JPH0413388Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は吸気通路に機械式過給機を備え、且つ
一部の気筒の吸気弁を停止させることにより減筒
運転を可能にした内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

機関の回転軸に電磁クラツチを介して連結され
た機械式過給機を備え過給機をバイパスするバイ
パス通路を形成した内燃機関は、例えば特開昭56
−167817号公報等により知られている。バイパス
通路に設けられたバイパス制御弁を負荷に応じて
開閉することにより、低負荷時には過給機の駆動
損失をなくし、高負荷時には過給による高出力を
得ることができ、然もバイパス制御弁の切換が瞬
間的にできるので加速時の応答性が優れている機
関を提供できる。

又、運転状態に応じて一部の気筒の吸気弁を停
止させ、従つてその一部の気筒の作用を実質的に
停止させることも公知であり、そのような弁停止
機構は数多く見られるが、特公昭55−42248号公
報、同55−42249号公報、同55−42250号公報等に
記載されている。さらに本願出願人は実願昭59−
120916号において二分割二ツ折れ式ロツカーアー
ムからなる弁停止機構を提案している。

又、排気過給機を備えた内燃機関において一部
の気筒へ空気が供給されないようにした例が特公
昭55−164739号公報に記載されている。又、排気
過給機と複吸気弁を組み合わせた例が特公昭58−
172422号公報に記載されている。

〔考案が解決しようとする問題点〕

排気過給機ではほぼ常時過給された状態にある
が加速時にタービンの回転数が上昇して十分な過
給効果が得られるまでに時間がかかることが認め
られているが、機械式過給機では上述したように
バイパス制御弁の開閉により任意に過給と無過給
状態に切換えることができるという利点があり、
しかも切換え後のレスポンスが非常に良いという
利点がある。このために、無過給状態から過給状
態に切換える場合に急激なトルクの変化によつて
シヨツクを生じ、運転感覚が悪くなることがあ
る。一方、通常走行時に相当する機関部分負荷域
における燃費の改善は今日の重要な課題の一つで
あり、このために一部の気筒の吸気弁を休止させ
てその気筒の作用を休止させ、或いは複吸気弁機
関の一方の吸気弁を休止させたりする技術が開発
されるに至つたものである。このように過給領域
を制御できる機械式過給機と吸気弁休止機構とを
組み合わせれば、部分負荷域において大きな燃費
の改善を図ることができるとともに加速時や全負
荷時には応答性よく高出力を得ることができる。
ところが、簡便に考えられるように、吸気弁休止
状態から一気に全吸気弁作動且つ過給状態にする
と、トルク変化が急激になりすぎてシヨツクが大
きくなりすぎるという問題が発生した。従つて、
加速に際してはトルクの立上がりは急でなければ
ならないが、然もトルクの立上がりは滑らかでな
ければならない。さらに全気筒運転時に適正な過
給圧が得られるように過給機の容量や増速比を選
ぶと、減筒運転時には過過給となつてしまい、ノ
ツキングの発生等の機関に好ましくない現象が発
生する。

〔問題点を解決するための手段〕

上記問題点を解決するために、本考案による機
械式過給機付内燃機関は、機関の回転軸に電磁ク
ラツチを介して連結された機械式過給機を備え、
該電磁クラツチは多段に増速比を切換える機構を
有し、さらに一部の吸気弁を休止させる機構を備
え、機関負荷が第１の設定値を越えた時吸気弁の
一部を休止するとともに前記電磁クラツチの低速
段を使用し、機関負荷が前記第１の設定値より高
い第２の設定値を越えた時吸気弁の全てを作動す
るとともに前記電磁クラツチを解放し、さらに機
関負荷が前記第２の設定値より高い第３の設定値
を越えた時吸気弁の全てを作動するとともに前記
電磁クラツチの高速段を使用するよう構成したこ
とを特徴とする。

〔実施例〕

以下本考案の実施例について説明する。

機関本体２は公知のようにピストン４を有し、
ピストン４はコネクテイングロツド６によりクラ
ンクシヤフト８に結合されている。クランクシヤ
フト８にはクランクプーリ１０が取付けられてい
る。機関本体２の燃焼室１２には、吸気通路１４
及び排気通路１６が連通され、それぞれに吸気弁
１８及び排気弁２０が配置される。又、図に示さ
れていないが点火栓が設けられる。

吸気通路１４は公知のように吸気管、吸気マニ
ホールド、吸気ポートにより形成され、本考案に
おいてはその上流側から順にエアクリーナ２２、
エアフローメータ２４、スロツトル弁２６、過給
機２８、サージタンク３０、燃料噴射弁３２が配
置される。過給機２８は二葉状のロータ３４を有
するルーツポンプにより構成され、一方のロータ
３４のロータシヤフト３６には電磁クラツチ３８
が取付けられる。電磁クラツチ３８のプーリ部と
クランクプーリ１０とがタイミングベルト４０に
より連結され、従つて過給機２８が機関により機
械的に駆動される。過給機２８はベーンポンプ等
により構成されることもできる。

本考案による電磁クラツチ３８は増速比を２段
に切換えることができるように構成されており、
その詳細が第２図に示されている。第２図におい
て、ロータシヤフト３６には径の異つた２個のプ
ーリ３８ａ，３８ｂがそれぞれ軸受３８ｃ，３８
ｄを介して取付けられ、両プーリ３８ａ，３８ｂ
間において、ロータシヤフト３６にはホルダ３８
ｅが固着される。ホルダ３８ｅの外周部にはさら
にゴム等のリング状弾性体３８ｆを介して永久磁
石からなるクラツチ板３８ｇが取付けられる。弾
性体３８ｆの変形許容性により、クラツチ板３８
ｇはプーリ３８ａ，３８ｂのいずれかに係合され
ることができる。プーリ３８ａ，３８ｂが前述し
たクランクプーリ１０に連結されることは明らか
であろう。そして、過給機本体から延びるサポー
ト部材３８ｈにはソレノイド３８ｉが取付けら
れ、このソレノイド３８ｉは通電制御に応じてそ
の極性を変えることができることができるように
なつており、従つて、永久磁石からなるクラツチ
板３８ｇを引き付けてプーリ３８ｂに係合させ、
或いはクラツチ板３８ｇを反撥させてプーリ３８
ａに係合させることができる。プーリ３８ａが高
速段を形成し、プーリ３８ｂが低速段を形成す
る。

本考案においては、第１図に示されるように、
過給機２８をバイパスして、吸気通路１４にバイ
パス通路４２が接続される。このバイパス通路４
２の上流側の接続部はスロツトル弁２６と過給機
２８との間にあり、下流側の接続部は過給機２８
とサージタンク３０との間にある。バイパス通路
４２の途中にはバイパス制御弁４４が配置され、
これは負圧作動ダイヤフラムアクチユエータ４６
により作動される。即ち、バイパス制御弁４４が
連結されたダイヤフラム４６ａの両側に負圧室４
６ｂと大気圧室４６ｃとが形成され、負圧室４６
ｂ内のばね４６ｄがダイヤフラム４６ａを付勢し
ている。よつて、負圧室４６ｂに負圧を導入する
ことによりバイパス制御弁４４を開くことができ
る。負圧の導入は図示しないチエツク弁を介して
吸気通路１４に連結されたバキユームタンク４８
から、三方電磁弁５１を介して行われ、三方電磁
弁５１が制御手段５０により通電を制御される。
三方電磁弁５１及びアクチユエータ４６により、
バイパス制御弁４４は機関の負荷に応じて負荷が
予め定められた値より大きいときに閉じられ、電
磁クラツチ３８はバイパス制御弁４４が閉じられ
る前に所定の負荷で継がれている。従つて、バイ
パス制御弁４４を閉じることにより過給機２８の
実質的な過給が開始され、バイパス制御弁４４が
開かれているときは、電磁クラツチ３８が継がれ
て過給機２８されていてもバイパス通路４２から
圧力が逃げるので過給機２８には実質的な負荷は
かからないことになる。

本考案においては、機関本体２の吸気弁１８を
休止させる機構が設けられており、弁休止機構は
第３図及び第４図を参照して次に説明される電磁
弁５２を介して制御手段５０により制御される。
尚、第１図に示す実施例においては弁休止機構は
例えば４気筒機関の２気筒の吸気弁１８に適用さ
れ、残りの２気筒の吸気弁は機関に同期して常時
駆動される。吸気弁１８が休止されたきにはその
吸気弁は閉じ続けられることになり、そのときに
関連する燃料噴射弁３２からの燃料供給も停止さ
れ、従つてその気筒では燃焼作用が行われなくな
り、機関の運転は残りの気筒のみによつて行われ
る。この明細書ではこの状態を減筒運転という。
これに対して、全ての吸気弁１８が機関に同期し
て作動され、同様に全ての気筒に燃料が供給され
る運転状態を全筒運転という。又、吸気弁休止機
構は各気筒に吸気弁を２個備えた多吸気弁機関に
適用されることもでき、この場合、各気筒の一方
の吸気弁が休止されることができる。この状態と
前記減筒運転を含めて、この明細書では部分休筒
運転と呼ぶ。以下は主に減筒運転について説明さ
れているが、これは部分休筒運転についてあては
まる。

第３図及び第４図において、１８ａは休止され
るべき吸気弁１８のバルブステムを示し、バルブ
ステム１８ａはロツカシヤフト５４に回動可能に
支持されたロツカアーム５６により駆動されるよ
うになつている。１８ｂはバルブリターンスプリ
ング、１８ｃはスプリングリテーナ、５８は公知
のカムである。ロツカアーム５６は共通の連結ピ
ン６０に回動可能に取付けられた２つのアーム部
分５６ａ，５６ｂからなる。第１のアーム部分５
６ａと第２のアーム部分５６ｂとの対向表面を貫
通してロツク手段が形成される。即ち、第１のア
ーム部分５６ａにはシリンダボア６２が形成され
てそこに段付ピストン６４が挿入され、第２のア
ーム部分５６ｂにはシリンダボア６６が形成され
てそこにロツクピン６８が挿入されるとともにば
ね７０によつて第１のアーム部分５６ａの方向に
付勢されている。第１のアーム部分５６ａのシリ
ンダボア６２は連通路７２により中空ロツカシヤ
フト５４内の油圧通路７４に連通され、この油圧
通路７４は前述した電磁弁５２を介してポンプを
含む圧油供給源７６に接続される。従つて、電磁
弁５２の通電制御を行うことにより吸気弁休止機
構を制御することができる。即ち、第１のアーム
部分５６ａのシリンダボア６２に油圧を作用させ
ることによりピストン６４が２つのアーム部分５
６ａ，５６ｂの接合面まで達し、従つてこれに押
されて、ロツクピン６８が前記接合面まで後退す
る。これらのアーム部分５６ａ，５６ｂにカム５
８の力が加わると、これらのアーム部分５６ａ，
５６ｂにカム５８の力が加わると、これらのアー
ム部分５６ａ，５６ｂは連結ピン６０の回りで回
動しつつ二ツ折れになり、従つて、第２のアーム
部分５６ｂの先端部がバルブステム１８ａを押下
げるに至らない（吸気弁１８は閉じ続ける）。カ
ム５８のベース円部に係合しているときには両ア
ーム部分５６ａ，５６ｂを連結しているリターン
スプリング７８によりカム５８に追従することが
できる。シリンダボア６２の油圧が解除されてい
るときには、第２のアーム部分５６ｂのシリンダ
ボア６６内のばね７０の力によりロツクピン６８
が押され、これはカム５８がベース円部にあると
きにピストン６４を押しつつ第１のアーム部分５
６ａのシリンダボア６２に進入する。かくして、
第１のアーム部分５６ａと第２のアーム部分５６
ｂとが連結ピン６０及びロツクピン６８により一
体化されるのでもはや二ツ折りになることはな
く、カム５８の運動に追従してバルブリフト１８
ａを押下げることができる。このような吸気弁休
止機構は前述した減筒運転機関及び複吸気弁機関
のいずれにも適用できるものであり、又、図示し
た以外の吸気弁休止機構を用いることもできる。

以上説明した燃料噴射弁３２、電磁クラツチ３
８、バイパス切換用電磁弁５１、吸気弁休止機構
の電磁弁５２及びソレノイド３８ｉへの通電は全
て制御手段５０により制御されることができる。

制御手段５０は中央処理装置（CPU）、リード
オンメモリ（ROM）、ランダムアクセスメモリ
（RAM）を備えた公知のデジタルコンピユータ
により構成され、これらはバスにより相互に連結
されるとともに、Ａ／Ｄコンバータおよび入力イ
ンターフエースを介して検出入力値を取り入れ、
その検出入力値を処理して出力インターフエース
を介して燃料噴射弁３２その他へ制御信号を送
る。このために、CPUが演算、制御機能を有し、
ROMにプログラムが記憶され、RAMに検出入
力値その他が記憶されることは公知の通りであ
る。

検出入力値は、エアフローメータ２４、機関冷
却水温センサ、スロツトル弁２６の位置検出する
スロツトルセンサ、フロントアクスルに取付けら
れた車速センサ、機関回転数及びクランクシヤフ
トの位置を表すデイストリビユータ内のセンサ、
トランスミツシヨンの位置を表すシフトスイツチ
等からの検出信号として与えられる。これらの検
出値信号は電子制御燃料噴射機関においてよく用
いられるものであり、又、燃料噴射制御自体もよ
く知られているのでこれらの詳細な説明は省略す
る。

第５図はバイパス制御弁４４及び吸気弁休止機
構の電磁弁５２を制御するためのプログラムの流
れを表したフローチヤートであり、これは詳述し
ない燃料噴射の制御のプログラムの中に例えば
8msec毎に割込まれる処理として実施される。
尚、燃料噴射の制御のためには前述した検出入力
値がすでに取込まれており、第５図のフローチヤ
ートを実施するためにはそのような値が使用でき
るものとする。燃料噴射制御のためには、負荷を
表すパラメータとして吸入空気量（又は吸気負
圧）が使用され、これはＱ／Ｎ（１回転当りの吸
入空気量、ｌ／rev）として使用されるのが一般
的である。

第５図において、ステツプ８０において負荷が
第１の設定値（0.3）より大きいか否かを判定し、
ノーの場合にはステツプ８２にて減筒運転をすべ
き信号を出力する。これはバイパス制御弁４４を
開かせ且つ一部の気筒の吸気弁１８を閉じ続けさ
せる状態を作り出す。ステツプ８０にイエスの場
合にはステツプ８４へ進み、電磁クラツチ３８の
低速段を継がせ、ステツプ８６にて減筒低過給運
転すべき信号を出力する。これはバイパス制御弁
４４を閉じさせ且つ一部の気筒の吸気弁１８を閉
じ続けさせる状態を作り出す。尚、電磁クラツチ
３８はもつと早い時期に継がれることもできる。
又、バイパス通路４２及びバイパス制御弁４４が
ない場合には電磁クラツチ３８の断続が直接的に
過給機２８の作動、非作動を支配することにな
る。

次にステツプ８８にて負荷が第２の設定値
（0.5、第２の設定値＞第１の設定値）より大きい
か否かを判定し、ノーであれば減筒低過給状態を
維持し、このときに過給機２８は電磁クラツチ３
８の低速段により駆動されているので比較的ゆつ
くりと回転し、作動している方の気筒にのみ過給
空気を供給する。ステツプ８８にてイエスであれ
ば、ステツプ９０に進み、全筒運転をすべき信号
を出力する。これは電磁クラツチ３８を解放し、
バイパス制御弁４４を開放し且つ全ての吸気弁１
８を作動させる状態を作り出し、全筒無過給運転
となる。次にステツプ９２に進んで負荷が第３の
設定値（0.7、第３の設定値＞第２の設定値）よ
り大きいか否かを判定し、ノーであれば全筒無過
給運転を維持する。イエスであれば、ステツプ９
２にて電磁クラツチ３８の高速段を継ぎ、ステツ
プ９６にて全筒高過給運転すべき信号を出力す
る。これはバイパス制御弁４４を閉じさせ且つ全
ての吸気弁１８を作動させる状態を作り出す。

〔考案の効果〕

以上説明したように、本考案によれば過給機の
作動状態と一部の吸気弁の休止状態を組み合わせ
て負荷の増加に応じて運転状態を減筒低過給、全
筒無過給及び全筒高過給の多段階に順次切換える
ようにしているので、減筒運転から全筒運転への
移行過程に無過給運転が介在し、そのためトルク
の急激の増大によりシヨツクが大となることが回
避され、燃費の改善及び滑らかな加速応答性を得
ることができる。さらに、一部の吸気弁が休止さ
れているときには低速段で過給機を駆動すること
により過過給を防止し、全ての吸気弁が作動する
ときには高速段で過給機を駆動することにより大
きな出力を確保することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による内燃機関の構成図、第２
図は電磁クラツチの詳細図、第３図は吸気弁休止
機構の正面図、第４図は第３図の断面図、第５図
は本考案の制御のフローチヤートである。 １８……吸気弁、２８……過給機、３８……電
磁クラツチ、４２……バイパス通路、４４……バ
イパス制御弁、５６……二ツ折れロツカアーム。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関の回転軸に電磁クラツチを介して連結され
   た機械式過給機を備え、該電磁クラツチは多段に
   増速比を切換える機構を有し、さらに一部の吸気
   弁を休止させる機構を備え、機関負荷が第１の設
   定値を越えた時吸気弁の一部を休止するとともに
   前記電磁クラツチの低速段を使用し、機関負荷が
   前記第１の設定値より高い第２の設定値を越えた
   時吸気弁の全てを作動するとともに前記電磁クラ
   ツチを解放し、さらに機関負荷が前記第２の設定
   値より高い第３の設定値を越えた時吸気弁の全て
   を作動するとともに前記電磁クラツチの高速段を
   使用するよう構成したことを特徴とする機械式過
   給機付内燃機関。