(57)【要約】【課題】４サイクルエンジンにおいて、構造の複雑化を抑制しつつ、強力な制動力を得ることができる２サイクルコンプレッサ化されたエンジン補助ブレーキ機構を実現する。【解決手段】排気弁側カムシャフトに連結されたカムシャフト側ハウジング３２の電磁コイル３４，３４′に通電する電流の向きを反転させることにより電磁コイル３４，３４′の帯磁極の向きを反転させ、タイミングギヤに連結されたギヤ側ハウジングの永久磁石３５，３５′との位相差をθ１からθ２に変化させることによって、排気弁側カムシャフトを位相差θ（＝θ２−θ１）だけ進角させて、４サイクルエンジンとしての通常運転モード（（ａ）図）から、２サイクルコンプレッサ化された制動モード（（ｂ）図）に切り換える。【選択図】　　　　　図３
2004108217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮行程の上死点近傍にて圧縮圧力を解放して制動力を得るエンジン補助ブレーキ機構を備えた４サイクルエンジンにおいて、
前記エンジン補助ブレーキ機構は、前記圧縮行程の上死点近傍から膨張行程に亘って排気弁を開放するとともに、排気行程の下死点近傍から該排気行程に亘って前記排気弁を閉鎖するように、前記排気弁のみの開閉タイミングの全体をずらす排気弁開閉タイミング変更手段を備えたものであることを特徴とする４サイクルエンジン。
【請求項２】
前記排気弁開閉タイミング変更手段は、前記排気弁側のカムシャフトを所定角度だけ進角させるカムシャフト進角手段であることを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジン。
【請求項３】
前記カムシャフト進角手段は、エンジンの回転に同期して回転するタイミングギヤに連結されて該タイミングギヤと一体的に回転するギヤ側ハウジングと、前記カムシャフトに連結されて該カムシャフトと一体的に回転するカムシャフト側ハウジングと、前記タイミングギヤと前記カムシャフトとの第一の位相差および第二の位相差のうち選択された一方の位相差において前記ギヤ側ハウジングと前記カムシャフト側ハウジングとを一体的に連結する選択的連結手段と、前記エンジンが駆動力を発生する通常運転モードまたは前記制動力を得る制動モードに切り換えるモード切換手段とを備え、前記第一の位相差は、前記通常運転モードの開閉タイミングに対応し、前記第二の位相差は、前記制動モードの開閉タイミングに対応して設定されていることを特徴とする請求項２に記載の４サイクルエンジン。
【請求項４】
前記選択的連結手段は、前記ギヤ側ハウジングおよび前記カムシャフト側ハウジングのうち一方に固設された電磁コイルと、他方に固設された永久磁石とを備え、前記モード切換手段は、前記電磁コイルに通電する電流の向きを切り換えるものであり、前記電流の通電向きに応じた前記電磁コイルと前記永久磁石との相対的な回転により、前記ギヤ側ハウジングと前記カムシャフト側ハウジングとが、前記第一の位相差または前記第二の位相差において連結されることを特徴とする請求項３に記載の４サイクルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は４サイクルエンジンに関し、詳細には、圧縮圧力を解放して制動力を得るエンジン補助ブレーキ機構の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、自動車等に搭載される４サイクルエンジンは、ガソリンや軽油等の燃料をシリンダや副燃焼室等に供給し、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程という４つの行程を繰り返してエンジン駆動力を発生している。
【０００３】
また、自動車が長い下り坂を下る場合には、いわゆるエンジンブレーキが用いられるが、このエンジンブレーキは、燃料の供給を停止させて膨張行程における駆動力の発生を低減させるとともに、圧縮行程における圧縮仕事によってエンジン側で運動エネルギを吸収するようにしたものである。
【０００４】
ところで、このエンジンブレーキでは、圧縮行程で圧縮された空気の反力がピストンを押圧する圧力となるため、圧縮行程に続く行程において、駆動力が生じる。
【０００５】
そこで、圧縮空気を逃がす第三弁を設け、圧縮行程の上死点近傍においてこの第三弁を開いて圧縮圧を解放させ、後続する行程において駆動力が発生するのを抑制するエンジン補助ブレーキ機構が開発されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
そして、このエンジン補助ブレーキ機構によれば、大きな制動力を得ることができるため、特に大型トラック等において、エンジンリターダやパワータード等の商品名で既に実用化されている。
【０００７】
また、上述したエンジン補助ブレーキ機構では、上記４つの行程のうち圧縮行程の上死点近傍においてのみ圧縮圧を解放しており、クランク軸の２回転に１回の割合で制動が行われることになるが、制動性能をより向上させるために、クランク軸の１回転ごとに吸排気弁の動作タイミングを変更して、上記圧縮圧を解放させる技術（２サイクルコンプレッサ化）も提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平８−１５８９０２号（第２頁他）
【特許文献２】
特開２００１−１２３８１２号（第４〜５頁、第４，６図）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献２に係る技術は、制動作用を得るとき（制動モード）は、排気弁のみならず吸気弁についても、通常のエンジンとしての運転状態（通常運転モード）とは異なる開閉タイミングに制御する必要がある。
【００１０】
すなわち、通常運転モードにおいては、吸気弁、排気弁ともに、クランク軸の２回転に１回の割合で開閉するが、制動モードではクランク軸の１回転ごとに１回ずつ開閉させることになる。
【００１１】
そして、このような開閉タイミング・開閉回数の変更を実現するために、吸排気弁を作動させるロッカアームと吸排気弁との間にブレーキロッカアームを設けるとともに、このブレーキロッカアーム内部に、通常運転モードと制動モードとを切り換える油圧ピストンを２つ設けた構造が採用されている。
【００１２】
しかも、このブレーキロッカアームの構造を各弁ごとに設ける必要があるため、例えばエンジンが６気筒４バルブの場合は、合計２４個もこの複雑な構造を設ける必要がある。
【００１３】
そして、構造の複雑化とともに、各油圧ピストンの揚程の調整も煩雑であり、製造コストの大幅な上昇やメンテナンス性の悪化を招来することになる。
【００１４】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、吸気弁の開閉タイミングを通常運転モードのままとして構造の複雑化を抑制しつつ、強力な制動力を得ることができる２サイクルコンプレッサ化したエンジン補助ブレーキに切換可能な４サイクルエンジンを提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る４サイクルエンジンは、圧縮行程の上死点近傍にて圧縮圧力を解放して制動力を得るエンジン補助ブレーキ機構を備えた４サイクルエンジンにおいて、前記エンジン補助ブレーキ機構は、前記圧縮行程の上死点近傍から膨張行程に亘って排気弁を開放するとともに、排気行程の下死点近傍から該排気行程に亘って前記排気弁を閉鎖するように、前記排気弁のみの開閉タイミングの全体をずらす排気弁開閉タイミング変更手段を備えたものであることを特徴とする。
【００１６】
ここで、「排気弁の開閉タイミングの全体をずらす」とは、通常運転モード用に設定されている排気弁の開閉パターン（開いている期間と閉じている期間との割合および開閉の回数）を変化させることなく、クランク軸の回転角度（位相）に対する開閉タイミングだけを変更させることを意味する。
【００１７】
したがって、このように開閉タイミングをずらした後においても、排気弁は、クランク軸の２回転に１回の割合で開放されるにすぎず、開いている期間と閉じている期間との相対的な割合は変化させない。
【００１８】
このように構成された請求項１に係る４サイクルエンジンによれば、エンジン補助ブレーキ機構が備えた排気弁開閉タイミング変更手段が、排気弁を、圧縮行程の上死点近傍から膨張行程に亘って排気弁を開放するとともに、排気行程の下死点近傍から排気行程に亘って前記排気弁を閉鎖するように、排気弁の開閉タイミングの全体をずらし、吸気弁の開閉タイミングは変更しない。
【００１９】
したがって、排気弁開閉タイミング変更手段によって変更された制動モードにおける排気弁の開閉タイミングは概略、吸気行程および圧縮行程では閉じ、この圧縮行程の上死点近傍から膨張行程では開き、排気行程では閉じる。
【００２０】
一方、吸気弁の開閉タイミングは変更されないため、通常運転モードのままであり、吸気行程では開き、圧縮行程、膨張行程および排気行程では閉じ、この排気行程の上死点近傍から吸気行程で開く。
【００２１】
この結果、シリンダ内への空気の出入りの概略は次のようになる。
（１）吸気行程では、吸気弁側からシリンダ内に空気が供給される。
（２）圧縮行程では、シリンダ内の空気は圧縮され、上死点近傍で、排気弁側から排出される。
（３）膨張行程（本発明における制動モードでは、２回目の吸気行程に相当）では、排気弁側からシリンダ内に空気が供給される。
（４）排気行程（本発明における制動モードでは、２回目の圧縮行程に相当）では、シリンダ内の空気は圧縮され、上死点近傍で、吸気弁側から排出される。以下、（１）に戻り、（１）〜（４）を繰り返す。
【００２２】
よって、請求項１に係る４サイクルエンジンによれば、排気弁の開閉タイミングの全体をずらすだけであり、吸排気各弁の開閉タイミング・開閉回数を変更する従来のエンジン補助ブレーキ機構に比べ、簡単な構造で、かつ強力な制動力を得ることができる２サイクルコンプレッサ化された制動モードを実現することができる。
【００２３】
なお、上記（１）〜（４）における吸排気弁の開閉動作の説明は、理解を容易にするために吸排気弁の開いている回転角度を概略１８０°（カムシャフトの回転角度に換算した場合は、クランクシャフトの回転角度の１／２であり、約９０°）として説明したものであり、本発明の４サイクルエンジンの吸排気弁の開放が、１８０°に限定されているものではない。
【００２４】
すなわち、一般的に実機の４サイクルエンジンにおいては、通常運転モードでは、吸気弁と排気弁とはオーバーラップして開いている期間が存在し、しかも吸気弁は吸気行程の上死点通過前から開いて下死点通過後に閉じ、排気弁も排気行程の下死点通過前から開いて上死点通過後に閉じるため、本発明の４サイクルエンジンは、このような実機の４サイクルエンジンにおける排気弁の開閉タイミングに拘わらず、開閉タイミングの全体をずらすように変更するものであればよい。
【００２５】
本発明の請求項２に係る４サイクルエンジンは、請求項１に係る４サイクルエンジンにおいて、前記排気弁開閉タイミング変更手段は、前記排気弁側のカムシャフトを所定角度だけ進角させるカムシャフト進角手段であることを特徴とする。
【００２６】
このように構成された請求項２に係る４サイクルエンジンによれば、カムシャフト進角手段が、排気弁側のカムシャフトの位相を進めるだけであるため、通常運転モードと制動モードとで、排気弁の開いている期間と閉じている期間との相対的な関係を変えることなく、開閉タイミングの全体を変更することができ、簡単な構造とすることができる。
【００２７】
なお、カムシャフト進角手段には、カムシャフト全体を進角させるものの他、カムシャフトのカム部分のみを進角させる手段も含む。
【００２８】
よって、カムシャフトが吸気弁側と排気弁側とにそれぞれ対応して各別に装備されている４サイクルエンジンにおいては、排気弁側のカムシャフト全体を進角させればよいし、吸排気弁を単一のカムシャフトで駆動している４サイクルエンジンにおいては、この単一のカムシャフトの全体を進角させるのではなく、排気弁側のカムのみを進角させるものとすればよい。
【００２９】
このように排気弁側のカムのみを進角させるには、例えばカムシャフトを内筒および外筒からなる二重筒構造として、外筒側（または内筒側）のシャフトに吸気弁揚カムを設け、内筒側（または外筒側）のシャフトに排気弁揚カムを設けて、排気弁揚カムが設けられた内筒を進角させるようにすればよい。
【００３０】
本発明の請求項３に係る４サイクルエンジンは、請求項２に係る４サイクルエンジンにおいて、前記カムシャフト進角手段は、エンジンの回転に同期して回転するタイミングギヤに連結されて該タイミングギヤと一体的に回転するギヤ側ハウジングと、前記カムシャフトに連結されて該カムシャフトと一体的に回転するカムシャフト側ハウジングと、前記タイミングギヤと前記カムシャフトとの第一の位相差および第二の位相差のうち選択された一方の位相差において前記ギヤ側ハウジングと前記カムシャフト側ハウジングとを一体的に連結する選択的連結手段と、前記エンジンが駆動力を発生する通常運転モードまたは前記制動力を得る制動モードに切り換えるモード切換手段とを備え、前記第一の位相差は、前記通常運転モードの開閉タイミングに対応し、前記第二の位相差は、前記制動モードの開閉タイミングに対応して設定されていることを特徴とする。
【００３１】
このように構成された請求項３に係る４サイクルエンジンによれば、モード切換手段によって選択されたモードが通常運転モードの場合には、選択的連結手段が、タイミングギヤに連結されたギヤ側ハウジングと排気弁側カムシャフトに連結されたカムシャフト側ハウジングとを、通常運転モードに対応した第一の位相差で連結するため、排気弁の開閉タイミングは通常の４サイクルエンジンの運転状態となり、一方、モード切換手段によって選択されたモードが制動モードの場合には、選択的連結手段が、ギヤ側ハウジングとカムシャフト側ハウジングとを、制動モードに対応した第二の位相差で連結するため、排気弁の開閉タイミングは２サイクルコンプレッサ化されて強力な制動力を発揮する。
【００３２】
ここで、選択的連結手段は、電磁コイルに流す電流の向きの切換えによって、ギヤ側ハウジングとカムシャフト側ハウジングとを連結する位相差を第一の位相差または第二の位相差を選択して連結させるものであってもよいし、油圧やその他の機械的な連結手段によって連結させるものであってもよい。
【００３３】
ただし、実機の４サイクルエンジンでは、通常運転モードから制動モードに切り換える際はエンジンは駆動し、カムシャフトは高回転で運動しているため、機械的な連結手段よりも、電磁コイルや油圧等を用いたものの方が、より信頼性は高い。
【００３４】
したがって、本発明の請求項３に係る４サイクルエンジンによれば、既存の排気弁や吸気弁を変更することなく、また、吸気弁用カムシャフトと排気弁用カムシャフトとが各々設けられている場合には、これら既存のカムシャフトにも大きな改造を加えることなく、簡単に排気弁の開閉タイミングの位相を変更することができる。
【００３５】
また、本発明の請求項４に係る４サイクルエンジンは、請求項３に係る４サイクルエンジンにおいて、前記選択的連結手段は、前記ギヤ側ハウジングおよび前記カムシャフト側ハウジングのうち一方に固設された電磁コイルと、他方に固設された永久磁石とを備え、前記モード切換手段は、前記電磁コイルに通電する電流の向きを切り換えるものであり、前記電流の通電向きに応じた前記電磁コイルと前記永久磁石との相対的な回転により、前記ギヤ側ハウジングと前記カムシャフト側ハウジングとが、前記第一の位相差または前記第二の位相差において連結されることを特徴とする。
【００３６】
このように構成された請求項４に係る４サイクルエンジンによれば、通電する電流の向きを反転させることによって、電磁コイルが帯びる磁力の向きが反転する。
【００３７】
そして、電磁コイルの磁力により、第一の位相差（通常運転モード）において一端同士が連結されていた電磁コイルと永久磁石とは、電流の向きが反転することによって反発して両者が相対的に回転し、電磁コイルの反転した磁力による吸引力によって、電磁コイルと永久磁石との他端同士が連結される。
【００３８】
この他端同士が連結されたときの両者の位相差が第二の位相差（制動モード）であるため、切換手段によって通電電流の向きを反転させるという簡単な操作だけで、ギヤ側ハウジングとカムシャフト側ハウジング、すなわちタイミングギヤと排気側カムシャフトとは制動モードで連結させる。
【００３９】
そして、電流の向きを再度反転させることによって、上記他端同士が離れて上記一端同士が連結され、通常運転モードで連結される。
【００４０】
したがって、本発明の請求項４に係る４サイクルエンジンによれば、通電させる電流の向きを反転させるだけで排気側カムシャフトを進角させることができ、ギヤ側ハウジングとカムシャフト側ハウジングとを、第一の位相差と第二の位相差とで簡単に選択的な連結を行うことができる。
【００４１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る４サイクルエンジンについての具体的な実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００４２】
図１は本発明の一実施形態に係る４サイクルエンジンの要部断面図である。図示の４サイクルエンジン１００は、シリンダ８１上部のエンジンヘッドにそれぞれ設けられた吸気弁７５、排気弁６５を駆動する吸気弁側カムシャフト（図示せず）と排気弁側カムシャフト６３とがそれぞれ各別に設けられたいわゆるツインカムシャフトのレシプロエンジンである。
【００４３】
ここで、排気弁６５は、排気弁側カムシャフト６３に形成されたカムの周面に当接しロッカシャフト６１に軸支されたロッカアーム６２が排気弁６５の上部タペットを押下することにより開放する。
【００４４】
また、排気弁６５は、バルブスプリング６６によって上方すなわち閉じる方向に付勢されており、ロッカアーム６２は、この付勢力によって排気弁側カムシャフト６３のカムに当接し続け、カムプロフィールにしたがったストロークで排気弁６５を押下する。
【００４５】
なお、吸気弁７５側のカムシャフト等も排気弁６５側と同様の構成を有しているが、吸気弁７５側は図示断面よりも紙面手前側に設けられているため、図示を省略している。
【００４６】
排気弁側カムシャフト６３の長手方向端部の周面には、エンジン１００が４サイクルエンジンとして通常の運転を行う通常運転モードＭ１と、燃料噴射を行わずにエンジンブレーキ（エンジン補助ブレーキ）を作動させる制動モードＭ２とを切り換えるための排気弁開閉タイミング変更手段であるカムシャフト進角タイマー（カムシャフト進角手段）３０が備えられている。
【００４７】
このカムシャフト進角タイマー３０は、排気弁６５側にのみ設けられて、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）近傍から膨張行程全域に亘って排気弁６５を開放するとともに、排気行程の下死点（ＢＤＣ）近傍からこの排気行程全域に亘って排気弁６５を閉鎖するように、排気弁６５の開閉タイミングを一律にずらすものである。
【００４８】
ここで、カムシャフト進角タイマー３０の詳しい構成を図２，３に示す。図２（ｂ）は、図１と同様の要部断面図であり、図２（ａ）は（ｂ）の右方視を示す図、同図（ｃ）はキャップ４０を外した状態における（ｂ）の左方視、同図（ｄ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面を示す断面図である。
【００４９】
そしてカムシャフト進角タイマー３０は、エンジン１００の回転に同期して、クランクシャフト（図示せず）の１／２の回転数で回転するタイミングギヤ６４と一体的に回転するギヤ側ハウジング３１と、排気弁側カムシャフト６３に連結されてこのカムシャフト６３と一体的に回転するカムシャフト側ハウジング３２と、カムシャフト側ハウジング３２に固定されるキャップ４０と、タイミングギヤ６４とカムシャフト６３との第一の位相差θ１（図３参照）および第二の位相差θ２のうち選択された一方の位相差θ１においてギヤ側ハウジング３１とカムシャフト側ハウジング３２とを一体的に連結する選択的連結手段３３と、エンジン１００を通常運転モードＭ１または制動モードＭ２に切り換えるモード切換スイッチ（モード切換手段）３９とを備えた構成である。
【００５０】
ここで、選択的連結手段３３は、ギヤ側ハウジング３１に回転軸対称に固設された２つの永久磁石３５，３５′と、カムシャフト側ハウジング３２に回転軸対称に固設された２つの電磁コイル３４，３４′とを備えた構成であり、電磁コイル３４，３４′はそれぞれ鉄芯３４ｃを備えている。
【００５１】
また、永久磁石３５の時計回り側端面３５ａはＳ極となり、反時計回り側端面３５ｂはＮ極となるように帯磁しており、永久磁石３５′の時計回り側端面３５ａ′はＮ極となり、反時計回り側端面３５ｂ′はＳ極となるように帯磁している。
【００５２】
一方、電磁コイル３４と電磁コイル３４′とは、巻線が互いに反対向きに巻かれている。
【００５３】
モード切換スイッチ３９は、電磁コイル３４，３４′に通電する電流の向きを切り換えるものであり、例えば図３（ａ）の実線で示す側に切り換えた場合は、キャップ４０のブラシロータ４１ａ，４１ｂを介して電磁コイル３４，３４′に通電する２本の電線３９ａ，３９ｂのうち一方の電線３９ａから電磁コイル３４，３４′の巻き線を通過して各他方の電線３９ｂに向かって電流が流れ、図３（ｂ）に示す側に切り換えた場合は、上記他方の電線３９ｂから電磁コイル３４，３４′の巻き線を通過して上記一方の電線３９ａに向かって電流が流れるように構成されている。
【００５４】
そして、２つの電磁コイル３４，３４′の巻線の巻き向きは互いに反対であるため、電磁コイル３４の時計回り側端面３４ａがＳ極に帯磁し、反時計回り側端面３４ｂがＮ極に帯磁したときは、他方の電磁コイル３４′の時計回り側端面３４ａ′はＮ極に帯磁し、反時計回り側端面３４ｂ′はＳ極に帯磁する。
【００５５】
また、図３（ａ）に示す場合と同図（ｂ）に示す場合とでは、各電磁コイル３４，３４′に流れる電流の向きが互いに反対向きとなるため、電磁コイル３４の両端面３４ａ，３４ｂに生じる磁極Ｓ，Ｎ、および電磁コイル３４′の両端面３４ａ′，３４ｂ′に生じる磁極Ｎ，Ｓは、それぞれ反転する。
【００５６】
したがって、例えば、図３（ａ）に示す側にモード切換スイッチ３９が切り換えられている場合には、電磁コイル３４の時計回り側端面３４ａ（Ｓ極）と、永久磁石３５の反時計回り側端面３５ｂ（Ｎ極）とが磁力によって引き合って連結されるとともに、電磁コイル３４′の時計回り側端面３４ａ′（Ｎ極）と、永久磁石３５′の反時計回り側端面３５ｂ′（Ｓ極）とが磁力によって引き合って連結される。
【００５７】
一方、同図（ｂ）に示す側にモード切換スイッチ３９が切り換えられている場合には、電磁コイル３４の反時計回り側端面３４ｂ（Ｓ極）と、永久磁石３５′の時計回り側端面３５ａ′（Ｎ極）とが磁力によって引き合って連結されるとともに、電磁コイル３４′の反時計回り側端面３４ｂ′（Ｎ極）と、永久磁石３５の時計回り側端面３５ａ（Ｓ極）とが磁力によって引き合って連結される。
【００５８】
そして、モード切換スイッチ３９を（ａ）から（ｂ）へ、または（ｂ）から（ａ）に切り換えたとき、永久磁石３５，３５′と電磁コイル３４，３４′との相対的位相関係が変化する、すなわち両者間で相対的な回転を生じるが、永久磁石３５，３５′はタイミングギヤ６４と一体化されたギヤ側ハウジング３１に固定されているため、電磁コイル３４，３４′の側が回転する。
【００５９】
電磁コイル３４，３４′は、排気弁側カムシャフト６３に連結されたカムシャフト側ハウジング３２に固設されているため、電磁コイル３４，３４′の回転は排気弁側カムシャフト６３を回転させる、すなわち進角させることになる。
【００６０】
ここで、図３（ａ）に示す状態における永久磁石３５と電磁コイル３４との位相差（永久磁石３５′と電磁コイル３４′との位相差）θ１は、排気弁６５が通常運転モードＭ１に対応したタイミングで開閉するように設定されており、通常運転モードＭ１では、吸気弁７５および排気弁６５は図４（ａ）の太矢印で示す期間中だけ開く。
【００６１】
すなわち、吸気弁７５は吸気行程（１）のＴＤＣ前７．５°から吸気行程（１）のＢＤＣ通過後１０°まで開き、排気弁６５は排気行程（４）のＢＤＣ前１５°から排気行程（４）のＴＤＣ通過後２．５°まで開く。
【００６２】
一方、図３（ｂ）に示す状態における永久磁石３５と電磁コイル３４との位相差（永久磁石３５′と電磁コイル３４′との位相差）θ２は、排気弁６５が制動モードＭ２に対応したタイミングで開閉するように設定されており、制動モードＭ２では、吸気弁７５および排気弁６５は図４（ｂ）の太矢印で示す期間中だけ開く。
【００６３】
すなわち、吸気弁７５は吸気行程（１）のＴＤＣ前７．５°から吸気行程（１）のＢＤＣ通過後１０°まで開き、排気弁６５は第二の吸気行程（１′）のＴＤＣ前７．５°から第二の吸気行程（１′）のＢＤＣ通過後１０°まで開く。
【００６４】
したがって、排気弁側カムシャフト６３は、図４（ａ）に示す開閉タイミングから同図（ｂ）に示す開閉タイミングとなるように、位相差θ＝８２．５°だけ進角することになる。
【００６５】
よって、図３に示した電磁コイル３４の回転角度（＝θ２−θ１）は８２．５°に設定されている。
【００６６】
なお、制動モードＭ２における第二の吸気行程（１′）は、通常運転モードＭ１における爆発膨張行程に対応する行程であり、第二の圧縮行程（２′）は通常運転モードＭ１における排気行程に対応する行程である。
【００６７】
次に、本実施の形態に係る４サイクルエンジン１００の作用について、図５〜８に示した、（ａ）通常運転モードＭ１および（ｂ）制動モードＭ２エンジンにおける各行程（吸気行程（１），圧縮行程（２），爆発膨張行程（３），排気行程（４））での吸気弁７３および排気弁６３の動作（開閉）と吸排気の様子を参照して説明する。
【００６８】
まず、運転者等の操作者が、モード切換スイッチ３９を図３（ａ）に示す状態に切り換えた場合には、電磁コイル３４の時計回り側端面３４ａ（Ｓ極）と永久磁石３５の反時計回り側端面３５ｂ（Ｎ極）とが磁力によって引き合い、電磁コイル３４′の時計回り側端面３４ａ′（Ｎ極）と永久磁石３５′の反時計回り側端面３５ｂ′（Ｓ極）とが磁力によって引き合って連結され、この連結された状態を維持して、ギヤ側ハウジング３１およびカムシャフト側ハウジング３２は一体的に、タイミングギヤ６４とともに図示太矢印方向（反時計回り）に回転する。
【００６９】
カムシャフト側ハウジング３２は、排気弁側カムシャフト６３と一体的に結合されているため、排気弁側カムシャフト６３によって開閉駆動される排気弁６５の開閉タイミングは図４（ａ）に示した通常運転モードＭ１に設定される。
【００７０】
なお、吸気弁側カムシャフトには、通常運転モードＭ１と制動モードＭ２との別はなく、排気弁側カムシャフト６３のモードに拘わらず、常に通常運転モードＭ１に対応した状態に固定されている。
【００７１】
以下、この通常運転モードＭ１におけるエンジン１００への吸排気の様子を示す図５（ａ）〜図８（ａ）を参照して説明する。
【００７２】
なお、各図に併記した吸気弁７５および排気弁６５の開閉タイミングチャートは、図４に示したものと同一である。
【００７３】
また、通常運転モードＭ１は、一般的な４サイクルエンジンの作動と同一であるため、簡単に説明する。
【００７４】
まず、図５（ａ）に示すように、吸気行程（１）のＴＤＣでは、排気弁６５が閉じかかるとともに、吸気弁７５が直前（ＴＤＣ前７．５°）から開き始め、ＴＤＣ通過後２．５°で排気弁６５は閉じ、ピストン８２の降下によって生じる負圧により吸気弁７５から空気・燃料の混合気がシリンダ８１内に流入する。
【００７５】
吸気弁７５は、吸気行程のＢＤＣ通過後１０°で閉じるが、これは吸気の慣性によって、ＢＤＣを過ぎても混合気をシリンダ８１内にさらに充填することができるからである。
【００７６】
次に、図６（ａ）に示すように、圧縮行程（２）のＢＤＣ（吸気行程（１）のＢＤＣ）通過後１０°で吸気弁７５が閉じ、ピストン８２の上昇によって、シリンダ８１内の混合気は圧縮され、次第に高温となり、ＴＤＣ近傍において図示しない点火プラグの点火によって混合気に着火し、混合気は爆発する。
【００７７】
以上はガソリンエンジンの場合であるが、ディーゼルエンジンの場合は、混合気の代わりに空気のみ、または燃料の割合が希薄な混合気が吸気されて、圧縮行程（２）のＴＤＣ近傍において燃料がシリンダ内あるいは副燃焼室に噴射され、自己着火により爆発が起こる。
【００７８】
次いで、図７（ａ）に示すように、爆発圧縮行程（３）では、爆発した混合気が膨張してピストン８２を押し下げて駆動力が発生し、ＢＤＣ前１５°から排気弁６５が開き、図８（ａ）に示すように、ピストン８２の上昇にしたがってシリンダ８１内の気体は排気弁６５から排出され、ＴＤＣ通過後２．５°で排気弁６５は閉じ、一方、ＴＤＣ前７．５°から吸気弁７５が開き始め、吸気行程（１）に戻り、以上のサイクルが繰り返されて、継続的に駆動力が発生する。
【００７９】
次に、駆動力の発生を停止して、エンジン補助ブレーキとして制動力を得る制動モードＭ２における作用について説明する。
【００８０】
まず、操作者が、モード切換スイッチ３９を図３（ａ）に示す状態から同図（ｂ）に示す状態に切り換える。
【００８１】
このスイッチ３９の切換えにより、電線３９ａ，３９ｂへの通電電流の向きが反転して、電磁コイル３４，３４′の帯磁極の向きがそれぞれ反転し、電磁コイル３４の時計回り側端面３４ａはＮ極、反時計回り側端面３４ｂはＳ極、電磁コイル３４′の時計回り側端面３４ａ′はＳ極、反時計回り側端面３４ｂ′はＮ極となる。
【００８２】
この結果、電磁コイル３４の時計回り側端面３４ａ（Ｎ極）と永久磁石３５の反時計回り側端面３５ｂ（Ｎ極）とが同一磁極となって互いに反発するとともに、電磁コイル３４′の時計回り側端面３４ａ′（Ｓ極）と永久磁石３５′の反時計回り側端面３５ｂ′（Ｓ極）とが同一磁極となって互いに反発して、カムシャフト側ハウジング３２は反時計回りに回転する。
【００８３】
そして、電磁コイル３４の反時計回り側端面３４ｂ（Ｓ極）と永久磁石３５′の時計回り側端面３５ｂ′（Ｎ極）とが磁力によって引き合って連結されるとともに、電磁コイル３４′の反時計回り側端面３４ａ′（Ｎ極）と永久磁石３５の時計回り側端面３５ｂ（Ｓ極）とが磁力によって引き合って連結される。
【００８４】
したがって、カムシャフト側ハウジング３２は、位相差θ＝８２．５°だけ進角し、制動モードＭ２に切り換えられる。なお、制動モードＭ２では、シリンダ８１内への燃料（混合気の場合を含む）の供給は行われない。
【００８５】
以下、この制動モードＭ２におけるエンジン１００への吸排気の様子を示す図５（ｂ）〜図８（ｂ）を参照して説明する。
【００８６】
まず、図５（ｂ）に示すように、吸気行程（１）のＴＤＣでは、吸気弁７５が直前（ＴＤＣ前７．５°）から開き始め、ピストン８２の降下によって生じる負圧により吸気弁７５から空気がシリンダ８１内に流入する。
【００８７】
次に、図６（ｂ）に示すように、圧縮行程（２）のＢＤＣ通過後１０°で吸気弁７５が閉じ、ピストン８２の上昇によってシリンダ８１内の空気は圧縮され、エンジン１００はこの圧縮仕事により駆動エネルギを消費する。
【００８８】
そして、ＴＤＣ前７．５°から排気弁６５が開き始め、シリンダ内の圧縮空気は排気弁６５から外部に排気される。
【００８９】
この圧縮空気は、シリンダ８１内から排出されないときは、ＴＤＣ通過後にピストン８２を押し下げてエンジン１００の駆動力発生のエネルギ源となるところ、シリンダ８１内から排出されることによって、エンジン１００は駆動力を発生せず、圧縮圧解放型のエンジン補助ブレーキとして機能する。
【００９０】
さらに、排気弁６５はＴＤＣ通過後も図７（ｂ）に示すように開放し続け、ピストン８２の下降にしたがって、シリンダ８１内の負圧により、排気弁６５から空気がシリンダ８１内に吸気される。
【００９１】
よって、この行程は、通常運転モードＭ１では爆発膨張行程（３）となるところ、制動モードＭ２では吸気弁７５が開いた吸気行程（１）と同様、排気弁が開いた吸気行程となる（第二の吸気行程（１′））。
【００９２】
この第二の吸気行程（１′）によってシリンダ８１内に空気が吸気され、図８（ｂ）に示すように、後続する第二の圧縮行程（２′）のＢＤＣ通過後１０°で排気弁６５が閉じ、ピストン８２の上昇によってシリンダ８１内の空気は圧縮され、エンジン１００はこの圧縮仕事により駆動エネルギを消費する。
【００９３】
そして、ＴＤＣ前７．５°から吸気弁７５が開き始め、シリンダ８１内の圧縮空気は吸気弁７５から外部に排気される。
【００９４】
この圧縮空気は、シリンダ８１内から排出されないときは、ＴＤＣ通過後にピストン８２を押し下げてエンジン１００の駆動力発生のエネルギ源となるところ、シリンダ８１内から排出されることによって、エンジン１００は駆動力を発生せず、圧縮圧解放型のエンジン補助ブレーキとして機能する。
【００９５】
そして、後続する吸気行程（１）に戻り、以上のサイクルが繰り返される。
【００９６】
このように、本実施形態の４サイクルエンジン１００は、通常運転モードＭ１では、従来のクランク軸の２回転で４サイクルのエンジンとして機能し、制動モードＭ２では、クランク軸の１回転ごとに吸気、圧縮、圧縮圧解放を行うことができるため、従来よりも、より大きな制動力のエンジン補助ブレーキを得ることができる。
【００９７】
また、制動モードＭ２では、通常運転モードＭ１に対して、吸気弁７５側については変更を加えることなく、排気弁６５側の開閉タイミングのみを変更するだけであるため、簡単な構造で２サイクルコンプレッサ化したエンジン補助ブレーキ機構を構成することができる。
【００９８】
さらに、通常運転モードＭ１と制動モードＭ２とで、排気弁６５の開期間と閉期間との割合を変化させることがないため、排気弁側カムシャフト６３（厳密にはカム）の位相を変化させるだけでよく、この点からも一層、構造を簡単化することができる。
【００９９】
また、カムシャフト６３の進角手段として、通電電流の向きの切換えによって帯磁極が反転する電磁コイル３４，３４′と永久磁石３５，３５′との組合せを適用することにより、簡便なモード切換動作を実現することができ、わずかな改造だけで、既存の４サイクルエンジンに後付けすることも可能となる。
【０１００】
なお、本実施の形態に係る４サイクルエンジン１００は、吸気弁７５の開期間と排気弁６５の開期間とが同一（カムシャフトの回転角換算でいずれも１０７．５°）となる構成であるため、制動モードＭ２におけるＴＤＣ、ＢＤＣに対する吸気弁７５と排気弁６５との開閉タイミングを同一に設定することができるが、本発明の４サイクルエンジンは、このような形態に限定されるものではない。
【０１０１】
すなわち、吸気弁７５の開期間および排気弁６５の開期間は、通常運転モードＭ１においてそれぞれ最適な吸気、排気が得られるようにエンジンごとに設定されているため、両弁７５，６５の開期間が同一に設定されているとは限らない。
【０１０２】
このような場合においても、本発明の４サイクルエンジンは、制動モードＭ２において、吸気弁７５の開閉タイミングと排気弁６５の開閉タイミングとが概ね同一となるように設定すればよく、圧縮行程（２）のＴＤＣ近傍において排気弁６５を開放し、この圧縮行程（２）の圧縮圧を排気弁６５から解放するように、排気弁６５の開閉タイミングを変化させるものとすればよい。
【０１０３】
また、吸気弁７５および排気弁６５の開閉タイミングに関する具体的な数値は、実施形態における一例に過ぎず、本発明の４サイクルエンジンが、このような具体的な数値の開閉タイミングで開閉する吸気弁および排気弁を有するものに限定させるものでないことはいうまでもない。
【０１０４】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明の請求項１に係る４サイクルエンジンによれば、排気弁の開閉タイミングの全体をずらすだけであり、吸排気各弁の開閉タイミング・開閉回数を変更する従来のエンジン補助ブレーキ機構に比べ、簡単な構造で、かつ強力な制動力を得ることができる２サイクルコンプレッサ化された制動モードを実現することができる。
【０１０５】
また、本発明の請求項２に係る４サイクルエンジンによれば、上記請求項１に係る４サイクルエンジンが発揮する効果に加えて、カムシャフト進角手段が、排気弁側のカムシャフトの位相を進めるだけであるため、通常運転モードと制動モードとで、排気弁の開いている期間と閉じている期間との相対的な関係を変えることなく、開閉タイミングの全体を変更することができ、簡単な構造とすることができる。
【０１０６】
また、本発明の請求項３に係る４サイクルエンジンによれば、既存の排気弁や吸気弁を変更することなく、また、吸気弁用カムシャフトと排気弁用カムシャフトとが各々設けられている場合には、これら既存のカムシャフトにも大きな改造を加えることなく、簡単に排気弁の開閉タイミングの位相を変更することができる。
【０１０７】
また、本発明の請求項４に係る４サイクルエンジンによれば、通電させる電流の向きを反転させるだけで排気側カムシャフトを進角させることができ、ギヤ側ハウジングとカムシャフト側ハウジングとを、第一の位相差と第二の位相差とで簡単に選択的な連結を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る４サイクルエンジンの要部断面図を示すブロック図である。
【図２】カムシャフト進角タイマーの具体的な構成を示す図である。
【図３】カムシャフト進角タイマーの作用を説明する図である。
【図４】通常運転モードおよび制動モードにおける吸気弁および排気弁の開閉チャートを示す図である。
【図５】通常運転モードおよび制動モードにおける吸気行程（１）の通気状態を説明する図である。
【図６】通常運転モードおよび制動モードにおける圧縮行程（２）の通気状態を説明する図である。
【図７】通常運転モードおよび制動モードにおける爆発膨張行程（３）、第二の吸気行程（１′）の通気状態を説明する図である。
【図８】通常運転モードおよび制動モードにおける排気行程（４）、第二の圧縮行程（２′）の通気状態を説明する図である。
【符号の説明】
３０　カムシャフト進角タイマー
３１　ギヤ側ハウジング
３２　カムシャフト側ハウジング
３３　選択的連結手段
３４，３４′　電磁コイル
３４ａ，３４ａ′　時計回り側端面
３４ｂ，３４ｂ′　反時計回り側端面
３４ｃ　鉄芯
３５，３５′　永久磁石
３５ａ，３５ａ′　時計回り側端面
３５ｂ，３５ｂ′　反時計回り側端面
３９　モード切換スイッチ
３９ａ，３９ｂ　電線
４０　キャップ
４１ａ，４１ｂ　ブラシロータ
６１　ロッカーシャフト
６２　ロッカーアーム
６３　排気弁側カムシャフト
６４　タイミングギヤ
６５　排気弁
６６　バルブスプリング
７３　吸気弁側カムシャフト
７５　吸気弁
８１　シリンダ
８２　ピストン
１００　４サイクルエンジン
θ，θ１，θ２　位相差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2004108217.tif 000009
【図８】
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