り付けられている。この揺動カム１１７
は、その一端部側（図１０中左端部側）に形成された取
付穴１２０が駆動軸１０１に嵌合されており、制御ハウ
ジング１０５の前面側（側面側）でかつバルブリフタ１
２１の上部に位置している（図１３（ａ）参照）。そし
て、揺動カム１１７には、上記したカムドライバ１１３
のピン１１６をスライド可能に収容する長穴１１９が形
成されている。尚、揺動カム１１７は、ドライブディス
ク１０９の回転にともなって所定角度揺動するようにな
っている。そして、この揺動カム１１７は、バルブリフ
タ１２１に摺接するカム面１１７ａの輪郭が所望のバル
ブ特性を得られるように形成されている。

【００４９】又、上記制御ハウジング１０５の上部に
は、図１０中上方に向かって開口する係合溝１２２が略
矩形に切り欠き形成されている。そして、この係合溝１
２２を通過するように、制御シャフト１２３が駆動軸１
と平行に設けられている。詳しくは、制御シャフト１２
３の偏心カム１２５が２つ割のブロック１２６，１２６
を介して制御ハウジング１０５の係合溝１２２に係合さ
れている。

【００５０】制御シャフト１０５は、図示せぬ軸受部を
介してシリンダヘッドに回転可能に支持されているもの
であって、駆動軸１０１と平行にかつ全気筒に亘って連
続しており、その一端が図示せぬアクチュエータに連結
されているとともに、他端にこの制御シャフト１２３の
回転位置を検知するポジションセンサ（図示せず）が設
けられている。そして、この制御シャフト１２３の回動
量に応じて、制御ハウジング１０５が駆動軸１０１の回
りに揺動する。すなわち、図１３に示すように、制御シ
ャフト１２３の偏心カム１２５が実線位置から点線位置
まで回動すると、制御ハウジング１０５が実線位置から
点線位置まで回動する。

【００５１】このように構成された本実施例の可変動弁
機構によれば、駆動軸１０１がクランクシャフトに連動
して回動すると、駆動軸１０１に固定された駆動側歯車
１０６によって被駆動側歯車１１０（ドライブディスク
１０９）が回動させられる。ドライブディスク１０９が
回動すると、ドライブディスク１０９に収容されたカム
ドライバ１１３は、図１０〜図１２に示すように、ドラ
イブディスク１０９の回転中心の回りを所定量偏心した
状態で回動し、揺動カム１１７を駆動軸１０１の回りに
揺動させる。尚、この際、カムドライバ１１３は、その
円板部１１５がドライブディスク１０９の偏心穴１１２
内を自由に回動できるようになっているので、ピン１１
６の二面幅部分１１６ａの長手方向を揺動カム１１７の
長穴１１９の長手方向に合致させることができる。従っ
て、カムドライバ１１３は、そのピン１１６が揺動カム
１１７の長穴１１９内を円滑にスライドしつつ、揺動カ
ム１１７を揺動させることになる。

【００５２】ここで、図１３に示すように、制御シャフ
ト１２３の偏心カム１２５を実線位置から点線位置まで
回動させると、制御ハウジング１０５が実線位置から点
線位置まで回動する。この際、被駆動側歯車１１０は、
制御ハウジング１０５の回動角度に応じて駆動軸側歯車
１０６の回りを右回り方向に回動する。すなわち、被駆
動側歯車１１０は、駆動軸１０１の回りを公転すること
になる。そして、ドライブディスク１０９の回転中心位
置が所定量下方へ移動し、カムドライバ１１３がそのド
ライブディスク１０９の回転中心の回りを所定量偏心し
た状態で回動することになる。その結果、作動角が大き
くなるとともに、排気弁５の最大リフト量が大きくな
る。尚、作動角が変化するのは、図１３において、制御
ハウジング１０５が実線位置にある場合を初期位置とす
れば、この初期位置におけるカムドライバ１１３の回動
軌跡上でバルブ開弁時期及びバルブ閉弁時期が定められ
るため、ドライブディスク１０９の回転中心が点線位置
まで回動し、それに従ってカムドライバ１１３の回動軌
跡も初期位置から下方へずれると、そのずれた分だけカ
ムドライバ１１３の回動軌跡上のバルブ開弁時期及びバ
ルブ閉弁時期もずれるからである。又、排気弁５の最大
リフト量が大きくなるのは、図１３において、ドライブ
ディスク１０９の回転中心が点線位置まで移動した分だ
け、揺動カム１１７の揺動開始位置が下方へ移動するか
らである。

【００５３】一方、制御シャフト１２３の偏心カム１２
５を図１３と逆の方向に回動させ、制御ハウジング１０
５を図１３と逆の方向に回動させると、ドライブディス
ク１０９の回転中心が図１３に示す実線位置よりも上方
へ移動し、カムドライバ１１３がそのドライブディスク
１０９の回転中心の回りを所定量偏心した状態で回動す
ることになる。その結果、カムドライバ１１３の回動軌
跡が上方へずれ、そのずれた分だけカムドライバ１１３
の回動軌跡上のバルブ開弁時期及びバルブ閉弁時期が初
期位置に対してずれ、作動角が小さくなる。又、ドライ
ブディスク１０９の回転中心が上方へ移動した分だけ、
揺動カム１１７の揺動開始位置が上方へずれ、排気弁５
の最大リフト量が小さくなる。

【００５４】以上のようにして、制御シャフト１２３の
偏心カム１２５の回動角度を調整することにより、作動
角及びバルブ２７の最大リフト量を連続的に変化させる
ことができる。

【００５５】図１４〜図１５は、バルブリフト曲線図を
示すものである。このうち、図１４は、駆動軸１０１が
時計回り（図１０中右回り）で回転し、ドライブディス
ク１０９が反時計回りで回転している場合のバルブリフ
ト曲線図である。この場合は、図１４に示すように、排
気弁５の開弁時期を変化させることなく、作動角及び最
大リフト量を変化させることができる。一方、図１５
は、駆動軸１０１が反時計回りで回転し、ドライブディ
スク１０９が時計回り方向で回転している場合のバルブ
リフト曲線図である。この場合は、図１５に示すよう
に、排気弁５の閉弁時期を変化させることなく、作動角
及び最大リフト量を変化させることができる。このよう
に最大リフト量を作動角とともに可変制御し得るものと
すれば、ブローダウンや掃気の時間開口面積を一層広範
囲に変化させることができ、設定の自由度が向上する。

【００５６】ところで、上記のように揺動カム１１７を
用いた形式の可変動弁機構においては、排気弁５の開弁
時期もしくは閉弁時期のいずれかが略一定となる。その
ため、図１６に示すような回転位相変更手段１２９をス
プロケット１０２と駆動軸１０１との間に介装し、必要
に応じてクランクシャフトと駆動軸１０１の位相回転比
を変化させるようにすれば、さらに自由度が高まる。

【００５７】図１６に示すように、駆動軸１０１の端部
には筒形のインナハウジング１３０がボルト１３１を介
して固定されている。インナハウジング１３０の外周に
回転可能に嵌合する筒形のアウタハウジング１３２が設
けられており、該アウタハウジング１３２にスプロケッ
ト１０２が一体形成されている。

【００５８】インナハウジング１３０とアウタハウジン
グ１３２の間にはリング状のヘリカルギヤ１３３が介装
されている。ヘリカルギヤ１３３は、内外周にヘリカル
スプラインがそれぞれ形成されており、各ヘリカルスプ
ラインがインナハウジング１３０の外周とアウタハウジ
ング１３２の内周と噛み合い、ヘリカルギヤ１３３が軸
方向に移動すると、アウタハウジング１３２に対してイ
ンナハウジング１３０が相対回転し、スプロケット１０
２に対する駆動軸１０１の位相が変化するようになって
いる。

【００５９】アクチュエータ部となるインナハウジング
１３０とアウタハウジング１３２とヘリカルギヤ１３３
の間には油圧室１３５が画成されている。油圧室１３５
に導かれる油圧力が所定値を越えて上昇すると、ヘリカ
ルギヤ１３３が初期位置からリターンスプリング１３６
に抗して軸方向に移動することにより、駆動軸１０１は
排気弁５の開閉時期を進角させる方向に回転するように
なっている。

【００６０】即ち、ヘリカルギヤ１３３が初期位置にあ
るときは、排気弁５の開閉時期が相対的に遅く、またヘ
リカルギヤ１３３が最大変位したときは、排気弁５の開
閉時期が相対的に早まる。油圧室１３５には、駆動軸１
０１の内部に形成された軸孔１３７を介して図外のオイ
ルポンプから圧力油が導入される。又、油圧室１３５の
油圧は、駆動軸１０１の排油孔１３９を図外の電磁弁で
開くことにより低下させ、駆動軸１０１の排油孔１３９
を図外の電磁弁で閉めることにより高めることができ
る。そして、これらオイルポンプ及び電磁弁は、図外の
コントローラにより運転状況に応じて作動制御されるよ
うになっている。

【００６１】このように、本実施例によれば、排気弁５
の作動角及び最大リフト量を連続的に変化させることが
できることはもちろんのこと、図１７に示すように、作
動角及び最大リフト量を変化させることなく、バルブ開
時期及び閉時期を変化させることができる。

【００６２】次に図１８は、過給機９による過給圧を可
変制御するようにした実施例を示しており、過給機９の
入口側と出口側とを連通するようにバイパス通路１０が
形成されているとともに、このバイパス通路１０を開閉
するバイパスバルブ１１が設けられている。この実施例
では、機関の部分負荷時に上記バイパスバルブ１１によ
って過給機９の実質的な吐出量が減少制御され、かつこ
れに対応して排気弁５の作動角も小さく制御される。

【００６３】図１９は、コントロールユニットにより実
行される排気弁５の作動角制御およびバイパスバルブ１
１の開度制御の流れを示すフローチャートであって、ま
ずステップ１において、機関運転条件を読み込む。次に
ステップ２において、機関のトルクＴを所定の基準トル
クＴ０と比較し、このＴ０以下である場合には、ステッ
プ３へ進む。ステップ３では、バイパスバルブ１１の開
度を適宜に制御し、過給機９の実質的な吐出量を抑制す
る。そして、ステップ４において、そのときの負荷と機
関回転数に対応する所定の作動角に保たれているかを判
定し、実際の作動角が目標値に一致していない場合に
は、ステップ５へ進んで油圧アクチュエータ４６等のア
クチュエータを動作させ、目標値に一致させる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係るディーゼル機関の一実施例を示
す構成説明図。

【図２】機関回転数と排圧との関係を示す特性図。

【図３】機関回転数と排気弁の開口時間面積比との関係
を示す特性図。

【図４】機関回転数と開口時間面積比の平方根との関係
を示す特性図。

【図５】掃気ポートの開口特性と排気弁のリフト特性と
を示す特性図。

【図６】可変動弁機構の第１の実施例を示す斜視図。

【図７】この可変動弁機構により得られるバルブリフト
特性を示す特性図。

【図８】可変動弁機構の第２の実施例を示す斜視図。

【図９】この可変動弁機構の透視斜視図。

【図１０】この可変動弁機構の正面側から見た第１の作
動状態図。

【図１１】同じく正面側から見た第２の作動状態図。

【図１２】同じく正面側から見た第３の作動状態図。

【図１３】同じく第４の作動状態図であって、図１３
（ａ）は作動状態を示す正面図、図１３（ｂ）は作動状
態を示す平面図。

【図１４】第１のバルブリフト曲線図。

【図１５】第２のバルブリフト曲線図。

【図１６】回転位相変更手段の断面図。

【図１７】この回転位相変更手段を備えた場合のバルブ
リフト曲線図。

【図１８】過給機のバイバスバルブを備えた実施例を示
す構成説明図。

【図１９】排気弁作動角およびバイバスバルブの制御の
流れを示すフローチャート。

【符号の説明】

５…排気弁７…掃気ポート９…過給機

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ０２Ｂ 33/44 Ｆ０２Ｂ 33/44 ＥＦ０２Ｄ 23/00 Ｆ０２Ｄ 23/00 ＫＰ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】シリンダブロックに設けられてピストン
下死点側位置で開口する掃気ポートと、シリンダヘッド
に開閉作動可能に設けられた排気弁と、を有するユニフ
ロー２ストロークディーゼル機関であって、かつ吸気系
に過給機を備えてなる過給機付２ストロークディーゼル
機関において、上記排気弁の作動角を可変制御すること
により該排気弁の開閉時期を制御可能な可変動弁機構を
備え、機関高速時に排気弁開弁時期が早くなるように制
御されることを特徴とする過給機付２ストロークディー
ゼル機関の排気弁制御装置。
【請求項２】機関高速時に、同時に、上記排気弁の閉
弁時期が遅くなり、掃気ポート開口期間と排気弁開弁期
間とのオーバラップが拡大することを特徴とする請求項
１記載の過給機付２ストロークディーゼル機関の排気弁
制御装置。
【請求項３】機関高速時に、排気弁開弁から掃気ポー
ト開口までのブローダウン期間と、掃気ポート開口期間
と排気弁開弁期間とのオーバラップ期間と、の双方が拡
大するとともに、その拡大率が、上記ブローダウン期間
と上記オーバラップ期間とで、略同率となるように設定
されていることを特徴とする請求項１または請求項２に
記載の過給機付２ストロークディーゼル機関の排気弁制
御装置。
【請求項４】上記可変動弁機構は、作動角拡大時に同
時にリフト量が拡大するものであることを特徴とする請
求項１〜３のいずれかに記載の過給機付２ストロークデ
ィーゼル機関の排気弁制御装置。
【請求項５】上記可変動弁機構は、機関の回転に同期
して回転する駆動軸と、この駆動軸と同軸上に配設さ
れ、かつ排気弁を駆動するカムを外周に有するカムシャ
フトと、このカムシャフトの端部に設けられ、かつ半径
方向に沿って係合溝が形成された一方のフランジ部と、
この一方のフランジ部に対向するように上記駆動軸側に
設けられ、かつ半径方向に沿って係合溝が形成された他
方のフランジ部と、上記両フランジ部の間に揺動自在に
配設された環状ディスクと、この環状ディスクの両側部
に互いに反対方向に突設されて、上記両フランジ部の各
係合溝内に夫々係合するピンと、上記環状ディスクを機
関運転状態に応じて揺動させる駆動機構とを備え、上記
環状ディスクの位置に応じて排気弁の作動角が変化する
ものであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
記載の過給機付２ストロークディーゼル機関の排気弁制
御装置。
【請求項６】機関回転数の上昇に対し、排気弁の作動
角・リフトの角度面積が回転数の上昇率以上の率で拡大
することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の
過給機付２ストロークディーゼル機関の排気弁制御装
置。
【請求項７】上記可変動弁機構は、機関の回転に同期
して回転する駆動軸と、上記駆動軸に回動可能に嵌合された制御ハウジングと、
上記制御ハウジングに係合され、上記制御ハウジングを
上記駆動軸の回りに揺動させる制御シャフトと、上記制
御ハウジングに回動可能に保持され、上記駆動軸に動力
伝達機構を介して連繋されたドライブディスクと、上記
ドライブディスクの回動中心から偏心した位置に回動可
能に保持され、上記駆動軸の軸線方向に突出するピンを
有する公転体と、上記制御ハウジングの側面側に揺動可
能に配置され、排気弁のバルブリフタに摺接するカム面
を有するとともに、上記公転体のピンにスライド可能に
係合するピン係合部を有する揺動カムと、を備えている
ことを特徴とする請求項４記載の過給機付２ストローク
ディーゼル機関の排気弁制御装置。
【請求項８】機関部分負荷時に上記過給機の吐出量を
減少させる手段を有し、かつこの吐出量減少に対応して
上記排気弁の作動角が減少制御されることを特徴とする
請求項１〜７のいずれかに記載の過給機付２ストローク
ディーゼル機関の排気弁制御装置。
【請求項９】排気弁の作動のクランクシャフトに対す
る位相を変化させる位相可変手段をさらに備えているこ
とを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の過給機
付２ストロークディーゼル機関の排気弁制御装置。