JPH0996229A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリンダの低温時であっても、ストールを誘
発することなく、円滑に部分気筒運転をしながらアイド
リング状態を維持することができる内燃機関を提供する
こと。 【解決手段】 内燃機関１は、混合気が燃焼する少なく
とも二つのシリンダ３と、このシリンダ３に燃料を供給
するインジェクタ１１と、シリンダ冷却のための冷却水
の水温を検出する水温検出手段５と、運転状態に応じて
一部のシリンダへの燃料の供給をサイクル毎に停止制御
する主制御部７とを備えると共に、この停止制御の度数
を変更可能に構成している。そして、上記主制御部７
が、水温の上昇に伴い燃料の供給停止の度数を増大させ
るように制御する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、動力源として用い
られる内燃機関に係り、特に、自動車等の負荷の変動が
大きなものの動力源として用いられる２ストロークの筒
内噴射式の内燃機関に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、負荷の変動が大きな動力源、
例えば自動車用の内燃機関においては、負荷の大きな時
は、内燃機関の全シリンダを燃焼させ、一方、負荷の小
さな時は一部のシリンダの燃料の供給を停止し、いわゆ
る部分気筒運転をするものがある。

【０００３】具体的には、平坦な道路を一定速度で走行
する場合や、坂道を下る場合等の負荷の小さな時に、一
部のシリンダへの燃料供給を停止し、残りのシリンダで
のみ燃焼させるものである。

【０００４】これは、低負荷時には内燃機関による駆動
力は不要であり、燃料供給の一部停止による燃料消費の
低減を図るものである。

【０００５】また、過給器を備え、吸入空気量をスロッ
トル弁の作用によって、空気の還流量を変更し調整する
内燃機関では、あるきっかけで回転数が上昇すると、過
給器の作用により吸入空気量が増加するため、更に回転
数が上昇する、という性質がある。これは、内燃機関の
回転数の上昇に伴い過給器の回転数も上昇するため、吸
入空気の圧力が高まる、という原因に基づく。この結
果、シリンダ内に吸入される空気量が増大する。

【０００６】このため、従来の内燃機関では、吸気通路
内にスロットル弁を設け、これにより吸入空気量を調節
し、内燃機関の回転数を維持している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来例においては、以下のような不都合を生じていた。即
ち、内燃機関の始動時や外気温度が極めて低い場合に、
上記した部分気筒運転をすると、内燃機関が停止（スト
ール）してしまう、という不都合である。これは、シリ
ンダ自体が低温であったり、また燃焼に使用される吸入
空気が低温であったりする場合には、シリンダ内での燃
焼が不安定となり、部分気筒運転ではアイドリング状態
を維持することができないことに起因している。

【０００８】また、シリンダの温度がある程度上昇した
場合でも、運転状態によっては部分気筒運転をすると、
内燃機関の回転が不安定となる場合もある、という不都
合を生じていた。

【０００９】

【発明の目的】本発明は、かかる従来例の有する不都合
を改善し、特に、シリンダの低温時であっても、ストー
ルを誘発することなく、円滑に部分気筒運転をしながら
アイドリング状態を維持することができる内燃機関を提
供することを、その目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、請求項１記載の発明では、内燃機関が、混合気
が燃焼する少なくとも二つのシリンダと、このシリンダ
に燃料を供給するインジェクタと、シリンダ冷却のため
の冷却水の水温を検出する水温検出手段と、運転状態に
応じて一部のシリンダへの燃料の供給をサイクル毎に停
止制御する主制御部とを備えると共に、この停止制御の
度数を変更可能に構成している。

【００１１】そして、上記主制御部が、水温の上昇に伴
い燃料の供給停止の度数を増大させるように制御する、
という構成を採っている。

【００１２】以上のように構成されたことにより、内燃
機関は以下のように作用する。即ち、内燃機関が始動さ
れてシリンダ内で燃料の燃焼が行われる。そして、内燃
機関の負荷が小さくて、部分気筒運転の条件を満たす場
合には、一部のシリンダへのインジェクタによる燃料の
供給が停止される。このとき、燃料の供給を停止するの
は、内燃機関のサイクル毎であり、その度数は、冷却水
の水温に応じて主制御部が可変制御する。

【００１３】詳しくは、冷却水の水温が低い場合には、
全気筒運転のサイクル数に対し部分気筒運転の度数が低
く制御されている。換言すると、内燃機関の複数サイク
ルの内、部分気筒運転の割合が低い。一方、シリンダの
温度が上昇してきた場合には、部分気筒運転の度数が増
加する。即ち、水温が内燃機関の暖機状態を表す値（約
８０℃）を示し且つ負荷が小さな時は、全サイクルで部
分気筒運転が行われるように制御される。以上より、本
発明にかかる内燃機関は、冷機時のみならず、暖機時に
おいても、適切に内燃機関のアイドリングを維持するこ
とができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態を、図面に基
づいて説明すると、先ず、図１において、内燃機関１
は、混合気が燃焼する四つのシリンダ３と、このシリン
ダ３に燃料を供給するインジェクタ１１と、シリンダ冷
却のための冷却水の水温を検出する水温検出手段５と、
運転状態に応じて一部のシリンダへの燃料の供給をサイ
クル毎に停止制御する主制御部７とを備えている。

【００１５】ここで、本実施形態に係る内燃機関１は、
クランク軸１３が一回転する内に一回燃焼する、いわゆ
る２ストロークサイクルタイプである。但し、本発明の
場合は、２ストロークサイクルに限定されるものではな
く、もちろん４ストロークサイクルにも適用することが
できる。また、シリンダの数も四つに限定されるもので
はなく、少なくとも二つ有ればよく、三つでもよいし、
また五つ以上であってもよい。

【００１６】そして、以上を詳細に説明すると、本実施
形態において、内燃機関１は、図２に示すように、四つ
のシリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄをそれぞれ有してい
て、各シリンダ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄは、交互に燃焼
するようになっている。但し、図１においては、説明の
便宜上一つのシリンダ３のみ図示している。また、図１
において、シリンダ３内には、ピストン１５が摺動可能
に嵌合されており、燃料の燃焼に従って上下動するよう
になっている。また、ピストン１５には、ピストンピン
１５ａを介してコンロッド１７の一方の端部が連結され
ており、また、他方の端部がクランク軸１３に連結され
ている。

【００１７】クランク軸１３には、その端部に、回転数
検出手段１９が配設されている。この回転数検出手段１
９は、内燃機関１の回転数を検出するためのものであ
り、ロータリーエンコーダが用いられる。そして、この
回転数情報は、主制御部７に伝達され、種々の制御に用
いられる。

【００１８】また、シリンダ３の上部に配設されるシリ
ンダヘッド２１には、その中央部に点火プラグ２３が装
着されている。この点火プラグ２３は、シリンダ３内の
混合気に点火するためのものであり、その点火タイミン
グは主制御部７により制御される。また、点火プラグ２
３の近傍（図中の左方）には、インジェクタ１１が装着
されている。このインジェクタ１１は、主制御部７から
の信号に基づいてシリンダ３内への燃料の供給及びその
停止を行うものである。ここで、インジェクタ１１の制
御は、内燃機関１の運転状態に基づいて行われるもので
あり、詳しくは後述する。

【００１９】シリンダヘッド２１には、インジェクタ１
１の近傍（図中の左方）に掃気バルブ２５が配設されて
いる。この掃気バルブ２５は、内燃機関１の燃焼に用い
られる空気を吸入するためのものであり、シリンダヘッ
ド２１に形成された掃気ポート２７の端部に設けられて
いる。この掃気バルブ２５は、クランク軸１３が一回転
する毎に一回開いて閉じるようになっており、その開閉
は図示しないカムシャフトによって行われる。

【００２０】一方、掃気バルブ２５の反対側（図中の右
方）には、排気バルブ２９が配設されている。この排気
バルブ２９は、燃焼した後の燃焼ガスを排気するための
ものであり、掃気バルブ２５と同様に一回転毎に一回開
いて閉じる。

【００２１】また、シリンダ３の周囲には、図示しない
冷却水流路が形成されており、さらにこの冷却水流路に
露出するように、水温検出手段５が配設されている。こ
の水温検出手段５は、時々刻々の冷却水の水温を検出す
るためのものであり、この水温情報は主制御部７へ伝達
されるようになっている。

【００２２】次に、掃気ポート２７に空気を吸入するた
めの機構について説明する。先ず、図１において、空気
導入経路３３の最も上流側には、空気を圧縮する過給器
３１が配設されている。この過給器３１は、いわゆるス
ーパーチャージャと呼ばれるタイプのものである。具体
的には、ルーツ型やプレッシャウェイブ型のものがあ
る。但し、過給器３１はかかるスーパーチャージャタイ
プのものには限定されず、いわゆるタービンタイプのも
のであってもよい。

【００２３】また、過給器３１の下流側には、アフター
クーラ３５が配設されている。このアフタークーラ３５
は、過給器３１によって圧縮されて高温になった吸入空
気を冷却するためのものである。

【００２４】アフタークーラ３５の下流側には、第１分
岐流路３７が形成され、掃気ポート２７側に流れる方と
上記した過給器３１の上流側に環流する方とに分流され
る。また、掃気ポート２７側の流路の下流側には、圧力
検出手段３９が配設されている。この圧力検出手段３９
は、過給圧を検出するためのものであり、内燃機関１の
全体を制御する主制御部７にこの圧力情報が伝達され
る。特に、過給器３１を有する内燃機関１の場合には、
過給圧の変動によって吸入空気量が変動するので、常に
過給圧を検出しておく必要がある。

【００２５】また、上記した第１分岐流路３７には、ス
ロットル弁４１が配設されている。このスロットル弁４
１は、過給された空気の環流量を調節するためのもので
あり、図１に示すように、自動車等に適用された場合に
は、アクセルペダル４３に連動して動くようになってい
る。そして、このスロットル弁４１が開かれた場合に
は、空気の環流量が増加し、結果として過給圧が低下
し、シリンダ３に吸入される空気量も減少する。ここ
で、シリンダ３に吸入される空気の量は、過給圧と体積
効率との積によって算出される。この体積効率は、過給
圧と内燃機関の回転数の関数として定義される。

【００２６】また、上記した圧力検出手段３９の下流側
には、更に第２分岐流路４５が形成されている。この第
２分岐流路４５は、掃気ポート２７へ連通する方と上記
したスロットル弁４１の下流側に連通する方に分流され
る。そして、スロットル弁４１側の第２分岐流路４５に
は、ソレノイドバルブ４７が配設されている。

【００２７】次に、以上のように構成された内燃機関１
の動作について説明する。

【００２８】先ず、本実施形態にかかる内燃機関１は、
上記したように２ストロークサイクルタイプであり、一
回転の内に空気の吸入及びインジェクタ１１の筒内噴射
による燃料の供給が行われ、そして、燃焼及び排気が行
われる。

【００２９】次に、部分気筒運転の方法について説明す
ると、本実施形態の内燃機関１は、図２に示すように、
四つのシリンダを有する、即ち、四気筒である。ここ
で、各シリンダを説明の便宜上、左方から３ａ，３ｂ，
３ｃ，３ｄとする。この内燃機関１は、図３に示すよう
に、全気筒運転の状態では、３ａ→３ｄ→３ｂ→３ｃの
順番で燃焼する。即ち、クランク軸が一回転である３６
０度回転する内に各シリンダで計４回の燃焼が行われ
る。これにより、各シリンダ３ａ，３ｄ，３ｂ，３ｃの
燃焼は９０度間隔で行われる。そして、これら一連の行
程が各サイクル毎に行われ、内燃機関１が連続的に回転
する。

【００３０】次に、主制御部７が、部分気筒運転の成立
条件を判断する。ここで、部分気筒運転は、以下の条件
が全て満足されている場合に行われる。即ち、冷却水の
水温がある所定値以上であること，過給圧がある所定値
以下であること，燃料カットモード時でないこと及び始
動モード時でないことが必要である。燃料カットモード
とは、車両が減速しているとき、即ち、アクセルが全く
踏まれていない状態で、ある回転数以上の場合、全気筒
の燃料の噴射を停止している状態をいい、始動モードと
は、内燃機関１の始動の際、セルフスタータモータが回
転している状態をいう。

【００３１】部分気筒運転の際には、図３に示すよう
に、３ａ→休止→３ｂ→休止という順番で燃焼が行われ
る。即ち、部分気筒運転時には、四つのシリンダ３ａ，
３ｂ，３ｃ，３ｄの内の二つのシリンダ３ａ，３ｂのみ
が燃焼することとなる。これは、主制御部７が、シリン
ダ３ｃ，３ｄに装備されたインジェクタ１１からの燃料
の供給を停止することにより行われる。

【００３２】次に、本実施形態にかかる内燃機関１で
は、部分気筒運転の割合が冷却水の水温の変化に応じて
変動するものであるので、その可変制御について説明す
る。

【００３３】本実施形態においては、部分気筒運転の割
合を制御するための変数として、αを用いる。そして、
内燃機関１の全運転サイクル数に対する部分気筒運転の
割合は、次の式によって求められる。

【００３４】部分気筒運転割合＝［１÷（α＋１）］×
１００ 〔％〕

【００３５】上記数式から求められる部分気筒運転と全
気筒運転の関係の内、図４は［α＝３］の場合を示して
いる。これを詳しく説明すると、先ず、内燃機関１は、
一回転目は部分気筒運転され、次の三回転分は全気筒運
転がされる。そして、再び部分気筒運転で一回転し、次
の三回転分は全気筒運転がされる。これにより、全回転
数の内の２５％が部分気筒運転で行われる。つまり、四
回転の内、一回転のみが部分気筒運転となる。

【００３６】ここで、αの値は冷却水の水温によって変
化するようになっており、その相互関係は図５に示して
いる。例えば、水温が−２７［℃］の場合には、［α＝
３１］であるので、部分気筒運転で一回転し、続く３１
回転が全気筒運転で行われる。換言すると、低温時に
は、ほとんどの運転が全気筒運転で行われる。一方、水
温が８２［℃］の場合には［α＝０］で、全回転が部分
気筒運転で行われる。即ち、内燃機関１が暖機状態で負
荷が小さい場合には、ほとんどの運転が部分気筒運転で
行われる。以上より、本発明は、冷機時のみならず、暖
機時においても適切にアイドリングを維持することがで
きる。

【００３７】次に、主制御部７が部分気筒運転の制御を
する場合の制御フローを、図６に示すメインルーチンフ
ローチャートに基づいて説明する。先ず、主制御部７は
水温検出手段５により検出された冷却水の水温に基づい
て、αの値を検索する（Ｓ１）。ここで、水温に対応す
るαの値は、主制御部７に併設されたα値記憶手段（図
示略）に記憶されている。そして、次に部分気筒運転の
成立条件を判断する（Ｓ２）。このとき、成立条件が満
たされていない場合には、全気筒運転の制御がなされる
（Ｓ６）。

【００３８】一方、部分気筒運転の成立条件が満たされ
ている場合には、以後部分気筒運転がなされる（Ｓ
４）。具体的には、図７に示す割り込みルーチンフロー
チャートに示すように、主制御部７は、検索したαの値
を一時記憶しておく（Ｓ１１）。そして、内燃機関１の
クランク軸１３に装備された回転数検出手段１９により
回転数情報を取得する。これは、一回転毎に一つのパル
スとして得られるものである。そして、この一つのパル
スが入った時に、記憶しているαの値から１を減算する
（Ｓ１２）。即ち、［α−１］という値が算出される。
そして、この［α−１］という値が記憶される（Ｓ１
１）。これら一連の動作が繰り返されることにより、α
の値が零に近づく。

【００３９】そして、図６に示すように、αの値が零で
ないときは、全気筒運転（Ｓ６）がされ、αの値が零に
なった時に一回転だけ部分気筒運転がなされる（Ｓ
４）。そして、次には、αの値がリセットされ、また最
初から上記したフローが繰り返し行われる。従って、水
温が前回と同様で有れば、αの値は変化せず、部分気筒
運転の割合も変化しない。しかし、水温が変化して、α
の検索した値が変化した場合には、部分気筒運転の割合
も変化する。

【００４０】以上を簡潔に説明すると、負荷が小さいと
いう前提条件の基で、内燃機関１の始動直後の冷機時に
は部分気筒運転の割合が低く押さえられることにより、
アイドリング状態が適切に維持される。一方、暖機時に
は、ほとんどの運転中が部分気筒運転でなされることに
なる。以上より、本発明は、冷機時のみならず、暖機時
においても適切にアイドリングを維持することができ
る。

【００４１】ところで、以上は、水冷式の内燃機関につ
いて説明してきたが、本発明はこれに限定されるもので
はなく、空冷式の内燃機関についても適用することがで
きる。この場合、αの値を変化させるパラメータとして
は、シリンダの温度を検出して使用してもよい。

【００４２】また、図５に示した水温に対するαの値の
関係は一例であり、内燃機関の形式や燃料の種類等に応
じて適切に設定することができる。また、内燃機関１を
使用する地域の環境によってαの値を設定することも有
効である。例えば、寒冷地などでは、同じ水温でもαの
値を大きく設定することにより、より円滑なアイドリン
グ状態の維持制御が可能となる。

【００４３】

【発明の効果】本発明は、以上のように構成され機能す
るので、内燃機関のシリンダが低温の場合に、部分気筒
運転制御がされた場合でも、安定したアイドリングや低
回転運転をすることができる、という優れた効果を生じ
る。

【００４４】また、シリンダの温度が上昇して行く過程
においても、徐々に部分気筒運転の度数が増加して行く
ので、安定したアイドリング状態または低回転運転を維
持できると同時に、部分気筒運転により燃料消費量の低
減をも実現することができる、という優れた効果を生じ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す一部省略した概略図
である。

【図２】図１に開示したシリンダの一部省略した平面図
である。

【図３】各シリンダの燃焼の順番を示す図である。

【図４】部分気筒運転と全気筒運転の割合の一例を示す
図である。

【図５】部分気筒運転の割合を規定する定数と水温との
関係の一例を示す図である。

【図６】部分気筒運転と全気筒運転を切り換え制御する
ためのフローチャートを示す図である。

【図７】部分気筒運転の割合を規定する定数を減算する
ためのフローチャートである。

【符号の説明】

１ 内燃機関 ３ シリンダ ３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ シリンダ ５ 水温検出手段 ７ 主制御部 １１ インジェクタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 混合気が燃焼する少なくとも二つのシリ
   ンダと、このシリンダに燃料を供給するインジェクタ
   と、前記シリンダ冷却のための冷却水の水温を検出する
   水温検出手段と、運転状態に応じて一部のシリンダへの
   燃料の供給をサイクル毎に停止制御する主制御部とを備
   えると共に、この停止制御の度数を可変に構成した内燃
   機関において、 前記主制御部が、前記水温の上昇に伴い燃料の供給停止
   の度数を増大させるように制御することを特徴とした内
   燃機関。