JPH11229889A

JPH11229889A - 内燃機関

Info

Publication number: JPH11229889A
Application number: JP3521298A
Authority: JP
Inventors: Katsunori Kaneko; 勝典金子; Hiromitsu Ando; 弘光安東; Hirohiko Iwamoto; 裕彦岩本; Takeo Kume; 建夫久米; Shogo Omori; 祥吾大森; Hironobu Sato; 広信佐藤; Masahiro Fujimoto; 昌弘藤本; Tomohiro Oohashi; 朋宏大橋; Hiroshi Mushigami; 広志虫上; Toshinori Morita; 利紀森田
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp; Mitsubishi Automotive Engineering Co Ltd
Priority date: 1998-02-17
Filing date: 1998-02-17
Publication date: 1999-08-24

Abstract

(57)【要約】【課題】同一排気量のままで、動力性能と静粛性の向
上を同時に図ることができる内燃機関を提供する。【解決手段】エンジン１は、実際に燃焼を行う気筒２
ａ，２ｂと、トルクバランスをとるために燃焼を行わな
いバランス用気筒４を有している。気筒２ａ，２ｂは、
バランス用気筒４のボアが小さく設定されている分、容
積拡大されており、燃焼効率やガス圧トルクが向上して
いる。エンジン１の運転中、バランス用気筒４では、空
気のみのサイクルが実行されており、圧縮空気の膨張圧
トルクにより気筒２ａ，２ｂと略同程度の最大トルクを
発生させる。これにより、燃焼を行う気筒を２気筒に減
らしても、３気筒エンジンと同様のトルクバランス特性
が補償される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、複数の気筒を有
した内燃機関に関する。

【０００２】

【関連する背景技術】この種の、多気筒型の内燃機関
は、クランク軸の回転角に対する出力トルクの変動周期
が単気筒型の内燃機関より短い分、回転がなめらかで、
クランク軸のトルクバランス特性に優れている。また一
般に、このようなトルクバランス特性は、気筒数が多い
ほどより優れており、その分、トルク変動に起因した内
燃機関の振動も低減されると考えられる。

【０００３】例えば、自動車に搭載される内燃機関にあ
っては、このようなトルクバランス特性が自動車の静粛
性に大きく影響する。このため、自動車用の内燃機関で
は、総排気量の大きさに関わらず、ある程度の気筒数
（例えば３気筒以上）を確保することでトルクバランス
を向上させ、自動車の静粛性を極端に損なうレベルの振
動が発生しないように考慮されている。

【０００４】ところで、自動車用の内燃機関では、搭載
されるべき自動車の車格等に応じて外形寸法や総排気量
が決定されることが多い。特に、比較的小型の自動車で
は、エンジンルーム内に搭載可能な内燃機関の外形寸法
が小さく制限されるため、確保できる気筒数にも限りが
ある。そこで、特開平８−２９６４４６号公報には、外
形寸法のコンパクト化を図った内燃機関が開示されてい
る。この公知の内燃機関によれば、自動車のエンジンル
ームのように限られたスペースにも容易に収納すること
ができ、また、所望の気筒数を確保することもできると
考えられる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た比較的小型の自動車に搭載される内燃機関にあって
は、所望の気筒数を確保することはできても、全体的な
外形寸法が小さく制限されている分、総排気量は小さく
なる。また、総排気量の上限が法規等で定められている
場合もある。

【０００６】このため、比較的小型の自動車に搭載され
る内燃機関では、気筒数を多く確保するあまり、１気筒
あたりの排気量は極端に小さくならざるを得ない。この
場合、燃焼室の容積Ｖに対する内表面積Ｓの比、つま
り、Ｓ／Ｖ比が大きくなるため、内燃機関全体としての
熱損失が大きい。また、１気筒あたりの発生するガス圧
による力も小さくなってしまう。このような状況にあっ
ては、自動車の静粛性を確保することはできても、内燃
機関として総排気量に見合った動力性能を充分に発揮す
ることはできない。

【０００７】この発明は上述した事情に基づいてなされ
たもので、その目的とするところは、燃焼効率を悪化さ
せることなくトルクバランス特性を向上して、静粛性及
び動力性能を確保することができる内燃機関を提供する
ことにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、請求項１の内燃機関は、容積の大きい気筒及び容積
の小さいバランス用気筒から構成されたものとなってい
る。すなわち、請求項１の内燃機関によれば、燃焼を行
う気筒から出力される爆発圧力のトルクに加えて、バラ
ンス用気筒から圧縮空気のみの膨張によるトルクが出力
される。

【０００９】また、既存の気筒数を維持したまま、その
うちの１気筒がバランス用気筒として構成されている場
合、バランス用気筒は燃焼に関与しないため、その容積
は無視でき、その容積分だけ他の気筒の容積を拡大する
ことができる。この場合、容積を拡大することにより１
気筒あたりの熱損失を低減し、且つ、ガス圧によるトル
クを増加する一方、バランス用気筒の出力トルクによ
り、既存の気筒数分のトルクバランス特性が補償され
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、この発明の内燃機関の実施
例を説明する。図１を参照すると、内燃機関の実施例と
して、４サイクルガソリンエンジンの模式図が示されて
いる。このエンジン１は、例えば、軽自動車に搭載され
る総排気量６６０ｃｃの小排気量エンジンであり、同図
からも明らかなように、このエンジン１では直列３気筒
型のシリンダレイアウトが採用されている。

【００１１】これら直列に配置された３つの気筒のう
ち、隣り合う２つの気筒２ａ，２ｂは、燃料の供給を受
けて燃焼行程を行う通常の気筒である。これに対し、残
りの１気筒は、圧縮空気のみの膨張行程を実行するバラ
ンス用気筒４となっている。なお、このエンジン１は、
筒内噴射型のエンジンであり、それ故、気筒２ａ，２ｂ
については、気筒内に直接燃料を噴射するフューエルイ
ンジェクタ６がそれぞれ設けられている。また、気筒２
ａ，２ｂに接続される吸気ポート８は、気筒内に好適な
吸気タンブル流を発生させるため、気筒の軸線に沿う形
状（いわゆる直立吸気ポート）となっている。なお、図
１にはシリンダヘッド、例えば、点火栓や排気ポート、
排気弁及び動弁機構等のその他の要素はいずれも図示さ
れていない。

【００１２】バランス用気筒４にも、吸気ポート１０及
び図示しない排気ポートが接続されている。ただし、こ
のバランス用気筒４に関して、対応するフューエルイン
ジェクタや点火栓はいずれも設けられていない。そし
て、このバランス用気筒４は、他の気筒２ａ，２ｂに比
べてボアが小さく（容積が小さく）設定されている。つ
まり、このエンジン１では、３気筒分の大きさを有する
シリンダブロックにおいて、バランス用気筒４のボア
（容積）を小さくすることで、その分、他の気筒２ａ，
２ｂのボアがそれぞれ拡大されたものとなっており、気
筒２ａ，２ｂの排気量は、それぞれ３３０ｃｃ（つまり
総排気量は６６０ｃｃ）に設定されている。

【００１３】バランス用気筒４の吸気ポート１０内に
は、スロットルバルブ１２（可変手段）が設けられてお
り、このスロットルバルブ１２は、スロットルアクチュ
エータ１４により開度が調節されるようになっている。
また、スロットルアクチュエータ１４の作動は、ＥＣＵ
（電子コントロールユニット）１６により制御されてい
る。

【００１４】エンジン１の運転中、気筒２ａ，２ｂは、
それぞれガソリンエンジンの４サイクルを実行する。こ
れに対し、バランス用気筒４は、単に空気のみの可逆的
サイクルを実行するものとなっており、このバランス気
筒４の運転サイクルは、以下の２通りに設定することが
できる。先ず、バランス用気筒４の運転サイクルを４サ
イクルに設定した場合について説明する。この場合、ク
ランク軸１８の回転角でみて、気筒２ａの燃焼タイミン
グを０゜（＝基準回転角）としたとき、例えば、気筒２
ｂの燃焼タイミングを４８０゜、そして、バランス用気
筒４の膨張タイミングを２４０゜に設定することができ
る。

【００１５】図２を参照すると、上述した設定における
エンジン１の出力トルク波形が示されている。同図に示
されるように、先ず、気筒２ａの爆発圧トルクに大きく
依存して、出力トルクはクランク軸１８の基準回転角０
゜から急激に立ち上がり、そして、ピークＰ₁が発生し
ている。次に、出力トルクは、回転角２４０゜の直前ま
では落ち込むが、その後、回転角２４０゜から急激に立
ち上がってピークＰ_bを迎えている。このピークＰ_bは、
バランス用気筒４での膨張圧トルクによるものであり、
燃焼を伴わないものである。そして、回転角４８０゜か
らは、ピークＰ₁と同様に気筒２ｂの燃焼により出力ト
ルクが急激に立ち上がってピークＰ₂を発生する。この
とき、エンジン１の通常の負荷状態において、ピークＰ
_bでの最大トルクＴｒ_bがピークＰ₁（Ｐ₂）での最大トル
クＴｒ₁に比べて遜色ないレベルにまで達するように、
バランス用気筒４の圧縮比が適切（例えば、圧縮比＝３
５）に設定されている。なお、上述したトルク波形は、
クランク軸１８が２回転（７２０゜）する毎に繰り返し
発生する。このため、２気筒エンジンよりも出力トルク
の変動周期が短くなり、また、３気筒エンジンに類似し
たトルクバランス特性が得られる。

【００１６】また、上述した可変手段によりバランス用
気筒４の圧縮比を可変することで、ピークＰ_bでの最大
トルクＴｒ_bを所望に変化させることができる。すなわ
ち、エンジン１の負荷に応じてピークＰ₁，Ｐ₂の大きさ
がそれぞれ変化した場合、ピークＰ_bの大きさもまた、
これらピークＰ₁，Ｐ₂に追従して変化させる必要があ
る。

【００１７】具体的には、バランス用気筒４に対する吸
入空気量は、エンジン１の回転数Ｎｅ及び気筒２ａ，２
ｂ内の目標平均有効圧Ｐｅに基づいて決定されるように
なっており、この例では、スロットルバルブ１２の開度
を調節することで、バランス用気筒４の実圧縮比が可変
される。より詳しくは、図１に示されるように、ＥＣＵ
１６には、Ｎｅ，Ｐｅのデータがそれぞれ入力されるよ
うになっている。また、ＥＣＵ１６は、Ｎｅ，Ｐｅを引
数とする吸入空気量を規定した２変数マップを有してお
り、ＥＣＵ１６は、入力されたＮｅ，Ｐｅのデータを上
述したマップに照会して得た吸入空気量に基づいてスロ
ットルバルブ１２の開度を決定する。そして、ＥＣＵ１
６は、決定したスロットル開度に基づいて、スロットル
アクチュエータ１４を駆動して、スロットルバルブ１２
の開度を所望に調節する。このようなスロットル開度の
調節により、バランス用気筒４での実圧縮比が所望に可
変される結果、エンジン１の運転状態に応じてピークＰ
_bでの最大トルクをピークＰ₁，Ｐ₂での最大トルクに追
従させることができる。

【００１８】次に、第２の例として、バランス用気筒４
を２サイクル運転に設定した場合について説明する。バ
ランス用気筒４の２サイクル運転は、対応する動弁機構
の作動を２サイクル用に設定することで実行される。な
お、気筒２ａ，２ｂについては、４サイクル運転のまま
である。図３を参照すると、この第２の例に係るトルク
波形図が示されている。この場合、気筒２ａの燃焼タイ
ミングをクランク回転角でみて０゜とし、気筒２ｂの燃
焼タイミングを１回転後の３６０゜とする。そして、バ
ランス用気筒４の膨張タイミングは１８０゜及び５４０
゜に設定される。従って、この場合でのトルク波形は、
クランク軸１８の２回転あたりに４つのピークが発生す
るものとなるので、エンジン１のトルクバランス特性
は、４気筒エンジンと類似したものとなる。この場合に
おいても、上述したようにバランス用気筒４の膨張圧ト
ルクによるピークの大きさを変化させることで、エンジ
ン１の運転状態に応じたトルクバランス特性を得ること
ができる。

【００１９】上述した実施例のエンジン１によれば、気
筒２ａ，２ｂのボア、つまり容積をそれぞれ拡大するこ
とで、１気筒あたりのＳ／Ｖ比を小さくすることができ
る分、熱損失を低減することができる。また、通常の３
気筒６６０ｃｃエンジンに比べて１気筒あたりの排気量
が大きく、ガス圧による力を増加させることができるの
で、より大きな出力トルクを発揮させることができる。
しかも、燃焼を行う気筒を２気筒に減らしても、３気筒
に類似したのトルクバランス特性を補償できるだけでな
く、４気筒に類似したトルクバランス特性を達成するこ
とも可能である。従って、エンジンの出力トルクと静粛
性を同時に向上することができる。

【００２０】また、可変手段によりバランス用気筒４の
実圧縮比を可変することで、全体としてのトルク変動を
小さく抑えることができ、エンジン１の幅広い負荷状態
にも対応できるので、常に負荷状態が変化しやすい自動
車用の内燃機関として好適している。また、この実施例
のエンジン１のように、６６０ｃｃ程度の比較的小排気
量エンジンであっても、シリンダブロックを大きくする
ことなく１気筒あたりのボア径を拡大することができる
ので、気筒内にホロコーン状に噴射された燃料がシリン
ダボアにまで達して、そこに付着してしまう虞がないた
め、筒内噴射型ガソリンエンジンに好適した内燃機関を
容易に得ることができる。

【００２１】この発明は、上述した一実施例に制約され
ず、その他の好適な実施例も種々に考えられる。内燃機
関の気筒数や総排気量は、実施例のような直列３気筒６
６０ｃｃのものだけに限られず、いろいろな気筒数、総
排気量の内燃機関に適用できる。例えば、この実施例で
は、３気筒のシリンダレイアウトを有するエンジンの１
気筒をバランス用気筒とする方向で発明を構成したもの
であるが、本来２気筒のエンジンに対してバランス用気
筒を１気筒又は２気筒付加することで、その分だけトル
クバランス特性を向上させるという方向も考えられる。
また、直列４気筒のエンジンに対してバランス用気筒を
直列に２気筒付加すれば、直列６気筒に類似したバラン
ス特性を得ることもできる。

【００２２】また、この発明の内燃機関は、実施例のよ
うな筒内噴射型ガソリンエンジンだけでなく、その他の
ガソリンエンジンにも好適であるし、ディーゼル機関に
も適用することができる。例えば、ポート内噴射型ガソ
リンエンジンの場合、可変手段におけるスロットルバル
ブ１２の開度制御は、燃焼を行う気筒２ａ，２ｂのスロ
ットル開度に基づいて実行される。この場合、ＥＣＵ１
６がスロットル開度信号に基づいてスロットルアクチュ
エータ１４を駆動するようにしてもよいし、スロットル
バルブ１２の開閉を気筒２ａ，２ｂのスロットルバルブ
に連動させてもよい。

【００２３】次に、可変手段についても、種々の実施例
が考えられる。先ず、図１に示されるスロットルバルブ
１２は、例えば、ロータリーバルブに置き換えることが
できる。この場合でも、ロータリーバルブによるバラン
ス用気筒に対する吸入空気量の制御は、上述した実施例
と同様の手法で実行される。また、スロットルバルブや
ロータリーバルブを用いずに、可変動弁機構を適用して
バルブリフトタイミングを可変させることで、やはり、
バランス用気筒に対する吸入空気量を所望に制御して実
圧縮比を可変することもできる。

【００２４】その他、バランス用気筒に連通する可変容
積部を別途設け、この可変容積部の容積を可変させてバ
ランス用気筒の実圧縮比を可変するようにしてもよい。
具体的には、シリンダヘッドのプラグ穴を通じてバラン
ス用気筒に可変容器（例えば、ソレノイドや油圧駆動に
より容積を可変可能な容器）を接続し、そして、この可
変容器の容積を所望に可変させてバランス用気筒の実圧
縮比を可変することができる。このような可変容器によ
る手法は、実施例のスロットルバルブの他、上述した吸
入空気量を制御する手法と組み合わせて実施することも
可能である。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１の内燃機
関によれば、動力性能を充分に確保すると共に静粛性を
も補償することができる。また、容積拡大による筒内噴
射型ガソリンエンジンへの適用も容易である。更に、バ
ランス気筒を適宜に付加することで、静粛性を更に向上
することもできる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例のエンジンの構成を概略的に示した図で
ある。

【図２】第１の例のトルクバランス特性を説明するため
のトルク波形図である。

【図３】第２の例のトルクバランス特性を説明するため
のトルク波形図である。

【符号の説明】

１エンジン２ａ，２ｂ気筒４バランス用気筒１２スロットルバルブ

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＦ１６Ｆ 15/26 Ｆ１６Ｆ 15/26 Ｃ (72)発明者岩本裕彦東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者久米建夫東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者大森祥吾東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者佐藤広信東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者藤本昌弘東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者大橋朋宏東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者虫上広志東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者森田利紀東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者川島一仁東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内 (72)発明者熊谷寛東京都大田区下丸子四丁目21番１号三菱自動車エンジニアリング株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ほぼ同一の容積を有する複数個の気筒を
配設可能な内燃機関において、同一のクランク軸に連続的に出力トルクを発揮させる前
記各気筒よりも大容積の気筒と、前記各気筒よりも容積が小さく且つ圧縮空気のみの膨張
行程を実行するバランス用気筒とから構成されているこ
とを特徴とする内燃機関。