JPS60173328A - 可変気筒数式エンジン - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンなど
の４行程内燃機関九係り、特に１つのクランク軸を共用
する気筒数が３以上あって、そのうちの運転気筒数を必
要に応じて変えることができる可変気筒数式エンジン区
間する。

〔発明の背景〕

近年、自動車用エンジンなどにおいては、高速（高負荷
）走行時や加速運転時などの高出力を必要とする運転域
では通常の全気筒運転とし、アイドル時や減速時などの
比較的低負荷の運転域では一部の気筒の燃料をカットし
て運転気筒数を減少させた状態で′の部分気筒運転とし
、これにより実用燃費を向上させやようにした可変気筒
数式エンジンが採用されるようになってきた。

第１図はこの種の可変気筒数式エンジンの従来例を示す
概略構成図であり、３気筒４行程ディーゼルエンジンに
おける実施例を示しである。

この第１図において、１は常に運転気前とじてを上下動
するピストン、３は燃料がカットされると休止気筒とな
る気筒たとえば第２気筒、４は該気筒３のピストン、５
は常に運転気筒として作動する気筒たとえば第３気筒、
６は該気筒５のピストンであり、各気筒の爆発順序は気
筒ｌ→気筒５→気筒３である。

７は各気筒１，３，５に空気を供給する吸気管、８は各
気筒１，３．５内の排気ガスを大気へ放出する排気管、
９は気筒ｌに通じる吸気管７の開閉動作を行う吸気パル
プ、ｌＯは気筒１に通じる排気管８の開閉動作を行う排
気パルプ、１１は気筒３ｆ通じる吸気管７の開閉動作を
行う吸気パルプ、１２は、気筒３Ｔ／Ｃ通じる排気管８
の開閉動作を行う排気パルプ、１３は気筒５に通じる吸
気管７の開閉動作を行う吸気パルプ、１４は気筒５に通
じる排気管８の開閉動作を行う排気パルプである。

１５は気筒１に接続された燃料噴射管、１６は気筒３に
接続された燃料噴射管、１７は気筒３に接続された燃料
噴射管であり、これら各燃料噴射管１５．１６．１７は
図示しない噴射ポンプ圧接続され各気筒１，３．５内に
燃料を噴射するようになっている。また１８は燃料噴射
管１６に接続された電磁弁であり、負荷や回転速度など
の検出信号に基づいて自動的に、あるいは運転者の判断
に基づいてマニュアル的に切換えられるようになってい
る。電磁弁１８が開位置にある場合は、燃料は燃料噴射
管１６を通って気筒３内に噴射され、これにより気筒３
は爆発のともなう通常の運転気筒となり、電磁弁１８が
閉位置に切換えられると、燃料は電磁弁１８を介して燃
料タンク（図示せず）にリリーフされ、これにより気筒
３は燃料がカントされて爆発の起こらない休止気筒とな
る。

１９は気筒３に接続され大気と通じる開放管、２０は開
放管１９の開閉作動を行うデコンブバルブ、２１はデコ
ンプバルプ２０を駆動するシリンダー、２２はシリンダ
ー２１に接続されたエアー管、２３はエアー管２２に接
続された電磁弁であり、該電磁弁２３は前述の電磁弁１
８と同様にエンジン動力の必要度合に応じて自動あるい
はマニュアル作動される。電磁弁２３が開かれた位置に
ある場合、シリンダー２１はエアー管２１からの圧縮空
気により伸長され、このためデコンブバルプ２０は開弁
状態となり、電磁弁２３が閉位置に切換えられると、シ
リンダー２１への圧縮空気が遮断されるのでデコンプバ
ルブ２ｏは閉弁状態となる。

２４はクランク軸であり、該クランク軸２４には各ピス
トン２，４．６が連結されている。これら各ピストン２
，４．６は、第３気筒のピストン６が第１気筒のピスト
ン２に対し２４０度の位相遅れにあり、第２気筒のピス
トン４が第１気筒のピストン２に対し４８０度の位相遅
れの関係にある。

このように構成された従来の可変気筒数式エンジンは、
高速（高負荷）走行時や加速運転時などの高出力を必要
とする運転域では、電磁弁１８による燃料の中断作動は
行われず、またデコンブバルプ２０も閉じられ、気筒３
を含めた全ての気筒１．３，５は揮転気筒として作動し
３気筒運転となる。

また、アイドル時や減速時などの比較的低負荷の運転域
゛では、外部からの電気信号により′電磁弁１８を切換
えて燃料噴射管１６の燃料を中断し、これ釦より気筒３
を爆発の起こらない休止気筒とし２気筒運転とする。こ
の時、電磁弁２３にも電気信号が送られて電磁弁２３が
切換えられ、これによりエアー管２２内を流れる圧縮空
気がシリンダー２１を伸長し、デコンブバルブ２０が開
弁される。

従って、休止気前３においては、吸入行程で吸気管７と
開放管１９とから空気を吸入し、圧縮行程でこの空気を
開放管１９から大気へ排気し、爆発の起こらない爆発行
程で開放管１９がら空気を吸入し、排気行程でこの空気
を開放管１９と排気管８とから大気へ排気し、圧縮行程
と排気行程での圧縮仕事を避けるよ５てなっている。

しかしながら、上述した従来の一６Ｊ変気筒数式エンジ
ンにあっては、燃料をカットし２て気筒３を休止気筒と
した場合、大気開放するデコンプパルブ２０によって圧
縮行程と排気行程での圧縮仕事を避けることができると
いう利点を有するものの、吸入行程時に吸気管７と開放
管１９かもの、また爆発行程時圧開放’（ｆ１９からの
吸込み抵抗をそれぞれ生じ、この吸込み抵抗によるエネ
ルギ損失のためにエンジンの効率が悪（なるという欠点
があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上述した従来技術の欠点を除き、エン
ジン効率の良い可変気前数式エンジンを提供することに
ある。

〔発明の概要〕

この目的を達成するために、本発明は、１つのクランク
軸を共用する３以上の気筒のうち、１つの休止気筒の爆
発行程時に排気行程にある一方の運転気前と、前記休止
気筒の吸入行程時に排気行程にある他方の運転気筒と、
前記休止気筒との３つの気筒を連通する連結管を設け、
この連結管を通して２つの運転気前の排気ガスを１つの
休止気筒へ送ることにより、排気エネルギの回生を行え
るようにした点を特徴とする。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の実施例を図面により説明する。

第２図は本発明による可変気筒数式エンジンの一実施例
を示す概略構成図、第３図は第２図に示す可変気筒数式
エンジンに用いられるタイミング機構の概略構成図であ
る。これらの図は、クランク角の位相が順次２４０度ず
つ遅れた第１気筒ｌと第３気筒５と第２気筒３からなる
３気筒４行程ディーゼルエンジンにおける実施例を示し
、第１図に対応する部分圧は同一符号を付けである。

この第２図において、２５は気前１，３．５をそれぞれ
連通する連結管、２６は気筒ｌに通じる連結管２５の開
閉動作を行つ婢結パルプ、２７は気筒３に通じる連結管
２５の開閉動作を行う連結バルブ、２８は気筒５に通じ
る連結管２５の開閉動作を行う連結バルブであり、各連
結バルブ２６．２７．２８はそれぞれカム２９，３０．
３１によって開閉作動されるようになっている。また３
２はデコンプバルブ２０の開閉動作を行うカムであり、
各カム２９，３０，３１．３２はシャフト３３に固着さ
れている。

３４はシャフト３３に固着されシャフト３３に回転力を
付与するプーリー、３５はシャフト３３を軸支する軸受
、３６は軸受３５を上下方向に案内する軸受ガイド、３
７は軸受３５を位置決めするストンバーで、軸受３５は
後述する回転体３８の下端に固着されている。また３９
はクランク軸２４に固着されたプーリー、４ｏはタイミ
ングベルトであり、クランク軸２４かもの回転力はプー
リー３９、タイミングベルト４０．プーリー３４を介し
てシャフト３３に伝達され、シャフト３３に連動して各
カム２９，３０，３１．３２が回転するようになってい
る。

次に、各連結バルブ２６，２７．２８およびデコンプバ
ルブ２０の開閉タイミングを制御する制御装置について
説明する。

第３図において３８は前述した回転体であり、回転体３
８には支軸４１と前記のシャフト３３とが所定間隔置い
てそれぞれ軸支されている。４２は回転体３８の土端忙
連結され回転体３４を支軸４１を中心に回転駆動するシ
リンダー、４３はシリンダー４２に圧縮空気を供給する
配管、４４は配管４３に接続された電磁弁であり、該電
磁弁４４は前述の電磁弁１８に同期して自動あるいはマ
ニュアル作動される。

４５は支軸に固着されたプーリーで、該プーリー４５と
シャフト３３に固着された前記プーリー３４の直径はク
ランク軸２４に固着された前記プーリー３９の直径の２
倍であり、各グー！Ｊ　−３４。

３９．４５に前記タイミングベルト４ｏが掛設されくい
る。また４６はスプリング４７を具備したテンションプ
ーリーで、タイミングベルト４ｏはテンションプーリー
４６から０弾発力により常に張力が付与されている。

このように構成されたタイミング機構において、クラン
ク軸２４の回転力は各プーリー３９．３４゜４５とタイ
ミングベルト４０とを介してシャフト３３と支軸４１と
に伝達され、両プーリー３４゜４５の直径がプーリー３
９の直径の２倍であるため、クランク軸２４が２回転す
るとシャフト３３と支軸４１はそれぞれ１回転する。支
軸４１には図示しないが各吸気バルブ９，１１．１３と
各排気バルブ１０，１２．１４とを駆動するカムが設け
であるので、該カムにより各気筒１，３．５は所定の行
程で吸気動作と排気動作を行う。

一方、シャフト３３にはカム２９，３０，３１゜３２が
設けであるが、これら各カム２９，３０゜３１．３２は
回転体３８の位置により連結バルブ２６．２７．２８お
よびデコンプバルブ２ｏを開閉駆動する場合とそうでな
い場合とがある。すなわち、電磁弁４４が閉じられて圧
縮空気がシリンダー４２に供給されない時、回転体３８
はシリンダー４２に吸引されて第３図において支軸４１
を中心に時計回り方向へ回転し、回転体３８に軸支され
たシャフト３３は上方に位置する。シャフト３３が上方
位置にある場合、各カム２９，３０゜３１．３２は各連
結バルブ２６，２７，２８、デコンブバルブ２０と接触
せず、このため各連結バ＃２２６，２７．２８とデコン
プパルブ２ｏは自身のばね手段により常時閉弁状態とな
る。

反対に、電磁弁４４が開かれて圧縮空気が配管４３を通
してシリンダー４２に供給されるとシリンダー４２は伸
長され、これにより回転体３８は支軸４１を中心釦下方
（第３図において反時計回り方向）へ回転し、シャフト
３３は軸受３５がストッパー３７と当接する位置まで下
降する（第２図参照）。このようにシャフト３３が下降
位置にある場合、各カム２９，３０，３１．３２は各連
結バルブ２６．２７．２８、デコンプバルプ２゜と接触
し、これら連結バルブ２６，２７．２８とデコンプバル
ブ２０はクランク軸２４の２回転につき１回転する各カ
ム２９，３０，３１．３２によって各気筒１，３．５の
所定の行程時に開閉される。

第４図は各気筒１，３．５における各連結バルブ２６，
２７．２８の開閉タイミングを示す説明図であり、斜線
部分は連結バルブの開放状態を示している。

この第４図から明らかなように、連結バルブ２６は気筒
（第１気筒）１が排気行程にある時のみカム２９釦より
開放され、それ以外の各行程時は閉じられている。同様
に、連結バルブ２８は気前（第３気筒）５が排気行程に
ある時のみカム３１により開放され、それ以外の各行程
時は閉じられている。一方、連結バルブ２７は気筒（第
２気筒）３が吸入行程と爆発行程にある時カム３０によ
り開放され、それ以外の排気行程とＥＥ締縮行程時閉じ
られている。従って、気１ｉ［１と気筒３は、気筒ｌが
排気行程にある時に吸入行程にある気筒３と連通し、気
筒３と気筒５は、気筒３が爆発行程にある時に排気行程
にある気筒５と連通ずる。

また、第４図にはデコンプバルプ２０の開閉タイ。ミン
クは示されていないが、デコンプパルプ２０はカム３２
により気ｎ１）３が排気行程と圧縮行程にある時に開か
れ、吸入行程と爆発行程にある時に閉じられる。

次に、上述した構成の作用について説明する。

？ｒ１出力を必要とする運転域では、電磁弁４４は閉じ
られ、圧縮空気がシリンダー４２に供給されないので回
転体３８およびシャフト３３は上方位置にある。シャフ
ト３３が上方位置にあると各カム２９，３０，３１．３
２は各連結バルブ２６゜２７．２８、デコンプバルプ２
０と非接触の状態になるため、各連結バルブ２６，２７
，２８およびデコンプバルプ２０は常時閉弁状態となる
。この時、電磁弁１８による燃料の中断作動も行われず
、このためかかる運転域では気筒３を含めて全ての気筒
１，３．５は運転気筒となり、３気筒運転となる。

一方、比較的低負荷の運転域では、電磁弁１８を切換え
て燃料を燃料タンクへリリーフすることにより燃料噴射
管１６の燃料をカットし、これにより気筒３を爆発の起
こらない休止気筒とし、かかる運転域では気筒１と気筒
５のみの２気筒運転とする。この時、電磁弁４４にも前
述の電磁弁１８Ｔ／Ｃ同期して信号が送られ、これによ
り電磁弁４４が開かれ配管４３を通してシリンダー４２
に圧縮空気が供給される。するとシリンダー４２は圧縮
空気によって伸長され、回転体３８は支軸４１を支点と
して下方へ回転し、シャフト３３は第２図に示す位１角
まで下降される。なお、クランク軸２４側のプーリー２
４とシャフト３３側のブー　リ−３４間の距離は回転体
３８の回転にともなって変化するが、テンションプーリ
ー４６からの弾発力によってタイミングベルト４０に常
に張力が作用するよつ圧なっているため、回転体３８の
回転角度に拘らずプーリー３９の回転力を各プーリー３
４．４５に確実に伝達できる。

このように運転気筒数を減少させて２気筒運転とした場
合、一方の運転気筒５が排気行程にある時、休止気筒３
は爆発の起こらない爆発行程にあり、これら行程中、両
連結ノ（ルブ２７，２８は両カム３０．３１によってそ
れぞれ開放され、休止気筒３と運転気筒５は第２図に示
すように連結管２５を介して連通される。このため、運
転気筒５の排気ガスは連結管２５を通って休止気筒３Ｖ
Ｃ送られ、休止気筒３に送られた排気ガスは爆発行程に
あるピストン４を押し下げる力として作用する。

つまり、運転気筒５の排気エネルギの回生が休止気筒３
にて行われる。なお、この時、デコンプノくルブ２０は
カム３２により閉じられた状態となっており、また、他
方の運転気筒ｌは吸入もしくは圧縮行程にあるため、連
結バルブ２６はカム２９により閉じられている。

次に、運転気筒ｌが排気行程にある時、休止気筒３は吸
入→圧縮行程となり、運転気筒ｌの排気行程時と休止気
筒３の吸入行程時に内連結パルプ２６．２７は両カム２
９．３０によってそれぞれ開放され、運転気筒ｌと休止
気筒３は連結管２５を介して連結される。このため、運
転気筒ｌの排気ガスが連結管２５を通って休止気筒３に
送られ、今度は運転気筒１の排気エネルギの回生が行わ
れる。この時、デコンプバルブ２０は閉じられた状態と
なっており、運転気筒５は圧縮もしくは爆発行程にある
ため連結バルブ２８は閉じられている。

従って、休止気筒３においては、吸入行程で運転気筒１
の排気ガスによりピストン４を押し下げ、圧縮行程でこ
の排気ガスを開放管工９から大気へ排気し、爆発行程で
運転気筒５の排気ガスによりピストン４を押し下げ、排
気行程でこの排気ガスを開放管１９と排気管８とから大
気へ排気する。

このように構成された一実施例にあっては、連結バルブ
２６，２７．２８およびデコンプパルブ２０の開閉動作
をカム２９，３０，３１，３２により行い、これらカム
２９，３０，３１．３２の回転動作を各プーリー３４．
３９．４５とタイミングベルト４０を介してクランク軸
２４の回転（より制御するよう構成したため、複雑な制
御回路が不要となり、開閉タイミングも確実なものとな
る。また、テンションプーリー４６を用いてタイミング
ベルト４０に常に張力が付与されるよう構成したため、
クランク軸２４側のプーリー３９とシャフト３３側のプ
ーリー３４間の距離が変動しても、クランク軸２４σ、
）回転力をシャフト３３に確実に伝達できる。

なお、上記実施例は３気筒４行程ディーゼルエンジンを
代表して説明したが、本発明は１つのクランク軸を共用
する気筒の数が３以上ある４行程内燃機関（ガソリンエ
ンジンも含む）に適用可能である。例えば４気筒４行程
内燃機関の場合、第５図に示すように、第２気筒を休止
可能な気筒で残りの気筒を常に運転気筒とし、吸入行程
にある第２気筒と排気行程にある第１気筒とを、ならび
に爆発行程にある第２気筒と排気行程にある第４気筒と
をそれぞれ組合せることにより、全気筒な運転気筒とし
た４気筒運転と、第２気筒を休止させた３気筒運転との
２通りの運転が可能になる。

また６気筒４行程内燃機関の場合、全気前のうち２つの
気筒を休止可能な休止気前とし、それぞれの休止気筒に
該休止気筒が爆発行程と吸入行程にある時に排気行程と
なる２つの運転気前を組合せれば、４つの運転気筒の排
気エネルギの回生な２つの休止気筒を介して行う５こと
ができ、この場合は６気筒運転と４気筒運転の２通りの
運転となる。

また、１記実施例では連結バルブ２６，２７゜２８とデ
コンプバルプ２０の開閉タイミングを各プーリー３４．
３９．４５やタイミングベルト４０、ならびに各カム２
９，３０，３１．３２などを用いて機械的に行う構成に
ついて説明したが、クランク軸角度を検出する回転検出
センサや該回転検出センサからの検出信号に基づいて駆
動される電磁弁などを用い、電気的に連結パルプ２６゜
２７．２８とデコンブバルブ２０の開閉タイミングを制
御するようにしても良い。

〔発明の効果〕

以上説明したよって１本発明によれば、燃料を中断して
休止可能な気筒を休止気筒とした運転時において、休止
気筒に連結した２つの運転気筒の排気エネルギを、休止
気筒の吸入行程時と爆発行程時にそれぞれ回生できるた
め、従来技術に比べてはるか忙エンジン効率が良い可変
気前数式エンジンを提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の可変気筒数式エンジンの一例を示す概略
構成図、第２図は本発明に係る可変気筒数式エンジンの
一実施例を示す概略構成図、第３図は第２図に示す可変
気筒数式エンジンに用いられるタイミング機構の概略構
成図、第４図は第２図に示す可変気前数式エンジンにお
ける連結バルブの開閉タイミングを示す説明図、第５図
は他の実施例における連結パルプの開閉タイミングを示
す説明図である。 １．５・・・・・・気筒（運転気筒）、３・・・・・・
気ｆ３（休止気筒）、２，４．６・・・・・・ピストン
、７・・・・・・吸気管、８・・・・・・排気管、９，
１１．１３・・・・・・吸気バルブ、１０，１２．１４
・・・・・・排気バルブ、１５゜１６．１７・・・・・
・燃料噴射管、１８．４４・・・・・・電磁弁、１９・
・・・・・開放管、２０・・・・・・デコンプバルブ、
２４・・・・・・クランク軸、２５・・・・・・連結管
、２６゜２７．２８・・・・・・連結パルプ、２９，３
０，３１゜３２・・・・・・カム、３３・・・・・・シ
ャフト、３４，３９゜４５・・・・・・プーリー、３５
・・・・・・軸受、３６・・・・・・軸受ガイド、３７
・・・・・・ストッパー、３８・・・・・・回転体、４
０・・・・・・タイミングベルト、４１・・・・・・支
軸、４２・・・・・・シリンダー、４３・・・・・・配
管、４６・・・・・・テンションブーＩＪ−，４７・・
・・・・スプリング。 代理人　弁理士　武　顕次部 第３図 第４図 クランク内 第５図 クフンＺＰ：Ｉ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃料噴射の中断が可能で少なくとも圧縮行程時に気筒内
   を大気へ開放するデコンプバルプを備えた休止可能な気
   筒と、該気前を含み１つのクランク軸を共用する他の気
   筒との合計数が３以上となっている４行程内燃機関であ
   って、前記休止可能な気筒を休止させることにより運転
   気筒数を減少させる可変気筒数式エンジンにおいて、１
   つの休止気筒の爆発行程時に排気行程にある一方の運転
   気前と、前記休止気筒の吸入行程時に排気行程にある他
   方の運転気筒と、前記休止気筒との３つの気筒を連通ず
   る連結管を設け、かつ該連結管の開閉動作を行う連結バ
   ルブと、該連結バルブおよび前記デコンブバルブの開閉
   タイミングを制御する制御装置とを設けたことを％徴と
   する可変気筒数式エンジン。