(57)【要約】  【課題】  多い方の燃焼サイクル時にスロットルバルブの開度量を大きくしてポンプ損失を低減して燃費の向上を図る。  【解決手段】  吸気管８内の吸気量を絞るスロットルバルブ４１と、燃焼サイクルを変更可能なサイクル変更機構２８，２９とを備え、該サイクル変更機構によって燃焼サイクルが４サイクルから８サイクルに変更された際に、４サイクル運転の場合に比べて前記スロットルバルブの開度を大きく開くように制御し、これによって機関のポンプ損失を低減できるようになった。  【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に供給される吸気量を絞りにより調整するスロットルバルブと、
燃焼サイクルを変更可能なサイクル変更機構と、
を備えた可変サイクル型内燃機関において、
前記サイクル変更機構によって燃焼サイクルが多い方に変更された際に、燃焼サイクルが少ない方に比べて前記スロットルバルブを大きく開くように制御したことを特徴とする可変サイクル型内燃機関。
【請求項２】
前記サイクル変更機構は、カムリフトの異なる複数のカムを切り換えることによって前記燃焼サイクルを変更するように構成したことを特徴とする請求項１に記載の可変サイクル型内燃機関。
【請求項３】
前記スロットルバルブの開度量を電気によって制御するように構成し、前記サイクル変更機構によって燃焼サイクルが多い方に変更された際に、前記スロットルバルブの制御ゲインを変更することを特徴とする請求項２に記載の可変サイクル型内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば機関運転状態に応じて燃焼サイクルを変更することのできる可変サイクル型内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の従来のサイクル変更可能な内燃機関としては、例えば以下の特許文献１に記載されたものが知られている。
【０００３】
概略を説明すれば、この可変サイクル型内燃機関は、機関運転状態に応じて吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを２ストローク（サイクル）用のタイミングあるいは４ストローク（サイクル）用のタイミングに選択的に切り換え可能な可変タイミング機構を備え、機関の高負荷域で２ストローク運転に切り換え、実用運転領域である低中負荷域で４ストローク運転に切り換えるようになっている。
【０００４】
これによって、機関運転状態に拘わらず良好な機関運転を確保することができる。
【特許文献１】実開昭６４−５１７３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、前記従来の可変サイクル型内燃機関にあっては、前述のように、機関運転状態に応じて２サイクルと４サイクル選択的に切り換えできるものの、この切り換えが行われても、スロットルバルブの開度量には何ら変化がない。
【０００６】
このため、実用運転域において４サイクル運転に切り換っても機関の吸気管内での負圧の大きさに変化がなく、ポンピングロス（ポンプ損失）がサイクルを変更できない内燃機関と何ら変わることがない。したがって、機関の低中負荷域での燃費の低減化などを図ることができない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、前記各従来の技術の実情に鑑みて案出されたもので、請求項１に記載の発明は、とりわけ、サイクル変更機構によって燃焼サイクルが多い方に変更された際に、燃焼サイクルが少ない方に比べて前記スロットルバルブを大きく開くように制御したことを特徴としている。
【０００８】
この発明によれば、例えば機関運転状態の変化に応じて燃焼サイクルが多い方に変更された場合に、スロットルバルブを大きく開くように制御されることから、爆発行程時における燃焼エネルギーを大きくすることが可能になると共に、燃焼サイクルが多くなっても機関のポンピングロスが小さくなってポンプ損失を低減することができる。この結果、燃費の向上が図れる。
【０００９】
請求項２に記載の発明にあっては、前記サイクル変更機構は、カムリフトの異なる複数のカムを切り換えることによって燃焼サイクルを変更するように構成したことを特徴としている。
【００１０】
この発明によれば、単にカムリフトの異なる複数のカムを切り換えるだけであるから、従来の既存の可変サイクル型内燃機関の構造を利用することが可能になり、したがって、コストの高騰を抑制することができる。
【００１１】
請求項３に記載の発明は、前記スロットルバルブの開度量を電気によって制御するように構成し、前記サイクル変更機構によって燃焼サイクルが多い方に変更された際に、前記スロットルバルブの制御ゲインを変更することを特徴としている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明に係る可変サイクル型内燃機関の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１３】
まず、内燃機関は、図１に示すように、直列型の多気筒機関であって、図中１はシリンダブロック、２はシリンダヘッド、３は燃焼室、４はシリンダブロック１内に形成されたシリンダボア、５はシリンダボア４内を摺動してコンロッド６を介してクランクシャフト７を回転駆動するピストン、８は吸気マニフォルド９の各ブランチを介して前記シリンダヘッド２内の吸気ポート１０に連通する吸気管、１１は前記シリンダヘッド２内の排気ポート１２が連通する排気管、１３はシリンダヘッド２に取り付けられた点火栓、１４，１５は前記吸気ポート１０及び排気ポート１２の開口端を開閉する一気筒当たりそれぞれ２つの吸気弁及び排気弁である。
【００１４】
前記シリンダヘッド２の上端部には、吸気側カムシャフト１６と排気側カムシャフト１７が機関前後方向に平行に配設されており、この両カムシャフト１６，１７は、前記クランクシャフト７の駆動スプロケット７ａとアイドルスプロケット１８との間に巻回された駆動チェーン１９と、前記アイドルスプロケット１８と前記各カムシャフト１６，１７の端部に設けられた従動スプロケット２０、２１との間に巻回された従動チェーン２２の２重の減速チェーンによってクランクシャフト７の１回転あたり４分の１回転するように設定されている。
【００１５】
前記吸気側カムシャフト１６と排気側カムシャフト１７には、図１〜図３に示すように、前記吸気弁１４と排気弁１５をそれぞれバルブスプリング２３，２４のばね力に抗して開作動させる２つの４サイクル用の第１駆動カム２５、２６と、該第１駆動カム２５，２６の側部に配置された１つの８サイクル用の第２駆動カム２７がそれぞれ設けられていると共に、機関運転状態に応じて第１駆動カム２５，２６と第２駆動カム２７とを切り換える吸気側、排気側サイクル変更機構２８，２９がそれぞれ設けられている。
【００１６】
以下、便宜上、吸気側のみを説明すれば、前記第１駆動カム２５，２６は、そのカム山（カムプロフィール）がほぼ同じ大きさに設定されていると共に、それぞれが前記第２駆動カム２７のカム山よりも大きく設定されており、したがって、前記各駆動カム２５，２６、２７による各吸気弁１４，１４及び各排気弁１５，１５のバルブリフトは、図６に示すように、４サイクル用の第１駆動カム２５，２６では実線で示すように大きな特性になるの対して、８サイクル用の第２駆動カム７では破線で示すように、４サイクル用よりも小さな特性になる。
【００１７】
前記サイクル変更機構２８は、前記両吸気弁１４，１４を直接作動作動させるメインロッカアーム３０と、該メインロッカアーム３０の両側に配置されて、前記各駆動カム２５，２６、２７に摺接する第１、第２サブロッカアーム３１，３２と、該第１、第２サブロッカアーム３１，３２を前記メインロッカアーム３０に対して選択的に連結あるいは連結を解除する連結切換部３３とから構成されている。
【００１８】
前記メインロッカアーム３０は、基端部３０ａがロッカシャフト３４に揺動自在に支持され、二股状の先端部３０ｂ、３０ｂの下面が前記２つの吸気弁１４，１４のバルブステムのステムエンドに当接している。なお、このメインロッカアーム３０のロッカ比は通常の内燃機関に用いられているものより大きく設定されている。
【００１９】
一方、前記第１、第２サブロッカアーム３１，３２は、各基端部３１ａ、３２ａが同じ前記ロッカシャフト３４にそれぞれ独立して揺動自在に支持され、各先端部に設けられたローラ３１ｂ、３２ｂに前記各第１，第２駆動カム２５，２６、２７が転動するように配置されている。
【００２０】
前記連結切換部３３は、図４及び図５に示すように、前記各ロッカアーム３０〜３２の下部に形成されたボス部３０ｃ〜３２ｃ内に前記ロッカシャフト３４の軸方向へ跨って形成された第１〜第３連結用穴３５ａ〜３５ｃと、該各連結用穴３５ａ〜３５ｃ内にそれぞれ摺動自在に収容された第１〜第３連結ピン３６ａ〜３６ｃと、前記第１連結用穴３５ａの後端部内（受圧室）に油圧を供給して各連結ピン３６ａ〜３６ｃを一方向へ移動させて、前記メインロッカアーム３０と第１サブロッカアーム３１とを連結する油圧回路３７と、前記第３連結用穴３５ｃ内に弾装されて、前記各連結ピン３６ａ〜３６ｃを他方向へ移動させて、前記メインロッカアーム３０と第２サブロッカアーム３２とを連結させるコイルスプリング３８とから構成されている。
【００２１】
前記油圧回路３７は、前記ロッカシャフト３４の内部軸方向に形成され、図外のオイルポンプからメインオイルギャラリーを介して潤滑油が導入される油通路３９と、該ロッカシャフト３４の径方向及び第１サブロッカアーム３１のボス部３１ｃ内にそれれぞれ連通状態に形成され、前記油通路３９と第１連結用穴３５ａの受圧室とを連通する油孔４０と、前記油通路３９と図外のドレン通路とを切り換える図外の電磁切換弁とから構成されている。
【００２２】
前記電磁切換弁は、図外の電子コントローラから出力される電流のオン、オフによって内部のスプール弁が前記流路を切り換え作動するようになっている。
【００２３】
また、前記吸気管８の内部には、図１に示すように、該吸気管８内を通流する吸気を絞るスロットルバルブ４１が設けられている。このスロットルバルブ４１は、図外の電動モータなどの電気的な制御機構を介して機関運転状態に応じてその開度量が調整され、その開度量を前記４サイクル運転領域の場合よりも前記８サイクルの運転領域の方が大きくなるように制御されるようになっており、前記制御機構は、前記電子コントローラから出力された制御電流に基づいて前記スロットルバルブ４１の制御ゲインを変更するようになっている。
【００２４】
前記電子コントローラは、クランク角センサやエアフローメータ、水温センサ、燃料噴射量センサなどの各種のセンサ類に基づいて現在の機関運転状態を検出し、この運転状態に応じて前記電磁切換弁やスロットルバルブ４１の制御機構に制御電流を出力している。
【００２５】
以下、前記構成の本実施形態の作用について説明する。まず、前記サイクル変更機構２８の動作について説明すれば、前記電磁切換弁に対して電子コントローラからの電流がオフされた場合は、前記油通路３９と油孔４０を介して第１連結用穴３５ａの受圧室内に油圧が供給される。
【００２６】
これによって、各連結ピン３６ａ〜３６ｃは、図４に示すように、コイルスプリング３８のばね力に抗して図示のように最大左方向へ摺動して、第１連結ピン３６ａが第１、第２連結用穴３５ａ、３５ｂに跨って配置されメインロッカアーム３０と第１サブロッカアーム３１を連結する。同時に、第２連結ピン３６ｂと第３連結ピン３６ｃの当接面が第２連結用穴３５ｂと第３連結用穴３５ｃとの間に位置し、メインロッカアーム３０と第２サブロッカアーム３２との連結が解除される。
【００２７】
したがって、各吸気弁１４，１４は、前記第１駆動カム２５，２６のカムプロフィールにしたがって開閉作動して、燃焼サイクルが図７（Ａ）に示すように、４サイクル運転に切り換えられる。すなわち、１回の燃焼までの行程が通常の排気行程−吸入行程−圧縮行程−（点火）−膨張（爆発）行程の４サイクルで行われると共に、各吸気弁１４，１４（各排気弁１５，１５）のバルブリフトが大きな特性となる（図６実線参照）。
【００２８】
また、前記メインロッカアーム３０のロッカ比は通常の内燃機関に用いられているものより大きく設定されていることから、カムの最大リフト量が小さくても、それによるつまり最大バルブリフト量を通常のものの最大バルブリフト量と同じ大きさにすることができる。ここで、カム最大リフト量が小さいというのは、第１駆動カム２５，２６が、１つの基円上に１８０°間隔で２つ形成されているため、１８０°の半周内で弁リフト期間と弁休止期間が必要になり（例えば前者で６０°、後者で１２０°を合わせて半周の１８０°になる）、弁リフト期間が６０°と狭いため、大きなカムリフトを形成できないことを意味する。
【００２９】
一方、前記電磁切換弁に電子コントローラから電流が供給（オン）された場合は、流路が切り換えられて前記油通路３９がドレン通路に連通され、第１連結用穴３５ａの受圧室内の油圧が外部に排出される。
【００３０】
これにより、各連結ピン３６ａ〜３６ｃは、図５に示すように、コイルスプリング３８のばね力によって図示のように最大右方向へ摺動して、第３連結ピン３６ｃが第３、第２連結用穴３５ａ、３５ｂに跨って配置されメインロッカアーム３０と第２サブロッカアーム３２を連結する。同時に、第１連結ピン３６ａと第２連結ピン３６ｂの当接面が第１連結用穴３５ａと第２連結用穴３５ｂとの間に位置し、メインロッカアーム３０と第１サブロッカアーム３１との連結が解除される。
【００３１】
したがって、各吸気弁１４，１４は、前記第２駆動カム２７のカムプロフィールにしたがって開閉作動して、燃焼サイクルが図７（Ｂ）に示すように、８サイクル運転に切り換えられる。すなわち、１回の燃焼までの行程が排気行程−吸入行程−圧縮行程−（点火）−膨張（爆発）行程−再び圧縮行程−再び膨張行程−圧縮行程を経てここで再び点火（丸破線）されるが、この時点では先に吸入が行われないため、爆発は行われない。さらに膨張行程−排気行程−吸入行程−圧縮行程が繰り返し行われて８サイクル運転となる。つまり、１回の４行程（燃焼）の後の行程では作動休止状態（間欠燃焼）となる。また、この運転状態での各吸気弁１４，１４（各排気弁１５，１５）のバルブリフトは小さな特性となる。これは、８サイクル運転は中負荷域より低負荷域で行われるため、吸入空気量も少なくなる。よって、小さなバルブリフトでも十分吸気ができるため、バルブリフトを小さくして、バルブ駆動フリクションを低減する効果が得られる。
【００３２】
なお、この８サイクル運転時には、前記スロットルバルブ４１は、前述のように、４サイクル運転時の場合よりも開度量が大きくなるように制御されている。なぜなら、４サイクルから８サイクルに切り換えたときに、エンジンのトルクショックを防止したり、所定のトルクを維持するには、爆発回数が半分に減った分、１回当たりの吸入空気量をほぼ倍に増加させる必要がある。そのためには、スロットルバルブによる絞りを減じて吸入空気量を増加させる必要がある。
【００３３】
次に、前記電子コントローラによる制御を図８のフローチャート図に基づいて説明する。
【００３４】
まず、ステップ１では、前記クランク角センサから出力された現在の機関回転数信号Ｎと、エアフロメータから出力された機関の負荷信号Ｑ及び水温センサから出力された現在の機関水温信号Ｔを読み込む。
【００３５】
次に、ステップ２において、現在の機関回転数が約８００ｒｐｍ以上か否かを判断し、以上であればステップ３に移行するが、以下であればステップ６に移行する。
【００３６】
このステップ６では、前述のように、電磁切換弁に対する電流をオフして４サイクル運転に切り換える処理を行う。
【００３７】
前記ステップ３では機関水温が例えば６０℃以上か否かを判断し、以下である場合はステップ６に移行するが、以上であればステップ４に移行する。
【００３８】
このステップ４では、今度は機関負荷が所定以下か否かを判断し、以上であれば、つまり高負荷域であると判断した場合はステップ６に移行して前記４サイクル運転の処理を行うが、実用運転領域である低中負荷域であると判断した場合は、ステップ５に移行する。
【００３９】
このステップ５では、前述したように、電磁切換弁へ通電して８サイクル運転に切り換える処理を行う。
【００４０】
以上のように、この実施形態によれば、例えば機関が低中負荷域になって８サイクル運転に切り換えられた場合には、スロットルバルブ４１の開度を大きするように制御されることから、爆発行程時における燃焼エネルギーを大きくすることが可能になると共に、燃焼サイクルが多くなっても機関のポンピングロスが小さくなってポンプ損失を低減することができる。この結果、燃費の向上が図れる。
【００４１】
また、この運転域ではバルブリフト量が小さくなることから、動弁系のフリクションも低減できる。
【００４２】
しかも、この実施形態では、機関運転状態に応じてサイクル変更機構２８が、連結切換部３３により単にカムリフトの異なる第１駆動カム２５，２６と第２駆動カム２７を切り換えるだけであるから、従来の既存の内燃機関の構造を利用することが可能になり、したがって、コストの高騰を抑制することができる。
【００４３】
さらに、前述のように８サイクル運転域では、８サイクルにつき一回の燃焼と間欠燃焼を行うため、燃焼時の平均有効圧が大きくなることから、スロットルバルブ４１の絞りが減少し、この点でもポンプ損失が低減する。
【００４４】
また、この８サイクル運転では、一部気筒を休止した場合と同様な効果が得られるが、個々の気筒内での間欠運転となるため、機関振動のバランスが良くなる。このため、気筒休止方式に比べて８サイクル運転領域を低回転域まで拡大でき、燃費も向上する。さらに、８サイクル運転域では、爆発膨張後も燃焼ガスが２回の圧縮と２回の膨張作用の間に気筒内に留めおかれるため、十分に燃焼反応が進み、ＣＯやＨＣの未燃ガス成分を低減する効果が得られる。
【００４５】
また、機関高負荷域では４サイクル運転となるので、ガス交換効率が良好になり、高出力走行域でも燃費、排気の改善が図れる。
【００４６】
さらに、各カムシャフト１６，１７は、クランクシャフト７の１回転あたり４分の１回転となるので、前記各駆動カム２５〜２７やカムジャーナル部などの摺動フリクションを低減できる。この結果、機関の出力や耐久性の向上が図れる。
【００４７】
以上のように、燃焼サイクルを機関運転状態に応じて変更できることから、燃費重視あるいは出力重視などの運転領域に利用することが可能になり、これによって機関の要求に応じた最適な運転状態が得られる。
【００４８】
前記８サイクル運転時において、吸気弁１４，１４の閉弁時期を、図９に示すように、４サイクル運転時の吸気弁１４，１４の閉弁時期よりも早くなるように制御した場合（イ）や遅くした場合（ロ）には、ポンプ損失を低減できると共に、８サイクル運転時の筒内圧力の上昇を抑制できることから各部のフリクションロスを低減できる。
【００４９】
すなわち、筒内圧力と行程容積の関係を示す図１０をみると、８サイクル運転時に各吸気弁１４，１４の閉弁時期を早くした場合には、同図（Ａ）に示すように、筒内圧力が４サイクル運転の場合に比較して十分に小さくなことが明らかである。また、閉弁時期を遅くした場合には、同図（Ｂ）に示すように、この場合も筒内圧力が小さくなっていることが明らかである。
【００５０】
したがって、各部のフリクションロスを大きく低減でき、燃費の向上が図れる。
【００５１】
図１１は本発明の第２の実施形態を示し、排気側サイクル変更機構２９において４サイクル側の第１駆動カム２５，２６のカムプロフィールは、第１の実施形態と同様であるが、８サイクル側の第２駆動カム２７をさらに１つ増加して２つとし、この増加した第２駆動カム２７ａのカム山をさらに小さく設定したものである。
【００５２】
したがって、８サイクル運転時のサイクル特性は、図１２（Ｂ）に示すように、間欠燃焼（休止）の領域Ｘでのバルブリフトが十分に小さくなると共に、間欠燃焼の膨張行程から圧縮行程に移行する間（ａ矢印）での筒内ガスを排気管１１に一部逃がして減圧する。このため、次の圧縮行程での圧縮圧が低下してピストン５などの摺動部のフリクションを十分に低減できる。この結果、燃費をさらに向上させることが可能になる。
【００５３】
前記実施形態から把握される前記請求項に記載した発明以外の技術的思想について以下に説明する。
【００５４】
請求項（１）  前記サイクル変更機構は、燃焼サイクルを４サイクルと８サイクルに切り換えるものであることを特徴とする請求項１に記載の可変サイクル型内燃機関。
【００５５】
請求項（２）  前記サイクル変更機構を、機関運転状態に応じて前記複数のカムを切り換えるように構成したことを特徴とする請求項１に記載の可変サイクル型内燃機関。
【００５６】
燃焼サイクルを機関運転状態に応じて変更できることから、燃費重視あるいは出力重視などの運転領域に利用することが可能になり、これによって機関の要求に応じた最適な運転状態が得られる。
【００５７】
請求項（３）  前記カムリフトが異なるカムとは、カムシャフトの１回転分のカム山の数が異なるものであることを特徴とする請求項２に記載の可変サイクル型内燃機関。
【００５８】
請求項（４）  前記複数のカムが設けられたカムシャフトは、クランクシャフト１回転あたり４分の１回転となるように設定され、サイクル変更機構によって前記カムシャフト１回転分のカム山の数が１つのものと２つのものに切り換えることにより、燃焼サイクルを変更することを特徴とする請求項（１）に記載の可変サイクル型内燃機関。
【００５９】
請求項（５）  前記サイクル変更機構は、前記カムリフトの異なる複数のカムが当接する複数のロッカアームを備え、機関運転状態に応じて前記各ロッカアームを連結あるいは連結を解除する構成としたことを特徴とする請求項２に記載の可変サイクル型内燃機関。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る可変サイクル型内燃機関を縦断面して示す概略図である。
【図２】本実施形態に供されるサイクル変更機構の断面図である。
【図３】同サイクル変更機構の吸気側カムシャフトと各ロッカアームを分離して示す平面図である。
【図４】本実施形態に供される連結切換部の作用を示す断面図である。
【図５】同連結切換部の作用を示す断面図である。
【図６】本実施形態における４サイクル運転域と８サイクル運転域のバルブリフト特性図である。
【図７】Ａは４サイクル運転域における筒内圧力特性を示す特性図、Ｂは８サイクル運転域における筒内圧力特性を示す特性図である。
【図８】本実施形態に供される電子コントローラの制御フローチャート図である。
【図９】８サイクル運転時において吸気弁の閉時期を変化させた場合のバルブリフト特性図である。
【図１０】Ａは８サイクル運転時の吸気弁の閉時期を早めた際の筒内圧力特性を示し、Ｂは吸気弁の閉時期を遅くした際の筒内圧力特性図である。
【図１１】第２の実施形態に供される駆動カムを示す断面図である。
【図１２】Ａは本実施形態の４サイクル運転域における筒内圧力を示す特性図、Ｂは８サイクル運転域における筒内圧力を示す特性図である。
【符号の説明】
【００６１】
１…シリンダブロック
２…シリンダヘッド
３…燃焼室
７…クランクシャフト
１４…吸気弁
１５…排気弁
１６・１７…吸気側、排気側カムシャフト
２５・２６…第１駆動カム
２７…第２駆動カム
２８・２９…サイクル変更機構
４１…スロットルバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006112258.tif 000009
【図８】
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【図９】
2006112258.tif 000011
【図１０】
2006112258.tif 000012
【図１１】
2006112258.tif 000013
【図１２】
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