(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気非同期噴射により一部気筒だけに燃料を供給して一部気筒運転を実施することによって機関始動を開始し、前記一部気筒の初爆完了後における所定機関運転状態となった時には、前記一部気筒を除く気筒へ吸気同期噴射によって燃料を供給して全気筒運転を実施することを特徴とする多気筒内燃機関。
【請求項２】
前記一部気筒を除く気筒への燃料供給は、吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ移行することを特徴とする請求項１に記載の多気筒内燃機関。
【請求項３】
前記一部気筒を除く気筒への燃料供給は、吸気同期噴射から燃料噴射時期が徐々に早められて吸気非同期噴射へ移行することを特徴とする請求項２に記載の多気筒内燃機関。
【請求項４】
前記一部気筒を除く気筒への燃料供給は、機関回転数がアイドル回転に安定するまでに吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ移行することを特徴とする請求項２又は３に記載の多気筒内燃機関。
【請求項５】
前記所定機関運転状態は、機関始動完了に対応する運転状態であることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多気筒内燃機関。
【請求項６】
機関始動開始から設定期間内に前記所定機関運転状態とならない時には前記全気筒運転が実施されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の多気筒内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多気筒内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的な多気筒内燃機関では、気筒毎に燃料噴射弁を有し、各燃料噴射弁によって各気筒の吸気ポートへ燃料を噴射するようになっている。燃料噴射弁は、主に吸気行程以前に燃料噴射を完了する吸気非同期噴射と、主に吸気行程中に燃料を噴射する吸気同期噴射とが可能である。
【０００３】
吸気非同期噴射は、吸気ポート壁面等に付着させた燃料を吸気流によって気化させて気筒内へ導入することができるために、気筒内において着火性の良好な混合気を形成し易い。この一方で、機関始動時のように、吸気管負圧が低く、吸気ポートへの付着燃料が少なく、機関温度が低い時には、吸気ポートへ比較的多量の燃料が付着残留することを見越して必要量を大幅に上回る燃料を噴射しなければならない。吸気同期噴射は、噴射燃料の大部分を吸気ポート壁面等へ付着する以前に吸気流と共に気筒内へ導入することが可能であり、機関始動時においても、必要量を大幅に上回る燃料は必要ない。しかしながら、主に、液状燃料が気筒内へ導入されるために、機関温度が低いと、燃料の気化が不十分となって着火性の良好な混合気を形成し難い。
【０００４】
特開平９−３２６０５号公報には、機関始動開始時において、全気筒を吸気非同期噴射として良好な混合気を形成することにより確実な着火燃焼を保証し、始動開始後に、全気筒を吸気同期噴射として運転する多気筒内燃機関が開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
機関始動時における吸気非同期噴射においては、前述したように、吸気ポート壁面等には比較的多量の燃料が付着残留している。それにより、前述の従来技術によって確実な始動性は確保されるが、始動（完爆）完了後に機関回転数が急上昇して吸気ポート内の負圧が急激に高まると、付着燃料の多くが一度に蒸発して気筒内へ導入され、混合気空燃比が過剰リッチとなるために、多量の未燃燃料が排出される。機関始動時には、排気系に設けられている触媒装置が十分に機能しないために、この多量の未燃燃料が十分に浄化されずに大気中へ放出されることとなる。
【０００６】
従って、本発明の目的は、良好な機関始動性を確保すると共に機関始動時の未燃燃料の排出量を低減することを可能とする多気筒内燃機関を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の多気筒内燃機関は、吸気非同期噴射により一部気筒だけに燃料を供給して一部気筒運転を実施することによって機関始動を開始し、前記一部気筒の初爆完了後における所定機関運転状態となった時には、前記一部気筒を除く気筒へ吸気同期噴射によって燃料を供給して全気筒運転を実施することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の多気筒内燃機関は、請求項１に記載の多気筒内燃機関において、前記一部気筒を除く気筒への燃料供給は、吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ移行することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の多気筒内燃機関は、請求項２に記載の多気筒内燃機関において、前記一部気筒を除く気筒への燃料供給は、吸気同期噴射から燃料噴射時期が徐々に早められて吸気非同期噴射へ移行することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４に記載の多気筒内燃機関は、請求項２又は３に記載の多気筒内燃機関において、前記一部気筒を除く気筒への燃料供給は、機関回転数がアイドル回転に安定するまでに吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ移行することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項５に記載の多気筒内燃機関は、請求項１から４のいずれかに記載の多気筒内燃機関において、前記所定機関運転状態は、機関始動完了に対応する運転状態であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項６に記載の多気筒内燃機関は、請求項１から５のいずれかに記載の多気筒内燃機関において、機関始動開始から設定期間内に前記所定機関運転状態とならない時には前記全気筒運転が実施されることを特徴とする。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１は本発明による多気筒内燃機関の気筒内概略縦断面図である。同図において、１は気筒上部略中心に配置された点火プラグであり、２はピストンである。３は吸気弁４を介して気筒内へ通じる吸気ポートであり、５は排気弁６を介して気筒内へ通じる排気ポートである。各気筒の吸気ポート３には燃料噴射弁７が配置されている。
【００１４】
燃料噴射弁７は、通常の機関運転状態において、主に吸気行程以前に燃料噴射を終了する吸気非同期噴射を実施する。吸気非同期噴射は、燃料を吸気ポート３の壁面及び吸気弁４の傘裏等に付着させ、この付着燃料を機関温度を利用してある程度を気化させると共に、吸気行程となって気筒内への吸気流が発生すると、この吸気流によっても気化させ、また、吸気行程後半に吸気ポート１内が負圧となると、この負圧によっても気化が促進される。こうして、気化燃料が気筒内へ導入されるために、気筒内には十分に均質化された混合気を形成することができ、良好な燃焼を実現することができる。
【００１５】
このような吸気非同期噴射を機関始動時に実施する場合において、特に、初回の噴射燃料は、吸気ポート壁面等への付着燃料が少なく、機関温度も低く、また、クランキングの低回転では吸気行程後半に吸気ポート内に発生する負圧も低いために、大部分が吸気ポート壁面等へ付着残留することとなる。それにより、これを見越して多量の燃料を噴射しなければならない。しかしながら、気筒内には主に気化燃料が導入されるために、着火性の良好な混合気が形成され、確実な始動性が確保される。
【００１６】
この一方で、吸気ポート壁面等には比較的多量の燃料が付着残留しているために、始動（完爆）完了後に機関回転数が急上昇して吸気ポート内の負圧が急激に高まると、付着燃料の多くが一度に蒸発して気筒内へ導入され、混合気空燃比が過剰リッチとなるために、多量の未燃燃料が排出されることとなる。機関始動時には、排気系に設けられている触媒装置が十分に機能しないために、この多量の未燃燃料が十分に浄化されずに大気中へ放出されてしまう。
【００１７】
本実施形態では、この問題を解決するために、吸気非同期噴射により一部気筒だけに燃料を供給して一部気筒運転を実施することによって機関始動を開始し、機関始動完了時には、一部気筒を除く気筒へ吸気同期噴射によって燃料を供給して全気筒運転を実施するようになっている。
【００１８】
一部気筒運転において比較的滑らかな運転を実現するために、運転する一部気筒は、互いに点火順序が連続しない半数の気筒とすることが好ましい。例えば、＃１−＃３−＃４−＃２の点火順序を有する四気筒内燃機関では、＃１気筒及び＃４気筒又は＃２気筒及び＃３気筒である。
【００１９】
図２は、＃１気筒及＃４気筒だけによって機関始動を開始して、所定機関運転状態となった時に＃２気筒及び＃３気筒の運転を開始した場合の機関回転数の変化を示すタイムチャートであり、図３は、＃１気筒と＃３気筒との燃料噴射時期の関係を示すタイムチャートである。図３において、”排”は排気行程を、”吸”は吸気行程を、それぞれ示している。また、＃４気筒及び＃２気筒の燃料噴射時期は省略したが、＃４気筒の燃料噴射時期は＃１気筒と同様であり、＃２気筒の燃料噴射時期は＃３気筒と同様である。図２及び図３を以下に説明する。
【００２０】
時刻Ｔ０においてクランキングが開始され、その後に＃１気筒及び＃４気筒には、吸気非同期噴射、例えば、排気行程での燃料噴射を実施する。初回の燃料噴射量Ａは、大部分が吸気ポート等への付着燃料となるために、必要量を大幅に上回る量である。その後の燃料噴射量Ｂは、一部の燃料が吸気ポート等へ付着残留するが、前回の付着燃料の一部が気化して気筒内へ導入されるために、ほぼ必要量とすることができる。
【００２１】
＃１気筒への初回の燃料供給によって、＃１気筒では燃焼が開始され、＃１気筒の膨張行程となる時刻Ｔ１において、機関回転数は上昇し始める。その後、＃４気筒、＃１気筒、＃４気筒と燃焼を繰り返し、機関回転数は、上昇を続けて時刻Ｔ２においてＮ１に達する。この機関回転数Ｎ１は、二気筒での始動中における所定の燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期によってもたらし得る最大回転数であり、二気筒運転では、それ以上に回転上昇させることはできない。こうして、始動が完了する。
【００２２】
この始動完了までにおいて、＃１気筒及び＃４気筒では、吸気非同期噴射によって気筒内には良好な混合気が形成され、確実な始動性を確保することができる。機関回転数がＮ１に達すると、＃２気筒及び＃３気筒へ吸気同期噴射によって燃料が供給される。主に吸気行程中に燃料を噴射する吸気同期噴射は、噴射燃料の大部分を気筒内へ導入することが可能であるために、この初回の燃料噴射量Ａ’は、吸気非同期噴射における初回の燃料噴射量Ａに比較して少なくすることができる。しかしながら、その後の燃料噴射量Ｂに比較して、確実な着火燃焼をもたらすために、多少の増量がされている。燃料噴射量Ｂは、吸気非同期噴射の初回を除く燃料噴射量と同じである。
【００２３】
こうして、＃３気筒での燃焼が開始され、＃３気筒の膨張行程となる時刻Ｔ３において、機関回転数はＮ１から上昇し始める。その後、吸気非同期噴射の＃４気筒、吸気同期噴射の＃２気筒、吸気非同期噴射の＃１気筒と燃焼を繰り返し、機関回転数は、時刻Ｔ４において、二気筒運転での始動時の最大回転数Ｎ１と同様に全気筒運転における最大回転数Ｎ２に達する。
【００２４】
最大回転数Ｎ２に達する直前において、吸気行程後半における吸気ポート内の負圧が非常に高くなり、これまで、吸気非同期噴射を実施していた＃１気筒及び＃４気筒では、比較的多量の壁面付着燃料が一度に蒸発して気筒内へ導入されるために、燃焼空燃比が過剰リッチとなって、比較的多量の未燃燃料を排出することとなるが、吸気非同期噴射の実行が二気筒のみであることと、時刻Ｔ２に至る間にも壁面付着燃料が吸気負圧の上昇によって気化していることにより、この未燃燃料の排出は従来に比較して低減される。また、＃２気筒及び＃３気筒では、吸気同期噴射によって、吸気ポート壁面等へ付着している燃料量は僅かであり、このように燃料空燃比が過剰リッチとなることはなく、未燃燃料の排出量は僅かである。
【００２５】
吸気同期噴射は、機関始動時のように、機関温度が低くて吸気ポート内の負圧も低い時には、主に液状燃料が気筒内へ導入されるために、気筒内に形成される混合気は燃料気化が不十分で確実に着火燃焼させることが難しい。それにより失火が発生すれば、多量の未燃燃料を排出することとなる。本実施形態では、＃２気筒及び＃３気筒において、吸気同期噴射によって燃焼を開始するが、この時には、＃１気筒及び＃４気筒によって始動が完了していて機関回転数の上昇に伴って吸気ポート内の負圧がある程度高められているために、燃料気化状態を比較的良好にすることができ、混合気の確実な着火燃焼を実現可能である。
【００２６】
こうして、本実施形態によれば、吸気非同期噴射によって燃焼を開始する＃１気筒及び＃３気筒だけからは、時刻Ｔ４において比較的多量の未燃燃料が排出されることとなるが、全気筒から比較的多量の未燃燃料が排出される場合に比較して、十分に未燃燃料の排出量を低減することができる。また、前述したように、良好な機関始動性も確保することができる。
【００２７】
時刻Ｔ４において、最大回転数Ｎ２に達した後は、これまで吸気同期噴射を実施していた＃２気筒及び＃３気筒では、燃料噴射時期が徐々に早められ、排気行程中に燃料噴射を開始して吸気行程中に燃料噴射を終了するようにされる。排気行程中に噴射された燃料は、吸気ポート壁面等に付着するが、この時には、機関温度も上昇しており、また、吸気行程後半における吸気ポート内の負圧も高いために、付着燃料は良好に気化して気筒内へ導入されると共に、吸気行程中に噴射された燃料も、この負圧によって気化し易く、このような燃料噴射によって気筒内には比較的良好な混合気を形成することができる。
【００２８】
各気筒の初回の増量燃料によって、機関回転数は、最大回転数Ｎ２に達するが、その後は、徐々に低下し、時刻Ｔ５においてアイドル回転数Ｎ３に安定する。＃２気筒及び＃３気筒の燃料噴射は、時刻Ｔ５以降においては、＃１気筒及び＃４気筒と同様な完全な吸気非同期噴射とされる。前述したように、吸気非同期噴射は、吸気同期噴射に比較して、混合気の燃料気化状態が良好となるために、良好な燃焼を実現可能である。＃２気筒及び＃３気筒では、燃料噴射時期を徐々に早めて吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ移行することによって、燃焼を徐々に良好にし、違和感のない運転を実現することができる。機関回転数がアイドル回転に安定する時には、吸気非同期噴射による全気筒運転が実施され、各気筒の燃焼が一様となって安定したアイドル回転及びその後の良好な機関加速等を実現可能となる。
【００２９】
もちろん、機関回転数がアイドル回転に安定するまでに、＃２気筒及び＃３気筒への燃料供給を、吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ急に移行させるようにして良く、この場合には、吸気非同期噴射への移行に際して、一部の燃料が吸気ポート壁面等に付着残留することを考慮して噴射燃料を増量することが好ましい。
【００３０】
本実施形態において、＃２気筒及び＃３気筒へ吸気同期噴射によって燃料供給を開始する時期、すなわち、全気筒運転を開始する所定機関運転状態となった時には、機関回転数が、＃１気筒及び＃４気筒だけの燃焼による最大回転数Ｎ１に達した直後とした。この時期は、機関始動完了時期であり、この時期の判断には、機関回転数を監視して予め設定したＮ１に達したことを使用することができる。また、機関回転数に対応して変化する吸気ポート内の負圧を監視することによっても判断可能である。また、単位時間当たりの機関回転数変化量又は負圧変化量を検出して、この変化量が設定値より小さくなったことを、この時期判断に使用することもできる。
【００３１】
＃１気筒及び＃４気筒による一部気筒運転での始動完了時は、吸気ポート内の負圧が比較的高くなり、吸気同期噴射による＃２気筒及び＃３気筒の運転開始時期としては最適である。しかしながら、これは、本発明を限定するものではなく、少なくとも＃１気筒及び＃４気筒の初爆終了後であれば、クランキング時に比較して吸気ポート内の負圧は高められ、吸気同期噴射によっても比較的良好な燃焼が可能となり、気筒全体からの未燃燃料の排出量を低減すると共に良好な始動性を確保することができる。また、＃１気筒及び＃４気筒による一部気筒運転での始動完了から暫く時間経過すると、機関回転数は多少低下して吸気ポート内の負圧も多少低くなるが、それでも、吸気同期噴射によって比較的良好な燃焼が実現され、吸気同期噴射による＃２気筒及び＃３気筒の運転を開始可能である。
【００３２】
こうして、吸気非同期噴射による一部気筒の初爆終了後の予め定められた所定機関運転状態となったことを、機関回転数又は吸気ポート内の負圧を監視することによって判断した際に、一部気筒を除く気筒へ吸気同期噴射によって燃料を供給して全気筒運転を開始するようにすれば良いが、粗悪燃料やその他の要因によって、一部気筒運転では、所定機関運転状態に達せずに、全気筒運転を開始することができないことも考えられる。従って、一部気筒の始動開始から所定期間経過した時には、所定機関運転状態に達しなくても全気筒運転を強制的に開始するようにすることが好ましい。
【００３３】
また、本実施形態では、＃２気筒及び＃３気筒への吸気同期噴射を、全気筒運転における最大回転数Ｎ２まで実施するようにした。もし、それ以前に吸気非同期噴射へ移行すると、最大回転数Ｎ２となる以前に＃２気筒及び＃３気筒においても吸気ポート壁面等への燃料付着がもたらされ、最大回転数Ｎ２となった時に、この付着燃料が一度に蒸発して、これら気筒の未燃燃料の排出量を増加させることとなる。
【００３４】
しかしながら、全気筒運転開始に際して＃２気筒及び＃３気筒へ一度でも吸気同期噴射を実施すれば、始めから吸気非同期噴射を実施する場合に比較して、最大回転数Ｎ３となるまでのこれら気筒の吸気ポート壁面等への付着燃料量を少なくすることができ、これは、機関始動時における全気筒からの未燃燃料の排出量を低減することを可能とする。
【００３５】
また、本実施形態において、＃２気筒及び＃３気筒への燃料供給は、吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ移行するようにしたが、もちろん、アイドル回転で安定した時にも吸気同期噴射を継続するようにしても良い。さらに、＃１気筒及び＃４気筒への燃料供給は、始動性を確保するために、少なくとも初爆完了までは、吸気非同期噴射とする必要があるが、その後は、機関回転数の上昇に伴って吸気ポート内の負圧が上昇するために、吸気同期噴射としても比較的良好な燃料が可能である。
【００３６】
また、所定機関運転状態となって全気筒運転を開始する時に、＃１気筒及び＃４気筒への燃料供給を吸気非同期噴射から吸気同期噴射へ切り換え、全気筒を吸気同期噴射で運転するようにしても良い。その後、好ましくは全気筒運転での最大回転数Ｎ２となった後に、全気筒を吸気同期噴射から吸気非同期噴射へ徐々に又は急に移行させるようにしても良い。
【００３７】
このように、機関始動性を確保した上で、吸気非同期噴射の気筒数及び運転機会（噴射回数）を減少させることは、機関始動時における未燃燃料の排出量を低減するのに有利である。
【００３８】
図３において、説明を簡単にするために、＃１気筒の吸気非同期噴射及び＃３気筒の吸気同期噴射は、初回に限り、それぞれ燃料噴射量を増量（Ａ及びＡ’）するようにし、その後は、吸気非同期噴射及び吸気同期噴射でも同じ燃料噴射量（Ｂ）としたが、もちろん、吸気非同期噴射及び吸気同期噴射において、初回の燃料増量後に、徐々に燃料噴射量を減少させるようにしても良い。また、初回後の燃料噴射量を、吸気非同期噴射及び吸気同期噴射で異ならせるようにしても良い。
【００３９】
【発明の効果】
このように、本発明による多気筒内燃機関によれば、吸気非同期噴射により一部気筒だけに燃料を供給して一部気筒運転を実施することによって機関始動を開始し、一部気筒の初爆完了後における所定機関運転状態となった時には、一部気筒を除く気筒には、吸気同期噴射によって燃料を供給して全気筒運転を実施するようになっている。それにより、一部気筒では、吸気非同期噴射による良好な燃焼によって機関始動性を確保し、一部気筒を除く気筒では、一部気筒の初爆完了によって吸気ポート内の発生する負圧により吸気同期噴射でも比較的良好な燃焼が実現されると共に、吸気非同期噴射に比較して吸気ポート壁面等への付着燃料を低減することができ、全気筒運転によって機関回転数が上昇して吸気ポート内の負圧が高まっても、一部気筒では吸気ポート壁面等への付着燃料が一度に蒸発して燃焼空燃比が過剰リッチとなるが、これは全気筒のうちの一部気筒だけであり、一部気筒を除く気筒では、燃料空燃比がそれほどリッチとなることはなく、機関始動時の全気筒からの未燃燃料の排出量を低減することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による多気筒内燃機関の気筒内概略縦断面図である。
【図２】図１の多気筒内燃機関の機関始動時における機関回転数変化を示すタイムチャートである。
【図３】図１に多気筒内燃機関の機関始動時における燃料噴射を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
１…点火プラグ
３…吸気ポート
５…排気ポート
７…燃料噴射弁
【図１】
0003608486.tif 000002
【図２】
0003608486.tif 000003
【図３】
0003608486.tif 000004