JP6113985B2 - 内燃機関及び駆動システム - Google Patents

Description

本発明は、自動車のエンジンなどに好適な内燃機関及び駆動システムの改良に関するものである。

自動車用のエンジンとしては、２サイクル及び４サイクルの内燃機関が知られている。２サイクルエンジンは、クランクシャフトの１回転に１回の爆発であり、４サイクル内燃機関は２回転に１回の爆発である。これに対し、前記４サイクルの行程後に、掃気吸入行程及び掃気排気行程を追加した６サイクルのエンジンも知られており、クランクシャフトの３回転に１回の爆発となる。また、下記特許文献１には、前記４サイクルの排気行程から吸入行程に移る間に、空気吸入行程と、これによる燃焼室内の空気を加圧する加圧行程とを備え、これによって得られた加圧空気を吸入行程の後半にある他の気筒に供給するようにした６サイクルエンジンが開示されている。

これに対し、昨今の燃料高騰や温暖化対策などを背景に、内燃機関と電動モーターを組み合わせるようにしたハイブリッド方式のエンジンが注目されている。他に、環境負荷の低い方式としては、電気自動車，水素自動車，燃料電池自動車などが提案されている。そこで、本件出願人は、更なる燃料消費の改善を図るとともに、地球温暖化の抑制など環境負荷の低減を図ることができる、ハイブリッド方式に好適な内燃機関及び駆動システムを提案している（下記特許文献２参照）。

特開平２−１１９６３５号公報 特開２０１０−３１７０５号公報

ところで、排気ガス対策などの環境負荷への影響を低減するためには、トラックやバスなどの商用車における対策が重要である。しかしながら、バッテリを多用するハイブリッド方式や電気方式を、そのまま商用車に適用できるものではない。

このような点からすると、当面の駆動システムとして、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンの燃料消費の低減を図ることも重要であり、今後のバイオ燃料の普及なども考慮すれば、将来的にも有効な手法であると考えられる。

本発明は、以上の点に着目したもので、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関の燃料消費効率の向上，環境負荷の低減を図ることができる内燃機関及び駆動システムを提供することを、その目的とする。

前記目的を達成するため、本発明は、シリンダ内でピストンが往復運動する際にバルブの開閉を行う内燃機関であって、加圧空気を一時的に滞留するための加圧チャンバを備えており、前記シリンダは、第１〜第４のバルブを備えており、空気を前記シリンダ内に吸入する吸入行程，この吸入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気を加圧し、前記加圧チャンバに送出する加圧行程，この加圧行程によって加圧チャンバ内に滞留した空気を、該空気を送出したシリンダ内に吸入して戻し、燃料を吸入する加入行程，この加入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気と燃料の混合ガスを圧縮する圧縮行程，この圧縮行程によって圧縮された混合ガスを燃焼・爆発させる燃焼行程，この燃焼行程による燃焼後の残留ガスを、前記シリンダ内から排気する排気行程，を繰り返し行う６サイクル運転手段と、空気を前記シリンダ内に吸入する吸入行程，この吸入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気と燃料の混合ガスを圧縮する圧縮行程，この圧縮行程によって圧縮された混合ガスを燃焼・爆発させる燃焼行程，この燃焼行程による燃焼後の残留ガスを、前記シリンダ内から排気する排気行程，を繰り返し行う４サイクル運転手段と、前記６サイクル運転と４サイクル運転を切り替えるための切替手段と、低負荷時は前記６サイクル運転手段による運転が行われ、高負荷時は前記４サイクル運転手段による運転が行われるように、前記切替手段を制御する切替制御手段と、を備えており、前記６サイクル運転手段は、吸入行程では第１のバルブのみを開き、加圧行程では第２のバルブのみを開き、加入行程では第３のバルブのみを開き、前記圧縮行程及び燃焼行程では全てのバルブを閉じ、前記排気行程では第４のバルブのみを開くように、バルブ開閉動作を行う６サイクルバルブ制御手段を備えており、前記４サイクル運転手段は、吸入行程では前記第２のバルブのみを開き、前記圧縮行程及び燃焼行程では全てのバルブを閉じ、前記排気行程では第４のバルブのみを開くように、バルブ開閉動作を行う４サイクルバルブ制御手段を備えたことを特徴とする。

主要な形態の一つは、前記第１〜第４のバルブの開閉がカムによるバルブ開閉機構によって行われており、前記６サイクルバルブ制御手段によるバルブの開閉を行うためのカムが６サイクルカムシャフトに設けられており、前記４サイクルバルブ制御手段によるバルブの開閉を行うためのカムが４サイクルカムシャフトに設けられていることを特徴とする。

他の形態の一つは、前記切替制御手段が、６サイクル運転と４サイクル運転を切り替える際に、切替前が燃焼行程であり、切替後が吸入行程であるときは、当該燃焼行程における燃焼を中止することを特徴とする。更に他の形態は、前記第１及び第２のバルブの口径を、前記第３及び第４のバルブの口径より大きく設定したことを特徴とする。更に他の形態は、前記加圧チャンバと前記第３のバルブとの間に、前記加圧チャンバから吸入する空気の量を調整するスロットルバルブを設けたことを特徴とする。

更に他の形態としては、前記シリンダを複数設けた多気筒構成とするとともに、前記加圧チャンバを複数のシリンダ間で共用することを特徴とする。あるいは、過給機を設けるとともに、６サイクル運転時の吸気圧力を４サイクル運転時よりも高く設定する過給機圧制御手段を設けたことを特徴とする。

本発明の駆動システムは、前記いずれかの内燃機関と電気モータとを併用したことを特徴とする。本発明の前記及び他の目的，特徴，利点は、以下の詳細な説明及び添付図面から明瞭になろう。

本発明によれば、４サイクル内燃機関に２サイクルの自己加圧サイクルを加え、シリンダ内に導入された空気を加圧して加圧チャンバに送出し、次に加圧チャンバ内の空気を前記シリンダ内に吸入して圧縮・燃焼・排気を行うこととしたので、燃料消費及び環境負荷を改善することができる。

実施例におけるエンジンの主要部の６サイクル時の様子を示す斜視図である。 実施例におけるエンジンの主要部の４サイクル時の様子を示す斜視図である。 ４サイクル運転時と６サイクル運転時のバルブ開閉を行なうためのカムシャフトギヤ部分を示す斜視図である。 ４サイクル運転時と６サイクル運転時のバルブ開閉を行なうためのロッカーアーム部分を示す斜視図である。 ６サイクル時と４サイクル時のロッカーシャフトの位置とバルブ開閉の様子を示す図である。 ６サイクル運転時の主要行程を示す図である。 ６サイクル運転時の主要行程を示す図である。 ６サイクル運転の各行程とカムの一例との関係を示す図である。 ６サイクル運転と４サイクル運転を切り換える制御装置の一例を示すブロック図である。 ６サイクル運転と４サイクル運転を切り換え動作における行程間の関係を示す図である。 ６サイクル運転時と４サイクル運転時の切り替えにおける軸トルクの変動と、過給機によるトルク変動抑制の作用を示すグラフである。

以下、本発明を実施するための形態を、実施例に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２には、本実施例のエンジンの主要部が示されている。図１は６サイクル運転時，図２は４サイクル運転時をそれぞれ示す。これらの図に示すように、エンジンのシリンダ１０に対して、４つのバルブ２０，３０，４０，５０が設けられている。バルブ４０とバルブ５０との間には、加圧チャンバ６０が設けられている。各バルブと作用は、次の通りである。なお、各バルブには、公知のように、バルブスプリング，オイルシール，スプリングリテーナなどが設けられている。
（１）バルブ２０：６サイクル運転時にシリンダ１０内に空気（大気）を吸入する際に開くバルブである。４サイクル運転時は閉じる。過給機（図示せず）からの圧縮空気もしくは自然吸気による大気の吸入（給気）が行われる。
（２）バルブ３０：燃焼後のガスをシリンダ１０内から排気する際に開くバルブである。
（３）バルブ４０：６サイクル運転時は、シリンダ１０内で加圧した空気を加圧チャンバ６０に送出するためのバルブである。４サイクル運転時は、燃料を吸入する。
（４）バルブ５０：６サイクル運転時に、加圧チャンバ６０内に滞留した加圧空気を吸入してシリンダ１０内に戻すためのバルブである。４サイクル運転時は閉じる。

上述したバルブ２０には、ポート２２から空気（過給機からの圧縮空気もしくは自然吸気による大気）が供給されている。バルブ３０は、燃焼後の残留ガスを排気するポート３２に接続されている。一方、バルブ４０は、ポート４２を介して加圧チャンバ６０の空気入口及び大気に開放している配管８０にそれぞれ接続されている。加圧チャンバ６０の空気出口は、配管８２を介してスロットルバルブ７０に接続されており、ポート５２を順に介してバルブ５０に接続されている。更に、ポート４２とポート５２との間には、配管８４が接続されている。

各ポートないし配管には、バタフライバルブ９０〜９８が設けられている。６サイクル運転を行なうときは、図１に示すように、バタフライバルブ９０，９４が「開」，他のバタフライバルブ９２，９６，９８が「閉」となり、配管８０，８４がいずれも閉じた状態となる。これにより、図１に矢印で示すように、バルブ４０から送出された加圧空気が加圧チャンバ６０に導入され、更に、スロットルバルブ７０で流量が調整された後にバルブ５０からシリンダ１０内に吸い込まれて戻るようになっている。

一方、４サイクル運転を行なうときは、図２に示すように、バタフライバルブ９０，９４が閉，他のバタフライバルブ９２，９６，９８が開となり、配管８０，８４がいずれも開いた状態となる。これにより、図２に矢印で示すように、配管８０から導入された外気（過給機からの圧縮空気もしくは自然吸気による大気）が加圧チャンバ６０に導入され、更に、スロットルバルブ７０で流量が調整された後に、ポート４２を介してバルブ４０からシリンダ１０内に吸い込まれるようになっている。

なお、前記実施例で示したバタフライバルブ９０，９６を、いわゆる三方弁のような構造としてもよい。バタフライバルブ９４，９８についても同様である。

ここで、本実施例の概要を説明すると、高負荷時は図１に示すような６サイクル運転が行なわれ、軽負荷時は図２に示すような４サイクル運転が行なわれる。６サイクル運転時は、４つのバルブ２０，３０，４０，５０のすべてを使用する。しかし、４サイクル運転時は、バルブ２０，５０は、いずれも閉じた状態となり、バルブ４０による吸入，バルブ３０による排気によって４サイクルの運転が行なわれる。

次に、図３及び図４を参照しながら、４サイクル運転時と６サイクル運転時のバルブ開閉を行なうための機構について説明する。図３に示すように、本実施例では、６サイクルカムシャフト１００と、４サイクルカムシャフト２００を備えている。６サイクルカムシャフト１００には、６サイクルカムギヤ１０２が設けられており、４サイクルカムシャフト２００には、４サイクルカムギヤ２０２が設けられている。

６サイクルカムギヤ１０２には、クランクシャフトタイミングギヤ３００の回転駆動力が、タイミングベルト３０２を介して伝達されるようになっている。３０４は、タイミングベルト３０２のテンションを調整するためのテンションアイドラーである。一方、４サイクルカムギヤ２０２には、クランクシャフトタイミングギヤ３１０の回転駆動力が、タイミングベルト３１２を介して伝達されるようになっている。３１４は、タイミングベルト３０２のテンションを調整するためのテンションアイドラーである。クランクシャフトタイミングギヤ３００，３１０は、ピストンの往復運動を回転運動に変換するためのクランクシャフト３２０に設けられている。

ここで、クランクシャフトタイミングギヤ３００，３１０が、クランクシャフト３２０に対して、１：１のギヤ比であるとすると、６サイクルカムギヤ１０２のギヤ比は３：１となっており、４サイクルカムギヤ２０２のギヤ比は２：１となっている。従って、６サイクルカムシャフト１００が１回転するとクランクシャフト３２０は３回転し、４サイクルカムシャフト２００が１回転するとクランクシャフト３２０は２回転する。６サイクルカムシャフト１００には、１シリンダ（１気筒）に対して、４個のカム１２０〜１５０が設けられている。また、４サイクルカムシャフト２００には、１シリンダ（１気筒）に対して、２個のカム２３０，２４０が設けられている。

図４には、以上のようなカムによるバルブ開閉機構の一例が示されている。同図において、上述したバルブ２０，３０，４０，５０の頂部は、ロッカーアーム２４，３４，４４，５４の一端にそれぞれ接合している。これらロッカーアーム２４，３４，４４，５４の他端は、上述したカム１２０，２３０，２４０，１５０にそれぞれ接合可能となっている。更に、本実施例では、一端がカム１３０，１４０に接合し、他端が前記ロッカーアーム３４，４４の一端を介して前記バルブ３０，４０の頂部に接合しているロッカーアーム３６，４６が設けられている。ロッカーアーム２４，３４，３６，４４，４６，５４のバルブ側の端部には、アジャストスクリュー，ロックナットが公知のように設けられている。

以上のうち、ロッカーアーム２４，３６，４６，５４は、偏芯軸であるロッカーシャフト１６０を中心に揺動可能となっており、６サイクルカムシャフト１００のカム１２０，１３０，１４０，１５０に当接して駆動される。すなわち、６サイクル運転時に、６サイクルカムシャフト１００→カム１２０，１３０，１４０，１５０→ロッカーアーム２４，３６，４６，５４→バルブ２０，３０，４０，５０の順に駆動力が伝達され、バルブ２０，３０，４０，５０が開閉動作するようになっている。

図５(A)及び(B)には、６サイクル運転時の主要部の様子が示されている。同図(A)は、ロッカーアーム２４がカム１２０によって揺動し、バルブ２０が押されて開となっている状態で、ロッカーシャフト１６０が図の下側に位置している。バルブ５０，ロッカーアーム５４，カム１５０についても、同様である。同図(B)は、ロッカーアーム３６がカム１３０によって揺動し、ロッカーアーム３４を介してバルブ３０が押されて開となっている状態である。ロッカーシャフト１６０は、同様に図の下側に位置しているが、ロッカーシャフト２６０は上側に位置している。このため、カム２３０とロッカーアーム３４との間にはクリアランスΔがある。バルブ４０，ロッカーアーム４４及び４６，カム１４０についても、同様である。

次に、４サイクル運転時は、ロッカーシャフト１６０が上側に回転して、カム１２０，１３０，１４０，１５０と、ロッカーアーム２４，３６，４６，５４との間にクリアランスΔが形成されて、カム１２０，１３０，１４０，１５０によるロッカーアーム２４，３６，４６，５４の駆動が停止される。このとき、バルブ２０，５０が閉じた状態となるように設定されている。図５(C)には、この場合のロッカーアーム２４，５４の様子が示されており、図５(D)には、ロッカーアーム３６，４６の様子が示されている。

一方、ロッカーアーム３４，４４は、ロッカーシャフト２６０を中心に揺動可能となっている。そして、６サイクル運転時は、図５(B)に示したように、ロッカーシャフト２６０の回転によって、カム２３０，２４０と、ロッカーアーム３４，４４との間にクリアランスΔが形成されて、カム２３０，２４０によるロッカーアーム３４，４４の駆動が停止される。しかし、上述したように、ロッカーアーム３６，４６の揺動がロッカーアーム３４，４４に伝達されて、バルブ３０，４０の６サイクルによる開閉駆動が行われる。

これに対し、４サイクル運転時は、図５(D)に示したように、ロッカーシャフト２６０が下側に回転して、ロッカーアーム３４，４４に、４サイクルカムシャフト２００のカム２３０，２４０が当接して駆動されるようになる。すなわち、４サイクルカムシャフト２００→カム２３０，２４０→ロッカーアーム３４，４４→バルブ３０，４０の順に駆動力が伝達され、バルブ３０，４０が開閉動作するようになっている。

以上のように、ロッカーシャフト１６０，２６０の作用によって、
（１）６サイクル運転時は、バルブ２０，３０，４０，５０が６サイクルで開閉動作する（図１参照）。
（２）４サイクル運転時は、バルブ２０，５０は閉じた状態となり、バルブ３０，４０が４サイクルで開閉動作する（図２参照）。

更に、図４に示すように、前記バルブに囲まれたシリンダ中央には、燃料点火用のプラグ１２が設けられている。また、シリンダヘッド又はインテークマニホールドに設けられた燃料ポートから、燃料ガスが供給されるようになっている。なお、インジェクションノズルによって直接シリンダ１０内に燃料を噴射するようにしてもよい。ディーゼルの場合は、プラグ１２の代わりに燃料のインジェクションノズルを設けるようにする。供給された燃料ガスは、スロットルバルブ７０から送り出された空気と混ざり合って、シリンダ１０内に供給される。燃料ガスの量は、アクセルの動きに対応して電子的に制御されており、スロットルバルブ７０の開閉もアクセルの動きに対応している。従って、アクセルの動きに対応して、圧縮空気の量と燃料の量が制御されている。

図６及び図７には、本実施例における６サイクルの各行程における主要部の状態が示されている。なお、図６及び図７は、本発明の理解を容易にするために、４つのバルブ２０，３０，４０，５０を並列的に示している。シリンダ１０内のピストン１４がコンロッド１６を介してクランクシャフト１８に接合している点は、公知の技術と同様である。以下、順次各行程の動作について説明する。
（１）吸入行程：図６(A)に示すように、シリンダ１０内のピストン１４が、矢印Ｆ６Ａのように下降し、バルブ２０が開いて、空気がシリンダ１０内に吸入される。
（２）加圧（加圧チャンバ送出）行程：図６(B)に示すように、シリンダ１０内のピストン１４が、矢印Ｆ６Ｂのように上昇し、バルブ４０が開いて、加圧された空気が加圧チャンバ６０に送出される。
（３）加入（加圧チャンバ吸入）行程：図６(C)に示すように、シリンダ１０内のピストン１４が、矢印Ｆ６Ｃのように下降し、バルブ５０が開く。これにより、加圧チャンバ６０内に滞留した加圧空気が燃料ガスと混合してシリンダ１０内に再び吸入される。このときの加圧空気量は、上述したように、スロットルバルブ７０によって調整される。
（４）圧縮行程：図７(A)に示すように、バルブ２０，３０，４０，５０の全てが閉じた状態でピストン１４が、矢印Ｆ６Ｄのように上昇し、混合ガスがシリンダ１０内で圧縮される。
（５）燃焼行程：図７(B)に示すように、プラグ１２が点火し、シリンダ１０内で圧縮されている混合ガスを燃焼・爆発させる。ピストン１４は、矢印Ｆ６Ｅのように下降する。
（６）排気行程：図７(C)に示すように、バルブ３０が開いた状態でピストン１４が、矢印Ｆ６Ｆのように上昇し、シリンダ１０内の残留ガスが排気される。

次に、図３ないし図４に示したカム１２０，１３０，１４０，１５０の動きに着目すると、次の通りとなる。なお、いずれのカムも、図６及び図７に示した６サイクルで１回転する。
（１）カム１２０：バルブ２０を開閉するためのカムで、図６(A)の吸入行程でのみバルブ２０を押して開く。
（２）カム１３０：バルブ３０を開閉するためのカムで、図７(C)の排気行程でのみバルブ３０を押して開く。
（３）カム１４０：バルブ４０を開閉するためのカムで、図６(B)の加圧行程でのみバルブ４０を押して開く。
（４）カム１５０：バルブ５０を開閉するためのカムで、図６(C)の加入行程でのみバルブ５０を押して開く。

図８(A)には、以上の行程の全体が示されている。同図中、下死点はピストン１４が最も降下した位置を示し、上死点はピストン１４が最も上昇した位置を示す。本実施例によれば、図８(A)の６つの行程が、時計方向に順次繰り返し行なわれる。

図８(B)には、上述したカム１２０の一例が示されている。なお、カム１３０，１４０，１５０も形状は同じであるので、以下カム１２０を代表して説明する。同図(B)はカムシャフト１００の方向から見た図であり、同図(C)はカムシャフト１００の側面から見た図である。これらの図に示すように、カム山１２２は、６０度の範囲に形成されており、これによって６サイクルに１回の割合でバルブ２０を押すようになっている。具体的には、６０度の範囲の５度内側を基点として、半径２ミリ（Ｒ２）の円弧を描くように立ち上がっており、頂部は半径４ミリ（Ｒ４）の円弧を描いている。カム山１２２の立下りは、立ち上がりと対称となっている。一方、４サイクルのカム２３０，２４０は、図８(B)に点線で一例を示すようになる。

このようなカム１２０と、上述した各サイクルとの対応関係を示すと、図８(A)に重ねて示すようになる。すなわち、カム１２０のカム山１２２が吸入バルブ２０を押すときが空気の吸入行程となる。他のカム１３０，１４０，１５０についても同様である。このように、カム１２０，１３０，１４０，１５０は、いずれも１回転で６サイクルに対応している。一方、クランクシャフト１８は、図６及び図７に示したように、２サイクルで１回転するので、６サイクルでは３回転する。このように、６サイクル運転時は、カムシャフト１００の回転数は、クランクシャフト１８の回転数の１／３となる。

更に、カム１２０，１３０，１４０，１５０のカム山の立ち上がりを遅くするとともに、立下りを早くしているため、図８(A)に示すように、上死点及び下死点の前後数度（図示の例では２度）の間では、各サイクルのバルブ開閉動作が重ならず、オーバーラップが生じない。例えば、図８(B)に示すカム１２０の例では、上述したように、カム山１２２が６０度から５度ずれた位置から立ち上がっており、これによって、前記オーバーラップが生じないようになっている。なお、図８(A)に示したオーバーラップ回避角度と、図８(B)に示したカム山１２２の立ち上がり基点角度は、静的特性と動的特性の相違から、必ずしも一致するとは限らない。

なお、４サイクル運転時の各行程は、バルブ２０，５０が閉となるため、バルブ３０，４０の開閉によって、公知のように行なわれる。すなわち、
（１）吸入行程：シリンダ１０内のピストン１４が下降し、加圧チャンバ送出バルブ４０が開いて、空気がシリンダ１０内に吸入される。
（２）圧縮行程：バルブ２０，３０，４０，５０の全てが閉じた状態でピストン１４が上昇し、混合ガスがシリンダ１０内で圧縮される。
（３）燃焼行程：プラグ１２が点火し、シリンダ１０内で圧縮されている混合ガスを燃焼・爆発させる。ピストン１４は下降する。
（４）排気行程：排気バルブ３０が開いた状態でピストン１４が上昇し、シリンダ１０内の残留ガスが排気される。

次に、図９を参照しながら、４サイクルと６サイクルの駆動制御を行う制御装置について説明する。本実施例では、車両に搭載されているＥＣＵ（Engine Control Unit）を利用して行なう。ＥＣＵ５００には、図９に示すようなセンサー等が接続されている。順次説明すると、バタフライバルブ駆動部５０２は、図１，図２に示したバタフライバルブ９０〜９８の開閉制御を行うためものである。具体的には、６サイクル運転時は図１の開閉状態，４サイクル運転時は図２の開閉状態となるように、バタフライバルブ９０〜９８の切り替えが行なわれる。ロッカーシャフト駆動部５０４は、ロッカーシャフト１６０，２６０の回転駆動を行なうためのもので、図５に示したようにロッカーシャフト１６０，２６０を偏芯回転して、６サイクル運転時と４サイクル運転時の切り替えを行なう。

次に、ノックセンサー５０６は、ノッキングの発生の有無を検出するための公知のセンサーである。点火時期切替センサー５０８は、後述する６サイクルと４サイクルの切替における点火時期を検知するためのセンサーである。燃料４・６サイクル切替センサー５１０は、燃料ポート７１から供給される燃料が、いずれのサイクルの量に設定されているかを検知するためのセンサーである。アイドル・スロットルセンサー５１２は、アイドリングやスロットル（アクセル）の開閉の程度を検知するためのセンサーである。点火切替センサー５１４は、点火の切替タイミングを検出するためのセンサーである。エンジン回転センサー５１６は、エンジンの回転数を検知するためのセンサーである。トランスミッションポジションセンサー５１８は、トランスミッションがいずれのレンジとなっているかを検知するセンサーである。トランスミッション回転センサー５２０は、トランスミッションの回転数を検知するセンサーである。なお、過給機圧コントロール部５０７については後述する。

次に、図１０も参照しながら、本実施例の全体動作を説明する。図１０(A)は、停止した状態から加速して一定速度で走行し、その後、減速して停止するといった基本的な動作における速度変化が示されている。本実施例によれば、発進から所定速度（負荷が低くなった速度）になるまでは４サイクル運転で動作し、所定速度以上となると６サイクル運転で動作し、所定速度以下になって停止するときも４サイクル運転で動作する。

まず、車両が停止状態にあるときは、アイドル・スロットルセンサー５１２によるスロットルバルブ７０の開度が大きく、トランスミッション回転センサー５２０の検出回転数が比較的高い。これらの検知結果に基づいて、ＥＣＵ５００は停止状態にあることを認識する。ＥＣＵ５００は、バタフライバルブ駆動部５０２に信号を出力して、バタフライバルブ９０〜９８を、図２のような４サイクル時の開閉状態とする。また、ＥＣＵ５００は、ロッカーシャフト駆動部５０４に信号を出力して、ロッカーシャフト１６０，２６０を、図５(C)，(D)に示す位置となるように回転する。更に、点火時期切替センサー５０８によって点火時期が検出され、４サイクルとなるように、ＥＣＵ５００によって切り替えられる。更に、燃料４・６サイクル切替センサー５１０によって、燃料の量が検知され、４サイクルとなるように切り替えられる。

この状態で、運転者がアクセルを踏んで加速すると、図２に矢印で示すように、バルブ４０から燃料の吸入が行なわれるとともに、バルブ３０から排気が行なわれ、４サイクルのエンジンとして動作する。

車両が加速して、所定速度以上となると、トランスミッション回転センサー５２０によってそれが検知され、ＥＣＵ５００に知らされる。すると、ＥＣＵ５００は、バタフライバルブ駆動部５０２に信号を出力して、バタフライバルブ９０〜９８を、図１のような６サイクル時の開閉状態とする。また、ＥＣＵ５００は、ロッカーシャフト駆動部５０４に信号を出力して、ロッカーシャフト１６０，２６０を、図５(A)，(B)に示す位置となるように回転する。更に、点火時期切替センサー５０８によって点火時期が検出され、６サイクルとなるように、ＥＣＵ５００によって切り替えられる。更に、燃料４・６サイクル切替センサー５１０によって、燃料の量が検知され、６サイクルとなるように切り替えられる。このため、エンジンは、図１に矢印で示すように、燃料の吸入，加圧，排気等が、図６及び図７に示した６サイクルの動作を行なう。

ところで、４サイクルから６サイクルへの切替に当たっては、図１０(B)に示すような点火制御がＥＣＵ５００によって行われる。同図には、４サイクルの吸入，圧縮，燃焼，排気，の４つの行程と、６サイクルの吸入，加圧，加入，圧縮，燃焼，排気の６つの行程が示されている。同図において、４サイクルから６サイクルに切り替わるときに不都合が生ずるタイミングは、矢印Ｆ１０Ｂで示すタイミングである。４サイクルの燃焼行程が６サイクルの吸入行程に切り替わると、燃焼時にバルブが開いてしまうので、この場合は、１回だけ燃焼を中止（カット）するように、ＥＣＵ５００によって制御される。

車両が減速して、所定速度以下となると、トランスミッション回転センサー５２０によってそれが検知され、ＥＣＵ５００に知らされる。すると、ＥＣＵ５００は、バタフライバルブ駆動部５０２に信号を出力して、バタフライバルブ９０〜９８を、図２のような６サイク時の開閉状態とする。また、ＥＣＵ５００は、ロッカーシャフト駆動部５０４に信号を出力して、ロッカーシャフト１６０，２６０を、図５(C)，(D)に示す位置となるように回転する。更に、点火時期切替センサー５０８によって点火時期が検出され、４サイクルとなるように、ＥＣＵ５００によって切り替えられる。このため、エンジンは、図２に示すように、４サイクルの動作を行なう。

登坂時のような高負荷時も、４サイクル運転が行なわれる。この場合、トランスミッションが低速ギヤに入って、エンジンが高速回転となる。それらが、トランスミッションポジションセンサー５１８，エンジン回転センサー５１６によって検出されると、ＥＣＵ５００によって各部が４サイクルの状態に切り替えられ、４サイクルの運転が行なわれる。

ところで、６サイクルから４サイクルへの切替に当たっては、図１０(C)に示すような点火制御がＥＣＵ５００によって行われる。同図には、６サイクルの吸入，加圧，加入，圧縮，燃焼，排気の６つの行程と、４サイクルの吸入，圧縮，燃焼，排気，の４つの行程と、が示されている。同図において、６サイクルから４サイクルに切り替わるときに不都合が生ずるタイミングは、矢印Ｆ１０Ｃで示すタイミングである。６サイクルの燃焼行程が４サイクルの吸入行程に切り替わると、燃焼時にバルブが開いてしまうので、この場合は、１回だけ燃焼を中止（カット）するように、ＥＣＵ５００によって制御される。

以上のように、本実施例によれば、次のような効果がある。
（１）加速時，登坂時など、高負荷時は４サイクルで運転を行うこととしたので、低速時，登坂時で良好なトルクを得ることができる。一方、定値走行時などの軽負荷時は、４サイクルに２サイクルの自己加圧サイクルを加え、吸入行程後に、加圧チャンバに対する空気の送出と、加圧チャンバからの加圧空気の吸入を行なう６サイクルで運転を行なうこととしたので、高いガス圧力で燃焼が行なわれるようになり、４サイクルの場合と比較して燃焼回数が少なくなる。これにより、全体として、良好なトルクを確保しつつ、燃料消費効率の向上，排出ガスの低減による環境負荷の低減を図ることができる。
（２）６サイクル運転時は、１サイクル当りのエンジンの回転時間が４サイクルエンジンに比べて１．５倍に長くなるので、各サイクルにおける効率の低下は３０％に抑えられる。また、カムシャフトの回転も、４サイクルに比べて１．５倍遅くなるので、期間損失比も低下する。更に、カムシャフト駆動抵抗も少ないので、メカニカルノイズが低減されて低騒音性にも有効であり、現状の４サイクルエンジンと同じ気筒数及び燃焼順序を利用することができるので、生産コストを下げることができる。更に、カムやシャフトなどの部品の消耗率も抑えることができる。
（３）加えて、電動モーター駆動と結合してハイブリッド方式とすることにより、更に燃料消費が改善されるとともに、排気ガスが減少し、地球温暖化の抑制など環境負荷の低減を図ることが可能となる。

次に、本発明の実施例２について説明する。本実施例は、過給機を設けた場合の例である。過給機（図示せず）を使用するときは、過給機における空気の圧縮圧力を制御する過給機圧コントロール部５０７を設けるようにする。過給機からの圧縮空気は、６サイクル運転時はポート２２から供給され（図１参照）、４サイクル運転時は配管８０から供給される（図２参照）。

本実施例においても、停止した状態から加速して一定速度で走行し、その後減速して停止するといった基本的な動作においては、最初４サイクル運転で動作し、所定速度以上となると６サイクル運転で動作し、所定速度以下になると４サイクル運転で動作する。

図１１には、前記基本動作における過給機圧力と、クランクシャフトにおける軸トルクの関係が示されている。グラフＬＴＡは、過給機がない場合の軸トルクを示し、４サイクルから６サイクルに切り替える際に低下し、逆に６サイクルから４サイクルに切り替える際に上昇するという具合に変動が生ずる。

これに対し、図９に示した過給機圧コントロール部５０７により、グラフＬＰで示すように、６サイクル運転時の過給機圧を４サイクル時よりも高くすると、６サイクル運転時の軸トルクが上昇し、グラフＬＴＢで示すように、６サイクルと４サイクルとの切り替え時に発生するトルク変動を抑制することができる。

このように、本実施例によれば、過給機により、６サイクル運転時の吸気圧力を４サイクル運転時よりも高く設定することで、サイクル数切り替え時に発生するトルク変動を抑制することができる。

なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えることができる。例えば、以下のものも含まれる。
（１）前記実施例では、シリンダ１つの場合（１気筒）を主として説明したが、もちろん公知の多気筒構成とすることでクランクシャフトの回転を滑らかにすることを妨げるものではない。
（２）加圧チャンバは、各シリンダ毎に設けてもよいが、加圧チャンバへの空気の送出と吸入は２サイクルで行なわれるので、３気筒に対して一つの加圧チャンバを設け、順次使用することで、装置構成を簡略化することができる。また、前記実施例では、６サイクル運転時のスロットルバルブ７０を、４サイクル運転時にも使用することとしたが、もちろん、別途スロットルバルブを設けるようにしてもよい。
（３）バルブ２０及びポート２２，バルブ４０及びポート４２を、バルブ３０及びポート３２，バルブ５０及びポート５２よりも大きな径とすることで、６サイクル運転時の空気の吸入及び加圧チャンバ６０への送出を十分に行うことができる。このため、燃焼後の残留ガスがあっても吸入した空気が十分に混ざるようになり、これを加圧して再度燃焼させることで、燃焼効率が向上し、窒素酸化物や二酸化炭素の発生を抑制することができる。
（４）カムによるバルブ開閉動作にオーバーラップなくすようにすることで、未燃焼ガスを加圧チャンバ６０に送って再度燃焼を行なうようにしてもよい。
（５）バルブ開閉機構，ピストン機構など、公知の技術を適用することを妨げるものではない。
（６）本発明は、主としてガソリンエンジンに好適であるが、ディーゼル，ＬＰＧ，エタノールなど各種の燃料に適用することができる。また、一般の乗用車に限らず、トラック，バス，船舶，発電機など、各種の用途に適用してよい。更に、ハイブリッド方式の内燃機関に適用することを、妨げるものではない。

本発明によれば、高負荷時におけるトルクの低下を抑制しつつ、低負荷時における燃料消費の低減，環境負荷の抑制を図ることができ、例えば、大型のトラックやバスなどに好適である。

１０：シリンダ
１２：プラグ
１４：ピストン
１６：コンロッド
１８：クランクシャフト
２０，３０，４０，５０：バルブ
２２，３２，４２，５２：ポート
２４，３４，３６，４４，４６，５４：ロッカーアーム
６０：加圧チャンバ
７０：スロットルバルブ
７１：燃料ポート
８０，８２，８４：配管
９０，９２，９４，９６，９８：バタフライバルブ
１００：６サイクルカムシャフト
１０２：６サイクルカムギヤ
１２０，１３０，１４０，１５０，２３０，２４０：カム
１２２：カム山
１６０，２６０：ロッカーシャフト
２００：４サイクルカムシャフト
２０２：４サイクルカムギヤ
３００，３１０：クランクシャフトタイミングギヤ
３０２，３１２：タイミングベルト
３０４，３１４：テンションアイドラー
３２０：クランクシャフト
５００：ＥＣＵ
５０２：バタフライバルブ駆動部
５０４：ロッカーシャフト駆動部
５０６：ノックセンサー
５０７：過給機圧コントロール部
５０８：点火時期切替センサー
５１０：燃料４・６サイクル切替センサー
５１２：アイドル・スロットルセンサー
５１４：点火切替センサー
５１６：エンジン回転センサー
５１８：トランスミッションポジションセンサー
５２０：トランスミッション回転センサー
Δ：クリアランス

Claims (8)

1. シリンダ内でピストンが往復運動する際にバルブの開閉を行う内燃機関であって、
   加圧空気を一時的に滞留するための加圧チャンバを備えており、
   前記シリンダは、第１〜第４のバルブを備えており、
   空気を前記シリンダ内に吸入する吸入行程，
   この吸入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気を加圧し、前記加圧チャンバに送出する加圧行程，
   この加圧行程によって加圧チャンバ内に滞留した空気を、該空気を送出したシリンダ内に吸入して戻し、燃料を吸入する加入行程，
   この加入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気と燃料の混合ガスを圧縮する圧縮行程，
   この圧縮行程によって圧縮された混合ガスを燃焼・爆発させる燃焼行程，
   この燃焼行程による燃焼後の残留ガスを、前記シリンダ内から排気する排気行程，
   を繰り返し行う６サイクル運転手段と、
   空気を前記シリンダ内に吸入する吸入行程，
   この吸入行程によって前記シリンダ内に吸入された空気と燃料の混合ガスを圧縮する圧縮行程，
   この圧縮行程によって圧縮された混合ガスを燃焼・爆発させる燃焼行程，
   この燃焼行程による燃焼後の残留ガスを、前記シリンダ内から排気する排気行程，
   を繰り返し行う４サイクル運転手段と、
   前記６サイクル運転と４サイクル運転を切り替えるための切替手段と、
   低負荷時は前記６サイクル運転手段による運転が行われ、高負荷時は前記４サイクル運転手段による運転が行われるように、前記切替手段を制御する切替制御手段と、
   を備えており、
   前記６サイクル運転手段は、吸入行程では第１のバルブのみを開き、加圧行程では第２のバルブのみを開き、加入行程では第３のバルブのみを開き、前記圧縮行程及び燃焼行程では全てのバルブを閉じ、前記排気行程では第４のバルブのみを開くように、バルブ開閉動作を行う６サイクルバルブ制御手段を備えており、
   前記４サイクル運転手段は、吸入行程では前記第２のバルブのみを開き、前記圧縮行程及び燃焼行程では全てのバルブを閉じ、前記排気行程では第４のバルブのみを開くように、バルブ開閉動作を行う４サイクルバルブ制御手段を備えたことを特徴とする内燃機関。
2. 前記第１〜第４のバルブの開閉がカムによるバルブ開閉機構によって行われており、
   前記６サイクルバルブ制御手段によるバルブの開閉を行うためのカムが６サイクルカムシャフトに設けられており、
   前記４サイクルバルブ制御手段によるバルブの開閉を行うためのカムが４サイクルカムシャフトに設けられていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
3. 前記切替制御手段は、６サイクル運転と４サイクル運転を切り替える際に、切替前が燃焼行程であり、切替後が吸入行程であるときは、当該燃焼行程における燃焼を中止することを特徴とする請求項１又は２記載の内燃機関。
4. 前記第１及び第２のバルブの口径を、前記第３及び第４のバルブの口径より大きく設定したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 前記加圧チャンバと前記第３のバルブとの間に、前記加圧チャンバから吸入する空気の量を調整するスロットルバルブを設けたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関。
6. 前記シリンダを複数設けた多気筒構成とするとともに、前記加圧チャンバを複数のシリンダ間で共用することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関。
7. 過給機を設けるとともに、６サイクル運転時の吸気圧力を４サイクル運転時よりも高く設定する過給機圧制御手段を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関。
8. 請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関と電気モータとを併用したことを特徴とするハイブリッド方式の駆動システム。

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