JPH03194127A - サイクル可変エンジン - 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） 本発明はエンジンの回転数及び負荷の変化に応じて２サ
イクル運転と４サイクル運転とを切換えるサイクル可変
エンジンに関し、特に、２サイクル運転時の吸気をター
ボチャージャにより過給するサイクル可変エンジンに関
する。

（従来の技術） 通常のピストン往復式エンジンはピストンの１往復、す
なわちクランク軸１回転にて吸入、圧縮、爆発、排気の
行程を行なう２サイクルエンジンと、ピストンの２往復
、すなわちクランク軸２回転の間に前記の４行程を行な
う４サイクルエンジンとに大別される。

そして、２サイクルエンジンではシリンダスリーブの下
方に吸気ボート（吸気口）を配置し、ピストンの下降時
に圧送された空気により、吸入と排気とを同時に平行し
て行い、クランク軸の１回転毎に爆発が行われるため、
出力軸の回転変動が少なく、高トルクを発生することか
できる。

一方、４サイクルエンジンでは、吸入と排気とがそれぞ
れ独立した行程にて行われるので、充分にガス交換され
るため２サイクルエンジンに比して、特にエンジン回転
速度が高速時における燃料消費率が少ないという利点が
ある。

そこで、エンジンの回転数と負荷との状態に応じて、エ
ンジンの作動サイクルを２サイクルと４サイクルとの間
で可変することのできるサイクル可変エンジンが提案さ
れている。このようなサイクル可変エンジンの一例とし
ては、シリンダスリーブの外周面に吸気ボートを開閉す
るスリーブ弁を設け、該スリーブ弁をリンク等の機構を
介して電磁ソレノイドにより駆動し、該吸気ボートを必
要に応じ開閉するサイクル可変エンジンが、本願出願人
により既に特願平１−１１．２５０７号として出願され
ている。

ところで、２サイクル作動時には、排気ガスを吸気によ
り掃気しなければならないため、排気圧力より吸気圧力
の方が常に高圧力でなければならない。よりて、サイク
ル可変エンジンにおいても吸気圧縮手段を設けなければ
ならないが、ピストンの往復運動によりクランクケース
に吸入した吸気を圧縮する装置は、エンジンの潤滑が困
難であり、特に燃料にアルコールを使用した場合には潤
滑を殆どなしえないという問題がある。

また、ルーツブロアによる吸気圧縮装置はエンジンの出
力軸により該圧縮装置を駆動するためエンジンの実効出
力が低下し、更に、圧縮装置自体が大型化するため、外
形寸法及び重量がエンジン全体に大きな割合を占めると
いう問題がある。

そこで、これら問題を解決する圧縮装置として、ターボ
チャージャが挙げられる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、ターボチャージャにおいても、低回転時
には排気ガスの排出量が減少し、有効に吸気を過給でき
ないという問題がある。

そこで、該ターボチャージャの回転軸に回転電機を接続
し、該回転電機を電動機作動させ、過給動作を付勢する
ことが考えられるが、低回転時には発電機による発電電
力が小であるためバッテリ容量が膨大なものになるとい
う問題がある。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は、アイドリング等の低回転時においても、バ
ッテリを大型化することなく、ターボチャージャの回転
軸に接続した回転電機を電動機作動させ、有効に過給す
ることのできるサイクル可変エンジンを提供することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明によれば、エンジンの回転数と負荷との状態に応
じてエンジンの作動サイクルを４サイクル及び２サイク
ルのいずれかに切換えるサイクル可変エンジンにおいて
、該エンジンのフライホイルに連結され該フライホイル
の回転力により発電する発電手段と、上記エンジンの排
気により駆動され吸気を過給するターボチャージャと、
該ターボチャージャの回転軸に設けられた回転電機と、
上記排気圧力を検知する排気圧センサと、過給圧を検知
する過給圧センサと、上記２サイクル作動時でありかつ
排気圧より過給圧が低圧時に上記発電手段からの発電電
力を上記回転電機に供給し上記ターボチャージャの過給
作動を付勢する制御手段とを有することを特徴とするサ
イクル可変エンジンが提供される。

（作用） 本発明では、低速回転時においても外周部の周速が大で
あるフライホイルに連結された発電機により、エンジン
が低速回転時においても充分に発電し、該発電機からの
発電電力をターボチャージャの回転軸に連結された回転
電機に供給し、該回転電機を電動機作動させ、吸気の過
給動作を付勢する。

（実施例） 次に、本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。

第２図は、第１図の１１−　ＩＩ断面図であり、シリン
ダスリーブの下方に設けられたスリーブ弁の構造を示す
ものである。

第３図は、フライホイル周辺部の詳細図である。

これらの図面において、シリンダ１の内壁にはシリンダ
スリーブ１１が設けられ、ピストン２の下死点位置にお
けるピストンヘッド２１の上部近傍に対応するシリンダ
スリーブ１１の周壁には複数個の吸気ボート１２が穿設
されている。

そして、これらの吸気ボート１２は吸気管１３からの吸
気が、シリンダ１の内部へ旋回して吸入されるように傾
斜して開口されている。

該吸気管１３には、後述するターボチャージャ７により
過給された吸気の過給圧を検出する過給圧センサ１３が
配設されている。

また、ピストン２は図示しないクランクシャフトを介し
てフライホイル２２を回転駆動する。該フライホイル２
２の外周部には所定の間隔で、かつ極性が交互になるよ
うに可動永久磁石が周設されている。そして該フライホ
イル２２の外周に周設された複数個の可動永久磁石９と
対向する位置に固定子２３が配設されている。該固定子
２３は磁性体と該磁性体に捲設された誘導コイルとから
構成されており、フライホイル２２が回転すると、固定
子２３の磁性体を通過する磁束が変化し、よって誘導コ
イルに電力が誘導される。つまり、フライホイル２２と
固定子２３とは発電機を構成する。

３はスリーブ弁であり、上述の吸気ボート１２の開口部
分を覆って、シリンダスリーブ１１の外周に嵌合し、外
周方向に回動するように帯状に形成されたものである。

そして、複数個の吸気ボート１２に対応する開口３１が
穿設されるとともに、該スリーブ弁３をシリンダスリー
ブ１１外周の円周方向に所定角度回動すると、隣接する
互いの開口３１との間の部分が吸気ボート１２を塞ぎ、
吸気ボート１２０通気を遮断するように形成されている
。

尚、３２は永久磁石であり、スリーブ弁３の所定の２位
置に設けられている。

４１及び４２はスリーブ弁の回動手段となる固定電磁石
であり、２個の永久磁石３２に各々対向している。

但し、第２図に示すように、固定電磁石４２が励磁され
、固定電磁石４２と永久磁石３２の一方とが対向してい
る場合には吸気ボート１２と開口３１とが一致しており
、かつ固定電磁石４１と永久磁石３２の他方とは完全に
対向していない。

逆に、固定電磁石４１が励磁され、固定電磁石４１と永
久磁石３２の他方とが完全に対向する場合には、吸気ボ
ート１２はスリーブ弁３によって閉鎖され、かつ固定電
磁石４２と一方の永久磁石３２とは対向しなくなる。

５は吸気バルブであり、シリンダ１の上方に設けられ、
吸気管１４からの吸気をエンジンの作動に応じてシリン
ダ１に導くものである。尚、吸気バルブ５の開閉駆動は
上部に配置された電磁バルブアクチュエータ５１により
制御される。

６はシリンダ１の上方に設けられた排気バルブであり、
エンジンの排気過程における排気ガスを排気管１５に導
くものである。該排気バルブ６の開閉駆動は上部に配置
された電磁バルブアクチュエータに６１により制御され
る。

そして、該排気管１５には排気ガスの圧力を検出する排
気圧センサ１７が配設されている。

尚、上記電磁バルブアクチュエータ５１及び電磁バルブ
アクチュエータ６１はそれぞれ、吸気バルブ５及び排気
バルブ６に連結している可動磁極と、エンジン側に固定
された固定電磁石とを備え、該可動磁極と固定電磁石と
の間に作用する電磁力により吸排気バルブを駆動するも
のである。

そして、該固定電磁石への制御指令は後述するコントロ
ーラ８から発令される。

７はターボチャージャであり、内部には図示しないがタ
ービン、回転電機、コンプレッサとを同軸上に備えてい
る。排気管１５から排出される排気ガスエネルギーによ
り駆動されるタービンのトルクにてコンプレッサが駆動
され、２サイクルエンジンとして稼動する際には吸気管
１３を、４サイクルエンジンとして稼動する際には吸気
管１４を介してシリンダ１に過給気を圧送する。

コントローラ８はマイクロコンピュータからなり、演算
処理を行う中央制御装置、演算処理手順や制御手順など
を格納する各種メモリ、入／出力ボートなどを備えてお
り、上記過給圧センサ１６及び排気圧センサ１７の他、
クランク軸の回転数を計測してエンジンの回転数を検出
する回転センサ、エンジンへの燃料供給量を検出してエ
ンジン負荷を検知する負荷センサ、クランク角度を検出
してピストン位置を検知する位置センサからの信号が人
力されると所定の演算処理が行われ、格納されている制
御手順に基づき、固定電磁石４１及び固定電磁石４２、
電磁バルブアクチュエータ５１及び電磁バルブアクチュ
エータ６１、ターボチャージャ７の回転電機などに制御
指令が発せられるよう構成されている。

次に、このように構成された本実施例の作動を説明する
。

回転センサにより検知されるエンジン回転数が所定回転
数以下であり、かつ負荷センサにより検知されるエンジ
ン負荷が所定負荷以上である場合には、コントローラ８
はエンジンの作動サイクルとして２サイクルを選択する
。

すると、電磁バルブアクチュエータ５１への信号出力を
中止し吸気パルプ５の作動を停止させると共に、電磁バ
ルブアクチュエータ６１への制御信号を２サイクルモー
ド、すなわちエンジンの１回転毎に開閉するモードに切
換える。

そして、固定電磁石４２を励磁し吸気ボート１２を開状
態とする。

２サイクル作動時は低速運転でも排気ガスの排出量が大
であるためターボチャージャ７を駆動することができる
が、ごく低速状態では充分にターボチャージャ７を駆動
することができない。

該状態では、排気圧センサ１７により検出される排気圧
より過給圧センサ１６により検出される過給圧の方が低
圧力になる。すると、シリンダ１１ 内を掃気することができなくなるため、固定子２３から
の発電電力をターボチャージャ７の回転電機に供給し、
該回転電機を電動機作動させ過給動作を付勢し過給圧を
上昇させる。

ところで、フライホイル２２は大径であるため低速回転
時においても外周部の周速が大であり固定子２３から充
分な発電電力を取出すことができる。

そして、エンジンの回転数が上昇し、排気管１５からの
排気ガスエネルギがターボチャージャ７を稼動するのに
充分な量まで増加すると、コントローラ８は回転電機へ
の電力供給を停止する。

このとき、固定子２３からの発電電力をバッテリに充電
してもよく、また固定子２３を無負荷状態にし、フライ
ホイルへの制動力を低減させてもよい。

更に、エンジンの回転速度が上昇し、排気ガスエネルギ
が過給に要するエネルギ量を越えると、コントローラ８
は回転電機に負荷を接続し、発電機として作動させるこ
とのより排気ガスエネルギ　２ の余剰分を電気エネルギに変換する。該変換された電気
エネルギはバッテリに充電される。

ところで、フライホイル２２による発電は、上記可動永
久磁石９と固定子２３による構成の他、第４図に示す構
成でもよい。

第４図は、他の発電装置を示す構成図である。

２４は回転式の発電機でありフライホイル２２の外周と
ベルト２５を介して連結されており、該フライホイル２
２の回転力により駆動され発電電力をコントローラ８へ
供給するものである。尚、本図はベルト２５を介して連
結する構成を示しているが、フライホイル２２の外周に
歯車を設け、発電機２４を直接噛合させてもよい。

以上、本発明を上述の実施例によって詳細に説明したが
、本発明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、こ
れらの変形を本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、フライホイルと連結された発電機によ
り、エンジンが低速回転時においても充分に発電し、該
発電機からの発電電力をターボチャージャの回転軸に連
結された回転電機に供給し、該回転電機を電動機作動さ
せ、吸気の過給動作を付勢するので、２サイクル作動時
においても極低速運転が可能なサイクル可変エンジンを
提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第
２図は、Ｉｆ　−Ｉｆ断面図、第３図は、フライホイル
周辺部の詳細図、第４図は、他の発電装置を示す構成図
である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、３・・・スリー
ブ弁、７・・・ターボチャージャ、８・・・コントロー
ラ、９・・・可動永久磁石、１１・・・シリンダスリー
ブ、１２・・・吸気ボート、１３・１４・・・吸気管、
１６・・・過給圧センサ、１７・・・排気圧センサ、２
３・・・固定子。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）エンジンの回転数と負荷との状態に応じてエンジ
   ンの作動サイクルを４サイクル及び２サイクルのいずれ
   かに切換えるサイクル可変エンジンにおいて、該エンジ
   ンのフライホイルに連結され該フライホイルの回転力に
   より発電する発電手段と、上記エンジンの排気により駆
   動され吸気を過給するターボチャージャと、該ターボチ
   ャージャの回転軸に設けられた回転電機と、上記排気圧
   力を検知する排気圧センサと、過給圧を検知する過給圧
   センサと、上記２サイクル作動時でありかつ排気圧より
   過給圧が低圧時に上記発電手段からの発電電力を上記回
   転電機に供給し上記ターボチャージャの過給作動を付勢
   する制御手段とを有することを特徴とするサイクル可変
   エンジン。
2. （２）上記発電手段は、上記フライホイルの外周部に周
   設された可動永久磁石と、該可動永久磁石と対向し誘導
   コイルを有する固定子とからなることを特徴とする請求
   項（１）記載のサイクル可変エンジン。
3. （３）上記発電手段は、上記フライホイル外周部に連結
   された発電機からなることを特徴とする請求項（１）記
   載のサイクル可変エンジン。