内燃機関の動弁制御装置
【課題】 機関弁を閉弁終期のみにダンピングでき、且つ構造が簡単な内燃機関の動弁制御装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関の機関弁２の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置１であって、内燃機関の回転に同期して回転されるカム３と、該カム３により駆動され上記機関弁２を弁バネ４に抗して開弁するロッカーアーム５と、該ロッカーアーム５を押さえて上記機関弁２を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して上記機関弁２の閉弁時期を制御するアクチュエータ６とを備え、該アクチュエータ６は、上記機関弁２の閉弁前期には上記ロッカーアーム５の速やかな回動を許容すると共に、上記機関弁２の閉弁終期には上記ロッカーアーム５の回動をダンピングするものである。
【解決手段】 内燃機関の機関弁２の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置１であって、内燃機関の回転に同期して回転されるカム３と、該カム３により駆動され上記機関弁２を弁バネ４に抗して開弁するロッカーアーム５と、該ロッカーアーム５を押さえて上記機関弁２を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して上記機関弁２の閉弁時期を制御するアクチュエータ６とを備え、該アクチュエータ６は、上記機関弁２の閉弁前期には上記ロッカーアーム５の速やかな回動を許容すると共に、上記機関弁２の閉弁終期には上記ロッカーアーム５の回動をダンピングするものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の機関弁の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンの排気ガス中の有害成分の低減に関する要求が高まって来ており、上記排気ガス中のＮＯｘ及びスモークを同時に低減することが可能な均一予混合燃焼が研究されている。均一予混合燃焼とは、通常よりも早いタイミング（ピストン上死点よりも所定時期以上早いタイミング）で燃料をシリンダ内に噴射し、シリンダ内にて均一な混合気を生成して同時多発的に燃焼を生じさせるものである。これを実現するためには着火時期のコントロールが重要であり、圧縮比を通常燃焼（拡散燃焼）の場合よりも大幅に低めることが可能なシステムが必要である。
【０００３】
すなわち、均一予混合燃焼においては、早期に噴射された燃料及び空気からなるシリンダ内の混合気がピストンの上昇に伴って次第に圧縮されるが、このとき圧縮比が通常燃焼の場合と同じであると、ピストンが上死点に至る前に着火が発生してしまい、クランク軸にマイナス仕事がなされてしまう事態が考えられる。これを回避するためには、通常燃焼から均一予混合燃焼に切り替えるときには圧縮比を下げ、ピストンが上死点に至る前に上記混合気に着火が生じないようにし、着火時期を上記上死点近傍とすることが必要である。
【０００４】
圧縮比を低める方向に変化させるシステムとして、図８に示すものが知られている（特許文献１参照）。このシステムは、内燃機関の回転に同期して駆動されるカムａによって機関弁ｂを開閉駆動するカム式動弁機構ｃと、開弁した機関弁ｂに係止することによって機関弁ｂを開弁状態に保持するためのアクチュエータｄと、アクチュエータｄの動作を制御することによって機関弁ｂの閉弁タイミングを制御する制御手段（図示せず）とを備えている。
【０００５】
このシステムによれば、アクチュエータｄによって上記動弁機構ｃのロッカーアームｅを押し下げた状態に保持することで機関弁ｂをカムａの位相とは無関係に開弁状態に保持でき、その後アクチュエータｄの駆動力をカットすることで機関弁ｂの閉弁時期をカムａによる通常の閉弁時期よりも遅らせることができるので、実質的に内燃機関の圧縮比を低めることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記システムにおいては、アクチュエータｄによってロッカーアームｅを押し下げて機関弁ｂを開弁保持している状態では、カムａの回転に伴ってカムａとロッカーローラｆとの間に隙間が形成されるため、この状態からアクチュエータｄの駆動力をカットすると、弁バネｇの力によって機関弁ｂが勢いよく弁シートｈに着座し、その衝撃が問題となる。
【０００８】
そこで、上記衝撃を緩和するための油圧緩衝機構ｉが設けられている。この油圧緩衝機構ｉによれば、機関弁ｂが最大リフトしている状態から閉弁動作してロッカーアームｅが反時計方向に回動するときには、弁室ｊ及びピストンｋ内の油によってロッカーアームｅの回動が制動されることで、機関弁ｂの閉弁速度が減速されて上記衝撃が緩和され、他方、機関弁ｂが閉弁している状態から開弁動作してロッカーアームｅが時計方向に回動するときには、ロッカーアームｅには上述のような制動が生じないため、速やかな開弁動作がなされる。
【０００９】
しかし、上記油圧緩衝機構ｉにおいては、ロッカーアームｅが反時計方向に回動するときにはロッカーアームｅの回動が常にダンピングされるため、最大リフトした機関弁ｂが閉弁する際に機関弁ｂの閉弁速度が閉弁始まりから閉弁完了に至るまでの全期間に亘って遅くなってしまう。このため、閉弁期間の長期化を招き、圧縮比の細かな調節が困難となる。すなわち、上記衝撃を緩和するには、機関弁ｂの閉弁終期の閉弁速度のみを遅くすれば足りるのであるが、上記油圧緩衝機構ｉにおいては、これは不可能である。
【００１０】
また、上記油圧緩衝機構ｉをカム式動弁機構ｃとは別途設けることは、システム全体の構造の複雑化を招く。
【００１１】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、機関弁を閉弁終期のみにダンピングでき、且つ構造が簡単な内燃機関の動弁制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、内燃機関の機関弁の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置であって、内燃機関の回転に同期して回転されるカムと、該カムにより駆動され上記機関弁を弁バネに抗して開弁するロッカーアームと、該ロッカーアームを押さえて上記機関弁を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して上記機関弁の閉弁時期を制御するアクチュエータとを備え、該アクチュエータは、上記機関弁の閉弁前期には上記ロッカーアームの速やかな回動を許容すると共に、上記機関弁の閉弁終期には上記ロッカーアームの回動をダンピングするものである。
【００１３】
上記アクチュエータは、上記ロッカーアームに当接しその回動位置を上記機関弁が開弁する位置に保持するためのメインピストンと、該メインピストンの頂面を利用して区画された圧力室と、該圧力室内に流体を供給しその流体圧を保持することで上記メインピストンを上記弁バネの力に抗して押し下げると共に、上記流体圧を解放することで上記メインピストンを上昇させる圧力制御手段と、上記メインピストンの上昇途中にこれと係合して一体となり、上記圧力室の流体に対する受圧面積を上記メインピストンの頂面よりも増大させて上記メインピストンの上昇速度を減速させるサブピストンとを備えたものであってもよい。
【００１４】
上記メインピストン及び上記サブピストンが一体となったときのピストン全体が上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積は、上記メインピストンが上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積よりも大きいものであってもよい。
【００１５】
上記圧力制御手段は、上記圧力室内に作動流体を供給するための逆止弁機能付きの流体導入器と、上記圧力室内の流体の圧力を解放するためのリリーフ弁と、該リリーフ弁の作動時期を制御する制御部とを備えたものであってもよい。
【００１６】
上記内燃機関は、均一予混合燃焼を行うモードを有するディーゼルエンジンであり、上記機関弁の内の吸気弁の閉弁時期を遅らせて圧縮比を下げるようにしたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関の動弁制御装置によれば、機関弁を閉弁終期のみにダンピングできると共に、構造が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁制御装置１を、通常燃焼（拡散燃焼）モードと均一予混合燃焼モードとが切り替えられるディーゼルエンジンの吸気弁２に適用した例を示す。かかるディーゼルエンジンにおいて、通常燃焼モードから均一予混合燃焼モードに切り替えるときには、既述のように圧縮比を大幅に低くする必要があり、これを達成するために上記動弁制御装置１では、カム３によって開弁された吸気弁２をカム３の位相とは無関係に所望の期間開弁状態に保持し、シリンダ内の混合気の一部を吸気ポートに逆流させることで実質的に圧縮比を低下させている。かかる動弁制御装置１を図１を用いて説明する。
【００２０】
上記動弁制御装置１は、ディーゼルエンジン（請求の範囲の内燃機関に相当）の回転に同期して回転されるカム３と、カム３により駆動され上記ディーゼルエンジンの吸気弁２（請求の範囲の機関弁に相当）を弁バネ４に抗して開弁するロッカーアーム５と、ロッカーアーム５を押さえて吸気弁２を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して吸気弁２の閉弁時期を制御するアクチュエータ６とを備えている。
【００２１】
上記カム３は、図示しないシリンダヘッド等に軸支され、上記ディーゼルエンジンのクランク軸の回転がチェーン、ベルト又はギヤ等を介して伝達されるようになっている。このカム３は、上記吸気弁２を開閉弁させるために所定形状に形成されたカム山３ａを備えている。
【００２２】
上記ロッカーアーム５は、シリンダヘッド等に取り付けられた支持軸５ａを中心として揺動可能となっており、上記支持軸５ａから左方に延出された一端部がローラ７を介して上記カム３に当接され、上記支持軸５ａから右方に延出された他端部が調整部材８を介して吸気弁２の頂部に装着されたブリッジ９に当接されている。調整部材８は、ロッカーアーム５に形成されたネジ穴に上方からねじ込まれ、ナット８ａによって固定される。なお、上記ローラ７をスリッパに代えてもよい。
【００２３】
上記ブリッジ９は、二本の吸気弁２の頂部に装着されており、これら二本の吸気弁２を纏めて動作させるためのものである。各吸気弁２は、弁バネ４によって閉弁方向（図中、上方向）に付勢されており、シリンダ内に突出する弁傘部分が図示しない弁シートに着座するようになっている。そして、上記ブリッジ９が上記弁バネ４に抗して下方に押し下げられると、上記弁傘部分が弁シートから下方に離間して開弁されるようになっている。上記ブリッジ９には、上記吸気弁２の上下動をガイドするためのガイド穴９ａが形成されており、このガイド穴９ａにはシリンダヘッド等に取り付けられたガイドロッド１０が挿入されている。
【００２４】
以上の構成により、カム３の回転に伴ってローラ７がカム山３ａのアップスロープに乗り上がると、ロッカーアーム５が弁バネ４の力に抗して時計方向に回動され始め、ブリッジ９が弁バネ４の力に抗して押し下げられて各吸気弁２が開弁される。そして、ローラ７にカム山３ａの頂点が乗り上がったとき、吸気弁２が最大リフト状態（全開）となり、その後、更にカム３が回転してローラ７がカム山３ａの頂点を乗り越えてダウンスロープに差し掛かると、各吸気弁２が弁バネ４の力によって上昇され、最終的には各吸気弁２が弁シートに着座して閉弁（全閉）される。
【００２５】
さて、上記アクチュエータ６は、本実施形態の特徴となる構成要素であり、図２にも示すように、ロッカーアーム５に当接しその回動位置を吸気弁２の最大リフト位置に保持するためのメインピストン１１と、メインピストン１１の頂面１１ｘを利用して区画された圧力室１２と、圧力室１２内に流体を供給しその流体圧を維持することでメインピストン１１を弁バネ４の力に抗して押し下げた状態に保持すると共に、上記流体圧を解放することでメインピストン１１を上昇させる圧力制御手段１３と、メインピストン１１の上昇途中にこれと係合して一体となり、圧力室１２の流体に対する受圧面積をメインピストン１１の頂面１１ｘよりも増大させてメインピストン１１の上昇速度を減速させるサブピストン（外側ピストン）１４とを備えている。
【００２６】
上記サブピストン１４は、ロッカーアーム５の上方に配置されたハウジング１５内に、所定範囲（図例では１ｍｍ程度：例示であってこの数値に限定されない）でスライド可能に収容されている。詳しくは、サブピストン１４は、円筒の頂部に小穴付きの蓋を装着した形状のサブピストン本体１４ａと、サブピストン本体１４ａの側面に設けられたフランジ１４ｂとを有する。他方、上記ハウジング１５には、上記サブピストン本体１４ａをその軸方向にスライド可能に収容するシリンダ室１６と、上記フランジ１４ｂを上下から挟むように配置されフランジ１４ｂの厚さより上記所定範囲だけ広い間隔が隔てられた上部ストッパ１７及び下部ストッパ１８とが設けられている。
【００２７】
図例では、ハウジング１５の下面にサブピストン本体１４ａがスライド可能に挿入される内径の円穴を形成してこれをシリンダ室１６とし、ハウジング１５の下面にネジ部を介して装着されるキャップ３０の上面に、フランジ１４ｂがスライド可能に挿入される内径の円穴を「フランジ１４ｂの厚さ＋上記所定範囲」に相当する深さ形成し、これをハウジング１５のネジ部１５ａに螺合して固定することで上部ストッパ１７及び下部ストッパ１８を設けている。
【００２８】
サブピストン１４には、その中心沿って上下方向に貫通形成された収容穴１９が設けられており、収容穴１９には、メインピストン１１がスライド可能に収容されている。メインピストン１１は、円柱状のメインピストン本体１１ａと、メインピストン本体１１ａの頂面に設けられメインピストン本体１１ａよりも小さな横断面積の円柱状の頂部１１ｂとから成る。他方、上記収容穴１９は、上記メインピストン本体１１ａがその軸方向にスライド可能に収容される大穴１９ａと、大穴１９ａの上部に繋げて設けられ上記頂部１１ｂが挿抜される小穴１９ｂとから成る。この構成により、図４に示すようにメインピストン１１及びサブピストン１４が一体となったときのピストン２０全体が圧力室１２内の流体に対して作用する受圧面積Ｘは、図３に示すようにサブピストン１４から離脱したメインピストン１１が圧力室１２内の流体に対して作用する受圧面積Ｙよりも大きくなる。
【００２９】
圧力室１２は、シリンダ室１６の上部に形成されることになるが、この圧力室１２には、図１に示すように、逆止弁機能付きの流体導入器２１から作動流体（図例では潤滑油）が供給され、圧力室１２内の潤滑油がリリーフ弁２２によって解放されるようになっている。詳しくは、圧力室１２には、第１圧力路２３が接続されており、第１圧力路２３には、第２圧力路２４を介して作動流体の溜め部２５が接続されていると共に、上記流体導入器２１の導入路２６が接続されている。流体導入器２１には、図示しないオイルポンプで加圧された潤滑油がエンジンの運転中常時供給される。また、第１圧力路２３の上部は、上記リリーフ弁２２としての電磁弁２２ａによって塞がれている。電磁弁２２ａは、電子制御ユニット等の制御部２７からの開指令によって第１圧力路２３と排出路２８とを連通し、制御部２７からの閉指令によって第１圧力路２３と排出路２８とを遮断する。
【００３０】
以下、上記動弁制御装置１を用いてディーゼルエンジンを通常燃焼運転させる場合、すなわち通常の圧縮比でエンジンを運転させる場合を説明する。
【００３１】
図１において、カム３の回転に伴ってロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのアップスロープに乗り上げると、ロッカアーム５が時計方向に回動して吸気弁２を弁バネ４の力に抗して押し下げる。ここで、圧力室１２には常に潤滑油が供給されており、このとき電磁弁２２ａは制御部２７からの指令によって図５（ａ）に示すように閉じられているので、ロッカーアーム５が上述のように時計方向に回動するのに応じてメインピストン１１及びサブピストン１４が圧力室１２内の潤滑油の圧力によって下がる。
【００３２】
その後、カム３の回転が進んでロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａの頂点を乗り越えダウンスロープに差し掛かるとき又は差し掛かる直前に、制御部２７によって電磁弁２２ａを開き、圧力室１２と排出路２８とを連通させ、圧力室１２内の潤滑油の圧力を解放する。すると、メインピストン１１及びサブピストン１４を押し下げる力が消勢するので、カム３の回転に伴ってロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのダウンスロープを下るに応じて、吸気弁２が弁バネ４の力によって閉弁方向（上方）に移動し、ロッカーアーム５が反時計方向に回動し、メインピストン１１及びサブピストン１４が押し上げられ、圧力室１２内の潤滑油が排出路２８から排出される。
【００３３】
メインピストン１１及びサブピストン１４が上昇しきったとき、すなわちロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのダウンスロープを下りきって吸気弁２が完全に閉弁されたとき、制御部２７により電磁弁２２ａが閉じられる。これにより、圧力室１２内の潤滑油の圧力が次第に高まってメインピストン１１及びサブピストン１４を押し下げる方向の力が生じるのであるが、この力は、このとき反時計方向に回動して閉弁姿勢となっているロッカーアーム５を弁バネ４の力に逆らって時計方向に回動させる程大きくはない。よって、上述のようにして閉弁された吸気弁２が開弁されることにはならない。
【００３４】
以上説明したような図５（ａ）に示すタイミングで電磁弁２２ａの開閉制御を繰り返すことで、通常の圧縮比での運転すなわち通常燃焼による運転が可能となる。ここで、制御部２７から電磁弁２２ａへ送信される電磁弁２２ａの開／閉指令のタイミングは、クランク軸やカム３の角度に基づいて定められる。すなわち、クランク軸及び／又はカム３の角度を常時検出しておき、その検出値を制御部２７に予め記憶されたマップ等に当てはめることで、電磁弁２２ａの開／閉指令のタイミングが定められる。
【００３５】
なお、通常燃焼の運転時には、エンジンのピストンの上死点近傍で燃料が燃焼室内に噴射され、上死点近傍で着火されることは勿論である。
【００３６】
次に、ディーゼルエンジンを均一予混合燃焼運転させる場合、すなわち通常燃焼させるときよりも低い圧縮比でエンジンを運転させる場合を説明する。
【００３７】
この場合も、カム３の回転に伴って、ロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのアップスロープに乗り上がると、ロッカアーム５が時計方向に回動され、吸気弁２が弁バネ４の力に抗して押し下げられ、最終的にはカム山３ａの頂部で吸気弁２が最大リフト位置まで押し下げられることになる。かかる動作までは上述した通常運転時と同様であるが、その後、図５（ｂ）に示すように、吸気弁２が最大リフト位置まで押し下げられた以降も、電磁弁２２ａを制御部２７によって閉じておく。
【００３８】
これにより、圧力室１２内の潤滑油が排出路２８から排出されることが引き続き禁止されるため、ロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａの頂点を超えてダウンスロープに差し掛かっても、メインピストン１１及びサブピストン１４が下方に押し下げられた状態に保持される。すなわち、このとき圧力室１２内の潤滑油の圧力によってメインピストン１１及びサブピストン１４を下方に押し下げる力は、時計方向に回動して開弁姿勢となっているロッカーアーム５を、弁バネ４の力に対抗してその姿勢に保持できる力となっている。
【００３９】
この結果、カム３の位相とは無関係にロッカーアーム５が時計方向に回動した開弁姿勢に保持され、吸気弁２が最大リフト位置に押し下げられた状態に保持される。これにより、エンジンのシリンダ内の混合気の一部が吸気ポートに逆流し、実質的な圧縮比が低下する。
【００４０】
その後、目標の圧縮比に低下するまで吸気弁２を最大リフト状態に保持したなら、電磁弁２２ａを制御部２７によって開き、圧力室１２内の潤滑油の圧力を排出路２８にリリーフする。これにより、圧力室１２内の潤滑油の圧力が低下し、メインピストン１１及びサブピストン１４を押し下げる力が、時計方向に回動した開弁姿勢のロッカーアーム５を反時計方向に回動させる弁バネ４の力より小さくなり、吸気弁２が上昇して閉弁され、上記逆流が終了する。すなわち、図５（ｂ）に示す期間Ａを任意に調節することで、圧縮比を連続的に可変できる。
【００４１】
電磁弁２２ａの開弁時期は、均一予混合燃焼時の圧縮比を通常燃焼時の圧縮比に対してどの程度低下させるかによって変わる。すなわち、クランク軸及び／又はカム３の角度を常時検出しておき、その検出値を制御部２７に予め記憶されたマップ等に当てはめることで、電磁弁２２ａの開弁時期が定められる。
【００４２】
なお、均一予混合燃焼時には、通常燃焼時よりも早いタイミングで燃料がエンジンのシリンダ内に噴射され、シリンダ内にて吸入空気と混じり合うことで生成された均一な混合気がピストンの上死点近傍にて着火されることになる。
【００４３】
ところで、図３に示すように、吸気弁２を最大リフト位置に保持するために下方に移動されたメインピストン１１及びサブピストン１４は、電磁弁２２ａを開いて圧力室１２内の潤滑油の圧力を排出路２８にリリーフすることで、弁バネ４の力によって上昇されるが、ここで、電磁弁２２ａを開いた直後すなわち吸気弁２の閉弁前期から閉弁中期にかけては、サブピストン１４が下がった状態のままでメインピストン１１のみが上昇する。
【００４４】
何故なら、サブピストン１４のサブピストン本体１４ａの上面の面積がその下面の面積よりも大きいので、圧力室１２内の潤滑油の圧力によってサブピストン１４を押し下げる力の方が、サブピストン１４内部の潤滑油の圧力によってサブピストン１４を押し上げる力よりも大きいからである。よって、サブピストン１４が下がった状態のままでメインピストン１１のみが上昇し、メインピストン１１の受圧面積Ｙ（頂部１１ｂの上面及びメインピストン本体１１ａの上面の頂部１１ｂを除いた部分の面積）に応じた流量Ｙ’の潤滑油が排出路２８から放出される（図６参照）。
【００４５】
その後、メインピストン１１が上昇し、図４に示すようにサブピストン１４と一体となると、以降、かかる一体となったピストン２０全体が弁バネ４の力によって上昇される。ここで、図例では、サブピストン１４の上下移動可能範囲を既述のように約１ｍｍに設定しているので、吸気弁２が完全に閉弁する直前（約１ｍｍ前）である閉弁終期にメインピストン１１がサブピストン１４と一体となり、かかるピストン２０全体が上昇して最終的に吸気弁２が完全に閉弁することになる。このように一体となったピストン２０全体が上昇するとき、かかるピストン２０全体の受圧面積Ｘは、図３に示すメインピストン１１のみが上昇するときの受圧面積Ｙよりも大きく、このピストン２０全体の受圧面積Ｘに応じた流量Ｘ’（流量Ｘ’＞流量Ｙ’）の潤滑油が排出路２８から放出されることになる（図６参照）。
【００４６】
ここで、メインピストン１１のみが上昇するときも、メインピストン１１がサブピストン１４と一体となったピストン２０全体が上昇するときも、圧力室１２内の潤滑油を放出する排出路２８の通路最小面積は変化せずに一定なので、メインピストン１１のみが上昇するときに排出路２８から放出される潤滑油の流量Ｙ’はスムーズに排出路２８から放出されるものの、ピストン２０全体が上昇するときに排出路２８から放出される潤滑油の流量Ｘ’は流量Ｙ’よりも多いため、排出路２８が絞りとして機能してしまい、所定の抵抗を伴って排出路２８から放出される。
【００４７】
この結果、メインピストン１１のみが上昇する吸気弁２の閉弁前期から中期にかけては、圧力室１２内の潤滑油の圧力が速やかに解放されることになって、吸気弁２が弁バネ４の力によって素早く閉弁されるが、メインピストン１１がサブピストン１４と一体となったピストン２０全体が上昇する閉弁終期には、圧力室１２内の潤滑油の圧力が徐々に解放されることになるので、ダンピング効果が生じて吸気弁２の閉弁速度がそれ以前よりも遅くなる。
【００４８】
すなわち、閉弁終期には、圧力室１２内の潤滑油の残存油圧によって油圧ダンパが構成され、吸気弁２を閉弁させるように作用する弁バネ４の力の一部が圧力室１２内の潤滑油の圧力によって打ち消されるので、閉弁速度がそれ以前（閉弁前期から中期）よりも遅くなる。よって、吸気弁２が減速されて弁シートに着座することになり、衝撃が緩和される。
【００４９】
図７に、吸気弁２の閉弁時期をカム３による通常の閉弁時期よりも遅らせたときの低圧縮比時の弁開閉行程図を示す。通常運転時には、電磁弁２２ａの開弁時期を図５（ａ）に示すように制御することで、吸気弁２はカム３のカム山３ａに基づいたベースリフトカーブに従って開閉される。他方、均一予混合運転時には、電磁弁２２ａの開弁時期を図５（ｂ）に示すように遅らせることで、その遅らせ時間Ａに応じて吸気弁２の閉弁開始時期を通常運転時よりも遅らせることができる。
【００５０】
この場合、吸気弁２の閉弁前期から中期には、上述のようにロッカーアーム５の速やかな回動が許容されるので、弁バネ４の力によって吸気弁２は速い速度で閉弁される。そして、吸気弁２が完全に閉弁される直前（約１ｍｍ前）の閉弁終期には、メインピストン１１がサブピストン１４と合体して受圧面積Ｘがそれ以前の受圧面積Ｙよりも増大するので、ロッカーアーム５の回動がダンピングされ、閉弁速度がそれ以前よりも低下する。これにより、吸気弁２が減速されて弁シートに着座し、衝撃が緩和されるのである。
【００５１】
上記動弁制御装置１によれば、吸気弁２の閉弁前期から中期にかけての閉弁速度に影響を与えることなく閉弁終期の吸気弁２の移動にのみダンピングを与えることができる。よって、吸気弁２の閉弁始まりから閉弁完了に至るまでの閉弁期間を図８の従来タイプよりも短くでき、圧縮比の細かな調節が可能となる。また、吸気弁２の閉弁時期をコントロールするアクチュエータ６に二重ピストン構造を設けることでアクチュエータ６自体にダンピング機能を持たせているので、図８の従来タイプと比べると構造が簡単となる。
【００５２】
本発明の実施形態は上述のものに限定されない。
【００５３】
例えば、圧縮比を変化させない通常運転時には、電磁弁２２ａを常に開いておき、メインピストン１１及びサブピストン１４を常にスライドフリーとしてもよい。この場合、吸気弁２は、カム３やロッカーアーム５等からなるカム式動弁機構によって通常のエンジンと同様に開閉されることになる。
【００５４】
また、圧縮比を低下させる均一予混合燃焼運転時には、吸気弁２が最大リフト位置までカム３によって押し下げられるときより第１所定時間前に電磁弁２２ａを閉じておき、カム山３ａの頂点をローラ７が乗り越えてから第２所定時間経過後に電磁弁２２ａを開くようにしてもよい。上記第１所定時間は、電磁弁２２ａを閉じた後に圧力室１２内に常時供給される潤滑油によって次第に高められる圧力室１２内の圧力が、カム３によって最大リフト位置まで押し下げられた吸気弁２を弁バネ４の力に抗してその最大リフト位置に保持するために必要な圧まで高まる時間に設定される。第２所定時間は、吸気弁２の遅閉により低められる圧縮比を通常の圧縮比よりもどの程度低くするかに応じて設定される。
【００５５】
また、圧力室１２に供給される流体は、本実施形態のように潤滑油に限られず、燃料でもよく、特にコモンレール式のディーゼルエンジンでは非常に高い圧力の燃料を圧力室１２内に導くことができるので、弁バネ４に対抗する圧力を容易に得ることができる。
【００５６】
また、吸気弁２と同様にして排気弁を制御するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記動弁制御装置１は、通常運転と均一予混合燃焼運転とを切り替えるディーゼルエンジンへの適用に限られるものではなく、通常のディーゼルエンジンやガソリンエンジン、更にはターボチャージャやスーパーチャージャで過給されたこれらのエンジンに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の好適実施形態に係る内燃機関の動弁機構の概略図である。
【図２】図１の要部であるアクチュエータの拡大図である。
【図３】上記アクチュエータの作動説明図である（閉弁前期〜中期）。
【図４】上記アクチュエータの作動説明図である（閉弁終期）。
【図５】上記アクチュエータの電磁弁の作動説明図である。
【図６】上記アクチュエータのメインピストン、サブピストンによって排油される油排出量を示す説明図である。
【図７】吸気弁の開閉行程図を示す。
【図８】従来例を示す内燃機関の動弁機構の概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 動弁制御装置
２ 機関弁としての吸気弁
３ カム
４ 弁バネ
５ ロッカーアーム
６ アクチュエータ
１１ メインピストン
１１ｘ 頂面
１２ 圧力室
１３ 圧力制御手段
２２ リリーフ弁
２２ａ 電磁弁
２７ 制御部
Ｘ 受圧面積
Ｙ 受圧面積
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の機関弁の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ディーゼルエンジンの排気ガス中の有害成分の低減に関する要求が高まって来ており、上記排気ガス中のＮＯｘ及びスモークを同時に低減することが可能な均一予混合燃焼が研究されている。均一予混合燃焼とは、通常よりも早いタイミング（ピストン上死点よりも所定時期以上早いタイミング）で燃料をシリンダ内に噴射し、シリンダ内にて均一な混合気を生成して同時多発的に燃焼を生じさせるものである。これを実現するためには着火時期のコントロールが重要であり、圧縮比を通常燃焼（拡散燃焼）の場合よりも大幅に低めることが可能なシステムが必要である。
【０００３】
すなわち、均一予混合燃焼においては、早期に噴射された燃料及び空気からなるシリンダ内の混合気がピストンの上昇に伴って次第に圧縮されるが、このとき圧縮比が通常燃焼の場合と同じであると、ピストンが上死点に至る前に着火が発生してしまい、クランク軸にマイナス仕事がなされてしまう事態が考えられる。これを回避するためには、通常燃焼から均一予混合燃焼に切り替えるときには圧縮比を下げ、ピストンが上死点に至る前に上記混合気に着火が生じないようにし、着火時期を上記上死点近傍とすることが必要である。
【０００４】
圧縮比を低める方向に変化させるシステムとして、図８に示すものが知られている（特許文献１参照）。このシステムは、内燃機関の回転に同期して駆動されるカムａによって機関弁ｂを開閉駆動するカム式動弁機構ｃと、開弁した機関弁ｂに係止することによって機関弁ｂを開弁状態に保持するためのアクチュエータｄと、アクチュエータｄの動作を制御することによって機関弁ｂの閉弁タイミングを制御する制御手段（図示せず）とを備えている。
【０００５】
このシステムによれば、アクチュエータｄによって上記動弁機構ｃのロッカーアームｅを押し下げた状態に保持することで機関弁ｂをカムａの位相とは無関係に開弁状態に保持でき、その後アクチュエータｄの駆動力をカットすることで機関弁ｂの閉弁時期をカムａによる通常の閉弁時期よりも遅らせることができるので、実質的に内燃機関の圧縮比を低めることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１０６１７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、上記システムにおいては、アクチュエータｄによってロッカーアームｅを押し下げて機関弁ｂを開弁保持している状態では、カムａの回転に伴ってカムａとロッカーローラｆとの間に隙間が形成されるため、この状態からアクチュエータｄの駆動力をカットすると、弁バネｇの力によって機関弁ｂが勢いよく弁シートｈに着座し、その衝撃が問題となる。
【０００８】
そこで、上記衝撃を緩和するための油圧緩衝機構ｉが設けられている。この油圧緩衝機構ｉによれば、機関弁ｂが最大リフトしている状態から閉弁動作してロッカーアームｅが反時計方向に回動するときには、弁室ｊ及びピストンｋ内の油によってロッカーアームｅの回動が制動されることで、機関弁ｂの閉弁速度が減速されて上記衝撃が緩和され、他方、機関弁ｂが閉弁している状態から開弁動作してロッカーアームｅが時計方向に回動するときには、ロッカーアームｅには上述のような制動が生じないため、速やかな開弁動作がなされる。
【０００９】
しかし、上記油圧緩衝機構ｉにおいては、ロッカーアームｅが反時計方向に回動するときにはロッカーアームｅの回動が常にダンピングされるため、最大リフトした機関弁ｂが閉弁する際に機関弁ｂの閉弁速度が閉弁始まりから閉弁完了に至るまでの全期間に亘って遅くなってしまう。このため、閉弁期間の長期化を招き、圧縮比の細かな調節が困難となる。すなわち、上記衝撃を緩和するには、機関弁ｂの閉弁終期の閉弁速度のみを遅くすれば足りるのであるが、上記油圧緩衝機構ｉにおいては、これは不可能である。
【００１０】
また、上記油圧緩衝機構ｉをカム式動弁機構ｃとは別途設けることは、システム全体の構造の複雑化を招く。
【００１１】
以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、機関弁を閉弁終期のみにダンピングでき、且つ構造が簡単な内燃機関の動弁制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために本発明は、内燃機関の機関弁の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置であって、内燃機関の回転に同期して回転されるカムと、該カムにより駆動され上記機関弁を弁バネに抗して開弁するロッカーアームと、該ロッカーアームを押さえて上記機関弁を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して上記機関弁の閉弁時期を制御するアクチュエータとを備え、該アクチュエータは、上記機関弁の閉弁前期には上記ロッカーアームの速やかな回動を許容すると共に、上記機関弁の閉弁終期には上記ロッカーアームの回動をダンピングするものである。
【００１３】
上記アクチュエータは、上記ロッカーアームに当接しその回動位置を上記機関弁が開弁する位置に保持するためのメインピストンと、該メインピストンの頂面を利用して区画された圧力室と、該圧力室内に流体を供給しその流体圧を保持することで上記メインピストンを上記弁バネの力に抗して押し下げると共に、上記流体圧を解放することで上記メインピストンを上昇させる圧力制御手段と、上記メインピストンの上昇途中にこれと係合して一体となり、上記圧力室の流体に対する受圧面積を上記メインピストンの頂面よりも増大させて上記メインピストンの上昇速度を減速させるサブピストンとを備えたものであってもよい。
【００１４】
上記メインピストン及び上記サブピストンが一体となったときのピストン全体が上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積は、上記メインピストンが上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積よりも大きいものであってもよい。
【００１５】
上記圧力制御手段は、上記圧力室内に作動流体を供給するための逆止弁機能付きの流体導入器と、上記圧力室内の流体の圧力を解放するためのリリーフ弁と、該リリーフ弁の作動時期を制御する制御部とを備えたものであってもよい。
【００１６】
上記内燃機関は、均一予混合燃焼を行うモードを有するディーゼルエンジンであり、上記機関弁の内の吸気弁の閉弁時期を遅らせて圧縮比を下げるようにしたものであってもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る内燃機関の動弁制御装置によれば、機関弁を閉弁終期のみにダンピングできると共に、構造が簡単となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明の好適実施形態を添付図面を用いて説明する。
【００１９】
図１は、本実施形態に係る内燃機関の動弁制御装置１を、通常燃焼（拡散燃焼）モードと均一予混合燃焼モードとが切り替えられるディーゼルエンジンの吸気弁２に適用した例を示す。かかるディーゼルエンジンにおいて、通常燃焼モードから均一予混合燃焼モードに切り替えるときには、既述のように圧縮比を大幅に低くする必要があり、これを達成するために上記動弁制御装置１では、カム３によって開弁された吸気弁２をカム３の位相とは無関係に所望の期間開弁状態に保持し、シリンダ内の混合気の一部を吸気ポートに逆流させることで実質的に圧縮比を低下させている。かかる動弁制御装置１を図１を用いて説明する。
【００２０】
上記動弁制御装置１は、ディーゼルエンジン（請求の範囲の内燃機関に相当）の回転に同期して回転されるカム３と、カム３により駆動され上記ディーゼルエンジンの吸気弁２（請求の範囲の機関弁に相当）を弁バネ４に抗して開弁するロッカーアーム５と、ロッカーアーム５を押さえて吸気弁２を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して吸気弁２の閉弁時期を制御するアクチュエータ６とを備えている。
【００２１】
上記カム３は、図示しないシリンダヘッド等に軸支され、上記ディーゼルエンジンのクランク軸の回転がチェーン、ベルト又はギヤ等を介して伝達されるようになっている。このカム３は、上記吸気弁２を開閉弁させるために所定形状に形成されたカム山３ａを備えている。
【００２２】
上記ロッカーアーム５は、シリンダヘッド等に取り付けられた支持軸５ａを中心として揺動可能となっており、上記支持軸５ａから左方に延出された一端部がローラ７を介して上記カム３に当接され、上記支持軸５ａから右方に延出された他端部が調整部材８を介して吸気弁２の頂部に装着されたブリッジ９に当接されている。調整部材８は、ロッカーアーム５に形成されたネジ穴に上方からねじ込まれ、ナット８ａによって固定される。なお、上記ローラ７をスリッパに代えてもよい。
【００２３】
上記ブリッジ９は、二本の吸気弁２の頂部に装着されており、これら二本の吸気弁２を纏めて動作させるためのものである。各吸気弁２は、弁バネ４によって閉弁方向（図中、上方向）に付勢されており、シリンダ内に突出する弁傘部分が図示しない弁シートに着座するようになっている。そして、上記ブリッジ９が上記弁バネ４に抗して下方に押し下げられると、上記弁傘部分が弁シートから下方に離間して開弁されるようになっている。上記ブリッジ９には、上記吸気弁２の上下動をガイドするためのガイド穴９ａが形成されており、このガイド穴９ａにはシリンダヘッド等に取り付けられたガイドロッド１０が挿入されている。
【００２４】
以上の構成により、カム３の回転に伴ってローラ７がカム山３ａのアップスロープに乗り上がると、ロッカーアーム５が弁バネ４の力に抗して時計方向に回動され始め、ブリッジ９が弁バネ４の力に抗して押し下げられて各吸気弁２が開弁される。そして、ローラ７にカム山３ａの頂点が乗り上がったとき、吸気弁２が最大リフト状態（全開）となり、その後、更にカム３が回転してローラ７がカム山３ａの頂点を乗り越えてダウンスロープに差し掛かると、各吸気弁２が弁バネ４の力によって上昇され、最終的には各吸気弁２が弁シートに着座して閉弁（全閉）される。
【００２５】
さて、上記アクチュエータ６は、本実施形態の特徴となる構成要素であり、図２にも示すように、ロッカーアーム５に当接しその回動位置を吸気弁２の最大リフト位置に保持するためのメインピストン１１と、メインピストン１１の頂面１１ｘを利用して区画された圧力室１２と、圧力室１２内に流体を供給しその流体圧を維持することでメインピストン１１を弁バネ４の力に抗して押し下げた状態に保持すると共に、上記流体圧を解放することでメインピストン１１を上昇させる圧力制御手段１３と、メインピストン１１の上昇途中にこれと係合して一体となり、圧力室１２の流体に対する受圧面積をメインピストン１１の頂面１１ｘよりも増大させてメインピストン１１の上昇速度を減速させるサブピストン（外側ピストン）１４とを備えている。
【００２６】
上記サブピストン１４は、ロッカーアーム５の上方に配置されたハウジング１５内に、所定範囲（図例では１ｍｍ程度：例示であってこの数値に限定されない）でスライド可能に収容されている。詳しくは、サブピストン１４は、円筒の頂部に小穴付きの蓋を装着した形状のサブピストン本体１４ａと、サブピストン本体１４ａの側面に設けられたフランジ１４ｂとを有する。他方、上記ハウジング１５には、上記サブピストン本体１４ａをその軸方向にスライド可能に収容するシリンダ室１６と、上記フランジ１４ｂを上下から挟むように配置されフランジ１４ｂの厚さより上記所定範囲だけ広い間隔が隔てられた上部ストッパ１７及び下部ストッパ１８とが設けられている。
【００２７】
図例では、ハウジング１５の下面にサブピストン本体１４ａがスライド可能に挿入される内径の円穴を形成してこれをシリンダ室１６とし、ハウジング１５の下面にネジ部を介して装着されるキャップ３０の上面に、フランジ１４ｂがスライド可能に挿入される内径の円穴を「フランジ１４ｂの厚さ＋上記所定範囲」に相当する深さ形成し、これをハウジング１５のネジ部１５ａに螺合して固定することで上部ストッパ１７及び下部ストッパ１８を設けている。
【００２８】
サブピストン１４には、その中心沿って上下方向に貫通形成された収容穴１９が設けられており、収容穴１９には、メインピストン１１がスライド可能に収容されている。メインピストン１１は、円柱状のメインピストン本体１１ａと、メインピストン本体１１ａの頂面に設けられメインピストン本体１１ａよりも小さな横断面積の円柱状の頂部１１ｂとから成る。他方、上記収容穴１９は、上記メインピストン本体１１ａがその軸方向にスライド可能に収容される大穴１９ａと、大穴１９ａの上部に繋げて設けられ上記頂部１１ｂが挿抜される小穴１９ｂとから成る。この構成により、図４に示すようにメインピストン１１及びサブピストン１４が一体となったときのピストン２０全体が圧力室１２内の流体に対して作用する受圧面積Ｘは、図３に示すようにサブピストン１４から離脱したメインピストン１１が圧力室１２内の流体に対して作用する受圧面積Ｙよりも大きくなる。
【００２９】
圧力室１２は、シリンダ室１６の上部に形成されることになるが、この圧力室１２には、図１に示すように、逆止弁機能付きの流体導入器２１から作動流体（図例では潤滑油）が供給され、圧力室１２内の潤滑油がリリーフ弁２２によって解放されるようになっている。詳しくは、圧力室１２には、第１圧力路２３が接続されており、第１圧力路２３には、第２圧力路２４を介して作動流体の溜め部２５が接続されていると共に、上記流体導入器２１の導入路２６が接続されている。流体導入器２１には、図示しないオイルポンプで加圧された潤滑油がエンジンの運転中常時供給される。また、第１圧力路２３の上部は、上記リリーフ弁２２としての電磁弁２２ａによって塞がれている。電磁弁２２ａは、電子制御ユニット等の制御部２７からの開指令によって第１圧力路２３と排出路２８とを連通し、制御部２７からの閉指令によって第１圧力路２３と排出路２８とを遮断する。
【００３０】
以下、上記動弁制御装置１を用いてディーゼルエンジンを通常燃焼運転させる場合、すなわち通常の圧縮比でエンジンを運転させる場合を説明する。
【００３１】
図１において、カム３の回転に伴ってロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのアップスロープに乗り上げると、ロッカアーム５が時計方向に回動して吸気弁２を弁バネ４の力に抗して押し下げる。ここで、圧力室１２には常に潤滑油が供給されており、このとき電磁弁２２ａは制御部２７からの指令によって図５（ａ）に示すように閉じられているので、ロッカーアーム５が上述のように時計方向に回動するのに応じてメインピストン１１及びサブピストン１４が圧力室１２内の潤滑油の圧力によって下がる。
【００３２】
その後、カム３の回転が進んでロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａの頂点を乗り越えダウンスロープに差し掛かるとき又は差し掛かる直前に、制御部２７によって電磁弁２２ａを開き、圧力室１２と排出路２８とを連通させ、圧力室１２内の潤滑油の圧力を解放する。すると、メインピストン１１及びサブピストン１４を押し下げる力が消勢するので、カム３の回転に伴ってロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのダウンスロープを下るに応じて、吸気弁２が弁バネ４の力によって閉弁方向（上方）に移動し、ロッカーアーム５が反時計方向に回動し、メインピストン１１及びサブピストン１４が押し上げられ、圧力室１２内の潤滑油が排出路２８から排出される。
【００３３】
メインピストン１１及びサブピストン１４が上昇しきったとき、すなわちロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのダウンスロープを下りきって吸気弁２が完全に閉弁されたとき、制御部２７により電磁弁２２ａが閉じられる。これにより、圧力室１２内の潤滑油の圧力が次第に高まってメインピストン１１及びサブピストン１４を押し下げる方向の力が生じるのであるが、この力は、このとき反時計方向に回動して閉弁姿勢となっているロッカーアーム５を弁バネ４の力に逆らって時計方向に回動させる程大きくはない。よって、上述のようにして閉弁された吸気弁２が開弁されることにはならない。
【００３４】
以上説明したような図５（ａ）に示すタイミングで電磁弁２２ａの開閉制御を繰り返すことで、通常の圧縮比での運転すなわち通常燃焼による運転が可能となる。ここで、制御部２７から電磁弁２２ａへ送信される電磁弁２２ａの開／閉指令のタイミングは、クランク軸やカム３の角度に基づいて定められる。すなわち、クランク軸及び／又はカム３の角度を常時検出しておき、その検出値を制御部２７に予め記憶されたマップ等に当てはめることで、電磁弁２２ａの開／閉指令のタイミングが定められる。
【００３５】
なお、通常燃焼の運転時には、エンジンのピストンの上死点近傍で燃料が燃焼室内に噴射され、上死点近傍で着火されることは勿論である。
【００３６】
次に、ディーゼルエンジンを均一予混合燃焼運転させる場合、すなわち通常燃焼させるときよりも低い圧縮比でエンジンを運転させる場合を説明する。
【００３７】
この場合も、カム３の回転に伴って、ロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａのアップスロープに乗り上がると、ロッカアーム５が時計方向に回動され、吸気弁２が弁バネ４の力に抗して押し下げられ、最終的にはカム山３ａの頂部で吸気弁２が最大リフト位置まで押し下げられることになる。かかる動作までは上述した通常運転時と同様であるが、その後、図５（ｂ）に示すように、吸気弁２が最大リフト位置まで押し下げられた以降も、電磁弁２２ａを制御部２７によって閉じておく。
【００３８】
これにより、圧力室１２内の潤滑油が排出路２８から排出されることが引き続き禁止されるため、ロッカーアーム５のローラ７がカム山３ａの頂点を超えてダウンスロープに差し掛かっても、メインピストン１１及びサブピストン１４が下方に押し下げられた状態に保持される。すなわち、このとき圧力室１２内の潤滑油の圧力によってメインピストン１１及びサブピストン１４を下方に押し下げる力は、時計方向に回動して開弁姿勢となっているロッカーアーム５を、弁バネ４の力に対抗してその姿勢に保持できる力となっている。
【００３９】
この結果、カム３の位相とは無関係にロッカーアーム５が時計方向に回動した開弁姿勢に保持され、吸気弁２が最大リフト位置に押し下げられた状態に保持される。これにより、エンジンのシリンダ内の混合気の一部が吸気ポートに逆流し、実質的な圧縮比が低下する。
【００４０】
その後、目標の圧縮比に低下するまで吸気弁２を最大リフト状態に保持したなら、電磁弁２２ａを制御部２７によって開き、圧力室１２内の潤滑油の圧力を排出路２８にリリーフする。これにより、圧力室１２内の潤滑油の圧力が低下し、メインピストン１１及びサブピストン１４を押し下げる力が、時計方向に回動した開弁姿勢のロッカーアーム５を反時計方向に回動させる弁バネ４の力より小さくなり、吸気弁２が上昇して閉弁され、上記逆流が終了する。すなわち、図５（ｂ）に示す期間Ａを任意に調節することで、圧縮比を連続的に可変できる。
【００４１】
電磁弁２２ａの開弁時期は、均一予混合燃焼時の圧縮比を通常燃焼時の圧縮比に対してどの程度低下させるかによって変わる。すなわち、クランク軸及び／又はカム３の角度を常時検出しておき、その検出値を制御部２７に予め記憶されたマップ等に当てはめることで、電磁弁２２ａの開弁時期が定められる。
【００４２】
なお、均一予混合燃焼時には、通常燃焼時よりも早いタイミングで燃料がエンジンのシリンダ内に噴射され、シリンダ内にて吸入空気と混じり合うことで生成された均一な混合気がピストンの上死点近傍にて着火されることになる。
【００４３】
ところで、図３に示すように、吸気弁２を最大リフト位置に保持するために下方に移動されたメインピストン１１及びサブピストン１４は、電磁弁２２ａを開いて圧力室１２内の潤滑油の圧力を排出路２８にリリーフすることで、弁バネ４の力によって上昇されるが、ここで、電磁弁２２ａを開いた直後すなわち吸気弁２の閉弁前期から閉弁中期にかけては、サブピストン１４が下がった状態のままでメインピストン１１のみが上昇する。
【００４４】
何故なら、サブピストン１４のサブピストン本体１４ａの上面の面積がその下面の面積よりも大きいので、圧力室１２内の潤滑油の圧力によってサブピストン１４を押し下げる力の方が、サブピストン１４内部の潤滑油の圧力によってサブピストン１４を押し上げる力よりも大きいからである。よって、サブピストン１４が下がった状態のままでメインピストン１１のみが上昇し、メインピストン１１の受圧面積Ｙ（頂部１１ｂの上面及びメインピストン本体１１ａの上面の頂部１１ｂを除いた部分の面積）に応じた流量Ｙ’の潤滑油が排出路２８から放出される（図６参照）。
【００４５】
その後、メインピストン１１が上昇し、図４に示すようにサブピストン１４と一体となると、以降、かかる一体となったピストン２０全体が弁バネ４の力によって上昇される。ここで、図例では、サブピストン１４の上下移動可能範囲を既述のように約１ｍｍに設定しているので、吸気弁２が完全に閉弁する直前（約１ｍｍ前）である閉弁終期にメインピストン１１がサブピストン１４と一体となり、かかるピストン２０全体が上昇して最終的に吸気弁２が完全に閉弁することになる。このように一体となったピストン２０全体が上昇するとき、かかるピストン２０全体の受圧面積Ｘは、図３に示すメインピストン１１のみが上昇するときの受圧面積Ｙよりも大きく、このピストン２０全体の受圧面積Ｘに応じた流量Ｘ’（流量Ｘ’＞流量Ｙ’）の潤滑油が排出路２８から放出されることになる（図６参照）。
【００４６】
ここで、メインピストン１１のみが上昇するときも、メインピストン１１がサブピストン１４と一体となったピストン２０全体が上昇するときも、圧力室１２内の潤滑油を放出する排出路２８の通路最小面積は変化せずに一定なので、メインピストン１１のみが上昇するときに排出路２８から放出される潤滑油の流量Ｙ’はスムーズに排出路２８から放出されるものの、ピストン２０全体が上昇するときに排出路２８から放出される潤滑油の流量Ｘ’は流量Ｙ’よりも多いため、排出路２８が絞りとして機能してしまい、所定の抵抗を伴って排出路２８から放出される。
【００４７】
この結果、メインピストン１１のみが上昇する吸気弁２の閉弁前期から中期にかけては、圧力室１２内の潤滑油の圧力が速やかに解放されることになって、吸気弁２が弁バネ４の力によって素早く閉弁されるが、メインピストン１１がサブピストン１４と一体となったピストン２０全体が上昇する閉弁終期には、圧力室１２内の潤滑油の圧力が徐々に解放されることになるので、ダンピング効果が生じて吸気弁２の閉弁速度がそれ以前よりも遅くなる。
【００４８】
すなわち、閉弁終期には、圧力室１２内の潤滑油の残存油圧によって油圧ダンパが構成され、吸気弁２を閉弁させるように作用する弁バネ４の力の一部が圧力室１２内の潤滑油の圧力によって打ち消されるので、閉弁速度がそれ以前（閉弁前期から中期）よりも遅くなる。よって、吸気弁２が減速されて弁シートに着座することになり、衝撃が緩和される。
【００４９】
図７に、吸気弁２の閉弁時期をカム３による通常の閉弁時期よりも遅らせたときの低圧縮比時の弁開閉行程図を示す。通常運転時には、電磁弁２２ａの開弁時期を図５（ａ）に示すように制御することで、吸気弁２はカム３のカム山３ａに基づいたベースリフトカーブに従って開閉される。他方、均一予混合運転時には、電磁弁２２ａの開弁時期を図５（ｂ）に示すように遅らせることで、その遅らせ時間Ａに応じて吸気弁２の閉弁開始時期を通常運転時よりも遅らせることができる。
【００５０】
この場合、吸気弁２の閉弁前期から中期には、上述のようにロッカーアーム５の速やかな回動が許容されるので、弁バネ４の力によって吸気弁２は速い速度で閉弁される。そして、吸気弁２が完全に閉弁される直前（約１ｍｍ前）の閉弁終期には、メインピストン１１がサブピストン１４と合体して受圧面積Ｘがそれ以前の受圧面積Ｙよりも増大するので、ロッカーアーム５の回動がダンピングされ、閉弁速度がそれ以前よりも低下する。これにより、吸気弁２が減速されて弁シートに着座し、衝撃が緩和されるのである。
【００５１】
上記動弁制御装置１によれば、吸気弁２の閉弁前期から中期にかけての閉弁速度に影響を与えることなく閉弁終期の吸気弁２の移動にのみダンピングを与えることができる。よって、吸気弁２の閉弁始まりから閉弁完了に至るまでの閉弁期間を図８の従来タイプよりも短くでき、圧縮比の細かな調節が可能となる。また、吸気弁２の閉弁時期をコントロールするアクチュエータ６に二重ピストン構造を設けることでアクチュエータ６自体にダンピング機能を持たせているので、図８の従来タイプと比べると構造が簡単となる。
【００５２】
本発明の実施形態は上述のものに限定されない。
【００５３】
例えば、圧縮比を変化させない通常運転時には、電磁弁２２ａを常に開いておき、メインピストン１１及びサブピストン１４を常にスライドフリーとしてもよい。この場合、吸気弁２は、カム３やロッカーアーム５等からなるカム式動弁機構によって通常のエンジンと同様に開閉されることになる。
【００５４】
また、圧縮比を低下させる均一予混合燃焼運転時には、吸気弁２が最大リフト位置までカム３によって押し下げられるときより第１所定時間前に電磁弁２２ａを閉じておき、カム山３ａの頂点をローラ７が乗り越えてから第２所定時間経過後に電磁弁２２ａを開くようにしてもよい。上記第１所定時間は、電磁弁２２ａを閉じた後に圧力室１２内に常時供給される潤滑油によって次第に高められる圧力室１２内の圧力が、カム３によって最大リフト位置まで押し下げられた吸気弁２を弁バネ４の力に抗してその最大リフト位置に保持するために必要な圧まで高まる時間に設定される。第２所定時間は、吸気弁２の遅閉により低められる圧縮比を通常の圧縮比よりもどの程度低くするかに応じて設定される。
【００５５】
また、圧力室１２に供給される流体は、本実施形態のように潤滑油に限られず、燃料でもよく、特にコモンレール式のディーゼルエンジンでは非常に高い圧力の燃料を圧力室１２内に導くことができるので、弁バネ４に対抗する圧力を容易に得ることができる。
【００５６】
また、吸気弁２と同様にして排気弁を制御するようにしてもよい。
【００５７】
また、上記動弁制御装置１は、通常運転と均一予混合燃焼運転とを切り替えるディーゼルエンジンへの適用に限られるものではなく、通常のディーゼルエンジンやガソリンエンジン、更にはターボチャージャやスーパーチャージャで過給されたこれらのエンジンに適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の好適実施形態に係る内燃機関の動弁機構の概略図である。
【図２】図１の要部であるアクチュエータの拡大図である。
【図３】上記アクチュエータの作動説明図である（閉弁前期〜中期）。
【図４】上記アクチュエータの作動説明図である（閉弁終期）。
【図５】上記アクチュエータの電磁弁の作動説明図である。
【図６】上記アクチュエータのメインピストン、サブピストンによって排油される油排出量を示す説明図である。
【図７】吸気弁の開閉行程図を示す。
【図８】従来例を示す内燃機関の動弁機構の概略図である。
【符号の説明】
【００５９】
１ 動弁制御装置
２ 機関弁としての吸気弁
３ カム
４ 弁バネ
５ ロッカーアーム
６ アクチュエータ
１１ メインピストン
１１ｘ 頂面
１２ 圧力室
１３ 圧力制御手段
２２ リリーフ弁
２２ａ 電磁弁
２７ 制御部
Ｘ 受圧面積
Ｙ 受圧面積
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の機関弁の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置であって、
内燃機関の回転に同期して回転されるカムと、該カムにより駆動され上記機関弁を弁バネに抗して開弁するロッカーアームと、該ロッカーアームを押さえて上記機関弁を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して上記機関弁の閉弁時期を制御するアクチュエータとを備え、
該アクチュエータは、上記機関弁の閉弁前期には上記ロッカーアームの速やかな回動を許容すると共に、上記機関弁の閉弁終期には上記ロッカーアームの回動をダンピングするものであることを特徴とする内燃機関の動弁制御装置。
【請求項２】
上記アクチュエータは、上記ロッカーアームに当接しその回動位置を上記機関弁が開弁する位置に保持するためのメインピストンと、該メインピストンの頂面を利用して区画された圧力室と、該圧力室内に流体を供給しその流体圧を保持することで上記メインピストンを上記弁バネの力に抗して押し下げると共に、上記流体圧を解放することで上記メインピストンを上昇させる圧力制御手段と、上記メインピストンの上昇途中にこれと係合して一体となり、上記圧力室の流体に対する受圧面積を上記メインピストンの頂面よりも増大させて上記メインピストンの上昇速度を減速させるサブピストンとを備えた請求項１記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項３】
上記メインピストン及び上記サブピストンが一体となったときのピストン全体が上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積は、上記メインピストンが上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積よりも大きい請求項２記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項４】
上記圧力制御手段は、上記圧力室内に作動流体を供給するための逆止弁機能付きの流体導入器と、上記圧力室内の流体の圧力を解放するためのリリーフ弁と、該リリーフ弁の作動時期を制御する制御部とを備えた請求項２又は３記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項５】
上記内燃機関は、均一予混合燃焼を行うモードを有するディーゼルエンジンであり、上記機関弁の内の吸気弁の閉弁時期を遅らせて圧縮比を下げるようにした請求項１〜４いずれかに記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項１】
内燃機関の機関弁の閉弁時期を制御することで圧縮比を変化させる動弁制御装置であって、
内燃機関の回転に同期して回転されるカムと、該カムにより駆動され上記機関弁を弁バネに抗して開弁するロッカーアームと、該ロッカーアームを押さえて上記機関弁を開弁状態に保持すると共にこの押力を消勢して上記機関弁の閉弁時期を制御するアクチュエータとを備え、
該アクチュエータは、上記機関弁の閉弁前期には上記ロッカーアームの速やかな回動を許容すると共に、上記機関弁の閉弁終期には上記ロッカーアームの回動をダンピングするものであることを特徴とする内燃機関の動弁制御装置。
【請求項２】
上記アクチュエータは、上記ロッカーアームに当接しその回動位置を上記機関弁が開弁する位置に保持するためのメインピストンと、該メインピストンの頂面を利用して区画された圧力室と、該圧力室内に流体を供給しその流体圧を保持することで上記メインピストンを上記弁バネの力に抗して押し下げると共に、上記流体圧を解放することで上記メインピストンを上昇させる圧力制御手段と、上記メインピストンの上昇途中にこれと係合して一体となり、上記圧力室の流体に対する受圧面積を上記メインピストンの頂面よりも増大させて上記メインピストンの上昇速度を減速させるサブピストンとを備えた請求項１記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項３】
上記メインピストン及び上記サブピストンが一体となったときのピストン全体が上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積は、上記メインピストンが上記圧力室内の流体に対して作用する受圧面積よりも大きい請求項２記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項４】
上記圧力制御手段は、上記圧力室内に作動流体を供給するための逆止弁機能付きの流体導入器と、上記圧力室内の流体の圧力を解放するためのリリーフ弁と、該リリーフ弁の作動時期を制御する制御部とを備えた請求項２又は３記載の内燃機関の動弁制御装置。
【請求項５】
上記内燃機関は、均一予混合燃焼を行うモードを有するディーゼルエンジンであり、上記機関弁の内の吸気弁の閉弁時期を遅らせて圧縮比を下げるようにした請求項１〜４いずれかに記載の内燃機関の動弁制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００６−１５２９４３（Ｐ２００６−１５２９４３Ａ）
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３４５５８０（Ｐ２００４−３４５５８０）
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月１５日（２００６．６．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１１月３０日（２００４．１１．３０）
【出願人】（００００００１７０）いすゞ自動車株式会社 (1,721)
【Ｆターム（参考）】
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