JP2016050535A - Cylinder deactivation type internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数の気筒を備えて、一部の気筒の運転を休止し、残部の気筒のみを運転する気筒休止型内燃機関に関する。特に、簡単な構成でありながら、運転気筒内の吸気流動を強化したり、過給したりできる気筒休止型内燃機関に関する。 The present invention relates to a cylinder deactivation type internal combustion engine that includes a plurality of cylinders, deactivates some cylinders, and operates only the remaining cylinders. In particular, the present invention relates to a cylinder deactivation type internal combustion engine that can reinforce or supercharge intake air flow in an operating cylinder with a simple configuration.
従来、複数の気筒を有する内燃機関を搭載した自動車では、運転状態に応じて複数の気筒のうち一部の気筒の運転を休止し、残部の気筒のみで運転を行う気筒休止運転が知られている。気筒休止運転の代表的な形態では、運転を休止する気筒の燃料噴射を停止すると共にバルブリフトが0(ゼロ)となる形状のカムによって吸気バルブ及び排気バルブを閉じたままとし、ピストン運動のみを行う。 Conventionally, in an automobile equipped with an internal combustion engine having a plurality of cylinders, a cylinder deactivation operation is known in which some cylinders are deactivated depending on the operation state and only the remaining cylinders are activated. Yes. In a typical form of cylinder deactivation operation, the fuel injection of the cylinder to be deactivated is stopped and the intake valve and the exhaust valve are kept closed by a cam having a valve lift of 0 (zero), and only the piston motion is performed. Do.
特許文献1は、4サイクル運転を行う各気筒に、吸気バルブ及び排気バルブに加えて第3の弁を備えるディーゼルエンジンの過給装置を開示している。この装置は、休止側気筒の圧縮後期に第3の弁を開いて圧縮空気を高圧タンクに送り、稼働側気筒の圧縮初期にこの気筒の第3の弁を開いて高圧タンクの圧縮空気を過給に用いる構成である。
特許文献2は、休止対応気筒より下流の排気通路と通常運転気筒より上流の吸気通路とを連通し、開閉弁によって開閉する空気連絡通路を有すると共に、休止対応気筒における4サイクルの位相が通常運転気筒よりも180°遅れた気筒休止式内燃機関を開示している。この内燃機関では、休筒運転時、休止対応気筒は燃料噴射及び点火プラグの発火が停止され、4サイクルに則ったピストン運動と吸気バルブ及び排気バルブの開閉とを行う。特許文献2では、休止対応気筒の排気行程で、排気通路を閉じかつ空気連絡通路の開閉弁を開くと、休止対応気筒のピストンが押し出す空気を、空気連絡通路を通って、吸気行程にある通常運転気筒に供給でき、過給作用を奏するとしている。
簡単な構成でありながら、気筒休止運転中に、運転を行う運転気筒内の吸気流動を強化したり、過給したりできる構成が望まれる。 In spite of a simple configuration, a configuration is desired in which the intake air flow in the operating cylinder to be operated can be enhanced or supercharged during the cylinder deactivation operation.
特許文献1の過給装置では、第3の弁に加えて高圧タンクが必要であり、燃焼室及びその周辺が複雑な構造になる上に、設置スペースが大きくなる、コスト高を招くといった問題がある。
In the supercharging device of
特許文献2の内燃機関では、休止対応気筒と通常運転気筒とにおける4サイクルの位相が180°ずれているため、休止対応気筒から通常運転気筒に供給する空気が休止対応気筒で圧縮されておらず、過給効果が小さいと考えられる。休止対応気筒が排気行程にあるとき、休止対応気筒の排気バルブが開いているため、ピストンが下死点から上死点に向かって上昇する過程でピストンが押し出す空気を通常運転気筒に随時送ることになるからである。即ち、休止対応気筒が排出する空気の容量(シリンダ容積に実質的に等しい)と、通常運転気筒が受け取る容量とが実質的に等しい。
In the internal combustion engine of
そこで、本発明の目的の一つは、簡単な構成でありながら、運転気筒内の吸気流動を強化したり、過給したりできる気筒休止型内燃機関を提供することにある。 Accordingly, one of the objects of the present invention is to provide a cylinder deactivation type internal combustion engine that can reinforce or supercharge intake air flow in an operating cylinder with a simple configuration.
第一の本発明の気筒休止型内燃機関は、4サイクル運転を行う運転気筒と、通常運転時、4サイクルのピストン運動を行い、気筒休止運転時には燃料噴射が停止された状態で前記ピストン運動を行う休止気筒と、通常運転時、前記休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを前記4サイクルに則って開閉する運転バルブ開閉機構と、気筒休止運転時、吸気行程から圧縮行程に亘って前記休止気筒内に圧縮空気を生成するように前記休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを開閉し、圧縮行程の後期から膨張行程の初期に亘って前記排気バルブを開く休止バルブ開閉機構と、通常運転時と気筒休止運転時とで前記運転バルブ開閉機構と前記休止バルブ開閉機構とを切り替える切替機構と、前記休止気筒に接続される排気通路を開閉する通路開閉機構と、前記排気通路における前記通路開閉機構よりも上流側と、前記運転気筒に接続される吸気通路とを連結する連結管と、前記連結管を開閉する連結管開閉機構と、以下の開閉制御部とを備える。この開閉制御部は、前記通路開閉機構及び前記連結管開閉機構を以下のように制御する。
(1)前記休止気筒が通常運転にあるとき、前記運転バルブ開閉機構によって前記排気バルブが少なくとも開いている間は前記排気通路を開いた状態にする。
(2)前記休止気筒が気筒休止運転にあるときに圧縮行程の後期から膨張行程の初期に亘って前記排気バルブを開いている間、前記圧縮空気を貯留する閉空間を前記排気通路に形成するために、前記排気通路及び前記連結管を閉じた状態にし、前記連結管を介して吸気行程にある前記運転気筒に前記閉空間に貯留された前記圧縮空気を供給するために、前記排気通路を閉じた状態とし、かつ前記連結管を開いた状態にする。
The cylinder deactivation type internal combustion engine according to the first aspect of the present invention performs an operation cylinder that performs four-cycle operation, and performs a four-cycle piston movement during normal operation, and performs the piston movement in a state where fuel injection is stopped during cylinder deactivation operation. A non-operating cylinder to be operated, an operating valve opening / closing mechanism for opening and closing an intake valve and an exhaust valve of the non-operating cylinder in accordance with the four cycles during normal operation; A pause valve opening / closing mechanism that opens and closes the intake valve and exhaust valve of the idle cylinder so as to generate compressed air and opens the exhaust valve from the latter half of the compression stroke to the early stage of the expansion stroke, and during normal operation and cylinder idle A switching mechanism that switches between the operation valve opening and closing mechanism and the pause valve opening and closing mechanism during operation, and a passage opening and closing mechanism that opens and closes an exhaust passage connected to the idle cylinder A connecting pipe that connects the upstream side of the passage opening / closing mechanism in the exhaust passage with an intake passage connected to the operating cylinder, a connecting pipe opening / closing mechanism that opens and closes the connecting pipe, and the following opening / closing control unit: Prepare. The opening / closing controller controls the passage opening / closing mechanism and the connecting pipe opening / closing mechanism as follows.
(1) When the deactivated cylinder is in normal operation, the exhaust valve is opened at least while the exhaust valve is open by the operation valve opening / closing mechanism.
(2) A closed space for storing the compressed air is formed in the exhaust passage while the exhaust valve is open from the latter stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke when the deactivated cylinder is in the cylinder deactivation operation. In order to supply the compressed air stored in the closed space to the operating cylinder in the intake stroke via the connection pipe, the exhaust passage and the connection pipe are closed. A closed state is set, and the connecting pipe is opened.
第二の本発明の気筒休止型内燃機関は、4サイクル運転を行う運転気筒と、通常運転時、4サイクルのピストン運動を行い、気筒休止運転時には燃料噴射が停止された状態で前記ピストン運動を行う休止気筒と、通常運転時、前記休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを前記4サイクルに則って開閉する運転バルブ開閉機構と、気筒休止運転時、膨張行程から排気行程に亘って前記休止気筒内に圧縮気体を生成するように前記休止気筒の吸気バルブを閉じ、排気バルブを開く休止バルブ開閉機構と、通常運転時と気筒休止運転時とで前記運転バルブ開閉機構と前記休止バルブ開閉機構とを切り替える切替機構と、前記休止気筒に接続される排気通路を開閉する通路開閉機構と、前記排気通路における前記通路開閉機構よりも上流側と、前記運転気筒に接続される吸気通路とを連結する連結管と、前記連結管を開閉する連結管開閉機構と、前記運転気筒に接続される排気通路内の気体を前記休止気筒側の排気通路における前記通路開閉機構よりも上流側に導入する排ガス導入管と、前記排ガス導入管を開閉する導入管開閉機構と、以下の開閉制御部とを備える。この開閉制御部は、前記通路開閉機構、前記連結管開閉機構、及び導入管開閉機構を以下のように制御する。
(1)前記休止気筒が通常運転にあるとき、前記運転バルブ開閉機構によって前記排気バルブが少なくとも開いている間は前記排気通路を開いた状態にする。
(2)前記休止気筒が気筒休止運転にあるときに、以下のようにする。
(2−1)膨張行程から排気行程に亘って前記吸気バルブを閉じ、かつ前記排気バルブを開いている間、前記休止気筒が前記排ガス導入管を介して前記運転気筒側の排気通路内の気体を吸入し、吸入した気体を圧縮した前記圧縮気体を貯留する閉空間を前記排気通路に形成するために、前記排気通路及び前記連結管を閉じた状態にし、かつ前記排ガス導入管を開いた状態にする。
(2−2)前記連結管を介して吸気行程にある前記運転気筒に前記閉空間に貯留された前記圧縮気体を供給するために、前記排気通路及び前記排ガス導入管を閉じた状態とし、かつ前記連結管を開いた状態にする。
The cylinder deactivation type internal combustion engine of the second aspect of the present invention performs an operation cylinder that performs four-cycle operation, and performs a four-cycle piston movement during normal operation, and performs the piston movement in a state where fuel injection is stopped during cylinder deactivation operation. A non-operating cylinder to be operated, an operating valve opening / closing mechanism for opening and closing an intake valve and an exhaust valve of the non-operating cylinder in accordance with the four cycles during normal operation, and an in-stop cylinder from the expansion stroke to the exhaust stroke in the cylinder deactivation operation. A closed valve opening / closing mechanism that closes the intake valve of the deactivated cylinder and opens an exhaust valve so as to generate compressed gas, and the operated valve open / close mechanism and the deactivated valve open / close mechanism during normal operation and during cylinder deactivated operation. A switching mechanism for switching, a passage opening and closing mechanism for opening and closing an exhaust passage connected to the deactivated cylinder, an upstream side of the passage opening and closing mechanism in the exhaust passage, and the operation A connecting pipe for connecting to an intake passage connected to the cylinder; a connecting pipe opening / closing mechanism for opening and closing the connecting pipe; and a gas in the exhaust passage connected to the operating cylinder for passing the gas in the exhaust passage on the idle cylinder side An exhaust gas introduction pipe introduced upstream of the opening / closing mechanism, an introduction pipe opening / closing mechanism for opening / closing the exhaust gas introduction pipe, and the following opening / closing control unit are provided. The opening / closing control unit controls the passage opening / closing mechanism, the connecting pipe opening / closing mechanism, and the introduction pipe opening / closing mechanism as follows.
(1) When the deactivated cylinder is in normal operation, the exhaust valve is opened at least while the exhaust valve is open by the operation valve opening / closing mechanism.
(2) When the idle cylinder is in cylinder idle operation, the following is performed.
(2-1) While the intake valve is closed and the exhaust valve is opened from the expansion stroke to the exhaust stroke, the idle cylinder passes through the exhaust gas introduction pipe and the gas in the exhaust passage on the operating cylinder side The exhaust passage and the connecting pipe are closed and the exhaust gas introduction pipe is opened to form a closed space in the exhaust passage for storing the compressed gas obtained by compressing the sucked gas. To.
(2-2) In order to supply the compressed gas stored in the closed space to the operating cylinder in the intake stroke through the connection pipe, the exhaust passage and the exhaust gas introduction pipe are closed, and The connecting pipe is opened.
上記の気筒休止型内燃機関は、過給機を備えておらず、簡単な構成でありながら、運転気筒内の吸気流動を強化したり、過給したりできる。 The above-described cylinder deactivation type internal combustion engine does not include a supercharger, and has a simple configuration, but can reinforce or supercharge intake air flow in the operating cylinder.
以下、図面を参照して、本発明の気筒休止型内燃機関の具体例を説明する。図において同一符号は同一名称物を示す。図において、カム15〜19のプロフィル、通路開閉機構・連結管開閉機構・導入管開閉機構の配置位置、連結管・排ガス導入管の接続位置などは例示である。図2,図6では、気筒10の動弁系を省略し、図2,図4−図6では、気筒20の動弁系を省略している。
Hereinafter, a specific example of a cylinder deactivation type internal combustion engine of the present invention will be described with reference to the drawings. In the figure, the same reference numeral indicates the same name. In the drawing, the profiles of the
[実施形態1]
・全体構成
以下、図1〜図4を参照して実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aを説明する。実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、吸気行程、圧縮行程、燃焼(膨張)行程、排気行程という4サイクル運転を行う複数の気筒10,20を備えており、図示しない自動車に搭載されて、自動車の走行などに必要な出力を発生する。内燃機関1Aは、自動車の運転状態に応じて、複数の気筒10,20のうち全ての気筒を運転する全筒運転と、一部の気筒の運転を休止し、残部の気筒のみで運転を行う気筒休止運転とが可能な構成を備える。具体的には、内燃機関1Aは、運転状態を検知する各種のセンサ800からの情報を受け、全筒運転と気筒休止運転との切替判断を行って、切替に応じて、運転を停止する気筒(ここでは休止気筒10)について吸気バルブ12及び排気バルブ13の開閉動作を変更する全体制御部80を備える。センサ800は、後述するクランクシャフトの回転数を検知するものや、冷却水の温度を検知するものなど、全筒・休止の切り替えのトリガとなり得るパラメータを測定するものが挙げられる。
[Embodiment 1]
Overall Configuration Hereinafter, a cylinder deactivation type
実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、気筒休止運転時、運転を停止する気筒(ここでは休止気筒10)によって圧縮空気を形成し、この圧縮空気を、通常運転を行う気筒(ここでは運転気筒20)に供給可能な構成であることを特徴の一つとする。以下、基本構成を説明し、その後に特徴点を詳細に説明する。
In the cylinder deactivation type
・基本構成
内燃機関1Aの基本的構成は、4サイクル運転を行う内燃機関と同様である。概略を述べると、内燃機関1Aは、筒状のシリンダ本体100,200と、各シリンダ本体100,200内(ブロック内)を上下動といった直線的な往復運動をするピストン110,210(図2)とを有する気筒10,20を備える。シリンダ本体100,200の上部(ヘッド)には、燃焼室が設けられる。各シリンダ本体100,200には、吸気通路120,220、及び排気通路130,230が接続される。更に、内燃機関1Aは、吸気通路120,220と燃焼室との間を開閉する吸気バルブ12,22と、排気通路130,230と燃焼室との間を開閉する排気バルブ13,23と、燃焼室に配置された点火プラグ150,250とを備える。
Basic configuration The basic configuration of the
ピストン110,210は、コンロッドを介してクランクシャフト(図示せず)に接続される。上記往復運動(ピストン運動)が回転運動に変えられて上記出力となる。クランクシャフトの回転は、タイミングベルト(図示せず)を介して、複数のカムを備えるカムシャフト(図示せず)に伝えられる。カムは、所定のプロフィルを有しており、カムシャフトの回転に伴って、吸気バルブ12,22、排気バルブ13,23を直接又はロッカーアーム(図示せず)を介して押圧する又は開放する。各バルブ12,22,13,23は、ステムの外周にバルブスプリングが嵌められており、上述の押圧又は開放によってバルブスプリングが伸縮することで開閉する。カムのみ、又はカム及びロッカーアームは、バルブ12,22,13,23を開閉するバルブ開閉機構として機能する。気筒休止運転を行う内燃機関1Aは、複数のカムを1本のカムシャフトに備えるシングルオーバーヘッドカムシャフト(SOHC)方式、吸気バルブ12,22の開閉を行う複数のカムを備える吸気用カムシャフトと、排気バルブ13,23の開閉を行う複数のカムを備える排気用カムシャフトとを備えるダブルオーバーヘッドカムシャフト(DOHC)方式のいずれも利用できる。図では、DOHC方式を例示する。
内燃機関1Aに備える各気筒10,20における4サイクルの位相は、任意である。即ち、両気筒10,20の4サイクルの位相が同相である場合、4サイクルの位相が180°ずれている場合、360°ずれている場合、540°ずれている場合などをとり得る(後述する図3も参照)。図1,図2,図4、後述する図5,図6では、両気筒10,20の4サイクルの位相が540°ずれている場合を例示する。
The phases of the four cycles in each of the
・特徴点
・・バルブ開閉機構及び切替機構
実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、気筒休止運転時、運転を休止する休止気筒10について、全体制御部80が燃料噴射、及び点火プラグ150の発火を停止するように噴射装置(図示せず)などを制御すると共に、吸気バルブ12及び排気バルブ13の開閉を行う点を特徴の一つとする。即ち、休止気筒10は、ピストン110の往復運動と両バルブ12,13の開閉とを行い、燃焼を行わない。そのため、内燃機関1Aは、通常運転時(全筒運転時)に休止気筒10の両バルブ12,13が4サイクルに則って開閉するように設けられた運転バルブ開閉機構と、気筒休止運転時に休止気筒10の両バルブ12,13が特定の開閉動作を行うように設けられた休止バルブ開閉機構と、通常運転時と気筒休止運転時とで両バルブ開閉機構を切り替える切替機構(図示せず)と、切替機構を制御する切替制御部81とを備える。
-Features-Valve opening / closing mechanism and switching mechanism In the cylinder deactivation type
吸気バルブ12は、気筒休止運転時、通常運転時と同様に4サイクルに則って開閉する。従って、吸気バルブ12については、通常運転時と休止運転時とでバルブ開閉機構を切り替える必要が無く、通常運転時のバルブ開閉機構(運転バルブ開閉機構)をそのまま利用できる。即ち、吸気バルブ12が主として吸気行程で開き、主として吸気行程以外の行程では閉じるように設けられた運転バルブ開閉機構を利用できる。図1,図4では、吸気バルブ12の運転バルブ開閉機構として、カム19を例示する。
The
排気バルブ13については、通常運転時と気筒休止運転時とで、開閉時期が異なるように設けられたバルブ開閉機構を利用する。通常運転時に用いる運転バルブ開閉機構には、排気バルブ13が4サイクルに則って開閉する、即ち主として排気行程で開き、主として排気行程以外の行程では閉じるように設けられたものが利用できる。図4では、排気バルブ13の運転バルブ開閉機構として、運転用カム18を例示する。一方、気筒休止運転時に用いる休止バルブ開閉機構は、排気バルブ13が吸気行程から圧縮行程の後期に亘って閉じ、圧縮行程の後期から膨張行程の初期に亘って開くように設けられたものが利用できる。図3に示す休止気筒10(Cly.1)の排気バルブの項について、黒色の矢印と共に、openと付した範囲は、気筒休止運転時に排気バルブ13が開く時期を例示している。図1では、排気バルブ13の休止バルブ開閉機構として、上述の特定の時期に排気バルブ13が開くようなプロフィルを有する休止用カム15を例示する。なお、排気バルブ13の具体的な開弁タイミングは、休止用カム15のプロフィルやピストン110の頂面に設定する排気バルブ13用のバルブリセスの形状などによって異なる。
For the
運転バルブ開閉機構と休止バルブ開閉機構との切り替えは、ロッカーアーム切替え式、カムスライド式などの公知の可変バルブシステムに利用されている構成を利用できる。この例では、カムシャフトの軸方向にカム部分が移動するカムスライド式としており、カム部分として、休止用カム15と運転用カム18とを備え、切替機構として、両カム15,18の間に設けられる螺旋溝部(図示せず)を備える。内燃機関1Aは、上記螺旋溝部に差し込み可能なプランジャを備える電磁ソレノイド(図示せず)を備え、切替制御部81は、この電磁ソレノイドを制御する。切替制御部81は、例えば、通常運転から気筒休止運転に切り替える命令信号を全体制御部80から受け取ると、プランジャを突出するように電磁ソレノイドに命令する。突出したプランジャは、カムシャフトの回転に伴って螺旋溝部の溝に沿って摺接することで、運転用カム18から休止用カム15に切り替えられる。
For switching between the operation valve opening / closing mechanism and the stop valve opening / closing mechanism, a configuration used in a known variable valve system such as a rocker arm switching type or a cam slide type can be used. In this example, the cam portion is a cam slide type in which the cam portion moves in the axial direction of the camshaft. As the cam portion, a
・・通路開閉機構
実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、複数の気筒10,20のうち、少なくとも一つの気筒に接続される排気通路を開閉可能な構成としている点を特徴の一つとする。具体的には内燃機関1Aは、休止気筒10に接続される排気通路130に通路開閉機構3を備える。
..Passage opening / closing mechanism One of the features of the cylinder deactivation type
通路開閉機構3は、通常運転時に気筒10が排気ガスを排出できるように排気通路130を開いた状態にでき、かつ気筒休止運転時に気筒10がつくる圧縮空気が下流側(図示しないマフラー側)に漏出しないように排気通路130を閉じた状態にできるものを適宜利用できる。例えば、電動弁や電磁弁などといった電気的に制御可能な弁などが好適に利用できる。ここでは、電磁バタフライ弁とし、後述する開閉制御部8Aは、この電磁弁の開閉動作を制御する。
The passage opening /
排気通路130における通路開閉機構3の配置位置は適宜選択できるが、下流に行き過ぎると、通路開閉機構3によって堰き止められた排気通路130内の空間(排気バルブ13から通路開閉機構3までの空間)が広くなる。この空間が広いと、気筒休止運転時に休止気筒10が吸入した空気を圧縮する際に、ピストン110のストロークに対して圧縮する空気の体積が大きく、圧縮効果を十分に得難い。上記空間ができるだけ小さくなるように通路開閉機構3の配置位置を選択すると、上記圧縮効果が得られ易く好ましい。通路開閉機構3の配置位置は、上記空間内の体積がシリンダ容積未満となる位置が好ましい。例えば、上記配置位置は、排気通路130における排気バルブ13の配置箇所近傍であって、排気通路130における後述の連結管4の接続箇所よりも下流が好ましい。
The arrangement position of the passage opening /
・・連結管及び連結管開閉機構
実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、複数の気筒10,20のうち、気筒休止運転時に運転を休止する休止気筒10側の排気通路130と、通常運転を行う運転気筒20側の吸気通路220とを連通可能な構成としている点を特徴の一つとする。具体的には内燃機関1Aは、休止気筒10側の排気通路130における通路開閉機構3よりも上流側と、気筒20に接続される吸気通路220とを連結する連結管4と、連結管4を開閉する連結管開閉機構5とを備える。
.. Connecting Pipe and Connecting Pipe Opening / Closing Mechanism The cylinder deactivation type
連結管4は、気筒休止運転時に休止気筒10が形成する圧縮空気を、適宜な時期に運転気筒20に供給する通路として機能する。この機能を考慮すると、上述の圧縮効果を高められるように、連結管4内の体積が小さいことが好ましい。具体的には、連結管4を細く、短くすることが好ましいと考えられる。例えば、連結管4は、図1に示すように隣り合う気筒10,気筒20の排気通路130と吸気通路220とを接続すると、短くできて好ましい。また、連結管4における排気通路130との接続位置は、排気バルブ13の配置箇所近傍とし、連結管4における吸気通路220との接続位置は、吸気バルブ22の配置箇所近傍とすると、連結管4を短くできて好ましい。
The connecting pipe 4 functions as a passage for supplying compressed air formed by the deactivated
連結管4の開口径、傾斜角度、外形などは適宜選択することができる。例えば、連結管4を経た上述の圧縮空気(高圧の新気)が運転気筒20のシリンダ本体200内に導入されることで、運転気筒20が吸い込んだ気体、代表的には燃料と空気との混合気がスワール渦やタンブル渦などの特定の流動をし易いように、連結管4に指向性を持たせることができる。
The opening diameter, inclination angle, outer shape, and the like of the connecting pipe 4 can be selected as appropriate. For example, the compressed air (high-pressure fresh air) that has passed through the connecting pipe 4 is introduced into the
連結管開閉機構5は、気筒休止運転時に上述の通路開閉機構3と共に閉じた状態となることで、休止気筒10側の排気通路130に閉空間を形成することを機能の一つとする。実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、この閉空間を休止気筒10が形成した圧縮空気の貯留槽として利用し、適宜な時期に、連結管開閉機構5を開くことで、連結管4を介して、上記貯留槽内の圧縮空気を運転気筒20に供給する。この機能を考慮すると、連結管開閉機構5は、上述の通路開閉機構3と同様に電気的に制御可能な弁などが好適に利用できる。ここでは、電磁バタフライ弁とし、後述する開閉制御部8Aは、この電磁弁の開閉動作を制御する。連結管4における連結管開閉機構5の配置位置は適宜選択できる。上記配置位置は、例えば、排気通路130と連結管4との接続箇所近傍などとすると、上記貯留槽の容積を小さくでき、上述の圧縮効果を高められると考えられる。
One function of the connecting pipe opening /
・・開閉制御部
実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、通常運転時、気筒10が生成する排気ガスを排気通路130を介して排出でき、気筒休止運転時、休止気筒10がつくる圧縮空気を休止気筒10側の排気通路130に一旦貯留し、適宜な時期に運転気筒20に供給できるように、休止気筒10側の排気通路130の開閉動作を行う通路開閉機構3及び連結管4の開閉動作を行う連結管開閉機構5を制御する開閉制御部8Aを備えることを特徴の一つとする。図1では、全体制御部80の一部に開閉制御部8A、上述の切替制御部81を備える例を示すが、各制御部8A,80,81をそれぞれ別個に備えることができる(この点は、後述する実施形態2も同様である)。制御の詳細は、以下の運転状態の項で説明する。
..Opening / Closing Control Unit The cylinder deactivation type
・運転状態
・・通常運転時(図4)
内燃機関1Aの全体制御部80は、高出力などが必要な状態となっているか否かを各種のセンサ800からの情報に基づいて判断する。全体制御部80が全筒運転を行うと判断した場合、気筒10が通常運転を行えるようにする。具体的には、全体制御部80は、気筒10に対して燃料噴射の動作命令、点火プラグ150の点火動作命令、必要に応じて切替制御部81に切替命令をそれぞれ出す。切替制御部81は、電磁ソレノイドなどに命令して、気筒10のカムを、切替機構を介して運転用カム18に切り替える。開閉制御部8Aは、気筒10のカムの切替などに応じて、通路開閉機構3に命令して通路開閉機構3に開動作を行わせる(図4の実線参照)。具体的には、運転用カム18によって排気バルブ13が開いている間は少なくとも気筒10側の排気通路130が開いた状態になるように、開閉制御部8Aは、通路開閉機構3を制御する。
・ Operating state ・ ・ During normal operation (Fig. 4)
The
上述の切替動作などによって、気筒10の吸気バルブ12及び排気バルブ13は、運転用カム18を利用して4サイクル運転に則って開閉し、ピストン110は往復運動を行う。即ち、通常運転時、気筒10は、4サイクルのうち吸気行程にあるとき、吸気バルブ12を開いて排気バルブ13を閉じた状態で代表的には空気と燃料との混合気を吸入し、圧縮行程にあるとき、吸気バルブ12及び排気バルブ13を閉じた状態で吸入した混合気を圧縮し、膨張行程にあるとき、圧縮した混合気を点火プラグ150の点火によって燃焼する。そして、気筒10は、排気行程にあるとき、通路開閉機構3が開いた状態にある排気通路130から排気ガスを排出する。なお、直噴式の内燃機関の場合には空気のみを吸入して、燃料室に燃料が直接噴射される。
By the switching operation described above, the
一方、気筒20の吸気バルブ22及び排気バルブ23は、カム(図示せず)を利用して4サイクル運転に則って開閉し、ピストン210は往復運動を行う。
On the other hand, the
通常運転時、連結管開閉機構5の開閉は問わない。連結管開閉機構5を閉じていてもよいし、開いてもよい。連結管開閉機構5が開いている場合、排気行程にある気筒10の排気ガスが連結管4を介して、気筒20側の吸気通路220に流れるが、この排気ガスは、気筒20が吸気行程にあるとき、混合気と共に吸引されて、排気再循環による効果が期待できる。
During normal operation, the connecting pipe opening /
・・気筒休止運転時(図1,図2)
内燃機関1Aの全体制御部80が気筒休止運転を行うと判断した場合、休止させる気筒(休止気筒10)が燃焼操作を行わず、特定の操作(圧縮空気の生成・貯留と運転気筒20への供給)を行えるようにする。具体的には、全体制御部80は、休止気筒10に対して燃料噴射の停止命令、点火プラグ150の点火停止命令、切替制御部81に切替命令をそれぞれ出す。切替制御部81は、電磁ソレノイドなどに命令して、気筒10のカムを、切替機構を介して運転用カム18から休止用カム15に切り替える。カムの切り替えは、排気バルブ13についてのみ行い、吸気バルブ12のカム19は、通常運転時のままとする。
..Cylinder deactivation operation (Figs. 1 and 2)
When the
開閉制御部8Aは、気筒10のカムの切替などに応じて、通路開閉機構3及び連結管開閉機構5に命令して開閉動作を行わせる。具体的には、(1)休止用カム15によって排気バルブ13が開いている間、(2)排気バルブ13が閉じて排気通路130の閉空間に圧縮空気を貯留している間の二つの期間は少なくとも、排気通路130及び連結管4が閉じた状態になるように(図1の実線参照)、開閉制御部8Aは、通路開閉機構3及び連結管開閉機構5を制御する。そして、開閉制御部8Aは、運転気筒20が吸気行程にあるときに、排気通路130が閉じ、連結管4が開いた状態になるように(図2の実線参照)、通路開閉機構3及び連結管開閉機構5を制御する。
The opening /
通路開閉機構3を閉じる時は、排気バルブ13を開く前であればよく、例えば、排気バルブ13を開く直前、休止気筒10の圧縮行程の任意のとき、気筒休止運転開始時などが挙げられる。又は、開閉制御部8Aは、気筒休止運転時には通路開閉機構3を閉状態とし、通常運転時にのみ通路開閉機構3を開状態とするように通路開閉機構3を制御することができる。この場合、例えば、カムの切り替えと連動するように、通路開閉機構3の開閉を制御すればよく、制御が単純になる。圧縮空気を形成するために排気通路130を閉じた後、そのまま閉じた状態を維持すればよく、開閉動作を別途行う必要がないからである。図3では、この場合、即ち気筒休止運転中、排気通路130が閉じ、通常運転時にのみ排気通路130が開く場合を例示する。連結管開閉機構5を閉じる時は、排気バルブ13を開く前であればよく、例えば、排気バルブ13を開く直前、休止気筒10の圧縮行程の任意のときなどが挙げられる。連結管開閉機構5を開く時は、貯留する圧縮空気を運転気筒20に供給するとき、具体的には、運転気筒20が吸気行程にある任意のときが挙げられる。
The passage opening /
以下、休止気筒10の4サイクルの行程ごとに説明する。
休止気筒10が吸気行程にあるとき、カム19の回転に伴って吸気バルブ12が開き、休止用カム15によって排気バルブ13は閉じた状態で、ピストン110が下死点に向かうに従って、燃料を含まない空気のみをシリンダ本体100に吸入する。
Hereinafter, each stroke of the
When the
休止気筒10が圧縮行程に入ると、カム19の回転に伴って吸気バルブ12が閉じ、休止用カム15によって排気バルブ13が閉じたまま、ピストン110が上死点に向かうに従って、シリンダ本体100内に吸入した上記空気が圧縮される。このようにして吸気行程から圧縮行程に亘って休止気筒10内に圧縮空気を生成する。
When the
開閉制御部8Aは、休止気筒10の圧縮行程の後期に休止気筒10側の排気通路130及び連結管4が閉じた状態となるように通路開閉機構3及び連結管開閉機構5を制御する。通路開閉機構3及び連結管開閉機構5が閉じることで、排気通路130と通路開閉機構3及び連結管開閉機構5とで囲まれる閉空間を形成できる。
The opening /
休止気筒10の圧縮行程の後期に排気通路130に上記閉空間が形成された状態で、休止用カム15の回転に伴って排気バルブ13が開くと、休止気筒10が圧縮行程で形成した圧縮空気が上記閉空間に流動する。
When the
休止気筒10の圧縮行程の後期を経て膨張行程に入り、膨張行程の中期には、上述の圧縮空気を上記閉空間に充填し終わっており、休止用カム15の回転に伴って排気バルブ13が閉じる。こうすることで、休止気筒10が圧縮行程で形成した圧縮空気を排気通路130において排気バルブ13と通路開閉機構3と連結管開閉機構5とで封止された閉空間に貯留できる。
After the latter half of the compression stroke of the
そして、開閉制御部8Aは、図2に示すように運転気筒20が吸気行程にあるときに連結管4が開いた状態となるように連結管開閉機構5を制御する。通路開閉機構3が閉じた状態で連結管開閉機構5が開くことで、排気通路130における上記閉空間に貯留していた圧縮空気を、連結管4を介して運転気筒20に供給できる。より具体的には、吸気行程に入って吸気バルブ22を開いて負圧になり始めている運転気筒20のシリンダ本体200に引き込まれるようにして、上記圧縮空気を運転気筒20に供給できる。
Then, the opening /
図3を参照して、運転気筒20(Cyl.2)の4サイクルの位相ごとに、休止気筒10(Cyl.1)の排気バルブ13の開閉状態、排気通路130の開閉状態、連結管4の開閉状態を説明する。図3、及び後述の図7では、クランクシャフトの回転角度を基準として、両気筒(Cyl.1,2)について吸気バルブ及び排気バルブが開いている時期を矢印で示すと共にopenと付して示す。排気通路130及び連結管4、導入管(図7、後述する排ガス導入管6)について、開いている時期を矢印で示すと共にopenと付して示し、閉じている時期をハッチング及びcloseを付して示す。右欄の「全筒」は、全筒運転の場合(矢印は破線矢印)、「休止」は、気筒休止運転の場合(矢印は黒矢印)、「全・休」は、全筒運転又は気筒休止運転の場合を意味する。図において、矢印やハッチングを付した時期は例示である。特に、排気通路130の開閉時期、連結管4の開閉時期、排ガス導入管6の開閉時期は、明示した時期を含んで、又は含まずにその他の時期とすることができる。
With reference to FIG. 3, the open / close state of the
ここで、休止気筒10側の排気通路130の閉空間に貯留する圧縮空気を供給可能な時期とは、休止気筒10の排気バルブ13が閉じているとき、即ち、図3において「open」と付された範囲以外の時期である。上記の圧縮空気を供給可能な時期に、運転気筒20の吸気バルブ22が開いていれば、運転気筒20に上記圧縮空気を供給できる。例えば、休止気筒10(Cyl.1)と運転気筒20(Cyl.2)とについて、4サイクルの位相が同相である場合、180°ずれている場合、540°ずれている場合では、上記の圧縮空気を供給可能な時期に吸気バルブ22が概ね開いている。従って、これらの場合では、運転気筒20の吸気バルブ22が開いている任意の時期、例えば、吸気バルブ22を開くと同時に連結管4を開くことが挙げられる。連結管4を開くまでは、連結管4を閉じ続ける。図3では、休止気筒10の排気バルブ13を開くと同時に連結管4を閉じ、運転気筒20の吸気バルブ22を開くと同時に連結管4を開く場合を例示する。
Here, the time when the compressed air stored in the closed space of the
一方、休止気筒10(Cyl.1)と運転気筒20(Cyl.2)とについて、4サイクルの位相が360°ずれている場合には、上記の圧縮空気を供給できない時期、即ち、図3においてCyl.10の排気バルブ13に「open」と付された範囲と、運転気筒20の吸気バルブ22が開いている時期とが重複する。従って、この場合には、休止気筒10の排気バルブ13が閉じた後であって、運転気筒20の吸気バルブ22が開いている時期、例えば、吸気行程の中期に連結管4を開くことが挙げられる。連結管4を開くまでは、連結管4を閉じ続ける。図3では、休止気筒10の排気バルブ13を開くと同時に連結管4を閉じ、運転気筒20の吸気行程中期に連結管4を開く場合を例示する。
On the other hand, when the phases of the four cycles of the idle cylinder 10 (Cyl.1) and the operating cylinder 20 (Cyl.2) are shifted by 360 °, the above-described period when the compressed air cannot be supplied, that is, in FIG. Cyl. The range in which “10” is set to the 10
気筒休止運転中、開閉制御部8Aが通路開閉機構3と連結管開閉機構5とを制御することで、休止気筒10は、上述のピストン110の往復運動と吸気バルブ12及び排気バルブ13の開閉と通路開閉機構3の開閉と連結管開閉機構5の開閉とを利用した運転気筒20への圧縮空気の供給操作を繰り返し行う。
During the cylinder deactivation operation, the opening /
・効果
実施形態1の気筒休止型内燃機関1Aは、気筒休止運転時、休止気筒10をポンプとして利用して圧縮空気を運転気筒20に供給可能である。特に、内燃機関1Aは、休止気筒10側の排気通路130を圧縮空気の貯留槽に利用できるため、運転気筒20の4サイクルの位相によらず、圧縮空気を確実に貯留でき、運転気筒20の吸気行程に供給できる。従って、内燃機関1Aは、運転気筒20の吸気流動を強化したり、過給したりできる。連結管4が指向性を有する場合には、上記運転気筒20の吸気流動を更に強化し易い。
Effect The cylinder deactivation type
特に、内燃機関1Aは、過給機や高圧タンクを備えておらず、気筒休止運転が可能な構成に対して休止気筒10側の排気通路130に通路開閉機構3を設けると共に、この排気通路130と運転気筒20側の吸気通路220とを連結する連結管4及び連結管開閉機構5を付加するという簡単な構成であり、過給機などの省略による軽量化、低コスト化が期待できる。
In particular, the
更に、休止気筒10は、排気通路130につくられる閉空間に圧縮空気を貯留することで休止気筒10内の圧力が低下する結果、休止気筒10の圧縮に起因する負の仕事を低減できる。そのため、内燃機関1Aは、休止気筒10の熱量の損失を低減できる。
Furthermore, the
[実施形態2]
・全体構成
以下、図5〜図7を参照して実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bを説明する。実施形態1では、休止気筒10が空気を吸引し、この空気を圧縮して運転気筒20に供給する構成を説明した。実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bは、休止気筒10が運転気筒20から排気ガスなどの気体を吸引し、この気体を圧縮して運転気筒20に供給する構成である。このような内燃機関1Bは、実施形態1の内燃機関1Aと共通する構成を備える。共通構成の概略を述べると、内燃機関1Bは、4サイクル運転を行う複数の気筒10,20と、気筒休止運転が可能な構成とを備え、気筒休止運転時、一方の気筒を休止気筒10、他方の気筒を運転気筒20とする。また、内燃機関1Bは、運転バルブ開閉機構、休止バルブ開閉機構、切替機構、通路開閉機構3、連結管4、連結管開閉機構5、これらの開閉機構3,5を制御する開閉制御部8Bとを備える。内燃機関1Bは、運転気筒20側の排気通路230内の気体、代表的には運転気筒20が生成した排気ガスを休止気筒10側に導入可能な排ガス導入管6を備える点、開閉制御部8Bが排ガス導入管6の開閉を制御する点、これらの構成によって休止気筒10が導入した気体を圧縮気体にして運転気筒20に供給する点が異なる。以下、この相違点を中心に説明し、実施形態1との共通構成については説明を省略する。
[Embodiment 2]
-Whole structure Hereinafter, the cylinder deactivation type
・特徴点
・・バルブ開閉機構及び切替機構
実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bは、通常運転時に休止気筒10の両バルブ12,13が4サイクルに則って開閉するように設けられた運転バルブ開閉機構と、気筒休止運転時に休止気筒10の両バルブ12,13が特定の開閉動作を行うように設けられた休止バルブ開閉機構と、通常運転時と気筒休止運転時とで両バルブ開閉機構を切り替える切替機構(図示せず)と、切替機構を制御する切替制御部81とを備える。特に、実施形態2の内燃機関1Bでは、吸気バルブ12の開閉に用いるバルブ開閉機構も、通常運転時と気筒休止運転時とで切り替える。
· Features · · Valve opening and closing mechanism and switching mechanism The cylinder deactivation type
吸気バルブ12について通常運転時に用いる運転バルブ開閉機構には、実施形態1と同様のものが利用できる。気筒休止運転時に用いる休止バルブ開閉機構には、少なくとも吸気行程から圧縮行程に亘って閉じるように設けられたものが利用できる。即ち、通常運転時には吸気バルブ12を開く行程である吸気行程に対して、気筒休止運転時には吸気バルブ12を閉じるため、実施形態2の内燃機関1Bでは、気筒休止運転時に吸気バルブ12が開かなくてよいといえる。そこで、このような休止バルブ開閉機構として、バルブリフトが0(ゼロ)となる形状のカムを備えるものが利用できる。図5では、吸気バルブ12の休止バルブ開閉機構として、バルブリフトがゼロの休止用カム17を例示する。
As the operation valve opening / closing mechanism used during the normal operation of the
排気バルブ13について通常運転時に用いる運転バルブ開閉機構には、実施形態1と同様のもの、例えば、運転用カム18が利用できる。気筒休止運転時に用いる休止バルブ開閉機構には、排気バルブ13が吸気行程から圧縮行程に亘って閉じ、膨張行程から排気行程に亘って開くように設けられたものが利用できる。このような休止バルブ開閉機構は、例えば、クランクシャフトの回転角度でいうと、圧縮行程の開始角度を0°として、180°以上540°以下程度の範囲を満たす時期に排気バルブ13が開くように設けられたものが利用できる。図5では、排気バルブ13の休止バルブ開閉機構として、上述の特定の時期に排気バルブ13が開くようなプロフィルを有する休止用カム16を例示する。
As the operation valve opening / closing mechanism used during the normal operation of the
両バルブ12,13について、運転バルブ開閉機構と休止バルブ開閉機構との切り替えは、実施形態1と同様にカムスライド式などを利用でき、切替制御部81が制御する。
For both the
・・排ガス導入管及び導入管開閉機構
実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bは、複数の気筒10,20のうち、気筒休止運転時に運転を休止する休止気筒10側の排気通路130と、通常運転を行う運転気筒20側の排気通路230とを連通可能な構成としている点を特徴の一つとする。具体的には内燃機関1Bは、休止気筒10側の排気通路130における通路開閉機構3よりも上流側と運転気筒20側の排気通路230とを連結する排ガス導入管6と、排ガス導入管6を開閉する導入管開閉機構7とを備える。導入管開閉機構7が開いている状態にあるとき、排気通路130における通路開閉機構3よりも上流側に、運転気筒20側の排気通路230内に存在する気体、代表的には排気ガスを導入できる。
.. Exhaust gas introduction pipe and introduction pipe opening / closing mechanism The cylinder deactivation type
排ガス導入管6は、上述のように運転気筒20側の排気通路230から、この通路230内の気体を休止気筒10側の排気通路130に導入できればよく、大きさ(開口径、長さなど)や外形などは適宜選択することができる。
The exhaust
導入管開閉機構7は、気筒休止運転時、上述の通路開閉機構3,連結管開閉機構5と共に閉じている状態にあるとき、休止気筒10側の排気通路130に閉空間を形成することを機能の一つとする。実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bは、この閉空間を休止気筒10が形成した圧縮気体の貯留槽として利用し、適宜な時期に、連結管開閉機構5を開くことで、連結管4を介して、上記貯留槽内の圧縮気体を運転気筒20に供給する。この機能を考慮すると、導入管開閉機構7は、上述の通路開閉機構3,連結管開閉機構5と同様に電動弁や電磁弁などといった電気的に制御可能な弁などが好適に利用できる。ここでは、電磁バタフライ弁とし、後述する開閉制御部8Bは、この電磁弁の開閉動作を制御する。排ガス導入管6における導入管開閉機構7の配置位置は適宜選択できる。上記配置位置は、例えば、排気通路130と排ガス導入管6との接続箇所近傍などとすると、上記貯留槽の容積を小さくでき、上述の圧縮効果を高められると考えられる。
The introduction pipe opening / closing mechanism 7 functions to form a closed space in the
・・開閉制御部
実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bは、通常運転時、気筒10が生成する排気ガスを排気通路130を介して排出でき、気筒休止運転時、運転気筒20側の排気通路230内に存在する気体、代表的には運転気筒20が生成する排気ガスを休止気筒10で吸い込んで圧縮した後、休止気筒10側の排気通路130に一旦貯留し、適宜な時期に運転気筒20に供給できるように、休止気筒10側の排気通路130の開閉動作を行う通路開閉機構3、連結管4の開閉動作を行う連結管開閉機構5、排ガス導入管6の開閉動作を行う導入管開閉機構7を制御する開閉制御部8Bを備えることを特徴の一つとする。制御の詳細は、以下の運転状態の項で説明する。
..Opening / closing control unit The cylinder deactivation type
・運転状態
・・通常運転時
内燃機関1Bの通常運転状態は、実施形態1の内燃機関1Aと同様であり、排気バルブ13が開いている間はすくなくとも気筒10側の排気通路130を開いた状態にする。通常運転時、連結管開閉機構5、導入管開閉機構7の開閉は問わない。両開閉機構5,7を閉じていてもよいし、開いてもよい。
· Operating state ·· During normal operation The normal operating state of the
・・気筒休止運転時(図5,図6)
内燃機関1Bの全体制御部80が気筒休止運転を行うと判断した場合、休止させる気筒(休止気筒10)が燃焼操作を行わず、特定の操作(圧縮気体の生成・貯留と運転気筒20への供給)を行えるようにする。具体的には、全体制御部80は、休止気筒10に対して燃料噴射の停止命令、点火プラグ150の点火停止命令、切替制御部81に切替命令をそれぞれ出す。切替制御部81は、電磁ソレノイドなどに命令して、休止気筒10の吸気バルブ12、排気バルブ13に対するカムを、切替機構を介して運転用カムから休止用カム16,17にそれぞれ切り替える。この切り替えによって、吸気バルブ12は気筒休止運転中閉じており、排気バルブ13のみ開閉する。
..Cylinder deactivation operation (Figs. 5 and 6)
When the
開閉制御部8Bは、気筒10のカムの切替などに応じて、通路開閉機構3、連結管開閉機構5、導入管開閉機構7に命令して開閉動作を行わせる。具体的には、休止用カム17によって吸気バルブ12が閉じ、かつ休止用カム16によって排気バルブ13が開いている間は少なくとも、排気通路130及び連結管4が閉じた状態になり、排ガス導入管6が開いた状態になるように(図5の実線参照)、開閉制御部8Bは、各開閉機構3,5,7を制御する。また、排気バルブ13が閉じて排気通路130の閉空間に圧縮気体を貯留している間は少なくとも、排気通路130、連結管4、排ガス導入管6が閉じた状態になるように、開閉制御部8Bは、各開閉機構3,5,7を制御する。そして、運転気筒20が吸気行程にあるときに排気通路130及び連結管4が閉じた状態で、連結管4が開いた状態になるように連結管開閉機構5を制御する(図6の実線参照)。
The opening /
通路開閉機構3を閉じる時及び導入管開閉機構7を開く時は、排気バルブ13を開く前であればよく、例えば、排気バルブ13を開く直前、休止気筒10の吸気行程又は圧縮行程の任意のとき、気筒休止運転開始時などが挙げられる。上述のように気筒休止運転時には通路開閉機構3を閉状態とし、通常運転時にのみ通路開閉機構3を開状態とすることができ、後述の図7では、この場合を例示する。連結管開閉機5を閉じる時は、排気バルブ13を開く前であればよく、例えば、排気バルブ13を開く直前、休止気筒10の吸気行程又は圧縮行程の任意のときなどが挙げられる。連結管開閉機構5を開く時は、貯留する圧縮空気を運転気筒20に供給するとき、具体的には、運転気筒20が吸気行程にある任意のときが挙げられる。導入管開閉機構7を閉じる時は、運転気筒20側の排気通路230からの気体の流動が終わった任意のときにできる。
When closing the passage opening /
以下、休止気筒10の4サイクルの行程ごとに説明する。
休止気筒10が吸気行程から圧縮行程にあるとき、カム17が回転するものの吸気バルブ12は閉じた状態であり、休止用カム15によって排気バルブ13も閉じた状態であり、ピストン110のみが往復運動をしている。以降、吸気バルブ12は閉じたままである。
Hereinafter, each stroke of the
When the
休止気筒10が膨張行程に入ると、開閉制御部8Bは、休止気筒10側の排気通路130及び連結管4が閉じた状態となり、排ガス導入管6が開いた状態となるように通路開閉機構3、連結管開閉機構5、導入管開閉機構7を制御する。この結果、排ガス導入管6によって、休止気筒10側の排気通路130と運転気筒20側の排気通路230とが連通する。この状態で、吸気バルブ部12が閉じたまま、休止用カム16の回転に伴って排気バルブ13が開くと、ピストン110が下死点に向かうに従って、負圧になり始めているシリンダ本体100に引き込まれるようにして、運転気筒20側の排気通路230内の気体を吸入できる。なお、運転気筒20側の排気通路230には、運転気筒20が生成した排気ガスに代表される酸素が少ないガスなどの気体が存在し、運転気筒20が排気行程にあれば、運転気筒20が生成したばかりの排気ガスが充填される。休止気筒10は、排ガス導入管6を介してこの低酸素ガスなどの気体を吸入する。休止気筒10が運転気筒20側の排気通路230内の気体を十分に吸入できたら、例えば、ピストン110が下死点に達して排気行程に移行するときになったら、開閉制御部8Bは、排ガス導入管6が閉じた状態となるように導入管開閉機構7を制御する。こうすることで、シリンダ本体100から排気通路130に亘って、通路開閉機構3、連結管開閉機構5、導入管開閉機構7で封止された閉空間に上記気体を充填できる。
When the deactivated
休止気筒10が排気行程に入ってピストン110が上死点に向かうに従って、上記閉空間内の気体が圧縮され、上記閉空間内に圧縮気体を充填できる。
As the
休止気筒10の排気行程の終期には、上述の圧縮気体を上記閉空間に充填し終わっており、休止用カム16の回転に伴って排気バルブ13が閉じる。こうすることで、休止気筒10が膨張行程から排気行程を経て形成した圧縮気体を、排気通路130において排気バルブ13と通路開閉機構3と連結管開閉機構5と導入管開閉機構7とで封止された閉空間に貯留できる。
At the end of the exhaust stroke of the
そして、開閉制御部8Bは、図6に示すように運転気筒20が吸気行程にあるときに連結管4が開いた状態となるように連結管開閉機構5を制御する。通路開閉機構3(排気通路130)と導入管開閉機構7(排ガス導入管6)とが閉じた状態で連結管開閉機構5が開くことで、排気通路130における上記閉空間に貯留保持していた圧縮気体を、連結管4を介して運転気筒20に供給できる。より具体的には、吸気行程にあるため吸気バルブ22を開いて負圧になり始めている運転気筒20のシリンダ本体200に引き込まれるようにして、上記圧縮気体を運転気筒20に供給できる。
Then, the opening /
図7を参照して、運転気筒20(Cyl.2)の4サイクルの位相ごとに、休止気筒10(Cyl.1)の排気バルブ13の開閉状態、排気通路130の開閉状態、連結管4の開閉状態、排ガス導入管6の開閉状態を説明する。
Referring to FIG. 7, the open / close state of
ここで、休止気筒10側の排気通路130の閉空間に貯留する圧縮気体を供給可能な時期とは、休止気筒10の排気バルブ13が閉じているとき、即ち、図7において「open」と付された範囲以外の時期(休止気筒10の吸気行程から圧縮行程まで)である。上記の圧縮気体を供給可能な時期に、運転気筒20の吸気バルブ22が開いていれば、運転気筒20に上記圧縮気体を供給できる。例えば、休止気筒10(Cyl.1)と運転気筒20(Cyl.2)とについて、4サイクルの位相が同相である場合、180°ずれている場合では、上記の圧縮気体を供給可能な時期に吸気バルブ22が概ね開いている。従って、これらの場合では、運転気筒20の吸気バルブ22が開いている任意の時期に連結管4を開くことが挙げられる。図7の同相の場合では、休止気筒10の排気バルブ13を開くと同時に連結管4を閉じ、運転気筒20の吸気行程の中期に連結管4を開く形態、180°ずれの場合では、休止気筒10の排気バルブ13を開くと同時に連結管4を閉じ、吸気バルブ22を開くと同時に連結管4を開く形態を例示する。連結管4を開くまでは、連結管4を閉じ続ける。なお、図7では、休止気筒10が膨張行程にあるとき排ガス導入管6を開き、それ以外の行程では閉じる形態を例示する。
Here, the time at which the compressed gas stored in the closed space of the
一方、休止気筒10(Cyl.1)と運転気筒20(Cyl.2)とについて、4サイクルの位相が540°ずれている場合では、上記の圧縮空気を供給できない時期、即ち、図7においてCyl.10の排気バルブ13に「open」と付された範囲と、運転気筒20の吸気バルブ22が開いている時期とが重複する。しかし、休止気筒10の排気行程後期には、排気通路130における上記閉空間内の気体はある程度圧縮されている。そこで、この場合には、休止気筒10の排気行程後期、即ち運転気筒20の吸気行程後期に連結管4を開くことで、運転気筒20に圧縮気体を供給できる。
On the other hand, when the phases of the four cycles of the idle cylinder 10 (Cyl.1) and the operating cylinder 20 (Cyl.2) are shifted by 540 °, the above-described compressed air cannot be supplied, that is, Cyl in FIG. . The range in which “10” is set to the 10
他方、休止気筒10(Cyl.1)と運転気筒20(Cyl.2)とについて、4サイクルの位相が360°ずれている場合では、上記の圧縮空気を供給できない時期に、運転気筒20の吸気バルブ22を開いている時期が含まれる。そのため、この場合は、圧縮気体を利用できないと考えられる。
On the other hand, when the phases of the four cycles of the idle cylinder 10 (Cyl.1) and the operating cylinder 20 (Cyl.2) are shifted by 360 °, the intake air of the operating
気筒休止運転中、開閉制御部8Bが通路開閉機構3と連結管開閉機構5と導入管開閉機構7とを制御することで、休止気筒10は、上述のピストン110の往復運動と吸気バルブ12及び排気バルブ13の開閉と通路開閉機構3の開閉と連結管開閉機構5の開閉と導入管開閉機構7の開閉とを利用した運転気筒20への圧縮気体の供給操作を繰り返し行う。
During cylinder deactivation operation, the opening /
・効果
実施形態2の気筒休止型内燃機関1Bは、気筒休止運転時、休止気筒10をポンプとして利用して圧縮気体を運転気筒20に供給可能である。特に、内燃機関1Bは、休止気筒10側の排気通路130を圧縮気体の貯留槽に利用できるため、圧縮気体を確実に貯留でき、運転気筒20の吸気行程に供給できる。従って、内燃機関1Bは、運転気筒20の吸気流動を強化したり、過給したりできる上に、圧縮気体が排気ガスなどの低酸素気体であることから、層状燃焼が可能になる。連結管4が指向性を有する場合には、上記運転気筒20の吸気流動を更に強化し易い。
Effect The cylinder deactivation type
また、内燃機関1Bは、実施形態1と同様に過給機や高圧タンクを備えておらず、気筒休止運転が可能な構成に対しての付加構成が少なく簡単な構成であり、過給機などの省略による軽量化、低コスト化が期待できる。更に、休止気筒10は、実施形態1と同様に休止気筒10の圧縮に起因する負の仕事を低減できて、休止気筒10の熱量の損失を低減できる。
Further, the
[実施形態3]
実施形態1,2の構成を組み合わせた構成とすることができる。即ち、実施形態3の気筒休止型内燃機関として、休止気筒10の運転バルブ開閉機構・休止バルブ開閉機構・切替機構と、通路開閉機構3と、連結管4と、連結管開閉機構5と、排ガス導入管6と、導入管開閉機構7と、これらの開閉機構3,5,7を制御する開閉制御部とを備えると共に、圧縮空気を供給する構造と、排気ガスに代表される圧縮気体を供給する構造とを選択可能な選択制御部とを備えることができる。この形態では、休止気筒10の吸気バルブ12の開閉を行うカムとして、運転用カム19と、休止用カム17とを備え、排気バルブ13の開閉を行うカムとして、運転用カム18と、休止用カム15,16とを備える。そして、センサ800などからの情報に基づいて、圧縮空気を利用するか、排気ガスに代表される圧縮気体を利用するかを選択制御部が判断して、切替制御部81にカムなどのバルブ開閉機構の切替命令を出すとよい。
[Embodiment 3]
It can be set as the structure which combined the structure of
[変形例1]
実施形態2では、休止気筒10が膨張行程から排気行程にあるときに運転気筒20側の排気通路230から気体を吸入して圧縮する構成を説明した。その他、休止気筒10が吸気行程から圧縮行程にあるときに運転気筒20側の排気通路230から気体を吸入して圧縮する構成とすることができる。この形態では、気筒休止運転時、休止気筒10の吸気バルブ12は閉じておき(休止用カム17を利用)、排気バルブ13は、吸気行程から圧縮行程に開くようなプロフィルを有するカムを利用すればよい。
[Modification 1]
In the second embodiment, the configuration has been described in which gas is sucked and compressed from the
なお、本発明は上述の例示に限定されない。例えば、実施形態1,2などでは2つの気筒を備える内燃機関を例示するが、3つ以上の気筒を備える内燃機関とすることができる。特に、4気筒などの偶数気筒が好ましい。その他、両気筒10,20の4サイクルの位相ずれとして、90°刻みのずれを有するものとすることができる。例えば、両気筒10,20の位相が450°ずれている形態や、630°ずれている形態などとすることができる。
In addition, this invention is not limited to the above-mentioned illustration. For example, in the first and second embodiments, an internal combustion engine having two cylinders is illustrated, but an internal combustion engine having three or more cylinders can be used. In particular, even-numbered cylinders such as four cylinders are preferable. In addition, the phase shift of 4 cycles of both
本発明の気筒休止型内燃機関は、自動車などの内燃機関に利用できる。 The cylinder deactivation type internal combustion engine of the present invention can be used for an internal combustion engine such as an automobile.
1A,1B 気筒休止型内燃機関 3 通路開閉機構 4 連結管
5 連結管開閉機構 6 排ガス導入管 7 導入管開閉機構
8A,8B 開閉制御部
10,20 気筒 10 休止気筒 20 運転気筒
12,22 吸気バルブ 13,23 排気バルブ
15,16,17 休止用カム(休止バルブ開閉機構)
18 運転用カム(運転バルブ開閉機構) 19 吸気バルブのカム
80 全体制御部 81 切替制御部 800 センサ
100,200 シリンダ本体 110,210 ピストン
120,220 吸気通路 130,230 排気通路 150,250 点火プラグ
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF
Claims (2)
通常運転時、4サイクルのピストン運動を行い、気筒休止運転時には燃料噴射が停止された状態で前記ピストン運動を行う休止気筒と、
通常運転時、前記休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを前記4サイクルに則って開閉する運転バルブ開閉機構と、
気筒休止運転時、吸気行程から圧縮行程に亘って前記休止気筒内に圧縮空気を生成するように前記休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを開閉し、圧縮行程の後期から膨張行程の初期に亘って前記排気バルブを開く休止バルブ開閉機構と、
通常運転時と気筒休止運転時とで前記運転バルブ開閉機構と前記休止バルブ開閉機構とを切り替える切替機構と、
前記休止気筒に接続される排気通路を開閉する通路開閉機構と、
前記排気通路における前記通路開閉機構よりも上流側と、前記運転気筒に接続される吸気通路とを連結する連結管と、
前記連結管を開閉する連結管開閉機構と、
前記休止気筒が通常運転にあるとき、前記運転バルブ開閉機構によって前記排気バルブが少なくとも開いている間は前記排気通路を開いた状態にし、
前記休止気筒が気筒休止運転にあるときに圧縮行程の後期から膨張行程の初期に亘って前記排気バルブを開いている間、前記圧縮空気を貯留する閉空間を前記排気通路に形成するために、前記排気通路及び前記連結管を閉じた状態にし、
前記連結管を介して吸気行程にある前記運転気筒に前記閉空間に貯留された前記圧縮空気を供給するために、前記排気通路を閉じた状態とし、かつ前記連結管を開いた状態にするように前記通路開閉機構及び前記連結管開閉機構を制御する開閉制御部とを備える気筒休止型内燃機関。 An operating cylinder for four-cycle operation;
A non-operating cylinder that performs a piston motion of four cycles during normal operation and performs the piston motion in a state where fuel injection is stopped during a cylinder deactivation operation;
An operation valve opening / closing mechanism that opens and closes the intake valve and the exhaust valve of the idle cylinder according to the four cycles during normal operation;
During cylinder deactivation operation, the intake valve and exhaust valve of the deactivation cylinder are opened and closed so as to generate compressed air in the deactivation cylinder from the intake stroke to the compression stroke, and from the latter stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke A pause valve opening / closing mechanism for opening the exhaust valve;
A switching mechanism that switches between the operation valve opening / closing mechanism and the suspension valve opening / closing mechanism between normal operation and cylinder deactivation operation;
A passage opening and closing mechanism for opening and closing an exhaust passage connected to the idle cylinder;
A connecting pipe that connects an upstream side of the passage opening / closing mechanism in the exhaust passage and an intake passage connected to the operating cylinder;
A connecting pipe opening and closing mechanism for opening and closing the connecting pipe;
When the idle cylinder is in normal operation, the exhaust valve is opened by the operation valve opening / closing mechanism at least while the exhaust valve is open,
In order to form a closed space in the exhaust passage for storing the compressed air while the exhaust valve is opened from the latter stage of the compression stroke to the initial stage of the expansion stroke when the idle cylinder is in the cylinder deactivation operation. The exhaust passage and the connecting pipe are closed,
In order to supply the compressed air stored in the closed space to the operating cylinder in the intake stroke via the connection pipe, the exhaust passage is closed and the connection pipe is opened. A cylinder deactivation type internal combustion engine comprising: an opening / closing control unit that controls the passage opening / closing mechanism and the connecting pipe opening / closing mechanism.
通常運転時、4サイクルのピストン運動を行い、気筒休止運転時には燃料噴射が停止された状態で前記ピストン運動を行う休止気筒と、
通常運転時、前記休止気筒の吸気バルブ及び排気バルブを前記4サイクルに則って開閉する運転バルブ開閉機構と、
気筒休止運転時、膨張行程から排気行程に亘って前記休止気筒内に圧縮気体を生成するように前記休止気筒の吸気バルブを閉じ、排気バルブを開く休止バルブ開閉機構と、
通常運転時と気筒休止運転時とで前記運転バルブ開閉機構と前記休止バルブ開閉機構とを切り替える切替機構と、
前記休止気筒に接続される排気通路を開閉する通路開閉機構と、
前記排気通路における前記通路開閉機構よりも上流側と、前記運転気筒に接続される吸気通路とを連結する連結管と、
前記連結管を開閉する連結管開閉機構と、
前記運転気筒に接続される排気通路内の気体を前記休止気筒側の排気通路における前記通路開閉機構よりも上流側に導入する排ガス導入管と、
前記排ガス導入管を開閉する導入管開閉機構と、
前記休止気筒が通常運転にあるとき、前記運転バルブ開閉機構によって前記排気バルブが少なくとも開いている間は前記排気通路を開いた状態にし、
前記休止気筒が気筒休止運転にあるときに膨張行程から排気行程に亘って前記吸気バルブを閉じ、かつ前記排気バルブを開いている間、前記休止気筒が前記排ガス導入管を介して前記運転気筒側の排気通路内の気体を吸入し、吸入した気体を圧縮した前記圧縮気体を貯留する閉空間を前記排気通路に形成するために、前記排気通路及び前記連結管を閉じた状態にし、かつ前記排ガス導入管を開いた状態にし、
前記連結管を介して吸気行程にある前記運転気筒に前記閉空間に貯留された前記圧縮気体を供給するために、前記排気通路及び前記排ガス導入管を閉じた状態とし、かつ前記連結管を開いた状態にするように前記通路開閉機構、前記連結管開閉機構、及び導入管開閉機構を制御する開閉制御部とを備える気筒休止型内燃機関。 An operating cylinder for four-cycle operation;
A non-operating cylinder that performs a piston motion of four cycles during normal operation and performs the piston motion in a state where fuel injection is stopped during a cylinder deactivation operation;
An operation valve opening / closing mechanism that opens and closes the intake valve and the exhaust valve of the idle cylinder according to the four cycles during normal operation;
A idle valve opening / closing mechanism that closes the intake valve of the idle cylinder and opens the exhaust valve so as to generate compressed gas in the idle cylinder from the expansion stroke to the exhaust stroke during cylinder idle operation;
A switching mechanism that switches between the operation valve opening / closing mechanism and the suspension valve opening / closing mechanism between normal operation and cylinder deactivation operation;
A passage opening and closing mechanism for opening and closing an exhaust passage connected to the idle cylinder;
A connecting pipe that connects an upstream side of the passage opening / closing mechanism in the exhaust passage and an intake passage connected to the operating cylinder;
A connecting pipe opening and closing mechanism for opening and closing the connecting pipe;
An exhaust gas introduction pipe for introducing gas in an exhaust passage connected to the operating cylinder to the upstream side of the passage opening / closing mechanism in the exhaust passage on the idle cylinder side;
An introduction pipe opening and closing mechanism for opening and closing the exhaust gas introduction pipe;
When the idle cylinder is in normal operation, the exhaust valve is opened by the operation valve opening / closing mechanism at least while the exhaust valve is open,
While the idle cylinder is in cylinder idle operation, the idle cylinder is closed via the exhaust gas introduction pipe while the intake valve is closed and the exhaust valve is opened from the expansion stroke to the exhaust stroke. In order to form a closed space in the exhaust passage for sucking the gas in the exhaust passage and compressing the sucked gas, the exhaust passage and the connecting pipe are closed, and the exhaust gas Open the inlet tube,
In order to supply the compressed gas stored in the closed space to the operating cylinder in the intake stroke through the connection pipe, the exhaust passage and the exhaust gas introduction pipe are closed, and the connection pipe is opened. A cylinder deactivation type internal combustion engine comprising: the passage opening / closing mechanism, the connection pipe opening / closing mechanism, and an opening / closing control unit that controls the introduction pipe opening / closing mechanism so as to be in a closed state.
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