JPH04314926A - ２−４サイクルエンジンの運転方法 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はエンジンの回転数や負荷
の変化などエンジンの運転状況に応じてタ−ボチャ−ジ
ャ、２サイクル運転および４サイクル運転を逐次選択し
切り換えることにより、エンジン効率を向上するように
した２−４サイクルエンジンの運転方法に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来のピストン往復式エンジンはピスト
ンの一往復、すなわちクランク軸一回転にて吸入、圧縮
、爆発、排気の工程を行なう２サイクルエンジンと、ピ
ストンの二往復、すなわちクランク軸二回転の間に前記
の四工程を行なう４サイクルエンジンとに大別される。

【０００３】そして２サイクルエンジンではシリンダス
リ−ブの下方に吸気ポ−トを配置し、ピストンの下降時
に圧送される空気により、吸入と排気とを同時平行して
行い、クランク軸の一回転毎に爆発が行なわれるため出
力軸の回転変動が少なく、高いトルクを発生することが
できるという特性を有する。その反面において２サイク
ルエンジンは吸入と排気を同時平行して行なうので、例
えばアイドリング時のようにエンジンの負荷が低くエン
ジンの回転数が低い段階では吸気圧力が低く排気圧力も
低いので吸気圧力を上昇させなければ十分な掃気を行な
うことができず、このような段階では吸気の吹き抜けや
十分な圧縮圧が得られないことによるＨＣの増加と共に
エンジン効率が低いという特性がある。また、２サイク
ルエンジンは吸入と排気とを同時平行して行なうので、
高速運転時において空気とガスの置換が十分に行なわれ
ず高い出力が出せないとともに、燃焼室での燃焼負荷が
大きくなって耐久性の点で問題があるという性質を有す
る。

【０００４】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工程にて行なわれるのでシリンダ内
の空気とガスの置換が十分に行なわれる。そのために４
サイクルエンジンは２サイクルエンジンに比べて低負荷
低速運転時における掃気効率がよいが、エンジンの低回
転時では高いトルクを得ることができないという特性を
有する。しかしながら４サイクルエンジンはとくにエン
ジン回転速度が高速で負荷が低い部分では、燃料消費率
が少ないという特性がある。

【０００５】次にタ−ボチャ−ジャはエンジンの排気ガ
スにてタ−ビンを回転し、このタ−ビンと同軸に設けら
れたコンプレッサを回転して空気を過給することにより
エンジンの効率を向上するようにしている。したがって
、このタ−ボチャ−ジャを駆動するためには、エンジン
の排気圧力と温度が高いことが必要であるので、排気ガ
ス圧力が低い段階、すなわちエンジン負荷が低い段階で
はタ−ボチャ−ジャによる過給ができないという実情が
ある。この実情を回避するために現在のタ−ボチャ−ジ
ャはタ−ビンと同軸に電動−発電機を設け、エンジンの
負荷が高い段階では十分なエネルギを有する排気により
タービンを駆動すると共に電気エネルギとして蓄電手段
に蓄え、またエンジンの負荷が低い段階ではこの蓄電手
段に蓄えられている電力を用いて電動−発電機を電動機
運転してコンプレッサ駆動し、エンジンの負荷が低い段
階でも吸入空気の過給を可能にしている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記２サイ
クルエンジンは負荷の軽重にかかわらず、２サイクルの
運転方式でしか運転できず、また、上記４サイクルエン
ジンは同じく４サイクルの運転方式でしか運転できない
。この実情に鑑みて出願人は一つのエンジンで２サイク
ルおよび４サイクルに切り換えて運転することができる
２−４サイクルエンジンを例えば特願平１−１１２５０
７号としてすでに出願している。これら一連の２−４サ
イクルエンジンは一応２サイクルおよび４サイクルの運
転方式の長所を生かした切り替え運転を実施できるが、
まだそれら運転方式の長所を生かしきっていないのが実
情であり、更にエンジンの低速高負荷時の運転効率を飛
躍的に向上させることはできない。

【０００７】本発明は２−４サイクルエンジンにおいて
、２サイクルエンジンと４サイクルエンジンの特性およ
びタ−ボチャ−ジャの特性をエンジンの運転状況に応じ
て選択し、加速性がよく、かつ、耐久性のよい２−４サ
イクルエンジンの運転方法を提供するものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
の本発明に係わる手段は、タ−ボチャ−ジャを備えた２
−４サイクル切り換え式のエンジンにおいて、エンジン
の運転状況に応じてエンジン加速時にはタ−ボチャ−ジ
ャを作動させるとともに２サイクルで運転し、高速運転
時には２サイクルの燃料量を制限して４サイクルエンジ
ンの出力に近い出力で運転し、部分負荷および加速しな
い安定運転時には４サイクルに切り換えて運転すること
を特徴とするものである。

【０００９】

【作用】本発明はこのように構成したので、エンジンの
始動は４サイクルにより行なう。これにより低ポリュウ
ション排気エンジンとすることが可能になる。次にエン
ジンが始動して加速する場合はタ−ボチャ−ジャを駆動
して過給し２サイクルエンジンの空気と排気ガスの置換
を効率よく行いながら低回転時における２サイクルエン
ジンの特性を生かして高いトルクを出力し、車両の発進
をスム−スに行なう。そして車両発進後、エンジンの回
転がある回転になるまでこの運転状態を保持することに
より、低速回転時における２サイクルエンジンの掃気の
問題を電動駆動のタ−ボチャ−ジャにて回避しながら高
いトルクを出力する２サイクルエンジンの特性を生かし
て加速性のよい運転をする。次にエンジン回転数がある
回転数以上になって高速運転する時には２サイクルエン
ジンの燃料量を絞りその出力を４サイクルエンジンに近
い出力にする。このよにして燃料量を絞ることにより、
燃焼負荷が低減され耐久性が保持される。

【００１０】

【実施例】以下本発明の一実施例を図面を用いて詳細に
説明する。先ず、本発明にかかわる２−４サイクルエン
ジンの運転方法を実施するための装置について説明する
。図１は、本発明の方法を実施するためのエンジンの一
例を示す断面図である。また、第２図は、図１の２−２
断面図である。尚、図１は図２における１−１断面図に
相当するものである。

【００１１】１はエンジン本体であり、該エンジン本体
１の内部にはシリンダスリーブ１１が嵌合されている。 該シリンダスリーブ１１の下部には、該エンジンが２サ
イクル作動する際に燃焼室内に吸気を導入する吸入口１
２が貫設されている。そして、上記エンジン本体１の吸
入口１２に対応する位置には、該吸入口１２へ吸気を導
く吸気管１３が設けられている。上記エンジン本体１に
は更に、シリンダヘッド部に燃焼室へ吸気を導く吸気管
路１４と燃焼室からの排気ガスを外部へ導く排気管路１
５とが設けられている。

【００１２】２は、上記シリンダスリーブ１１の内部を
往復するピストンである。図１は、該ピストン２が上死
点近傍位置にある状態を示しており、該ピストン２の側
面によって上記吸入口１２は閉鎖されているが、該ピス
トン２が下死点まで移動すると吸入口１２は燃焼室側に
露出し開口することになる。

【００１３】３は、上記シリンダスリーブ１１の外周面
に沿って湾曲した帯状のスライドバルブであり、シリン
ダスリーブ１１の外周に摺動自在に２個配設されている
。該スライドバルブ３は窒化珪素等のセラミック焼結体
のように耐熱性に優れ、変形がなく、かつ軽量である材
料で形成されており、上記吸入口１２と同一ピッチで窓
部３１が貫設されている。該２個のスライドバルブ３は
互いの間に気室３２と気室３３とを形成し、該気室３３
には該気室３３を拡張する方向、すなわち気室３２を減
縮する方向に上記スライドバルブ３を付勢するスプリン
グ３４が配設されている。そして、上記エンジン本体１
には該気室３２と連通する送気管３５と、気室３３と連
通する送気管３６とが設けられている。

【００１４】そして、上記送気管３５には、外部からの
信号により上記気室３２に圧縮空気を供給し、また該気
室３２を外部に対して開放する圧力タンク４１が接続さ
れている。また、上記送気管３６には外部からの信号に
より上記気室３３を外部に対して開放する電磁バルブ４
２が接続されている。

【００１５】５は、上記吸気管路１４と燃焼室との間に
配設された吸気バルブであり、該吸気バルブ５は外部か
らの信号により該吸気バルブ５を自在に開閉駆動する吸
気バルブ駆動装置５１に連結されている。

【００１６】６は、上記排気管路１５と燃焼室との間に
配設された排気バルブであり、該排気バルブ６は外部か
らの信号により該排気バルブ６を自在に開閉駆動する排
気バルブ駆動装置６１に連結されている。

【００１７】尚、上記吸気バルブ駆動装置５１及び排気
バルブ駆動装置６１は共に、吸気バルブ５及び排気バル
ブ６に連結された磁性体を固定電磁石にて吸引あるいは
排斥して各バルブを駆動するものであり、例えば特願昭
６３−３３４９６０号等に記載されているものと同様の
構成を有している。

【００１８】７は、ターボチャージャであり、上記排気
管路１５からの排気ガスにより駆動されるタービン７２
と、該タービン７２の回転力により吸気を圧縮し上記吸
気管１３及び吸気管路１４に供給するコンプレッサ７１
と、該コンプレッサ７１とタービン７２を連結する回転
軸に配設された回転電機７３とを有している。また、該
回転電機７３はインバータ／コンバータ７４が接続され
ており、外部からの信号により電動機として、あるいは
発電機として作動する。

【００１９】８はコントローラであり、上記圧力タンク
４１、電磁バルブ４２、吸気バルブ駆動装置５１、排気
バルブ駆動装置６１、インバータ／コンバータ７４に連
結し、これらに対して制御信号を出力する。尚、該コン
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／出力ポートなどを備えている。

【００２０】次に、上記構成によるエンジンの作動につ
いて説明する。図３は、スライドバルブの作動を示す斜
視図である。エンジンの回転速度が所定速度以下で、か
つエンジンへの負荷が所定値以上の場合、すなわち低速
高負荷状態の場合には、上記コントローラ８はエンジン
を２サイクル作動させるため、吸気バルブ駆動装置５１
の作動を停止させ吸気バルブ５を閉鎖状態にて保持する
と共に、排気バルブ駆動装置６１を制御し排気バルブを
１回転毎に開放する。

【００２１】更にコントローラ８は、図３のＡにて示す
圧力タンク４１からの圧縮空気を気室３２に供給する。 また、電磁バルブ４２を開放し気室３３を外部に対して
開放する。すると、気室３２内部の圧力により２個のス
ライドバルブ３はスプリング３４の拡張力に抗して気室
３３を減縮する方向に移動する。このとき気室３３内部
の空気は図３のＢに示すように排出される。そして、ス
ライドバルブ３が停止すると吸入口１２と窓部３１とが
一致するためターボチャージャ７によって圧縮された吸
気は、該吸入口１２から燃焼室へと供給される。よって
、本エンジンはユニフロー式の２サイクルエンジンとし
て作動することになる。

【００２２】次に、エンジンの運転状態が低速低負荷時
もしくは高速時には、圧力タンク４１から気室３２への
圧縮空気の供給を停止し該気室３２を外部に開放する。 すると、スプリング３４の拡張力によりスライドバルブ
３を摺動させ吸入口１２と窓部３１とが一致しない状態
にし、吸入口１２を閉鎖する。そして、上記吸気バルブ
駆動装置５１と排気バルブ駆動装置６１とにより通常の
４サイクル作動を行う。尚、上記回転電機７３は、急加
速時等、エンジンに高出力が要求される際には電動機と
して作動し過給作動を付勢すると共に、高速運転時等の
場合には発電機として作動し、排気ガスの熱エネルギを
電気エネルギに変換して回収する。

【００２３】以下本発明の一実施例について説明する。 図４に本発明の一実施例である２−４サイクルエンジン
の性能曲線を示す。この性能曲線は横軸にエンジンの回
転数を縦軸にエンジントルクを取ってトルクとエンジン
回転数との関係を示したものである。すなわち、エンジ
ンの始動時には４サイクルで行なう。次にエンジンが始
動した後はタ−ボチャ−ジャを駆動した運転をする（性
能曲線Ａ）とともに２サイクル運転に切り換える（性能
曲線Ｂ）。すなわち、エンジンの低回転時に電動機付き
タ−ボチャ−ジャにて過給することにより、２サイクル
エンジンの欠点である掃気を効率よく行いながら、低回
転時に高いトルクを出力するという２サイクルエンジン
の特性を利用するものである。次にエンジンが加速され
てエンジンの回転数がＮＬになったときにタ−ボチャ−
ジャを作動させた状態で２サイクルエンジンとしての燃
料量を制御し４サイクルエンジンに近いトルクを出力す
るように運転する（性能曲線Ｃ）。曲線Ｄはアクセル開
度を示す。

【００２４】次に図５を用いて本実施例の２−４サイク
ルエンジンの運転方法について説明する。先ず、エンジ
ンスタ−トにおいて、スタ−トスイッチがＯＮされる（
ステップＳ１）。このエンジン始動時には４サイクルに
セットされている。このようにエンジン始動時が４サイ
クルで行なわれることにより、低排気ポリュウションエ
ンジンにすることが可能になる。エンジン始動後にエン
ジンの回転数、エンジン負荷およびアクセル開度をセン
サで検知し、ステップＳ２にてエンジンが加速状態にあ
るかどうかを判断する。そして加速状態にあるときには
燃料噴射ポンプ、カムシャフトを２サイクルにセットす
るとともに電動機付きタ−ボチャ−ジャ（ＴＣＧ）を作
動し燃料噴射をＯＮにして２サイクルによりエンジンを
加速運転する。すなわち、２サイクルエンジンの特性で
ある低回転時における掃気の問題をタ−ボチャ−ジャの
過給にて回避しながら２サイクルエンジンの特性である
高いトルクを出力して加速運転をすることになる。また
この段階では排気ガスの圧力が十分に昇圧されていない
ので、タ−ボチャ−ジャは電動−発電機にて駆動される
ことになる。そしてステップＳ３でアクセル開度Ａが設
定されたアクセル開度ＡＨ（図４）よりも少なく、かつ
、ステップＳ４でエンジンの回転数Ｎが設定されたエン
ジンの回転数ＮＬ（図４）よりも少ない段階では２サイ
クルエンジンの燃料を絞ることなくそのまま運転され、
タ−ボチャ−ジャはエンジンの排気ガスにて駆動され電
動−発電機にて発電に切り換え運転される。

【００２５】次にエンジンが次第に加速されステップＳ
２においてエンジンが加速状態にあることが判断され、
ステップＳ５でアクセル開度ＡがＡ＞ＡＨの条件になり
、ステップＳ６でエンジンの回転数Ｎ＞ＮＬの条件にな
ったときに、このときのエンジンの回転数における４サ
イクルエンジンが出力するトルクに近いトルクになるよ
うに燃料量を制御し、噴燃ポンプおよびカムシャフトを
２サイクルにし燃料弁を開く。これにより２サイクルエ
ンジンの燃焼室負荷が制限されて耐久性が保持される。 そして走行中にステップＳ７あるいはステップＳ５でア
クセル開度Ａ＜ＡＬの部分負荷になった時に４サイクル
モ−ドにセットされステップＳ１に戻り４サイクル運転
をする。これにより低排気ポリュウションエンジンとし
て運転することになる。

【００２６】次にエンジン始動時において、バッテリ上
がり、あるいはバッテリの電圧が低下してるいわゆるエ
マ−ジェンシの状態では（ステップＳ８）、自動的に４
サイクルモ−ドになって排気ブレ−キ制御し、スタ−ト
スイッチをＯＮにした状態で車両を動かすことにより自
然にエンジン始動が４サイクルにて行なわれる。

【００２７】このようにして、エンジン加速時には２サ
イクルエンジンの掃気の問題をタ−ボチャ−ジャで回避
しながら２サイクルエンジンの特性である高いトルクを
出力して加速性を向上するようにし、エンジンの回転が
設定された高速回転になったときに、燃料量を制御して
４サイクルエンジンと同程度の出力を出すようにして燃
焼負荷を抑制し、耐久性を保持する。そしてエンジン始
動時や走行中における部分負荷時に４サイクルに切り換
えることにより、低排気ポリュウションエンジンとする
ことが可能になる。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したとおり本発明によれば、エ
ンジンの運転状況に応じてエンジン加速時にはタ−ボチ
ャ−ジャを作動させるとともに２サイクルで運転し、高
速運転時には２サイクルの燃料量を制限して４サイクル
エンジンの出力に近い出力で運転し、部分負荷および加
速しない安定運転時には４サイクルに切り換えて運転す
るようにしたので、２サイクルエンジンの掃気に対する
問題を回避しながら高いトルクを出力して加速性を向上
するとともに、高速運転時における２サイクルエンジン
の耐久性を保持することができる。また、部分負荷時に
おいて４サイクル運転するようにしたので、低排気ポチ
ュウションエンジンとすることができるという効果を有
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するためのエンジンの一例を示す
縦断面図である。

【図２】図１の２−２線における横断面図である。

【図３】図１におけるスライドバルブの斜視図である。

【図４】本発明に係る２−４サイクルエンジンの性能曲
線を示す線図である。

【図５】図４の性能を有する２−４サイクルエンジンの
運転方法を示すブロック図である。

【符合の説明】

１…エンジン本体 ２…ピストン ３…スライドバルブ ５…吸気バルブ ６…排気バルブ ７…タ−ボチャ−ジャ ８…コントロ−ラ １２…吸入口 ３１…窓部 ３４…スプリング

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ターボチャージャを備えた２−４サイクル切り換え可能
   なエンジンにおいて、エンジンの運転状況に応じてエン
   ジン加速時にはタ−ボチャ−ジャを作動させるとともに
   ２サイクルで運転し、高速運転時には２サイクルの燃料
   量を制限して４サイクルエンジンの出力に近い出力で運
   転し、部分負荷および加速しない安定運転時には４サイ
   クルに切り換えて運転することを特徴とする２−４サイ
   クルエンジンの運転方法。