JPH03185214A - 可変サイクルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 し産業４−、の利用分野］ 本光明は、自動車等に好適に採用可能な可変サイクルエ
ンジンに関するものである。

［従来の技術］ 自動車用エンジンの主流をみめでいる４サイクルエンジ
ンは、ガス交換が確実に行えるため、欠勤性や低速軽負
荷時の運転性が安定している上に燃料消費量の点等で、
２サイクルエンジンに勝Ｚ一方、２サイクルエンジンは
、クランクシャフトの１回転毎に燃焼行程を有している
ため、４サイクルエンジンに比べて単位気筒容積あたり
の出力（比出力）が太き（、振動も少ない。そのため、
小形軽量化を図るには好都合である。

ところが、従来普及しているいわゆるクランク室圧縮掃
気方式の２サイクルエンジンは、クランク室内に潤滑系
統を独立して配置することができないため、ピストンの
焼き付きを有効に防止するのが難しい。また、混合気内
に潤滑オイルを混入させる関係で、オイル消費量が多く
、排気白煙の発生を招き易い。しかも、シリンダ内に供
給される新気に混入する残留ガスが多く、また、新気の
吹抜けも多いので、エミッションの悪化を招き易い上に
、始動性や低速軽負荷時の安定性に問題がある。

かかる不具合を解消するために、本発明の先行技術とし
て、例えば、実開昭６２−９５１３６号公報に示される
ように、シリンダヘッドに動弁機構を設けておき、クラ
ンク角変化に同期させて動弁機構を作動させるとともに
、過給機の過給作用を利用して、ガス交換が行えるよう
に構成された２サイクルエンジンが開発されている。

しかして、このようなものであれば、４サイクルエンジ
ンと同様に、燃料系統と潤滑系統とを分離することがで
きるので、ピストンの焼き付きを有効に防止することが
でき、また、混合気中にオイルが混入することによって
発生する種々の不具合をも解消することができる。また
、過給機の過給作用により効果的にガス交換を行うこと
ができるので、残留ガスの影響に不斉燃焼や、混合気の
吹抜けによるエミッションの悪化等も抑制できる。

［発明が解決しようとする課題］ ところが、このような構成の２サイクルエンジンにおい
ても、短期間内にガス交換を行う機能上、シリンダ内に
供給される新気に混入する残留ガスを十分に低減するの
は困難である。このため、ＨＣの排出量を４サイクルエ
ンジン並みに低減するのが難しい上に、始動性や低速軽
負荷時の安定性に問題が残る。また、燃料の吹抜けを確
実に防止するのが困難であり、しかも、１回転毎に燃焼
行程を有しているため、燃料消費量が必然的に多くなる
。

他方、４サイクルエンジンは、２サイクルエンジンより
出力面等で劣るため、高負荷時の出力が不−１″分にな
る。

本発明は、以上のような不具合をことごとく解消するこ
とを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、このような目的を達成するために、次のよう
な構成を採用したものである。

すなわち、本発明に係る可変サイクルエンジンは、過給
機から吐出される給気をシリンダ内に導入し得るように
構成したエンジンであって、エンジンの負荷が高くなっ
た場合にはクランクシャフトが１回転する間に１回の燃
焼を行い、エンジンの負荷が低くなった場合にはクラン
クシャフトが複数回転する間に１回の燃焼を行うように
したことを特徴とする。

［作用］ このような構成によれば、エンジンの負荷が高くなった
場合、例えば、中負荷や高貝荷状態になった場合には、
クランクシャフトが１回転する毎にシリンダ内に燃料が
供給され、燃焼が行われるため、出力が大きくなる。ま
た、シリンダ内には、過給機の過給作用により給気が強
制的に導入されるため、短期間内に効率的にガス交換を
行うことが可能になる。

一方、エンジンがアイドリング等の低負荷状態にある場
合には、クランクシャフトが複数回転、例えば、２回転
する毎若しくは３回転する毎にシリンダ内に燃料が供給
されて、燃焼が行われる。

しかして、燃焼が行われないサイクルにおいては、吸気
時に空気のみがシリンダ内に導入されるため、シリンダ
内の残留ガスは、圧縮空気のみによって強制的に押出さ
れることになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を第１図〜第７図を参照して説
明する。

第１図に概略的に示したエンジンは、シリンダヘッド１
に設けた吸気弁２と、排気弁３と、ピストン４により開
閉される吸気ポート５と、過給機たるスーパーチャージ
ャＳ／Ｃ６とを備えたもので、エンジンの負荷変化に対
応させて、燃焼サイクルを変化させるように構成した可
変サイクルエンジンである。スーパーチャージャＳ／Ｃ
６から吐出される給気は、前記吸気弁２を介してシリン
ダ７内に連通ずる混合気系吸気通路８と、前記吸気ポー
ト５を介してシリンダ７内に連通ずる空気系吸気通路９
との双方に導入されるようになっている。

吸気ポート５は、下死点ＢＤＣの若干上方に位置させて
、シリンダブロック１０の側壁１０ａに設けである。混
合気系吸気通路８の途中には、前記吸気弁２の近傍に燃
料を噴射するインジェクタ１１を配置しである。スーパ
ーチャージャＳ／Ｃ６は、スロットルボディ１２の下流
側に配置してあり、過給圧制御弁１３を備えている。そ
して、過給圧が設定圧を上回ると、前記過給圧制御弁１
３が圧力リリーフ通路１４を開いて過給圧を図示しない
スロットルバルブの下流側にリリーフするようになって
いる。

また、前記吸気弁２と、排気弁３と、吸気ポート５とを
クランク角変化に同期させて開閉させるとともに、エン
ジンが中負荷〜高負荷域にある場合には、第３図に示す
ように、クランクシャフト１５が１［ｍ転する毎に燃焼
（爆発）を行うように設定しである。具体的には、ピス
トン４が上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう途中で
排気弁３を開成させて、ブローダウンを開始させる。一
定のブローダウン期間を経た後に吸気ポート５を開き始
めて掃気を開始させ、その後、吸気弁２を開き始める。

それと相前後してインジェクタ１１から燃料噴射を開始
するとともに、排気ブＦ３を閉じる。

一定期間混合気系吸気通路８から混合気をシリンダ７内
に過給した後、吸気ポート５と吸気弁２を閉じて圧縮行
程に移行する。

一方、エンジンがアイドリング−軽負荷域にある場合に
は、第４囚および第５図に示すように、吸気時に空気の
みをシリンダ７内に供給する空気サイクルと、混合気を
シリンダ７内に供給して燃焼を行わせる燃焼サイクル（
２サイクル燃焼）とを、クランクシャフト１５が１回転
する毎に交互に行うように設定しである。ピストン４が
上死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう途中で排気弁３
を開成させて、掃気■を開始させる。所定のクランク角
に達した時点で吸気ポート５と吸気弁２を順次開き始め
る。この場合には、インジェクタ１１から燃料噴射を行
わず、空気のみをシリンダ７内に導入する。しかる後、
排気弁３と、吸気ポート５と、吸気弁２とを所定のクラ
ンク角で閉じ、圧縮行程■に移行する。ピストン４が上
死点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向かう途中で空気のみを
膨張■させ、所定のクランク角に達した時点で前記排気
弁３を開成させて、シリンダ７内の空気を排出する。次
いで、吸気ポート５を開き始めてシリンダ７内に新気を
導入しつつ、吸気弁２を開き始めてインジェクタ１１か
ら燃料噴射を開始する。その後は、前述の燃焼サイクル
に移行し、掃気と混合気の導入とを相次いで行い（吸気
ポートタイミング■）、しかる後、圧縮行程■と燃焼（
爆発）行程■に順次移行する。その後は、再び、空気サ
イクルに移行する。なお、負荷状態の検出は、インテー
クマニホールド内の圧力に基づいて行われるようになっ
ている。

このような構成によると、中負荷〜高負荷時、および、
アイドリシダ−軽負荷時の各燃焼サイクルにおいては、
シリンダ７内の爆発燃焼圧力により、ピストン４が上死
点ＴＤＣから下死点ＢＤＣに向けて押し下げられ、クラ
ンクシャフト１５から外部にエネルギが出力される。そ
の爆発行程を終了させるべき所定のクランク角に達した
時点で排気弁３が開成し、その排気弁３からシリンダ７
内の排気ガスが激しく流出する。つまり、ブローダウン
が開始される。一定のブローダウン期間を経た後に吸気
ポート５が開き始めて、空気がシリンダ７内に導入され
、掃気が開始される。次いで、吸気弁２が開き始めて、
混合気がシリンダ７内に導入される。しかして、空気お
よび混合気は、スーパーチャージャＳ／Ｃ６の過給作用
により、強制的にシリンダ７内に導入されるため、シリ
ンダ７内の残留ガスは、排気弁３を通して強制的に押出
されることになる。一定期間混合気がシリンダ７内に過
給された後に、吸気ポート５と吸気弁２が閉じられて圧
縮行程に移行し、ピストン４が上死点ＴＤＣに達する直
前でスパークプラグ１６により点火が行われて、爆発行
程に移行する。

一方、アイドリシダ−軽負荷時の空気サイクルにおいて
は、吸気時に吸気ポート５および吸気弁２を介して、空
気のみがシリンダ７内に強制的に導入され、空気のみの
圧縮および膨張が行われる。

そして、その空気は、吸気ポート５の開成によって導入
される圧縮空気により強制的にシリンダ７外に押出され
ることになる。

したがって、以上のような構成によれば、エンジンが中
負荷〜高負荷域にある場合には、第６図に示すように、
クランクシャフト１５が１回転する毎に燃焼が行われ、
その度にエネルギが出力されるため、中負荷〜高負荷時
のエンジン出力を有効に高めることができる。

他方、エンジンがアイドリング−軽負荷域にある場合に
は、第６図に示すように、燃焼サイクルと空気サイクル
とがクランクシャフト１５の１回転毎に交互に行われる
。すなわち、この場合には、空気サイクル時における空
気のみによって、シリンダ７内がクリーニングされた後
、新たに混合気がシリンダ７内に充填されるため、残留
ガスが確実に低減できるとともに、１回あたりの燃焼エ
ネルギを大きくすることができる。その粘果、残留ガス
の影響による不斉燃焼が有効に抑制でき、エンジン始動
性を高めることができるとともに、ＨＣ等の排出による
エミッションの悪化が防止できる。また、かかる低負荷
域では、４サイクルエンジンと同様に、クランクシャフ
ト１５が２回転する間に燃料供給を一回行えばよいので
、燃料消費量を無理なく抑えることができ、燃料経済性
が向上できる。しかも、前記のような構成にすれば、第
７図に示すように、中負荷〜高負荷時における燃料噴射
が、クランクシャフト１５の１回転毎に間欠的に行える
ので、燃料の霧化性等を良好にすることができ、燃焼状
態を有効に改善することができる。

以上、本発明の一実施例について述べたが、本発明は前
記実施例に限定されないのは勿論である。

例えば、アイドリング時には、クランクシャフトが３［
！１転する間に１回の燃焼を行うようにしてもよい。

また、吸気ポートの近傍にロータリバルブを設けておき
、そのロータリバルブの位相を負荷に応じてピストンの
進退方向に変化させるようにすれば、前記吸気ポートの
開閉タイミングを変化させて掃気期間を調節することが
でき、負荷に応じて掃気性等をさらに向上させることも
可能となる。

さらに、本発明に係る可変サイクルエンジンは、第８図
〜第１３図に示すようなものでもよい。

第８図および第９図に概略的に示したエンジンは、空気
系吸気弁５１と、混合気系吸気ブＴ’５２と、排気弁５
３とをシリンダヘッド５４にそれぞれ設けておき、過給
機たるスーパーチャージャＳ／Ｃ５５から吐出される給
気を、空気系吸気通路５６と、混合気系吸気通路５７と
の双方に導入し得るように構成した可変サイクルエンジ
ンである。空気系吸気通路５６は、前記空気系吸気弁５
１を介してシリンダ５８内に連通しているとともに、面
積比で混合気系吸気通路５７の約２倍の断面積を有して
いる。空気系吸気通路５６の途中には、空気の充填効率
を高めるためのインタークーラ５６ａを配置しである。

混合気系吸気通路５７は、前記混合気系吸気弁５２を介
してシリンダ５８内に連通しており、途中にインジェク
タ５つを有している。

インジェクタ５つの上流側には、混合気系吸気通路５７
から空気系吸気通路５６側への混合気の吹き返しを防止
するためのり一ド弁６０を設けである。スーパーチャー
ジャ５５は、スロットルボディ６１の下流側に配置して
あり、過給圧制御弁６２を備えている。そして、過給圧
が設定圧を上回ると、前記過給圧制御弁６２が圧力リリ
ーフ通路６３を開いて過給圧を図示しないスロットルバ
ルブの下流側にリリーフするようになっている。

シリンダ下部には、ピストン６４により開開される排気
ポート６５を設けてあり、この排気ポート６５を、残留
ガス排出通路６６を介して排気弁下流の排気通路６７に
連通させである。残留ガス排出通路６６の途中には、前
記排気通路６７側から前記排気ポート６５側へ排気ガス
の圧力が作用するのを阻止するためのリード弁６８を設
けである。

前記空気系吸気弁５１と、混合気系吸気弁５２と、排気
弁５３と、排気ポート６５とを、第１０図に示すように
、クランク角変化に同期させてそれぞれ開閉するように
している。ピストン６４が上死点から下死点ＢＤＣに向
かう途中で前記排気弁５３を開成させて、ブローダウン
を開始させる。

一定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸気弁５
１を開き始めて、掃気を開始させ、ピストン６４が下死
点に達する前に排気ポート６５を開き始める。ピストン
６４が下死点に達した段階で排気弁５３を閉じ、下死点
を通過した段階で排気ポート６５を閉じる。このように
して、一定の掃気期間を経た後に、前記混合気系吸気弁
５２を開成させて、混合気の導入を開始する。一定期間
混合気系吸気通路５７から混合気をシリンダ５８内に過
給した後に、先ず、空気系吸気弁５１を閉じ、これに若
干遅らせて混合気系吸気弁５２を閉じて、圧縮行程に移
行する。そして、エンジンの中負荷〜高負荷時には、ク
ランクシャフト６９の１回転毎にインジェクタ５つから
燃料を供給して、燃焼（爆発）を行わせ、アイドリング
時〜シダ荷時には、吸気時に空気のみをシリンダ５８内
に供給する空気サイクルと、混合気をシリンダ５８内に
供給する燃焼サイクルとを、クランクシャフト６つの１
［！Ｉ！Ｊ転毎に交互に行うようにしている。

このような構成の可変サイクルエンジンによれば、燃料
分を含まない加圧された空気のみによりシリンダ５８内
の燃焼ガスをシリンダ５８の上部側および下部側から強
制的に押出すようにして排出させることができるので、
特に、中負荷〜高負荷時の掃気性改善に効果的である。

しかも、排気系をシリンダ５８の上部側と下部側の２系
統にしておけば、排気ポートタイミングが狭くできると
ともに、給気の過給期間を多くとることができる。

その結果、実効圧縮比および新気の充填効率を上げるこ
とができるので、エンジン出力を有効に高めることがで
きる。

第１１図および第１２図に概略的に示したエンジンは、
空気系吸気弁７１と、混合気系吸気弁７２と、排気弁７
３とをシリンダヘッド７４にそれぞれ設けておき、過給
機たるスーパーチャージャＳ／Ｃ７５から吐出される給
気を、空気系吸気通路７６と、混合気系吸気通路７７と
の双方に導入し得るように構成した可変サイクルエンジ
ンである。

空気系吸気通路７６は、前記空気系吸気弁７１を介して
シリンダ７８内に連通しているとともに、面積比で混合
気系吸気通路７７の約２倍の断面積を灯している。混合
気系吸気通路７７は、前記混合気系吸気弁７２を介して
シリンダ７８内に連通しており、途中にインジェクタ７
９を有している。

インジェクタ７つの上流側には、混合気系吸気通路７７
から空気系吸気通路７６側への混合気の吹き返しを防止
するためのリード弁８０を設けである。スーパーチャー
ジャ７５は、スロットルボディ８１の下流側に配置して
あり、過給圧制御弁８２を備えている。そして、過給圧
が設定圧を上回ると、前記過給圧制御弁８２が圧力リリ
ーフ通路８３を開いて過給圧を図示しないスロットルバ
ルブの下流側にリリーフするようになっている。

前記空気系吸気弁７１と、混合気系吸気弁７２と、排気
弁７３を、第１３図に示すように、クランク角変化に同
期させてそれぞれ開閉駆動するようにしている。ピスト
ン８４が−Ｌ死点から下死点ＢＤＣに向かう途中で前記
排気弁７３を開成させて、ブローダウンを開始させ、一
定のブローダウン期間を経た後に前記空気系吸気弁７１
を開き始め、掃矢ｔを開始させる。一定の掃気期間を経
た後に、前記混合気系吸気弁７２を開成させるとともに
、前記排気弁７３を、閉じる。一定期間混合気系吸気通
路７７から混合気をシリンダ７８内に過給した後に、先
ず、空気系吸気弁７１を閉じ、これに若干遅らせて混合
気系吸気弁７２を閉じて、圧縮行程に移行する。そして
、エンジンの中負荷時〜高負荷時には、クランクシャフ
ト８５の１回転毎にインジェクタ７つから燃料を供給し
て、燃焼（爆発）を行わせ、アイドリング時〜シダ荷時
には、吸気時に空気のみをシリンダ７８内に供給する空
気サイクルと、混合気をシリンダ７８内に供給する燃焼
サイクルとを、クランクシャフト８５の１回転毎に交互
に行うようにしている。

このような構成の可変サイクルエンジンによれば、加圧
された空気のみによりシリンダ７８内の燃焼ガスを強制
的に押出すようにして排出させ、所定の掃気期間を経た
後に混合気系吸気通路７７から混合気をシリンダ７８内
に充填することができる。このため、短期間内にガス交
換を効率よく行うことができ、高負荷域での残留ガスの
影響による不斉燃焼や、混合気の吹き抜けによるエミッ
ションの悪化等が有効に防止できる。特に、このもので
は、接近した両吸気弁７１．７２から、混合気と空気と
を激しく衝突させながらシリンダ７８内に導入できるの
で、マイクロポルテックス（生温）を発生させることが
できる。その結果、燃料の分布性や霧化性を極めて良好
にすることができ、燃焼を安定させることができる。し
たがって、ＨＣの低減や出力の向上を図る場合に有効で
ある。

［発明の効果］ 以上のような構成からなる本発明によれば、エンジンの
負荷変化に対応させて、燃焼サイクルを効果的に変化さ
せることができるので、高負荷時の出力を有効に高める
ことができるとともに、低負荷時の燃料消費量およびＨ
Ｃ等の排出量を行動に抑制することができる対応性に優
れた可変サイクルエンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図から第７図は本発明の一実施例を示し、第１図は
可変サイクルエンジン全体を示す概略図、第２図は同エ
ンジンの一部を概略的に示す平面図、第３図は中・高負
荷時の燃焼サイクルを示すダイヤグラム図、第４図と第
５図は低負荷時の空気サイクルと燃焼サイクルを示すダ
イヤグラム図、第６図は中・高負荷時および低負荷時の
各行程を示すタイミングチャート図、第７図は各負荷域
における燃料の噴射態様を示す図である。第８図から第
１０図は本発明の他の実施例を示し、第８図は可変サイ
クルエンジン全体を示す概略図、第９図は同エンジンの
一部を概略的に示す平面図、第１０図はバルブタイミン
グを示すダイヤグラム図である。第１１図から第１３図
は本発明のさらに他の実施例を示し、第１１図は可変サ
イクルエンジン全体を示す概略図、第１２囚は同エンジ
ンの一部を概略的に示す平面図、第１３図はバルブタイ
ミングを示すダイヤグラム図である。 ２・・・吸気弁 ３・・・排気弁 ４・・・ピストン ５・・・吸気ポート ６・・・過給機（スーパーチャージャ）７・・・シリン
ダ １］・・・インジェクタ １５・・・クランクシャフト

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　過給機から吐出される給気をシリンダ内に導入し得る
   ように構成したエンジンであって、エンジンの負荷が高
   くなった場合にはクランクシャフトが１回転する間に１
   回の燃焼を行い、エンジンの負荷が低くなった場合には
   クランクシャフトが複数回転する間に１回の燃焼を行う
   ようにしたことを特徴とする可変サイクルエンジン。