JP2007162607A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】 休筒運転時に稼動する気筒の数を任意に設定しながら振動および騒音の発生を最小限に抑えることが可能な内燃機関を提供する。
【解決手段】 ♯１気筒〜♯６気筒を有するＶ型６気筒内燃機関において、休筒運転時に稼動する４個の気筒の点火間隔を等間隔（１８０°）に設定したので、稼動する気筒数が少ないために振動や騒音が発生し易い休筒運転時における振動や騒音を最小限に抑えることができる。また休筒運転時の等間隔点火により、全筒運転時に１サイクル中に異なる点火間隔（１８０°および９０°）が混在することになっても、全筒運転時には稼動する気筒数（６個）が多く、かつ機関回転数が大きいため、不等間隔点火による振動や騒音の増加は実用上問題にはならない。従って、休筒運転状態および全筒運転状態の両方で内燃機関の静粛性を確保することができる。
【選択図】 図９

Description

本発明は、複数の気筒の一部を休止させる休筒運転状態と、全ての気筒を稼動させる全筒運転状態とを切換え可能な内燃機関に関する。

２サイクルのＶ型６気筒エンジンにおいて、アクセル開度の増加に応じて稼動する気筒の数を２個→３個→４個→６個と順次増加させる際に、２気筒運転時には２個の気筒を１８０°の等間隔で点火し、３気筒運転時には３個の気筒を１２０°の等間隔で点火し、４気筒運転時には４個の気筒を１２０°間隔および６０°間隔の２種類の間隔を混在させて点火し、４気筒運転時には６個の気筒を６０°の等間隔で点火するものが、下記特許文献１に記載されている。
特開平８−１１４１３３号公報

ところで稼動する気筒の数が減少する休筒運転時には、全気筒が稼動する全筒運転時に比べて振動や騒音が増加する傾向がある。また複数の気筒の点火間隔が不均一になると振動や騒音が増加する傾向があり、この傾向は機関回転数が低いときに顕著になる。

上記従来のものにおいて、振動および騒音を低減すべく休筒運転時に気筒の点火間隔を均一にしようとすると、２気筒運転あるいは３気筒運転を採用する必要があるが、この場合には稼動気筒が全気筒の半分以下になって出力が不足する問題がある。この出力の不足を解消するために４気筒運転を採用すると、上述したように４個の気筒の点火間隔が不均一になって振動や騒音が増加する問題がある。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、休筒運転時に稼動する気筒の数を任意に設定しながら振動および騒音の発生を最小限に抑えることが可能な内燃機関を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、複数の気筒の一部を休止させる休筒運転状態と、全ての気筒を稼動させる全筒運転状態とを切換え可能な内燃機関において、前記休筒運転状態では、稼動する気筒の点火間隔を等間隔に設定するとともに、前記全筒運転状態では、１サイクルの間に異なる点火間隔が混在するように設定することを特徴とする内燃機関が提案される。

請求項１の構成によれば、休筒運転時に稼動する気筒の点火間隔を等間隔に設定したので、稼動する気筒数が少ないために振動や騒音が発生し易い休筒運転時における振動や騒音を最小限に抑えることができる。また休筒運転時の等間隔点火により、全筒運転時に１サイクル中に異なる点火間隔が混在することになっても、全筒運転時には稼動する気筒数が多く、かつ機関回転数が大きいため、不等間隔点火による振動や騒音の増加は実用上問題にはならない。従って、休筒運転状態において稼動する気筒数を任意に設定しながら、休筒運転状態および全筒運転状態の両方で内燃機関の静粛性を確保することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図９は本発明の一実施例を示すもので、図１はＶ型６気筒内燃機関の第１バンクのシリンダヘッドの上面図（図２の１−１線矢視図）、図２は図１の２−２線断面図、図３は図２の３−３線断面図、図４は図３の４−４線断面図、図５は図３の５−５線断面図、図６は図３の６−６線断面図、図７は図３の７−７線断面図、図８はＶ型６気筒内燃機関の第１、第２バンクの気筒配列を示す模式図、図９は♯１〜♯６気筒の点火間隔を示す図である。

図８に示すように、Ｖ型６気筒内燃機関の第１バンクＢ１に♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２および♯３気筒Ｃ３が設けられ、第２バンクＢ２に♯４気筒Ｃ４、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６が設けられる。第１バンクＢ１の♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２および♯３気筒Ｃ３のうち、♯３気筒Ｃ３だけが休止可能であり、第２バンクＢ２の♯４気筒Ｃ４、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６のうち、♯４気筒Ｃ４だけが休止可能である。休止可能な♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の動弁機構の構造は、休止不能な♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６の動弁機構の構造と異なっている。休止可能な♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の動弁機構の構造は同一であり、その代表として♯３気筒Ｃ３の動弁機構の構造を説明する。尚、休止不能な♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６の動弁機構の構造は、従来周知の一般的なものであり、その説明は省略する。

図１〜図７に示すように、シリンダヘッド１０に燃焼室１１に連なる吸気ポート１２および排気ポート１３が形成されており、吸気バルブ孔１４がバルブガイド１５にステム１６ａを摺動自在に案内された吸気バルブ１６の傘部１６ｂで開閉され、排気バルブ孔１７がバルブガイド１８にステム１９ａを摺動自在に案内された排気バルブ１９の傘部１９ｂで開閉される。吸気バルブ１６および排気バルブ１９はそれぞれ弁ばね６１，６２で閉弁方向に付勢されており、シリンダヘッド１０に回転自在に支持されたカムシャフト２０により駆動される動弁機構２１で開閉制御される。

シリンダヘッド１０にロッカーシャフトホルダ２２が複数のボルト２３で締結されており、このロッカーシャフトホルダ２２に吸気側ロッカーシャフト２４および排気側ロッカーシャフト２５が気筒配列方向に沿うように支持される。

吸気側ロッカーシャフト２４に吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７が揺動可能に支持されており、吸気側駆動ロッカーアーム２６はアジャストねじ２８を吸気バルブ１６のステム１６ａ上端に当接させることにより吸気バルブ１６に常時連動、連結される。一対の吸気バルブ１６，１６に対して、吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７は各１個設けられており、吸気側駆動ロッカーアーム２６は一対の吸気バルブ１６，１６を駆動すべく先端が二股に形成される。

また排気側ロッカーシャフト２５に排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０が揺動可能に支持されており、排気側駆動ロッカーアーム２９はアジャストねじ３１を排気バルブ１９のステム１９ａ上端に当接させることにより排気バルブ１９に常時連動、連結される。一対の排気バルブ１９，１９のそれぞれに対して、排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０は各１個設けられている。

カムシャフト２０には、吸気側自由ロッカーアーム２７に軸支されたローラ３２をころがり接触させる吸気側動弁カム３３（図５参照）と、排気側自由ロッカーアーム３０，３０に軸支されたローラ３４，３４にそれぞれころがり接触する一対の排気側動弁カム３５，３５（図７参照）と、吸気側駆動ロッカーアーム２６に設けられたローラ３６に摺接する隆起部３７（図４参照）と、排気側駆動ロッカーアーム２９，２９に設けられたローラ３８，３８に摺接する一対の隆起部３９，３９（図６参照）とが設けられる。

吸気側動弁カム３３は、吸気バルブ１６を開閉するカムプロフィルを有するように形成され、排気側動弁カム３５は、排気バルブ１９を開閉するカムプロフィルを有するように形成されているが、隆起部３７，３９は、吸気バルブ１６および排気バルブ１９を実質的に閉弁休止せしめるように形成される。したがって吸気バルブ１６は、吸気側自由ロッカーアーム２７に吸気側駆動ロッカーアーム２６が連結された状態では開閉作動するが、吸気側自由ロッカーアーム２７への吸気側駆動ロッカーアーム２６の連結が解除されたときには実質的に閉弁休止状態となる。また排気バルブ１９は、排気側自由ロッカーアーム３０に排気側駆動ロッカーアーム２９が連結された状態では開閉作動するが、排気側自由ロッカーアーム３０への排気側駆動ロッカーアーム２９の連結が解除されたときには実質的に閉弁休止状態となる。

吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７には、吸気側自由ロッカーアーム２７への吸気側駆動ロッカーアーム２６の連結および連結解除を油圧で切換える吸気側切換機構４０が設けられる。

この吸気側切換機構４０は、吸気側駆動ロッカーアーム２６内に形成される第１油圧室４１に一端を臨ませるとともに、吸気側自由ロッカーアーム２７内に形成される第２油圧室４２に他端を臨ませ、吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７に摺動可能に嵌合される連結ピン４３と、第２油圧室４２に収容されて吸気側自由ロッカーアーム２７および連結ピン４３間に設けられる戻しばね４４とを備える。

この吸気側切換機構４０では、第１油圧室４１に油圧を作用せしめたときには、連結ピン４３が第２油圧室４２側に移動し、吸気側自由ロッカーアーム２７および吸気側駆動ロッカーアーム２６の連結が解除される。逆に第１油圧室４１に作用する油圧を抜くと、戻しばね４４の弾発力で連結ピン４３が第１油圧室４１側に移動し、吸気側自由ロッカーアーム２７および吸気側駆動ロッカーアーム２６が連結される。このようにして吸気側切換機構４０は、第１油圧室４１への油圧の供給によって吸気側駆動ロッカーアーム２６への吸気側自由ロッカーアーム２７の連結および連結解除を切り換えて吸気バルブ１６の作動特性を変更することができる。

吸気側ロッカーシャフト２４内には、該吸気側ロッカーシャフト内を２つに分割する分割部材４５が嵌合しており、この分割部材４５により吸気側ロッカーシャフト２４内には、第１油圧室４１に通じる第１作動油通路４６と、第２油圧室４２に通じる第２作動油通路４７とが相互に独立して形成される。

また排気バルブ１９側で対をなして隣接配置される排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０には、排気側自由ロッカーアーム３０への排気側駆動ロッカーアーム２９の連結および連結解除を油圧で切換える排気側切換機構４８が設けられる。

排気側切換機構４８は、排気側駆動ロッカーアーム２９内に形成される第１油圧室４９に一端を臨ませるとともに、排気側自由ロッカーアーム３０内に形成される第２油圧室５０に他端を臨ませ、排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０に摺動可能に嵌合される連結ピン５１と、第１油圧室４９に収容されて排気側駆動ロッカーアーム２９および連結ピン５１間に設けられる戻しばね５２とを備える。

この排気側切換機構４８では、第２油圧室５０に作用する油圧を抜くと、連結ピン５１が戻しばね５２の弾発力で第２油圧室５０側に移動し、排気側自由ロッカーアーム３０および排気側駆動ロッカーアーム２９が連結される。逆に第２油圧室５０に油圧を作用させると、戻しばね５２の弾発力に抗して連結ピン５１が第１油圧室４９側に移動し、排気側自由ロッカーアーム３０および排気側駆動ロッカーアーム２９の連結が解除される。このようにして排気側切換機構４８は、第２油圧室５０への油圧の供給によって排気側駆動ロッカーアーム２９への排気側自由ロッカーアーム３０の連結および連結解除を切り換えて排気バルブ１９の作動特性を変更することができる。

排気側ロッカーシャフト２５内には、該排気側ロッカーシャフト２８内を２つに分割する分割部材５３が嵌合しており、この分割部材５３により排気側ロッカーシャフト２５内には、第１油圧室４９に通じる第１作動油通路５４と、第２油圧室５０に通じる第２作動油通路５５とが相互に独立して形成される。

吸気側切換機構４０が吸気側自由ロッカーアーム２７の吸気側駆動ロッカーアーム２６への連結を解除した状態で吸気側自由ロッカーアーム２７をカムシャフト２０の吸気側動弁カム３３に付勢する吸気側ロストモーションばね５６が、ロッカーシャフトホルダ２２および吸気側自由ロッカーアーム２７間に設けられる。また排気側切換機構４８が排気側自由ロッカーアーム３０の排気側駆動ロッカーアーム２９への連結を解除した状態で排気側自由ロッカーアーム３０をカムシャフト２０の排気側動弁カム３５に付勢する排気側ロストモーションばね５７が、ロッカーシャフトホルダ２２および排気側自由ロッカーアーム３０間に設けられる。

吸気側自由ロッカーアーム２７の基端側に吸気側動弁カム３３に当接するローラ３２と吸気側ロストモーションばね５６に当接するばね当接部２７ｂとが設けられるとともに、吸気側駆動ロッカーアーム２６の先端側に吸気バルブ１６のステム１６ａの上端に当接するアジャストねじ２８が設けられており、吸気側切換機構４０は吸気側ロッカーシャフト２４よりも吸気側駆動ロッカーアーム２６および吸気側自由ロッカーアーム２７の基端側に配置される。同様に、排気側自由ロッカーアーム３０の基端側に排気側動弁カム３５に当接するローラ３４と排気側ロストモーションばね５７に当接するばね当接部３０ｂとが設けられるとともに、排気側駆動ロッカーアーム２９の先端側に排気バルブ１９のステム１９ａの上端に当接するアジャストねじ３１が設けられており、排気側切換機構４８は排気側ロッカーシャフト２５よりも排気側駆動ロッカーアーム２９および排気側自由ロッカーアーム３０の基端側に配置される。

次に、この実施例の作用について説明する。

図８に示すように、♯１気筒Ｃ１〜♯６気筒Ｃ６の点火順序は、♯１気筒Ｃ１→♯４気筒Ｃ４→♯２気筒Ｃ２→♯５気筒Ｃ５→♯３気筒Ｃ３→♯６気筒Ｃ６である。全筒運転時には♯１気筒Ｃ１〜♯６気筒Ｃ６の全てが稼動するが、休筒運転時には第１バンクＢ１の♯３気筒Ｃ３および第２バンクＢ２の♯４気筒Ｃ４が休止する。♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４の休止制御は、図１〜図７で説明した動弁機構２１により行われる。

図９に示すように、本実施例の内燃機関は４ストロークサイクルであるため、クランクシャフトの２回転（クランクアングルの７２０°）が１サイクルとなる。休筒運転時には、休止気筒である♯３気筒Ｃ３および♯４気筒Ｃ４以外の４個の気筒（♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６）が稼動するが、その点火間隔は均一の１８０°に設定される。つまり休筒運転時には、♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６が１８０°間隔で点火する。

一般に休筒運転時（アイドル運転を含む低速回転時）には稼動する気筒数が少ないために振動や騒音が発生し易いが、休筒運転時に稼動する♯１気筒Ｃ１、♯２気筒Ｃ２、♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６点火間隔を等間隔（１８０°）に設定するので、振動や騒音を最小限に抑えることができる。

また全筒運転時（高速回転時）には、♯４気筒Ｃ４が♯１気筒Ｃ１および♯２気筒Ｃ２の間で点火し、♯３気筒Ｃ３が♯５気筒Ｃ５および♯６気筒Ｃ６の間で点火する。従って、♯１気筒Ｃ１および♯４気筒Ｃ４間と、♯４気筒Ｃ４および♯２気筒Ｃ２間と、♯５気筒Ｃ５および♯３気筒Ｃ３間と、♯３気筒Ｃ３および♯６気筒Ｃ６間とで点火間隔は９０°になり、♯２気筒Ｃ２および♯５気筒Ｃ５間と、♯６気筒Ｃ６および♯１気筒Ｃ１間とで点火間隔は１８０°になり、その点火間隔は１サイクルの間で不均一になる。

このように、全筒運転時に１サイクル中に異なる点火間隔が混在することになっても、全筒運転時には稼動する気筒数が多く、かつ機関回転数が大きいため、不等間隔点火による振動や騒音の増加は実用上問題にはならない。特に、低回転高負荷時（低回転域での休筒運転状態から全筒運転状態への切換時）には、内燃機関をより早期に高出力の得られる高回転域に近づけるために自動変速機のトルクコンバータを滑らせる制御を行うことで、同時に全筒運転時の内燃機関の不等間隔点火による振動が車体に伝わるのを抑制することができる。

しかして、本実施例によれば、休筒運転時に６気筒のうちの２気筒だけを休止させて４気筒を稼動させるので、６気筒のうちの３気筒あるいは４気筒を休止させるものに比べて、休筒運転時における出力を確保することができ、しかも休筒運転状態および全筒運転状態の両方で内燃機関の静粛性を確保することができる。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例ではＶ型６気筒内燃機関を例示したが、本発明は３気筒以上の任意の形式の内燃機関に対して適用することができる。

また本発明は４ストロークサイクル内燃機関だけではなく、２ストロークサイクル内燃機関に対しても適用することができる。２ストロークサイクル内燃機関の１サイクルはクランクアングルで３６０°になるため、全筒運転時にはクランクアングルの３６０°の間に異なる点火間隔が混在するように設定される。

Ｖ型６気筒内燃機関の第１バンクのシリンダヘッドの上面図（図２の１−１線矢視図） 図１の２−２線断面図 図２の３−３線断面図 図３の４−４線断面図 図３の５−５線断面図 図３の６−６線断面図 図３の７−７線断面図 Ｖ型６気筒内燃機関の第１、第２バンクの気筒配列を示す模式図 ♯１〜♯６気筒の点火間隔を示す図

符号の説明

Ｃ１ ♯１気筒（稼動気筒）
Ｃ２ ♯２気筒（稼動気筒）
Ｃ３ ♯３気筒（休止気筒）
Ｃ４ ♯４気筒（休止気筒）
Ｃ５ ♯５気筒（稼動気筒）
Ｃ６ ♯６気筒（稼動気筒）

Claims (1)

1. 複数の気筒（Ｃ１〜Ｃ６）の一部を休止させる休筒運転状態と、全ての気筒（Ｃ１〜Ｃ６）を稼動させる全筒運転状態とを切換え可能な内燃機関において、
   前記休筒運転状態では、稼動する気筒（Ｃ１〜Ｃ６）の点火間隔を等間隔に設定するとともに、前記全筒運転状態では、１サイクルの間に異なる点火間隔が混在するように設定することを特徴とする内燃機関。
   

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