JPH04143424A - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、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占めている４サイクルエンジ
ンは、ガス交換が確実に行えるため、始動性や低速軽負
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る。

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）が大きく
、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１．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
、過給機によ邊掃気作用により効果的にガス交換を行う
ことができるので、残留ガスの影響による不斉燃焼や、
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、高負荷側における出力が不十分に
なる。

以上のような不具合を解消するための手段として、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
構成しておき、高負荷側ではクランクシャフトが１回転
す′る間に１回の燃焼を行わせ、低負荷側ではクランク
シャフトが、例えば、２回転する間に１回の燃焼を行わ
せることが考えられる。

しかしながら、燃焼サイクルを変化させるだけでは、別
の不具合を招いてしまうことになる。すなわち、クラン
クシャフトが１回転する度に燃焼が行われる高負荷側で
は、点火プラグの過熱を防止して、その焼損や、電気火
花を待たずに燃焼が行われる、いわゆるプレイグニツシ
ヨン等を防止するのが不可欠となる。他方、クランクシ
ャフトが複数回転する間に１回の燃焼を行えばよい低負
荷側では、燃焼熱が低下し晶いため、点火プラグの放熱
を抑えて混合気に確実に着火させる必要がある。

しかして、この種の点火プラグは、いづれかの運転領域
に対応させて設定されているのが普通である。そのため
、燃焼サイクルを変化させるだけでは、各サイクル特有
の運転性能を十分に発揮させるのが難しい上に、前述の
ような不具合を招くことになる。

本発明は、以上のような課題をことごとく解消すること
の可能な可変サイクルエンジンを提供スることを目的と
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、エンジンが高負荷側に移行した場合にはクラン
クシャフトが１回転する間に１回の燃焼を行い、エンジ
ンが低負荷側に移行し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ものであっ
て、前記シリンダに高熱価プラグ及び低熱価プラグを一
段しておき、エンジンの高負荷側では前記高熱価プラグ
により点火を行い、エンジの低負荷側では前記低熱価プ
ラグにより点火を行うようにしたことを特徴とする。

［作用コ このような構成によれば、エンジンが高負荷側に移行し
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て燃焼が行われるため、高出力を
得ることができる。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
に効率よくガス交換を行うことが可能になる。さらに、
この領域では、高熱価プラグにより点火が行われるため
、該プラグの燻りや焼損、プレイグニツシヨン等の発生
を有効に防止することが可能となる。

一方、エンジンが低負荷側に移行した場合には、クラン
クシャフトが複数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。ここで、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。そして、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。また、燃焼
サイクルにおいては、低熱価プラグにより点火が行われ
るため、該プラグの放熱が抑制されるとともに、その燻
り等が防止されることになる。

［実施例］ 以下、本発明の一実施例を図面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
閉される掃気ポート５と、過給機たるスーパーチャージ
ャＳ／Ｃ６と、前記シリンダヘッド１に設けた高熱価プ
ラグ７及び低熱価プラグ８とを備えたもので、エンジン
の負荷変化に対応させて、燃料を供給して燃焼を行なわ
せる燃焼サイクルと、燃料を供給しないで空気のみを供
給する空気サイクルとの組合せ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／Ｃ６から吐出される給気は、吸
気弁２を介してシリンダ９内に連通ずる混合気系吸気通
路１０と、掃気ポート５を介してシリンダ９内に連通ず
る空気系吸気通路１１との双方に導入されるようになっ
ている。掃気ポート５は、ピストン４の下死点ＢＤＣの
若干上方に位置させてシリンダブロック１２の側壁１２
Ｈに設けである。混合気系吸気通路１０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１３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１４の上流側に配置してあり、過給圧制御弁
１５を備えている。しかして、過給圧が設定圧を上回る
と、この過給圧制御弁１５が圧力リリーフ通路１６を開
いて過給圧をエアクリナ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、掃気ポート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
ジンが高負荷側、具体的には中負荷〜高負荷域の場合に
は、第３図に示すように、クランクシャフト１７が１回
転する毎に燃焼（爆発）を行うように設定しである。詳
述すると、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掃気ポー
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１３から燃
料噴射を開始するとともに、排気弁３を閉じる。一定期
間、混合気系吸気通路１０から混合気をシリンダ９内に
過給した後、掃気ポート５と吸気弁２を閉じて圧縮行程
に移行し、ピストン４が上死点ＴＤＣに達する直前で高
熱価プラグ７により混合気に点火を行う。

一方、エンジンが低負荷側に移行した場合、具体的には
アイドリング−軽負荷域の場合には、第４図および第５
図に示すように、吸気時に空気のみをシリンダ９内に供
給する空気サイクルと、混合気をシリンダ９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１７が１回転する毎に交互に行うよ
うに設定しである。先ず、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掃
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１３から燃料噴射を行わず
、空気のみをシリンダ９内に導入する。しかる後に、排
気弁３と、掃気ポート５と、吸気弁２とを所定のクラン
ク角でそれぞれ閉じて圧縮行程■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
のみを彫版■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９内の空気を排出する
。次いで、掃気ポート５を開き始めてシリンダ９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１
３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（
掃気ポートタイミング■）、しかる後に、圧縮行程■に
移行する。そして、ピストン４が上死点ＴＤＣに達する
直前で低熱価プラグ８により混合気に点火を行って燃焼
（爆発）行程■に移行する。その後は、再び、前述の空
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を検出するための図示しな
い圧力センサと、前記インジェクタ１３を制御する電子
制御装置（図示せず）により行われる。また、この電子
制御装置は、例えば、図示しないディストリビュータと
前記両プラグ７．８との間に介設された切換回路をエン
ジン負荷に対応させて切換える役割を担っている。

このような構成によると、高負荷側および低負荷側の各
燃焼サイクルにおいては、シリンダ９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１７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
９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
ン期間を経た後に掃気ポート５が開き始めて空気がシリ
ンダ９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９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９内に導入さ
れるため、シリンダ９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９内に過給された後、掃気ポート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Ｔ
ＤＣに達する直前で混合気に点火が行われて爆発行程に
移行する。すなわち、高負荷側に移行していれば、高熱
価プラグ７により点火が行われ、低負荷側の場合には低
熱価プラグ８により点火が行われる。

一方、低負荷側における空気サイクルでは、吸気時に掃
気ポート５及び吸気弁２を介して空気のみがシリンダ９
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、掃気ポート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９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、エンジンが高
負荷側に移行した場合には、第６図１こ示すように、ク
ランクシャフト１７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〜高負荷時に
おけるエンジン出力が高められる。また、この領域では
、高熱価プラグ７により点火が行われるため、該プラグ
７の燻りや焼損、プレイグニツシヨン等の発生を有効に
防止することができる。

他方、エンジンが低負荷側に移行した場合には、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１７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９内がクリニングされた後、新たに混合気が
シリンダ９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。その結果、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
化を有効に防止することができる。また、低負荷側では
、４サイクルエンジンと同様に、クランクシャフト１７
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、このような構成によれば、第７図に示
すように、低負荷側における燃料噴射を、クランクシャ
フト１７の１回転おき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。また、エンジンの低負荷側では、低
熱価プラグ８により点火が行われるため、低速回転時に
おける該プラグ８の燻りが防止できるとともに、燃焼を
安定させることができる。

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回
転する間に１回の燃焼を行うようにしてもよい。

また、高熱価プラグと低熱価プラグとを切換える場合、
エンジン冷却水温や吸気温等を切換条件に加えるように
してもよい。

さらに、前記実施例における掃気ポート５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４の進退方向に変化させるように
すれば、前記掃気ポート５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。

［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有効に変化させる
ことができるので、高負荷側におけるエンジン出力を効
果的に高めることができるとともに、低負荷側における
燃料消費量やＨＣ等の排出量を有効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
。

また、本発明では、負荷変化に対応させて点火プラグを
使いわけるようにしているので、低負荷から高負荷の広
い領域に亘って燃焼を安定させることができるとともに
、点火プラグのメンテナンスフリー化を図ることもでき
る。

【図面の簡単な説明】

図面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図は高負荷側における燃焼
サイクルを示すダイヤグラム図、第４図と第５図は低負
荷側における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図は高負荷側及び低負荷側における各行
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。 ２・・・吸気弁 ３・・・排気弁 ４・・・ピストン ５・・・掃気ポート ６・・・過給機（スーパーチャージャ）７・・・高熱価
プラグ ８・・・低熱価プラグ ９・・・シリンダ １３・・・インジェクタ １７・・・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、エンジンが高負荷側に移行した場合にはク
   ランクシャフトが１回転する間に１回の燃焼を行い、エ
   ンジンが低負荷側に移行し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可変サ
   イクルエンジンであって、前記シリンダに高熱価プラグ
   及び低熱価プラグを一段しておき、エンジンの高負荷側
   では前記高熱価プラグにより点火を行い、エンジの低負
   荷側では前記低熱価プラグにより点火を行うようにした
   ことを特徴とする可変サイクルエンジン。