JPH055432A - エンジンの吸排気構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 燃費性改善のための成層燃焼に伴う排気ガス
温度の低下によるエミッション性の悪化を解消しつつ燃
費性との両立を図る。 【構成】 複数の気筒を有するエンジンで、所定負荷以
下の軽負荷領域において一部の気筒への燃料の供給を停
止して該気筒での燃焼を休止する燃料供給装置20と、上
記休止気筒の圧縮燃焼室17から圧力の上昇した吸気を運
転気筒の吸気燃焼室17に導入する連通路42とを備えてな
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気浄化性能を確保し
つつ燃費性能を改善するようにしたエンジンの吸排気構
造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】エンジンの燃費性の改善を行う際に、空
燃比のリーン化が有効であり、そのために燃焼室内に燃
料を偏在化させて成層燃焼を行うことが、例えば、実開
昭64−56534 号公報に見られるように公知である。この
先行例での燃料の成層化は、圧縮燃焼室に直接燃料を供
給する燃料噴射弁を配設し、点火プラグ近傍に燃料を偏
在させて良好な着火性を確保しつつ全体として空燃比の
リーン化を実現しようとするものである。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかして、前記のよう
な成層燃焼の技術には、次のようなエミッション性の問
題があり、大幅な燃費性能の改善を得ることが困難とな
っている。

【０００４】すなわち、第１に、空燃比のリーン化に伴
って混合気が理論空燃比の領域を外れるため、従来の三
元触媒の使用ができず、リーン条件でも良好なＮＯｘ浄
化が行える高性能の触媒が実用化されない限りはＮＯｘ
の浄化が不十分で排出量が多くなることから、エンジン
燃焼でＮＯｘの発生量を抑制するようにしなければなら
ない。第２に、燃費性を大幅に改善するには極端なリー
ン化が必要となるが、このリーン化にともなって排気ガ
ス温度が極端に低下し、触媒が酸化反応を行うための活
性温度に達せず、未燃焼成分などの浄化が十分に得られ
ない。

【０００５】また、上記のような問題に対して、吸気閉
時期を遅らせて圧縮上死点での燃焼室の圧力、温度を下
げることで燃焼を抑制し、ＮＯｘ発生量を低減すると共
に、後燃えを促進させることで排気ガス温度を上昇させ
るか、または、吸気を絞って燃焼室内の空気充填量を抑
制することで排気ガス温度を上昇させることが可能であ
る。しかし、これらの手法によるエミッション性の改善
では、最も燃費性能の改善が期待されるアイドル領域か
ら軽負荷領域において燃焼が悪化するため、滑らかな運
転性を確保するためには燃料増量が必要となり、燃費性
の改善が不十分となる問題を有する。

【０００６】そこで、本発明は上記事情に鑑み、燃焼悪
化を生じることなくＮＯｘの発生を低減すると共に排気
ガス温度を上昇させて成層燃焼によって大幅な燃費性の
改善が行えるようにしたエンジンの吸排気構造を提供す
ることを目的とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明のエンジンの吸排気構造は、複数の気筒を有する
エンジンで、所定負荷以下の軽負荷領域において一部の
気筒への燃料の供給を停止して該気筒での燃焼を休止す
る燃料供給装置と、上記休止気筒の圧縮燃焼室から圧力
の上昇した吸気を運転気筒の吸気燃焼室に導入する連通
路とを備えてなる。

【０００８】また、上記連通路には所定の圧力差以上で
開弁するワンウェイバルブを設置し、さらに、各気筒の
燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を設置するこ
とが好適である。

【０００９】

【作用および効果】上記のようなエンジンの吸排気構造
では、軽負荷領域においては、燃料供給装置によって一
部の気筒は燃料の供給を停止した休止気筒とし他の運転
気筒によって所定の出力を得るものであり、同一出力を
得るための燃焼効率の向上によって燃費性を改善すると
共に、上記休止気筒の圧縮燃焼室で断熱圧縮して圧力お
よび温度の上昇した吸気を連通路を経て運転気筒の吸気
燃焼室に圧送することで、この吸気温度の上昇で燃焼温
度を高めて燃焼性を向上すると共に、排気ガス温度を高
めることができ、これにより触媒温度が上昇して活性化
による浄化性能が高まり、ひいては運転気筒での成層燃
焼によるリーン化が可能となり、ＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯ等
の良好な浄化によるエミッション性を確保しつつ燃費性
能の改善が行えるものである。

【００１０】また、前記連通路に所定の圧力差以上で開
弁するワンウェイバルブを設置すると、圧力の上昇した
吸気が確実に圧送でき、さらに、各気筒の燃焼室内に直
接燃料を噴射する燃料噴射弁を設置すると、燃料の偏在
化による成層燃焼が容易に実施できる。

【００１１】

【実施例】以下、図面に沿って本発明の実施例を説明す
る。図１および図２は一実施例の吸排気構造を備えた２
気筒ロータリピストンエンジンの全体構成を示し、図１
では２つの気筒を左右に展開して示している。

【００１２】ロータリピストンエンジンＥのケーシング
は、内周面がトロコイド状に形成されて並列に配置され
たロータハウジング11,11 と、これらの各ロータハウジ
ング11,11 の両側に位置するサイドハウジング12,12 と
中間のインタメディエイトハウジング13とを備え、これ
らにより第１気筒Ａ（後述の運転気筒）と第２気筒Ｂ
（同休止気筒）が形成されている。これらの各気筒Ａ，
Ｂ内の空間にはそれぞれほぼ三角形のロータ15,15 が収
容されており、各ロータ15は偏心軸16に支承されて遊星
回転運動するようになっている。そしてこの各ロータ15
により、各気筒Ａ，Ｂ内の空間がそれぞれ３つの燃焼室
17（作動室）に区画されるとともに、ロータ15の回転に
伴って吸気、圧縮、爆発および排気の各行程が行われる
ようになっている。上記ロータ15は一側面の内周に形成
された内歯ギヤが両端サイドハウジング12に固着された
外歯ギヤに噛合して所定の位相差（180 °）で遊星回転
運動するように連係されている。

【００１３】なお、詳細は図示していないが、前記ロー
タ15には各燃焼室17間のシールを行うために、各頂部に
ロータハウジング内周面に当接するアペックスシール
が、両側面の各辺に沿って頂部と頂部を結ぶ弓形にサイ
ドシールが、さらに各頂部の両側にコーナシールがそれ
ぞれ装着され、内周側側面にはオイルシールが装着され
ている。

【００１４】上記サイドハウジング12またはインターメ
ディエイトハウジング13には、各気筒Ａ，Ｂに対してそ
れぞれ吸気行程が行われるべき位置で燃焼室17に開口す
る吸気ポート21が形成されている。各気筒Ａ，Ｂの吸気
ポート21には独立吸気通路22a,22b がそれぞれ接続さ
れ、両側の独立吸気通路22a,22b がサージタンク23に集
合され、上流側の集合吸気通路22にメインスロットル弁
25が介装され、さらに上流の吸気通路22には吸気量を検
出するエアフローセンサ26が配設されている。また、両
側の気筒に対するそれぞれの独立吸気通路22a,22b に
は、マニホールド噴射弁27a,27b が配設されると共に、
第１気筒Ａ（運転気筒）に対する独立吸気通路22a には
マニホールド噴射弁27a より下流側に該通路を開閉する
吸気カットバルブ29が介装されている。

【００１５】また、各気筒Ａ，Ｂのロータハウジング11
には、排気行程が行われるべき位置で燃焼室17に開口す
る排気ポート31が形成されるとともに、爆発行程が行わ
れるべき位置に点火プラグ32が配設されている。さら
に、第１および第２気筒Ａ，Ｂの各点火プラグ32に隣接
して第１および第２筒内高圧噴射弁33a,33b が設置さ
れ、この筒内高圧噴射弁33a,33b によって燃焼室17に直
接燃料が噴射供給される。各気筒Ａ，Ｂの排気ポート31
にはそれぞれ排気通路35が接続され、両側の排気通路35
は下流側で集合し、この集合部分に触媒装置36が介装さ
れている。また、第２気筒Ｂ（休止気筒）における排気
ポート31（排気通路35でもよい）には、排気カットバル
ブ37が介装されている。前記第１および第２気筒Ａ，Ｂ
の各筒内高圧噴射弁33a,33b には、それぞれ高圧燃料噴
射ポンプ38からの燃料通路が接続され、加圧燃料が送給
される。

【００１６】一方、第１気筒Ａ側のインタメディエイト
ハウジング13（サイドハウジング12でもよい）の内側面
には、吸気ポート21の近傍に吸気行程にある燃焼室17に
連通する補助吸気ポート40が開口され、また、第２気筒
Ｂ側のインタメディエイトハウジング13（サイドハウジ
ング12でもよい）の内側面には、吸気ポート21の近傍に
吸気行程から圧縮行程にある燃焼室17に連通する送気ポ
ート41が開口されている。そして、上記補助吸気ポート
40と送気ポート41とが連通路42によって連通され、該連
通路42には送気ポート41側の圧力が補助吸気ポート40側
の圧力より所定値以上に高くなった際に開作動するワン
ウェイバルブ43が介装されると共に、該ワンウェイバル
ブ43より補助吸気ポート40側に該連通路42を開閉する送
気カットバルブ44が配設されている。上記連通路42は、
図２に示すようにインターメディエイトハウジング13内
に貫通形成される。

【００１７】前記両マニホールド噴射弁27a,27b 、第１
および第２筒内高圧噴射弁33a,33b、高圧燃料噴射ポン
プ38を備え、燃料噴射制御を行う燃料供給装置20は、エ
ンジン負荷が所定値以下の軽負荷領域においては、第１
筒内高圧噴射弁33a のみによって燃料噴射を行い、他の
噴射弁27a,27b,33b による燃料噴射を停止して第２気筒
Ｂへの燃料供給をカットし、第２気筒Ｂを休止して第１
気筒Ａのみで運転を行うものである。そして、上記燃料
供給装置20による燃料供給制御は、一部がエンジン全体
の制御を行うコントローラ50によって構成されている。

【００１８】また、前記メインスロットル弁25にはスロ
ットルモータ51が接続されて、該スロットルモータ51の
作動によって所定スロットル開度に開閉駆動される。ま
た、前記吸気カットバルブ29、排気カットバルブ37およ
び送気カットバルブ44にはそれぞれアクチュエータ52,5
3,54が設置され、該アクチュエータ52〜54の作動によっ
て各カットバルブ29,37,44の開閉操作が行われる。そし
て、上記スロットルモータ51、各カットバルブ29,37,44
のアクチュエータ52〜54に対しては、前記コントローラ
50から制御信号が出力されて、運転状態に応じてその作
動が制御される。

【００１９】上記コントローラ50には、運転状態を検出
するために、前記エアフローセンサ26からの吸入空気量
信号、アクセル操作量（エンジン負荷）を検出するアク
セルセンサ55からのアクセル開度信号、エンジン回転数
を検出する回転センサ56からの回転数信号などがそれぞ
れ入力される。

【００２０】このコントローラ50による吸気および燃料
制御を図４のフローチャートに基づいて説明する。制御
スタート後、ステップＳ１で各種センサからの検出信号
を読み込み、ステップＳ２で制御マップから現在の運転
状態が軽負荷領域か否かを判定する。この制御マップ
は、例えば、図３に示すように、エンジン回転数とアク
セル開度とによって設定され、低アクセル開度でかつ低
回転領域の運転状態が軽負荷領域Ｌに設定され、それ以
外が中高負荷領域Ｈに設定されている。

【００２１】上記ステップＳ２の判定がＹＥＳで軽負荷
領域Ｌにある場合には、ステップＳ３に進んでメインス
ロットル弁25を全開状態に開作動すると共に、ステップ
Ｓ４で吸気カットバルブ29および排気カットバルブ37を
閉作動する一方、ステップＳ５で送気カットバルブ44を
開作動する。また、ステップＳ６で第２気筒Ｂに対する
筒内高圧噴射弁33b による燃料噴射を停止すると共に、
両気筒Ａ，Ｂに対するマニホールド噴射弁27a,27b によ
る燃料噴射を停止する。

【００２２】そして、ステップＳ７でアクセル開度に基
づく基本噴射量に各種補正を施して燃料噴射量を演算
し、ステップＳ８でこの燃料噴射量に対応する信号を高
圧燃料噴射ポンプ38に出力して、第１気筒Ａに対する第
１筒内高圧噴射弁33a による燃料噴射を実行し、この噴
射量によって負荷制御を行う。

【００２３】一方、上記ステップＳ２の判定がＮＯで中
高負荷領域Ｈにある場合には、ステップＳ９に進んでア
クセル開度に基づくメインスロットル弁25の開度を演算
するものであり、このスロットル開度で負荷制御を行
う。そして、ステップＳ10で上記スロットル開度に対応
した制御信号をスロットルモータ51に出力してメインス
ロットル弁25を駆動する。また、ステップＳ11で吸気カ
ットバルブ29および排気カットバルブ37を開作動する一
方、ステップＳ12で送気カットバルブ44を閉作動する。

【００２４】燃料噴射については、ステップＳ13で第１
および第２気筒Ａ，Ｂに対する第１および第２筒内高圧
噴射弁33a,33b による燃料噴射を所定値に固定するのに
対し、ステップＳ14で吸入空気量およびエンジン回転数
に基づく基本噴射量に各種補正を施して燃料噴射量を演
算し、ステップＳ15でこの燃料噴射量に対応する信号を
第１および第２気筒Ａ，Ｂに対するマニホールド噴射弁
27a,27b に出力して、両気筒に対し吸気通路22a,22b か
ら燃料の供給を実行する。

【００２５】上記のような処理による作用を説明すれ
ば、軽負荷領域Ｌにある場合には、第１気筒Ａを運転気
筒に、第２気筒Ｂを休止気筒とするものである。すなわ
ち、まず、この軽負荷領域Ｌでは吸気カットバルブ29が
閉じ、送気カットバルブ44が開いていることから、吸気
は全開のメインスロットル弁25を通って第２気筒Ｂに対
する独立吸気通路22b から吸気ポート21を経て、第２気
筒Ｂの吸気燃焼室17に流入し、この燃焼室17が圧縮行程
に移行してその後期の圧縮による圧力が上昇して、ワン
ウェイバルブ43が開いた際に、断熱圧縮されて圧力およ
び温度の上昇した吸気が連通路42を通って第１気筒Ａの
吸気燃焼室17に圧送される。

【００２６】また、この第１気筒Ａの筒内高圧噴射弁33
a によって負荷に応じた燃料が点火プラグ32の近傍に偏
在するように噴射され、成層燃焼が行われる。燃焼後の
排気ガスは、排気ポート31から排気通路35に排出され、
触媒装置36で浄化されてから大気放出される。その際、
排気カットバルブ37が閉じていることから、第１気筒Ａ
からの排気ガスが休止気筒で圧力の高くない第２気筒Ｂ
の排気ポート31から燃焼室17内に流入するのを防止する
と共に、第２気筒Ｂの排気行程となる姿勢の燃焼室17に
残留している空気が排気通路35に排出することが防止さ
れる。

【００２７】そして、上記のような軽負荷運転では、運
転気筒である第１気筒Ａに対しては補助吸気ポート40か
ら第２気筒Ｂで断熱圧縮されて温度の上昇した吸気が流
入することで、成層燃焼における燃焼温度が高くなり、
昇温した排気ガスが排気ポート31から触媒装置36に流入
し、この触媒温度を上昇させて十分に活性化させてＮＯ
ｘ、ＨＣ、ＣＯ等の良好な浄化を行う。また、運転気筒
数の低減に伴い、両気筒で運転する際にはそれぞれの気
筒に少量ずつの燃料の供給にともなって発熱量も少なく
排気ガス温度が低くなるのに比べ、同一出力を単一気筒
で得るために第１気筒Ａに供給する燃料量は多く、排気
ガス温度が高くなるものである。

【００２８】さらに、メインスロットル弁25が全開で第
１筒内高圧噴射弁33a の噴射量による負荷制御であるこ
とから、ポンピングロスが低減して成層燃焼によるリー
ン化に加えて燃費性能がさらに高くなる。

【００２９】一方、中高負荷運転では、両気筒Ａ，Ｂに
よる運転を行って要求出力を確保する。すなわち、負荷
に応じた開度に開いているメインスロットル弁25を介し
て流入した吸気は、吸気カットバルブ29が開いているこ
とから両側の独立吸気通路22a,22b から吸気ポート21を
経て各気筒Ａ，Ｂの吸気燃焼室17に流入し、また、送気
カットバルブ44が閉じて連通路42を通しての吸気の流れ
もなく、吸気はそれぞれの気筒で圧縮、爆発排気され
る。そして、燃料は主にマニホールド噴射弁27a,27b に
よって供給され、あらかじめ吸気通路内で吸気と混合さ
れて気化、霧化が促進されて良好な燃焼性を得ると共
に、筒内高圧噴射弁33a,33b からは所定量の燃料噴射を
行って、噴射弁の冷却および詰まりの防止によって作動
信頼性を得るようにしている。また、排気カットバルブ
37が開いて、それぞれの気筒で燃焼された排気ガスが排
気通路35に排出され、触媒装置36で浄化される。

【００３０】上記のような実施例によれば、吸気の前段
圧縮によって吸気温度を高め、排気ガス温度を上昇させ
ることによる触媒装置36の良好な浄化性能を維持してエ
ミッション性を確保することができると共に、成層燃焼
の実施で燃費性との両立が図れるものである。

【００３１】上記実施例においてはロータリピストンエ
ンジンの例について説明したが、その他の多気筒エンジ
ンについても本発明は適用可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における吸排気構造を備えた
２気筒ロータリピストンエンジンの全体構成図

【図２】同エンジンの概略縦断面図

【図３】制御領域の設定例を示すマップ図

【図４】コントローラの処理を説明するためのフローチ
ャート図

【符号の説明】

Ｅ エンジン Ａ 運転気筒 Ｂ 休止気筒 17 燃焼室（作動室） 20 燃料供給装置 21 吸気ポート 22 吸気通路 27a,27b マニホールド噴射弁 29 吸気カットバルブ 33a,33b 筒内高圧噴射弁 35 排気通路 36 触媒装置 37 排気カットバルブ 40 補助吸気ポート 41 送気ポート 42 連通路 43 ワンウェイバルブ 44 送気カットバルブ 50 コントローラ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の気筒を有するエンジンにおいて、
   所定負荷以下の軽負荷領域において一部の気筒への燃料
   の供給を停止して該気筒での燃焼を休止する燃料供給装
   置と、上記休止気筒の圧縮燃焼室から圧力の上昇した吸
   気を運転気筒の吸気燃焼室に導入する連通路とを備えた
   ことを特徴とするエンジンの吸排気構造。 【請求項２】 前記連通路は、所定の圧力差以上で開弁
   するワンウェイバルブを備えたことを特徴とする請求項
   １記載のエンジンの吸排気構造。 【請求項３】 前記燃料供給装置は、各気筒の燃焼室に
   直接燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたことを特徴とす
   る請求項１記載のエンジンの吸排気構造。