JPH089387Y2 - 気筒数制御内燃機関 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は気筒数制御内燃機関に関する。

〔従来の技術〕

２サイクル内燃機関においては燃焼室内への給気量を
減少せしめると、燃焼室内に多量の既燃ガスが残留する
と共に混合気が減少し、斯くして燃焼が不安定となり失
火を生じる。

この対策として、実開昭64−11337号公報には、自動
変速機がニュートラルレンジにあって低速低負荷運転が
行なわれているときに一部の気筒の燃料噴射弁からの燃
料噴射を禁止せしめて部分気筒運転を行なう気筒数制御
内燃機関が開示されている。この内燃機関では低速低負
荷運転時においても失火の発生を防止することができ
る。

〔考案が解決しようとする課題〕

ところで失火を生じ始めるときの運転状態、すなわち
燃焼限界は着火直前における燃焼室内の混合気の温度
（以下「着火直前混合気温度」という）によって変動
し、この混合気の温度が低くなる程失火を生じ易くな
り、失火を生じ始めるときの燃焼室内への給気量、すな
わち負荷が増大する。

従って着火直前混合気温度の変動に応じて、全気筒運
転と部分気筒運転との切り替え時における負荷（以下
「切り替え負荷」という）を変動させないと以下のよう
な問題を生ずる。

すなわち、全気筒運転領域を広げるため切り替え負荷
を小さい負荷に設定すると、例えば吸入空気温度の低下
により着火直前混合気温度が低下した場合に、部分気筒
運転に切り替えられる前に失火を生ずるという問題があ
る。

一方、着火直前混合気温度が低下した場合にも失火を
生じないようにするため切り替え負荷を高い負荷に設定
すると、全気筒運転領域が狭くなり、また全気筒運転と
部分気筒運転との切り替え時におけるトルク変動が大き
くなり運転性が悪化するという問題がある。

〔課題を解決するための手段〕

上記問題点を解決するため本考案によれば、予め定め
られた負荷以下のときに部分気筒運転をせしめるように
した２サイクル内燃機関において、着火直前における燃
焼室内の混合気の温度の低下に応じて前記予め定められ
た負荷を増大せしめるようにしている。

〔作用〕

機関負荷が予め定められた負荷以下のとき部分気筒運
転が実行される。予め定められた負荷は着火直前におけ
る燃焼室内の混合気の温度の低下に応じて増大せしめら
れる。従って、着火直前における燃焼室内の混合気温度
が高い場合には全気筒運転領域を拡大することができ、
一方、着火直前における燃焼室内の混合気温度が低下し
ても失火が生ずることを防止することができる。

〔実施例〕

第１図には６気筒２サイクル内燃機関の全体図を示
す。第１図を参照すると、１から６は第１から第６気
筒、７から12は第１から第６気筒１から６に対応する給
気ポート、13から18は第１から第６気筒１から６に対応
する排気ポート、19は給気マニホルド、20は１排気マニ
ホルド、21は第２排気マニホルド、51から56は各気筒１
から６内に燃料を噴射せしめるエアブラスト弁を夫々示
す。給気マニホルド19の各給気枝管22から27は、対応す
る各給気ポート７から12に夫々接続される。第１排気マ
ニホルド20の各第１排気枝管28から30は、第１から第３
気筒１から３の各排気ポート13から15に夫々接続され
る。また第２排気マニホルド21の各第２排気枝管31から
33は、第４から第６気筒４から６の各排気ポート16から
18に夫々接続される。エアクリーナ34は給気管35を介し
て給気マニホルド19に接続され、エアクリーナ34から導
入された空気は給気管35内を給気マニホルド19に向かっ
て流れる。給気管35には上流側から順次、エアフローメ
ータ36、スロットル弁37、機関によって駆動される機械
式過給機38およびインタクーラ39が配設される。

第２図および第３図には第１気筒１を示す。第２図お
よび第３図を参照すると、61はシリンダブロック、62は
ピストン、63はシリンダヘッド、64は燃焼室、65は一対
の給気弁、７は給気ポート、67は一対の排気弁、13は排
気ポート、69は点火栓を夫々示す。シリンダヘッド63の
内壁面上には排気弁67側の給気弁65周縁部と弁座間の開
口を給気弁65の全開弁期間に亘って閉鎖するマスク壁70
が形成される。従って給気弁65が開弁すると新気が矢印
Ａで示されるように排気弁67と反対側から燃焼室64内に
流入するので燃焼室64内には強力なループ掃気が得られ
る。一対の給気弁65の間に位置するシリンダヘッド63の
内壁面上にはエアブラスト弁51が配置される。第２から
第６気筒２から６も第１気筒と同様に構成される。

再び第１図を参照すると、電子制御ユニット80はディ
ジタルコンピュータからなり、双方向性バス81によって
相互に接続されたROM（リードオンリメモリ）82、RAM
（ランダムアクセスメモリ）83、CPU（マイクロプロセ
ッサ）84、入力ポート85および出力ポート86を具備す
る。

機関本体には機関冷却水温を検出するための水温セン
サ40が取付けられ、この水温センサ40の検出信号はAD変
換器87を介して入力ポート85に入力される。吸入空気量
に応じた出力電圧を発生するエアフローメータ36の出力
信号はAD変換器88を介して入力ポート85に入力される。
またクランク角センサ99も入力ポート85に接続される。
クランク角センサ99はクランクシャフトが所定角度回転
する毎に出力パルスを発生し、従ってこのクランク角セ
ンサ99の出力パルスから機関回転数がCPU84により計算
される。一方、出力ポート86は各駆動回路89から94を介
して各エアブラスト弁51から56に夫々接続される。

２サイクル内燃機関では燃焼室内への給気量、すなわ
ち負荷を減少せしめると燃焼室内に多量の既燃ガスが残
留すると共に燃焼室内の混合気量が減少するため失火を
生ずる。このため一部の気筒例えば第４、第５および第
６気筒4,5,6のエアブラスト弁54,55,56からの燃料噴射
を禁止せしめて第４、第５および第６気筒4,5,6の稼働
を休止せしめ、第１、第２および第３気筒1,2,3のみを
稼働せしめる。すなわち、部分気筒運転を実行せしめ
る。このように部分気筒運転を行うと２サイクル内燃機
関では稼働気筒1,2,3内に流入する吸気量が増大する。
即ち、２サイクル内燃機関では排気弁67が開弁すると燃
焼室64内の高圧の既燃ガスが急激に排気ポート13内に排
出する、いわゆる排気ブローダウンを生ずる。排気ブロ
ーダウンを生ずると排気ポート13内には一時的に大きな
正圧が発生し、この正圧は正圧波となって下流側に伝播
する。下流側に伝播した正圧波は第１排気枝管28から30
の下流側端部で反射し、今度は負圧波となって上流側に
向け伝播する。その結果、排気ブローダウンが発生して
暫らくすると排気ポート13内には大きな負圧が発生す
る。排気ポート13内に大きな負圧が発生するとこの負圧
によって燃焼室64内の既燃ガスが吸い出され、斯くして
燃焼室64内の圧力が低下する。その結果、稼動気筒1,2,
3内に流入する吸気量が増大せしめられる。このように
２サイクル機関ではブローダウン作用が給気の供給作用
に大きく寄与している。

従って２サイクル機関では燃料の供給を停止すると、
即ちブローダウンが発生しなくなると吸気量が減少する
ことになる。云い換えると稼働気筒1,2,3へは吸気が流
入しやすく、休止気筒4,5,6へは吸気が流入しずらくな
る。従って全気筒運転から部分気筒運転に移行すると休
止気筒4,5,6へは吸気が流入しずらくなるために吸気の
流入しやすい稼働気筒1,2,3への給気量が増大すること
になる。このように部分気筒運転が行われると稼働気筒
1,2,3内に流入する給気量が増大し、斯くして稼働気筒
1,2,3内の既燃ガスが減少し混合気量が増大する。従っ
て給気量が減少する場合、すなわち低負荷時には全気筒
運転を行なうよりも部分気筒運転を行なった方が着火性
が向上し、安定した燃焼が確保できることになる。

ところで失火を生じ始めるとき、すなわち燃焼限界に
おける機関負荷は、着火直前における燃焼室内の混合気
の温度が低下するにつれて増大する。第４図には機関冷
却水温度THWとQ/Nとに基づいて失火発生領域を略図的に
示す。機関冷却水温THWはシリンダ壁温および給気温に
よって変動し、従って機関冷却水温THWによって、着火
直前における燃焼室内の混合気の温度を代表することが
できる。またＱは吸入空気量、Ｎは機関回転数であり、
従ってQ/Nは機関１回転当りの吸入空気量であって機関
負荷に相当する。第４図に示されるように、機関冷却水
温THWが低下するにつれて失火発生領域が高負荷側に拡
大する。

従って機関冷却水温THWの変動に応じて、部分気筒運
転と全気筒運転との切り替え時における切り替え負荷を
変動させないと以下のような問題を生ずる。

すなわち、全気筒運転領域を広げるため切り替え負荷
を小さく設定すると、機関冷却水温が低下した場合に部
分気筒運転に切り替えられる前に失火を生ずるという問
題がある。一方、機関冷却水温が低下した場合にも失火
を生じないようにするため切り替え負荷を高く設定する
と、全気筒運転領域が狭くなり、また部分気筒運転と全
気筒運転の切り替え時におけるトルク変動が大きくなり
運転性が悪化するという問題がある。

そこで第１の実施例では機関冷却水温THWが予め定め
られた温度以下になると切り替え負荷を増大せしめるよ
うにしている。

第５図には機関回転数Ｎおよび機関冷却水温THWとの
関係で切り替えられ負荷を示す。図中実線はTHW≧60℃
の場合を示す。曲線CHは全気筒運転から部分気筒運転に
切り替えるときの切り替え負荷を示しており、Q/Nが曲
線CH以下になると、全気筒運転から部分気筒運転に切り
替えられる。また曲線RHは部分気筒運転から全気筒運転
に切り替えるときの切り替え負荷を示しており、Q/Nが
曲線RH以上になると部分気筒運転から全気筒運転に切り
替えられる。このように全気筒運転と部分気筒運転との
切り替えにヒステリシスをもたせるようにしたのは、全
気筒運転と部分気筒運転との切り替えを繰り返す現象、
すなわちハンチングを防止すると共に、部分気筒運転か
ら全気筒運転に切り替える際には休止気筒のシリンダ壁
温が低下しているため混合気の着火性の悪化を考慮して
曲線RHを曲線CHより高負荷側にずらしている。

一方、図中破線はTHW＜60℃の場合を示す。ここで曲
線CLは曲線CHに対応し全気筒運転から部分気筒運転への
切り替え負荷を示す。また曲線RLは曲線RHに対応し部分
気筒運転から全気筒運転への切り替え負荷を示す。

第５図に示されるように機関冷却水温THWが60℃より
低くなると、切り替え負荷CHおよびRHが夫々CLおよびRL
となるよう高負荷側に移動される。これによって機関冷
却水温THWが60℃以上で失火が生じ難い場合には全気筒
運転領域を広げることができると共に切り替え時におけ
る負荷が低いため全気筒運転と部分気筒運転との切り替
えの際におけるトルク変動を小さくすることができる。
また機関冷却水温THWが60℃より低い場合には切り替え
負荷が高負荷側のCLおよびRLとされるため、低負荷時か
つ機関冷却水温が低い場合においても失火の発生を防止
することができる。

第６図には気筒数制御を実行するためのルーチンを示
す。このルーチンは一定クランク角毎の割込みによって
実行される。第６図を参照すると、まずステップ100に
おいてフラグFCUTが１か否か判定される。フラグFCUTが
１でないときにはステップ101に進んで全ての気筒1,2,
3,4,5,6のエアブラスト弁51,52,53,54,55,56から燃料噴
射が行なわれ、全気筒運転が実行される。一方、フラグ
FCUTが１のときにはステップ102に進み点火順序が１つ
おきの気筒1,2,3の燃料噴射弁51,52,53のみから燃料が
噴射され、部分気筒運転が実行される。

第７図にはフラグFCUTを制御するためのルーチンを示
す。このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行さ
れる。第７図を参照するとまずステップ110においてフ
ラグFCUTが１か否か判定される。フラグFCUTが１でない
場合、すなわち全気筒運転が実行されている場合にはス
テップ111に進み、機関冷却水温THWが60℃以上か否か判
定される。THW≧60℃の場合にはステップ112に進み第５
図の曲線CH上の部分気筒切り替え基準負荷LCが計算され
る。一方ステップ111においてTHW≧60℃と判定された場
合にはステップ113に進み第５図の曲線CL上の部分気筒
切り替え基準負荷LCが計算される。なお、第５図に示す
関係は予めROM82内に記憶されている。次いでステップ1
14でQ/NがLC以下か否かが判定される。Q/N≦LCのときス
テップ115に進み、フラグFCUTを１にする。これによっ
て第６図のルーチンにおいて部分気筒運転に切り替えら
れることとなる。Q/N＞LCのときフラグFCUTの値は０の
まま保持され、第６図のルーチンにおいて全気筒運転が
実行される。

一方ステップ110においてフラグFCUTが１の場合、す
なわち部分気筒運転が実行されている場合にはステップ
116に進み、機関冷却水温THWが60℃以上か否か判定され
る。THW≧60℃の場合にはステップ117に進み第５図の曲
線RH上の全気筒切り替え基準負荷LRが計算される。一
方、ステップ116においてTHW＜60℃と判定された場合に
はステップ118に進み第５図の曲線RL上の全気筒切り替
え基準負荷LRが計算される。次いでステップ119でQ/Nが
LR以上か否か判定される。Q/N≧LRのときステップ120に
進み、フラグFCUTを０にする。これによって第６図のル
ーチンにおいて全気筒運転に切り替えられることとな
る。Q/N＜LRのときフラグFCUTの値は１のまま保持さ
れ、第６図のルーチンにおいて部分気筒運転が実行され
る。

次に第８図から第10図を参照して第２の実施例につい
て説明する。第２の実施例も第１図に示す内燃機関と同
様の構成を有している。

第８図には常温時、すなわち機関冷却水温が比較的高
温時における切り替え負荷を示す。曲線Ｃは全気筒運転
から部分気筒運転に切り替えるときの切り替え負荷を示
しており、Ｒは部分気筒運転から全気筒運転に切り替え
るときの切り替え負荷を示している。この実施例では部
分気筒切り替え基準負荷LCおよび全気筒切り替え基準負
荷LRは次式に示すように係数KTHWを乗ずることによって
補正される。

LC・KTHW LR・KTHW ここでKTHWは第９図に示されるように機関冷却水温に応
じて変動する係数である。第９図を参照すると、KTHW
は、機関冷却水温THWが比較的高い温度T₀以上のときに
は1.0であり、機関冷却水温THWがT₀から低下するにつれ
て増大する。従ってKTHWによって補正された後のLC,LR
は機関冷却水温THWの低下に伴なって徐々に増大せしめ
られる。これによって本実施例においても第１の実施例
と同様の作用効果を奏することができる。また、第１の
実施例ではLC,LRを二段階に段階的に変化せしめている
のに対し、本実施例では機関冷却水温THWの変化に応じ
て連続的に変化せしめているため、よりきめの細かい制
御が可能であり、斯くして全気筒運転領域をさらに拡大
することができ、また失火の発生をより確実に防止する
ことができる。

第10図には第２の実施例のフラグFCUTを制御するため
のルーチンを示す。このルーチンは一定時間毎の割込み
によって実行される。なお第７図に示すルーチンと同様
のステップについては同一番号を付して説明を省略す
る。

第10図を参照すると、まずステップ130において係数K
THWが機関冷却水温THWから第９図に示す関係に基づいて
計算される。第９図に示す関係は予めROM82内に記憶さ
れている。次いでステップ131ではフラグFCUTが１か否
か判定される。フラグFCUTが１でないと判定された場
合、すなわち全気筒運転が実行されている場合にはステ
ップ132に進み第８図の曲線Ｃ上の部分気筒切り替え基
準負荷LCが計算される。ステップ133ではLCに係数KTHW
を乗ずることによってLCが補正される。次いでステップ
114,115において、第７図に示す実施例と同様にLCに基
づきFCUTが制御される。

一方、ステップ131においてフラグFCUTが１と判定さ
れた場合、すなわち部分気筒運転が実行されている場合
にはステップ134に進み第８図の曲線Ｒ上の全気筒切り
替え基準負荷LRが計算される。ステップ135ではLRに係
数KTHWを乗ずることによりLRが補正される。次いでステ
ップ119,120において、第７図に示す実施例と同様にLR
に基づきFCUTが制御される。

なお、上述の実施例では着火直前における燃焼室内の
混合気温度を代表する値として機関冷却水温を用いた
が、給気温、シリンダ壁温等を用いてもよい。

〔考案の効果〕

着火直前における燃焼室内の混合気の温度の低下に応
じて予め定められた負荷を増大せしめるようにしたの
で、全気筒運転領域を拡大することができると共に失火
の発生を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は６気筒２サイクル内燃機関の全体図、第２図は
２サイクル内燃機関のシリンダヘッド内壁面の底面図、
第３図は２サイクル内燃機関の側面断面図、第４図は失
火発生領域を示す線図、第５図は第１の実施例の切り替
え負荷を示す線図、第６図は気筒数制御を実行するため
のフローチャート、第７図は第１の実施例のフラグFCUT
を制御するためのフローチャート、第８図は第２の実施
例の切り替え負荷を示す線図、第９図は機関冷却水温TH
Wと係数KTHWとの関係を示す線図、第10図は第２の実施
例のフラグFCUTを制御するためのフローチャートであ
る。 36…エアフローメータ、40…水温センサ、80…電子制御
ユニット、99…クランク角センサ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 梅花 豊一 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)考案者 仁平 裕昭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 (56)参考文献 実開 昭56−157336（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭56−136145（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭64−11337（ＪＰ，Ｕ)

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】予め定められた負荷以下のときに部分気筒
   運転をせしめるようにした２サイクル内燃機関におい
   て、着火直前における燃焼室内の混合気の温度の低下に
   応じて前記予め定められた負荷を増大せしめるようにし
   た気筒数制御内燃機関。