JP2791590B2 - サイクル可変エンジン - 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及び負荷の変換に応じて２
サイクル運転と４サイクル運転と切換えるサイクル可変
エンジンに関する。

（従来の技術） 通常のピストン往復式エンジンはピストンの１往復、
すなわちクランク軸１回転にて吸入、圧縮、爆発、排気
の行程を行う２サイクルエンジンと、ピストンの２往
復、すなわちクランク軸２回転の間に前記の４行程を行
う４サイクルエンジンとに大別される。

そして、２サイクルエンジンではシリンダスリーブの
下方に吸気ポート（吸気口）を配置し、ピストンの下降
時に圧送された空気により、吸入と排気とを同時に平行
して行い、クランク軸の１回転毎に爆発が行われるた
め、出力軸の回転変動が少なく、高トルクを発生するこ
とができる。

一方、４サイクルエンジンでは、吸入と排気とがそれ
ぞれ独立した行程にて行われるので、充分にガス交換さ
れるため２サイクルエンジンに比して、特にエンジン回
転速度が高速時における燃料消費率が少ないという利点
がある。

（発明が解決しようとする課題） ところで、一つのエンジンを２サイクル運転または４
サイクル運転に自在に変化させてそれぞれの特性に適合
した運転を行う場合、上述のように２サイクル運転時に
使用する吸気ポートを有するため、４サイクル運転の際
はピストン下降時にシリンダの内外が連通することにな
り、エンジンの運転に支障を来すという問題が生じてい
る。

また、吸気ポートからの吸入効率を増加させるため、
吸気ポートの開口面積を増大させると、膨張行程の短縮
による出力低下、及び高速回転時の吸気吹き戻し等の不
具合が発生する。

そこで本願出願人は、シリンダスリーブの外周面に該
吸気ポートを開閉するスリーブ弁を設け、該スリーブ弁
をリンク等の機構を介して電磁ソレノイドにより駆動
し、該吸気ポートを必要に応じ開閉するサイクル可変エ
ンジンを、特願平１−112507号として既に出願した。

しかし、上記のようなスリーブ弁をリンク等の機構を
介して電磁ソレノイドにより駆動する場合には、駆動装
置が複雑となり、また駆動機構の完成や稼動部のガタの
ため応答速度が遅いという問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであ
り、その目的はエンジンの回転速度及び負荷の変化に応
じて２サイクル運転または４サイクル運転を切換える際
の応答が俊敏なサイクル可変エンジンを提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、シリンダスリーブの下部に穿設され
た吸気ポートと、シリンダスリーブの外周部に回動自在
に嵌合され上記吸気ポートを開閉するスリーブ弁と、該
スリーブ弁に連結された永久磁石に電磁力を作用せしめ
該スリーブ弁を回動する回動手段と、シリンダ上部の吸
気口を開閉する吸気口開閉手段と、シリンダ上部の排気
口を開閉する排気口開閉手段と、上記吸気ポートまたは
吸気口への吸気を排気エネルギにより駆動される過給手
段と、エンジンの回転数及び負荷に応じて、吸気ポート
を開放し、吸気弁を閉鎖及び排気弁開閉手段の作動によ
る２サイクル運転と、吸気ポート閉鎖及び吸、排気弁開
閉手段作動による４サイクル運転と、を切換えるサイク
ル変更手段とを有することを特徴とするサイクル可変エ
ンジンが提供される。

（作用） 本発明では、エンジンの回転数及び負荷の変換に応
じ、エンジンの低速全負荷時にはシリンダの下方に穿設
した吸気ポートを開放すると共に排気口開閉手段を作動
させ２サイクル運転とし、高速時及び低速部分負荷時に
は上記吸気ポートを閉鎖すると共に吸排気口開閉手段を
作動させ４サイクル運転とする。該サイクルの切換時に
作動するスリーブ弁を電磁力にて駆動すると共に、吸気
ポート及び吸気口には常時過給圧が印加されている。な
お、吸気ポートまたは吸気口への吸気は、排気エネルギ
により駆動される過給手段により行われる。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説
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は穿
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
の一方の永久磁石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は位置センサでクランク角を検出してピストン位置
を検知するもので、これら各センサからの信号はコント
ーローラ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。

回転センサ81からの検出信号が所定の回転数より低回
転数であり、かつ負荷センサ82からの検出信号が所定の
負荷より高負荷の領域では２サイクル作動を行わせる。

すなわち、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。

ところで、上記のごとく、スリーブ弁３を永久磁石32
を埋設して固定電磁石41及び42との間に電磁石を発生さ
せるためには、該スリーブ弁３及びシリンダライナ11は
共に非磁性でなければならない。

そして、ピストン２が下死点近前まで下降した時に、
吸気管13を介して圧送されるターボチャージャ７からの
吸気が、連通しているスリーブ弁３の開口31と吸気ポー
ト12とを介してシリンダ１の内部に流入されて旋回流と
なる。そして、すでに開弁されている排気流路15を介し
て排気ガスを排出するとともに、次の燃焼に必要な吸気
が送り込まれる。

ついで、ピストン２が上昇してシリンダスリーブ11の
吸気口を閉じると、直ちに排気バルブ６が閉じられシリ
ンダ１の内部は圧縮される。この圧縮行程の終期には該
シリンダ１の内部は燃料の着火温度となり、噴射された
燃料が燃焼し、高い燃焼圧力を生じてピストン２を押し
下げ膨張行程に移行しクランク軸を回転駆動する。

該膨張行程の後半にて、排気バルブ６が開弁され燃焼
ガスは自身の圧力で排気通路15を介してターボチャージ
ャ７に至り、タービンを駆動して排出される。

さらにピストン２が下降し、シリンダ１のガス圧が十
分に低くなると共に、ピストン２の上部が吸気ポート12
に達すると、再び前記のようにターボチャージャ７から
の圧気がシリンダ１の内部に送気される。そして、残留
した排気ガスを追出して排気が終ることになる。

このとき、スリーブ弁３の開口31と連通している吸気
ポート12はシリンダスリーブ11の下方のほぼ全周に複数
個設けられているため、吸気抵抗が小であり、よって短
時間に吸気が送入できることになる。

次に、回転センサ81からの検出信号が所定の回転数よ
り高い領域、または回転センサ81からの検出信号及び負
荷センサ82からの検出信号が共に所定値より低い領域で
は４サイクル作動が行われる。

この場合、シリンダ１の上部の吸気バルブ５を電磁バ
ルブアクチュエータ51により通常の４サイクルエンジン
の吸気行程のように開閉制御させるとともに、スリーブ
弁３によりシリンダスリーブ11の吸気ポート12を閉鎖す
るように固定電磁石41に指令する。

したがって、ピストン２が下降時にもシリンダスリー
ブ11の吸気ポート12はスリーブ弁３により塞がれて、燃
焼ガスの逆流などが防止されるとともに、吸入行程にて
も上方の吸気バルブ５から十分に吸気でき、ピストンの
ストロークを有効に使用できることになる。

尚、２サイクルエンジンとして稼動している際にも吸
気管14には過給圧が印加されており、またスリーブ弁13
は機械的な機構を介さず電磁力にて駆動されるため２サ
イクルから４サイクルへの切換が俊敏の行なわれる。

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、
これらの変更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、エンジンの回転数及び負荷の変換に
応じ、エンジンの低速全付加時にはシリンダの下方に穿
設した吸気ポートを開放すると共に排気口開閉手段を作
動させ２サイクル運転とし、高速時及び低速部分負荷時
には上記吸気ポートを閉鎖すると共に吸排気口開閉手段
を作動させ４サイクル運転とするので、トルクが必要と
される低回転時には高トルクを発生することのできるエ
ンジンが提供され、かつ、スリーブ弁を電磁力により駆
動すると共に、吸気管13及び吸気管14には常時過給圧が
印加されているため２サイクル・４サイクル間の切換動
作が俊敏となる。

【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、II−II断面図である。 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 (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダスリーブの下部に穿設された吸気
   ポートと、シリンダスリーブの外周部に回動自在に嵌合
   され上記吸気ポートを開閉するスリーブ弁と、該スリー
   ブ弁に連結された永久磁石に電磁力を作用せしめ該スリ
   ーブ弁を回動する回動手段と、シリンダ上部の吸気口を
   開閉する吸気口開閉手段と、シリンダ上部の排気口を開
   閉する排気口開閉手段と、上記吸気ポートまたは吸気口
   への吸気を排気エネルギにより駆動される過給手段と、
   エンジンの回転数及び負荷に応じて、吸気ポートを開放
   し、吸気弁を閉鎖及び排気弁開閉手段の作動による２サ
   イクル運転と、吸気ポート閉鎖及び吸、排気弁開閉手段
   作動による４サイクル運転と、を切換えるサイクル変更
   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。
2. 【請求項２】上記サイクル変更手段はエンジンの低速全
   負荷時に２サイクル運転とし、高速時及び低速部分負荷
   時に４サイクル運転とすることを特徴とする請求項
   （１）記載のサイクル可変エンジン。
3. 【請求項３】上記シリンダスリーブ及びスリーブ弁は、
   共に非磁性材料にて形成されていることを特徴とする請
   求項（１）記載のサイクル可変エンジン。
4. 【請求項４】上記ターボチャージャの給気コンプレッサ
   の通路は吸気ポートと吸気口に並列に連結されているこ
   とを特徴とする請求項（１）記載のサイクル可変エンジ
   ン。