JP2009041520A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】低コストでブレーキ機能を追加できると共に、可変動弁機構のタイミング制御によりブレーキ力を制御することができ、制動初期の急激な減速を抑制する。
【解決手段】吸気弁２又は排気弁３をなすバルブに連結されたピストン１０，１１及びピストンが挿入されるピストン挿入孔１２，１３から構成される制御室１４，１５と、制御室の作動油の導入排出を制御することで、バルブの閉弁時期を変更する制御部１６とを備えた可変動弁機構４を有し、制御部１６は、一の気筒の吸気弁側制御室１４の作動油の排出タイミングを制御して他の一の気筒の排気弁側制御室１５の作動油の導入タイミングを任意に変更することにより、圧縮圧開放型エンジンブレーキの制動力を得るための排気弁３のリフトタイミングを可変にする。
【選択図】図１

Description

本発明は、可変動弁機構の作動油の油圧を利用して圧縮圧開放型エンジンブレーキを成立させた新規なエンジンに関するものである。

トラックなどの大型車両では、車両重量が大きい上に積載加重が加わるため、常用ブレーキ装置にかかる負担が大きくなり、下り坂などでブレーキを掛ける頻度が多い場合には、エンジンブレーキを併用することが行われている。しかしながら、積載加重が大きい場合や坂道が急勾配であるような場合には、十分なエンジンブレーキの効果が得られないことがある。

そこで、エンジンの圧縮上死点付近で排気弁を強制的に開作動させて圧縮圧力を開放することにより次の膨張行程でのピストンを押し下げる力の発生を少なくして圧縮行程で得た制動力を有効に作用させるようにした圧縮圧開放型エンジンブレーキを補助的に装備することが行われている（特許文献１参照）。なお、上記エンジンは、気筒内に導入される吸気の吸気圧（過給圧）を高めるための過給機を備えている。

特開２００１−９８９１３号公報

しかしながら、上記圧縮圧開放型エンジンブレーキにおいては、排気弁の開放時期がカム山の位相に律則されるため、得られる制動力は主に過給圧によって決定されることとなる。この結果、制動初期の制動トルクが最も高くなり、車両に急激な減速が生じる結果、荷崩れを起こすなどの問題が生じることがある。

また、上記圧縮圧開放型エンジンブレーキにおいては、カムシャフトにブレーキ専用カムを増設し、該専用カムによりローラタペットを介して従動し且つ吸気下死点付近及び圧縮上死点付近で作動するマスターピストンと、該マスターピストンに対し油通路を介して接続され且つ該油通路に上記マスターピストンの作動により油圧が発生した際に排気弁を開作動するスレーブピストンと、上記油通路の油圧の保持開放を切替える作動油供給手段としてのソレノイドバルブ及びコントロールバルブとを備える必要があり、構造が複雑で、製造コストの増大を余儀なくされる。

そこで、本発明は、上述した従来の技術が有する課題を解消すべくなされたものであり、本発明者らが先に発明した可変動弁機構（可変動弁駆動装置、特願２００６−１３５０００２号、未公開）に着目し、その可変動弁機構を利用して圧縮圧開放型ブレーキの制動力を得るようにしたものである。本発明の目的は、非常に低コストでブレーキ機能を追加することができると共に可変動弁機構のタイミング制御により制動力を制御することができ、制動初期の急激な減速を抑制することができるエンジンを提供することにある。

本発明のうち、請求項１に係る発明は、複数の気筒を有するエンジンの吸気弁又は排気弁をなすバルブと、該バルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、該スプリングの付勢力に抗して上記バルブを開弁方向に押圧するカムと、上記バルブに連結されたピストン及び該ピストンが挿入されるピストン挿入孔から構成される制御室と、該制御室の作動油の導入排出を制御することで、上記バルブの閉弁時期を変更する制御部とを備えた可変動弁機構を有するエンジンにおいて、
一の気筒の吸気弁に連結された上記制御室より排出される上記作動油を該一の気筒の吸気弁が閉まる時に圧縮行程から膨張行程となる他の一の気筒の排気弁に連結された上記制御室に導入する連通油路を設け、
上記制御部は、上記一の気筒の吸気弁側制御室の作動油の排出タイミングを制御して上記他の一の気筒の排気弁側制御室の作動油の導入タイミングを任意に変更することにより、圧縮圧開放型エンジンブレーキの制動力を得るための排気弁のリフトタイミングを可変にすることを特徴とするエンジンである。

請求項２に係る発明は、請求項１記載のエンジンにおいて、上記吸気弁側制御室には作動油タンクから作動油を逆止弁を介して導入する導入油路が接続され、上記排気弁側制御室には上記作動油タンクに作動油を排出する排出油路が接続され、上記連通油路には第１の開閉切替弁が設けられ、上記排出油路には第２の開閉切替弁が設けられていることを特徴とするエンジンである。

請求項３に係る発明は、請求項１記載のエンジンにおいて、上記吸気弁を有する吸気ポートを通して気筒内に導入される吸気の吸気圧を高めるための過給機を備えたことを特徴とするエンジンである。

本発明（請求項１に係る発明）によれば、非常に低コストでブレーキ機能を追加することができると共に可変動弁機構のタイミング制御により圧縮圧開放型エンジンブレーキの制動力を制御することができ、制動初期の急激な減速を抑制することができる。

以下に、本発明を実施するための最良の形態を添付図面に基いて詳述する。図１は本発明の実施の形態であるエンジンを概略的に示す図、図２は同エンジンの圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動状態を示す図である。

図１ないし図２において、１は複数の気筒を有するエンジン例えばディーゼルエンジンである。各気筒には、吸気弁２と排気弁３が設けられている。図示例では、１つの気筒に対して２つの吸気弁２と１つの排気弁３が設けられた３バルブエンジンが示されている。また、図示例では、ある一の気筒の吸気弁２と、該一の気筒の吸気弁２が閉まる時に圧縮行程から膨張行程となる他の一の気筒の排気弁３とが示されている。

上記エンジン１は、可変動弁機構４を有している。この可変動弁機構４は、吸気弁２又は排気弁３をなすバルブと、該バルブ２，３を閉弁方向に付勢するスプリング５，６と、該スプリング５，６の付勢力に抗して上記バルブ２，３を開弁方向に押圧するカム７，８と、上記バルブ２，３に連結されたピストン（プランジャ）１０，１１及び該ピストン１０，１１が挿入されるピストン挿入孔（シンリダ）１２，１３から構成される制御室（圧力室）１４，１５と、該制御室１４，１５の作動油の導入排出を制御することで、上記バルブ２，３の閉弁時期を変更する制御部１６とを備えている。

バルブ２，３は、そのバルブステム２ａ，３ａにてシリンダヘッド１７に昇降自在に支持されている。バルブ２，３には、リテーナ（バルブリテーナ）２ｂ，３ｂが取付けられており、リテーナ２ｂ，３ｂとシリンダヘッド１７との間に、スプリング５，６が圧縮状態に配設されている。

２つの吸気弁２，２の上端部には、両者に跨るように略Ｔ字状のブリッジ（バルブブリッジ）１８が取付けられ、該ブリッジ１８の上部にロッカーアーム２０が当接されるようになっている。上記ブリッジ１８は、シリンダヘッド１７に固着されたガイドピン１９に昇降自在に支持されている。排気弁３の上端部には、ロッカーアーム２１が当接されるようになっている。上記カム７，８は、ロッカーアーム２０，２１を介してバルブ２，３を押圧するようになっている。つまり、バルブ２，３は、ロッカーアーム２０，２１を介してカム７，８により押圧されるようになっている。上記ブリッジ１８の上部と、上記排気弁３の上端部には、ロッカーアーム２０，２１が挿通される開口が形成された門型の補助部材２２，２３が取付けられ、該補助部材２２，２３の上部に上記ピストン１０，１１が取付けられている。

上記ピストン挿入孔１２，１３は、例えば上記シリンダヘッド１７に固着された図示しないハウジングに形成されている。制御室１４，１５は、ピストン挿入孔１２，１３と、該ピストンス挿入孔１２，１３に挿入されたピストン１０，１１の上面とにより区画形成されている。制御室１４，１５は、ロッカーアーム２０，２１がバルブ又はブリッジを押圧する押圧点に対してバルブと反対側に配設されている。また、制御室１４，１５は、バルブ又はブリッジの軸線の延長上に配設されている。

上記可変動弁機構４は、制御室１４，１５の作動油の導入排出を制御することで、バルブ２，３の閉弁時期を変更する（ロッカーアームによる閉弁時期よりも遅らせる）ための油圧ライン２４及びこれを制御する制御部１６を備えている。上記油圧ライン２４は、作動油タンク２５から逆止弁２６を介して作動油を上記制御室（圧力室）１４又は１５に導入する導入油路２７と、上記制御室１４又は１５に導入された作動油を開閉切替弁３０，３１を介して上記作動油タンク２５に排出する（戻す）排出油路２８とを備えている。なお、従来のエンジンにおいては、吸気弁２及び排気弁３の双方の閉弁時期を遅らせる場合、吸気弁及び排気弁のそれぞれに油圧ラインが設けられていた。

これに対して、本実施の形態では、一の気筒の吸気弁２に連結された上記制御室１４より排出される上記作動油を該一の気筒の吸気弁２が閉まる時に圧縮行程から膨張行程となる他の一の気筒の排気弁３に連結された上記制御室１５に導入する連通油路３２を設け、上記制御部１６は、上記一の気筒の吸気弁側制御室１４の作動油の排出タイミングを制御して上記他の一の気筒の排気弁側制御室１５の作動油の導入タイミングを任意に変更することにより、圧縮圧開放型エンジンブレーキの制動力を得るための排気弁３のリフトタイミングを可変にするように構成されている。

図５は直列６気筒エンジンにおける圧縮圧開放型ブレーキの動作概念図である。図５に示すように、例えば直列６気筒エンジンの場合、着火順序が第１気筒、第５気筒、第３気筒、第６気筒、第２気筒、第４気筒の順であるが、第５気筒の吸気弁２の制御室１４から排出される作動油が第１気筒の排気弁３の制御室１５に導入され、第３気筒の吸気弁２の制御室１４から排出される作動油が第５気筒の排気弁３の制御室１５に導入され、第６気筒の吸気弁２の制御室１４から排出される作動油が第３気筒の排気弁３の制御室１５に導入されるというように、順次導入されるようになっている。

このように着火順序で当該気筒（第１気筒）の直後の気筒（第５気筒）における吸気弁２の制御室１４から排出される作動油を、矢印Ａで示すように上記連通油路３２を介して当該気筒（第１気筒）の排気弁３の制御室１５に導入することにより、当該気筒（第１気筒）の排気弁３を開弁させる。この時の排気弁３のバルブリフト３３を示すと図５に示すとおりである。この場合、可変動弁機構のように吸気弁２及び排気弁３のそれぞれに油圧ラインが設けられているのではない。上記吸気弁側制御室１４には作動油タンク２５から作動油を逆止弁２６を介して導入する導入油路２７が接続され、上記排気弁側制御室１５には上記作動油タンク２５に作動油を排出する排出油路２８が接続され、上記連通油路３２には第１の開閉切替弁３０が設けられ、上記排出油路２８には第２の開閉切替弁３１が設けられている。これら第１の開閉切替弁３０及び第２の開閉切替弁３１は、ソレノイドバルブからなっており、これらが制御部１６により制御されるようになっている。なお、上記エンジン１は、上記吸気弁２を有する吸気ポートを通して気筒内に導入される吸気の吸気圧（過給圧）を高めるための図示しない過給機を備えている。

図３は吸気弁に連結された圧力室の圧力とバルブリフト量の関係を示すグラフであり、図４は排気弁に連結された圧力室の圧力とバルブリフト量の関係を示すグラフである。カム７から外れて遅れ閉じ動作を行っている際に、制御室１４の圧力がバルブスプリング５と平衡状態を保つため、約２０ＭＰａ程度の高圧となっている。第１の開閉弁３０を開弁する（閉弁位置から開弁位置に切替える）と、制御室１４の圧力が降下し、これにより吸気弁２が閉弁する。

この時、制御室１４から開放された圧力が連通油路３２を通って排気弁３の制御室１５に導入され、これによりピストン１１が押され、排気弁３が開弁する。なお、圧縮圧開放動作は、圧縮上死点近傍で排気弁２１を開放する必要があり、その際の筒内圧力は過給圧の低い場合、約５ＭＰであり、排気弁３のシート径を考慮すると、開弁には約３６０ｋｇｆ程度の推力が必要となる。従って、ピストン１１は、比較的大径である必要がある。

なお、この図に示した例では、気筒内圧力を常に５ＭＰａとした場合であるが、実際には排気弁が開弁すると気筒内圧力が低下するため、実際のバルブリフト量は更に高くなる。従来の圧縮開放型ブレーキでは、約２〜４ｍｍ程度のリフト量で十分なブレーキ力が得られていることから、本実施形態のリフト量で十分なブレーキ力が得られる。

本実施形態のエンジン１は、可変動弁機構４で吸気弁２の閉弁時期を制御できることを特徴としており、これはすなわち、制御室１４からの圧力開放タイミングを制御できることに他ならない。これにより圧縮圧を開放するタイミングを制御することが可能となる。ここで圧縮圧開放タイミングを変化させた場合のＰＶ線図を示すと図６に示すとおりである。ここで、横軸の体積比は、上死点での筒内の体積に対する時々刻々と変わる筒内の体積の比を示している。この面積が仕事（負の仕事）となり、従って、上死点側で排気弁３を開弁するほど制動トルクが高くなり、一方、下死点側で開弁した場合には制動トルクは低くなる。従って、排気弁３の開放（開弁）タイミングを制御することにより、制動トルクを任意に制御することが可能となる。これにより、急激な制動トルクの発生を抑制し、荷崩れの防止やタイヤのロックによるスリップの防止などに有効となる。

可変動弁機構４に、連通油路３２や開閉切替弁３０，３１などを加えるだけで、圧縮圧開放ブレーキ動作が可能となり、トータルでの低コスト化が可能となる。加えて可変動弁機構本来のタイミング制御機能を利用することで、ブレーキ力を制御することが可能となり、急激な制動トルクの発生を抑制し、荷崩れの防止、タイヤのロック・スリップ防止に有効である。

次に、上記構成のエンジン１の作動を説明する。エンジン１の吸気弁２は、カム７によりスプリング５の付勢力に抗して開弁方向に押圧され、カム７のカムプロファイル（カム山の形状）に従って開弁される。この時、吸気弁２に連結されたピストン１０も、吸気弁２の開弁方向に移動される。第１の開閉切替弁３０が閉弁されていると共に、ピストン１０が吸気弁２の開弁方向に移動されるため、制御室１４の圧力が負圧となり、逆止弁２６が自ずと開弁される。これにより、ピストン１０の移動に伴い、作動油タンク２５の作動油が導入油路２７を通して制御室１４に導入（吸引）される。

吸気弁２をカム７のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させる場合（遅閉じ動作を行う場合）には、カム７がピーク位置を過ぎて閉弁側に移行した際に第１の開閉切替弁３０が閉弁したままである。カム７がピーク位置を過ぎると、吸気弁２がスプリング５の付勢力によって閉弁方向に移動される。この時、ピストン１０も吸気弁２の閉弁方向に移動される。第１の開閉切替弁３０が閉弁されていると共に、ピストン１０が吸気弁２の閉弁方向に移動されるため、ピストン１０により制御室１４に導入された作動油が圧縮され、制御室１４の圧力が正圧となり、逆止弁２６が自ずと閉弁される。吸気弁２の閉弁時に制御室１４が密閉されるため、制御室１４に導入された作動油の排出が規制され、制御室１４に作動油が保持される。

ピストン１０が吸気弁２の閉弁方向に更に移動され、スプリング５の付勢力と制御室１４の圧力とが平衡した状態に達する結果、吸気弁２を開弁状態に保持することが可能となる。そして、任意のタイミングで図２に示すように第１の開閉切替弁３０を開弁すると、スプリング５の付勢力により吸気弁２及びピストン１０が閉弁方向（上方向）に移動されるため、ピストン１０により制御室１４の作動油が連通油路３２を圧縮行程から膨張行程にある気筒の排気弁３に連結された制御室１５に導入される。このようにすることで、吸気弁２をカム７のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させることができ、例えばミラーサイクル化又は予混合燃焼における燃料の着火時期の制御が可能となる。

一方、上記吸気弁２の制御室１４から第１の開閉切替弁３０及び連通油路３２を介して作動油が、圧縮行程から膨張行程となる他の一の気筒の排気弁３の制御室１５に導入され、この時、該制御室１５の排出油路２８にある第２の開閉切替弁３１が閉弁されていることにより、上記制御室１５に導入される作動油の圧力がピストン１１の端面に加わり、これをスプリング６の付勢力に抗して押し下げ、これにより排気弁３が開弁される。すなわち、圧縮行程から膨張行程にある気筒の排気弁３が圧縮上死点付近で強制的に開作動して圧縮圧力を開放することにより次の膨張行程における気筒のピストンを押し下げる力の発生を少なくして圧縮行程で得た制動力を有効に作用させる圧縮開放型エンジンブレーキの制動力が得られる。この場合、上記第１の開閉切替弁３０により上記排気弁３の開弁タイミングを任意に制御することができるので、圧縮圧開放型エンジンブレーキの制動力を任意に制御することができ、制動初期の急激な減速を抑制することができる。

上記排気弁３は、第２の開閉切替弁３１を閉弁位置から開弁位置に切替えことにより、スプリング６の付勢力で閉弁させることができる。なお、上記排気弁３は、上記吸気弁２と同様、カム８のカムプロファイルに応じた閉弁時期よりも遅く閉弁させることが可能である。この場合、上記連通油路３２には逆止弁が設けられていることが好ましい。

以上、本発明の実施の形態を図面により詳述してきたが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の設計変更が可能である。例えば、本発明が適用されるエンジンとしては、ディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンであってもよい。

本発明の実施の形態であるエンジンを概略的に示す図である。 同エンジンの圧縮圧開放型エンジンブレーキの作動状態を示す図である。 吸気弁に連結された圧力室の圧力とバルブリフト量の関係を示すグラフである。 排気弁に連結された圧力室の圧力とバルブリフト量の関係を示すグラフである。 直列６気筒エンジンにおける圧縮圧開放型ブレーキの動作概念図である。 圧縮圧開放タイミングを変化させた場合のＰＶ線図である。

符号の説明

１ エンジン
２ 吸気弁
３ 排気弁
５，６ スプリング
７，８ カム
１０，１１ ピストン
１２，１３ ピストン挿入孔
１４，１５ 制御室
１６ 制御部
２４ 油圧ライン
２５ 作動油タンク
２６ 逆止弁
２７ 導入油路
２８ 排出油路
３０ 第１の開閉切替弁
３１ 第２の開閉切替弁
３２ 連通油路

Claims (3)

1. 複数の気筒を有するエンジンの吸気弁又は排気弁をなすバルブと、該バルブを閉弁方向に付勢するスプリングと、該スプリングの付勢力に抗して上記バルブを開弁方向に押圧するカムと、上記バルブに連結されたピストン及び該ピストンが挿入されるピストン挿入孔から構成される制御室と、該制御室の作動油の導入排出を制御することで、上記バルブの閉弁時期を変更する制御部とを備えた可変動弁機構を有するエンジンにおいて、
   一の気筒の吸気弁に連結された上記制御室より排出される上記作動油を該一の気筒の吸気弁が閉まる時に圧縮行程から膨張行程となる他の一の気筒の排気弁に連結された上記制御室に導入する連通油路を設け、
   上記制御部は、上記一の気筒の吸気弁側制御室の作動油の排出タイミングを制御して上記他の一の気筒の排気弁側制御室の作動油の導入タイミングを任意に変更することにより、圧縮圧開放型エンジンブレーキの制動力を得るための排気弁のリフトタイミングを可変にすることを特徴とするエンジン。
2. 上記吸気弁側制御室には作動油タンクから作動油を逆止弁を介して導入する導入油路が接続され、上記排気弁側制御室には上記作動油タンクに作動油を排出する排出油路が接続され、上記連通油路には第１の開閉切替弁が設けられ、上記排出油路には第２の開閉切替弁が設けられていることを特徴とする請求項１記載のエンジン。
3. 上記吸気弁を有する吸気ポートを通して気筒内に導入される吸気の吸気圧を高めるための過給機を備えたことを特徴とする請求項１記載のエンジン。

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