JPH055421A - 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膨張行程後期にある気筒の燃焼
室17と排気行程にある気筒の燃焼室17とを連通させる連
通路42を設け、該連通路を所定負荷以下の軽負荷時に開
作動させる連通制御手段44を設けてなる。

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排気温度を上昇させて触媒の浄化性
能の確保しつつ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、膨張行程後期にある気筒の燃焼室と排気行
程にある気筒の燃焼室とを連通させる連通路を設け、該
連通路を所定負荷以下の軽負荷時に開作動させる連通制
御手段を設けて構成したものである。

【０００８】また、上記連通路は、多気筒ロータリピス
トンエンジンのインターミディエイトハウジングに設け
るのが好適である。

【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連通制御手段によって開か
れた連通路によって膨張行程後期にある気筒の燃焼室か
ら排気行程にある気筒の燃焼室に燃焼途中の排気ガスの
一部を解放し、この排気行程にある気筒から排気通路の
触媒装置に温度の高い排気ガスを導入して触媒温度を上
昇させ、その活性化を促進して浄化性能を確保すると共
に、上記燃焼途中で圧力解放された排気ガスは反応が停
止した未燃焼成分を有し、排気通路で後燃えを生起して
排気温度、触媒温度がさらに上昇して良好な浄化性能が
得られ、ひいては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、前記連通路をロータリピストンエン
ジンのインターミディエイトハウジングに形成すると簡
単でコンパクトに構成できる。

【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と第２気筒Ｂ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（18
0 °）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
してそれぞれ筒内高圧噴射弁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。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の内側面には、排気ポート31側に膨張から
排気行程にある燃焼室17に連通する排気連通ポート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の内側面にも、同一位相で膨張から排気行程
にある燃焼室17に連通する排気連通ポート41が開口され
ている。そして、上記両気筒Ａ，Ｂの排気連通ポート4
0,41 が相互に連通路42によって連通され、該連通路42
には該通路を開閉する連通制御手段としてのカットバル
ブ44が配設されている。この連通路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内に直線状に貫
通形成される。

【００１７】前記排気連通ポート40,41 の開口はロータ
の回転に対応してそのサイドシールによって開閉作動さ
れるものであり、その開閉タイミングは、例えば、排気
下死点前BBDCの 100°で開き、排気下死点後ABDCの 100
°で閉じる位置および開口形状に設けられる。そして、
第１気筒Ａと第２気筒Ｂとの位相差に応じて交互に所定
時期に開閉するものである。

【００１８】前記両マニホールド噴射弁27a,27b 、両筒
内高圧噴射弁33a,33b による燃料噴射制御は、エンジン
負荷が所定値以下の軽負荷領域においては、筒内高圧噴
射弁33a,33b のみによって筒内燃料噴射を行い、マニホ
ールド噴射弁27a,27b による燃料噴射は停止して成層燃
焼を行う。そして、上記燃料噴射制御は、エンジン全体
の制御を行うコントローラ50からのマニホールド噴射弁
27a,27b および高圧燃料噴射ポンプ38に対する制御信号
の出力によって行われる。

【００１９】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、前記カットバルブ44にはアクチュエータ54が設置さ
れ、該アクチュエータ54の作動によってカットバルブ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、カットバルブ44のアクチュエータ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。

【００２０】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。

【００２１】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。

【００２２】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でカットバルブ44を開作動する。また、ステップＳ
５で両気筒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。

【００２３】そして、ステップＳ６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Ｓ７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、各気筒Ａ，Ｂに対する
筒内高圧噴射弁33a,33b 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。

【００２４】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Ｓ８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Ｓ９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Ｓ10でカット
バルブ44を閉作動して連通路42を閉じる。

【００２５】燃料噴射については、ステップＳ11で各気
筒Ａ，Ｂに対する筒内高圧噴射弁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Ｓ12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Ｓ13でこの燃
料噴射量に対応する信号を各気筒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。

【００２６】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にある場合には吸気は全開のメインス
ロットル弁25を通って両気筒Ａ，Ｂの独立吸気通路22a,
22b からそれぞれの吸気ポート21を経て吸気行程に対応
して吸気燃焼室17に吸入され、圧縮され点火プラグ32に
よる点火が行われる前に、筒内高圧噴射弁33a,33b によ
って燃料が噴射供給されて成層燃焼が行われる。この燃
焼室17が爆発膨張行程に移行してその後期において排気
ポート31が開く前に排気連通ポート40または41が開き、
この軽負荷領域Ｌでは連通路42のカットバルブ44が開い
ていることから、燃焼室17内の燃焼圧力が解放されて、
急激に低下する。上記一方の気筒ＡまたはＢの排気連通
ポート40または41が開いた時には、他方の気筒Ｂまたは
Ａの排気連通ポート41または40はすでに排気作動室17に
開口しており、上記連通路42を通って膨張行程の後期に
ある燃焼ガスが排気行程の作動室17から排気ポート31を
経て排気通路35に流出する。また、両気筒Ａ，Ｂのロー
タ位相が 180°ずれていることによりそれぞれの膨張行
程の後期で燃焼ガスが交互に連通路42を逆方向に流通す
るものである。

【００２７】上記のように燃焼行程中の状態において、
その燃焼室を他の気筒の排気燃焼室に連通解放すると、
実質的な容積拡大により次のような現象が発生する。す
なわち、燃焼ガス中の圧力、温度が瞬時に降下する（降
下レベルは小さいが速度が極めて大きい）ため、燃焼室
の火炎の成長が停止し、その火炎は消滅する。この状態
で燃焼ガスは、自気筒あるいは他気筒に振り分けられ、
排気ポート31から排出され、排気通路35内で再燃焼す
る。これにより、軽負荷状態では燃焼後期の燃焼は出力
に殆ど寄与しておらず、この後期の燃焼を停止させて、
触媒装置36の近傍で排気温度の上昇に有効に寄与させる
ようにしている。

【００２８】なお、ロータリピストンエンジンにおいて
は、排気連通ポートを自気筒の排気通路に連通すること
で排気解放時期を実質的に早めることができるが、これ
では燃焼による高圧波が排気通路から自気筒の排気燃焼
室に及び、この状態では排気燃焼室は排気ポートに開く
と共に吸気ポートが開くタイミングであるため、燃焼ガ
スが大量に排気燃焼室に流れ込み、結果として燃焼性を
著しく阻害することから好ましくない。

【００２９】また、この軽負荷時の筒内高圧噴射弁33a,
33b によって負荷に応じて供給される燃料は、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
れるものであり、空燃比のリーン化による燃費性の改善
が得られると共に、前記のように触媒に対する排気温度
が高く、その活性化を促進して良好な活性状態を得てＮ
Ｏｘ、ＨＣ、ＣＯ等の良好な浄化を行うことができる。

【００３０】さらに、メインスロットル弁25が全開で筒
内高圧噴射弁33a,33b 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。

【００３１】一方、中高負荷運転Ｈでは、連通路42を閉
じて燃焼ガスの早期解放を停止して、十分な燃焼によっ
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
に対して、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。

【００３２】上記のような実施例によれば、軽負荷領域
では反応途中の燃焼ガスを排気通路に排出することで、
後燃えによって排気温度を高めて触媒装置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。

【００３３】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,B 気筒 17 燃焼室（作動室） 21 吸気ポート 22 吸気通路 27a,27b マニホールド噴射弁 33a,33b 筒内高圧噴射弁 35 排気通路 36 触媒装置 40,41 排気連通ポート 42 連通路 44 カットバルブ（連通制御手段） 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、
   膨張行程後期にある気筒の燃焼室と排気行程にある気筒
   の燃焼室とを連通させる連通路を設け、該連通路を所定
   負荷以下の軽負荷時に開作動させる連通制御手段を設け
   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、多気筒ロータリピストン
   エンジンのインターミディエイトハウジングに設けられ
   ている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。