(57)【要約】【課題】排気弁とピストンとの干渉を避けるような設計や、排気弁の強度向上をしなくともエンジンブレーキを良好にかけることができるエンジンの制動装置を提供する。【解決手段】吸気弁８のバルブタイミング及びバルブ作用角を可変にする動弁機構１と、動弁機構１を制御するＥＣＵ２３とを備えたエンジンＥの制動装置において、動弁機構１は、排気上死点付近から吸気下死点付近までの間のとき吸気弁８を開弁する第１状態と、吸気下死点付近のとき吸気弁８を第１状態より小さなバルブ作用角で開弁する第２状態とを有し、ＥＣＵ２３は、エンジンブレーキ時に動弁機構１を第２状態で作動させるものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気弁のバルブタイミング及びバルブ作用角を可変にする動弁機構と、前記動弁機構を制御する制御装置とを備えたエンジンの制動装置において、
前記動弁機構は、排気上死点付近から吸気下死点付近までの間のとき吸気弁を開弁する第１状態と、吸気下死点付近のとき吸気弁を前記第１状態より小さなバルブ作用角で開弁する第２状態とを有し、
前記制御装置は、エンジンブレーキ時に前記動弁機構を前記第２状態で作動させることを特徴とするエンジンの制動装置。
【請求項２】
前記動弁機構は、カムシャフトと、前記カムシャフトに回転自在に設けられ前記第１状態で吸気弁を開閉動作させる駆動用カムと、前記カムシャフトに回転自在に設けられ前記第２状態で吸気弁を開閉動作させる制動用カムと、前記カムシャフトに前記駆動用カム及び前記制動用カムのいずれか一方を切り替え可能に結合させるカム切替部とを備えた請求項１に記載のエンジンの制動装置。
【請求項３】
前記制動用カムは、前記駆動用カムより小さいカム作用角を有する請求項２に記載のエンジンの制動装置。
【請求項４】
前記制動用カムは、前記駆動用カムより小さいカムリフト量を有する請求項２又は３に記載のエンジンの制動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンブレーキを増加させるエンジンの制動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジン等でエンジンブレーキを増加させる手段としては、圧縮開放ブレーキが知られている。圧縮開放ブレーキは、圧縮上死点付近で排気弁を開動作することで圧縮圧力を開放し、この後排気弁を閉じて膨張行程でシリンダ内を負圧にすることでピストンに制動力を加える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−３３１６７１号公報
【特許文献２】特開２０１３−０７１５７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮開放ブレーキは、エンジンの圧縮行程で排気弁を開けるものであるため、開弁した排気弁が上死点付近にあるピストンと干渉しないようにエンジンを設計しなければならないと共に、圧縮時の筒内圧に耐えられるよう排気弁の強度を増加させなければならないという課題があった。
【０００５】
一般に排気弁とピストンとの干渉を避けるようにエンジンを設計すると圧縮比の低下につながりやすく、排気弁の強度向上は、コストアップや重量化による駆動損失の増加につながりやすい。
【０００６】
本発明の目的は、排気弁とピストンとの干渉を避けるような設計や、排気弁の強度を増加させなくともエンジンブレーキを増加させることができるエンジンの制動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述の目的を達成するため、本発明は、吸気弁のバルブタイミング及びバルブ作用角を可変にする動弁機構と、前記動弁機構を制御する制御装置とを備えたエンジンの制動装置において、前記動弁機構は、排気上死点付近から吸気下死点付近までの間のとき吸気弁を開弁する第１状態と、吸気下死点付近のとき吸気弁を前記第１状態より小さなバルブ作用角で開弁する第２状態とを有し、前記制御装置は、エンジンブレーキ時に前記動弁機構を前記第２状態で作動させるものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、排気弁とピストンとの干渉を避けるような設計や、排気弁の強度を増加させなくともエンジンブレーキを増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の一実施の形態に係るエンジンの動作説明図であり、（ａ）はエンジンブレーキ時のバルブ動作を示し、（ｂ）は通常運転時のバルブ動作を示す。
【図２】動弁機構の概略断面図である。
【図３】（ａ）は図２のＡ−Ａ線矢視図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線矢視図である。
【図４】（ａ）はエンジンブレーキ時のバルブリフト線図であり、（ｂ）は通常運転時のバルブリフト線図である。
【図５】動弁機構の変形例を表す要部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１１】
図２に示すように、ディーゼルエンジン（以下、エンジン）Ｅの動弁機構１は、カムシャフト２と、カムシャフト２に回転自在に設けられ通常運転時に用いられる駆動用カム３と、カムシャフト２に回転自在に設けられエンジンブレーキ時に用いられる制動用カム４と、カムシャフト２に駆動用カム３及び制動用カム４のいずれか一方を切り替え可能に結合させるカム切替部５とを備える。なお、本実施の形態でいう通常運転時とは、便宜上エンジンブレーキ時以外でエンジンを駆動させている状態をいう。
【００１２】
カムシャフト２は、クランクシャフト６（図１（ａ）参照）からの動力でクランクシャフト６と同期して駆動される。カムシャフト２の回転数（ｒｐｍ）はクランクシャフト６の回転数の半分に設定されている。
【００１３】
駆動用カム３は、後述するカム切替部５でカムシャフト２と結合されたときロッカアーム７を駆動する。ロッカアーム７には吸気弁８（図１（ａ）参照）が係合されている。吸気弁８は、ロッカアーム７が駆動用カム３で駆動されることで開閉動作するようになっている。駆動用カム３は、カム切替部５でカムシャフト２と結合されたとき、排気上死点付近から吸気下死点付近までの間で吸気弁８を開弁し、他のとき吸気弁８を閉弁するようにカムプロフィールが形成されている。
【００１４】
制動用カム４は、駆動用カム３と近接して配置されており、カム切替部５でカムシャフト２と結合されたとき駆動用カム３に代わってロッカアーム７を駆動する。制動用カム４は、カム切替部５でカムシャフト２と結合されたとき、吸気下死点付近で吸気弁８を開弁し、他のとき吸気弁８を閉弁するようにカムプロフィールが形成されている。
【００１５】
図４（ａ）は、制動用カム４で吸気弁８を駆動したときのクランク角とバルブリフト量との関係を表した図であり、図４（ｂ）は、駆動用カム３で吸気弁８を駆動したときのクランク角とバルブリフト量との関係を表した図である。図中、実線は吸気弁のバルブリフトを表し、鎖線は排気弁のバルブリフトを表す。
【００１６】
図４（ｂ）に示すように、駆動用カム３で駆動された吸気弁８は、クランク角３６０°付近から５４０°付近までのバルブ作用角Ａで開弁されると共に、バルブリフト量Ｂで開弁される。
【００１７】
図４（ａ）に示すように、制動用カム４で駆動された吸気弁８は、クランク角５４０°付近でバルブ作用角Ａより小さなバルブ作用角ａで開弁されると共に、バルブリフト量Ｂより小さなバルブリフト量ｂで開弁される。
【００１８】
ここで、便宜的に所定のバルブ作用角を実現するカムの特性をカムのカム作用角と定義し、所定のバルブリフト量を実現するカムの特性をカムのカムリフト量と定義する。かかる定義で制動用カム４と駆動用カム３をと比較すると、制動用カム４は、駆動用カム３のカム作用角よりも小さなカム作用角を有し、かつ、駆動用カム３のカムリフト量よりも小さなカムリフト量を有する。
【００１９】
図２及び図３に示すように、カム切替部５は、カムシャフト２に径方向外方に突出して形成されると共に駆動用カム３と軸方向に隣接するように形成された駆動用結合基部９と、駆動用結合基部９と駆動用カム３を係脱自在に結合させる駆動用結合機構部１０と、カムシャフト２に径方向外方に突出して形成されると共に制動用カム４と軸方向に隣接するように形成された制動用結合基部１１と、制動用結合基部１１と制動用カム４を切り離し可能に結合させる制動用結合機構部１２と、制動用結合機構部１２及び駆動用結合機構部１０を駆動させる油圧機構部１３とを備える。
【００２０】
駆動用結合機構部１０は、駆動用結合基部９に軸方向に延びて形成されると共に駆動用カム３側が開放された駆動用ピン穴１４と、駆動用ピン穴１４内に出没自在に挿入され駆動用ピン穴１４内に油圧室を区画形成する駆動用ピン１５と、駆動用カム３に形成され駆動用ピン穴１４から突出された駆動用ピン１５を挿入させる駆動用受穴１６とを備える。駆動用受穴１６は、深さが駆動用ピン１５の長さより浅く形成されている。これにより、駆動用ピン１５は、油圧室内の油圧によって駆動用ピン穴１４から突出され駆動用受穴１６内に挿入されたとき、駆動用ピン穴１４と駆動用受穴１６との双方に挿入された状態となって駆動用結合基部９と駆動用カム３とを一体に結合するようになっている。また、駆動用受穴１６内には、油圧室内の油圧が解放されたとき駆動用ピン１５を駆動用ピン穴１４内に戻すためのスプリング（図示せず）が設けられている。
【００２１】
制動用結合機構部１２は、制動用結合基部１１に軸方向に延びて形成されると共に制動用カム４側が開放された制動用ピン穴１７と、制動用ピン穴１７内に出没自在に挿入され制動用ピン穴１７内に油圧室を区画形成する制動用ピン１８と、制動用カム４に形成され制動用ピン穴１７から突出された制動用ピン１８を挿入させる制動用受穴１９とを備える。制動用受穴１９は、深さが制動用ピン１８の長さより浅く形成されている。また、制動用受穴１９内には、油圧室内の油圧が解放されたとき制動用ピン１８を制動用ピン穴１７内に戻すためのスプリング（図示せず）が設けられている。
【００２２】
なお、駆動用結合機構部１０及び制動用結合機構部１２は上述のものに限るものではない。例えば、図５に示すように、油圧で回動される扇状の駒３０で駆動用結合基部３１（又は制動用基部（図示せず））と駆動用カム３２（又は制動用カム（図示せず））を切り離し可能に結合させるものであってもよい。この場合、駒３０の形状は、ピン状であってもよく、他の形状であってもよい。
【００２３】
油圧機構部１３は、オイルポンプ２０と、オイルポンプ２０の吸込み側に接続されたオイルパン２１と、オイルポンプ２０の吐出側に接続された切換弁２２とを備える。切換弁２２は、オイルポンプ２０からの油圧の供給先を駆動用ピン穴１４及び制動用ピン穴１７のいずれか一方に切り換えると共に他方を開放する。
【００２４】
切換弁２２には、制御装置たるエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵ）２３が接続されている。また、ＥＣＵ２３には、エンジンブレーキ用のスイッチ２６が接続されている。ＥＣＵ２３は、スイッチ２６がＯＮであり、かつ、アクセルが踏まれていない等の所定の燃料カット条件を満たしているとき、エンジンブレーキ時と判断し、それ以外のとき通常運転時と判断する。ＥＣＵ２３は、エンジンブレーキ時と判断すると、オイルポンプ２０からの油圧の供給先を制動用ピン穴１７とするように切換弁２２を操作する。また、ＥＣＵ２３は、通常運転時と判断すると、オイルポンプ２０からの油圧の供給先を駆動用ピン穴１４とするように切換弁２２を操作する。
【００２５】
なお、油圧機構部１３で用いる油はエンジンの潤滑油であるとよい。この場合、一般にエンジンに具備されている潤滑油用のオイルパン及びオイルポンプを油圧機構部１３のオイルポンプ２０及びオイルパン２１として利用できる。
【００２６】
このように、動弁機構１は、駆動用カム３がカムシャフト２と結合されることで排気上死点付近から吸気下死点付近までの間のとき吸気弁８を開弁すると共にこれ以外のとき吸気弁８を閉弁する第１状態と、制動用カム４がカムシャフト２と結合されることで吸気下死点付近のとき吸気弁８を第１状態より小さなバルブ作用角で開弁すると共にこれ以外のとき吸気弁８を閉弁する第２状態とを有する。
【００２７】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２８】
図２及び図３に示すように、通常運転時、動弁機構１は第１状態となっている。第１状態の動弁機構１は、駆動用カム３がカムシャフト２と結合され、制動用カム４がカムシャフト２と結合を切り離された状態となっている。
【００２９】
図１（ｂ）、図４（ｂ）に示すように、動弁機構１が第１状態にあるエンジンＥは、吸気行程のとき（排気上死点付近から吸気下死点付近までの間のとき）吸気弁８を開弁し、それ以外のとき吸気弁８を閉弁する。このため、エンジンＥは、圧縮行程では吸気が圧縮され、膨張行程では筒内に供給された燃料が燃焼してピストン２４を押し下げ、排気行程では排気弁２５が開動作することで筒内から燃焼ガスを排気するといった既知の動作を行う。
【００３０】
この状態からドライバーがスイッチ２６をＯＮとした場合、ＥＣＵ２３は、燃料カット条件が満たされていることを条件として動弁機構１を第２状態に切り換える。図２に示すように、燃料カット条件が満たされているときＥＣＵ２３は、切換弁２２を操作してオイルポンプ２０からの油圧の供給先を駆動用ピン穴１４から制動用ピン穴１７に切り換える。これにより、駆動用ピン穴１４内の油圧は開放され、駆動用ピン１５は駆動用受穴１６内のスプリングによって駆動用ピン穴１４内に押し戻され、駆動用カム３とカムシャフト２との結合が切り離される。また、制動用ピン１８は、制動用ピン穴１７内の油圧によって制動用カム４側に押される。このとき、図３（ｂ）に示すように、カムシャフト２が回転することで制動用ピン１８が周方向に移動し、制動用ピン１８が制動用受穴１９と同軸上となることで制動用ピン１８が制動用受穴１９内に入り、制動用カム４とカムシャフト２とが結合される。
【００３１】
図１（ａ）、図４（ａ）に示すように、動弁機構１が第２状態にあるエンジンＥは、吸気行程になっても吸気弁８を閉弁した状態を保つ。これにより筒内が負圧となりピストン２４に制動力がかかる。この後、ピストン２４が吸気下死点付近に至ると吸気弁８は瞬時的に開弁され、負圧になっている筒内に吸気される。このとき、吸気下死点付近で開弁する吸気弁８のバルブ作用角ａ及びバルブリフト量ｂは、第１状態で開弁する吸気弁８のバルブ作用角Ａ及びバルブリフト量Ｂより小さい。これにより、吸気行程中にピストン２４が制動を受ける時間を長くできると共に、吸気弁８の駆動エネルギーを小さくでき、効率よく吸気できる。この後、吸気弁８は圧縮行程に入ると速やかに閉弁する。
【００３２】
このように、動弁機構１は、排気上死点付近から吸気下死点付近までの間のとき吸気弁８を開弁する第１状態と、吸気下死点付近のとき吸気弁８を第１状態より小さなバルブ作用角ａで開弁する第２状態とを有し、ＥＣＵ２３は、エンジンブレーキ時に動弁機構１を第２状態で作動させるものとしたため、圧縮開放ブレーキのようにエンジンの圧縮行程で排気弁２５を開ける必要がなく、排気弁２５とピストン２４との干渉を避けるような設計をしなくともエンジンブレーキを増加させることができる。そして、排気弁２５を圧縮時の筒内圧に耐えられるように強度を増加させなくともエンジンブレーキを増加させることができる。
【００３３】
なお、エンジンＥはディーゼルエンジンである場合について説明したがこれに限るものではない。エンジンＥは、４サイクルのレシプロエンジンであればよい。また、動弁機構は、ソレノイドで吸気弁８を駆動する電磁駆動弁からなるものであってもよく、油圧で吸気弁８を駆動する油圧駆動弁であってもよい。
【符号の説明】
【００３４】
１  動弁機構
８  吸気弁
２３  ＥＣＵ（制御装置）
Ｅ  エンジン
【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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