(57)【要約】【課題】作動油の状態に依存せずにスレーブピストンの摺動量を制御可能とすることで、排気弁のバルブリフト量を適切な値に安定させ、エンジンブレーキ力や内部ＥＧＲ量のばらつきを抑制させることができる内燃機関の排気弁制御装置を提供すること。【解決手段】油圧作動機構(70)に位置センサ(80)と油圧制御バルブ(82)を設け、当該位置センサにより検出されるスレーブピストン位置情報に応じ、油圧制御バルブにより当該スレーブピストン(74)に作用する作動油を排出して油圧を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、燃焼室と排気ポートとの連通と遮断を行う排気弁と、
前記内燃機関の回転に連動するカムにより作動することで油圧を発生させる油圧発生手段と、
該油圧発生手段と油路を介して接続され、該油圧発生手段により発生した油圧により摺動し前記排気弁を開弁させるスレーブピストンを有する油圧作動手段と、
前記内燃機関の作動油源から前記油圧発生手段、前記油路及び前記油圧作動手段への作動油の給排を行う作動油給排手段と、
前記スレーブピストンの摺動位置を検出するスレーブピストン位置検出手段と、
前記スレーブピストンに作用する作動油を排出することで前記スレーブピストンにかかる油圧を可変可能な油圧制御弁と、
前記スレーブピストン位置検出手段により検出された前記スレーブピストンの位置に応じて前記油圧を可変させるよう前記油圧制御弁を制御する油圧制御手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の排気弁制御装置。
【請求項２】
前記油圧制御手段は、前記作動油給排手段により前記油圧発生手段、前記油路、及び前記油圧作動手段内から作動油を排出する際、併せて前記油圧制御弁により前記スレーブピストンに作用する作動油を排出することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の排気弁制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、油圧により排気弁を開弁可能な内燃機関の排気弁制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、圧縮行程の上死点直前で排気弁を開弁させることによるエンジンブレーキ力の増大作用、所謂パワータード、及び吸気行程時に排気弁を開弁させることによる内部ＥＧＲ作用を目的として、油圧により通常の排気タイミングと異なるタイミングで排気弁を制御する排気弁制御装置がある。
具体的な構成としては、圧縮行程の上死点直前または吸気行程時にカムにより押圧され油圧を発生させるマスタピストンと、当該マスタピストンと油路を介して接続されマスタピストンより発生した油圧を受けることで摺動し排気弁を開弁させるスレーブピストンとを備えた構成がある。
【０００３】
しかし、当該構成ではマスタピストンにより発生する油圧はカムにより一義的に定まるものであり、スレーブピストンの摺動量、即ち排気弁のバルブリフト量を調節することは不可能である。
そこで、マスタピストンとスレーブピストンとを接続している油路に、アクチュエータによってシリンダ内で変位するピストンを設け、エンジンの運転状況に応じて油路の容積を変化させることで油圧を制御し、排気弁のバルブリフト量を調節する技術が開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平０９−２９６７４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、スレーブピストンが受ける油圧は作動油の油温やエンジン回転数等の状況よって変化するものであり、上記特許文献１に開示された技術も、作動油の状態に依存してしまうため当該変化によってバルブリフト量が変化し、エンジンブレーキ力や内部ＥＧＲ量にばらつきが生じるという問題がある。
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、作動油の状態に依存せずにスレーブピストンの摺動量を制御可能とすることで、排気弁のバルブリフト量を適切な値に調整し、エンジンブレーキ力や内部ＥＧＲ量のばらつきを抑制させることができる内燃機関の排気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】
【０００５】
上記した目的を達成するために、請求項１の内燃機関の排気弁制御装置では、内燃機関のシリンダヘッドに設けられ、燃焼室と排気ポートとの連通と遮断を行う排気弁と、前記内燃機関の回転に連動するカムにより作動することで油圧を発生させる油圧発生手段と、該油圧発生手段と油路を介して接続され、該油圧発生手段により発生した油圧により摺動し前記排気弁を開弁させるスレーブピストンを有する油圧作動手段と、前記内燃機関の作動油源から前記油圧発生手段、前記油路及び前記油圧作動手段への作動油の給排を行う作動油給排手段と、前記スレーブピストンの摺動位置を検出するスレーブピストン位置検出手段と、前記スレーブピストンに作用する作動油を排出することで前記スレーブピストンにかかる油圧を可変可能な油圧制御弁と、前記スレーブピストン位置検出手段により検出された前記スレーブピストンの位置に応じて前記油圧を可変させるよう前記油圧制御弁を制御する油圧制御手段とを備えたことを特徴としている。
【０００６】
つまり、油圧を受けることで排気弁を開弁させるスレーブピストンを有する内燃機関において、当該スレーブピストンの摺動位置に応じ、油圧制御弁により当該スレーブピストンに作用する作動油を排出して油圧を制御することでバルブのリフト量を調整する。
請求項２の内燃機関の排気弁制御装置では、請求項１において、前記油圧制御手段は、前記作動油給排手段により前記油圧発生手段、前記油路、及び前記油圧作動手段内から作動油を排出する際、併せて前記油圧制御弁により前記スレーブピストンに作用する作動油を排出することを特徴としている。
【０００７】
つまり、作動油給排手段により油圧発生手段、油路、油圧作動手段内の作動油を排出する際には、油圧制御弁によってもスレーブピストンに作用する作動油を排出する。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１によれば、スレーブピストンの摺動位置に応じ、油圧制御弁によりスレーブピストンに作用する作動油を排出して油圧を制御することで、作動油の状態に依存せずにスレーブピストンの摺動量を任意に制御することができる。
これにより、排気弁のバルブリフト量を適切な値に調整し安定させることができ、エンジンブレーキ力や内部ＥＧＲ量のばらつきの発生を抑制させることができる。
【０００９】
請求項２によれば、作動油給排手段により油圧発生手段、油路、及び油圧作動手段内の作動油を排出する際に、油圧制御弁によりスレーブピストンに作用する作動油を排出することで、早期にパワータードや内部ＥＧＲを停止させることができる。
これにより、パワータード停止や内部ＥＧＲ停止における応答性を向上させることができ、より確実にエンジンブレーキ力や内部ＥＧＲ量のばらつきの発生を抑制させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係る内燃機関の排気弁制御装置の概略構成図が示されている。
図１に示すエンジン１（内燃機関）は１気筒当たり２本ずつの吸排気弁を備えた多気筒ディーゼル機関として構成されており、図１にはそのうちの１つの気筒についての縦断面が示されている。なお、他の気筒についても同様の構成をしているものとして図示及び説明を省略する。
【００１１】
図１に示すように、エンジン１は、シリンダブロック２にシリンダヘッド４が載置されて構成されている。
シリンダブロック２にはシリンダ６が形成されており、当該シリンダ６内には上下摺動可能にピストン８が設けられている。
シリンダヘッド４にはシリンダ６内に臨むように図示しないインジェクタが設けられている。
【００１２】
また、シリンダヘッド４には、シリンダ６と対応して下面に２つの排気開口部１０ａ、１０ｂが形成されており、当該排気開口部１０ａ、１０ｂからはエンジン１の側面に延びる排気ポート１０が形成されている。
また、シリンダヘッド４には、バルブスプリング１２、１４により閉弁側に付勢されて排気ポート１０ａ、１０ｂを閉塞している一対の排気弁１６、１８が摺動可能に設けられている。そして、当該両排気弁１６、１８は上端部分がリフタ２０により連結されている。
【００１３】
また、シリンダヘッド４の上部にはロッカシャフト２２が設けられており、当該ロッカシャフト２２には回転自在にロッカアーム２４が支持されている。当該ロッカアーム２４の一端はリフタ２０の上部と当接されている。
さらに、シリンダヘッド４上部には、ピストン８の上下動に同期して回転するカムシャフト２６が設けられており、当該カムシャフト２６に形成されているカム２８はロッカアーム２４の他端と当接されている。
【００１４】
そして、当該カムシャフト２６の回転に伴い、排気行程時にカム２８がロッカアーム２４の他端を押し上げることで、ロッカアーム２４がロッカシャフト２２を支点に揺動し、ロッカアーム２４の一端がリフタ２０を押し下げることで、排気弁１６、１８が開弁される。
なお、図示しないが、吸気弁も同様に構成され、カムシャフト２６の回転に同期して吸気行程時に吸気ポートを開放する。
【００１５】
また、カムシャフト２６には上記カム２８のように通常の吸排気弁を駆動するためのカムに加えて、各気筒毎にパワータード用カム２９が形成されている。そして、シリンダヘッド４上部には、当該パワータード用カム２９の近接位置に油圧発生機構３０（油圧発生手段）のマスタピストン３２が設けられており、パワータード用カム２９は対応する気筒の圧縮行程上死点の直前で当該マスタピストン３２を押圧するよう形成されている。
【００１６】
当該マスタピストン３２は、マスタピストンハウジング３４のマスタシリンダ３６内に摺動可能に収納されている。そして、当該マスタピストン３２は、対応する気筒の圧縮行程上死点の直前でパワータード用カム２９により押圧され摺動することで、マスタシリンダ３６内に満たされている作動油を加圧し、油圧を発生させる機能を有している。
また、マスタシリンダ３６は油路４０の一端と連通されており、当該油路４０の他端はシリンダヘッド４の排気弁１６の上側部分に設けられているコントロールバルブ５０に接続されている。
【００１７】
当該コントロールバルブ５０は、当該コントロールバルブ５０と同一のハウジング５２内に形成されている油圧作動機構７０（油圧作動手段）と油路４２を介して接続されている。さらに当該コントロールバルブ５０は、図示しないオイルポンプと接続されたソレノイドバルブ４４（作動油給排手段）と油路４６を介して接続されている。つまり、当該コントロールバルブ５０は油圧発生機構３０側の油路４０、油圧作動機構７０側の油路４２、及びソレノイドバルブ４４側の油路４６の３つの油路と接続されている。
【００１８】
詳しくは、当該コントロールバルブ５０は、上側にドレン孔５４が形成され下側にソレノイドバルブ４４側の油路４６と接続された油入口５６が形成されたコントロールバルブシリンダ５８内に、弁ばね５９により下方に付勢された逆止弁を形成するチェックボール６０が内蔵された筒形の弁体６２と、当該弁体６２を上から油入口５６側へ付勢するリターンスプリング６４とを収納した構成をなしている。
【００１９】
そして、コントロールバルブ５０は、オイルポンプからソレノイドバルブ４４を介して圧送される作動油が油入口５６から流入されると、弁ばね５９に抗してチェックボール６０が押し上げられるとともに弁体６２が上昇し、ソレノイドバルブ４４側の油路４６、油圧発生機構３０側の油路４０、及び油圧作動機構７０側の油路４２が連通状態となる機能を有している。
【００２０】
ソレノイドバルブ４４は作動油源であるオイルポンプから油路４６を介し、各気筒のコントロールバルブ５０、油路４０、４２、油圧作動機構７０、及び油圧発生機構３０への作動油の供給する機能と、当該作動油を排出する機能を有している。なお、当該ソレノイドバルブ４４により作動油を排出していくと、コントロールバルブ５０内のチェックボール６０及び弁体６２が下がることで油入口５６が閉塞され、それ以降は油圧発生機構３０側の油路４０と連通状態となったドレン孔５４より、油圧発生機構３０から発生した油圧が抜けるよう構成されている。
【００２１】
また、コントロールバルブ５０と同一のハウジング５２内に形成されている油圧作動機構７０は、油路４２と連通されているスレーブシリンダ７２内に上下摺動可能に設けられたスレーブピストン７４と、当該スレーブピストン７４を上方に付勢するスレーブスプリング７６とから構成されている。
スレーブピストン７４の下端は、リフタ２０に設けられたピン部材７８の上端と当接しており、当該ピン部材７８の下端は排気弁１６の上端と当接している。当該ピン部材７８はリフタ２０に対し上下摺動可能に支持されており、リフタ２０の上下運動とは別に作動することが可能に構成されている。
【００２２】
そして、油圧作動機構７０は、スレーブシリンダ７２内が加圧されると、スレーブピストン７４がスレーブスプリング７６に抗して下方に押し下げられ、ピン部材７８を介して排気弁１６を開弁する機能を有している。
また、ハウジング５２のスレーブピストン７４の外周側部分には当該スレーブピストン７４の摺動位置を検出する位置センサ８０（スレーブピストン位置検出手段）が設けられており、ハウジング５２の上部にはスレーブシリンダ７２内に貯留されている作動油を排出可能な油圧制御バルブ８２（油圧制御弁）が設けられている。
【００２３】
詳しくは、位置センサ８０はホール素子より構成されており、スレーブピストン７４の上下摺動位置を検出し、車両に搭載されているＥＣＵ９０にこの検出したスレーブピストン位置情報を出力する機能を有している。但し、本発明においては、位置センサ８０はホール素子を用いたものに限定されるものではない。
また、油圧制御バルブ８２はソレノイドバルブであり、ＥＣＵ９０（油圧制御手段）によって制御される。
【００２４】
ＥＣＵ９０はこの他にも、ソレノイドバルブ４４等の各種装置の制御を行う機能を有している。
以下このように構成された本発明に係る内燃機関の排気弁制御装置の作用について説明する。
上記構成のエンジン１では、運転者の操作によりパワータードモードに切り替えられることで、ＥＣＵ９０によるパワータード制御が行われる。
【００２５】
詳しくは、ＥＣＵ９０はパワータードモード時に車両の減速を検知すると、ソレノイドバルブ４４により、オイルポンプから圧送される作動油を油路４６を介して各気筒のコントロールバルブ５０へと供給するよう制御する。
ソレノイドバルブ４４からの作動油が油入口５６より流入されると、コントロールバルブ５０は上述したように、ソレノイドバルブ４４側の油路４６、油圧発生機構３０側の油路４０、及び油圧作動機構７０側の油路４２が連通状態となり、当該油路４０、４２を介してマスタシリンダ３６及びスレーブシリンダ７２内に作動油が満たされる。
【００２６】
この状態で、圧縮行程上死点の直前にマスタピストン３２がパワータード用カム２９に押圧されると当該マスタシリンダ３６より油圧が発生し、当該油圧が油路４０を介してコントロールバルブ５０に伝達される。そして、コンロールバルブ５０内では、弁体６２は上昇したまま、マスタシリンダ３６からの油圧によりチェックボール６０のみが押し下げられ、ソレノイドバルブ４４側の油路４６が遮断される。つまり、油圧発生機構３０側の油路４０と油圧作動機構７０側の油路４２のみが連通状態となり、マスタシリンダ３６より発生した油圧はコントロールバルブ５０から油路４２を介して油圧作動機構７０へと伝達される。
【００２７】
油圧作動機構７０では、伝達された油圧によりスレーブシリンダ７２内が加圧され、スレーブピストン７４がスレーブスプリング７６に抗して下方に押し下げられる。そして当該スレーブピストン７４が、ピン部材７８を介して排気弁１６が開弁させる。
このように圧縮行程上死点の直前に排気弁１６が開弁されることで、シリンダ６内の圧縮空気は排気ポート１０へと流出される。
【００２８】
そして、パワータード用カム２９によるマスタピストン３２の押圧が終了し油圧が元に戻ることで、スレーブピストン７４、及び排気弁１６は元の位置に戻り、閉弁状態となる。
これにより膨張行程においてピストン６の下降を妨げる力が発生しエンジンブレーキの増大作用、即ちパワータードが得られる。
【００２９】
なお、ＥＣＵ９０は、運転者の操作によりパワータード制御が停止されると、ソレノイドバルブ４４を制御してオイルポンプから圧送される作動油を遮断し油路４６から作動油を排出するとともに、併せて油圧制御バルブ８２によりスレーブシリンダ７２内の作動油を排出する。
ここで、上記エンジン１は、初期設定において、作動油が低油温状態であったりエンジン１が低エンジン回転速度状態であるような条件、つまりスレーブピストン７４に作用する油圧が最も低くなるような条件で、スレーブピストン７４の摺動量、即ち排気弁１６のバルブリフト量が最大となるように構成する。例えばこれはチェックボール６０の弁ばね５９等を調節することで行う。
【００３０】
そして、作動油の油温が上昇したり、エンジン１の回転速度が上昇していくと作動油の油圧は高くなり、圧縮行程上死点直前におけるスレーブピストン７４の摺動量が増加する。このとき、位置センサ８０により検出されるスレーブピストン位置が所定位置よりも下の位置であるとＥＣＵ９０により判別されると、ＥＣＵ９０は油圧制御バルブ８２を開放し、スレーブシリンダ７２内の作動油を排出することで油圧を低下させ、スレーブピストン７４の摺動量を減少させてスレーブピストン位置を所定位置内とする。
【００３１】
なお、ＥＣＵ９０は上記所定位置を可変させることでエンジン１の運転状態に応じた排気弁１６のバルブリフト量とすることができる。
以上のように、油圧作動機構７０に位置センサ８０と油圧制御バルブ８２を設け、当該位置センサ８０により検出されるスレーブピストン位置情報に応じ、油圧制御バルブ８２により当該スレーブピストン７４に作用する作動油を排出して油圧を制御することで、作動油の状態に依存することなく、スレーブピストン７４の摺動量を任意に制御することができる。
【００３２】
こうして、本発明に内燃機関の排気弁制御装置では、排気弁１６のバルブリフト量を安定させることができ、エンジンブレーキ力のばらつきの発生を抑制させることができる。
また、パワータード制御の停止時に、油圧制御バルブ８２によりスレーブシリンダ７２内の作動油を排出することで、早期にパワータードを停止させることができる。
これにより、パワータード停止における応答性を向上させ、より確実にエンジンブレーキ力のばらつきの発生を抑制させることができることができる。
【００３３】
以上で本発明に係る内燃機関の排気弁制御装置の実施形態についての説明を終えるが、実施形態は上記実施形態に限られるものではない。
例えば、上記実施形態では圧縮行程上死点直前にマスタピストン３２を押圧するパワータード用カム２９を設けているが、当該パワータード用カム２９を吸気行程中にマスタピストン３２を押圧する内部ＥＧＲ用カムに変更し、吸気工程中に排気弁１６を開弁させる内部ＥＧＲを実行可能な構成としても構わない。
【００３４】
このように内部ＥＧＲを実行可能な構成とし、上記制御を行うことで内部ＥＧＲ量のばらつきを抑制させることができる。
また、切替制御弁を設けパワータードと内部ＥＧＲを両方行える構成としてもよく、当該構成であっても上記制御を行うことでエンジンブレーキ力及び内部ＥＧＲ量のばらつきを抑制させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に係る内燃機関の排気弁制御装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００３６】
１  エンジン（内燃機関）
４  シリンダヘッド
１６、１８  排気弁
２０  リフタ
２８  カム
２９  パワータード用カム
３０  油圧発生機構（油圧発生手段）
３２  マスタピストン
３６  マスタシリンダ
４０、４２、４６  油路
４４  ソレノイドバルブ（作動油給排手段）
５０  コントロールバルブ
５４  ドレン孔（作動油給排手段）
７０  油圧作動機構（油圧作動手段）
７２  スレーブシリンダ
７４  スレーブピストン
７８  ピン部材
８０  位置センサ（スレーブピストン位置検出手段）
８２  油圧制御バルブ（油圧制御弁）
９０  ＥＣＵ（油圧制御手段）
【図１】
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