JPH04143423A - ２―４サイクル切換エンジン - 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、エンジンの回転速度及び負荷の状態に応じて
２サイクル運転と４サイクル運転とを切換える２−４サ
イクル切換エンジンに関する。

（従来の技術） 従来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行程を行う
４サイクルエンジンとに大別される。

上記の２サイクルエンジンでは、ピストンの下死点前後
にて吸入と排気とを同時に平行して行い、クランク軸の
１回転毎に爆発行程を行うため、出力軸の回転変動が少
なく、高トルクを発生することができる。

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
、２サイクルエンジンに比して排気ガスが清浄であり、
更にエンジンの高速運転時における燃料消費率が少ない
という利点がある。

（発明が解決しようとする課題） 上記のごとく２サイクルエンジンと４サイクルエンジン
とでは各々特徴が異なるため、エンジンの運転状態の変
化に応じ、例えば低速運転時には２サイクルエンジンと
して作動し高速運転時には４サイクルエンジンとして作
動する２−４サイクル切換エンジンは、従来の２サイク
ルエンジン及び４サイクルエンジンの双方の長所を有す
るエンジンとなることが期待できる。

しかしながらエンジン運転途中にて吸排気バルブの開閉
タイミングを変更することは困難であり、実用に耐え得
る吸排気バルブ開閉タイミング変更機構を有するエンジ
ンはまだ得られていない。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は実用に耐え得る２−４サイクル切換エンジン
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、２サイクル作動時に吸排気バルブを開
閉駆動するカムシャフトと４サイクル作動時に吸排気バ
ルブを開閉駆動するカムシャフトとを有し、適宜作動す
るカムシャフトを切り換える２−４サイクル切換エンジ
ンにおいて、クランクシャフトの回転速度を１／２に減
速して上記両カムシャフトに同時に伝達する変速手段と
、上記両カムシャフトに設けられ該両カムシャフトの内
の所望の一方の作動を停止させるサイクル切換手段とを
有することを特徴とする２−４サイクル切換エンジンを
提供できる。

（作用） 本発明の２−４サイクル切換エンジンでは、２サイクル
作動用のカムシャフトと４サイクル作動用のカムシャフ
トの２種類のカムシャフトをエンジンに配設し、作動サ
イクルに応じたカムシャフトのみを作動させることによ
り、エンジン運転途中において吸排気バルブの開閉タイ
ミングを変更する。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面に従って詳細に説明する。

第１図は、本発明によるエンジンの概略を示す構成図で
ある。

１はエンジンであり、該エンジンには通常の４サイクル
エンジンと同様の吸気バルブ１１と排気バルブ１２とが
配設されている。

２はターボチャージャであり、上記排気バルブ１２を介
して排出される排気ガスにより排気ターピン２２を駆動
し、該駆動力によりコンプレッサ２１を作動させ、圧縮
された過給気を上記吸気バルブ１１を介してエンジン１
に供給する構成となっている。

尚、ターボチャージャ２に付設されている２３は回転電
機であり、排気ガスの排出量が大である場合には発電機
として作動させ排気エネルギを回収すると共に、排気ガ
スの排出量が小の場合には電動機作動させコンプレッサ
２１の過給作動を付勢するものである。

そして、上記エンジン１は吸気バルブ１１と排気バルブ
１２との開閉タイミングを変更することにより２サイク
ルエンジンとしても、また４サイクルエンジンとしても
作動することができる。

次に、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の開閉タイミ
ングについて説明する。

第２図は、吸排気バルブのリフト量とエンジンの回転位
相との関係を示すカムプロファイル曲線図である。尚、
本図において、■は吸気バルブ１１の開閉タイミングを
示しＥは排気バルブ１２の開閉タイミングを示す。

本図の（ａ）は、４サイクル作動時における吸排気バル
ブの開閉タイミングを示しており、通常の４サイクルエ
ンジンにおける吸排気バルブの開閉タイミングと同様で
ある。

（ｂ）は、２サイクル作動時における吸排気バルブの開
閉タイミングを示している。

該２サイクル作動時には膨張行程が進行し、ピストンが
下死点（ＢＤＣ）に近づくとまず排気バルブ１２を開放
し燃焼室内部の排気ガスを排出する。そして、略下死点
位置にて吸気バルブ１１を開放し、コンプレッサ２１に
て圧縮されている過給気を燃焼室内部に導入し、該燃焼
室内に残留している排気ガスを強制的に押し出し排出さ
せる。

そして、該排気ガスの排出が完了すると排気バルブ１２
を閉鎖すると共に、燃焼室内への過給気の導入を継続し
該燃焼室内に過給気を充填する。

そして、該充填が完了すると吸気バルブ１１も閉鎖し圧
縮行程に移行する。尚、ＴＤＣは上死点を示す。

次に、吸排気バルブの開閉タイミングを変更する機構に
ついて説明する。

第３図は、バルブとカムシャフトとの関係を示す部分断
面図である。

第４図は、カムシャフトの回転駆動装置の概略を示す図
である。

ところで、吸気バルブ１１と排気バルブ１２とは共に同
様の機構にて開閉駆動されるため、本図では吸気バルブ
１１について説明する。

１３はシリンダヘッドであり、吸気バルブ１１とシリン
ダヘッド１３との間にはバルブスプリング１４が介在し
ている。従って、吸気バルブ１１はバルブスプリング１
４の拡張力により常時閉鎖方向に付勢されている。

３は４サイクル作動用のカムシャフトであり、ロッカー
アーム３１と接触し該ロッカーアーム３１を揺動させる
。そして該ロッカーアーム３１の先端部３２は吸気バル
ブ１１の軸端部と接触しており、該ロッカーアーム３１
が揺動することにより吸気バルブ１１を開閉駆動する。

４は２サイクル作動用のカムシャフトであり、ロッカー
アーム４１とはローラ４６を介して接触し該ロッカーア
ーム４１を揺動させる。そして、該ロッカーアーム４１
の先端部４２は、上記ロッカーアーム３１の先端部３２
を介して吸気バルブ１１の軸端部と連結しており、該ロ
ッカーアーム４１が揺動することにより吸気バルブ１１
を開閉駆動する。

上記カムシャフト３の軸端部は電磁クラッチ６を介して
タイミングプーリ３３が連結されている。そして、上記
カムシャフト４の軸端部は電磁クラッチ６０を介してタ
イミングプーリ４３が連結されている。

５は、クランクシャフトに連結され該クランクシャフト
と同一速度にて回転するタイミングプーリであり、上記
タイミングプーリ３３及びタイミングプーリ４３とタイ
ミングベルト５１を介して連動する様に構成されている
。尚、タイミングプーリ３３及びタイミングプーリ４３
の直径はタイミングプーリ５の直径の２倍であり、従っ
て、カムシャフト３及びカムシャフト４はクランクシャ
フトの回転速度の１／２の回転速度にて回転することに
なる。

尚、上記のごとく１つのタイミングベルト５１でカムシ
ャフト３及びカムシャフト４を回転させることができる
のでエンジンレイアウト上極めて好都合である。また、
上記第２図に示すように、２サイクル作動時には吸排気
バルブの開閉期間が短（開閉速度が大となるが、カムシ
ャフト４の回転速度がクランクシャフトの半分であるた
め、カム面からローラ４６がジャンプすることなく正確
にカムプロファイルをトレースすることができる。

７はコントローラであり、外部との信号の入出力を司る
入出力インターフェイス、プログラムや各種データを予
め記憶するＲＯＭ、該ＲＯＭに記憶されているプログラ
ムの下に演算処理を行うＣＰＵ、該演算結果や各種デー
タを一時的に記憶するＲＡＭ、該コントローラ７内部の
信号の流れを司るコントロールメモリ等から構成されて
いる。

そして、該コントローラ７には、エンジンの回転速度及
び位相を検知する回転センサ７１、及びエンジンの負荷
を検知する負荷センサ７２が接続されており、各センサ
からの検知信号が入力されている。

そして、該検知信号に基づき、例えばエンジンの運転状
態が低速高負荷時であれば２サイクル作動を、その他の
場合には４サイクル作動を選択する。

２サイクル作動を選択した場合には、電磁クラッチ６０
を作動させカムシャフト４を回転させる。そして、４サ
イクル作動を選択した場合には、電磁クラッチ６を作動
させカムシャフト３を回転させる。

ところで、上記電磁クラッチ６及び電磁クラッチ６０は
共に回転力を伝達すると共に回転位相を同期させること
ができる。

次に、該電磁クラッチの構造について説明する。

第５図は、電磁クラッチの構造の概略を示す区である。

該電磁クラッチ６及び電磁クラッチ６０は共に同様の構
造からなり、内部にクラッチ板６１とクラッチ板６２を
有している。そして、図示しないが電磁ソレノイドから
の電磁力によりクラッチ板６１とクラッチ板６２とが接
近し、クラッチ面６３が接触することにより回転力を伝
達する構成となっている。

また、クラッチ板６１には外部からの信号により出入り
することのできるピン６４及びピン６５が、クラッチ板
６１の中心から互いに異なる位置に設けられている。一
方、クラッチ板６２にはピン６４及びピン６５に相当す
る位置に長穴６６及び長穴６７が貫設されている。

回転力を伝達する場合には、ピン６４及びピン６５をク
ラッチ板６１内部に格納した状態で、クラッチ板６１及
びクラッチ板６２を接触させる。

この時の接触圧力はクラッチ板同志が完全に連結する圧
力の８０％〜９０％程度の低圧力とし、クラッチ板６１
とクラッチ板６２との間に滑りを生じさせる。

該滑りが生じている状態にてピン６４及びピン６５に突
き出し方向の付勢力を作用させると、ピン６４と長大６
６とが一致し、ピン６５と長穴６７とが一致した状態で
ピン６４及びピン６５が突出する。そして、クラッチ板
間の滑りにより各ピンが各々の長大内部を移動し、各長
大の端部に各々のピンが突き当たるとクラッチ板６１と
クラッチ板６２とは完全に同期して回転する。尚、各ピ
ンが突き当たる際の衝撃力は、クラッチ板がすでに半ク
ラツチ状態にあるため緩和されピンが破損することはな
い。

そして、完全に同期して回転するとクラッチ板間の接触
圧力を上昇させ滑りが発生しないようにして連結を完了
する。

上記の作動により、カムシャフト３及びカムシャフト４
はクランクシャフトに対して常に同一位相にて連結され
ることになる。

尚、上記ではクラッチ板及びピンの作動を電磁力にて行
う例について示したが、油圧等の流体圧にて作動させて
も良いことは明白である。

次に、吸排気バルブの開閉タイミングを変更する他の機
構について説明する。

第６図は、開閉タイミング変更機構の他の例を示す図で
ある。

３は上記第３図の場合と同様のカムシャフトであるが、
本図の場合にはｘＥ１１クラッチ６を介することなくタ
イミングプーリ３３と連結されているため、常時クラン
クシャフトの回転速度の半分の回転速度で回転している
。

８は複合ロッカーアームであり、シャフト８１を中心に
揺動することができる。該シャフト８１には２系統の油
圧経路が設けられており、該油圧経路は管路８２及び管
路８３を介してシリンダ機構８４に連結されている。

そして、該シリンダ機構８４はピストン８５を有してお
り、該ピストン８５の先端部８６は該ピストン８５の前
進端位置にてカムシャフト３と複合ロッカーアーム８と
の間に挿入される。従って、ピストン８５が後退端位置
、すなわち本図に示す位置にある場合にはカムシャフト
３と複合ロッカーアーム８とは接触することはなく、従
って吸気バルブエ１は作動しない。尚、複合ロッカーア
ーム８の先端部８７は上記吸気バルブ１１の軸端部と常
時接触している。

９は２サイクル作動用のカムシャフトであり、電磁クラ
ッチを介することなく本実施例のカムシャフト３と同一
速度で常時回転している。

９０は上記複合ロッカーアーム８と同様の複合ロッカー
アームであり、シャフト９１を中心に揺動することがで
きる。該シャフト９１には２系統の油圧経路が設けられ
ており、該油圧経路は管路９２及び管路９３を介してシ
リンダ機構９４に連結されている。

そして、該シリンダ機構９４はピストン９５を有してお
り、該ピストン９５の先端部に設けられているローラ９
６は該ピストン９５の前進端位置、すなわち本図に示す
位置にてカムシャフト９と複合ロッカーアーム９０との
間に挿入される。

従って、ピストン９５が後退端位置にある場合にはカム
シャフト９と複合ロッカーアーム９０とは接触すること
はな（、従って吸気バルブ１１は作動しない。尚、複合
ロッカーアーム９０の先端部９７は上記複合ロッカーア
ーム８の先端部８７の上面と常時接触している。

ところで、シャフト８１とシャフト９１とに設けられた
油圧経路の油圧はコントローラ７により制御される。

すなわち、該コントローラ７が２サイクル作動を選択す
ると、管路８２に油圧を作用させピストン８５を後退さ
せると共に、管路９３に油圧を作用させピストン９５を
前進させる。すると、本図に示す状態となり吸気バルブ
１１はカムシャフト９によって開閉駆動されることにな
る。

一方、コントローラ７が４サイクル作動を選択した場合
には、管路９２に油圧を作用させピストン９５を後退さ
せると共に、管路８３に油圧を作用させピストン８５を
前進させ、吸気バルブ１１をカムシャフト３によって開
閉駆動する。

以上、本発明の実施例について詳細に説明したが、本発
明の精神から逸れないかぎりで、種々の異なる実施例は
容易に構成できるから、本発明は上記特許請求の範囲に
おいて記載した限定以外、特定の実施例に制約されるの
ものではない。

（発明の効果） 以上説明したように、本発明によれば、２サイクル作動
用のカムシャフトと４サイクル作動用のカムシャフトの
２種類のカムシャフトをエンジンに配設し、作動サイク
ルに応じたカムシャフトのみを作動させることにより、
エンジン運転途中において吸排気バルブの開閉タイミン
グを変更するので、エンジンの運転状態に応じ作動サイ
クルを確実に変更することができ、かつ実現可能な実用
に耐え得る２−４サイクル切換エンジンを提供できる。

また、２サイクル作動用のカムシャフトと４サイクル作
動用のカムシャフトを１つの減速装置にて同時に回転さ
せるので、エンジンをコンパクトにすることができ、エ
ンジンレイアウト上極めて好都合である。

更には、２サイクル作動用カムシャフトをクランクシャ
フトの回転速度の１／２の速度で回転させると共にロー
ラによりカム形状をトレースさせるので、カム形状を吸
排気バルブに確実に伝達することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明によるエンジンの概略を示す構成図、
第２図は、吸排気バルブのリフト量とエンジンの回転位
相との関係を示すカムプロファイル曲線図、第３図は、
バルブとカムシャフトとの関係を示す部分断面図、第４
図は、カムシャフトの回転駆動装置の概略を示す図、第
５図は、電磁クラッチの構造の概略を示す図、第６図は
、開閉タイミング変更機構の他の例を示す図である。 １・・・エンジン、２・・・ターボチャージャ、３・・
・カムシャフト、４・・・カムシャフト、５・・・タイ
ミングプーリ、６・・・電磁クラッチ、７・・・コント
ローラ、８・・・複合ロッカーアーム、９・・・カムシ
ャフト、１１・・・吸気バルブ、１２・・・排気バルブ
、６０・・・電磁クラッチ、７１・・・回転センサ、７
２・・・負荷センサ、８４・・・シリンダ機構、９０・
・・複合ロッカーアーム、９４・・・シリンダ機構。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）２サイクル作動時に吸排気バルブを開閉駆動する
   カムシャフトと４サイクル作動時に吸排気バルブを開閉
   駆動するカムシャフトとを有し、適宜作動するカムシャ
   フトを切り換える２−４サイクル切換エンジンにおいて
   、クランクシャフトの回転速度を１／２に減速して上記
   両カムシャフトに同時に伝達する変速手段と、上記両カ
   ムシャフトに設けられ該両カムシャフトの内の所望の一
   方の作動を停止させるサイクル切換手段とを有すること
   を特徴とする２−４サイクル切換エンジン。
2. （２）少なくとも上記２サイクル作動用カムシャフトと
   吸排気バルブとの間に配設されたロッカーアームと、該
   ロッカーアームに設けられカム形状をトレースするロー
   ラとを有することを特徴とする請求項（１）記載の２−
   ４サイクル切換エンジン。
3. （３）上記サイクル切換手段はクラッチ面に位相決めピ
   ンを有するクラッチであることを特徴とする請求項（１
   ）記載の２−４サイクル切換エンジン。