(57)【要約】【課題】通常運転時にはノッキングを抑えながら、円滑に始動できるようにしてエンジン効率を向上する。【解決手段】セルモータ３２の動作に基づいて始動開始検出手段３３により始動開始を検出し、切換制御手段３９によりソレノイド２９を作動励磁し、始動用カムを作用位置に変位させ、吸気バルブの閉弁時期を、通常運転時よりも実圧縮比が大きい始動運転状態になるようにする。その後、冷却水温度センサ３５で測定された冷却水の温度が始動時の冷却水の温度よりも設定温度高い温度になったことを通常状態検出手段３７で検出したときに、吸気カムを作用位置に変位させ、吸気バルブの閉弁時期を、始動運転時よりも実圧縮比が小さい通常運転状態になるようにする。【選択図】        図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブを、吸気カムの回転駆動により開閉させるミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
前記吸気バルブの閉弁時期を、通常運転時よりも始動時の方が実圧縮比が大になるように切り換える切換機構を備えてあることを特徴とするミラーサイクルガスエンジンの動弁装置。
【請求項２】
請求項１に記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
作用位置と非作用位置とに変位可能な吸気カムと、
作用位置と非作用位置とに変位可能で、かつ、吸気バルブの閉弁時期での実圧縮比が前記吸気カムよりも大きい始動用カムとを備え、
切換機構が、
始動時には前記始動用カムのみを作用位置に変位させ、通常運転時には前記吸気カムのみを作用位置に変位させるように構成したものであるミラーサイクルガスエンジンの動弁装置。
【請求項３】
請求項１に記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
吸気バルブを開閉する弁駆動用油圧シリンダと、
吸気カムによって往復移動する増圧用油圧シリンダと、
前記弁駆動用油圧シリンダと前記増圧用油圧シリンダとを連通接続する油圧配管と、
前記増圧用油圧シリンダとオイルタンクとの間に設けられて、前記吸気カムの頂部に近い位置で圧油を逃がして前記吸気バルブを閉弁する始動時用閉弁機構と、
前記増圧用油圧シリンダとオイルタンクとの間に設けられて、前記吸気バルブの閉弁時期での実圧縮比が前記始動用閉弁機構におけるよりも小さくなる前記吸気カムの頂部より離れた位置で圧油を逃がして前記吸気バルブを閉弁する通常時用閉弁機構とを備え、
切換機構が、
始動時には前記始動時用閉弁機構によってのみ前記吸気バルブを閉弁し、通常運転時には前記通常時用閉弁機構によってのみ前記吸気バルブを閉弁するように構成したものであるミラーサイクルガスエンジンの動弁装置。
【請求項４】
請求項１、２、３のいずれかに記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
エンジンを始動するセルモータと、
エンジン冷却水を冷却するラジエータと、
前記セルモータの始動動作を検出して始動開始信号を出力する始動開始検出手段と、
前記ラジエータに戻るエンジン冷却後の冷却水の温度を測定する冷却水温度センサと、
前記冷却水温度センサによって測定される冷却水の温度に基づき、前記始動開始信号に応答して入力した始動時の冷却水の温度よりも設定温度高い温度を測定したときに切換信号を出力する通常状態検出手段と、
前記始動開始信号に応答して、吸気バルブの閉弁時期を、通常運転時よりも実圧縮比が大きい始動運転状態になるように切換機構を作動し、かつ、前記切換信号に応答して前記吸気バルブの閉弁時期を、始動運転時よりも実圧縮比が小さい通常運転状態になるように切換機構を作動する切換制御手段と、
を備えているミラーサイクルガスエンジンの動弁装置。
【請求項５】
請求項１、２、３、４のいずれかに記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
通常運転時の実圧縮比が１２以下になり、始動時の実圧縮比が１４以上になるように設定してあるミラーサイクルガスエンジンの動弁装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸気バルブを、吸気カムの回転駆動により開閉させるミラーサイクルガスエンジンの動弁装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ミラーサイクルガスエンジンでは、ピストンが下死点に移動する前に吸気バルブを閉じ、その膨張比が１４以上であるのに対して、熱力学的に燃料ガスが実際に圧縮された比率（以下、実圧縮比と称する）が１０〜１２程度になるようにしている。
これにより、混合気の圧縮温度を低下させ、ノッキングを回避してエンジン効率を向上できるようにしている（特許文献１参照）。
【０００３】
また、特許文献１では、吸気バルブの閉弁による吸気の終了が、ピストンのクランク角が下死点よりも１５度手前となる以前になるようにし、更に、吸気バルブと吸気カムとの間に吸気バルブを駆動する油圧シリンダを設け、その油圧シリンダ内部のオイル量を制御して、下死点よりも離れた範囲内で、吸気バルブの閉弁時期を調整できるようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−３３６４５１号公報（図４、図５）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、実圧縮比を下げれば、一層エンジン効率を向上できるが、燃焼が開始される始動時には、上死点での混合気の温度が低下し、始動が不十分になって失火を招く欠点があった。
【０００６】
そｋで、始動時において、混合気の温度を上げるためにヒータを用いることが考えられるが、大きな設備が必要でスペース大になるととともに高価になる欠点があり、改善が望まれている。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、請求項１に係る発明は、通常運転時にはノッキングを抑えながら、始動は円滑に行えるようにしてエンジン効率を向上できるようにすることを目的とし、請求項２に係る発明は、カム構成に改良を加えることでスペースをとらずに安価にしてエンジン効率を向上できるようにすることを目的とし、請求項３に係る発明は、吸気カムと吸気バルブ間に油圧シリンダを用い、その油圧シリンダ構成に改良を加えることでスペースをとらずに安価にしてエンジン効率を向上できるようにすることを目的とし、請求項４に係る発明は、始動時と通常運転時の切換えを容易に行えるようにすることを目的とし、そして、請求項５に係る発明は、所期の効果を良好に達成できるようにすることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、上述のような目的を達成するために、
吸気バルブを、吸気カムの回転駆動により開閉させるミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
前記吸気バルブの閉弁時期を、通常運転時よりも始動時の方が実圧縮比が大になるように切り換える切換機構を備えて構成する。
【０００９】
（作用・効果）
請求項１に係る発明のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置によれば、始動時の実圧縮比を通常運転時の実圧縮比よりも大にし、始動時においては、燃料ガスに対して高圧縮比になるようにする。
したがって、通常運転時には、実圧縮比を小さくして、ピストンの上死点での燃料ガスの圧縮温度を低下しながら、始動時には実圧縮比を大にしてピストンの上死点での燃料ガスの圧縮温度を高くして点火しやすくでき、通常運転時にはノッキングを抑えながら、始動は円滑に行えるようにしてエンジン効率を向上できる。
【００１０】
また、請求項２に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
作用位置と非作用位置とに変位可能な吸気カムと、
作用位置と非作用位置とに変位可能で、かつ、吸気バルブの閉弁時期での実圧縮比が前記吸気カムよりも大きい始動用カムとを備え、
切換機構を、
始動時には前記始動用カムのみを作用位置に変位させ、通常運転時には前記吸気カムのみを作用位置に変位させるように構成する。
【００１１】
（作用・効果）
請求項２に係る発明のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の構成によれば、始動時には、通常運転時の吸気カムとは別に設けた始動用カムに作用させ、始動時の実圧縮比を通常運転時の実圧縮比よりも大にする。
したがって、ヒータを設けて始動時に加熱するような構成に比べ、カム構成に改良を加えるだけでスペースをとらずに安価にしてエンジン効率を向上できる。
【００１２】
また、請求項３に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１に記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
吸気バルブを開閉する弁駆動用油圧シリンダと、
吸気カムによって往復移動する増圧用油圧シリンダと、
前記弁駆動用油圧シリンダと前記増圧用油圧シリンダとを連通接続する油圧配管と、
前記増圧用油圧シリンダとオイルタンクとの間に設けられて、前記吸気カムの頂部に近い位置で圧油を逃がして前記吸気バルブを閉弁する始動時用閉弁機構と、
前記増圧用油圧シリンダとオイルタンクとの間に設けられて、前記吸気バルブの閉弁時期での実圧縮比が前記始動用閉弁機構におけるよりも小さくなる前記吸気カムの頂部より離れた位置で圧油を逃がして前記吸気バルブを閉弁する通常時用閉弁機構とを備え、
切換機構を、
始動時には前記始動時用閉弁機構によってのみ前記吸気バルブを閉弁し、通常運転時には前記通常時用閉弁機構によってのみ前記吸気バルブを閉弁するように構成する。
【００１３】
（作用・効果）
請求項３に係る発明のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の構成によれば、始動時には始動時用閉弁機構により、そして、通常運転時には通常時用閉弁機構により、それぞれ閉弁し、始動時の実圧縮比を通常運転時の実圧縮比よりも大にする。
したがって、ヒータを設けて始動時に加熱するような構成に比べ、油圧シリンダ構成に改良を加えるだけでスペースをとらずに安価にしてエンジン効率を向上できる。
【００１４】
また、請求項４に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３のいずれかに記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
エンジンを始動するセルモータと、
エンジン冷却水を冷却するラジエータと、
前記セルモータの始動動作を検出して始動開始信号を出力する始動開始検出手段と、
前記ラジエータに戻るエンジン冷却後の冷却水の温度を測定する冷却水温度センサと、
前記冷却水温度センサによって測定される冷却水の温度に基づき、前記始動開始信号に応答して入力した始動時の冷却水の温度よりも設定温度高い温度を測定したときに切換信号を出力する通常状態検出手段と、
前記始動開始信号に応答して、吸気バルブの閉弁時期を、通常運転時よりも実圧縮比が大きい始動運転状態になるように切換機構を作動し、かつ、前記切換信号に応答して前記吸気バルブの閉弁時期を、始動運転時よりも実圧縮比が小さい通常運転状態になるように切換機構を作動する切換制御手段とを備えて構成する。
【００１５】
（作用・効果）
請求項４に係る発明のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の構成によれば、始動開始であることをセルモータの始動で検出し、通常運転状態に移行したことを、ラジエータに戻るエンジン冷却後の冷却水の温度が始動時から設定温度上昇したことで検出し、始動時には実圧縮比が大になるようしながら、通常運転状態に移行するに伴って、実圧縮比が小さくなる状態に切り換えることができる。したがって、始動時と通常運転時の切換を自動的に容易に行うことができる。
【００１６】
また、請求項５に係る発明は、前述のような目的を達成するために、
請求項１、２、３、４のいずれかに記載のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置において、
通常運転時の実圧縮比が１２以下になり、始動時の実圧縮比が１４以上になるように設定する。
実圧縮比が１２を越えると、通常運転時の圧縮温度が高くなり、実圧縮比が１４未満であると、始動時の圧縮温度が低くなるからである。
【００１７】
（作用・効果）
請求項５に係る発明のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の構成によれば、通常運転時の実圧縮比を１２以下として、圧縮温度を低くしてノッキングを良好に防止でき、かつ、始動時の実圧縮比を１４以上として、圧縮温度を高くして失火を招かずに始動を良好に行うことができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係るミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の第１実施例を示す縦断面図であり、エンジンシリンダ１内に摺動自在にピストン２が設けられ、エンジンシリンダ１の内周面とピストン２の上面とシリンダヘッド３とで囲まれて主燃焼室４が形成されている。
【００１９】
シリンダヘッド３に、主燃焼室４に空気を吸入供給する吸気路５と燃焼排ガスを排出する排気路６とが形成され、吸気路５に吸気バルブ７が設けられるとともに、排気路６に排気バルブ８が設けられている。
【００２０】
また、シリンダヘッド３に副燃焼室９が形成され、その副燃焼室９に副室バルブ１０が設けられるとともに、点火プラグ１１が付設されている。
吸気バルブ７、排気バルブ８および副室バルブ１０それぞれの軸部７ａ，８ａ，１０ａの先端側が、シリンダヘッド３外に突出され、その突出箇所において、開き側に不勢するように抜け止め用のローテータ１２との間に圧縮コイルスプリング１３が介装されている。更に、ローテータ１２に当接するようにカム機構部１４が設けられている。
【００２１】
カム機構部１４は、図２の概略斜視図に示すように、昇降ロッド１５を一体的に設けた吸気用連結部材１６ａおよび排気用連結部材１７ａと、支軸１８に揺動可能に設けた吸気用ロッカーアーム１６ｂおよび排気用ロッカーアーム１７ｂと、カム軸１９に設けられた吸気カム２０および排気カム２１と、吸気カム２０と吸気用ロッカーアーム１６ｂそれぞれに当接して設けられた吸気用プッシュロッド２２と、排気カム２１と排気用ロッカーアーム１７ｂそれぞれに当接して設けられた吸気用プッシュロッド２３とから構成されている。
【００２２】
吸気用連結部材１６ａの両端それぞれに一対の吸気バルブ７，７の軸部７ａの先端のローテータ１２（図１参照）が一体的に連接され、一方、排気用連結部材１７ａの両端それぞれに一対の排気バルブ８，８の軸部８ａの先端のローテータ１２（図１参照）が一体的に連接され、カム軸１９の回転に伴い、吸気バルブ７および排気バルブ８を所定のタイミングとスピードで開閉するように構成されている。図示していないが、副室バルブ１０に対しても同様の機構により作動するように構成されている。
【００２３】
カム軸１９に、キー２４を介して軸心方向にのみ移動可能に、吸気カム２０と一体に所定間隔を隔てて始動用カム２５が設けられている。
始動用カム２５は、吸気バルブ７の閉弁時期での実圧縮比が吸気カム２０よりも大きくなるように構成されている。
【００２４】
図３の要部の平面図に示すように、両カム２０，２５間にフォーク２６が嵌入され、そのフォーク２６が、カム軸１９の軸心方向と平行な方向に移動可能にガイドロッド２７に設けられている。
フォーク２６に摺動ロッド２８が一体連接され、その摺動ロッド２８がソレノイド２９に摺動可能に嵌入され、ソレノイド２９を励磁することにより、始動用カム２５を吸気用プッシュロッド２２に作用させる位置に変位するように構成されている。
【００２５】
ガイドロッド２７の所定箇所とフォーク２６とにわたって引張りスプリング３０が連結されるとともに、ガイドロッド２７に、フォーク２６の移動を当接阻止するストッパー３１が設けられている。このストッパー３１に当接する位置において、吸気カム２０を吸気用プッシュロッド２２に作用させるように構成されている。これにより、ソレノイド２９の消磁状態で、引っ張りスプリング３０によりフォーク２６をストッパー３１に当接する位置、すなわち、吸気カム２０を吸気用プッシュロッド２２に作用させる位置に変位させるように構成されている。
【００２６】
図４の制御系のブロック図に示すように、エンジンを始動するセルモータ３２に、その始動動作を検出して始動開始信号を出力する始動開始検出手段３３が設けられている。
また、エンジン冷却水を冷却するラジエータ３４の戻り配管３４ａに、そのラジエータ３４に戻るエンジン冷却後の冷却水の温度を測定する冷却水温度センサ３５が設けられている。
【００２７】
始動開始検出手段３３と冷却水温度センサ３５とがコントローラ３６に接続されるとともに、そのコントローラ３６にソレノイド２９が接続されている。コントローラ３６には、通常状態検出手段３７、始動時温度記憶手段３８および切換制御手段３９が備えられている。
【００２８】
通常状態検出手段３７では、始動開始検出手段３３からの始動開始信号に応答して、そのときに入力した始動時の冷却水の温度を始動時温度記憶手段３８に入力記憶させておき、その始動時の冷却水の温度を基準温度として入力させ、その後に入力される冷却水温度センサ３５で測定された冷却水の温度とを比較し、その測定温度が基準温度（始動時の冷却水の温度）よりも、例えば、１０℃などの設定温度高い温度になったときに切換信号を出力するようになっている。
【００２９】
切換制御手段３９では、通常状態検出手段３７を通じての始動開始信号に応答して、ソレノイド２９を作動励磁し、始動用カム２５を吸気用プッシュロッド２２に作用させる位置に変位させ、吸気バルブ７の閉弁時期を、通常運転時よりも実圧縮比が大きい始動運転状態になるように切換え、かつ、通常状態検出手段３７からの切換信号に応答して、ソレノイド２９を作動消磁し、吸気カム２０を吸気用プッシュロッド２２に作用させる位置に変位させ、吸気バルブ７の閉弁時期を、始動運転時よりも実圧縮比が小さい通常運転状態になるように切換えるようになっている。
【００３０】
上記構成により、始動時には、実圧縮比の大きい状態で吸気バルブ７を閉じ、圧縮温度の高い状態で、失火を招かずに良好に始動できる。その後、通常運転状態になったことをエンジン冷却水の温度変化に基づいて検知して、自動的に切り換え、通常運転状態では、実圧縮比の小さい状態で吸気バルブ７を閉じ、圧縮温度が低い状態で、ノッキングを生じずに良好に運転できる。
前述したソレノイド２９とコントローラ３６から成る構成をして切換機構と称する。
【００３１】
図５は、本発明に係るミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の第２実施例を示す縦断面図であり、第１実施例と異なるところは次の通りである。
すなわち、吸気バルブ７に、それを開閉する弁駆動用油圧シリンダ５１が連動連結されるとともに、吸気カム２０の吸気用プッシュロッド２２に、それによって往復移動する増圧用油圧シリンダ５２が連動連結され、弁駆動用油圧シリンダ５１と増圧用油圧シリンダ５２とが油圧配管５３を介して連通接続されている。
【００３２】
油圧配管５３とオイルタンク５４とが、電磁制御弁５５を介して連通接続されている。電磁制御弁５５には、供給側への流動のみを行わせる逆止弁機能を有する逆止ポートと、自由に流動する連通ポートとが備えられている。
【００３３】
吸気用プッシュロッド２２に感知部材５６が設けられ、その感知部材５６の移動方向に所定間隔を隔てて、吸気カム２０に近い側に通常時用リミットスイッチ５７が、遠い側に始動時用リミットスイッチ５８がそれぞれ設けられている。
通常時用リミットスイッチ５７および始動時用リミットスイッチ５８と電磁制御弁５５とが切換スイッチ５９を介して接続され、その切換スイッチ５９にコントローラ６０が接続されている。
【００３４】
始動時用リミットスイッチ５８と電磁制御弁５５とから成る構成をして、増圧用油圧シリンダ５２とオイルタンク５４との間に設けられて、吸気カム２０の頂部に近い位置で圧油を逃がして吸気バルブ７を閉弁する始動時用閉弁機構と称する。
【００３５】
通常時用リミットスイッチ５７と電磁制御弁５５とから成る構成をして、増圧用油圧シリンダ５２とオイルタンク５４との間に設けられて、吸気バルブ７の閉弁時期での実圧縮比が始動用閉弁機構におけるよりも小さくなる吸気カム２０の頂部より離れた位置で圧油を逃がして吸気バルブ７を閉弁する通常時用閉弁機構と称する。
【００３６】
コントローラ６０は、第１実施例と同様に構成されており、始動時には、始動開始信号に応答して始動時用閉弁機構によってのみ吸気バルブ７を閉弁するようになっている。すなわち、始動開始信号に応答して、切換スイッチ５９を始動時用リミットスイッチ５８と電磁制御弁５５とを接続する状態にする。
これにより、吸気用プッシュロッド２２が吸気カム２０の頂部に近い位置で作用したときに感知部材５６が始動時用リミットスイッチ５８に作用し、電磁制御弁５５を切り換え、圧縮コイルスプリング１３の付勢力により圧油をオイルタンク５４に戻し、吸気バルブ７を閉じることができる。
感知部材５６が始動時用リミットスイッチ５８に作用しない位置になるに伴い、増圧用油圧シリンダ５２が負圧になり、それに伴ってオイルタンク５４からオイルが供給される。
【００３７】
一方、通常時には、切換信号に応答して通常時用閉弁機構によってのみ吸気バルブ７を閉弁するようになっている。すなわち、切換信号に応答して、切換スイッチ５９を通常時用リミットスイッチ５７と電磁制御弁５５とを接続する状態にする。
これにより、吸気用プッシュロッド２２が吸気カム２０の頂部から離れた位置で作用したときに感知部材５６が通常時用リミットスイッチ５７に作用し、電磁制御弁５５を切り換え、圧縮コイルスプリング１３の付勢力により圧油をオイルタンク５４に戻し、吸気バルブ７を閉じることができる。
感知部材５６が通常時用リミットスイッチ５７に作用しない位置になるに伴い、増圧用油圧シリンダ５２が負圧になり、それに伴ってオイルタンク５４からオイルが供給される。
【００３８】
上記構成により、前述第１実施例と同様に、始動時には、実圧縮比の大きい状態で吸気バルブ７を閉じ、圧縮温度の高い状態で、失火を招かずに良好に始動できる。その後、通常運転状態になったことをエンジン冷却水の温度変化に基づいて検知し、自動的に切り換え、通常運転状態では、実圧縮比の小さい状態で吸気バルブ７を閉じ、圧縮温度が低い状態で、ノッキングを生じずに良好に運転できる。
前述した切換スイッチ５９とコントローラ６０から成る構成をして切換機構と称する。
【００３９】
上述実施例では、始動後に通常運転状態になったことを、エンジン冷却水の温度を測定し、設定温度以上上昇したことによって検出するように構成しているが、例えば、オイルパン内のオイル温度に基づいて検出するようにするなど、各種の構成が採用可能である。
【００４０】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１に係る発明のミラーサイクルガスエンジンの動弁装置によれば、始動時の実圧縮比を通常運転時の実圧縮比よりも大にし、始動時においては、燃料ガスに対して高圧縮比になるようにするから、通常運転時には、実圧縮比を小さくして、ピストンの上死点での燃料ガスの圧縮温度を低下しながら、始動時には実圧縮比を大にしてピストンの上死点での燃料ガスの圧縮温度を高くして点火しやすくでき、通常運転時にはノッキングを抑えながら、始動は円滑に行えるようにしてエンジン効率を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の第１実施例を示す縦断面図である。
【図２】カム機構部を示す概略斜視図である。
【図３】要部の平面図である。
【図４】制御系のブロック図である。
【図５】本発明に係るミラーサイクルガスエンジンの動弁装置の第２実施例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
７…吸気バルブ
２０…吸気カム
２５…始動用カム
２９…ソレノイド（切換機構）
３２…セルモータ
３３…始動開始検出手段
３４…ラジエータ
３５…冷却水温度センサ
３６…コントローラ（切換機構）
３７…通常状態検出手段
３９…切換制御手段
５１…弁駆動用油圧シリンダ
５２…増圧用油圧シリンダ
５３…油圧配管
５４…オイルタンク
５９…切換スイッチ（切換機構）
６０…コントローラ（切換機構）
【図１】
2004293382.tif 000003
【図２】
2004293382.tif 000004
【図３】
2004293382.tif 000005
【図４】
2004293382.tif 000006
【図５】
2004293382.tif 000007