JP2537404B2 - サイクル可変エンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、エンジンの回転数が所定回転数以下の場合
には２サイクル、所定回転数以上の場合には４サイクル
で稼動するサイクル可変エンジンの燃料噴射装置に関す
る。

（従来の技術） 従来のエンジンには、エンジン出力軸の１回転毎に行
程を繰返す２サイクルエンジンと２回転毎に行程を繰返
す４サイクルエンジンとに大別される。２サイクルエン
ジンはエンジン出力軸の１回転毎に爆発行程を実行する
ため、エンジン出力軸の回転速度変動が小であり高トル
クを発生せしめることができる。一方、４サイクルエン
ジンは２回転毎に爆発行程を実行し、かつ、排気行程と
吸気行程とが独立しているので、燃料消費率が小である
という特徴がある。

（発明が解決しようとする課題） よって、所定回転数より低回転数の場合には２サイク
ルエンジンとして運転し、所定回転数より高回転数の場
合には４サイクルエンジンとして運転することができる
サイクル可変エンジンとすることにより低回転時では高
トルクで回転し、高回転時には燃料消費率が低い理想の
エンジンが提供できる。しかしながら、上記のごとくエ
ンジン運転中にサイクルを変更するためには燃料噴射タ
イミングを２サイクルの場合には１回転毎に、４サイク
ルの場合には２回転毎に噴射するように変更しなければ
ならない。

そこで、本発明は上記の点に鑑みてなされたもので、
エンジン運転中にサイクルを変更するために、該サイク
ル変更に伴ない燃料噴射タイミングを変更することがで
きるサイクル可変エンジンの燃料噴射装置を提供しよう
とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、定回転数より低回転数の場合には２
サイクルで運転され、所定回転数より高回転数の場合に
は４サイクルで運転されるサイクル可変エンジンの燃料
噴射装置において、燃焼室内へ該燃焼室内に発生する旋
回流方向の壁面に沿いエンジン回転軸の２回転毎に燃料
を噴射する第１のノズルと、該第１のノズルの噴射方向
より中心側に第１のノズルの燃料噴射タイミングより１
回転異なるタイミングで燃料を噴射する第２のノズル
と、２サイクル運転時には第１及び第２のノズルから燃
料を噴射し、４サイクル運転時には第２のノズルからの
燃料噴射を禁止する燃料噴射制御手段とを有することを
特徴とするサイクル可変エンジンの燃料噴射装置を提供
できる。

（作用） 本発明のサイクル可変エンジンの燃料噴射装置は、所
定回転数より低回転数の場合には２サイクルで運転さ
れ、所定回転数より高回転数の場合には４サイクルで運
転されるサイクル可変エンジンのサイクル変更に伴な
い、燃料噴射タイミングを２サイクルの場合には１回転
毎に、４サイクルの場合には２回転毎に噴射するように
変更することができる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面に従って詳細に説明す
る。

第１図は、本発明の噴射装置を備えたエンジンの構成
を示すブロック図である。

シリンダ１の内周面にはシリンダスリーブ11が配設さ
れており、該シリンダスリーブ11の下死点近傍における
ピストンヘッドの位置には吸気口13が周設されている。
該吸気口13は吸入された吸気が時計回りに旋回するよう
に傾斜して開口している。

シリンダ１の上部中央には副燃焼室２が設けられてお
り、該副燃焼室２の内面は耐熱断熱材のセラミックス等
からなるスリーブ21で被覆されている。該スリーブ21と
シリンダスリーブ11との間は断熱ガスケット12を介して
接続している。副燃焼室２の側部には該副燃焼室２内部
へ燃料を時計回りに噴射する噴射ノズル22及び噴射ノズ
ル25が配設されており、該噴射ノズル22及び噴射ノズル
25は燃料の噴射タイミング及び噴射量が可変である燃料
ポンプ23と接続されている。また、該副燃焼室２には副
燃焼室２を介して排気を排出するための排気口が設けら
れており、該排気口は排気バルブ24により開閉される。
そして、該排気バルブ24は軸部に配設されたバルブ駆動
装置６により開閉駆動される。

前記シリンダ１内部にはピストン３が配設されてお
り、該ピストン３のピストンヘッド面は副燃焼室２と同
様に耐熱断熱材のセラミック等により被覆されている。
また、ピストンヘッド中央部には突起31が形成されてお
り、ピストン３が上死点近傍にあるときに副燃焼室２の
開口部を狭窄する。

前記排気口より排出された排気ガスは排気管路41によ
りターボチャージャ４のタービンへと導かれる。該ター
ボチャージャ４の回転軸には回転電機43が接続してお
り、外部からの電力供給により過給圧を発生させること
が可能な構造を有している。また、ターボチャージャ４
を通過した排気ガスは回収タービン44に導かれ、未だ排
気ガスの有するエネルギを電気エネルギに変換しコント
ロールユニット５を介して回生する。尚、ターボチャー
ジャ４は排気ガスあるいは外部からの電力によりコンプ
レッサを回転させ吸気に過給圧を付与し、該吸気を吸気
管路42を経て吸気口13へと供給する。

上記バルブ駆動装置６、燃料ポンプ23及び回転電機43
はコントロールユニット５の入出力インターフェイス50
からの信号により制御されている。該入出力インターフ
ェイス50には、上記の他にエンジンの回転数及びクラン
ク角を検知する回転センサ55、アクセルペダルの踏込量
を検知するアクセルセンサ56及び回収タービンの発電機
が接続されており、各センサからの信号と回生電力とが
入力されている。該コントロールユニット５には入出力
インターフェイス50の他に、プログラムや各種関係テー
ブルを記憶するROM53、該ROM53のプログラムの下に演算
を実行するCPU51、演算結果及びデータを一時記憶するR
AM54、コントロールユニット５内部の信号流れを司るコ
ントロールメモリ52などにより構成されている。

尚、バルブ駆動装置６は、排気バルブ24の軸端部に所
定間隔配設された永久磁石61及び永久磁石62と、該永久
磁石61及び62と対向し排気バルブ24の移動方向に並設さ
れた複数個の電磁石との間に作用する磁力により排気バ
ルブ24を駆動する。すなわち電磁石に極性を順次変更す
ることにより電磁石と永久磁石との間の磁力も順次変化
し排気バルブ24を駆動する構成となっている。

次に、本発明によるエンジンを、２サイクルエンジン
として運転する場合について説明する。

膨張行程が終了しピストン３が下死点近傍になると、
吸気口13より過給圧が付加された吸気がシリンダ内へと
流入し円周方向の旋回流となる。次に、ピストン３の上
昇に伴ない排気ガスを押し上げ排気口より掃気する。そ
して、ピストン上昇途中で排気バルブ24により排気口を
閉鎖して圧縮行程に移行し吸気を圧縮する。ピストン３
の上昇に伴ないシリンダ１内の吸気は加速され副燃焼室
２内へと流入する。

次に、噴射ノズル22から旋回流方向に燃料を噴射する
と、燃料は燃焼し膨張行程に移行する。噴射された燃料
は副燃焼室２内で全く燃焼し燃焼ガスとなりピストン３
を降下させる。すると、突起31により狭窄されていた副
燃焼室２の開口部面積はピストン３の降下により拡大さ
れ、燃焼ガスは速やかにシリンダ内へ拡散する。そし
て、ピストン３の降下途中にて排気バルブ24を駆動し排
気口を開放し排気ガスを排出し、前記の吸気行程に連続
し上記サイクルを繰返す。

次に、本発明によるエンジンを、４サイクルエンジン
として運転する場合について説明する。

第２図は、４サイクルエンジンのｐ−ｖ線図である。

燃焼後の膨張行程において、体積が圧縮状態にある上
死点V1から下死点直前のV3まで増加すると排気口を開放
し排気ガスの排出を開始する。すると、ａ点を通過し下
死点V4まで膨張する間に急速に圧力が減少する。そし
て、ｂ点に示す下死点ではすでに吸気口13が開放されて
いるので、過給圧が負荷されている吸気は旋回流となり
シリンダ１内へと流入する。流入する該吸気により排気
は更に上方へと押し上げられ排気口からの排出が助長さ
れる。ピストン３が下死点から上方へと移動し吸気口が
閉鎖され吸気の流入が停止しても、シリンダ１内には排
気ガスが未だ残留しているので、ｃ点に示すごとく排気
口の開放は継続される。そして、排気口の開放状態を上
死点まで継続しシリンダ内の排気ガスを完全に排出す
る。次に上死点V1すなわちｄ点で排気口を閉鎖する。排
気口が閉鎖された状態を保持してピストン３が降下する
とシリンダ内に封入された吸気は断熱膨張される。該断
熱膨張時には封入された吸気の温度が降下するため、燃
焼室壁面から熱エネルギーを迅速に奪う。そして、V3直
前の吸気口が開口する位置すなわちｅ点を通過すると、
吸気は過給圧とシリンダ１内の負圧との作用により急激
にシリンダ内へと流入する。吸気口13は中心方向に対し
傾斜しているので、該吸入された吸気はシリンダ１内で
高速の旋回流となる。

続いて、ピストン３の上昇に伴ないシリンダ１内の旋
回流は副燃焼室２内へと移動する。

圧縮行程後半には該流入量は減少するが、ピストンヘ
ッドに形成された突起31が副燃焼室２の開口面積を狭窄
し、副燃焼室２へ流入する旋回流の流速を加速するの
で、圧縮終了時には副燃焼室２内部には更に高速の旋回
流が発生する。そして、噴射ノズル22から旋回流方向に
燃料を噴射すると、燃料は燃焼し膨張行程に移行する。

次に、本発明による制御装置の作用について説明す
る。

第３図（ａ）は、本発明の燃料噴射装置を示すブロッ
ク図である。

尚、本図は第１図のＩ−Ｉ断面図及び燃料ポンプ23の
構成を示す。

噴射ノズル22は旋回流方向の壁面方向に燃料を噴射す
る角度で配設されている。そして、噴射ノズル25は噴射
ノズル22より中心方向に燃料を噴射する角度で配設され
ている。

噴射ノズル22は、カムＡにより駆動されるプランジャ
ポンプ71と接続され、噴射ノズル25は切換バルブ73を介
して、カムＢにより駆動されるプランジャポンプ72と接
続されている。

第３図（ｂ）は、カムＡ及びＢのプロファイル曲線を
示す。

カムＡ及びＢは双方共にエンジンの２回転毎にプラン
ジャポンプ71及び72を作動させるが、該作動の位相は相
互に１回転異なるように調整されている。

４サイクルエンジンとして運転される場合には、切換
バルブ73により噴射ノズル25への燃料供給は遮断され、
噴射ノズル22からのみ燃料が噴射される。４サイクルで
運転される場合は高回転時であるため副燃焼室２内部の
旋回流速度が大であり、壁面方向に燃料が噴射されるこ
とにより良好な燃焼が実現する。

エンジン回転数が所定回転数以下の場合は切換バルブ
73を開とし噴射ノズル25へ燃料を供給することにより１
回転毎に、噴射ノズル22及び噴射ノズル25から交互に燃
料が噴射される。該噴射ノズル25は噴射ノズル22より中
心方向へ燃料を噴射するので、噴射ノズル22及び噴射ノ
ズル25から噴射される燃料方向は全体として中心方向へ
変更されるので旋回流速度が低下する低回転時に良好な
燃焼を得ることができる。

以上本発明について説明したが、本発明の精神から逸
れないかぎりで、種々の異なる実施例は容易に構成でき
るから、本発明は前記特許請求の範囲において記載した
限定以外、特定の実施例に制約されるものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、所定回転数よ
り低回転数の場合には２サイクルで運転され、所定回転
数より高回転数の場合には４サイクルで運転されるサイ
クル可変エンジンのサイクル変更に伴ない、燃料噴射タ
イミングを２サイクルの場合には１回転毎に、４サイク
ルの場合には２回転毎に噴射するように変更することが
できるサイクル可変エンジンの燃料噴射装置を提供でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の噴射装置を備えたエンジンの一実施
例を示すブロック図、第２図は、４サイクルエンジンの
ｐ−ｖ線図、第３図は、本発明の実施例を示す図であ
る。 １……シリンダ、２……副燃焼室、３……ピストン、４
……ターボチャージャ、５……コントロールユニット、
６……バルブ駆動装置、22・25……噴射ノズル。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定回転数より低回転数の場合には２サイ
   クルで運転され、所定回転数より高回転数の場合には４
   サイクルで運転されるサイクル可変エンジンの燃料噴射
   装置において、燃焼室内へ該燃焼室内に発生する旋回流
   方向の壁面に沿いエンジン回転軸の２回転毎に燃料を噴
   射する第１のノズルと、該第１のノズルの噴射方向より
   中心側に第１のノズルの燃料噴射タイミングより１回転
   異なるタイミングで燃料を噴射する第２のノズルと、２
   サイクル運転時には第１及び第２のノズルから燃料を噴
   射し、４サイクル運転時には第２のノズルからの燃料噴
   射を禁止する燃料噴射制御手段とを有することを特徴と
   するサイクル可変エンジンの燃料噴射装置。