JP2742824B2 - サイクル可変エンジンの制御装置 - 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
で稼動するエンジンのサイクルを変更するサイクル可変
エンジンの制御装置に関する。

（従来の技術） 従来のエンジンには、エンジン出力軸の回転毎の行程
の相違により２サイクルエンジンと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） しかしながら、上記２サイクルエンジンは吸気行程と
排気行程とを同時に平行して実行するので吸、排気が完
全に行なわれず効率が悪化し、よって燃料消費率が大で
あるという問題がある。一方、４サイクルエンジンはエ
ンジン出力軸の回転速度変動が大であるため、低回転数
領域においてはトルクが不足し、滑らかな運転ができな
いという問題がある。

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、エンジ
ン回転数が所定回転数以下で、かつエンジン負荷が所定
値以上の領域においては２サイクルエンジンとして運転
し、エンジン回転数が所定回転数以上かエンジン負荷が
所定値以下の少なくとも一方の領域においては４サイク
ルエンジンとして運転することのできるサイクル可変エ
ンジンの制御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、気筒上部に設けられた開閉時期可変
の吸、排気弁と、燃焼室に取付けられた燃料噴射時期可
変の噴射ノズルと、気筒下部に設けられた開閉自在の吸
気ポートを持ち、吸気を過給する過給装置からの通路を
上記吸気口と吸気ポートに並列に接続するエンジンの上
記吸、排気弁噴射ノズル、吸気ポートを電気的に制御す
る装置をエンジンの回転が低速で全負荷時に吸気ポート
を開口し、吸気弁を閉鎖し、排気口の開閉及び燃料噴射
ノズルをエンジンの１回転毎に実行せしめ、高速回転、
部分負荷時とに、上記吸気ポートを閉鎖し、吸、排気弁
及び燃料噴射をエンジンの１回転毎に実行せしめる制御
信号を出力する信号出力手段を有するサイクル可変エン
ジンの制御装置を提供できる。

（作用） 本発明のサイクル可変エンジンの制御装置は、２サイ
クルエンジンしても４サイクルエンジンとしても運転可
能なサイクル数可変エンジンを制御し、所定回転数以下
の領域においては２サイクルエンジンとして、該所定回
転数以上の領域においては４サイクルエンジンとして運
転させ、低中回転数領域ではエンジン回転速度が円滑な
高トルクエンジンとし、中高回転数領域では燃料消費率
が小である高効率エンジンとする作用がある。

（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、本発明の一実施例を示す全体構成図であ
る。

第２図は、第１図のII−II線矢視断面図であり、シリ
ンダスリーブの下方に設けられたスリーブ弁の構造を示
すものである。

これらの図面において、シリンダ１の内壁にはシリン
ダスリーブ11が設けられ、ピストン２の下死点位置にお
けるピストンヘッド21の上部近傍に対応するシリンダス
リーブ11の周壁には複数個の吸気ポート12が穿設されて
いる。

そして、これらの吸気ポート12は吸気管13からの吸気
が、シリンダ１の内部へ旋回して吸入されるように傾斜
して開口されている。

３はスリーブ弁であり、上述の吸気ポート12の開口部
分を覆って、シリンダスリーブ11の外周に嵌合し、摺動
するように帯状に配置されたものである。

そして、複数個の吸気ポート12に対応する開口31が穿
設されるとともに、該スリーブ弁３をシリンダスリーブ
11外周の円周方向に所定角度回動すると隣接する互いの
開口31との間の部分が吸気ポート12を塞ぎ、吸気ポート
12の通気を遮断するように形成されている。

尚、32は永久磁石であり、スリーブ弁３の所定の２位
置に設けられている。

41及び42はスリーブ弁の回動手段となる固定電磁石で
あり、２個の永久磁石32に各々対向している。但し、第
２図に示すように、固定電磁石42が励磁され、固定電磁
石42と永久磁石32の一方とが対向している場合には吸気
ポート12と開口31とが一致しており、かつ固定電磁石41
と永久磁石32の他方とは完全に対向していない。

逆に、固定電磁石41が励磁され、固定電磁石41と永久
磁石32の他方とが完全に対向する場合には、吸気ポート
12はスリーブ弁３によって閉鎖され、かつ固定電磁石42
と一方の永久磁石32とは対向しなくなる。

５は吸気バルブであり、シリンダ１の上方に設けら
れ、吸気管14からの吸気をエンジンの作動に応じてシリ
ンダ１に導くものである。尚、吸気バルブ５の開閉駆動
は上部に配置された電磁バルブアクチュエータ51により
制御される。

６はシリンダ１の上方に設けられた排気バルブであ
り、エンジンの排気過程における排気ガスを排気流路15
に導くものである。該排気バルブ６の開閉駆動は上部に
配置された電磁バルブアクチュエータに61により制御さ
れる。

尚、上記電磁バルブアクチュエータ51及び電磁バルブ
アクチュエータ61はそれぞれ、吸気バルブ５及び排気バ
ルブ６に連結している可動磁極と、エンジン側に固定さ
れた固定電磁石とを備え、該可動磁極と固定電磁石との
間に作用する電磁力により吸排気バルブを駆動するもの
である。そして、該固定電磁石への制御指令は後述する
コントローラ８から発令される。

７はターボチャージャであり、内部には図示しないが
タービン、回転電機、コンプレッサとを同軸上に備えて
いる。排気流路15から排出される排気ガスエネルギーに
より駆動されるタービンのトルクにてコンプレッサが駆
動され、２サイクルエンジンとして稼動する際には吸気
管13を、４サイクルエンジンとして稼動する際には吸気
管14を介してシリンダ１に過給気を圧送する。

そして、エンジンの運転状態に応じ、低速時において
エンジントルクを増加させる場合には、回転電機に電力
を供給して力行させ、コンプレッサの過給作動を付勢す
る。また、エンジンからの排気エネルギが大である場合
には回転電機を発電機作動させ、該発電電力をバッテリ
等に供給するよう構成されている。

81は回転センサで、クランク軸の回転数を計測してエ
ンジンの回転数を検出するものである。

82は負荷センサで、例えばエンジンへの燃料供給量を
検出してエンジン負荷を検知するものである。

83は圧力センサで、ターボチャージャ７から送気され
る過給圧を検知するもので、これら各センサからの信号
はコントローラ８に入力されている。

コントローラ８はマイクロコンピュータからなり、演
算処理を行う中央制御装置、演算処理手順や制御手順な
どを格納する各種メモリ、入／出力ポートなどを備えて
おり、前記の各種センサからの信号が入力されると所定
の演算処理が行われ、格納されている制御手順に基づ
き、固定電磁石41及び固定電磁石42、電磁バルブアクチ
ュエータ51及び電磁バルブアクチュエータ61、ターボチ
ャージャ７の回転電機などに制御指令が発せられるよう
構成されている。

次に、このように構成された本実施例の作動を説明す
る。

第３図は、本発明によるサイクル可変エンジンの負荷
と回転数の関係を示す図である。

本図において、縦軸はエンジン負荷Ｌを示し、横軸は
エンジン回転数Ｎを示している。また、領域Ａは２サイ
クルとして稼動する領域を示し、領域Ｂは４サイクルと
して稼動する領域を示す。

第４図は、本発明の制御装置の制御内容を示すフロー
図である。

本発明の制御フローは、スタート時点において、４サ
イクル作動に設定されている状態からスタートする。

ステップ１にて回転センサ81によりエンジン回転数Ｎ
を検知し、ステップ２にて負荷センサ82によりエンジン
負荷Ｌを検知する。

ステップ３にて、ステップ２にて検知したエンジン負
荷Ｌと、予め設定された負荷Lmとを比較し、Ｌ＞Lmの場
合にはステップ４へ、Ｌ≧Lmの場合にはステップ17へと
進む。

ステップ17へ進む場合は、エンジン負荷Ｌが所定値Lm
以下の場合であるから、ターボチャージャ７に内蔵され
ている回転電機（以下TCG）を発電機として作動させ、
発電電力をバッテリに蓄電するよう制御し、スタート時
点にて設定されている４サイクル作動を維持し、ステッ
プ１へと戻る。

ステップ３からステップ４へと進むと、ステップ１に
て検知されたエンジン回転数Ｎと予め設定された回転数
Nmとを比較し、Ｎ＜Nmであればステップ５へ、Ｎ≧Nmで
あればステップ10へと進む。

ステップ10へのフローは４サイクル作動を維持するフ
ローである。該ステップ10で、アクセルスピードＶを時
間ｔで微分し加速度を求め、該加速度が所定値α以上で
あれば、すなわち加速度モードであれば過給圧を検知す
るステップ11へと進む。そして、所定値α以下であれば
ステップ16へと進む。

ステップ11では、圧力センサ83により検知される過給
圧Ｐと所定の過給圧値Pdとを比較する。

そしてＰ≧Pdの場合には過給圧Ｐは充分であるから、
ステップ16に進みTCGを発電機作動させ、エネルギを回
収しステップ１へと戻る。

また、Ｐ＜Pdの場合には、ステップ12でTCGを電動機
作動させ、過給圧が所定値Pd以上になるまで上昇させる
（ステップ13）。

そして、過給圧Ｐが所定値Pdに到達したなら、ステッ
プ14にてTCGの作動状態を安定するように駆動制御し、T
CG駆動力Twが０以下であればステップ16へ進み、０以上
であれば再びステップ12へ戻る。

さて、上記ステップ５へ進む場合とは２サイクルエン
ジンとして作動させる場合であるから、まず、ステップ
５にて、各バルブを２サイクル作動させる場合の開閉タ
イミング等を演算する。

そして、該演算結果に基づき、ステップ６ではシリン
ダスリーブ11の吸気ポート12とスリーブ弁３の開口31と
が合致するように固定電磁石42に指令が発せられ、第１
図及び第２図に示す状態にスリーブ弁３を位置させる。

そしてステップ７で電磁バルブアクチュエータ51の作
動を停止させ、続くステップ８にて電磁バルブアクチュ
エータ61に対して２サイクル作動の駆動信号を出力す
る。

そして、過給圧Ｐが所定値Pd以下の場合には、ステッ
プ９にて所定値Pdに到達したか否かを判断し、到達して
いなければステップ19へ、到達していればステップ16へ
進む。

ステップ19では、TCGを電動機作動させ過給圧Ｐを上
昇させる。そして、所定値Pd以上になるまで、ステップ
19及びステップ20にてTCGの電動機作動を継続させる。

そして、TCGの状態をステップ21で維持するように制
御すると共に、ステップ22にて燃料供給タイミングを２
サイクル用に変更し、ステップ１へと戻る。

以上、本発明を上述の実施例によって詳細に説明した
が、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、
これらの変形を本発明の範囲から排除するものではな
い。

（発明の効果） 本発明によれば、２サイクルエンジンしても４サイク
ルエンジンとしても運転可能なサイクル数可変エンジン
を制御し、所定回転数以下の領域においては２サイクル
エンジンとして、該所定回転数以上の領域においては４
サイクルエンジンとして運転させ、低中回転数領域では
エンジン回転速度が円滑な高トルクエンジンとし、中高
回転数領域では燃料消費率が小である高効率エンジンと
するサイクル可変エンジンの制御装置を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す全体構成図、第２図
は、第１図のII−II線矢視断面図、第３図は、本発明に
よるサイクル可変エンジンの負荷と回転数の関係を示す
図、第４図は、本発明の制御装置の制御内容を示すフロ
ー図である。 １……シリンダ、２……ピストン、３……スリーブ弁、
７……ターボチャージャ、８……コントローラ、11……
シリンダスリーブ、12……吸気ポート、13・14……吸気
管、32……永久磁石、41・42……固定電磁石、81……回
転センサ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】気筒上部に設けられた開閉時期可変の吸、
   排気弁と、燃焼室に取付けられた燃料噴射時期可変の噴
   射ノズルと、気筒下部に設けられた開閉自在の吸気ポー
   トを持ち、吸気を過給する過給装置からの通路を上記吸
   気口と吸気ポートに並列に接続するエンジンの上記吸、
   排気弁噴射ノズル、吸気ポートを電気的に制御する装置
   をエンジンの回転が低速で全負荷時に吸気ポートを開口
   し、吸気弁を閉鎖し、排気口の開閉及び燃料噴射ノズル
   をエンジンの１回転毎に実行せしめ、高速回転、部分負
   荷時とに、上記吸気ポートを閉鎖し、吸、排気弁及び燃
   料噴射をエンジンの１回転毎に実行せしめる制御信号を
   出力する信号出力手段を有するサイクル可変エンジンの
   制御装置。
2. 【請求項２】上記過給装置は過給動作を付勢する回転電
   機を有し、エンジン負荷が所定値以上の場合に該回転電
   機により過給動作を付勢することを特徴とする請求項
   （１）項記載のサイクル可変エンジンの制御装置。