JPH03194128A - 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化に応じて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
行程を行なう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
なう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
に開口し、該吸気ポートから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ない、クランク軸の１回
転毎に爆発が行なわれるため、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なわれるので、充分にガス交換さ
れる。よって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サイクル運転と４サイク
ル運転間にて自在に変化させ、それぞれの特性に適合し
た運転を行なう場合、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該吸気ポートが開口し、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る。

また、２サイクル運転時においても、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、吸気ポートの開タイミングが早まり、膨張
行程が短縮され出力低下や高速回転時の吸気吹き戻し等
の不具合が発生ずる。

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、該スリーブ弁な
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１１１２５０７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。

更に、２サイクル運転時の吸気ポート開度が一定である
ため、高速高負荷時にはガス交換が不充分であり、低速
部分負荷時には膨張行程が短く出力が不足するという問
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
答が俊敏であり、かつ２サイクル運転時の吸気ポートを
可変制御できる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、エンジンの状態が所定回転数以下でか
つ所定負荷以上の場合に４サイクル作動から２サイクル
作動に切換えるサイクル可変エンジンにおいて、シリン
ダスリーブ下部円筒面に穿設され２サイクル作動時に吸
気を吸入する吸気ポートと、円筒面に開口面積の異る開
口部を有しシリンダスリーブ外周に遊嵌され吸気ポート
を開閉する環状のスリーブ弁と、２サイクル作動時であ
り上記所定回転数より低回転である設定回転数以下でか
つ上記所定負荷より高負荷である設定負荷以下の場合に
スリーブ弁を回動し吸気ポートの開タイミングを下死点
側に移動せしめるスリーブ弁制御手段を有することを特
徴とするサイクル可変エンジンを提供できる。

（作用） 本発明では、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負荷以上の場合にエンジンの作動サ
イクルを４サイクルから２サイクルに切換え、更に、該
２サイクル作動時であり、かつエンジン回転数が上記所
定回転数より低回転である設定回転数以下で、かつエン
ジン負荷が上記所定負荷より低負荷である設定負荷以下
の場合に吸気ポートの開口面積を減少し開タイミングを
下死点側に移動させる。

（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
る。

１はシリンダであり、該シリンダ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の上端部近傍に対応するシリン
ダスリーブエ１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、吸気ポート１２に対応する開口部３１及び後述
する開口部３２が穿設されており、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開口部３１もし
くは開口部３２と吸気ポート１２とが一致し、吸気管１
３とシリンダ１内部とを連通する。尚、開口部３１及び
開口部３２のいずれとも一致しない場合には吸気ポート
１２を閉鎖し、吸気管１３とシリンダ１内部とを隔絶す
る。

４はスリーブ弁の回動手段となる固定電磁石であり、詳
細については後述する。

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管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。排気管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、低速時において排
気エネルギが不足する場合には、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
処理を行なう中央制御装置、演算郊埋手順や制御手順な
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
の演算処理が行なわれ、格納されている制御手順に基づ
き、固定電磁石４、電磁バルブアクチュエータ５１、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、上記スリーブ弁３と吸気ポート１２との関係を第
２図により更に説明する。

第２図は、スリーブ弁の部分展開図である。

本図における１２は、説明を簡易にするため上記複数個
の吸気ポート１２の内の１個の吸気ポートを示している
が、他の吸気ポート１２についても同様である。

スリーブ弁３は、該吸気ポート１２を覆う位置に周設さ
れているが本図においては、下方に変位して示している
。更には、固定電磁石４も、スリーブ弁３の側面と対向
しているが本図においては変位して示している。

本図は、スリーブ弁３によって、吸気ポート１２が閉鎖
されている状態を示している。スリーブ弁３の周面には
、該閉鎖状態にて、距ｌ！ＩＰ隔てた位置に、開口部３
１が穿設されている。該開口部３１は吸気ポート１２と
ほぼ同一形状に穿設されている。また、該開口部３１か
ら更に距＠ｐ隔てられた位置には開口部３２が穿設され
ている。

該開口部３２の開口面積は吸気ポート１２の開口面積の
半分であり、本図における上半分が塞がれている。

尚、上記構成とすることにより、シリンダ内のストロー
ク仕事が増加し増加し、よって、エンジン効率が改善さ
れる。

該スリーブ弁３の周面には更に、円周方向に磁極を有す
る永久磁石３３が配設されている。尚、該永久磁石３３
の磁極は、例えば図の左側がＮ極であり右側がＳ極に帯
磁している。

上記固定電磁石４は該永久磁石３３と対向している。該
固定電磁石４は互いに距離Ｐ隔てて設けられた５個の固
定磁極４１〜４５と、各固定磁極の間に設けられた励磁
コイル４６〜４９とから構成されている。そして、各励
磁コイル４６〜４９はコントローラ８から電力の供給を
受け、固定磁極４１〜４５を励磁する。

本図に示す状態は励磁コイル４６及び励磁コイル４７に
通電されており、固定磁極４１がＮ極に、固定磁極４３
がＳ極に励磁されている。

該状態から、励磁コイル４６への通電を停止すると共に
、励磁コイル４８へ通電し、固定磁極４２をＮ極に、固
定磁極４４をＳ極に励磁すると、永久磁石３３は、本図
の左側へと距離Ｐだけ移動する。すると、開口部３１と
吸気ポート１２とが一致し、吸気ポート１２は全開状態
となる。

更に、該状態から励磁コイル４７への通電を停止すると
共に、励磁コイル４９へ通電し、固定磁極４３をＮ極に
、固定磁極４５をＳ極に励磁すると、永久磁石３３は、
本図の左側へと距ｌＩＰだけ更に移動する。すると、今
度は開口部３２と吸気１ ポート１２とが一致し、吸気ポート１２は半開状態とな
り、更には開タイミングが下死点側に移動する。

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、本発明によるエンジンの回転数と負荷との関
係を示す特性図である。

本図において、横軸はエンジン回転数Ｎを示し、縦軸は
エンジン負荷りを示している。また、■は２サイクル運
転時の特性を示し、ＩＩは４サイクル運転時の特性を示
している。更に、領域Ａ１Ｂ及びＣは２サイクルにて運
転される領域であり、領域りは４サイクルにて運転され
る領域を示している。

第４図は、本発明によるエンジンの作動を示すフロー図
である。

コントローラ８は、ステップ１及びステップ２において
、負荷センサ８２によってエンジン負荷りと、回転セン
サ８１によってエンジン回転数Ｎとを読み込む。

　２ ステップ３において４サイクルにて運転するか２サイク
ルにて運転するかを判断する。すなわち、該エンジン回
転数Ｎが所定の回転数Ｎｃより低回転数であり、かつエ
ンジン負荷りが所定の負荷Ｌｃより高負荷の領域では２
サイクル作動を行なわせ、所定の回転数Ｎｃより高回転
数か、もしくは所定の負荷Ｌｃより低負荷の領域では４
サイクル作動を行なわせる。

４サイクル作動と判断するとステップ８へ進み、ステッ
プ８、ステップ９及びステップ１０にて、吸気バルブ５
と排気バルブ６とを４サイクル作動させ、吸気ポート１
２を常閉させる。該運転状態は第３図の領域りに相当す
る。

ステップ３にて２サイクル作動と判断されると、ステッ
プ４にて、ステップ２にて人力したエンジン回転数Ｎと
所定の回転数Ｎ１とを比較し、ＮＵＮ　１であればステ
ップ５へ、Ｎ≦Ｎ１であればステップ１１へと進む。

ステップ５では、上記固定電磁石４への通電状態を変更
し、吸気ポート１２と開口部３１とが−致する状態にす
る。

そして、ステップ６にて電磁バルブアクチュエータ５１
への制御信号出力を停止し、吸気バルブ５の作動を停止
する。

そして、ステップ７にて、電磁バルブアクチュエータ６
１への制御信号出力を、２サイクルであり高回転時の作
動モードに変更する。尚、該運転状態は第３図の領域Ａ
に相当する。

ステップ４からステップ１１への流れは、まずステップ
１１にて、ステップ１にて人力したエンジン負荷りと所
定の負荷Ｌ１とを比較し、Ｌ〉Ｌｌであればステップ１
２へ、Ｌ≦Ｌ１であればステップ１５へと進む。

ステップ１２では、上記固定電磁石４への通電状態を変
更し、ステップ５と同様に吸気ポート１２と開口部３１
とが一致する状態にする。

そして、ステップ１３にて電磁バルブアクチュエータ５
１への制御信号出力を停止し、吸気バルブ５の作動を停
止する。

そして、ステップ１４にて、電磁バルブアクチュエータ
６１への制御信号出力を、２サイクルであり低回転時の
作動モードに変更する。尚、該運転状態は第３図の領域
Ｂに相当する。

ステップ１１からステップ１５への流れは、まずステッ
プ１５にて、上記固定電磁石４への通電状態を変更し、
吸気ポート１２と開口部３２とが一致する状態にする。

そして、ステップ１６にて電磁バルブアクチュエータ５
１への制御信号出力を停止し、吸気バルブ５の作動を停
止する。

そして、ステップ１７にて、電磁バルブアクチュエータ
６１への制御信号出力を、２サイクルであり低回転時の
作動モードに変更する。尚、該運転状態は第３図の領域
Ｃに相当する。

尚、上記ステップ７、ステップ１０、ステップ１４及び
ステップ１７が終了すると、再びステップ１に戻る。

さて、本発明によるエンジンには燃料としてメタノール
等のアルコール燃料を使用してもよい。

但しアルコール燃料は気化潜熱が大であるため、　５ 冷間時における始動性が悪い。

そこで、燃焼室内部の温度を検知する温度センサを設け
、該温度センサにより検知される燃焼室温度が所定温度
以下の場合には、上記ステップ３にてサイクル数を決定
する際に、エンジン回転数やエンジン負荷のいかんにか
かわらず２サイクルを選択し、上記始動性を向上させる
制御を行なうことができる。

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、エンジン回転数が所定回転数以下で、
かつエンジン負荷が所定負荷以上の場合にエンジンの作
動サイクルを４サイクルから２サイクルに切換え、更に
、該２サイクル作動時であり、かつエンジン回転数が上
記所定回転数より低回転である設定回転数以下で、かつ
エンジン負荷が上記所定負荷より低負荷である設定負荷
以下の６ 場合に吸気ポートの開口面積を減少し開タイミングを下
死点側に移動させることにより、エンジンの回転数及び
負荷の変化に応じて圧縮比を変化させることができ、エ
ンジンの効率を改善し、出力を増大させることができる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の実施例を示す構成ブロック図、第２
図は、スリーブ弁の部分展開図、第３図は、本発明によ
るエンジンの回転数と負荷との関係を示す特性図、第４
図は、本発明によるエンジンの作動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、４・・・固定電磁石、５・・・吸気バルブ、６・
・・排気バルブ、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、３３・・・永
久磁石。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの状態が所定回転数以下でかつ所定負荷
   以上の場合に４サイクル作動から２サイクル作動に切換
   えるサイクル可変エンジンにおいて、シリンダスリーブ
   下部円筒面に穿設され２サイクル作動時に吸気を吸入す
   る吸気ポートと、円筒面に開口面積の異る開口部を有し
   シリンダスリーブ外周に遊嵌され吸気ポートを開閉する
   環状のスリーブ弁と、２サイクル作動時であり上記所定
   回転数より低回転である設定回転数以下でかつ上記所定
   負荷より高負荷である設定負荷以下の場合にスリーブ弁
   を回動し吸気ポートの開タイミングを下死点側に移動せ
   しめるスリーブ弁制御手段を有することを特徴とするサ
   イクル可変エンジン。
2. （２）上記スリーブ弁は、該スリーブ弁に連結された永
   久磁石と、該永久磁石と対向する固定電磁石との間に作
   用する電磁力により回動され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。