JPH03279633A - サイクル切換エンジン - 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〕 この発明は、吸排気バルブを電磁力により開閉制御して
２サイクル又は４サイクルに切換可能なサイクル切換エ
ンジンに関する。

〔従来の技術〕

従来、内燃機関のバルブ機構として、吸排気バルブを電
気的に構成し、電動させるバルブ機構が、例えば、特開
昭５８−１８３８０５号公報に開示されている。該内燃
機関のバルブ機構は、内燃機関の作動状態を検出する検
出器を設け、該検出器の検出信号に基づき吸気バルブと
排気バルブを電動手段で動作させるものである。内燃機
関の作動状態を検出する検出器は、クランク軸の回転状
態を検出すること、或いはアクセル開度を検出すること
によって達成している。

一般に、エンジンの作動については、吸入行程、圧縮行
程、燃焼行程及び排気行程の４つの作用の繰り返しによ
って行われ、該各行程の内、動力が発生してクランクシ
ャフトにトルクが与えられるのは燃焼行程のみであり、
他の３つの行程は慣性によって回転が行われるものであ
る。これらの各行程の作動原理には、４サイクルエンジ
ンと２サイクルエンジンの２種類の方式がある。

４サイクルエンジンは、上記４つの作動をピストンの１
行程毎に行って１サイクルを終了するのに、ピストンの
４ストローク即ちクランクシャフトの２回転を要するエ
ンジンである。４サイクルエンジンは、排気行程及び吸
入行程のため１ストローク即ち十分な時間が与えられ、
体積効率が高く、平均有効圧力が高く、高速では特に効
率が良く、しかもクランクシャフトの２回転に対して１
つの燃焼行程が行われ、各部位の熱的負荷が低減できる
。しかしながら、エンジンの低速領域では、十分なトル
クを確保することが困難である。

これに対して、２サイクルエンジンは、吸入行程と排気
行程が燃焼行程と圧縮行程の一部で行われ、ピストンの
２ストローク即ちクランクシャフトの１回転で１サイク
ルを完了する。従って、２サイクルエンジンは、４サイ
クルエンジンに比較して、２倍の燃焼行程即ち爆発回数
であるから、同一排気量では出力が４サイクルエンジン
の１．５倍程度になる。しかしながら、２サイクルでは
サイクル毎の爆発であり、エンジンの各部品の熱的な耐
久性に問題があり、２サイクルの掃気に費やされる時間
は、４サイクルの半分であるから、有効行程が短く、掃
気による新気損失が多く、平均有効圧力及びエンジン効
率を高めることが困難であり、しかも、２サイクルでは
吹き抜けが多く、タイムエリアが少ないため、４サイク
ルに比較して高速では燃料消費量が特に多く、また、４
サイクルに比べて排気バルブを早く開放するため、シリ
ンダ内圧が高くなり排気騒音が大きくなるという問題点
を有している。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、エンジンの要求性能は、今後益々、コンパク
ト化、大出力化が要求される。一方、エンジンの性能は
、低速度では高トルクが要求され、高速度では余り大き
なトルクが要求されない。従って、低速度でのトルクを
、中速時の２倍位のトルクになるようにエンジンを構成
すると、最も使い易いエンジンが提供できる。然るに、
高トルクエンジンを簡単に製作することができず、例え
ば、高トルクエンジンを作るため、高過給エンジンに構
成すれば、エンジン本体に負荷が掛かり過ぎ、コンロッ
ト、ピストン等が機械的負荷力によって破損するという
問題がある。

上記の問題点を解決するために、本出願人は、２サイク
ルと４サイクルとを切換えるサイクル変換可能エンジン
及びその制御装置を開発し、先に特願平１−１１４１４
２号として出願した。該サイクル変換可能エンジンは、
２サイクルエンジンが４サイクルエンジンより低速領域
での出力トルクが大きいことに着眼しく第４図参照）、
エンジンの低速領域では高トルクが要求され、高速領域
では余り大きなトルクが要求されないという条件を満足
するため、エンジンの低速領域のトルク特性を確保する
ため低速領域ではエンジンを２サイクルで作動し、また
高速領域ではエンジンを４サイクルで作動するものであ
る。

しかしながら、近年の排気ガス規制は厳しくなる状況で
あり、エンジンの高速高負荷時は勿論のこと、低速高負
荷時、低速中負荷時等の全作動域で排気ガスが浄化され
なければならない。例えば、２サイクルエンジンでは排
気ガス再循環（以下、ＥＧＲという）効果によりＮＯＸ
の発生の抑制効果があるが、４サイクルエンジンではＥ
ＧＲの効果が無く、中負荷即ち部分負荷時の最も使用頻
度の高い作動域（第４図の符号Ｂのゾーン）でＮ。

８の発生が最も高くなるという問題点を有している。

ところが、４サイクルエンジンでも、副室式に構成すれ
ば、高負荷時には、燃焼室の容積は大きくなり、多量の
空気を導入して低圧縮比で燃焼させることができ、副室
で主なる燃焼を行わせて、燃料リンチな燃焼によりＮＯ
Ｘの発生を抑制することができる。

この発明の目的は、上記のＮｏＫの発生の抑制の課題を
解決することであり、エンジンの作動を２サイクル又は
４サイクルに切換可能に構成すると共に、直接噴射式又
は副室式に切換可能に構成し、それによって、エンジン
の回転及び負荷の作動状態に応じてエンジンを２サイク
ル又は４サイクルで作動し、４サイクルの作動ではエン
ジンの作動状態に応じて直接噴射式又は副室式の燃焼に
切換えて、２サイクルではＥＧＲ効果によって且つ４サ
イクルの高負荷時の作動では副室式の燃焼によってＮＯ
Ｘの発生を抑制し、エンジンの全作動領域でＮＯＸの発
生を抑制すると共に高出力化を確保し、それに伴うシリ
ンダヘッドの熱負荷に対して耐久性を確保するため、特
に、主室側に面するヘッド下面部にファイヤデツキとし
てセラミック製板部材を配置し、該板部材に対する応力
緩和のため緩衝用のリングを配置したサイクル切換エン
ジンを提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記目的を達成するため、次のように構成
されている。即ち、この発明は、シリンダヘッドに設け
た副室、主室側に面するヘッド下面部を構成するセラミ
ック製板部材、該板部材の外周と前記シリンダヘッドと
の間に配置したリング、前記板部材に形成した吸排気ボ
ートに配置した吸排気バルブ、前記板部材に形成した前
記副室と前記主室を連通ずる連絡孔、該連絡孔に配置し
た開閉切換バルブ、シリンダ下部の吸気ボートに配置し
た吸気バルブ、及び前記各バルブを電磁力で開閉作動す
る各電磁バルブ駆動装置を有するサイクル切換エンジン
に関する。

また、このサイクル切換エンジンは、前記リングを中空
リングから形成し、その中空部に液体を入れたものであ
る。

更に、このサイクル切換エンジンは、エンジンの作動状
態を検出する検出手段及び該検出手段による検出信号に
応答して前記各バルブの作動状態を制御するコントロー
ラを有するものである。

また、このサイクル切換エンジンは、前記主室に噴口を
開口する燃料噴射ノズル又は前記副室に噴口を開口する
燃料噴射ノズルの何れかに燃料を供給するように切換バ
ルブを備えた燃料噴射ポンプを有するものである。

〔作用〕

この発明によるサイクル切換エンジンは、上記のように
構成され、次のように作用する。

このサイクル切換エンジンは、主室側に面するヘッド下
面部をセラミック製板部材で構成し、該板部材の外周と
前記シリンダヘッドとの間にリングを配置したので、前
記シリンダヘッド自体の構造が複雑化して熱負荷が高く
なったとしても、ヘッド下面部の強度を確保でき、しか
も前記リングが応力に対する緩衝材として機能し、ヘッ
ド下面部に作用する熱負荷による応力を緩和することが
でき、強度上信頼性に富んだファイヤデツキを提供する
ことができる。

また、前記板部材に形成した吸排気ボートに配置した吸
排気バルブ、前記板部材に形成した前記副室と前記主室
を連通ずる連絡孔に配置した開閉切換バルブ、シリンダ
下部の吸気ボートに配置した吸気バルブ及び前記各バル
ブを電磁力で開閉作動する各電磁バルブ駆動装置を有す
るので、エンジンの回転数及び負荷等の作動状態を検出
手段で検出し、該検出信号をコントローラに入力するこ
とによって、コントローラはエンジンの作動状態に応答
して各バルブの開閉状態を制御でき、従って、エンジン
を２サイクル又は４サイクルに切り換えることができる
と共に、直接噴射式又は副室式の燃焼状態に切り換える
ことができ、特に、エンジンの全作動領域に対してＮＯ
Ｘの発生を抑制できる制御を行うことができる。

この場合には、ピストンのストローク位置即ちクランク
角を検出する検出手段による検出信号に応答して前記各
吸気バルブ及び電磁力で開閉作動する排気バルブの開閉
タイミング、バルブ開度時間、バルブリフト量等の作動
状態を制御することができ、エンジンが作動サイクルを
変更しても、前記各バルブは電磁力によって該サイクル
に対応するように作動状態を変更して開閉作動を行うよ
うに制御できる。作動状態の変更の際、２サイクルから
４サイクルへのサイクル変換制御は直ちに達成できるが
、４サイクルから２サイクルへのサイクル変換制御は、
１行程部ち１ストロークのみ休止すれば、次のストロー
クからはサイクル変換制御を容易に達成することができ
る。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による２サイクルと４
サイクルとを切換えるサイクル切換エンジンの実施例を
説明する。

第１図において、この発明による２サイクルと４サイク
ルとを切換えることができるサイクル切換エンジンの一
実施例が示されている。第２図は第１図のシリンダヘッ
ド下面を示す平面図である。

このサイクル切換エンジンは、２サイクル又は４サイク
ルの作動状態を切り換えると共に、直接噴射式又は副室
式の燃焼室に切り換えるエンジンである。エンジンを構
成するシリンダブロック６１ に形成されたシリンダ３４にはシリンダライナ４が嵌合
しており、該シリンダプロ・ツク６の上面にはガスケッ
ト３３を介してシリンダへ・ノド３が固定されている。

シリンダライナ４内にはピストン７が往復運動するよう
に構成されている。

主室８は、主として、ピストン７のヘッド部に形成され
た四部２６であるが、広義にはシリンダライナ４、シリ
ンダヘッド下面の板部材２４及びピストン７の上面によ
って囲まれて形成される室である。シリンダヘッド３に
は、主室８に燃料を噴射するため燃料噴射ノズル１９が
設けられている。この燃料噴射ノズル２１は切換バルブ
（図示せず）を備えた燃料噴射ポンプ２３から燃料が供
給されるように構成されている。該切換バルブは、例え
ば、コントローラ１５の指令によって切り換え可能な電
磁弁で構成することができる。

このサイクル切換エンジンにおいて、シリンダヘッド３
には、主室８側に面する側にファイヤデツキとなる板部
材２４が配置されている。この板部材２４は、耐熱性、
断熱性、耐変形性に冨んだ２ 窒化珪素（ＳｉＪ＊）、炭化珪素（ＳｉＣ）、複合材等
のセラミック材料から製作されている。この板部材２４
の外周には、シリンダヘッド３との間に中空状のリング
３０が配置されている。このリング３０は、板部材２４
が受ける熱負荷による応力を緩和する緩衝材として機能
する。リング３０は、ステンレススチール、銅等の材料
から製作され、その中空部２７には液体を充填或いは流
入させることによって緩衝の機能を高めることができる
。

また、副室２０はシリンダヘッド３に配置されたセラミ
ック製の副室ブロック１６によって形成される断熱構造
の室である。主室８と副室２０とはシリンダヘッド３の
下面部の板部材２４に形成された連絡孔１３によって連
通している。この連絡孔１３にはバルブシート２５が形
成され、該バルブシート２５には開閉切換バルブ１２が
配置されている。更に、副室２０には、エンジンを４サ
イクルで且つ副室式で作動される時、副室２０内に燃料
を噴射するため燃料噴射ノズル１９が設けられている。

この燃料噴射ノズル１９は上記切換３ バルブを備えた燃料噴射ポンプ２３から燃料が供給され
るように構成されている。

シリンダヘッド３には、吸気ポート１１及び排気ポート
２２が形成され、且つ板部材２４には吸気ポート１１及
び排気ポート２２を主室８に連通ずる各ポー）２８．２
９が形成されている。これらのボート２８．２９にはバ
ルブシート１８が形成され、吸気ポート１１側のバルブ
シート１８にはエンジンが４サイクルとして駆動する時
に開閉作動する吸気バルブ１が配置され、また、排気ポ
ート２２側のバルブシート１８にはエンジンが２サイク
ル又は４サイクルで駆動する時に開閉作動する排気バル
ブ２が配置されている。更に、シリンダブロック６の下
部周囲部には環状の吸気ポート９が形成され、該吸気ボ
ート９に対応してシリンダライナ４の下部には、複数個
の吸気口３２が形成されている。更に、吸気ボート９に
吸入空気を導入するため、シリンダブロック６の下部に
は空気導入部３７が形成され、該空気導入部３７と吸気
ボート９とを連通ずる吸気口３６が形成され４ ている。この吸気口３６には、バルブシート部が形成さ
れている。該バルブシート部には、エンジンが２サイク
ルとして駆動される時、開閉作動する吸気バルブ５が配
置されている。また、図では、吸気バルブ５が１個配置
された場合が示されているが、吸入空気を周方向から均
一に且つ多量に燃焼室８内に吸入するため、複数個の吸
気バルブをシリンダ下部の周方向に配置してもよいこと
は勿論である。また、吸入空気は、ターボチャージャの
コンプレッサによって導入できることも勿論である。

このサイクル切換エンジンにおいて、吸気バルブ１，５
、排気バルブ２及び開閉切換バルブ１２は、電磁バルブ
駆動装置の各バルブリフター１０によって電磁力によっ
て開閉作動されるものであり、この電磁バルブ駆動装置
のバルブリフター１０は、後述のエンジンの回転数を検
出する回転センサー１４、エンジンの負荷を検出する負
荷センサー３１、及びピストン７のストローク位置即ち
クランク角を検出する位置センサー３５からの各５ 検出信号を受け、これらの各検出信号に応答して指令を
発するコントローラ１５によって制御される。また、エ
ンジンへの供給燃料を制御する燃料噴射ポンプ２３は、
切換バルブを備え、燃料噴射ノズル１９又は２１へ燃料
を供給するものであり、燃料噴射ノズル２１はシリンダ
ヘッド３の下面部の板部材２４に形成したポートから噴
口を主室８に開口し、該噴口から噴射される燃料が主室
８内へ噴射される。また、燃料噴射ノズル１９はシリン
ダヘッド３の副室ブロック１６から噴口を副室２０に開
口し、該噴口から噴射される燃料が副室２０内へ噴射さ
れる。燃料噴射ポンプ２３は、エンジンの作動状態に応
答してコントローラ１５からの指令によって切換バルブ
を切り換えて副室２０の燃料噴射ノズル１９又は主室８
の燃料噴射ノズル２１に燃料を供給すると共に、所定量
の燃料を噴射するように制御されるものである。また、
エンジンの出力軸に対して回転センサー１４が設けられ
、エンジン回転数を検出する。このエンジン回転数の検
出値即ち回転信号は、コントローラ６ １５に入力される。

次に、このサイクル切換エンジンにおける吸気バルブ及
び排気バルブを開閉作動できる電磁バルブ駆動装置の一
例を概説する。この電磁バルブ駆動装置は、例えば、本
出願人が先に出願した特願平ｌ−１１４１４２号に開示
したサイクル変換可能エンジン及びその制御装置にも説
明されているので、詳細についてはここでは省略する。

吸排気バルブ１．２の上昇又は下降によって吸排気バル
ブ１．２のバルブフェース１７が、シリンダヘッド３の
吸排気ボート１１．２２と連通ずる板部材２４のボート
２８．２９に形成したバルブシート１８に当接又は離脱
することによって、吸排気ボート１１．．２２が開閉さ
れるものである。

従って、これらの吸排気ボー）１１．２２の開閉作動或
いは開閉量によってエンジンへの吸気流量或いは排気流
量が制御されるものである。吸排気バルブ１．２の上端
部には、軟鉄等の磁性材料から成る可動子が固定されて
おり、該可動子には可動子コイルが設けられている。ま
た、可動子に対７ して、該可動子の上方に軟鉄等の磁性材料から成る固定
子がシリンダヘッド３に設置されており、しかも固定子
にば周定子コイルが設けられている。

従って、可動子コイル及び固定子コイルが通電／遮断さ
れることによって、固定子は可動子を吸引／離反するこ
とになり、吸排気バルブ１，２を上下に動弁駆動する。

なお、シリンダヘッド３の上面に形成されたバルブスプ
リングシートと可動子との間には、バルブスプリングが
配設され、吸排気バルブ１．２はバルブスプリングのば
ね力により常時は閉弁されるものである。

更に、電磁力で作動される吸排気バルブ１．２について
は、吸排気バルブ１，２自体を構成する材料は、軽量化
のためセラミック材で製作されており、且つ吸排気バル
ブ１，２のバルブフェース１７及びバルブステムの摺動
部に鉄粉等が吸着することを防止するため非磁性材料の
セラミック材で製作されることが摺動上に鉄粉等が吸着
せずに好ましい。従って、吸排気バルブ１．２を電磁力
で作動するため、吸排気バルブ１．２の上端部に８ は、磁性材料から成る可動子を別途膜けである。

上記のように吸排気バルブ１，２を構成することによっ
て、コントローラ１５からの制御された電流が可動子コ
イル及び固定子コイルに通電又は遮断されると、固定子
は可動子をスプリングの付勢力に抗して離反又は吸引を
行うことができ、従って、吸排気バルブ１，２は下降又
は上昇を行い、吸排気バルブ１．２のバルブフェース１
７は吸排気ポート１１．２２を開放又は閉鎖を行うこと
ができる。

更に、シリンダライナ４の下部即ちシリンダブロック６
の下部に設けた吸気バルブ５についても、上記吸排気バ
ルブ１．２に設けた電磁バルブ駆動装置のバルブリフタ
ー１０と同様にバルブリフター１０が設けられ、同様の
構成で同様の開閉作動を行うものである。また、副室２
０の連絡孔１３に設けた開閉切換バルブ１２については
、コントローラ１５の指令によって連絡孔１３を開放状
態又は閉鎖状態に維持するものであり、バルブリフタ−
１０自体は同様の構成を有しているものであ９ る。

この電磁バルブ駆動装置は、回転センサー１４、負荷セ
ンサー３１及び位置センサー３５によって検出された各
検出信号をコントローラ１５が受け、検出された負荷信
号に応答して、電磁バルブ駆動装置のバルブリフター１
０における固定子コイル及び可動子コイルに電流を流し
、電磁石を励磁してバルブを駆動することができる。エ
ンジンの負荷センサー３１は、エンジン負荷を検出する
ものであり、燃料噴射ポンプ２３から燃料噴射ノズル１
９又は２１へ供給される燃料供給量を検出するか、或い
はアクセルペダルの踏込み量を検出することによって検
出できるものである。言い換えれば、負荷センサー３１
は、エンジンへの燃料供給量の検出センサー及び／又は
アクセルペダルの踏込量の検出センサーで構成すること
ができる。従って、エンジン１３への燃料供給量及び／
又はアクセルペダルの踏込み量の信号をエンジンの負荷
信号として、コントローラ１５に入力することによって
、吸排気バルブの電磁バルブを制御するこ０ とができる。また、エンジンの位置センサー３５は、ピ
ストン７のストロークの位置を検出するものであり、ク
ランク角を検出することによって検出することができる
。

コントローラ１５は、前述の各種センサーがらの各種信
号が入力されると、吸気バルブ１．５、排気バルブ２及
び開閉切換バルブ１２の開閉作動のため制御指令を発し
、吸排気バルブ１，２．５及び開閉切換バルブ２１の開
閉作動を制御する。

また、コントローラ１５ば、上記の吸排気バルブ１、　
２．　５の開閉作動に限らず、バルブ開度、バルブリフ
ト量、イ＜ルブタイミング、バルブ開度時間、燃料の噴
゛射タイミング等の演算を行い、該演算結果に応じて制
御指令が発せられるよう構成されている。

上記のように、電磁バルブ駆動装置は構成されており、
次に、このサイクル切換エンジンの作動の一実施例を、
第１図、第２図、第３図（Ａ）及び第３図（Ｂ）を参照
して説明する。第３図（Ａ）及び第３図（Ｂ）はこのサ
イクル切換エンジ１ ンの作動の一例を示す処理フロー図である。

この発明によるサイクル切換エンジンは、エンジンが２
サイクルで作動する場合には、吸気バルブ５と排気バル
ブ２が開閉作動され且つ吸気バルブ１が閉鎖状態に維持
されるのに対して、エンジンが４サイクルで作動する場
合には、吸気バルブ１と排気バルブ２が開閉作動され且
つ吸気バルブ５が閉鎖状態に維持されるものである。ま
た、エンジンが直接噴射式で主室８で燃焼させる場合に
は開閉切換バルブ１２は閉鎖状態に維持されるのに対し
て、副室式で副室２で主たる燃焼を行わせる場合には開
閉切換バルブ１２は開放状態に維持されるものである。

更に、エンジンが直接噴射式で作動される場合には、燃
料噴射ポンプ２３の切換バルブが切換えられて燃料噴射
ノズル２１から燃料が主室８に噴射され、また、エンジ
ンが副室式で作動される場合には、燃料噴射ポンプ２３
の切換バルブが切換、えられて燃料噴射ノズル１９から
燃料が副室２に噴射されるものである。

エンジンの回転を検出する検出手段即ち回転セ２ ンサー１４、エンジンの負荷状態を検出する検出手段即
ち負荷センサー３１を有しており、回転センサー１４か
らのエンジンの所定回転数以下の回転信号に応答し、或
いは負荷センサー３１からのエンジンの負荷が所定負荷
以上の負荷信号に応答し、何れか一方の吸気バルブ１又
は５を閉鎖保持状態に制御する制御手段即ちコントロー
ラ１５を有しているものである。このように、エンジン
回転が所定の回転数より低い値又は高い値の検出信号、
エンジン負荷が所定の負荷より低い値又は高い値の検出
信号に応答して、吸気バルブ１又は５のいずれか一方を
動弁作動し、他方を閉鎖保持状態に制御すれば、エンジ
ンを４サイクル又は２サイクルで作動することができる
。

そこで、この発明によるサイクル切換エンジンの作動に
当たって、エンジンの始動に伴って電磁バルブ駆動装置
が駆動制御される。

第１ステツプとして、エンジンを駆動することによって
、エンジン回転数ＮＥは回転センサー１４によって検出
され、該検出信号はコントローラ３ １５に入力される。アクセルペダルの踏込量の検出セン
サーによって検出された踏込量信号は、エンジンの負荷
信号としてコントローラ１５に入力される（ステップ４
０）。

回転センサー１４によって検出されたエンジン回転数Ｎ
Ｅが予め計算された所定の回転数ＮＥＩより大きいか否
かを判断する。この場合、所定の回転数ＮＥＩは、第４
図に示すように、エンジンの作動サイクルを変更するこ
とが好ましい時の回転数であり、エンジンの回転数Ｎ、
が所定の回転数Ｎゆ、より小さい場合即ち低速領域では
、４サイクル作動では低速トルクは小さく十分に確保で
きないので、エンジンが高トルクを要する場合には、Ｅ
ＧＲの効果によってＮＯＸの発生を抑制するため２サイ
クル作動を行うようにする。これに対して、エンジンの
回転数Ｎ、が所定の回転数Ｎ、１より大きい場合即ち高
速領域では、エンジンを４サイクルで作動する（ステッ
プ４１）。

エンジン回転数Ｎ、が所定の回転数Ｎ１１より大きい場
合には、負荷センサー３１によってエンジ４ ン負荷り、を検出する。エンジン負荷ＬＥがサイクルを
変更して作動することが好ましい予め計算された所定の
エンジン負荷Ｌ１□より大きいか否かを判断する（ステ
ップ４２）。

エンジン負荷ＬＥが所定のエンジン負荷ＬＥ２より大き
い場合には、エンジンは高速高負荷時であり、エンジン
を４サイクル作動させ且つ副室式で燃焼させることで十
分にＮＯｘの発生を抑制できる。エンジンを４サイクル
作動させることにより、エンジンの体積効率及び平均有
効圧力を向上させ、且つ各部位の熱的負荷を低減して、
燃料消費量を向上させ、騒音の低減を図ることができる
。即ち、負荷センサー３１による該エンジン負荷ＬＥの
検出信号をコントローラ１５に入力し、該検出信号を受
けたコントローラ１５は該検出信号に応答してエンジン
を４サイクルで作動させ且つ副室式で燃焼させるための
条件を整えるため、位置センサー３５によってピストン
７のストローク位置即ちクランク角を検出し、クランク
角の検出信号をコントローラ１５に入力する（ステップ
４３）。

５ 更に、吸気バルブ１及び排気バルブ２を電磁バルブ駆動
装置の各バルブリフター１０によって電磁力で動弁作動
をするように制御するため、吸気バルブ１及び排気バル
ブ２の各バルブリフター１０即ちバルブ駆動系の駆動条
件をチエツクする（ステップ４４） 吸気バルブ１及び排気バルブ２のバルブ駆動系の駆動条
件に異常がない場合には、位置センサー３５によるクラ
ンク角の検出信号に応答してコントローラ１５は、吸気
バルブ１のバルブリフター１０に指令を発し、吸気バル
ブ１のバルブリフター１０における固定子コイル及び可
動子コイルに電流を供給し、吸気バルブ１を動弁作動し
て開閉制御する。また、他方の吸気バルブ５を閉鎖保持
状態に制御すると共に、副室式で燃焼させるため開閉切
換バルブ１２を開放状態に保持する。即ち、コントロー
ラ１５からの指令によってエンジンを４サイクルで作動
するため、吸気バルブ５の動弁作動を停止して閉鎖状態
に維持するのに対して、吸気バルブｌの動弁作動を行う
ように制御してシ６ リングヘッド３に形成した吸気ポート１１から吸気を燃
焼室である主室８内に吸入するように制御する　（ステ
ップ４５）。

また、副室２０で主たる燃焼を行わせ、燃料リンチで燃
焼させてＮＯＸの発生を抑制するため、燃料噴射ポンプ
２３の切換バルブを燃料噴射ノズル１９側へ切り換え、
燃料を燃料噴射ノズル１９から副室２０へ噴射する（ス
テップ４６）。

上記の４サイクル作動条件が整えば、吸気バルブ１と排
気バルブ２のバルブタイミングを最適状態に制御するた
め、コントローラ１５からの指令によって、吸気バルブ
１と排気バルブ２のバルブリフター１０の作動を電磁力
によって制御する。

即ち、バルブリフター１０はクランク軸とは独立して制
御できるので、主室８への吸入空気量及びバルブタイミ
ングの制御は、適宜にエンジンの回転数及び負荷に応じ
て最適状態に調節でき、エンジンを良好な４サイクルで
作動できると共に、副室式の燃焼を行うことができる。

この時、シリンダ下部の吸気ポート９に配置した吸気バ
ルブ５は７ 閉鎖しているから、吸気ポート９から吸気及び排気ガス
の漏洩はなく、従って、エンジンの出力の損失はない（
ステップ４７）。

また、ステップ４２において、エンジン負荷ＬＥが所定
のエンジン負荷ＬＥ２より小さい場合には、エンジンは
部分負荷時であるので、エンジンを４サイクル作動させ
且つ直接噴射式で燃焼させることで十分にＮ　Ｏｘの発
生を抑制できる。エンジンを４サイクル作動させること
により、エンジンの体積効率及び平均有効圧力を向上さ
せ、且つ各部位の熱的負荷を低減して、燃料消費量を向
上させ、騒音の低減を図ることができる。即ち、負荷セ
ンサー３１による該エンジン負荷ＬＥの検出信号をコン
トローラ１５に入力し、該検出信号を受けたコントロー
ラ１５は該検出信号に応答してエンジンを４サイクルで
作動させ且つ直接噴射式で燃焼させるための条件を整え
るため、位置センサー３５によってピストン７のストロ
ーク位置即ちクランク角を検出し、クランク角の検出信
号をコントローラ１５に入力する（ステップ４８）。

８ 更に、吸気バルブ１及び排気バルブ２を電磁バルブ駆動
装置の各バルブリフター１０によって電磁力で動弁作動
をするように制御するため、吸気バルブ１及び排気バル
ブ２の各バルブリフター１０即ちバルブ駆動系の駆動条
件をチエツクする（ステップ４９）。

吸気バルブ１及び排気バルブ２のバルブ駆動系の駆動条
件に異常がない場合には、位置センサー３５によるクラ
ンク角の検出信号に応答してコントローラ１５は、吸気
バルブ１のバルブリフター１０に指令を発し、吸気バル
ブｌのバルブリフター１０によって吸気バルブ１を動弁
作動して開閉制御する。また、他方の吸気バルブ５を閉
鎖保持状態に制御すると共に、直接噴射式燃焼にするた
め開閉切換バルブ１２を閉鎖保持状態に制御する。

即ち、コントローラ１５からの指令によってエンジンを
４サイクルで作動するため、吸気バルブ５の動弁作動を
停止して閉鎖状態に維持するのに対して、吸気バルブ１
の動弁作動を行うように制御してシリンダヘッド３に形
成した吸気ポート１１９ から吸気を燃焼室である主室８内に吸入するように制御
する（ステップ５０）。

また、燃料噴射ポンプ２３の切換バルブを燃料噴射ノズ
ル２１側へ切り換え、燃料を燃料噴射ノズル２１から主
室８へ噴射する（ステップ５１）。

上記の４サイクル作動条件が整えば、吸気バルブ１と排
気バルブ２のバルブタイミングを最適状態に制御するた
め、コントローラ１５からの指令によって、吸気バルブ
１と排気バルブ２のバルブリフター１０の作動を電磁力
によって制御する。

即ち、バルブリフター１０はクランク軸とは独立して制
御できるので、主室８への吸入空気量及びバルブタイミ
ングの制御は、適宜にエンジンの回転数及び負荷に応じ
て最適状態に調節でき、エンジンを良好な４サイクルで
作動できると共に、直接噴射式の燃焼を行うことができ
るようになる。

この時、シリンダ下部の吸気ポート９に配置した吸気バ
ルブ５は閉鎖しているから、吸気ポート９から吸気及び
排気ガスの漏洩はなく、従って、エンジンの出力の損失
はない（ステップ５２）。

０ また、ステップ４１において、エンジン回転数Ｎ、が所
定の回転数ＮＥ＋より小さい場合には、エンジン負荷Ｌ
ｔが所定のエンジン負荷ＬＥ＋より大きいか否かを判断
する（ステップ５３）。

エンジン負荷ＬＥが所定のエンジン負荷ＬＥＩより大き
い場合には、エンジンが高トルクで作動できるように２
サイクル作動を行うように制御する。

例えば、エンジンを駆動状態にして駐停車してエンジン
を４サイクルで作動を行っている場合に、車両を発車さ
せる時、車両が重い荷重を搭載して進行する時、或いは
車両が上り坂を昇る時等のエンジンの回転数が少なく、
或いは負荷が大きい場合に、エンジンを２サイクルで作
動して低速領域での高トルクを得るように、エンジンの
作動サイクルを変換する制御を行うと共に、直接噴射式
で燃焼させる制御を行う。

エンジンの回転センサー１４によるエンジン回転数Ｎつ
、或いは負荷センサー３１による該エンジン負荷Ｌ４の
各検出信号はコントローラ１５に入力され、該谷検出信
号を受けたコントローラ１１ ５は、エンジンを４サイクルから２サイクルに変換して
２サイクルで作動させるサイクル変換の条件、即ち、シ
リンダライナ４の下部即ちシリンダ下部に配置した吸気
バルブ５及びシリンダヘッド３に配置した排気バルブ２
の動弁作動を行う条件を整えるため、位置センサー３５
によってピストン７のストローク位置即ちクランク角を
検出し、クランク角の検出信号をコントローラＸ５に入
力する（ステップ５４）。

更に、吸気バルブ５及び排気バルブ２を電磁バルブ駆動
装置のバルブリフターＩＯによって電磁力で動弁作動を
するように制御するため、吸気バルブ５及び排気バルブ
２のバルブリフター１０即ちバルブ駆動系の駆動条件を
チエツクする（ステップ５５）。

吸気バルブ５及び排気バルブ２のバルブ駆動系の駆動条
件をチエツクして異常がない場合には、位置センサー３
５によるクランク角即ちピストン７のストローク位置を
検出し、該検出信号をコントローラ１５に入力し、該検
出信号を受けてコン２ トローラ１５は、吸気バルブ５及び排気バルブ２の各バ
ルブリフター１０に指令を発し、吸気バルブ５及び排気
バルブ２の各バルブリフター１０によって吸気バルブ５
及び排気バルブ２を動弁作動して開閉制御する。また、
他方の吸気バルブ１を閉鎖状態に保持すると共に、開閉
切換バルブ１２を閉鎖状態に保持する。即ち、コントロ
ーラ１５からの指令によってエンジンを２サイクル作動
するため、吸気バルブ１の動弁作動を停止して閉鎖状態
に維持し、吸気バルブ５の動弁作動を行うように制御し
てシリンダブロック６の下部に形成した吸気ボート９か
ら吸入空気を燃焼室８内に吸入するように制御する（ス
テップ５６）。

また、燃料噴射ポンプ２３の切換バルブを燃料噴射ノズ
ル２１側へ切り換え、燃料を燃料噴射ノズル２１から主
室８へ噴射する（ステップ５７）。

上記の２サイクル作動条件が整えば、吸気バルブ５と排
気バルブ２のバルブタイミングを最適状態に制御するた
め、コントローラ１５からの指令によって、吸気バルブ
５と排気バルブ２の各パル３ ブリフタ−１０の作動を電磁力によって制御する。

即ち、バルブリフター１０はクランク軸とは独立して制
御できるので、主室８への吸入空気量及びバルブタイミ
ングの制御は、適宜にエンジンの回転数及び負荷に応じ
て最適状態に調節でき、しかも、吸気バルブ１は閉鎖保
持状態に制御されて吸気ボート■１は連通していないの
で、エンジンを良好な２サイクルで作動でき、且つ直接
噴射式で燃焼させるようになり、エンジンの低速でのト
ルクを確保し、特に、ＥＧＲの効果を引き出してＮｏ、
１の発生を抑制することができる（ステップ５８）。

また、ステップ５３において、エンジン負荷りゆが所定
のエンジン負荷Ｌ□より小さい場合には、エンジンが高
トルクを必要とせず、２サイクルで作動するより４サイ
クルで作動する方がＮ　ＯＸの発生を抑制できるので、
４サイクルで作動を行うように制御すると共に、直接噴
射式で燃焼させて高圧縮比で燃料リンチで燃焼させてＮ
ＯＸの発生を抑制するように制御を行う。しかるに、第
４図４ に示すように、低速部分負荷時には２サイクルの作動で
は高エミッション発生ゾーンＡが存在するので、この作
動領域ではエンジンを４サイクルで作動するように制御
する。

エンジンの回転センサー１４によるエンジン回転数Ｎ！
、或いは負荷センサー３１による該エンジン負荷りゆの
各検出信号はコントローラ１５に入力され、該各検出信
号を受けたコントローラ１５は、エンジンを４サイクル
で作動させるサイクル変換の条件、即ち、シリンダヘッ
ド３に配置した吸気バルブ１及び排気バルブ２の動弁作
動を行う条件を整えるため、位置センサー３５によって
ピストン７のストローク位置即ちクランク角を検出し、
クランク角の検出信号をコントローラ１５に入力する（
ステップ５９）。

更に、吸気バルブｌ及び排気バルブ２を電磁バルブ駆動
装置のバルブリフター１０によって電磁力で動弁作動を
するように制御するため、吸気バルブ１及び排気バルブ
２のバルブリフターｌＯ即ちバルブ駆動系の駆動条件を
チエツクする（ステ５ ツブ６０）。

吸気バルブ１及び排気バルブ２のバルブ駆動系の駆動条
件をチエツクして異常がない場合には、位置センサー３
５によるクランク角即ちピストン７のストローク位置を
検出し、該検出信号をコントローラ１５に入力し、該検
出信号を受けてコントローラ１５は、吸気バルブ１及び
排気バルブ２の各バルブリフターｌＯに指令を発し、吸
気バルブ１及び排気バルブ２の各バルブリフター１０に
よって吸気バルブ１及び排気バルブ２を動弁作動して開
閉制御する。また、他方の吸気バルブ５を閉鎖状態に保
持すると共に、開閉切換バルブ１２を閉鎖状態に保持す
る。即ち、コントローラ１５からの指令によってエンジ
ンを４サイクル作動するため、吸気バルブ５の動弁作動
を停止して閉鎖状態に維持し、吸気バルブ１の動弁作動
を行うように制御してシリンダヘッド３に形成した吸気
ポート１１から吸入空気を燃焼室８内に吸入するように
制御する（ステップ６１）。

また、燃料噴射ポンプ２３の切換バルブを燃料６ 噴射ノズル２１側へ切り換え、燃料を燃料噴射ノズル２
１から主室８へ噴射する（ステップ６２）。

上記の４サイクル作動条件が整えば、吸気バルブ１と排
気バルブ２のバルブタイミングを最適状態に制御するた
め、コントローラ１５からの指令によって、吸気バルブ
１と排気バルブ２の各バルブリフター１０の作動を電磁
力によって制御する。

即ち、バルブリフター１０はクランク軸とは独立して制
御できるので、主室８への吸入空気量及びバルブタイミ
ングの制御は、適宜にエンジンの回転数及び負荷に応じ
て最適状態に調節できる（ステップ６３）。

〔発明の効果〕

この発明によるサイクル切換エンジンは、上記のように
構成されており、次のような効果を有する。即ち、この
サイクル切換エンジンは、シリンダヘッドに設けた副室
、主室側に面するヘッド下面部を構成するセラミック製
板部材、該板部材の外周と前記シリンダヘッドとの間に
配置したリング、前記板部材に形成した吸排気ポートに
配置し７ た吸排気バルブ、前記板部材に形成した前記副室と前記
主室を連通ずる連絡孔、該連絡孔に配置した開閉切換バ
ルブ、シリンダ下部の吸気ボートに配置した吸気バルブ
、及び前記各バルブを電磁力で開閉作動する各電磁バル
ブ駆動装置から構成したので、前記シリンダヘッド自体
の構造が複雑化即ち吸気ボート、連絡孔及び燃料噴射ノ
ズル用ポート等を形成し、該ポート間の境界部位の熱負
荷が高くなったとしても、前記板部相即ちヘッド下面部
の強度を確保でき、耐熱性を確保でき、しかも前記リン
グが応力に対する緩衝材として機能し、ヘッド下面部に
作用する熱負荷による応力を緩和することができ、前記
シリンダヘッドの変形、燃焼室の形状変形に対して耐変
形性に冨んだ強度上信願性に富んだファイヤデツキを提
供することができる。

更に、このサイクル切換エンジンにおいて、前記リング
を中空リングから形成し、その中空部に液体を入れたの
で、前記リングは前記板部材に対して熱負荷による作用
する応力を良好に緩和する８ 緩衝材として機能し、前記板部材の強度を向上させるこ
とができる。

また、このサイクル切換エンジンにおいて、前記各バル
ブを電磁力で開閉作動する各電磁バルブ駆動装置、エン
ジンの作動状態を検出する検出手段、及び該検出手段に
よる検出信号に応答して前記各バルブの作動状態を制御
するコントローラから構成したので、エンジンの回転数
及び負荷等の作動状態を検出手段で検出し、該検出信号
をコントローラに入力することによって、コントローラ
はエンジンの作動状態に応答して各バルブの開閉状態を
制御でき、従って、エンジンを２サイクル又は４サイク
ルに切り換えることができると共に、直接噴射式又は副
室式の燃焼状態に切り換えることができ、特に、エンジ
ンの全作動領域に対してＮＯＸの発生を抑制できる制御
を行うことができる。

例えば、コントローラが検出手段からエンジンの低速高
負荷状態の検出信号を受けた時には、コントローラは第
１吸気バルブ（シリンダヘッド９ 側）及び開閉切換バルブを閉鎖状態に維持すると共に、
第２吸気バルブ（シリンダ下部側）及び排気バルブを開
閉作動する制御を行い、エンジンを２サイクルで且つ直
接噴射式で作動し、低速での高出力を確保すると共に、
ＥＧＲ効果によってＮＯＸの発生を抑制することができ
る。

また、コントローラが検出手段からエンジンの低速中負
荷即ち部分負荷状態の検出信号を受けた時、或いは高速
部分負荷状態の検出信号を受けた時には、コントローラ
は第２吸気バルブ及び開閉切換バルブを閉鎖状態に維持
すると共に、第１吸気バルブ及び排気バルブを開閉作動
する制御を行い、エンジンを４サイクルで且つ直接噴射
式で作動し、高圧縮比で燃料リンチで燃焼させ、ＮＯ８
の発生を抑制することができる。

更に、コントローラが検出手段からエンジンの高速高負
荷状態の検出信号を受けた時には、コントローラは第２
吸気バルブを閉鎖状態に維持し且つ及び開閉切換バルブ
を開放状態に維持すると共に、第１吸気バルブ及び排気
バルブを開閉作動す０ る制御を行い、エンジンを４サイクルで且つ副室式で作
動し、副室で主たる燃焼を行わせて燃料リンチで燃焼さ
せてＮＯＸの発生を抑制することができる。

また、このサイクル切換エンジンは、前記主室に噴口を
開口する第１燃料噴射ノズル又は前記副室に噴口を開口
する第２燃料噴射ノズルの何れかに燃料を供給するよう
に切換バルブを備えた燃料噴射ポンプを有するので、直
接噴射式の燃焼の場合には燃料を前記主室に噴射するこ
とができ、また、副室式の燃焼の場合には燃料を前記副
室に噴射することができ、何れにしても燃焼室に燃料を
的確に且つ良好に噴射することができる。

従って、該構造のエンジンを用いれば、２サイクルの特
徴である低速領域での高トルク、即ち４サイクルに比較
して１．５倍のトルクを得ることができ、低速領域で大
出力を発揮させることができ、特に、ＥＧＲの効果を期
待できてＮＯＫの発生を抑制できる。また、４サイクル
の作動では高負荷時には副室式燃焼であるので、副室で
燃料リンチ１ で燃焼させるので、ＮＯＸの発生を抑制でき、しかも４
サイクルの特徴である高速′Ｍ域での燃費、効率等の効
果を期待することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明によるサイクル切換エンジンの一実施
例を説明するための概略図、第２図は第１図のシリンダ
ヘッド下面の概略を示す平面図、第３図（Ａ）及び第３
図（Ｂ）は電磁バルブ駆動装置を組込んだサイクル切換
エンジンの作動の一実施例を示す処理フロー図、並びに
第４図はエンジンの回転数と１〜ルクとの関係を示す概
略図である。 １．５−−−−−−一吸気バルブ、２−・−排気バルブ
、３シリンダヘツド、４−−−−シリンダライナ、６シ
リンダブロソク、７−−−−−−ピストン、８主室、９
．１１−−−−吸気ボート、１０−−−−−バルブリフ
ター、１２−−−一開閉切換パルブ、１３−−−−一連
絡孔、１．１−−−一回転センサー、１５−−−−−−
コントローラ、１９　、　２１−−−−−−一燃料噴射
ノズル、２０副室、２３−−−−−燃料噴射ポンプ、２
４−−−−一板部材、２

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘッドに設けた副室、主室側に面するヘ
   ッド下面部を構成するセラミック製板部材、該板部材の
   外周と前記シリンダヘッドとの間に配置したリング、前
   記板部材に形成した吸排気ポートに配置した吸排気バル
   ブ、前記板部材に形成した前記副室と前記主室を連通す
   る連絡孔、該連絡孔に配置した開閉切換バルブ、シリン
   ダ下部の吸気ポートに配置した吸気バルブ、及び前記各
   バルブを電磁力で開閉作動する各電磁バルブ駆動装置を
   有するサイクル切換エンジン。
2. （２）前記リングを中空リングから形成し、その中空部
   に液体を入れた請求項１に記載のサイクル切換エンジン
   。
3. （３）エンジンの作動状態を検出する検出手段及び該検
   出手段による検出信号に応答して前記各バルブの作動状
   態を制御するコントローラを有する請求項１に記載のサ
   イクル切換エンジン。
4. （４）前記主室に噴口を開口する燃料噴射ノズル又は前
   記副室に噴口を開口する燃料噴射ノズルの何れかに燃料
   を供給するように切換手段を備えた燃料噴射ポンプを有
   する請求項１に記載のサイクル切換エンジン。