JPH0542652U - 可変気筒エンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 フリクションロスを低減して燃費の向上を図
った可変気筒エンジンを提供する。 【構成】 エンジン運転中に複数の気筒の内の一部の気
筒を休止し得る可変気筒エンジンにおいて、休止する気
筒１２の排気バルブ１９と吸気バルブ２０とを排気行程
でピストン１５が上死点近傍にあるときに共に閉じた状
態で固定する。その結果、気筒１２内には最少の気体が
封入され、その後のピストン運動によって気筒１２内は
一気圧以下の膨張収縮が繰り返され、行程のロスの絶対
値が減少する。また、休止している気筒１２では空気の
吸排は行われないので、空気の粘性、慣性等によるロス
が無くなる。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は運転状態に応じて作動する気筒の数を変更できる可変気筒エンジンに 関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、運転状況に応じてエンジンの複数の気筒の一部を休止させる可変気筒エ ンジンが提案されている。これは、例えば、低速走行時、軽負荷走行時等に特定 の気筒への燃料供給を停止し、残余の気筒だけでエンジンを作動させるもので、 燃費の改善を図ることができる。

【０００３】

【考案が解決しようとする課題】

従来の可変気筒エンジンは、休止している気筒においても排気バルブと吸気バ ルブは作動している他の気筒と同様に開閉運動を持続していた。そのため、その 休止気筒において次ぎのようなフリクションロスがあり、未だ改善の余地がある ものであった。

【０００４】 すなわち、圧縮行程ではその圧縮比に応じて気筒内の空気が一気圧から数〜十 数気圧に加圧され、膨張行程ではその高い気圧から一気圧への減圧がなされる。 この場合、図３に示すように、ＰＶ線図が圧縮行程と膨張行程とで異なった経路 をとり、線図に囲まれる面積が冷却ロスとなる。このロスは、圧縮が高い圧力ま でなされることから、比較的大きなエネルギとなる。

【０００５】 さらに、吸気行程と排気行程で気筒内に本来不必要な空気を吸込んだりその空 気を気筒から排出したりしており、その吸排過程で不可避的にフリクションロス を生じてしまう。

【０００６】 従って、本発明は上述のロスを低減して燃費の向上を図った可変気筒エンジン を提供することである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】

この目的を達成する本発明にかかる可変気筒エンジンは、エンジン運転中に複 数の気筒の内の一部の気筒を休止し得る可変気筒エンジンにおいて、休止する気 筒の排気バルブと吸気バルブとを排気行程でピストンが上死点近傍にあるときに 共に閉じた状態で固定することを特徴とする。

【０００８】

【作用】

排気行程でピストンが上死点近傍にあるときに排気バルブと吸気バルブを共に 閉じた状態で固定すると、該気筒内には最少の気体が封入される。従って、その 後のピストン運動によって気筒内は一気圧以下の膨張収縮が繰り返され、行程の ロス、冷却損失の絶対値が減少する。また、当該気筒では空気の吸排は行われな いので、空気の粘性、慣性等によるロスが無くなる。

【０００９】

【実施例】

以下、本考案の一実施例を図面によって具体的に説明する。図１は本考案の一 実施例にかかる可変気筒エンジンの要部断面図である。

【００１０】 図１に示すように、本実施例のエンジン１１は複数の気筒１２を有し、各気筒 １２は通常のエンジンと同様にシリンダブロック１３とシリンダヘッド１４で構 成され、気筒１２内にはピストン１５が装入されると共に、シリンダヘッド１４ には排気孔１６、吸気孔１７及び燃料噴射孔１８が形成されてそこにそれぞれ排 気バルブ１９、吸気バルブ２０及び燃料噴射ノズル２１が配設されている。

【００１１】 本実施例では、排気バルブ１９と吸気バルブ２０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二つのアクチュエータ２２、２３によって開閉駆動 される。このようなアクチュエータ２２、２３によれば、図示しないコントロー ラからの信号によって内部に電磁コイルを制御することでバルブ１９、２０を任 意のタイミングで開閉することができる。

【００１２】 一方、運転状況に応じて気筒１２を休止させる場合は、燃料噴射ノズル２１か らの燃料供給を停止すると共に、図示しないコントローラからの信号によりバル ブ運動を停止させる。ここで、本考案においては、バルブ運動の停止は、気筒１ ２の排気行程でピストン２４が上死点近傍にあるときに両バルブ１９、２０が共 に閉じた状態で行う。つまり、排気行程が終了して排気バルブ１９が閉じ、且つ 吸気バルブ２０が開く前の両バルブ１９、２０が閉じた状態で、アクチュエータ ２２、２３によって両バルブ１９、２０を固定する。

【００１３】 このように、排気行程でピストン２４が上死点近傍にあるときに排気バルブ１ ９と吸気バルブ２０を共に閉じた状態で固定すると、気筒１２内には最少の気体 が封入される。従って、この休止している気筒１２内ではその後のエンジン運転 に伴うピストン運動によって一気圧以下の膨張収縮が繰り返される。このときの ＰＶ線図を図２に示す。図２に示すように、この場合は、前述した従来の図３に 比べて圧力の変化の絶対値が小さく、従って、行程のロスの絶対値も減少するこ ととなる。

【００１４】 一方、休止している気筒１２では空気の吸排は行われないので、空気を無駄に 吸排するものに比べて空気の粘性、慣性等に起因するロスが無くなる。

【００１５】 次に、前述のアクチュエータ２２、２３の一例について説明するが、これらの アクチュエータ２２、２３は作動のタイミングが異なるのみで構造は同じである ので、ここでは一方について説明する。

【００１６】 図４〜１０はその作動状態がそれぞれ異なるこのアクチュエータ２２の縦断面 図である。尚、このアクチュエータ２２は上下シンメトリであり、下側部材に対 応する上側部材には下側部材と同一数字に添字ａ付して示している。

【００１７】 図４に示すように、アクチュエータ２２は出力軸３１を有し、この一端にエン ジンのバルブ１９が固定されるようになっている。また、アクチュエータ２２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、３５ａ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、コントローラによ 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、３７ ａ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 ２２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１００ｐｓｉ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、６１ａを有している。

【００１８】 図４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６１ａは、図４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３６ａ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５ ２ａ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。

【００１９】 図５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４ ５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４ ０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。

【００２０】 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３９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６）。

【００２１】 図６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５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３ ３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。

【００２２】 図７ではメインピストン３３は約６．１ｍｍ動き且つ図７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。

【００２３】 このアクチュエータ２２の特徴は、軸方向に平行な通路７１がボデー５２、５ ２ａ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、５０ａ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６１、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３５、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。

【００２４】 図８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８では、メイン ピストン３３は約６．１ｍｍ動いている。図９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。

【００２５】 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。

【００２６】 図１０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３ ３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。

【００２７】 以上、アクチュエータ２２の一方向の動きに関して説明したが、このアクチュ エータ２２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。

【００２８】

【考案の効果】

以上、説明したように本考案によれば、休止する気筒の排気バルブと吸気バル ブとを排気行程でピストンが上死点近傍にあるときに共に閉じた状態で固定する ようにしたので、休止気筒内は常に一気圧以下に保たれ、気筒内の膨張収縮によ って生じる行程のロスを減少することができる。また、休止している気筒では空 気の吸排は行われないので、空気の粘性、慣性等によるロスが無くなり、前述の ロスの減少と相俟って、エンジンの燃費の向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本考案の一実施例にかかる可変気筒エンジン
の要部断面図

【図２】 本考案の一実施例の休止気筒のＰＶ線図

【図３】 従来例の休止気筒のＰＶ線図

【図４】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュエ
ータの縦断面図

【図５】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュエ
ータの縦断面図

【図６】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュエ
ータの縦断面図

【図７】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュエ
ータの縦断面図

【図８】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュエ
ータの縦断面図

【図９】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュエ
ータの縦断面図

【図１０】 図１の可変気筒エンジンのバルブアクチュ
エータの縦断面図

【符号の説明】

１１はエンジン、１２は気筒、１３はシリンダブロッ
ク、１４はシリンダヘッド、１５はピストン、１６は排
気孔、１７は吸気孔、１８は燃料噴射孔、１９は排気バ
ルブ、２０は吸気バルブ、２１は燃料噴射ノズル、２
２、２３はアクチュエータ、３３はメインピストン、３
５はエアバルブ、５２はボデー、４６、５４は凹み、４
５はコイルである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 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 (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジン運転中に複数の気筒の内の一部
   の気筒を休止し得る可変気筒エンジンにおいて、休止す
   る気筒の排気バルブと吸気バルブとを排気行程でピスト
   ンが上死点近傍にあるときに共に閉じた状態で固定する
   ことを特徴とする可変気筒エンジン。