JPH04314927A - 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２−４サイクルエンジンに係わり、４サイク
ルから２サイクルに切り換える時にトルク差によるショ
ックが発生しないようにて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、ピストンの下死点
近傍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いので
十分な掃気を行なうことができず、また吸気圧力を過給
器等で上昇させた場合、吸気の吹き抜けが発生したりし
このような段階ではエンジン効率が低く、排気ガス中に
未燃ＨＣが残留するという特性がある。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低速低負荷
時は排気ガスが清浄でエンジン回転速度が高速時におい
て、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
ャにタ−ビンと同軸に発電発動機を設け、低速高負荷時
に加給圧を上昇せしめエンジンの負荷が高い段階では十
分にエネルギを有する排気によりタ−ビンを回転させそ
の回転力で電動発電機を発電機として動作させて得られ
る電力を蓄電手段に蓄えておく。エンジンの負荷が低い
段階では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を駆動し、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するシス
テムが提案されている。

【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１−１１２５０７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れ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
、４サイクルから２サイクルに切り換える際のトルク差
によるショックをなくし、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、電動機で回転を付勢したタ−
ボチャ−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、４サイクルでエンジンを始動し加速信
号により２サイクルに切り換え、２サイクルにてエンジ
ンを加速し高速運転になった時２サイクルのトルクゾ−
ンを移行して４サイクルに切り換え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２サイクルに切り換える場合には加速信
号により確認しクラッチがＯＦＦになっている状態で行
なう。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して２サイ
クルのトルクゾ−ンを移行し４サイクルに切り換える。 これにより２サイクルと４サイクルのトルク差が少なく
なってその切り換えにショックはなく、かつ、高速運転
を４サイクルにて行なうことにより燃費のよい運転が可
能になる。

【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においてエンジンの始動は４サイクルにより行なわ
れる。これにより低ポリュウション排気エンジンとして
運転される。次にステップＳ１でエンジンが加速中であ
るかどうか判断される。すなわち加速中のときにはミッ
ションを一速から二速に変速するのでこの間クラッチが
ＯＦＦになる（ステップＳ２）。クラッチがＯＦＦにな
っている状態でカムシャフト、噴射ポンプを２サイクル
化し燃料弁を作動し、タ−ボチャ−ジャを発電電動機に
て作動するとともにクラッチをＯＮにする（ステップＳ
３）。このようにエンジンが一速から二速に加速され、
かつ、クラッチがＯＦＦになっている状態で４サイクル
から２サイクルに切り換えることにより、トルク差によ
るショックは発生しない。そしてステップＳ３でクラッ
チがＯＮになりタ−ボチャ−ジャで過給して２サイクル
の掃気をしながら２サイクル運転することによりエンジ
ンは加速される。そしてエンジン回転数、エンジン負荷
およびアクセル開度を検知しステップＳ４でエンジンの
排気ガスにて作動するかどうかを判断し、タ−ボチャ−
ジャを全負荷運転して２サイクルによる運転を行なう。

【００２４】このようにしてタ−ボチャ−ジャを全負荷
運転し、かつ、２サイクルで運転してエンジンが加速さ
れエンジンは高速運転に移行する。しかしＴＣＧ（ター
ボ付電動機）は低速高負荷と加速時だけに作用するので
その条件を判断し４サイクルゾーンでターボチャージャ
を電動機で加速しなくて良い高速高負荷では、４サイク
ルで運転する（ステップ４）。ステップＳ５でこのエン
ジンの加速状態において４サイクルの条件が判断され、
エンジンの回転数およりトルクが４サイクルに切り換え
るのに適しているかどうか判断され、適しているときに
はそのままタ−ボチャ−ジャを全負荷にして運転し４サ
イクルにより高速運転される。この高速走行中から低速
運転に移行しエンジンのトルクが４サイクルに適さない
ようになった時には２サイクルに切り換えられる。この
切り換えは燃料をカットしてカムシャフト、燃料ポンプ
を２サイクルにセットして２サイクルのトルクゾ−ンを
移動しステップＳ１に戻して２サイクル運転をする。こ
のように２サイクルにおけるトルクゾ−ンを移動するこ
とによりトルク差によるショックは発生しない。

【００２５】次にステップＳ１において、坂道発進する
ような場合にはギヤチエンジしないで４サイクルのまま
登坂することがある。このようなときにはステップＳ６
、Ｓ７においてエンジン回転数が高回転になり、かつ、
エンジン負荷が大きくなる。したがって２サイクルに切
り換えて大きなトルクを出力する必要がある。この２サ
イクルへの切り換えにおいても、燃料噴射をストップし
カムシャフト、噴射ポンプを２サイクル化し燃料弁を開
弁し、２サイクルのトルクゾ−ンに移行してステップＳ
１に戻して２サイクル運転する。このように２サイクル
のトルクゾ−ンを移行して４サイクルから２サイクルに
切り換えることにより、トルク差によるショックは発生
しない。

【００２６】またステップＳ３でクラッチがＯＦＦにな
っているアイドリング時、およびステップＳ６、Ｓ７で
エンジンの回転数が低く、かつ、エンジン負荷が小さく
エンジンが加速されていない状態では４サイクル運転さ
れる。

【００２７】このようにエンジン始動時における加速時
にはクラッチがＯＦＦになっている時に２サイクルに切
り換え、走行中に４サイクルから２サイクルに切り換え
る場合に２サイクルのトルクゾ−ンを移行して行なう。

【００２８】

【発明の効果】以上詳述したとうり本発明によれば、エ
ンジン始動時における加速時にはクラッチがＯＦＦにな
っている時に２サイクルに切り換え、走行中に４サイク
ルから２サイクルに切り換える場合には２サイクルのト
ルクゾ−ンを移行して行なうようにしたので、そこには
トルク差はなく、切り換えによるショックは発生しない
。これにより運転者には違和感はなく快適な運転が得ら
れる。また、タ−ボチャ−ジャにより２サイクルエンジ
ンの掃気を効率よくおこないながら２サイクルにより高
トルクを出力し、高速走行時には４サイクル運転をする
ので、加速性に優れ、かつ、燃費のよい２−４サイクル
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】本発明の一実施例を示す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. 電動機を同軸に持つタ−ボチャ−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、４サイクルで
   エンジンを始動し加速信号により２サイクルに切り換え
   、２サイクルで加速され高速運転になった時に２サイク
   ルのトルクゾ−ンを移行して４サイクルに切り換えるこ
   とを特徴とする２−４サイクルエンジンの運転方法。