(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式エンジンであって、
前記燃焼室へ混合気を導入する吸気ポートを開閉する吸気弁と、該吸気弁を開閉動作させる動弁装置と、該動弁装置による前記吸気弁の閉じ時期を調整する弁閉じ時期調整機構と、前記燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置とを備えており、
前記動弁装置が、前記吸気弁を閉方向に付勢する弁バネと、シリンダヘッドに揺動可能に支持される弁腕と、クランク軸の回転に連動するカム機構とを備えており、前記カム機構が前記弁腕を押し出すことによって、前記吸気弁が開方向に移動するものであり、
前記弁閉じ時期調整機構が、油圧室と、前記油圧室の油量に応じて前記弁腕側又は反弁腕側に移動する操作部材と、前記油圧室にオイルポンプからの作動油を供給する作動油入口通路と、前記作動油入口通路を開閉するソレノイド式の駆動用電磁開閉弁と、前記油圧室から作動油を排出する作動油出口通路と、前記作動油出口通路を開閉するソレノイド式の出口用電磁開閉弁と、前記油圧室に開口して前記作動油出口通路に連通する固定オリフィス及び可変オリフィスとを、備えており、前記可変オリフィスの開口位置が前記固定オリフィスの開口位置よりも前記弁腕側に設けられており、前記可変オリフィスの開口径が前記固定オリフィスの開口径よりも大きくなっており、前記駆動用電磁開閉弁及び前記出口用電磁開閉弁の作動により前記操作部材を前記弁腕に接触させて前記吸気弁を開方向に移動させると共に前記操作部材を前記弁腕から離間させることができるものであり、
エンジン始動の際に、前記動弁装置により前記吸気弁を開閉動作させながら前記弁閉じ時期調整機構によって吸気弁の閉じ時期を調整して燃焼室内の有効圧縮比を下げるとともに、前記点火装置を作動することにより火花点火運転を行い、
定常運転の際に、前記弁閉じ時期調整機構を作動させずに前記動弁装置により前記吸気弁を開閉動作させて、燃焼室内の有効圧縮比をエンジン始動のときよりも高めることにより、圧縮自着火運転を行うように構成されていることを特徴とする予混合圧縮自着火式エンジン。
【請求項２】
エンジン始動の際の火花点火運転と、定常運転の際の前記圧縮自着火運転とが、機関回転数に応じて移行されることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
【請求項３】
前記弁閉じ時期調整機構が、機関回転数の変動に応じて前記吸気弁の閉じ時期を変動するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
【請求項４】
エンジン始動の際の暖機状態を、エンジン冷却水の温度又は燃焼室への吸気温度によって判断し、この暖機状態に応じ前記弁閉じ時期調整機構によって前記吸気弁の閉じ時期を調整するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
【請求項５】
エンジン始動の際に、前記操作部材に油圧を供給する電動の始動用ポンプが備えられていることを特徴とする、請求項１記載の予混合圧縮自着火式エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気と燃料とを予め混合した混合気をシリンダ内の燃焼室に供給し、該混合気を圧縮することによって自着火させる予混合圧縮自着火式エンジンは、例えば、特許文献１により公知である。
【０００３】
この予混合圧縮自着火式エンジンは、火花点火式のエンジンと比較して、高い圧縮比で運転可能であるので熱効率が高いという利点がある。また、燃焼温度を低くすることができるので、ＮＯｘの生成を抑制することもできる。しかし、混合気を自然に着火するものであるため、着火時期の制御が困難であり、適切に着火するための条件を整えてやることが重要である。
【０００４】
特に、エンジンを始動するときはエンジンが暖まっておらず、吸気温度も低温であるため、圧縮自着火による運転は非常に困難である。
【０００５】
そのため、特許文献１の技術では、シリンダヘッドに点火プラグを設けるとともに、エンジンの始動時に、火花点火による運転を行うことで暖機を行い、そして、吸気温度が圧縮自着火運転に適した温度に上昇したときに、シリンダ内の圧縮比を上げるとともに空気過剰率を上げて、圧縮自着火を行うようになっている。
【特許文献１】特開２００５−６９０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、火花点火による運転から圧縮自着火による運転に移行するとき、シリンダ内の圧縮比を上げるために、吸気弁の閉じ時期を前進（進角）させる旨記載されている。しかしながら、どのように吸気弁の閉じ時期を進角させるかについては開示がない。
【０００７】
一方、吸気弁の閉じ時期を調整可能な弁閉じ時期調整機構を有する可変動弁装置も従来から知られているが、弁閉じ時期調整機構を頻繁に使用すると、故障が生じやすくなるという問題がある。また、弁閉じ時期調整機構が油圧を用いるものである場合、長時間にわたり油圧を与えるような運転を行うと、油圧のロスが発生し、効率が悪化するという問題がある。したがって、できるだけ可変動弁装置を用いずに運転を行うことが好ましい。
【０００８】
そこで、本発明は、始動時等の限られた時期に行われる火花点火による運転の際に、吸気弁の閉じ時期を調整する弁閉じ時期調整機構を用いて吸気弁の閉じ時期の調整を行い、定常運転等の長時間行われる圧縮自着火による運転の際には、弁閉じ時期調整機構を用いずに動弁装置のみで吸気弁を開閉させることで、弁閉じ時期調整機構の使用時間を短くし、効率が良く耐久性に優れた予混合圧縮自着火式エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１記載の発明は、少なくとも定常運転で、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮することにより自着火させて燃焼させる予混合圧縮自着火式エンジンであって、前記燃焼室へ混合気を導入する吸気ポートを開閉する吸気弁と、該吸気弁を開閉動作させる動弁装置と、該動弁装置による前記吸気弁の閉じ時期を調整する弁閉じ時期調整機構と、前記燃焼室内の混合気に火花点火する点火装置とを備えており、前記動弁装置が、前記吸気弁を閉方向に付勢する弁バネと、シリンダヘッドに揺動可能に支持される弁腕と、クランク軸の回転に連動するカム機構とを備えており、前記カム機構が前記弁腕を押し出すことによって、前記吸気弁が開方向に移動するものであり、前記弁閉じ時期調整機構が、油圧室と、前記油圧室の油量に応じて前記弁腕側又は反弁腕側に移動する操作部材と、前記油圧室にオイルポンプからの作動油を供給する作動油入口通路と、前記作動油入口通路を開閉するソレノイド式の駆動用電磁開閉弁と、前記油圧室から作動油を排出する作動油出口通路と、前記作動油出口通路を開閉するソレノイド式の出口用電磁開閉弁と、前記油圧室に開口して前記作動油出口通路に連通する固定オリフィス及び可変オリフィスとを、備えており、前記可変オリフィスの開口位置が前記固定オリフィスの開口位置よりも前記弁腕側に設けられており、前記可変オリフィスの開口径が前記固定オリフィスの開口径よりも大きくなっており、前記駆動用電磁開閉弁及び前記出口用電磁開閉弁の作動により前記操作部材を前記弁腕に接触させて前記吸気弁を開方向に移動させると共に前記操作部材を前記弁腕から離間させることができるものであり、エンジン始動の際に、前記動弁装置により前記吸気弁を開閉動作させながら前記弁閉じ時期調整機構によって吸気弁の閉じ時期を調整して燃焼室内の有効圧縮比を下げるとともに、前記点火装置を作動することにより火花点火運転を行い、定常運転の際に、前記弁閉じ時期調整機構を作動させずに前記動弁装置により前記吸気弁を開閉動作させて、燃焼室内の有効圧縮比をエンジン始動のときよりも高めることにより、圧縮自着火運転を行うように構成されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、エンジン始動の際の火花点火運転と、定常運転の際の前記圧縮自着火運転とが、機関回転数に応じて移行されることを特徴とする。
【００１１】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記弁閉じ時期調整機構が、機関回転数の変動に応じて前記吸気弁の閉じ時期を変動するように構成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の発明において、エンジン始動の際の暖機状態を、エンジン冷却水の温度又は燃焼室への吸気温度によって判断し、この暖機状態に応じ前記弁閉じ時期調整機構によって前記吸気弁の閉じ時期を調整するように構成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の発明において、エンジン始動の際に、前記操作部材に油圧を供給する電動の始動用ポンプが備えられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
請求項１の発明によれば、エンジン始動時という限られた時期に行われる火花点火運転では、動弁装置によって吸気弁を開閉動作するとともに、弁閉じ時期調整機構を作動して吸気弁の閉じ時期を調整し、定常運転として長時間行われる圧縮自着火運転では、弁閉じ時期調整機構を作動させずに、動弁装置のみによって吸気弁を開閉動作する。したがって、エンジンの作動時間全体における弁閉じ時期調整機構の使用時間を短くすることができ、弁閉じ時期調整機構を用いることに伴う効率の悪化を防止するとともに、弁閉じ時期調整機構の耐久性を向上することができる。
【００１５】
請求項２の発明によれば、エンジン始動から定常運転までの間で火花点火運転から圧縮自着火運転へ適切に移行することができる。
【００１６】
請求項３の発明によれば、機関回転数の変動に応じて有効圧縮比を徐々に変化させることができるので、安定した運転を維持することができる。
【００１７】
請求項４の発明によれば、エンジン始動の際の暖機状態を考慮して弁閉じ時期調整機構により吸気弁の閉じ時期を調整することにより、エンジン始動時からノッキングや失火を確実に防止することができる。
【００１８】
請求項５の発明によれば、エンジン始動のときから、機関回転数に関係なく電動の始動用ポンプによって操作部材に適切な油圧を供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
〔予混合圧縮自着火式エンジンの概要〕
図１は、本発明の実施形態にかかる予混合圧縮自着火式エンジンの概略断面図、図２は、同概略平面図である。本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン１１は、４気筒の４サイクルエンジンとされており、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１５、及びクランクケース１８によって構成されたエンジン本体１１Ａを備えている。シリンダブロック１２内には、４つのシリンダ（気筒）１３が設けられ、各シリンダ１３内には、ピストン１４が摺動自在に嵌合されている。シリンダヘッド１５には、吸気ポート１６及び排気ポート１７が設けられ、吸気ポート１６及び排気ポート１７は、それぞれ吸気弁１９及び排気弁２０によって開閉されるようになっている。吸気弁１９及び排気弁２０は、それぞれ動弁装置２１，２２によって開閉動作する。
【００２０】
吸気ポート１６には吸気管２４が接続され、排気ポート１７には排気マニホールド２５を有する排気管２６が接続されている。吸気管２４は、図２に示すように、主吸気管２７と、該主吸気管２７に接続された吸気サージタンク２８と、該吸気サージタンク２８から各シリンダ１３に接続された複数の分岐吸気管２９とを有している。
【００２１】
図１に示すように、主吸気管２７には、スロットルバルブ３１と、ミキサ３３と、加熱装置３５とが設けられている。主吸気管２７に導入された空気は、スロットルバルブ３１によって流量が調節され、燃料制御弁３２から噴射された燃料とミキサ３３で混合される。空気と燃料との混合気は、加熱装置３５によって加熱されて吸気サージタンク２８に流入し、各分岐吸気管２９から吸気ポート１６を経て各シリンダ１３内の燃焼室に吸気される（吸気行程）。吸気行程で燃焼室内に供給された混合気は、圧縮行程で圧縮され、ピストン１４が上死点付近にきたときに自着火し、これによりピストン１４が押し下げられる（膨張行程）。燃焼ガスは、排気行程で排気ポート１７から排気管２６を介して排出されるようになっている。
【００２２】
図１に示すように、エンジン１１は、コントローラ４５を備えており、該コントローラ４５によって、スロットルバルブ３１、燃料制御弁３２、加熱装置３５等が制御されるようになっている。また、エンジン１１には、冷却水温度センサ４７や吸気温度センサ４８、気筒内圧力センサ４９、機関回転数センサ５０、トルクセンサ５１等が設けられており、各種センサの検出信号は、前記コントローラ４５に入力されるようになっている。
【００２３】
図２に示すように、加熱装置３５は、エンジン１１を安定して運転させるために混合気を適切な温度に加熱するものであり、２経路に分岐した主吸気管２７の一方の経路３８に設けられた熱交換器４０により構成されている。熱交換器４０は、エンジン冷却水を熱交換媒体とするものであり、エンジン本体１１Ａを循環した冷却水が流路４１を介して熱交換器４０に供給されるとともに、流路４２を介して冷却器（図示略）に戻されるようになっている。主吸気管２７の双方の経路３８，３９には、それぞれ調量弁４３，４４が設けられている。
【００２４】
主吸気管２７の他方の経路３９には熱交換器４０は設けられておらず、この経路３９を通る混合気は加熱されることなくそのまま吸気サージタンク２８に導入される。調量弁４３，４４は、主吸気管２７の各経路３８，３９への混合気の流入量を調整（停止を含む）するものであり、例えば、一方の調量弁４３のみを開いて経路３８のみに混合気を通すことで、急速に混合気を加熱することができ、他方の調量弁４４のみを開いて経路３９のみに混合気を通すことで、混合気を加熱しないようにする（相対的に冷却する）ことができる。また、双方の調量弁４３，４４を開くことによって、加熱された混合気と加熱されていない混合気とを混合して、細かな温度制御を行うことができるようになっている。
【００２５】
〔予混合圧縮自着火式エンジンの運転方法〕
上記予混合圧縮自着火式エンジン１１は混合気を圧縮自着火により燃焼させるものであるが、本実施形態では、図１に示すように、混合気を火花点火する点火プラグ（点火装置）３７がシリンダヘッド１５に設けられている。この点火プラグ３７は、主として燃焼室の周辺が十分に暖まっていない始動時等の着火を容易にするために用いられる。
【００２６】
すなわち、本実施形態の予混合圧縮自着火式エンジン１１は、定常運転の際には主として圧縮自着火運転を行うが、始動の際には火花点火による運転も可能になっている。
【００２７】
具体的に、始動の際に火花点火によって暖機運転を行い、機関回転数が上昇すると、それに応じて圧縮比及び空気過剰率を調整して圧縮自着火を生じさせる。そして、トルクが所定に上昇したことをセンサ等により検出し、その時点で点火プラグ３７をオフにし、圧縮自着火運転に移行するようになっている。
【００２８】
なお、点火プラグ３７は、圧縮自着火による定常運転の際にも、吸気温度やトルク等の他の条件により失火気味になったときに、燃焼を助けるために補助的に用いられる。
【００２９】
一般に、火花点火運転と圧縮自着火運転とはそれぞれ運転に適した条件が異なっており、特に、圧縮自着火運転は、燃焼室内の温度を自着火温度にする必要があるのに対して、火花点火運転は、燃焼室内の温度が自着火温度に達するとノッキングを生じる。そのため、本実施形態では、始動の際の火花点火運転を行うときに燃焼室の有効圧縮比を下げ、定常運転の際の圧縮自着火運転を行うときに相対的に有効圧縮比を上げることによって、各運転に応じた条件を実現している。そして、有効圧縮比の変更は、吸気弁１９の閉じ時期の調整によって行うようになっている。
【００３０】
図３は、吸気行程において吸気弁１９を開いた後、圧縮行程中に吸気弁１９を閉じる場合（吸気弁１９を遅閉じする場合）における、吸気弁１９の弁閉じ時期と有効圧縮比の相関を示すグラフである。同図において、弁閉じ時期を進角させると有効圧縮比が高くなり、弁閉じ時期を遅角させると有効圧縮比が低くなることが解る。したがって、圧縮自着火運転を行う場合は、弁閉じ時期を進角させ、火花点火運転を行う場合は、弁閉じ時期を遅角させればよいことになる。
【００３１】
このような吸気弁１９の動きについて図４及び図５を参照して詳細に説明する。
図４は、圧縮自着火運転を行うときの吸気弁１９の動作を示す概略縦断面図である。図４（Ａ）は、吸気行程開始の状態を示しており、ピストン１４は上死点付近にあり、吸気弁１９は開いた状態となっている。この状態から、ピストン１４を下降することにより、吸気ポート１６から燃焼室内に混合気が吸気される。図４（Ｂ）は、吸気行程終了の状態（圧縮行程開始の状態）を示しており、ピストン１４は下死点付近にあり、吸気弁１９は開いた状態から閉鎖される。図４（Ｃ）は、圧縮行程終了の状態を示しており、ピストン１４は上死点付近にある。したがって、吸気行程で燃焼室に取り入れられた混合気は、概ね下死点から上死点までのストロークα１で圧縮され、自着火により燃焼する。
【００３２】
一方、図５は、火花点火運転を行うときの吸気弁１９の動作を示す概略縦断面図である。図５（Ａ）は、吸気行程開始の状態を示しており、ピストン１４は上死点付近にあり、吸気弁１９は開いた状態となっている。この状態は、圧縮自着火を行う場合と同じである。図５（Ｂ）は、吸気行程終了の状態を示しており、ピストン１４は下死点付近にあるが、吸気弁１９は開いたままとなっている。そして、図５（Ｃ）は、ピストン１４が下死点からＺ位置まで少し上昇し、吸気弁１９が遅れて（遅角して）閉鎖した状態を示している。したがって、ピストン１４が下死点付近からＺ位置に上昇するまでストロークα２では、燃焼室内の混合気は吸気ポート１９から排出されるだけで圧縮されない。図５（Ｄ）は、圧縮行程終了の状態を示しており、ピストン１４は上死点付近にある。燃焼室内の混合気は、図５（Ｃ）のＺ位置から（Ｄ）の上死点付近までのストロークα３で圧縮される。すなわち、火花点火運転の場合は、圧縮自着火運転に比べて圧縮ストロークが短く、有効圧縮比が小さくなる。そして、混合気は、ピストン１４の上死点付近で点火プラグ３７により点火されて燃焼するようになっている。
【００３３】
次に、図４及び図５の如く吸気弁１９を動作させる動弁装置２１と弁閉じ時期調整機構１００とについて詳細に説明する。
【００３４】
〔動弁装置の構造〕
図６は、吸気弁１９の動弁装置２１を示す縦断面図である。シリンダヘッド１５には、吸気ポート１６を開閉する吸気弁１９が配置されており、吸気弁１９の弁軸１９Ａは、弁軸受胴５５を介してシリンダヘッド１５に摺動自在に支持されるとともに、上方の弁腕室５６に突出している。弁軸１９Ａの上端部には円板状のバネ受け５７が固定され、バネ受け５７と弁腕室５６の底面との間には弁バネ５８が設けられている。吸気弁１９は、弁バネ５８によって上方に付勢され、弁シート部５９に着座するようになっている。
【００３５】
弁腕室５６には、弁腕軸６０を介して弁腕６１が揺動可能に支持されている。弁腕６１は、長手方向（図６の左右方向）の中途部が弁腕軸６０に支持され、長手方向の一端部が、弁軸１９Ａの上端面に上方から当接している。弁腕６１の他端部には、カム動力伝達用の第１のボルト６２と、油圧式の弁閉じ時期調整機構１００用の第２のボルト６３が螺合され、両ボルト６２，６３の下部は、弁腕６１の下面から一定量突出するとともに、それぞれロックナット６４，６５により突出量調整可能に固定されている。第１のボルト６２は、第２のボルト６３よりも弁腕軸心Ｏ１寄りに位置している。すなわち、弁腕軸心Ｏ１から第１のボルト６２までの距離は、弁腕軸心Ｏ１から第２のボルト６３までの距離よりも短くなっている。
【００３６】
第１のボルト６２は、プッシュロッド６７及びタペット６８を介して吸気カム６９に連結しており、第１のボルト６２、プッシュロッド６７、タペット６８及び吸気カム６９等により、吸気弁駆動カム機構７０を構成している。吸気カム６９は、弁腕軸６０と平行なカム軸７１に形成されており、周知のようにクランク軸の２回転により１回転するようにクランク軸に連結されている。タペット６８はエンジン本体１１Ａ内に形成された支持孔７２に摺動自在に嵌合支持され、タペット６８内にプッシュロッド６７の下端部が挿入されている。
【００３７】
図７は、図６の矢印VII部分の拡大図であり、プッシュロッド６７の上端部には、バネ受けつば７３を有する継手部７４が一体に固着されている。継手部７４の上端には第１のボルト６２との連結部として凹部７５が形成されている。凹部７５内には、第１のボルト６２の下端部がプッシュロッド６７移動方向に移動可能に挿入されている。継手部７４のつば７３とシリンダヘッド１５に形成された環状段部７６の間には、補助バネ７７が設けられている。プッシュロッド６７は、補助バネ７７によって下方に付勢され、タペット６８（図６）は、常時吸気カム６９に当接されている。
【００３８】
したがって、図６に示すように、カム軸７１の回転に伴って吸気カム６９が回転し、該吸気カム６９に当接されたタペット６８が上下に摺動する。タペット６８の上下摺動によりプッシュロッド６７を介して弁腕６１が揺動し、吸気弁１９が吸気ポート１６を開閉するようになっている。また、吸気カム６９は、図４（Ａ）に示すように、吸気行程開始の状態でピストン１４が上死点付近にあるときに吸気弁１９を開き、図４（Ｂ）に示すように、吸気行程終了の状態でピストン１４が下死点付近にあるときに吸気弁１９を閉じるように、形状が設定されている。
【００３９】
〔弁閉じ時期調整機構１００の構造〕
図７において、弁腕６１に螺合した第２のボルト６３の下端には、シリンダヘッド１５内に設けられた油圧式の開弁保持ピストン（操作部材）８０の上端が当接可能に対向している。開弁保持ピストン８０は、シリンダヘッド１５に形成された油圧室８１に概ね上下方向に摺動可能に嵌合しており、油圧室８１に作動油を供給することによって上方へ移動するようになっている。油圧室８１には、油圧室の下端側壁に形成された作動油入口８２ａと、油圧室８１の下端から少し上方位置の側壁に形成された微小径の固定オリフィス８３と、固定オリフィス８３より一定高さ上方に形成された可変オリフィス８４とが開口している。
【００４０】
作動油入口８２ａは、開弁保持ピストン駆動用の電磁開閉弁８５を介してオイルポンプＰ１に接続されている。固定オリフィス８３及び可変オリフィス８４は互いに合流し、その後作動油出口用電磁開閉弁８６を介してオイルタンクＯＴに接続されている。
【００４１】
図８は、油圧式弁閉じ時期調整機構１００の詳細断面図であり、油圧室８１の底壁には、安全弁８７ａを有する排出口８７が開口しており、油圧室８１内の圧力が所定以上になると、安全弁８７ａが開いて、排出口８７から油圧室８１内の作動油を逃がすようになっている。
【００４２】
駆動用電磁開閉弁８５は、駆動スプール８８とソレノイド８９等から構成されている。駆動スプール８８は、円柱形状に形成され、軸心方向の中央に小径部８８ａを有するとともに、軸心方向の両端部（上下端部）に大径部８８ｂ，８８ｃを有している。そして、駆動スプール８８は、作動油入口通路８２に形成された円筒孔９０内に軸方向摺動可能に嵌合されている。円筒孔９０の底面とスプール８８下端との間には、リターンバネ９１が介装されている。
【００４３】
ソレノイド８９に通電されていないとき、小径部８８ａは作動油入口通路８２に位置し、作動油入口通路８２は開口状態となる。したがって、オイルポンプＰ１から油圧室８１内へ作動油が供給される。ソレノイド８９に通電されたとき、リターンバネ９１に抗してスプール８８が押し下げられ、上側大径部８８ｂにより作動油入口通路８２が塞がれるようになっている。
【００４４】
油圧室８１の側壁に開口する固定オリフィス８３及び可変オリフィス８４により、着座緩衝機構が構成されている。上側に形成された可変オリフィス８４は、内径が例えば５φｍｍに設定され、開弁保持ピストン８０の下降によって、開弁保持ピストン８０の外周面により次第に閉じられ、油圧室８１に対する開口面積が減少するようになっている。下側に形成された固定オリフィス８３は、内径が例えば１φｍｍと極めて小さくなっている。
【００４５】
固定オリフィス８３及び可変オリフィス８４が連通する作動油出口通路９２（作動油排出部）に配置された作動油出口用電磁開閉弁９３は、駆動用電磁開閉弁８５と同様に、駆動スプール９４とソレノイド９５等から構成されている。
【００４６】
駆動スプール９４は、円柱形状に形成され、軸心方向の中央に小径部９４ａを有し、軸方向の両端部（上下端部）に大径部９４ｂ，９４ｃを有し、作動油出口通路９２に形成された円筒孔９６に軸方向摺動可能に嵌合されている。円筒孔９６とスプール９４下端との間にはリターンバネ９７が介装されている。ソレノイド９５に通電されていないとき、小径部９４ａは作動油出口通路９２に位置し、作動油出口通路９２は開口状態となる。したがって、油圧室８１の作動油は両オリフィス８３，８４から排出されるようになっている。ソレノイド９５に通電すると、リターンバネ９７に抗して駆動スプール９４が押し下げられ、上側の大径部９４ｂにより作動油出口通路９２が閉じられるようになっている。
【００４７】
〔動弁装置２１及び弁閉じ時期調整機構１００の作用〕
図９は、吸気弁１９の弁リフト特性を示す図である。実線で示す曲線Ｘ１は、図６に示す弁閉じ時期調整機構１００を用いずに弁駆動カム機構７０（動弁装置２１）のみによって吸気弁１９を開閉した場合の弁リフト特性を示しており、一点鎖線で示す曲線Ｘ２は、弁駆動カム機構７０を作動しながら弁閉じ時期調整機構１００を用いて吸気弁１９の閉じ時期を遅角した場合の弁リフト特性の例を示している。
【００４８】
曲線Ｘ１の弁リフト特性で吸気弁１９を作動する場合、図８に示す駆動用電磁開閉弁８５を閉じた状態とし、開弁保持ピストン８０を下降させ、開弁保持ピストン８０が弁腕６１に作用しないようにする。そして、この状態で、弁駆動カム機構７０のみによって吸気弁１９を駆動する。
【００４９】
曲線Ｘ２の弁リフト特性で吸気弁１９を作動する場合、弁駆動カム機構７０による開弁作動と並行して、駆動用電磁開閉弁８５を開くことにより油圧室８１に作動油を供給し、吸気弁１９が図６の最大開位置Ａ１に到るのと同時あるいは続いて開弁保持ピストン８０も最大突出高さＨ１（図８）まで上方に突出させ、かつ、高さＨ１において、駆動用電磁開閉弁８５を閉じるように設定する。一方、作動油出口用電磁開閉弁９３は、開弁保持ピストン８０の上昇開始時から図９の位置Ａ２に到るまで閉状態を維持し、位置Ａ２で開くようにする。
【００５０】
これによって、図６に示すように、まず、弁駆動カム機構７０のプッシュロッド６７により弁腕６１の他端部が押し上げられ、これにより吸気弁１９が弁バネ５８に抗して開弁作動し、着座位置Ａ０から仮想線で示す最大開位置Ａ１まで開く。すなわち、図９の曲線Ｘ１の開弁作動期間Ｔ１に示す弁リフト特性で開弁する。
【００５１】
吸気弁１９全開後、プッシュロッド６７は下降し始めるが、開弁保持ピストン８０は最大高さＨ１に維持されており、これによって第２のボルト６３を介して弁腕６１を保持するため、吸気弁１９は全開状態で保持される。すなわち、位置Ａ１において、実線の曲線Ｘ１から一点鎖線の曲線Ｘ２に移行する。
【００５２】
吸気弁１９全開のまま弁保持期間Ｔ２が終了すると、位置Ａ２において、図８の作動油出口用電磁開閉弁９３が開くことにより、油圧室８１の作動油が両オリフィス８３，８４から排出され始め、開弁保持ピストン８０は最大高さＨ１から下降し始める。
【００５３】
開弁保持ピストン８０の下降行程において、開弁保持ピストン８０の外周面により可変オリフィス８４の開口部分を塞ぎ始めると、可変オリフィス８４からの作動油排出量が減少することにより、開弁保持ピストン８４の下降速度は遅くなり、これにより、図６の吸気弁１９の閉弁速度も遅くなる。すなわち、吸気弁１９の着座速度が緩衝され始めるようになっている。
【００５４】
〔動弁装置及び弁閉じ時期調整機構のシステム構成〕
図１０は、特に吸気弁１９の動弁装置２１及び弁閉じ時期調整機構１００の動作に関わる構成を示したエンジンのシステム概念図である。エンジン１１には、スターターモータ１０２、エンジン潤滑油用のオイルポンプＰ１、動弁装置２１，２２、点火プラグ３７等が設けられている。また、エンジン１１には、吸気温度センサ４８、潤滑油温度センサ１０３、冷却水温度センサ４７が設けられており、これらの検出値はコントローラに入力されるようになっている。
【００５５】
弁閉じ時期調整機構１００は、駆動用電磁開閉弁８５及び作動油出口用電磁開閉弁９３（以下これらを合わせて、弁閉じ時期制御弁１０４という）を介してオイルポンプＰ１に接続されて作動油が供給されるとともに、追加オイルポンプ（始動用ポンプ）Ｐ２にも接続されて作動油が供給されるようになっている。弁閉じ時期調整機構１００への作動油路には、油圧回路の駆動をオンオフするソレノイド弁１０５が設けられている。追加オイルポンプＰ２には、電動ポンプが用いられており、エンジン１１が停止した状態でも通電することによって作動できるようになっている。
【００５６】
このようなシステム構成において、エンジン１１の始動から定常運転に到るまでの動作について説明する。図１１は、エンジン１１の始動から定常運転に到るまでのタイムチャートである。エンジン１１は、時期ｔ１でスターターモータ１０２によって始動され、これと同時に追加オイルポンプＰ２が作動するとともに、点火プラグ３７への点火信号がオンされ、火花点火による運転が開始される。
【００５７】
このとき吸気弁１９の弁閉じ時期は、弁閉じ時期調整機構１００の作動によって遅角側に調整される。すなわち、吸気弁１９は、図９に示す曲線Ｘ２の弁リフト特性で作動する。また、スターターモータ１０２のオンと同時に電動の追加オイルポンプＰ２が作動することによって、弁閉じ時期調整機構１００へ即座に油圧を供給することができる。
【００５８】
スターターモータ１０２は、機関回転数が所定まで上昇する時期ｔ２にオフされる。弁閉じ時期調整機構１００は、機関回転数の上昇に概ね追従して吸気弁１９の閉じ時期を進角側に漸次移行するようになっている。すなわち、開弁保持ピストン８０が突出する時間（図９のＴ２）を漸次に短くしていき、圧縮行程で吸気弁１９が開く時間を徐々に短くする。これによって有効圧縮比を高め、圧縮自着火が発生する条件を整えていく。
【００５９】
機関回転数が更に所定にまで上昇する時期ｔ３で、追加オイルポンプＰ２が停止される。これは、機関回転数が上昇することによって、弁閉じ時期調整機構１００への油圧の供給をオイルポンプＰ１単独で十分に行うことができるからである。
【００６０】
有効圧縮比が高まることによって燃焼室内の温度が自着火温度に達すると、燃焼室内で圧縮自着火が発生する。そして、時期ｔ４において、トルクが所定にまで上昇すると点火信号がオフされる。そして、その後は圧縮自着火による運転が主として行われる。
【００６１】
したがって、本実施形態においては、機関回転数の上昇に対応させて吸気弁１９の閉じ時期を徐々に進角させ、有効圧縮比を徐々に高めているので、有効圧縮率が急激に変動することがなく、安定状態を維持したまま火花点火運転から圧縮自着火運転に移行することができる。
【００６２】
吸気弁１９の閉じ時期は、機関回転数が定格に到るやや前に最も進角側に調整されており、このとき弁閉じ時期調整１００は作動していない。すなわち、弁閉じ時期調整機構１００は、始動のときの限られた期間だけ用いられ、少なくとも点火信号をオフした後の圧縮自着火による定常運転の際には、弁閉じ時期調整機構１００は作動せず、動弁装置２１のみによって吸気弁１９を開閉動作させるようになっている。したがって、長時間行われる定常運転の際に、弁閉じ時期調整機構１００への油圧供給を停止することができるので、当該油圧のロスにより効率が悪化することもなく、弁閉じ時期調整機構１００の使用時間を短くして耐久性の向上を図ることができる。
【００６３】
エンジン１１を始動するときの暖機状態は、通常その始動前の状態によって異なっており、始動時の最初の吸気弁１９の閉じ時期を常に一定とすると、エンジン１１が冷えている場合には失火が生じ易くなり、暖まっている場合にはノッキングが生じ易くなる。
【００６４】
そこで、本実施形態では、始動時の最初の吸気弁１９の閉じ時期をエンジン１１の暖機状態に応じて変化させるように、弁閉じ時期調整機構１００を制御するようになっている。図１２は、エンジン１１の暖機状態に応じて吸気弁の閉じ時期を調整する場合のタイムチャートの一部であり、吸気弁閉じ時期の実線Ｙ１は、エンジン暖始動時の状態を示し、二点鎖線Ｙ２はエンジン冷始動時の状態を示している。
【００６５】
エンジン１１が冷えた状態で始動するときは、暖まった状態で始動するときよりも吸気弁１９の閉じ時期を進角側にし、有効圧縮比を高めている（Ｙ２）。これによって燃焼を促進し、失火を防止するようになっている。逆に、暖まった状態で始動するときは、吸気弁１９の閉じ時期を遅角側にして有効圧縮比を下げ（Ｙ１）、ノッキングの発生を防止している。
【００６６】
始動のときのエンジンの暖機状態は、エンジン冷却水の温度や吸気温度によって判断することができる。エンジン冷却水の温度を用いる場合は、例えば、スターターモータ１０２をオンする直前、スターターモータ１０２をオンしてから初爆までの間、又は、スターターモータ１０２をオフする時の冷却水温度を冷却水温度センサ４７（図１０）によって検出し、その温度に応じて吸気弁１９の閉じ時期を調整する。吸気温度を用いる場合は、スターターモータ１０２をオンしてから初爆までの間、又は、スターターモータ１０２をオフする時の吸気温度を吸気温度センサ４８（図１０）によって検出し、その温度に応じて吸気弁の閉じ時期を調整することができる。
【００６７】
〔他の実施形態〕
本発明は、上記実施形態に限定されることなく、例えば、以下のように適宜設計変更可能である。
【００６８】
（１）上記実施形態では、弁閉じ時期調整機構１００は、動弁装置２１による吸気弁１９の閉じ時期よりも吸気弁１９の閉じ時期を遅角させることにより、燃焼室の有効圧縮比を下げる構成となっているが、動弁装置２１による吸気弁１９の閉じ時期を進角させる（吸気行程の途中で吸気弁１９を閉じる）ことにより、有効圧縮比を下げる構成とすることも可能である。
【００６９】
（２）また、上記実施形態では、油圧式の弁閉じ時期調整機構１００を用いているが、カム式等の機械式の弁閉じ時期調整機構を用いることもできる。
【００７０】
（３）上記実施形態では４気筒の予混合圧縮自着火式エンジンを例示したが、気筒数は何ら限定されるものではない。
【００７１】
（４）上記実施形態では、混合気を加熱する加熱装置３５が、熱交換媒体としてエンジン冷却水を用いているが、エンジンの潤滑油や排気ガスを用いてもよい。さらに、加熱装置３５は、電熱ヒータや火炎バーナーで構成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るエンジンの概略縦断面図である。
【図２】同概略平面図である。
【図３】吸気弁の弁閉じ時期と有効圧縮比の相関を示すグラフである。
【図４】圧縮自着火による運転を行う際の吸気弁の動作を示す概略縦断面図である。
【図５】火花点火による運転を行う際の吸気弁の動作を示す概略縦断面図である。
【図６】吸気弁の動弁装置を示す縦断面図である。
【図７】図６の矢印VII部分の拡大図である。
【図８】油圧式弁閉じ時期調整機構の詳細断面図である。
【図９】吸気弁の弁リフト特性を示す図である。
【図１０】吸気弁の動弁装置及び弁閉じ時期調整機構に関する構成を示したエンジンのシステム概念図である。
【図１１】エンジンの始動から定常運転に至るまでのタイムチャートである。
【図１２】エンジンの暖機状態に応じて吸気弁の閉じ時期を調整する場合のタイムチャートの一部である。
【符号の説明】
【００７３】
１１  エンジン
１６  吸気ポート
１９  吸気弁
２１  動弁装置
３７  点火装置
８０  開弁保持ピストン（操作部材）
１００  弁閉じ時期調整機構
【図１】
0004545698.tif 000002
【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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