JPH03185218A - サイクル可変エンジン - 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】 （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サイクル運転とを切換えるサイクル可変
エンジンに関する。

（従来の技術） 通ＩＫ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ずることになり
、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、上記のように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して
２サイクル運転または４サイクル運転を切換える際のス
リーブ弁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、該吸気ポートからの吸気を過給する過給
手段と、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、エンジンの回転数及び負荷に応
じ吸気ポート開放及び排気口開閉手段作動による２サイ
クル運転と吸気ポート閉鎮及び吸排気口開閉手段作動に
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。

（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構成ブロック図であ
り、第２図は、第１図のｎ　−ｎ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口１２が穿設され
ている。

そして、これらの吸気口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、上述の吸気口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、複数個の吸気口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１
１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口１２を塞ぎ、吸気口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
合には吸気口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！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、吸気口
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
アクチエエータ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、吸気管１３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
力を供給してカ行させ、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度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、人／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人力されると所定の
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！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の吸気口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、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と吸気口
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が閉じられてシ
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ｌ１１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の上部が吸気口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
口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。

ところで、上記構成ではターボチャージャ７による過給
圧は常時吸気口１２に作用しているので、ピストン２の
上昇時に該吸気口１２が開口すると、過給された吸気が
クランク室内部へ侵入し、ピストン２下降時に圧縮仕事
として機関損失となる。よって、ピストン２のスカート
部を延長し、上死点位置までピストン２が上昇してもピ
ストン２のスカート部で該吸気口１２を閉鎖することが
望ましい。

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の吸気口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の吸気口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。

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、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ｒＩＡ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
動するので、該スリーブ弁の作動が俊敏となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第
２図は、ＩＩ　−１１断面図である。 工・・・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・・・吸気口、
３２・・・永久磁石、４１・４２・・・固定電磁石、８
１・・・回転センサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダスリーブの下部に穿設された吸気ポート
   と、該吸気ポートからの吸気を過給する過給手段と、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、エンジンの回転数及び負荷に応じ吸気ポー
   ト開放及び排気口開閉手段作動による２サイクル運転と
   吸気ポート閉鎖及び吸排気口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. （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。