JPH05125953A - ２／４サイクル切替デイーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 運転状況に応じて２サイクル運転と４サイク
ル運転とを切替えることができるディーゼルエンジンを
提供する。 【構成】 燃料噴射のタイミングを任意に設定できる蓄
圧式ユニットインジェクタ１４と、バルブ開閉のタイミ
ングを任意に設定できるバルブアクチュエータ１５と、
低回転域では２サイクル運転を行い高回転域では４サイ
クル運転を行うように蓄圧式ユニットインジェクタ１４
及びバルブアクチュータ１５を制御する制御装置１６と
を具える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は２サイクル運転と４サイ
クル運転の両方を行うことができる２／４サイクル切替
ディーゼルエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】２サイ
クルディーゼルエンジンと４サイクルディーゼルエンジ
ンとではそれぞれ異なる長所と短所を有している。例え
ば、２サイクルエンジンでは単位排気量当たりのトルク
が大きく、回転が滑らかであるという長所がある反面、
高速回転が難しいという短所がある。一方、４サイクル
エンジンは高速回転に優れるが、低速トルク、低回転に
おける回転変動が大きいという短所がある。

【０００３】従って、一台のエンジンをその運転状況に
応じて２サイクル運転と４サイクル運転を適宜切替えて
運転できれば、両者の長所を生かし、短所を補った優れ
たエンジンを得ることができる。ディーゼルエンジンに
おいてこの２サイクル運転と４サイクル運転とを切替え
るためには、バルブ作動の切替と燃料噴射の切替とを組
み合わせて行う必要がある。

【０００４】しかながら、従来、ディーゼルエンジンに
おいてバルブ作動の切替と燃料噴射の切替とを組み合わ
せることにより２サイクル運転と４サイクル運転とを切
替えることのできる２／４切替エンジンは開発されてい
なかった。

【０００５】本発明は上述に鑑み、運転状況に応じて２
サイクル運転と４サイクル運転とを切替えることがで
き、それによって２サイクルエンジンと４サイクルエン
ジンの両者の長所を生かすと共に短所を補ったディーゼ
ルエンジンを提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明にかかるディーゼルエンジンは、燃料噴射のタ
イミングを任意に設定できる蓄圧式ユニットインジェク
タと、バルブ開閉のタイミングを任意に設定できるバル
ブアクチュエータと、低回転域では２サイクル運転を行
い高回転域では４サイクル運転を行うように前記蓄圧式
ユニットインジェクタ及び前記バルブアクチュータを制
御する制御装置とを具えたことを特徴とする。

【０００７】前記バルブアクチュエータは、例えば高圧
空気をその作動源とする。

【０００８】

【作用】低回転域では２サイクル運転が、高回転域では
４サイクル運転が達成される。従って、低速域における
２サイクルエンジンの長所と高速域における４サイクル
エンジンの長所とを併せ持つエンジンが提供される。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面によって説明
する。

【００１０】図１は本実施例の２／４サイクル切替ディ
ーゼルエンジンの要部の構成図である。図１において、
１１はシリンダブロック、１２はシリンダヘッド、１３
はエンジンバルブ、１４は燃料噴射装置である。

【００１１】本実施例では、エンジンバルブ１３はカム
によって駆動されるのではなく高圧空気で作動するバル
ブアクチュエータ１５によって開閉駆動される。このバ
ルブアクチュエータ１５は、制御装置１６からの信号に
より、内部の電磁コイルを作動させることでエンジンバ
ルブ１３を任意のタイミングで開閉することが可能なも
のである。

【００１２】一方、燃料噴射装置１４は蓄圧式ユニット
インジェクタであり、同じく制御装置１６からの信号に
より任意のタイミングで所要の燃料噴射を行うことがで
きるようになっている。

【００１３】図２〜８はその作動状態がそれぞれ異なる
このバルブアクチュエータ１５の縦断面図である。尚、
このアクチュエータ１５は上下シンメトリであり、下側
部材に対応する上側部材に下側部材と同一数字に添字ａ
付して示している。

【００１４】図２に示すように、バルブアクチュエータ
１５は出力軸３１を有し、この一端にエンジンバルブ１
３が固定されるようになっている。また、アクチュエー
タ１５はそのハウジング３９内に、Ｏリング４３を装備
した低質量のメインピストン３３、エアバルブ３５、３
５ａを有している。エアバルブ３５、３５ａはそれぞれ
一定の位置で永久磁石４１、４１ａによって係止される
と共に、制御装置１６によってコイル４５、４５ａがパ
ルス励起されることによってそれぞれの位置から移動す
る。エアバルブ３５、３５ａはそれぞれ延出した中空の
バルブ軸３７、３７ａを有する環状ボデーを有してい
る。エアバルブ３５、３５ａはアクチュエータ１５の作
動中に種々の開閉作用を行うためにメインピストン３３
及びハウジング３９と協働するようになっている。ハウ
ジング３９は、図示しないポンプによって例えば１００
ｐｓｉゲージ圧程度に加圧される高圧キャビティ５９、
５９ａと、大気に開放される低圧キャビティ６１、６１
ａを有している。

【００１５】図２は、メインピストン３３が下端の位置
にあり、エアバルブ３５が閉じた初期状態を示してい
る。この状態では、エアバルブ３５の環状リング４９は
ハウジング３９の環状溝の中にあり、Ｏリング５１に接
触してシールしている。これにより、キャビティ５９の
中の圧縮空気を閉じ込めており、メインピストン３３に
力を及ぼすことを阻止している。この位置において、メ
インピストン３３はキャビティ６４ａ内の圧縮空気の力
で下側に押さえつけられている。この圧縮空気の圧力は
キャビティ６１ａのものよりも大きい。キャビティ６１
ａは、図２で、エアバルブ３５ａ内で孔４２ａに平行で
ボデー５２、５２ａ内で通路７１と平行な環状の通路３
６ａを介して凹みを有するボデー５２の表面３４と連通
している。環状の通路３６、３６ａはエアバルブ３５、
３５ａがそれぞれ閉位置にあるときに形成され、エアバ
ルブ３５、３５ａがそれぞれ開位置にあるときに閉じら
れる。凹みを有するボデー５２、５２ａはメインピスト
ン３３に取付られ、これと一体になっている。浅い凹み
４６及び４６ａ、５４及び５４ａがボデー５２及び５２
ａにそれぞれ形成されている。メインピストン３３が下
端にある時には、メインピストン３３の面６２はバルブ
ポート５３、孔４２と通路３６を介して低圧キャビティ
６１と連通している。

【００１６】図３において、往復動するエアバルブ３５
は下に向かって例えば１．５ｍｍ移動し、一方メインピ
ストン３３は未だ動いていない状態であるが、そこで高
圧の空気がキャビティ５９からボデー５２の回りに円周
方向に等間隔で設けられた四つの浅い凹み５４を通って
駆動力をメインピストン３３の下面６２に加える。永久
磁石４１による接極子４０の拘束力を一時的に弱めまた
は無力化するコイル４５に電気パルスを与えることによ
ってエアバルブ３５が開かれる。この接極子４０はバル
ブ軸３７の端部に固定されている。拘束力が一時的に無
力化されると、エアバルブ３５の第一環状面６９に応答
した圧力が作用するキャビティ５９中の空気圧がエアバ
ルブ３５を開かせる。エアバルブ３５の下側への移動に
伴って環状ショルダー４４によって第二環状面３８とハ
ウジング壁４７との間に形成されるキャビティ５７とキ
ャビティ（低圧空気排出口）６１との間の連通が遮られ
る。このエアバルブ３５が移動している間に、キャビテ
ィ５９と面６２の連通がエアバルブ３５のリング４９を
介して達成され、メインピストン３３を上方向に動かす
力が作用する。

【００１７】エアバルブ３５の環状ショルダー６３が凹
み５４の端に係合して始めてリング４９はハウジング３
９の環状溝の中から離れて凹み５４、キャビティ６４に
キャビティ５９の圧力をフルに伝える（図４）。

【００１８】図４はエアバルブ３５がほぼ全開の約２．
８ｍｍ開いた状態で且つメインピストン３３が上に向か
って約３．５ｍｍ動いた状態を示す。図３で高圧空気が
キャビティ５７とメインピストン３３の面６２に供給さ
れ上側に動かし始めた所を示した。このキャビティ６４
への高圧空気の供給は凹み５４の端がハウジング３９の
環状のショルダー７５を通過すると、止められる。しか
し、メインピストン３３はキャビティ６４内の高圧空気
の力で上方向に動き続ける。エアバルブ３５の周囲には
複数の孔４２がある。エアバルブ３５とメインピストン
３３の軸方向の相対運動によってエアバルブ３５の環状
ショルダー６５がキャビティ５９とキャビティ５７を凹
み４６と孔４２を介して連通させると、面３８に作用す
る高圧力によりエアバルブ３５に閉じる方向（上方向）
の力が作用する。エアバルブ３５、３５ａの内側の環状
面４８、４８ａはそれぞれエアバルブの作動中ずっと低
圧の大気圧である。

【００１９】図５ではメインピストン３３は約６．１ｍ
ｍ動き且つ図５で上方向に更に動き続ける。エアバルブ
はまだ２．８ｍｍの位置であり、最も下の全開位置にあ
る。ショルダー６５は協働する凹み４６の端から完全に
離れ、キャビティ５９から高圧空気をシール面４７を通
りキャビティ５７に導き、面３８に圧力を作用させる。
エアバルブ３５は、環状面６９とこれに連なる面に作用
する圧縮空気のため、この位置に短い時間止まろうとす
るが、面３８の面積は面６９の面積より大きいので、エ
アバルブ３５はエアバルブ３５を閉じる方向（上方向）
に力を受ける。これは開位置（下端）からエアバルブを
戻すのに必要とされる力を大幅に減少させるので、接極
子４０上の永久磁石４１に要求される磁力が大幅に減少
する。キャビティ５９の高圧空気を凹み５４の後ろに位
置する凹み４６を通して放出することにより、面３８の
圧力はメインピストン３３が十分に進行して且つエアバ
ルブ３５がまだ閉まり切る前まで遅れる。

【００２０】このバルブアクチュエータ１５の特徴は、
軸方向に平行な通路７１がボデー５２、５２ａとメイン
ピストン３３に存在することである。これらは円周方向
に間隔を開けて配置され、エアバルブ３５、３５ａとメ
インピストン３３の作動中も常にキャビティ５０、５０
ａ内の圧力を均等化している。これは少なくともキャビ
ティ５０、５０ａの何れか一つが、低圧キャビティ６
１、６１ａと流体的な連通を保っているからである。こ
れは常に面４８、４８ａを低圧に保つ効率のよい方法で
ある。従って、キャビティ５７、５７ａ、エアバルブ３
５、３５ａに高い圧力が作用すると、空気力により効率
良く閉まるのである。

【００２１】図６においては、エアバルブ３５はその閉
位置から約２．０ｍｍの位置にあり、面３８に空気力を
受けて閉位置に戻りつつあり、接極子４０に対する磁石
４１の吸引力が接極子４０を磁石ラッチの方へ戻そうと
している。図６では、メインピストン３３は約６．１ｍ
ｍ動いている。図７では、エアバルブ３５は閉位置から
約１．５ｍｍであり、メインピストン３３は約１０ｍｍ
動いている。

【００２２】キャビティ６４の中の高圧空気を中間圧力
まで低下させるように、ゲージ圧で４ｐｓｉ程度の中間
圧力が中間ポート６７からキャビティ６４に導入され
る。ポート６７はメインピストン３３の表面６２に作用
していた圧力空気の圧力を排出しピストンから加速力を
除く。ポート６７はまたピストンの反対側の面６２ａに
も中間圧力を与え、これが閉じ込められ圧縮され第二の
位置に接近した時にスピードを落とすように作用する。
またポート６７は中間圧力をピストンのこの作用面に加
え、エアバルブ３５ａが次の開作動を開始するまでの間
ピストンを一時的に第二の位置に固定する役目も持って
いる。

【００２３】図８はエアバルブ３５、３５ａが共に全閉
の状態で、且つメインピストン３３が上端に達しようと
している状態を示す。キャビティ６４ａ内の高圧に圧縮
された空気は凹み５４ａ、孔４２、キャビティ５７ａ及
びキャビティ６１を通して大気中に放出される。

【００２４】以上、バルブアクチュエータ１５の一方向
の動きに関して説明したが、このバルブアクチュエータ
１５の構造は上下にシンメトリであるので、エアバルブ
３５ａとメインピストン３３の戻りの動きは前述を上下
逆にしたのと同様に考えればよく、その説明は省略す
る。

【００２５】図９は本実施例の２／４サイクル切替ディ
ーゼルエンジンの全体の概念図、図１０はそのトルク線
図である。図９において、８１はエンジン本体、８２は
吸気マニホールド、８３は排気マニホールド、８４は掃
気ポンプ、８５はバイパス通路、８６は切換バルブ、８
７はインタークーラ、８８はターボ過給機である。排気
系に掃気ポンプ８４に並行してバイパス通路８５が設け
られ、切換バルブ８６によってバイパス通路８５を開閉
することで掃気ポンプ８４の作動非作動を切換えること
ができるようになっている。制御装置１６には、排気圧
力Ｐ₂ 、吸気圧力Ｐ₃ 、エンジン回転数Ｎ、アクセル開
度、水温等の信号が入力されると共に、予め決められた
条件によって前述のバルブアクチュエータ１５、蓄圧式
ユニットインジェクタ１４及び切換バルブ８６に制御信
号を供給する。

【００２６】本実施例ではエンジン回転数Ｎが１２００
ｒｐｍより小さい低回転域で２サイクル運転を行い、そ
れ以上の高回転域では４サイクル運転を行うように設定
され、４サイクル運転ではターボ過給を行う。ここで、
１２００ｒｐｍで２サイクルから４サイクルに切替える
ようにしたのは、バルブアクチュエータ１５の追従性か
らの制約によるものである。

【００２７】図１０に示すように、所定のエンジン回転
数で２サイクル運転と４サイクル運転とを切替えると共
に、ターボ過給によって理想的なトルク曲線を得ること
ができる。

【００２８】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、燃料噴射
のタイミングを任意に設定できる蓄圧式ユニットインジ
ェクタと、バルブ開閉のタイミングを任意に設定できる
バルブアクチュエータとを設け、制御装置によって低回
転域では２サイクル運転を行い高回転域では４サイクル
運転を行うようにしたので、２サイクルエンジンと４サ
イクルエンジンの両者の長所を生かすと共に短所を補っ
たディーゼルエンジンを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の一本実施例にかかる２／４サイクル
切替ディーゼルエンジンの要部の構成図

【図２】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図３】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図４】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図５】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図６】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図７】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図８】 バルブアクチュエータの縦断面図

【図９】 本発明の一実施例にかかる２／４サイクル切
替ディーゼルエンジンの全体の概念図

【図１０】 本発明の一実施例にかかる２／４サイクル
切替ディーゼルエンジンのトルク線図

【符号の説明】

１３はエンジンバルブ、１４は蓄圧式ユニットインジェ
クタ、１５はバルブアクチュエータ、１６は制御装置、
３３はメインピストン、３５はエアバルブ、５２はボデ
ー、４６、５４は凹み、４５はコイル、８８はターボ過
給機である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 根岸 秀夫 東京都日野市日野台３丁目１番地１ 日野 自動車工業株式会社日野工場内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ２サイクル運転と４サイクル運転とを切
   替えることのできるディーゼルエンジンにおいて、燃料
   噴射のタイミングを任意に設定できる蓄圧式ユニットイ
   ンジェクタと、バルブ開閉のタイミングを任意に設定で
   きるバルブアクチュエータと、低回転域では２サイクル
   運転を行い高回転域では４サイクル運転を行うように前
   記蓄圧式ユニットインジェクタ及び前記バルブアクチュ
   ータを制御する制御装置とを具えたことを特徴とする２
   ／４サイクル切替ディーゼルエンジン。
2. 【請求項２】 前記バルブアクチュエータは高圧空気を
   その作動源とすることを特徴とする請求項１に記載の２
   ／４サイクル切替ディーゼルエンジン。
3. 【請求項３】 前記４サイクル運転ではターボ過給を行
   うことを特徴とする請求項１に記載の２／４サイクル切
   替ディーゼルエンジン。