JPS58158336A - 気筒数制御エンジン - 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】 この発明は、エンジン軽負荷域で一部気筒の作動を休止
させて部分気筒運転を行う気筒数制御エンジンに関する
。

一般に、エンジンを高い負荷状態で運転すると、燃費が
良好になる傾向があシ、このため多気筒エンジンにおい
て、エンジン負荷の小さいと−きに、一部気筒への燃料
の供給を遮断して作動を休止させ、この分だけ残シの稼
動側気筒の負荷を相対的に高め、全体として軽負荷域の
燃費を改善するようにし九気筒数制御エンノ／が考えら
れた１本出願人が先に提案したこの鴇のエンジン（例え
ば特開５５−１５１１３１号）を第１図に示すと、気筒
Ａ−Ｃは燃料噴射弁ａ〜Ｃから常時燃料が供給される稼
動側気筒て、これに対して気筒Ｄ−Ｆは後述するように
エンジン軽負荷域やアイドリング時に燃料噴射弁ｄ−ｆ
からの燃料が連断され作動を休止する休止側気筒を示す
。

吸気通路ｌは、この場合絞弁２の下流にて稼動側気筒Ａ
−Ｃに接続する稼動ｇｊｊｇ＆気違路３と、休止側気筒
Ｄ−Ｆに接続する休止側吸気通路４に分岐している。

このうち、休止側吸気通路４の上流部には、新気遮断弁
５が介装され、上記気筒Ｄ−Ｆの作動体止時に制御回路
１５からの指令によシ、該吸気通路４を閉じ休止側気筒
Ｄ−Ｆへの新気の流入を遮断する。

一方、排気通路６も、稼動側気筒Ａ−Ｃに接続する稼動
側排気通路７と、休止側気筒Ｄ−ＦＫ接続する休止側排
気通路８とに途中まで分岐するが、このうち休止側排気
通路８は排気還流通路９を介して新気遮断弁５下流の休
止側吸気通路４と結はれている。

この排気還流通路９の途中には、排気還流弁１２が介装
され、新気遮断弁５が閉じるとほぼ同時に制御回路１５
からの指令で三方向電磁弁ｌＯが切換り機関吸入負圧が
ダイヤフラム装置１１に伝達されると、その負圧に応じ
て該還流通路９を開き、休止側気筒Ｄ−Ｆに排気の一部
を還流させる。これによシ、気筒Ｄ−Ｆの作動体止時に
っま多部分気筒運転時に休止側吸気通路４内を弱火気圧
に保ち、休止側気筒Ｄ−Ｆにおけるいわゆるポンピング
ロスを低減して、一層の燃費の改善を図っている。

また、排気通路６には空燃比センｆ１３と、その下流に
排気浄化用の三元触媒１４とが配置されてお）、空燃比
センサ１３の検出信号は制御回路１５へ送られる。

そして、制御回路１５は、エアフローメータ１６からの
吸入空気量信号と図示しない回転数センサからの信号に
もとづき基本的な燃料噴射量を演算し、これを空燃比検
出信号に応じて補正し、理論空燃比の混合比が得られる
ように気筒Ａ−Ｆに対応して設けた燃料噴射弁ａ　−ｆ
の燃料噴射量をフィードバック制御する。

他方、制御回路１５は、例えば吸入空気量信号などから
判断してエンジン軽負荷域やアイドリンク時には、前述
したように新気遮断弁５を閉じ排気還流弁１２を開くと
共に、燃料噴射弁ｄ−ｆを全閉保持する指令を出し、休
止側気筒Ｄ−Ｆへの燃料供給をカットしてその作動を停
止させる。

この場合、遮断弁５を閉じることで、稼動側気筒Ａ−Ｃ
では、絞弁２を通過した新気の全量が吸入され吸気量が
２倍になることから、これに対応して燃料噴射弁ａ　−
ｅからの噴射量も２倍にするように、回路１５内で噴射
定数が切換えられる。

これによシ、稼動側気筒Ａ−Ｃの負荷を相対的に高め、
燃費効率のすぐれた領域で作動させるのである。

このようにして、軽負荷域等で部分気筒運転を行い、燃
費の改善を図っている。

しかしながら、この従来例にあっては、通常運転（全気
筒運転）ならびに部分気筒運転（かかわらず、各気筒Ａ
−Ｆのピストン（図示しない）がクランク軸（図示しな
い）を介して互いに連動し往復動するようになっている
ため、例えば部分気筒運転時に、前述したように休止側
気筒Ｄ〜Ｆへ排気の一部を還流させれば休止側気筒Ｄ　
−Ｉｉ”におけるポンピングロスを良く低減することが
できるものの、休止側気筒Ｄ−Ｆのピスト／摺動による
機械的な摩擦損失を抑えることは困難であった。

この摩擦損失は、特にエンジン回転数が上昇するにした
がって著しく増大し、その結果出方ロスを招くという問
題があった。

また、休止側気筒Ｄ−Ｆに排気を還流させていると、排
気中に含まれるカー？ン、オイル等が圧縮、膨張をくシ
返すうちに徐々に変質、劣化して粘着性を帯びるように
なシ、これが吸排気系を汚したル、ひどいときには燃料
噴射弁等の噴射口を閉塞し、部分気筒運転がら全気筒運
転に復帰後正常な運転を阻害しかねないという心配があ
った。

この発明は、このような問題点に着目してなされたもの
で、各気筒の間にて、ピストンの動力を回転力として取
出すクランク軸を、クラッチを介して接続し、エンジン
の軽負荷域では、一部気筒への燃料供給を遮断じてその
作動を休止させると共に、これに対応するクラッチの結
合を解除して当該休止気筒におけるピストンの作動を停
止させることによシ、部分気筒運転を行い、休止気筒の
摩擦損失とポンピング損失を減らし上記問題点の解決を
図った気筒数制御エンソンの提供を目的とする。

以下、本発明を図面に基づいて説明する。第２図は、本
発明の一実施例を示す構成断面図で、４気筒エンジンに
適用した例である。

まず構成を説明すると、図中１７はエンジン本体、Ｇ−
Ｉは後述するようにエンジン軽負荷域でそれぞれ燃料噴
射弁（図示しない）からの燃料供給が速断され作動を休
止する気筒、これに対してＪは常時燃料噴射弁からの燃
料と新気とが供給され作動を継続する気筒で、これら各
気筒Ｇ−Ｊのピストン１８〜２１は各々コンロッド２２
を介してクランク軸２３に連結されている。

クランク軸２３は、ピストン１８〜２１にかかる燃焼圧
力を回転力に変換し、出力軸２４１４１１からミッショ
ン２５等を介して各部へと伝達するが、この場合クラン
ク軸２３は気筒数に対応して４分割され、各気筒Ｇ−Ｊ
の間にてそれぞれクラッチ２６〜２８を介して接続され
る４ クラッチ２６〜２８は、電磁式のものが用いられ、例え
ば第３図に示すように、ドライブ側（クランク軸２３の
出力軸２４に近い＠）の軸端に形成されたクラッチディ
スク２９に対して、トリシン側軸端のホイール３０に取
付けられたプレッシャープレート３１がスプリング３２
によって抑圧されることによシ、結合し同期回転する。

このプレッシャープレート３１の周囲に配置されたマグ
ネット３３が、制御回路３４の指令によシ通′直され励
磁されると、前記スプリング３２に抗してプレッシャー
プレー）３１が後退し、その結合が解除される。

また、この解除後プレッシャープレート３１とクラッチ
ディスク２９との結合が常に同位置で行われるように、
位置決めのためのセンサとして、　　　　　′プレッシ
ャープレー）３１の外側面に電磁ヒンクアツプ３５が、
出力軸２４に固定されたフライホイール３６の外局にク
ランク角検出器３７が設置される。

これらのセンサは、プレッシャープレート３１０回転位
置と気筒Ｊのクランク角を検出し、それぞれ信号を制御
回路３４に送る。そして、後述するクラッチ２６〜２８
の結合時には、各々対応する信号に応じて所定のクラン
ク角（相対的な角度）になると、マグネット３３への通
電が断たれる。

なお、第３図中３８はクランクヅヤーナルを示し、谷ク
ラッチ２６〜２８に瞬接して設置されるほか、クランク
クース３９の両側にも設けられる。

一方、吸気通路ｌの上流部には、エンジンの吸入空気量
を検出するエアフローメータ１６（＠負荷状態検出手段
）と、絞弁２の開度よシ加速状態を検出する絞弁開度セ
ンサ４ｏが設けられる。

この雨検出信号は、図示しない回転センサ（軽負荷状態
検出手段）からの信号（例えばイグニッションコイルか
らの点火信号）と共に、前記制御回路３４に送られる。

そして、制御回路３４は、これらの信号に基づき、軽負
荷域では気筒Ｇ〜■に対応する燃料噴射弁を順次全閉保
持し、燃料の供給を遮断すると共に、これに応じて各ク
ラッチ２６〜２８の断続を行う。

具体的には、エンジンの負荷、回転数が最小のときには
、気筒Ｇ〜■への燃料供給を全て遮断し、かつ気筒■と
Ｊの間のクラッチ２８を切離す。負荷、回転数がいくら
か上昇すると、気筒Ｇ　、　ｆｌへの燃料供給を遮断し
、前記クラッチ２８を結合する一方、気筒Ｈと■の間の
クラッチ２７を切離す。

そして、負荷、回転数がさらに上昇し、軽負荷域の上限
領域になると、気筒Ｇへの燃料供給のみ遮断し、クラッ
チ２７を結合する一方、気筒ＧとＨの間のクラッチ２６
を切離す。これにより、軽負荷域では、負荷等に応じて
１気筒から３気筒の稼動による部分気筒運転を行うと共
に、休止気筒におけるピストン１８，１９．２０の作動
が停止されるのである。

他方、軽負荷域を越える領域では、各気筒Ｇ〜Ｊへ燃料
が供給され、かつ全クラッチ２６〜２８を結合して全気
筒運転が行われる。ま九、負荷、回転数が低下すると、
上記とは逆の制御がなされる。

第４図に、負荷、回転数に対する各運転領域を示す。

なお、負荷、回転数が急激に変化した場合、例えば加速
時等には、前記絞弁開度センサ４０等からの信号に応答
して、１気筒（あるいは２気筒）運転から直接全気筒運
転へ移行させることもある。

このように構成したので、一部気筒への燃料供給が遮断
されその作動が休止する部分気筒運転時には、休止気筒
のピストンの作動も停止される。

したがって、休止気筒において、ピストン摺動による摩
擦損失の発生は防止され、また空気を吸い込むことがな
いから、ポンピングロスを解消することができる。

その結果、部分気筒運転時の出力ロスが大幅に低減され
ると共に、一層燃費の向上を図ることができる。

しかも、軽負荷域では、負荷、回転数の運転条件に応じ
て、１気筒から３気筒の部分気筒運転を行っているため
、常に稼動気筒を最も効率の良い領域で作動することが
でき、よシ燃費の改善効果は大きいのである。

なお、１気筒〜３気筒運転時では、全気筒運転時と比べ
てトルク変動が増加するが、この場合クランク軸２３に
一体形成するバランサーを適宜選定し、あるいはクラン
ク軸２３とは別にバランスシャフトを設け、駆動するこ
とによシ、これを抑制することは可能である。

またクランク軸２３を連結する各クラッチ２６〜２８の
結合時には、まず半クラツチ状態で前記位置決めを行い
、その後完全に結合してから休止気筒の作動（燃焼）を
行うようにすれば、確実となり、さらにこのときクラッ
チ２６〜２８を機械的に固定することもできる。

次に、第５図〜第７図は、本発明の他の実施例であシ、
部分気筒運転時に、休止気筒Ｇ〜工への燃料供給を遮断
する手段として、これらに対応す　　：る燃料噴射弁を
全閉保持すると同時に、当該休止気筒Ｇ−Ｉの吸排気弁
４１．４２の作動を停止し、全閉状態を保つように構成
したものである。

吸排気弁４１　、４２　　（４３、４４）は、共通カム
シャフト４５の回転によシカム４６がタペット４７を上
下し、これに応動してロッカーアーム４８が回動するこ
とにより開閉される。そして、この例では、ロッカーア
ーム４８上に取付けたブツシュ４９を、電磁アクチュエ
ータ５０の駆動（後退動作）によシレパー５１を介して
矢印の方向へ回転し、ロッカーアーム４８の支点を伸側
にずらずことによ如、その作動を停止させる。このとき
、吸排気弁４１．４２はリターンスプリング５２によシ
全閉に保たれる。

この電磁アクチュエータ５０は、休止気筒即ち気筒Ｇ−
Ｉに対応する吸排気弁４１．４２ごとに設置され、その
駆動はそれぞれ制御回路３４からの指令によシコントロ
ールされる。具体的には、例えば気筒Ｇへの燃料が遮断
され、気筒ＧとＨの間のクラッチ２６が切離されるとき
には、この休止気筒Ｇに対応する吸排気弁４１．４２が
全閉状態となるように、その電磁アクチュエータ５０に
指令が出される。気筒Ｇ〜工がすべて休止するときには
、全電磁アクチュエータ５０に指令が出され、対応する
吸排気弁４１．４２がすべて全閉状態に保たれる。

即ち、前記実施例と同じく軽負荷域では、負荷に応じて
ｌ気筒から３気筒の部分気筒運転を行うが、この際休止
気筒の吸排気弁４１．４２を全閉に保つ。これによれば
、休止気筒を新気が通シ抜けたシ、あるいは排気が奴気
側に逆流すること等防止できる。また、燃料供給系統を
一つにすることができ、気化器方式にも適用で自るとい
う利点がある。

第８図は、同じく本発明の他の実施例であシ、部分気筒
運転時に、休止気筒の吸排気弁を全閉するかわシに、各
気筒Ｇ−Ｊに対応して分割される吸気通路１の吸気マニ
ホールド５３〜５５に、ノ々タフライ製の遮断弁５６〜
５８を設置し、適時閉じるように構成している。

速断弁５６〜５８は、それぞれダイヤフラム装置５９〜
６１に連結され、制御回路３４からの指令で各々の電磁
弁６２〜６４が切換シパキュームタンク６５内の機関吸
入負圧が伝達されると全閉し、その開閉は前記吸排気弁
４１．４２と同様にコントロールされる。

このようにしても、新気および排気の流入、流出を防止
でき、もちろん燃費の向上が図れる。なお、各実施例は
、４気筒エンジンへの適用例を示したが、３気筒エンソ
ンや６気筒エンジン等にも容易に適用されることは明白
である。

以上説明した通シ、本発明によれば、各気筒のピストン
が、共通のクランク軸に連結された多気筒工ンノシにお
いて、エンノンの軽負荷状態ｔ−ｍ出する手段と、各気
筒の間でクランクの結合を解除するクラッチと、出力軸
側のクランクに対応する気筒を除く他の気筒への少なく
とも燃料供給を遮断する手段とを設け、前記軽負荷域で
クラッチを解離すると共に、結合が解除されたクランク
に対応する気筒への燃料（もしくは燃料と新気と排気）
を遮断するようにしたので、休止気筒におけるピストン
の作動を停止でき、部分気筒運転時の出力ロスを減じて
一層の燃費の改善を図ることができる。また、各気筒に
対応してクラッチを設けたので、負荷、回転数に応じて
１気筒運転から全気筒運転まで行うことができ、常に燃
焼効率を最良に維持して機関性能を高めることができる
という効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成断面図、第２図は本発明の実施
例を示す構成断面図、第３図はその部分断面図、第４図
は負荷、回転数に対して設定された各気筒数運転領域を
示すグラフ、第５図は本発明の他の実施例を示す構成断
面図、第６図の（イ）。 Ｏｏ）、第７図の０）、（ロ）はそれぞれ第５図の部分
詳細断面図と部分斜視図、第８図は同じく本発明の他の
実施例を示す構成断面図である。 ｌ・・・吸気通路、２・・・絞弁、６・・・排気通路、
１６・・・エアフローメータ、１７・・・エンジン本体
、１８〜２１・・・ピストン、２３・・・クランク軸、
２４　　　　゛・・・出力１１１．２６〜２８・・・ク
ラッチ、３４・・・制御回路、３５・・・電磁ピックア
ップ、３７・・・クランク角検出器、４１・・・・吸気
弁、４２・・・排気弁。 特許出願人　　日産自動車株式会社 第６図（イ） 第７図（イ） 第６図（ロ） 第７　図　（ロ）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　各気筒のピストンが、共通のクランク軸に連、晴さ
   れた多気筒エーンジンにおいて、エンノンの軽負荷状態
   を検出する手段と、各気筒の間でクランクの結合を解除
   するクラッチと、クラッチを介して出力め伝達が解除さ
   れ九気筒への燃料供給を遮断する手段とを設け、前記軽
   負荷域でクラッチを解離すると共に、出力伝達が解除さ
   れた気筒への燃料供給を遮断する制御回路を備えたこと
   を特徴とする気筒数制御エンジン。 ２、　クラッチは、その接続がつねに同位置で行われる
   よう位置決めの丸めのセンサを装備する特許請求の範囲
   第１項記載の気筒数制御エンジン。 ３、　クラッチは、電磁式クラッチである特許請求の範
   囲第１Ｍないし第２項記載の気筒数制御エンノン。 ４、制御回路は、出力軸側クランクから最も離れた位置
   のクラッチから負荷に応じて順々に断続し、同じく対応
   する気筒への燃料供給を遮断する特許請求の範囲第１項
   〜第３項のいずわかに記載の気筒数制御エンジン。